CENTRO DE TREINAMENTO
CATERPILLAR ENGINES – C13, C18 e C32
CENTRO DE TREINAMENTO MARCOSA S/A MÁQUINAS E
EQUIPAMENTOS
ELABORAÇÃO : Mateus Santos Oliveira
CATALOGAÇÃO NA FONTE (CT – MARCOSA SALVADOR)
CT – MARCOSA SALVADOR. CATERPILLAR ENGINES – C13, C18 e C32 :
Salvador, 2009. 84f.: (REV 01)
CENTRO DE TREINAMENTO MARCOSA S/A
BR Km 0 – Retiro Salvador – BA
CEP 40330 – 730
Tel.: (71) 2107-7671 / 2107-7507
Fax. (71) 2107-7575
Site: www.marcosa.com.br
E-mail: mateus.oliveira.@marcosa.com.br
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“Buscar a excelência na oferta de soluções em produtos e serviços, visando a
satisfação e relacionamento duradouro com nossos clientes, colaboradores e
acionistas.”
“Ser reconhecida pela excelência na prestação de serviços e comercialização
de máquinas e equipamentos no Nordeste brasileiro.”
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A MARCOSA
A Marcosa foi fundada em 1947, em
Belém do Pará, por Mário Sarmanho Martin, pai
do atual presidente, sob a
denominação de
Martin, Representações e Comércio S.A. Marcosa, tendo sido pioneira, na região
amazônica, na venda e distribuição de máquinas,
veículos e aparelhos elétricos. Foi também uma
das primeiras empresas da região a fornecer grupos geradores para a eletrificação de
inúmeras cidades e vilas da região; na área de veículos automotores, distribuiu ao
longo dos anos marcas consagradas no mercado, tais, Pneus como Ford e Chevrolet
Firestone, motores industriais MWM, Perkins e Scania, tendo granjeado na região
excelente conceito comercial. Por conta disso, em 1948 foi escolhida pela Caterpillar
Inc., dos Estados Unidos, para ser sua revenda exclusiva no Estado do Ceará e, em
seguida, em diferentes épocas, teve sua área de atuação geográfica expandida aos
estados do Rio Grande do Norte e Paraíba e, a partir de 1981, Pernambuco e Alagoas.
Em abril de 1962, passou à denominação de Marcosa S.A.- Máquinas,
Representações, Comércio e Indústria, refletindo as necessidades de adequação da
empresa ao mercado da época.
A MARCOSA ATUAL
Em janeiro de 1975, a razão social foi alterada para Marcosa
S.A. Máquinas e Equipamentos, como um reflexo da definição da vocação da empresa
para a área específica de equipamentos pesados, denominação essa que perdura até
hoje. O controle acionário permanece ao longo dos anos com a família do Fundador,
Mário Sarmanho Martin, hoje encabeçada por Carlos Turiano Meira Martin, cuja família
detém 63% das ações com direito a voto e 70% do capital total. Durante seus 60 anos
de atividade como revendedora Caterpillar no Nordeste, a Marcosa esteve
intimamente ligada às principais grandes obras desta região, passando pela fase
áurea do DNOCS-Departamento Nacional de Obras Contra as Secas, que construiu
incontáveis açudes e barragens, além das estradas pioneiras através do DNER e do
DAER, hoje DERT-Ce. A título de exemplos
mais recentes, tivemos
presença
marcante no apoio ao consórcio que construiu a Hidrelétrica de Xingó, onde
mantivemos filial por seis anos, na construção do Canal do Trabalhador, onde
mantivemos 3 postos de atendimento ininterrupto;
servimos na
construção da
Barragem Castanhão, Projeto de Irrigação Tabuleiros de Russas e Baixo Acaraú,
Construção do novo Aeroporto Internacional de Fortaleza e Porto do Pecém, além da
duplicação da BR 101 e BR232 em Pernambuco.
NOVA EXPANSÃO
A partir de fevereiro
de 2003 , a Marcosa adquiriu, com o apoio da
Caterpillar, o controle acionário da Bahema Equipamentos
S/A, que
detém a
representação dos produtos Caterpillar nos estados da Bahia, Sergipe, Piauí e
Maranhão. Desta forma, está sob a responsabilidade da
Marcosa o atendimento
aos usuários dos produtos CAT em todo o Nordeste do Brasil. Essa consolidação
territorial trará as sinergias necessárias para que os serviços que temos prestado ao
longo do tempo mantenham a qualidade que continue a satisfazer as expectativa
s de nossos prezados clientes, razão principal da existência da Marcosa.
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1. HISTORIA DOS MOTORES CATERPILLAR ............................................................... 9
1.1 A DÉCADA DE 1930 .......................................................................................................... 9
1.2 A DÉCADA DE 1940 .......................................................................................................... 9
1.3 A DÉCADA DE 1950 ........................................................................................................ 10
1.4 A DÉCADA DE 1960 ....................................................................................................... 10
1.5 A DÉCADA DE 1970 ....................................................................................................... 11
1.6 A DÉCADA DE 1980 ....................................................................................................... 12
1.7 A DÉCADA DE 1990 ....................................................................................................... 12
1.8 CONTEMPLANDO O FUTURO .......................................................................................... 13
1.9 FAMÍLIA DE MOTORES CATERPILLAR ............................................................................. 14
2. TERMINOLOGIA DOS MOTORES CATERPILLAR ................................................... 15
2.1 TERMOS DAS LEIS DA MECÂNICA ................................................................................... 15
2.1.1 FRICÇÃO ............................................................................................................................ 15
2.1.2 INÉRCIA .............................................................................................................................. 15
2.1.3 FORÇA ............................................................................................................................... 15
2.1.4 PRESSÃO ........................................................................................................................... 16
2.1.4.1 Geração da Pressão .................................................................................................. 16
2.2 TERMOS DE POTÊNCIA DE SAÍDA ................................................................................... 16
2.2.1 TORQUE ............................................................................................................................. 16
2.2.2 TORQUE COMO CAPACIDADE DE CARREGAR CARGA ..................................................... 17
2.2.3 ACRÉSCIMO DE TORQUE .................................................................................................. 17
2.2.4 POTÊNCIA .......................................................................................................................... 17
2.2.5 CALOR................................................................................................................................ 18
2.2.6 TEMPERATURA ................................................................................................................. 19
2.3 PROJETO DO MOTOR ..................................................................................................... 19
2.3.1 DIÂMETRO INTERNO .......................................................................................................... 19
2.3.2 CURSO ............................................................................................................................. 19
2.3.3 CILINDRADA ..................................................................................................................... 20
2.3.4 RAZÃO DE COMPRESSÃO ................................................................................................ 20
3. COMPONENTES DO MOTOR CATERPILLAR ......................................................... 22
3.1 BLOCO DO MOTOR ......................................................................................................... 22
3.1.1 BLOCO - O QUE ELE FAZ.................................................................................................. 24
3.2 CABEÇOTE DE CILINDRO................................................................................................ 25
3.2.1 CABEÇOTE DE CILINDRO - O QUE ELE FAZ...................................................................... 25
3.2.2 CABEÇOTE DE CILINDRO - SEDE DE VÁLVULAS ............................................................. 26
3.3 CAMISAS DE CILINDRO ................................................................................................... 26
3.3.1 CAMISAS DE CILINDRO - ARREFECIMENTO ...................................................................... 26
3.3.2 CAMISAS DE CILINDRO - CAMISAS SECAS ...................................................................... 27
3.3.3 CAMISAS DE CILINDRO - BRUNIMENTO ........................................................................... 27
3.4 PISTÕES ......................................................................................................................... 28
3.4.1 PARTES DE UM PISTÃO .................................................................................................... 29
3.4.2 PISTÃO - ÁREA SOB A COROA E GALERIA DE ARREFECIMENTO .................................... 30
3.4.3 TIPOS DE PISTÃO ............................................................................................................. 30
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3.4.4 ANÉIS DE PISTÃO - O QUE ELES FAZEM ......................................................................... 31
3.4.4.1 Anéis de Pistão - Ambiente de Operação .............................................................. 31
3.4.4.2 Anéis de Pistão ........................................................................................................... 32
3.4.4.3 Tipos e Formas de Anel ............................................................................................ 33
3.4.4.3.1 Anéis de Compressão ............................................................................................ 33
3.4.4.3.2 Anel de Controle do Óleo....................................................................................... 34
3.4.4.3.3 Mola Expansora....................................................................................................... 34
3.4.4.3.4 Anel CCS .................................................................................................................. 34
3.5 BIELA ............................................................................................................................. 35
3.5.1 BIELA - O QUE FAZ ........................................................................................................... 35
3.5.2 BIELA FRATURADA ........................................................................................................... 36
3.5.3 PARTES DA BIELA ............................................................................................................. 37
3.6 VIRABREQUIM................................................................................................................. 39
3.6.1 PARTES DO VIRABREQUIM ............................................................................................... 40
3.6.2 MOENTE ............................................................................................................................ 40
3.6.3 FUROS DE ALIVIO ............................................................................................................. 41
3.6.4 PASSAGENS DE ÓLEO ...................................................................................................... 41
3.6.5 BRAÇO .............................................................................................................................. 42
3.6.6 CONTRAPESOS ................................................................................................................. 42
3.6.7 MUNHÃO ........................................................................................................................... 43
3.6.8 CASQUILHOS OU BRONZINAS .......................................................................................... 43
3.6.9 MATERIAIS DOS CASQUILHOS ......................................................................................... 44
3.6.10 ARRUELA DE ENCOSTO ................................................................................................. 44
