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Motores a Combustão Interna Prof. Fernando Porto Curso Eng. Mecânica - UNITAU

6. COMPONTENTES FIXOS DO MOTOR 6.1. PRINCIPAIS COMPONENTES FIXOS Um tipo de motor a combustão ainda bastante difundido atualmente é o motor 4 cilindros em linha, tal como o ilustrado aqui.

Figura 6-1: Motor 4 cilindros em linha.

Nas figuras 6-2 e 6-3 são mostrados os principais componentes estruturais do motor em linha de quatro cilindros da figura 6-1. Estes componentes são encontrados em qualquer motor, embora o formato e disposição possam variar bastante de motor para motor.

Figura 6-2: Motor 4 cilindros em linha, em corte.

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Figura 6-3: Motor 4 cilindros em linha, em corte. Os retângulos coloridos procuram evidenciar os componentes fixos.

6.2. TAMPA DA CAIXA DE VÁLVULAS A tampa da caixa de válvulas, ou tampa dos balancins, é uma peça metálica (normalmente em alumínio ou aço estampado) que protege o eixo comando de válvulas, balancins e válvulas, isolando-os do meio ambiente, ao mesmo tempo que garante a presença de óleo lubrificante nestas peças.

Figura 6-4: Tampa da caixa de válvulas do motor do Ford Zetec Rocam.

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Quando esta tampa é removida para que se tenha acesso ao eixo comando ou por algum outro motivo, danifica-se a junta entre a tampa e o cabeçote (figura 6-5). Isto significa que esta junta deve ser trocada toda vez que a tampa for removida e recolocada. Além disso, muito cuidado deve ser tomado com o torque aplicado aos parafusos de fixação, assim como a correta sequência de torqueamento dos mesmos, para que não ocorra deformação ou quebra da tampa.

Figura 6-5: Junta da tampa da caixa de válvulas do motor do Ford Zetec Rocam.

6.3. CABEÇOTE O cabeçote é uma peça normalmente fabricada por meio de fundição, empregando liga de alumínio ou ferro fundido. As principais funções desta peça são a dar suporte adequado ao eixo comando, às válvulas, injetores de combustível e às velas de ignição (no caso de motores que não sejam a diesel), compor as câmaras de combustão em conjunto com os cilindros e pistões, e permitir a adequada lubrificação e arrefecimento das peças por ele suportadas (ver figuras 6-6 a 6-15).

Figura 6-6: Face inferior do cabeçote do motor Ford Zetec Rocam 1.6, 4 cilindros em linha.

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Figura 6-7: Face superior do cabeçote do motor Ford Zetec Rocam 1.6.

Figura 6-8: Face lateral do cabeçote mostrando os dutos para exaustão dos gases de combustão e os

alojamentos das velas de ignição.

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Figura 6-9: Face inferior do cabeçote, mostrando a parte superior das câmaras de combustão.

Figura 6-10: Face inferior do cabeçote, mostrando as passagens de líquido arrefecedor e de óleo lubrificante.

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Na seção transversal mostrada na figura 6-11 podem ser vistas as passagens para o líquido arrefecedor. O cabeçote é parte integrante das câmaras de combustão, e quando o motor se encontra em operação, estas atingem uma elevada temperatura. O fluxo de líquido arrefecedor impede o superaquecimento.

Figura 6-11: Vista em corte de um cabeçote DOHC.

As guias e os assentos das válvulas estão localizados no cabeçote. No caso de cabeçotes em liga de alumínio, normalmente são empregadas insertos (comumente em aço baixa liga) para que os assentos de válvula sejam suficientemente resistentes ao calor e desgaste. Estes insertos podem ser substituídos se estiverem danificados ou desgastados. Estes insertos são normalmente montados sob interferência, através do uso de temperaturas criogênicas. Figura 6-12: Vista em corte de um cabeçote mostrando o assento de válvula.

O cabeçote é conectado ao bloco por meio de parafusos ou prisioneiros. A junção do bloco com o cabeçote é vedada através da aplicação da junta do cabeçote, feita de materiais resistentes a elevadas temperaturas e pressões.

A junta do cabeçote normalmente é composta de cartões de papel oleado e grafitado, reforçados internamente com lâminas de metal (aço ou cobre). Figura 6-13: Posicionamento da junta de cabeçote.

1. Pino guia 2. Junta do cabeçote 3. Cabeçote 4. Bloco

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Figura 6-14: Junta do cabeçote do motor do Ford Zetec Rocam.

(a) Líquido arrefecedor

(b) Óleo lubrificante

Figura 6-15: Regiões estanques da junta do cabeçote permitindo a passagem de líquido arrefecedor

e óleo lubrificante entre o bloco e o cabeçote, mas impedindo a mistura entre os mesmos. Quando o cabeçote é removido por algum motivo, quando em sua recolocação esta junta tem de ser substituída. Outro cuidado nesta operação é com o aperto dos parafusos, que devem obedecer a sequência correta de aperto (do centro para fora, ver figura 6-16) assim como ao torque recomendado pelo fabricante.