3.6.11 CASQUILHOS OU BRONZINAS DO MANCAL PRINCIPAL................................................. 45
3.6.12 CONJUNTOS DE MANCAIS PRINCIPAIS .......................................................................... 45
3.6.13 LUBRIFICAÇÃO DE MANCAL ........................................................................................... 45
3.6.14 FOLGA AXIAL .................................................................................................................. 45
3.6.15 MANCAL DE ENCOSTO PRINCIPAL ................................................................................. 45
3.7 CONJUNTO DO VOLANTE DO MOTOR ............................................................................. 46
3.7.1 VOLANTE DO MOTOR ....................................................................................................... 46
3.7.2 FUNÇÕES DO VOLANTE DO MOTOR ................................................................................ 46
3.7.3 ENGRENAGEM ANELAR .................................................................................................... 47
3.8 AMORTECEDOR DE VIBRAÇÕES ..................................................................................... 47
3.8.1 TIPOS DE AMORTECEDORES DE VIBRAÇÃO.................................................................... 48
3.8.1.1 Amortecedores de Borracha ...................................................................................... 48
3.8.1.2 Amortecedores Viscosos ............................................................................................ 49
3.9 EIXO DE COMANDOS DE VÁLVULAS ............................................................................... 50
3.9.1 COMPONENTES DO EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS ................................................... 50
3.9.2 RESSALTOS DO EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS ......................................................... 50
3.9.3 EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS - PARTES DE UM RESSALTO .................................... 51
3.9.4 EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS - ELEVAÇÃO DO EXCÊNTRICO.................................. 51
3.9.5 EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS - FORMA DOS RESSALTOS ....................................... 52
3.9.6 MANCAIS DO EIXO DE COMANDO DE VÁLVULAS ............................................................ 53
3.9.7 TUCHOS DE VÁLVULAS - SEGUIDORES DE ROLETE ....................................................... 53
3.9.8 TUCHO DE VÁLVULAS - MOVIMENTO DO SEGUIDOR DE ROLETE ................................... 53
3.9.9 TUCHO DE VÁLVULA - SEGUIDORES DE SAPATA ............................................................ 53
3.9.10 TUCHOS DE VÁLVULA - MOVIMENTO DOS SEGUIDORES DE SAPATA .......................... 54
3.10 TREM DE VÁLVULAS ..................................................................................................... 55
3.10.1 VÁLVULAS ....................................................................................................................... 56
3.10.2 VÁLVULA MOTOR C32(JRP) ......................................................................................... 56
3.10.3 BALANCIM ....................................................................................................................... 57
3.10.4 BALANCINS C32(JRP) ................................................................................................... 57
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3.10.5 PARTES DA VÁLVULA ..................................................................................................... 58
3.10.6 GUIA DE VÁLVULAS ........................................................................................................ 59
3.10.7 MOLA DE VÁLVULAS....................................................................................................... 60
3.10.8 FIXADORES DE VÁLVULAS ............................................................................................. 60
3.10.9 GIRADORES DE VÁLVULAS ............................................................................................ 60
3.10.10 FALHAS EM VÁLVULAS ................................................................................................. 61
4. FUNCIONAMENTO DO MOTOR CATERPILLAR ...................................................... 62
4.1 CONCEITOS BÁSICOS..................................................................................................... 62
4.2 APLICAÇÃO DOS MOTORES CATERPILLAR .................................................................... 63
4.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES CATERPILLAR ............................................................. 63
4.4 A COMBUSTÃO............................................................................................................... 64
4.5 FATORES QUE CONTROLAM A COMBUSTÃO.................................................................. 64
4.6 CÂMARA DE COMBUSTÃO .............................................................................................. 65
4.7 COMPRESSÃO ................................................................................................................ 65
4.8 TIPO DE COMBUSTÍVEL .................................................................................................. 65
4.9 DESENVOLVIMENTO DE COMBUSTÍVEIS ALTERNATIVOS ............................................... 66
4.10 QUANTIDADE DE COMBUSTÍVEL .................................................................................. 66
4.11 PROCESSO DE COMBUSTÃO DOS MOTORES DIESEL .................................................. 66
4.12 PROCESSO DE COMBUSTÃO DE MOTORES A GASOLINA ............................................. 67
4.13 TRANSMISSÃO DE ENERGIA TÉRMICA ......................................................................... 67
4.14 MOVIMENTO ROTATIVO E ALTERNATIVO ..................................................................... 68
4.15 OS QUATRO TEMPOS DO MOTOR CATERPILLAR ........................................................ 68
4.15.1 CURSO DE ADMISSÃO .................................................................................................... 68
4.15.2 CURSO DE COMPRESSÃO.............................................................................................. 69
4.15.3 CURSO DE POTÊNCIA .................................................................................................... 69
4.15.4 CURSO DE ESCAPE ........................................................................................................ 69
4.15.5 FINAL DO CICLO DE QUATRO TEMPOS ......................................................................... 70
4.16 MOTORES DIESEL NÃO NECESSITAM DE CENTELHA ................................................... 70
4.17 PROJETO DA CÂMARA DE COMBUSTÃO DE MOTORES DIESEL ................................... 70
4.18 OS MOTORES DIESEL PODEM REALIZAR MAIS TRABALHO .......................................... 71
4.19 OS MOTORES DIESEL USAM MAIS EFICIENTEMENTE O COMBUSTÍVEL ....................... 71
4.20 RAZÃO DE COMPRESSÃO ............................................................................................ 71
4.21 MOTORES COM IGNIÇÃO POR CENTELHA.................................................................... 71
4.22 MOTORES A GÁS CATERPILLAR................................................................................... 72
5. SISTEMA DE ADMISSÃO DE AR E ESCAPE ............................................................ 73
5.1 COMPONENTES .............................................................................................................. 73
5.2 FUNCIONAMENTO ........................................................................................................... 73
6. SISTEMA DE ARREFECIMENTO ................................................................................ 75
6.1 COMPONENTE ................................................................................................................. 76
6.2 FUNCIONAMENTO ........................................................................................................... 76
6.3 AQUECIMENTO EXCESSIVO ............................................................................................ 77
6.4 O ELC ........................................................................................................................... 78
7. SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO.................................................................................... 79
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7.1 COMPONENTES .............................................................................................................. 79
7.2 FUNCIONAMENTO ........................................................................................................... 80
8. SISTEMA DE COMBUSTÍVEL ..................................................................................... 82
8.1 COMPONENTES .............................................................................................................. 82
8.2 BOMBA DE TRANSFERÊNCIA .......................................................................................... 83
8.3 O ECM ........................................................................................................................... 84
8.3.1 REGULAGEM E FORNECIMENTO DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL .................................... 85
8.4 SENSORES ..................................................................................................................... 85
8.5 SOLENÓIDES ................................................................................................................. 85
8.6 FUNCIONAMENTO ........................................................................................................... 86
8.6.1 MECANISMO DA UNIDADE INJETORA (MEUI) ................................................................. 86
8.6.2 UNIDADE INJETORA .......................................................................................................... 87
8.6.2 UNIDADE INJETORA .......................................................................................................... 87
8.5.2 OPERAÇÃO DA UNIDADE INJETORA ELETRÔNICA .......................................................... 87
8.6.3 PRÉ- INJEÇÃO................................................................................................................... 88
8.6.4 INJEÇÃO ............................................................................................................................ 89
8.6.5 FIM DE INJEÇÃO ................................................................................................................ 90
8.6.6 ABASTECIMENTO .............................................................................................................. 91
9. SISTEMA DE CARGA E PARTIDA ............................................................................. 92
9.1 SISTEMA DE CARGA ....................................................................................................... 92
9.1.1 COMPONENTES DO ALTERNADOR ................................................................................... 92
9.1.2 FUNCIONAMENTO ............................................................................................................. 93
9.2 SISTEMA DE PARTIDA .................................................................................................... 94
9.2.1 COMPONENTES DO MOTOR DE PARTIDA ........................................................................ 94
9.2.2 SOLENÓIDE DE PARTIDA .................................................................................................. 95
9.2.3 FUNCIONAMENTO .............................................................................................................. 95
10. MOTOR C13 .................................................................................................................. 96
10.1 ESPECIFICAÇÕES DE DESEMPENHO DO MOTOR .......................................................... 96
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1. Historia dos Motores Caterpillar
Durante mais de 75 Anos. Os Motores Caterpillar tem fornecido potência
para maquinas e sistemas que mudaram e melhoraram nosso mundo”.
1.1 A Década de 1930
O primeiro Motor Diesel Caterpillar
produzido foi o D9900, fabricado em outubro de
1931.O primeiro protótipo D9900 cognominado “
Old Betsy ”, atualmente esta exposto no
Smithsonian Institute’s
National Museu of
America History em Washington, D.C. Também
durante esse periodo, a Caterpillar começou a
fabricar o seu próprio sistema de combustível. A
Caterpillar
tornou-se o primeiro fabricante
americano de motores diesel a produzir em
massa equipamentos de injeção de combustível
pré-calibrados.
1.2 A Década de 1940
Em 1939, a Caterpillar foi o
primeiro fabricante a vender e fazer
manutenção e reparos do seu próprio
grupo gerador completo, com motor e
gerador combinados. Alem disso, em
1939, a Caterpillar introduziu motores
diesel projetados especificamente para
o uso em caminhões. Durante a
Segunda Guerra Mundial, a produção
da companhia passou a atender
demandas militares. Depois da Guerra ,
a Caterpillar começou a expandir a sua
linha de motores diesel.
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1.3 A Década de 1950
Os Motores Caterpillar começaram
a ser desenvolvidos na década de 1950.
A Caterpillar criou linhas separadas para
motores marítimos e grupos geradores, e
desenvolveu novos acessórios. Em
meados da década de 1950, a Caterpillar
ofereceu o seu primeiro turboalimentador
e radiador. Mais tarde, introduziu o motor
de cilindros em linha D353, o primeiro de
uma nova família de motores com
cilindros 6,5 polegadas de diâmetro
interno. Durante a década de 1950, a
Caterpillar também introduziu uma família de transmissões marítimas. Em
1959, a fábrica de Motores Industriais em Mossville, Ilinois, começou a
produzir e adicionou 544.000 pés quadrados para atender as demandas de
produção de motores.
1.4 A Década de 1960
No inicio da década de 1960, a
Caterpillar introduziu a segunda linha
de motores com cilindros de 6,25
polegadas de diâmetro interno, o V8
D379,
destinado
a
campos
petrolíferos e produzido durante mas
de 30 anos. Em seguida, vieram o
motor de caminhão 1673 e o motor
1676 de excêntricos duplos sobre o
cabeçote. Durante a primeira metade
da década, introduziu-se o motor
1693. Este motor é o predecessor do
3406. O 1674 com um excêntrico
duplo sobre o cabeçote também
apareceu nesta década. A família de
motores s com cilindros de 5,4 polegadas de diâmetro interno foi introduzida ao
final desta década. O motor D343 com 6 cilindros em linha foi muito usado
numa variedade de aplicações.
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1.5 A Década de 1970
Nos primeiros anos desta década, a Caterpillar introduziu a família de
motores 3300 para as configurações industriais móvel e marítima. Um ano mais
tarde, a família de motores 3400 foi introduzida. Essa família consistia em
motores de 6 cilindros em linha e motores V8 e V12. Eles foram usados em
aplicações de caminhões, marítimas, industriais e de grupo geradores.
Durante esta década, as instalações de fabricação expandiram-se
rapidamente para atender a demanda. Novas versões de potência do motor
3208 de faixa intermediaria e do motor 3408 de serviço pesado explodiram
significativamente as oportunidades de vendas em aplicações de caminhões e
ônibus. A alta demanda levou a expansão e modernização da fundição de
Mapleton.
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1.6 A Década de 1980
A produção da família 3600 de motores diesel começou oito anos depois
de a Caterpillar decidir aceitar os riscos envolvidos no desenvolvimento de
motores diesel muito grandes. A família 3600 teve os maiores motores diesel
projetados na America do Norte desde a década de 1960 e os maiores que a
Caterpillar produziu .
O Controle de Motor Eletrônico
programável (PEEC) 3406B foi
apresentado no meio da década. Este desenvolvimento teve o primeiro uso
comercial de sistemas eletrônicos sofisticados na operação de motores diesel.
Quase no final da década de 1980, a Caterpillar adicionou o Motor Diesel 3176
de Serviço Pesado de Caminhão. O 3176 estabeleceu novos padrões de
desempenho, economia e baixas emissões.
Durante a década de 1980, também iniciou-se o desenvolvimento de
uma família de motores diesel de pequena cilindrada, resultando na introdução
da família de motores de 1,1 litros de 4 e 6 cilindros. Durante a década de
1980, a Caterpillar também começou a fornecer componentes de sistema de
combustível á Navistar International Corporation.
1.7 A Década de 1990
Em 1992, a Divisão de Motores da Caterpillar
lançou o sistema de injeção por unidade eletrônica
Acionada Hidraulicamente (HEUI), até hoje o avanço
mais significativo em tecnologia de sistema de
combustível.
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Esse sistema trouxe reduções dramáticas em ruído e emissões,
melhorou a economia de combustível e aumentou o desempenho dos motores,
porque a operação do injetor independe da rotação do motor.
Em meados da década de 1990, a Caterpillar expandiu as linhas de
produtos de caminhão, gerador e propulsão marítima. Em 1995, a Caterpillar
apresentou a avançada família de Energia Elétrica PS2000.
As versões de propulsão marítima dos motores 3176B e 3406E, de
comprovado desempenho foi lançada em 1996. Em 1997, foram introduzidos
os motores C-10 e C-12 de serviço pesado para caminhões rodoviários.
Alem dos esforços internos para melhorar a seleção, qualidade e valor
do produto, a Caterpillar também se associou com fontes externas. Em 1997, a
Caterpillar adquiriu a MaK, um fabricante alemão, e entrou num
empreendimento conjunto com a F.G. Wilson. Em 1998, a Caterpillar adquiriu a
Perkins, da Inglaterra, e a kato, estabelecida em Minnesota. Juntos esses
investimentos permitiram à Caterpillar produzir 60.000 grupos geradores no
ano 2000, elevando para 300.000 o numero de unidades em operação no
mundo inteiro. Como líder mundial no fornecimento de energia elétrica para a
Internet, nós fornecemos 1.000 megawatts para centros de dados (potência
suficiente para 500.000 lares americanos).
1.8 Contemplando o Futuro
Eletrônica,
química,
física,
metalurgia e outras áreas de estudo são
parte de extensa e continua pesquisa na
Caterpillar. A meta da Caterpillar é a
inovação continua no desenvolvimento de
motores, que proporciona aos usuários
desempenho,
eficiência
e
valor
inigualável. Desta forma a presença da
eletrônica, por exemplo , nos motores é
fundamental,
os
microprocessadores
utilizados
nos
sistema
eletrônicos
proporcionam redução no consumo de
combustível, melhor desempenho e mais facilidade da operação e na
manutenção do motor.
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Estão sendo desenvolvidos também novos materiais para tornar os
motores mais leves e em paralelo estão sendo explorados combustíveis
alternativos para reduzir os custos de operação e os níveis de emissão.
1.9 Família de Motores Caterpillar
A Caterpillar oferece uma das mais amplas e modernas linhas de
produtos no mundo. Varias famílias de motores diesel e de motores de ignição
por centelha estão disponíveis com classificação de potência que vão de 5 até
14.000 hp (15 até 7.200 KW).
A Caterpillar e o seu pessoal produzem motores que satisfazem a uma
ampla diversidade de necessidades de potência do mundo, tais como:
caminhões rodoviários, navios, embarcações, locomotivas e equipamentos de
movimentação de terra, construção e manipulação de materiais.
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2. Terminologia dos Motores Caterpillar
Ha três categorias principais de terminologia neste tópico, termos que
descrevem as leis da mecânica, termos de potência de saída e termos relativos
ao motor e à eficiência térmica.