Figura 6-16: Sequência ilustrativa de aperto de parafusos de fixação do cabeçote de um motor 4 cilindros em linha.

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A junta deve estar disposta de forma alinhada entre o cabeçote e o bloco, ou pode ocorrer esmagamento de material e consequente perda da junta (denominado de “mastigamento” da junta).

Figura 6-17: Inutilização da junta causada pelo esmagamento de material, na montagem.

6.4. TIPOS DE CABEÇOTE Os primeiros tipos de motores a combustão interna empregavam configurações de válvulas e velas de ignição (no caso de ciclo Otto) muito diferentes das atuais configurações. Sendo basicamente um dispositivo para alojamento e proteção do conjunto de válvulas do motor (e eventualmente também do eixo comando), os primeiros cabeçotes tinham configuração completamente diversa dos modelos empregados atualmente. São citados a seguir, de forma resumida, os principais tipos: Flathead ou Sidevalve Motores Flathead são motores nos quais as válvulas são dispostas dentro do bloco, e não no cabeçote (figura 6-18). Neste tipo de motor, o cabeçote apenas veda a parte superior das câmaras de combustão e serve de alojamento para as velas de ignição. Embora em alguns modelos possa ser encontrada a circulação de líquido arrefecedor, não há circulação de lubrificante (figuras 6-19 e 6-20). Este tipo de motor foi extremamente popular até o final da Segunda Guerra Mundial, sendo que o motor Willys 134 “Go Devil” dos primeiros jeeps MB e GPW usavam esta configuração. Atualmente é considerado como obsoleto.

Figura 6-18: diagrama esquemático da

configuração Flathead.

Figura 6-19: bloco de um motor Flathead 8

cilindros em V, mostrando a disposição lateral das válvulas em relação aos cilindros.

Figura 6-20: o mesmo motor com o cabeçote

instalado.

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IOE ou F-Head Motores com configuração IOE (intake/inlet over exhaust) tem tanto válvulas dispostas no cabeçote, tais como nos motores OHV e OHC, como no bloco, similarmente aos motores Flathead (ver figura 6-21). Esta combinação foi empregada por um pequeno número de fabricantes de automóveis (Willys, Rolls-Royce e Humber) durante a Segunda Grande Guerra e no período Pós-Guerra para equipar um grande volume de veículos. Talvez o mais famoso deste tipo de motor seja o Willys F4-134 Hurricane, produzido em várias versões de 1950 a 1974, equipando os jeeps CJ e um número de outros veículos produzidos por diferentes montadoras, como por exemplo, o Ford Maverick 6 cilindros e o Willys Itamarati no Brasil. Entretanto, este tipo de motor é hoje considerado como obsoleto.

Figura 6-21: Desenho esquemático de um

motor IOE ou F-Head. Observa-se a válvula de admissão inserida no bloco do motor, e a

válvula de exaustão, no cabeçote.

OHV – Over Head Valve Configuração de motor em que as válvulas estão dispostas todas no cabeçote, enquanto o comando de válvulas é localizado próximo ao eixo virabrequim, no bloco (figura 6-22). O comando de válvulas aciona as válvulas através de um sistema de balancins, tuchos e varetas ou hastes. Este tipo de acionamento tem a vantagem de permitir um bloco mais compacto (portanto mais leve) que o obtido com outras configurações, além de ser mais simples mecanicamente e exigir menor volume de manutenção.

Figura 6-22: Desenho esquemático da configuração

OHV. Entretanto, em comparação aos motores SOHC e DOHC, a maior massa e o maior momento de inércia das peças trazem a este tipo de configuração limitações em relação à rotação máxima do motor. Além disso, existem dificuldades quase intransponíveis no projeto de motores OHV para a instalação de mais de 2 válvulas por cilindro, o que restringe sua eficiência em relação à projetos mais modernos. Este tipo de motor foi extremamente popular na indústria automotiva no século XX, mas sua produção praticamente desapareceu no início do século seguinte. Porém, seu apelo ainda é forte entre os aficionados de motores possantes, fazendo que eventualmente modelos deste tipo de motor ainda sejam produzidos. Um exemplo é o motor SRT-10, de 600 hp, instalado no Dodge Viper em 2008.

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Desta forma, embora mais evoluída em termos de eficiência energética que a dos motores IOE e Flathead, a configuração OHV acabou por ser suplantada pelas SOHC e DOHC. SOHC e DOHC Configurações de motor na qual as válvulas e o eixo comando de válvulas estão localizados no cabeçote, sendo que a sigla OHC vem de “Over Head Camshaft”, cuja tradução seria “eixo de cames no cabeçote”, lembrando que eixo de cames é outra denominação do eixo comando de válvulas. Esta disposição do eixo comando acionando diretamente as válvulas permite uma maior precisão no momento e na duração do acionamento que o obtido nas demais configurações. Embora esta configuração traga uma maior complexidade para o projeto, esta possibilitou alcançar uma maior eficiência energética e versatilidade (permitindo o comando variável de válvulas e o aumento do número de válvulas por cilindro, por exemplo) do que todas as demais configurações, fazendo-a presente na maioria absoluta dos projetos automotivos deste início do século XXI. Motores com um único comando de válvulas por banco de cilindros são denominados de SOHC (S de “Single”) ou simplesmente de OHC; motores com dois eixos comando por banco de cilindros são chamados de DOHC (D de “Double”). Ver figura 6-23.