2.1 Termos das Leis da Mecânica
Descrevem o movimento de objetos e os efeitos do movimento. Eis uma
breve definição de cada um dos termos.
2.1.1 Fricção
Fricção é a resistência ao movimento entre duas
superfícies em contato mutuo. Por exemplo, existe fricção
entre o pistão e a parede do cilindro, quando o pistão se
move para cima e para baixo. A fricção produz calor, que
é um dos fatores que mais causam desgaste e danos aos
componentes.
2.1.2 Inércia
Inércia é a tendência de um objeto em repouso permanecer em repouso,
ou de um objeto em movimento permanecer em movimento. O motor usa força
para superar a inércia.
2.1.3 Força
Força é um empuxo ou uma tração que inicia, para ou muda o
movimento de um objeto. Durante o curso de potência, é criada uma força pela
combustão. Quanto maior for a força gerada pela combustão, maior será a
potência produzida.
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2.1.4 Pressão
Pressão é uma medida da força exercida por unidade de área. Durante o
ciclo de quatro tempos, uma considerável pressão é produzida na parte
superior do pistão nos cursos de compressão e de potência.
2.1.4.1 Geração da Pressão
Há três modos de gerar uma pressão:
• Aumentar a temperatura;
• Diminuir o Volume;
• Restringir o fluxo;
Muitos sistemas e componentes dos motores de combustão interna
operam sob pressões especificas. O conhecimento e a medição de pressões
especificas em varias parte do motor, pode fornecer uma grande quantidade
de informações sobre a saúde global do motor.
2.2 Termos de Potência de Saída
A potência do motor é descrita de acordo com a quantidade de certas
características. Os termos seguintes definem essas características:
2.2.1 Torque
Torque é uma força de giro ou de torção. Um virabrequim exerce um
torque para forçar o volante de um motor ou de um conversor de torque ou até
mesmo outros dispositivos mecânicos.
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2.2.2 Torque como Capacidade de Carregar Carga
O torque é também uma medida da capacidade de carga do motor. A
formula para o torque é:
2.2.3 Acréscimo de Torque
O acréscimo de torque é um aumento no torque, que ocorre quando um
motor esta sobrecarregado e diminui sua RPM até um valor abaixo da RPM
nominal. Esse aumento de torque ocorre até que uma certa rpm seja atingida, e
apos isso o torque cai rapidamente. O Máximo torque atingido é denominado
torque Máximo. Quando um motor começa a sobrecarregar-se e a RPM
diminui, o torque ou a potência aumenta, de modo que o motor possa manter a
sua rotação.
Legenda:
TR = Acréscimo de Torque
HP + T = Potência e Torque
TC = Curva de Torque
HC = Curva de Potência
PT = Torque Máximo
RT = Torque Nominal
2.2.4 Potência
Potência é uma classificação dada ao motor que descreve a quantidade
de trabalho de saída num período de tempo, ou a velocidade de produção de
trabalho.
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As duas especificações mais comuns de potência do motor são a
potência liquida e a potência no freio ou no volante no motor. A potência liquida
é medida no pistão, antes de ser usada para mover peças como o virabrequim
e o turboalimentador.
A potência no freio é a potência utilizável, disponível para realizar
trabalho no volante do motor. A potência no freio é a menor que a potência
verdadeira, porque alguma energia é usada para mover os próprios
componentes do motor.
A formula para a potência é:
São fatores que influenciam da potência do motor:
•
•
•
•
•
Temperatura do ar
Temperatura do combustível
Pressão Barométrica
Umidade
Índice de Calor do combustível
A potencia total atualmente desenvolvida sobre os pistões é maior do que a
medida no volante do motor. Esta diferença é devido ao fato de parte da
potência do motor ser utilizada para superar a fricção nos mancais, pistões,
anéis, etc. bem como também, acionar os sistemas satélites do motor tais
como: sistema de combustível, sistema de lubrificação e a bomba d'água. Esta
diferença entre as potências medidas no pistão e no volante do motor são
determinadas em testes de laboratório.
2.2.5 Calor
Calor é uma forma de energia produzida pela combustão do
combustível. A energia térmica é convertida em energia mecânica pelo pistão e
outros componentes do motor, para produzir potência adequada para trabalho.
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2.2.6 Temperatura
Temperatura é uma medida do estado
relativo de frio ou calor de um objeto. Ela é
geralmente medida na escala Fahrenheit ou
na escala Celsius.
2.3 Projeto do Motor
O projeto do motor afeta o desempenho do motor e a eficiência de varias
maneiras.
2.3.1 Diâmetro Interno
Diâmetro interno é o diâmetro interior do cilindro, medido em polegadas
ou em milímetros. O diâmetro interno do cilindro determina o volume de ar
disponível para combustão. Mantendo-se constantes os demais fatores, quanto
maior o diâmetro interno, maior a potência do motor.
2.3.2 Curso
Curso é a distancia que o pistão percorre
no cilindro a partir do seu ponto mais alto, o
ponto morto superior (TDC), até o ponto mais
baixo, o ponto morto inferior (BDC).O
comprimento do curso é determinado pelo
projeto do virabrequim. Um curso mais longo
aspira mais ar para o cilindro, gerando mais
potência durante a combustão.
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2.3.3 Cilindrada
Cilindrada é o volume total de ar
que o pistão desloca quando se move do
Ponto Morto Inferior (BDC) para o Ponto
Morto Superior (TDC). Isso determina a
quantidade de ar e combustível que o
motor pode queimar. Quanto maior a
cilindrada, mais potente é o motor.
2.3.4 Razão de Compressão
Razão de Compressão expressa o quanto de ar esta sendo comprimido.
A razão de compressão de um motor é uma comparação do volume total da
câmara de combustão, quando o pistão esta na parte mais baixa do seu curso,
com o volume quando o pistão esta no ponto mais alto do seu curso. A razão
de compressão é um numero determinado.
Contudo, a compressão é a força ou a pressão no cilindro. A
compressão pode mudar, pois qualquer vazamento de ar que ocorrer na
câmara de combustão, tais como: escapamento por guias de válvula
desgastadas ou por anéis de pistão desgastados, diminuirá a compressão no
cilindro.
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O combustível diesel entra em ignição devido ao calor gerado pela
compressão. Se o motor diesel não tiver a compressão adequada, devido a
anéis ou guias de válvula desgastados, o combustível não se queimará
completamente, resultando numa perda de eficiência. Uma compressão
inadequada também torna difícil dar partida no motor. Uma razão de
compressão típica de um motor diesel é 16:1.
Por exemplo se o volume máximo do cilindro for 160 pol3 e o volume
mínimo do cilindro for 10 pol3, então de acordo com a formula:
160/10 = 16 A razão de compressão é 16:1 (16 para 1)
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3. Componentes do Motor Caterpillar
O motor Caterpillar possui diversas peças, cada peça possui uma função
que é particular do sistema que ela faz parte. Podemos classificá-las como:
partes moveis, partes fixas e acessórios. São exemplo de partes moveis: bloco
de cilindros, cabeçote e Carter. São exemplos de peças moveis: pistão, biela e
virabrequim. São exemplos de acessórios: mangueiras, suportes, tubos etc.
3.1 Bloco do Motor
O bloco do motor é uma estrutura que apóia todos os componentes de
um motor Caterpillar. Ele suporta o virabrequim, os pistões, as bielas e outros
componentes em um preciso alinhamento.
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O bloco também contém o liquido arrefecedor e o óleo para o motor, e
fornece um lugar para fixar componentes externos, como a bomba d'água e o
filtro de óleo. Os blocos de cilindro Caterpillar são de ferro fundido cinzento
para suportar tensões, calor e vibração.
1 SEAL-LINER
2 SEAL-LINER
3 CYLINDER BLOCK AS
4 LINER-CYLINDER
5 BAND-FILLER (130.2-MM ID)
1 CYLINDER BLOCK AS
2 LINER-CYLINDER
3 BAND-FILLER (130.2-MM ID)
4 SEAL-LINER
5 SEAL-LINER
6 SEAL-LINER
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3.1.1 Bloco - O que Ele faz
O bloco tem quatro funções principais:
1) Arrefecimento - Passagens de água dentro do bloco fornecem um fluxo de
liquido arrefecedor em torno de cada furo de cilindro, através da face
voltada para a chama e para dentro do cabeçote de cilindro.
2) Lubrificação - Passagens de óleo perfuradas através de todo o bloco
fornecem óleo para lubrificar todas as peças do motor.
3) Suporte – É justamente no bloco onde esta a maior parte das peças que
compõem o motor diesel, ele suporta todas elas de forma organizada.
4) Estabilidade - Os blocos mantém sua forma e tamanho sob uma
variedade de temperaturas e cargas.
1 PLUG-CUP
2 SEAL-LINER
3 LINER-CYLINDER
4 CYLINDER BLOCK AS
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3.2 Cabeçote de Cilindro
Em motores com um projeto de cilindros em linha, o cabeçote de cilindro
é uma peça única, que se fixa no topo do bloco de cilindros. Motores em "V" e
alguns motores em linha maiores usam dois cabeçotes de cilindro ou múltiplos
cabeçotes de cilindro.
Por exemplo, os motores Caterpillar das series 3500 e 3600 tem um
cabeçote por cilindro.
O cabeçote de cilindro realiza as seguintes funções:
- Forma a superfície superior de vedação da câmara de combustão.
- Dissipa o calor quando o liquido arrefecedor flui através das passagens
internas de água.
- Dirige o ar de entrada e os gases de escape para dentro e para fora da
câmara de combustão, respectivamente.
- Apóia as válvulas e os injetores
3.2.1 Cabeçote de Cilindro - O que Ele faz
O Cabeçote controla:
• Os gases da combustão e o fluxo de gás dentro do motor.
• O fornecimento de combustível
• O arrefecimento do motor
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O cabeçote tem que ser suficientemente rígido para vedar o bloco no
cabeçote, mediante a aplicação de pressão na junta do cabeçote. O cabeçote
também sustenta as válvulas e o trem de válvulas, assegurando que operem
coerentemente e confiavelmente.
3.2.2 Cabeçote de Cilindro - Sede de Válvulas
Em muitos Cabeçotes de cilindro, a
sede da válvula é reforçada por uma
inserção.
A inserção é freqüentemente um
encaixe por contração no cabeçote e é
muito difícil de desgastar-se.
3.3 Camisas de Cilindro
Camisas formam as paredes da câmara
de combustão. O cabeçote de cilindro e as
válvulas formam a parte superior da superfície
da câmara, e o pistão e os anéis formam a
parte inferior da superfície.
O pistão e os anéis deslizam para cima
e para baixo na parede do cilindro, sobre uma
fina película de óleo. A vedação firme entre o
anel de pistão e a parede do cilindro isola a
câmara de combustão da parte inferior do
motor.
3.3.1 Camisas de Cilindro - Arrefecimento
As camisas de Cilindro são arrefecidas
por contato direto com o liquido arrefecedor que
flui em torno da superfície externa. Elas são
mantidas no bloco pelo flange superior (ou
apoiadas no meio) e pela área do anel retentor
inferior.
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Como as camisas não são apoiadas pelo bloco ao longo de todo o seu
comprimento, elas tem paredes grossas para resistirem as forças da
combustão.
Em motores sem camisas, os furos de cilindro são arrefecidos pelo
liquido arrefecedor que flui através das passagens internas no bloco em torno
dos furos de cilindro.
3.3.2 Camisas de Cilindro - Camisas Secas
Para recuperar motores sem camisa,
usam-se camisas secas quando o motor é
recondicionado. Durante a revisão, o diâmetro
interno do cilindro é usinado , com uma medida
ligeiramente maior que a camisa seca. Depois a
camisa seca é colocada sob pressão no interior
do cilindro.
Elas são denominadas "camisas secas"
porque o arrefecimento ocorre indiretamente: o
liquido arrefecedor não entra diretamente em
contato com a superfície da camisa.
3.3.3 Camisas de Cilindro - Brunimento
As camisas devem possuir um Brunimento
hachurado uniforme com o objetivo de assegurar
uma distribuição correta do óleo sobre a
superfície interna da camisa, para um adequado
assentamento e lubrificação dos anéis, a fim de
evitar o roçamento do anel da camisa.
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3.4 Pistões
A função principal do pistão é transferir a energia da combustão ao
virabrequim na forma de potência mecânica. Ele também age como uma
bomba no cursos de admissão e de escape, para aspirar ar para a câmara de
combustão e expelir os gases de escape.
O pistão se ajusta dentro de cada camisa de cilindro e move-se para
cima e para baixo durante a combustão. A parte superior do pistão forma a
parte inferior da câmara de combustão.
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3.4.1 Partes de um Pistão
O pistão é feito de muitas partes, são elas:
• A coroa (ou primeiro ressalto) é a parte superior do pistão onde a
combustão ocorre.
• O Bujão Térmico (encontrado em motores mais antigos), dissipa o calor
proveniente da coroa e protege a coroa de alumínio do calor da
combustão.
• As canaletas dos anéis retém os anéis de compressão e controle de
óleo.
• O furo do pino contem um pino que conecta o pistão a biela.
• O anel de retenção mantém o pino do pistão dentro do furo do pino.
• A saia (também conhecida como sai do pistão) contem o furo para o pino
do pistão e também suporta cargas laterais.
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3.4.2 Pistão - Área sob a Coroa e galeria de Arrefecimento
Há uma área sob a coroa(1) no
lado interno do pistão.
Alguns pistões contem galerias
de arrefecimento de óleo(2) dentro da
coroa do pistão que não podem ser
vistas.
3.4.3 Tipos de Pistão
Os pistões Caterpillar são construídos usando-se uma variedade de
métodos.
• Coroa de Alumínio fundida com uma saía de de alumínio forjada,
soldada por feixe de elétrons.
• Composta: uma coroa de aço com e uma saia de alumínio forjada,
parafusadas uma na outra.
• Articulada: coroa de aço forjada com furos de pino e buchas, e uma saia
separada de alumínio fundida. As duas partes são mantidas juntas por
um pino de pistão. Esse pistão de duas partes é necessário em motores
com alta potência de saída e cilindros de alta pressão.
• Pistão de alumínio fundido inteiriço: uma cinta de ferro carrega os anéis
do pistão.
Os pistões devem ser fortes, leves e bons
condutores de calor. Os pistões Caterpillar são
usinados precisamente em forma oval. Durante a
operação do motor, o calor faz o pistão expandirse da forma oval para uma forma circular, para
haver um bom contato concêntrico dos anéis do
pistão com a superfície da camisa do cilindro.
Esse projeto proporciona excelente controle
do óleo e combustão eficiente. Os pistões
Caterpillar tem um relevo especial usinado no
lado, na área do furo do pino, onde as tensões se concentram. Isso permite
uma folga para o pino do pistão fletir-se sob cargas altas sem prender-se no
furo.
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3.4.4 Anéis de Pistão - O que eles fazem
Os anéis de pistão realizam duas funções:
A primeira função é a de prover um retentor de gases entre o pistão e o
diâmetro interno do cilindro. Criando um retentor de gases, os anéis de pistão
asseguram que a razão de compressão ótima seja conseguida e que toda a
potência criada pela combustão seja transferida ao virabrequim.
A segunda função dos anéis do pistão é controlar o fluxo de óleo. O
conjunto de anéis deve permitir que o óleo atinja o anel superior que arrasta o
óleo para baixo, afim de lubrificar os outros anéis. Os anéis também evitam que
o óleo passe para dentro da câmara de combustão.
3.4.4.1 Anéis de Pistão - Ambiente de
Operação
Em um motor diesel moderno, as pressões
podem atingir 2.000 psi numa temperatura continua de
300 graus Celsius ( 572 Fahrenheit ).
Os anéis do pistão tem que controlar a
espessura da película de óleo no diâmetro interno do
cilindro num valor menor que 0,002 mm.
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3.4.4.2 Anéis de Pistão
Todos os pistões Caterpillar tem três anéis de pistão, exceto alguns
pistões da serie 3200, que tem somente dois.
Os anéis superiores são os anéis de compressão. Eles vedam os gases
da combustão na câmara de combustão.
O anel inferior é o anel de controle do óleo. Ele controla a quantidade e a
espessura de óleo na superfície da camisa do cilindro.
Todos os anéis de pistão ficam localizados acima do furo do pino do
pistão. O óleo retorna ao Carter do motor através dos furos na ranhura do anel
de óleo.
Os anéis do pistão Caterpillar são feitos de um ferro dúctil, forte mas
flexível, e são tratados termicamente para terem maior resistência.
Alem disso, os anéis do pistão Caterpillar são revestidos com cromo ou
plasma como material de desgaste, o que esta muito acima do padrão da
indústria e provê vida útil excepcionalmente longa sob desgaste.
Os motores da serie 3400 usam anéis revestidos por plasma, que
resistem ao roçamento mesmo que a potência do motor seja aumentada.