(a) SOHC (b) DOHC

Figura 6-23: Disposição típica dos eixos comandos de válvulas em motores SOHC e DOHC.

O número de eixos comando de válvulas varia em função do tipo de rendimento para o qual a equipe de projeto desenvolveu o motor. Para motores de carros populares, baratos, de pequeno porte e baixa potência (até cerca de 100 cv), a utilização de um único comando de válvulas (SOHC) é adequada. A simplicidade reduz os custos, e o motor terá desempenho apropriado para um regime urbano, no qual o motor desenvolverá baixas rotações (até 3.500 rpm) na maior parte da sua vida operacional. Entretanto, para carros para os quais se deseja melhor desempenho em estradas ou em altas rotações (esportivos), a utilização de um par de eixos comando por banco de cilindros se faz necessária. Isto porque este tipo de desempenho requer operação frequente do motor em altas rotações (acima de

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3500 rpm), devendo, portanto, entregar potência e eficiência energética também nesta faixa de rotações. Para aumentar a eficiência energética do motor em altas rotações é necessário permitir um aumento na velocidade de entrada e saída de gases das câmaras de combustão, levando à utilização de um maior número de válvulas por cilindro, normalmente duas válvulas de exaustão e duas de admissão por cilindro. Ocorre que existem dificuldades técnicas para o projeto de um único eixo comando de válvulas gerenciando mais do que um par de válvulas por cilindro, de modo que se torna uma solução econômica a duplicação destes eixos.

Figura 6-24: Desenho esquemático dos componentes móveis de um motor 8 cilindros em V, DOHC, 32 válvulas. Observa-se que há um par de eixos comandos por banco de 4 cilindros.

6.5. BLOCO O bloco do motor é uma peça que aloja os cilindros das câmaras de combustão, assim como os mancais do virabrequim.

Figura 6-25: Bloco do motor.

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(a) Vista lateral (b) Vista inferior

(c) Vista inferior, face do volante (d) Vista inferior, vista da corrente

Figura 6-26: Vistas do bloco do motor Ford Zetec Rocam.

Blocos são geralmente fabricados em ferro fundido ou em liga de alumínio. Ligas de alumínio são mais leves e dissipam calor com mais eficiência que o ferro fundido, mas resistem menos à abrasão, de modo que exigem o uso de camisas de aço para os cilindros. Camisas de cilindro são tubos encaixados no bloco, fabricadas em um material de elevada resistência à abrasão e altas temperaturas (normalmente aços de baixa liga contendo níquel, cromo e magnésio). Figura 6-27: Camisas do motor Ford Zetec Rocam

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A utilização de camisas permite que o bloco possa ser fabricado com um custo muito mais baixo (tanto em material como em processo) do que se fabricado inteiramente em um material capaz de suportar os requisitos operacionais da camisa. Além disso, o emprego de camisas permite a substituição destas quando desgastadas, permitindo a reutilização do bloco, reduzindo os custos de manutenção. As camisas podem ser classificadas como sendo secas ou úmidas. Camisas secas são assim denominadas pois não tem contato direto com o líquido arrefecedor que circula no bloco.

Figura 6-28: Camisa seca. As camisas secas são inseridas com interferência, e o calor gerado no interior do cilindro é transferido da camisa para o bloco por condução, e então transferido do bloco para o líquido arrefecedor. Isto significa que a montagem das camisas deve ser precisa, uma vez que não pode haver obstáculos para a transferência de calor entre as superfícies. Camisas úmidas, por sua vez, entram em contato direto com o líquido arrefecedor. Isto implica que tanto a superfície externa superior como a inferior devem vedar as galerias de fluido de arrefecimento, ou este atingiria a junta do cabeçote ou o cárter. Esta vedação é normalmente feita através do uso de anéis ou juntas de vedação, e de um colarinho (flange).

Figura 6-29: Camisa úmida.

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6.6. CÁRTER O cárter de óleo do motor é uma peça normalmente feita em aço estampado ou fundido em liga de alumínio, e sua principal função é atuar como reservatório do óleo lubrificante do motor. O cárter é fixado ao bloco por meio de parafusos, tendo uma junta de vedação entre ambos. Um cuidado para sua fixação é a ordem de aperto dos parafusos e o torque final a ser aplicado, a qual deve obedecer às recomendações do fabricante.

(a) (b)

Figura 6-30: (a) Desenho esquemático de um cárter; (b) cárter do motor Ford Zetec Rocam, em

alumínio fundido.

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