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3.4.4.3 Tipos e Formas de Anel
Há dois tipos de anéis de pistão:
• Anéis de compressão;
• Anéis de óleo ;
Os anéis do pistão são de seção trapezoidal ou retangular, com uma
faze de contato cilíndrica, cônica ou chata que é revestida com um material
duro, resistente ao desgaste. Os anéis superiores tem um revestimento duro de
cromo ou molibdênio, enquanto os anéis intermediários são geralmente
revestidos com cromo.
A maioria dos anéis intermediários tem um degrau cortado no lado
interno, gerando um anel raiado. (O termo "anel intermediário" se refere
simplesmente aos anéis de pistão que estão entre os anéis superiores e
inferiores).
3.4.4.3.1 Anéis de Compressão
Os anéis de compressão vedam a parte
inferior da câmara de combustão, para evitar que os
gases da combustão escapem pelos pistões.
Os anéis de compressão Caterpillar (os
superiores e os do meio) tem uma marca de
testemunho (que se parece com uma linha) na face
de desgaste. A marca de testemunho é o resultado
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de um teste de qualidade realizado em cada anel de pistão Caterpillar. Ela
prova que o anel esta perfeitamente circular e que fará uma vedação correta e
um controle correto e constante do óleo.
3.4.4.3.2 Anel de Controle do Óleo
Há geralmente um anel de controle do
óleo abaixo dos anéis de compressão. Os
anéis de controle do óleo lubrificam as
paredes da camisa do cilindro quando o pistão
se move para cima e para baixo. A película de
óleo reduz o desgaste na camisa do cilindro e
no pistão.
3.4.4.3.3 Mola Expansora
Atrás do anel de controle de óleo esta uma mola expansora que ajuda a
manter uma película uniforme de óleo na parede do cilindro.
3.4.4.3.4 Anel CCS
Este é um anel feito com varias
camadas de revestimento duro de
cromo, o qual tem partículas de
cerâmica incrustadas nas micro-tricas
do cromo. Quando os anéis CCS de
pistão são usados, o desgaste normal
do cromo expõe novas partículas de
cerâmica.
Os
anéis
CCS
proporcionam melhores propriedades
de resistência á fadiga térmica, ao
roçamento e a desprender lascas do que os anéis de cromo duro
convencionais.
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3.5 Biela
3.5.1 Biela - O que faz
A biela fixa o pistão no virabrequim. Ela transforma o movimento do
pistão para cima e para baixo no movimento rotativo do virabrequim.
Uma mancal (ou bucha) ajustada sob pressão é usada na extremidade
do furo do pino do pistão, de modo que a biela possa girar livremente em torno
do pino do pistão.
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3.5.2 Biela Fraturada
A superfície da biela fraturada
é irregular desta forma ajuda a
localizar a extremidade e a capa da
biela, eliminando a necessidade de
um pino guia de localização. Esta
biela é capaz de aceitar cargas mais
altas, devido a superfície de contato
esta perfeitamente ajustada.
A extremidade da Biela que conecta ao Virabrequim consistem em duas
peças: biela e a capa parafusada da biela. Os mancais são usados aqui para
fornecerem uma boa superfície de desgaste entre a biela e o virabrequim.
As bielas Caterpillar são forjadas para terem alta resistência e
resiliência. Elas são endurecidas e usinadas com tolerâncias severas para
assegurar retidão, peso correto, alinhamento e para manterem os mancais
firmemente no lugar durante a operação.
Durante a montagem
do motor, é gravado um
numero na extremidade da
biela e de sua respectiva
capa, para mostrar que essas
duas peças formam um par e
que foram usinadas juntas.
Durante a revisão do
motor, essas peças sempre
devem ser usadas juntas
como um par.
A biela tem uma conicidade na extremidade
do furo do pino. Isso dá a biela mais uma
resistência nas áreas mais carregadas.
Dois parafusos retém a capa da biela na
biela. Esse projeto minimiza a largura da biela, de
modo que ela possa ser removida através do
cilindro para facilitar a manutenção.
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3.5.3 Partes da Biela
As bielas conectam o pistão ao virabrequim. Pode-se ouvir o termo
"haste de ocular", que se refere á forma cônica da extremidade do furo do pino
de uma biela Caterpillar. Como discutido anteriormente, essa conicidade dá a
biela e ao pistão mais resistência nas áreas mais carregadas.
Há varias partes numa biela:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Olhal da Biela
Bucha do Pino do pistão
Haste
Capa
Parafusos
Mancais da Biela
O olhal da biela contém a bucha do pino do
pistão. A bucha do pino do pistão esta dentro do
olhal da biela. As buchas são um tipo de mancal que
distribui a carga e podem ser substituídas quando se
desgastam.
A haste aumenta o comprimento da biela. Ela
tem uma forma de viga em I para possuir resistência
e rigidez.
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O furo do virabrequim e a capa estão na
extremidade grande da biela. Eles cercam o munhão do
mancal do virabrequim e fixam a biela no moente do
virabrequim.
O parafuso e a porca da biela prendem a biela
e a capa no virabrequim. Esta parte da biela é
chamada de extremidade de manivela da biela ou
extremidade grande da biela.
Os mancais da biela estão na
extremidade de manivela da biela. O virbrequim
gira dentro dos mancais da biela que sustentam
a carga.
A metade superior do mancal da biela
ajusta-se na parte superior da biela. A outra
metade ajusta-se na capa e é chamada de meia
capa inferior. Geralmente, a meia capa superior
sustenta mais carga.
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3.6 Virabrequim
O pistão e a biela acionam o virabrequim, que por sua vez aciona o
volante do motor e outros componentes.
Em outras palavras, o virabrequim transforma as forças de combustão
no cilindro em torque utilizável de rotação, o qual dá potência ao equipamento.
O virabrequim esta apoiado no bloco do motor através de mancais
principais. Esses mancais e os mancais de biela são lubrificados por óleo que
flui através de passagens perfuradas no bloco e no virabrequim.
Um mancal de encosto evita um
movimento excessivo de extremidade
para extremidade do virabrequim.
Os virabrequins devem ser
extremamente fortes e balanceados. As
superfícies dos moentes precisam ser
tratadas termicamente para aumentar a
dureza da superfície e devem ser
usinadas
muito
lisas
para
proporcionarem
longa
vida
e
reutilização sob desgaste.
Os moentes em virabrequins
Caterpillar são endurecidos acima de
Rv 40 e polidos com um acabamento
de 5 micropolegadas.
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3.6.1 Partes do Virabrequim
O virabrequim transfere o movimento alternativo do pistão num
movimento rotativo que é usado para realizar trabalho.
Há muitas partes no virabrequim, são elas:
1. Moente
2. Contrapesos
3. Munhão
4. Braço de Manivela (Braço).
Os virabrequins de motores em linha geralmente tem somente um
moente para cada cilindro, enquanto que nos motores em "V" dois cilindros
compartilham um único moente.
3.6.2 Moente
Os moentes determinam a posição dos pistões. Quando os moentes
estão para cima, os pistões estão no ponto motor superior.
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Quando os moentes estão para baixo, os pistões estão no ponto morto
inferior. A ordem de queima do motor determina quando cada moente chega ao
ponto morto superior.
3.6.3 Furos de Alivio
Alguns moentes e braços tem furos de alivio para reduzir o peso do
virabrequim e ajudar a balanceá-lo.
3.6.4 Passagens de óleo
O virabrequim tem furos de óleo para levar o óleo dos mancais principais
para os moentes.
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3.6.5 Braço
Os munhões (1) e os moentes(2) são mantidos juntos por braços (3). O
raio entre o braço e moente é denominado raio de concordância (4) ou filete.
3.6.6 Contrapesos
Alguns braços tem
contrapesos para ajudar a balancear
o virabrequim. Esse contrapesos
podem ser parte do forjamento do
virabrequim ou, em alguns casos
parafusados.
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3.6.7 Munhão
Os virabrequins devem ser extremamente fortes e balanceados. Os
virabrequins possuem munhões que através dos mancais principais do bloco
são apoiados no bloco.
3.6.8 Casquilhos ou Bronzinas
Os casquilhos,ou bronzinas afetam as emissões e o desempenho do
motor. A Caterpillar oferece casquilhos, ou bronzinas, projetados para
requisitos específicos do motor. Os casquilhos Caterpillar tem uma espessura
de parede uniforme e uma altura de esmagamento precisa para assegurar
adequada folga e adequado fluxo de óleo.
Espessuras de parede subdimencionadas podem criar pressões de
operações de óleo mais baixas, podendo resultar num maior risco de contato
de metal com metal.
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3.6.9 Materiais dos Casquilhos
Alguns Casquilhos são feitos de varias camadas de material, incluindo:
• O suporte de aço, que constitui aproximadamente 90% da espessura do
mancal e dá resistência ao mancal.
Outras camadas incluem:
•
Materiais de alumínio ou de liga cobre/chumbo.
•
Camada de união de cobre, usada para unir as camadas de
chumbo-estanho e alumínio.
•
Revestimentos de chumbo-estanho com uma metalização de
estanho, que protege a camada de alumínio do mancal, incrustando
pequenas partículas e proporcionando uma superfície escorregadia
durante períodos de lubrificação mínima.
3.6.10 Arruela de Encosto
Este é um munhão principal.. Este
possui paredes laterais retificadas, que
funcionam como um encosto. Este encosto
trabalha tem a função de limitar o movimento
para frente e para trás do virabrequim,
denominado jogo axial.
O Virabrequim gira dentro dos
mancais principais que são fixados
firmemente nos furos localizados na parte
inferior do bloco.
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3.6.11 Casquilhos ou Bronzinas do Mancal Principal
Há duas metades para cada mancal principal, denominadas casquilhos
(ou bronzinas). O casquilho inferior se encaixa na capa do mancal principal e o
casquilho superior se ajusta no mancal principal no bloco. Geralmente, o
casquilho inferior suporta mas carga.
3.6.12 Conjuntos de Mancais principais
Os mancais principais consistem nos furos de mancal principal no bloco
do motor, nas capas de mancais principais que são fixadas com parafusos
prisioneiros e nos próprios mancais principais.
3.6.13 Lubrificação de Mancal
Os casquilhos superiores tem um furo de
óleo e geralmente uma ranhura, de modo que o
óleo lubrificante seja introduzido continuamente no
munhão principal.
3.6.14 Folga Axial
O mancal de encosto (arruela de encosto) minimiza o movimento para
frente e para traz do virabrequim dentro do bloco. Essa movimento da origem a
folga axial, que é especificada pela Caterpillar em seus Manuais de Serviço.
3.6.15 Mancal de encosto principal
Existem dois tipos de mancais de encosto
principais.1.Mancais embutidos de duas partes.
2.Mancais de encosto flangeados inteiriços.
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3.7 Conjunto do Volante do Motor
O conjunto do volante do motor consiste em
1. Volante do motor
2. Engrenagem anelar (cremalheira)
3. Alojamento do volante do motor
3.7.1 Volante do Motor
O Volante do motor é parafusado na
parte traseira do virabrequim, no alojamento
do volante do motor. O virabrequim gira o
volante do motor no tempo de combustão e o
momento angular do volante do motor
mantém o virabrequim girando suavemente
durante os cursos de admissão, compressão
e escape.
3.7.2 Funções do Volante do Motor
• Armazena energia para o momento
angular entre os cursos que produzem
potência.
• Uniformiza a rotação do virabrequim.
• Transmite potência a uma máquina, a
um conversor de torque ou a outras
cargas.
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3.7.3 Engrenagem Anelar
A engrenagem anelar, que esta
localizada em torno do volante do motor, é
usada para dar partida no motor, é nela
que o pinhão do motor de partida é
acoplado quando é dado a partida.
3.8 Amortecedor de Vibrações
A força proveniente da combustão no cilindro fará o virabrequim se
torcer. Isso denomina-se vibração torcional. Se a vibração for demasiadamente
intensa, o virabrequim será danificado.
O amortecedor de vibrações limita
as vibrações torcionais a um valor
aceitável, para evitar danos ao
virabrequim. O amortecedor parece uma
miniatura do volante do motor que é
colocada sob pressão ou parafusada na
frente do virabrequim.
Danos e falhas no amortecedor de vibrações aumentarão as vibrações e
resultarão em danos ao virabrequim. Um amortecedor de vibrações deteriorado
causará ruído excessivo do trem de engrenagens em pontos variáveis da faixa
de rotações.
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3.8.1 Tipos de Amortecedores de Vibração
Os amortecedores de vibrações estão disponíveis em dois projetos
básicos:
3.8.1.1 Amortecedores de Borracha
O amortecedor de vibrações de borracha é instalado na frente do
virabrequim. O cubo e o anel são isolados por um anel de borracha. Este tipo
possui marcas de alinhamento no cubo e no anel.
As marcas indicam o estado do amortecedor de vibrações. Substitua o
amortecedor de vibrações se:
• Estiver encurvado ou danificado;
• A borracha estiver deteriorada, rachada ou tiver-se movido de
posição original;
• Os furos dos parafusos estiverem superdimensionados e os
parafusos estiverem frouxos;
• Houver falha do virabrequim devido a forças de torção.
No amortecedor de vibrações de borracha existem marcas de
alinhamento no cubo e no anel. Essas marcas indicam o estado do
amortecedor de vibrações de borracha.
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48
Se as marcas de alinhamento não estiverem alinhadas, a parte de
borracha se separou do cubo e/ou do anel. Quando estas marcas não
estiverem alinhadas substitua o amortecedor de vibrações de borracha.
3.8.1.2 Amortecedores Viscosos
O amortecedor de vibrações viscoso também esta instalado na frente do
virabrequim. Este tipo de amortecedor é simplesmente um peso dentro de um
alojamento ou caixa de metal. O espaço entre o peso e o alojamento fica cheio
com um fluido viscoso (muito espesso ou pegajoso).
Quando o peso se move através do fluido, ele amortece e absorve o
choque e a vibração de torção do virabrequim. Substitua o amortecedor viscoso
se:
• Ele mostrar sinais de vazamento
• Estiver encurvado ou danificado
• Os furos de parafuso estiverem superdimensionados e os parafusos
estiverem frouxos.
• Houver falha do virabrequim devido a forças de torção.
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49
3.9 Eixo de Comandos de Válvulas
3.9.1 Componentes do Eixo de Comando de válvulas
A finalidade do eixo de comando de
válvulas é controlar a operação das
válvulas de admissão e de escape. Em
alguns modelos de motores Caterpillar o
eixo de comando de válvulas aciona
também as unidades injetoras.
Todos os eixos de comando de
válvulas tem (1) munhões e (2) ressaltos.
3.9.2 Ressaltos do Eixo de Comando de Válvulas
Ressaltos separados operam as (1) válvulas de admissão e (2) de
escape de cada cilindro. Alguns excêntricos tem (3) ressaltos de injeção de
combustível que operam unidades injetoras. Eles controlam quando o
combustível é injetado no cilindro.
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3.9.3 Eixo de Comando de Válvulas - Partes de um Ressalto
Cada ressalto é constituído de três partes principal:
• Circulo Básico
• Rampas
• Nariz
O eixo de comando de válvulas é acionado por uma engrenagem no
virabrequim. Os componentes do trem de válvulas ligados ao eixo de comando
de válvulas seguem o movimento, movendo-se para cima e para baixo.
Quando o nariz do ressalto esta voltado para cima, a válvulas esta
totalmente aberta. O eixo de comando de válvulas gira na metade da
velocidade do virabrequim, de modo que as válvulas se abrem e fecham nos
instantes corretos durante o ciclo de quatro tempos.
3.9.4 Eixo de Comando de Válvulas - Elevação do Excêntrico
A distancia do diâmetro do circulo básico até a parte superior do nariz é
denominada elevação. A elevação do excêntrico determina até onde as
válvulas são abertas.
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3.9.5 Eixo de Comando de Válvulas - Forma dos ressaltos
A forma das rampas de abertura e fechamento determinam quão
rapidamente as válvulas se abrem e fecham.
A forma do nariz determina durante quanto tempo as válvulas estão
totalmente abertas.
1.
2.
3.
4.
Abertura rápida;
Período longo de abertura;
Fechamento rápido;
Fechamento lento.
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3.9.6 Mancais do Eixo de Comando de Válvulas
Os munhões do eixo de comando de
válvulas giram nos mancais do eixo de
comando de válvulas. Os mancais do
comando de válvulas são ajustados sob
pressão nos furos do bloco do motor. Eles
contém um furo de óleo que se alinha com
uma passagem de óleo no bloco.
3.9.7 Tuchos de Válvulas - Seguidores de Rolete
Os seguidores de rolete tem um rolete de aço endurecido
que rola no ressalto do eixo de comando de válvulas.
3.9.8 Tucho de Válvulas - Movimento do
seguidor de rolete
Os seguidores de rolete deslizam para
cima e para baixo nos furos do bloco do motor e
são mantidos alinhados por grampos.
3.9.9 Tucho de Válvula - Seguidores de
Sapata
Os
seguidores
de sapata
são
geralmente fundidos inteiriços com uma face
de desgaste que fica em contato com o
ressalto do comando de válvulas.
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3.9.10 Tuchos de Válvula - Movimento dos Seguidores de Sapata
Os seguidores de sapata deslizam para
cima e para baixo nos furos no bloco do motor
,girando lentamente enquanto o motor esta
operando.
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3.10 Trem de Válvulas
Os componentes do trem de válvulas controlam o fluxo de ar para dentro
e para fora dos cilindros durante a operação do motor. Em alguns motores o
mecanismo de valvula também opera o injetor de combustível.
O comando de válvulas deve estar sincronizado com o virabrequim para
que haja uma correta relação de giro entre o movimento do pistão e das
válvulas.
O trem de válvulas é composto por muitas peças são elas:
• 19 - Balancim
• 20 - Ponte
• 21 - Haste
• 22 - Mola da Valvula
• 23 - Valvula
• 24 - Tucho .
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3.10.1 Válvulas
As válvulas controlam o fluxo de ar e os gases de escape através da
câmara de combustão. Quando a válvula de admissão esta aberta, o ar pode
entrar na câmara de combustão. Quando a valvula de escape esta aberta, os
gases de escape saem da câmara de combustão.
3.10.2 Válvula Motor C32(JRP)
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1.
LOCK-RETAINER
2.
WASHER-SPECIAL
3.
VALVE-INLET
4.
VALVE-EXHAUST
5.
SPRING-VALVE (INNER)
6.
SPRING-VALVE (OUTER)
7.
CYLINDER HEAD AS
8.
SEAL-VALVE STEM
9.
ROTOCOIL AS
56
3.10.3 Balancim
Um balancim consiste em:
1. Um parafuso de ajuste, que ajusta a folga da valvula
2. Contra porca, que trava o parafuso no lugar e mantém a folga da
valvula
3. Assento de desgaste, que é uma inserção endurecida para evitar o
desgaste do balancim
4. Bucha do eixo do balancim, que é um mancal entre o balancim e o
eixo.
3.10.4 Balancins C32(JRP)
1 BUTTON
2 BUTTON
3 SCREW-ARM ADJUSTMENT
4 NUT-JAM (9/16-18-THD)
5 SHAFT AS-ROCKER ARM (ROCKER ARM)
6 SCREW-ARM ADJUSTMENT (3/8-24X1.20-IN)
7 ROCKER ARM AS (VALVE)
8 NUT (3/8-24-THD)
9 ROCKER ARM AS (UNIT INJECTOR)
10 SEAL-O-RING
11 SEAL-O-RING
12 ROCKER ARM AS
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3.10.5 Partes da Válvula
Os componentes de valvula incluem:
• Ranhuras Retentoras, que seguram a haste da valvula e mantêm a mola
no lugar.
• Haste da valvula, que prolonga o comprimento da valvula e se move na
guia de valvula.
• Filete da valvula, que une a cabeça da valvula á haste.
• Sede da valvula, que tem um revestimento duro que reduz o desgaste e
veda a câmara de combustão.
• Face da valvula, que é a parte chata da valvula.
Para vedar completamente a câmara de combustão, cada valvula tem uma
inserção localizada no cabeçote do cilindro. Quando a valvula se fecha, sede
da valvula entra em contato com inserção da valvula, vedando a câmara de
combustão. Na maioria dos motores, as sedes de valvula são inserções
substituíveis.
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3.10.6 Guia de Válvulas
As válvulas se movem para cima e para baixo dentro das guias de
valvula que são montadas no cabeçote de cilindro.
As guias de válvula mantêm as válvulas deslocando-se numa linha reta.
A haste da válvula se estende para fora da guia na parte superior do cabeçote
de cilindro.
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3.10.7 Mola de Válvulas
As molas da valvula mantém as
válvulas fechadas. As molas de valvula
se ajustam sobre as válvulas, são
mantidas
em
posição
por
uma
combinação de peças retentoras(1) e por
um fixador (2) ou girador.
3.10.8 Fixadores de Válvulas
Os fixadores se ajustam sobre a extremidade
da haste da valvula. Os fixadores travam as peças
retentoras em ranhuras na valvula e fornecem um
assento contra o qual a mola da valvula é
pressionada
3.10.9 Giradores de Válvulas
Os giradores da valvula giram a
valvula, para evitar desgaste excessivo num
local.
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60
3.10.10 Falhas em Válvulas
A característica mais importante das válvulas Caterpillar é que elas tem
até mais de 150% de revestimento na área crítica da face do que as dos
padrões da industria. As válvulas de escape por exemplo tem mais material de
revestimento do que as válvulas de admissão, pois estas opera em
temperaturas mais altas. O beneficio principal de uma espessura maior do
material de revestimento é a capacidade de reutilizar as válvulas. As válvulas
Caterpillar são feitas para serem reutilizadas varias vezes mediante retificação
da superfície critica. Desta forma existe uma redução de custo com a
manutenção e operação.
Entre as causas mais comuns de falha das válvulas incluem-se:
• Seleção incorreta da valvula: Quando se substitui uma valvula um ponto
critico é a seleção da valvula correta. Portanto o numero de serie do
motor é essencial para selecionar as válvulas corretas.
• Inserções de sede frouxas podem resultar em desgaste prematuro da
face da valvula ou causar danos ao motor.
• Molas de válvulas quebradas impedem a operação correta das válvulas
do motor.
• Uma folga excessiva das válvulas do motor.
• Uma folga excessiva da valvula resultara diretamente em desgaste
prematuro e possível falha das guias e sedes da valvula.
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4. Funcionamento do Motor Caterpillar
4.1 Conceitos Básicos
Pense num motor como se ele fosse um relógio. Tudo funciona
sincronizadamente. Num motor diesel, todos os componentes trabalham juntos
para converter energia térmica em energia mecânica.
O motor de combustão interna produz energia linear e rotacional. Um
exemplo de energia linear é o próprio movimento do pistão, que é em apenas
uma direção. E a Energia rotacional é obtida através da combinação da biela
com o virabrequim.
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62
4.2 Aplicação dos Motores Caterpillar
Os motores de combustão interna Caterpillar podem estar aplicados em
diversos tipos de máquinas e equipamentos. Estão listados abaixo algumas
aplicações dos motores Caterpillar:
•
•
•
•
•
Industrial
Locomotiva
Máquinas
Marítimo
Geração de Energia
Para cada tipo de aplicação existe um arranjo diferente. O arranjo para
cada tipo de aplicação dos motores Caterpillar é determinado dos alguns
fatores, este determinam a seleção de um motor para uma determinada
aplicação, são eles:
•
•
•
•
•
Velocidade de operação requerida
Níveis de emissões
Consumo de combustível
Custo inicial
Custo de manutenção
4.3 Classificação dos Motores Caterpillar
Os motores de combustão interna podem ser classificados quanto ao:
•
•
•
•
•
•
•
•
Tipo de ignição
Arranjo dos cilindros
Aspiração
Sistema de arrefecimento
Tempo
Localização do comando de válvulas
Faixa de velocidade de operação
Tipo de Injeção
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4.4 A Combustão
Aquecendo-se ar e combustível juntos, produz-se combustão, criando-se
a força necessária para o motor funcionar. O ar, que contem oxigênio, é
necessário para queimar o combustível. O combustível produz a força.
Quando atomizado, o combustível diesel entra em ignição facilmente e
queima eficientemente.
A combustão ocorre quando a mistura de ar e combustível se aquece
suficientemente para entrar em ignição. Ela deve queimar-se rapidamente e de
um modo controlado para produzir a maior quantidade possível de energia
térmica.
Ar + Combustível + Calor = Combustão
4.5 Fatores que Controlam a Combustão
A combustão é controlada por três fatores:
1. O Volume de ar Comprimido
2. O Tipo de Combustível
3. A Quantidade de Combustível misturada com o Ar
Julho/2009
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4.6 Câmara de Combustão
A câmara de combustão é formada por:
1, Camisa do Cilindro
2. Pistão
3. Válvula de Admissão
4. Válvula de Escape
5. Cabeçote do Cilindro
4.7 Compressão
Quanto mais se comprime o ar, mais quente ele fica. Se for comprimido
suficientemente, ele produz temperaturas acima da temperatura de ignição do
combustível.
4.8 Tipo de Combustível
O tipo de combustível usado no motor afeta a combustão, porque
diferentes combustíveis se queimam em diferentes temperaturas e porque
alguns se queimam mais completamente.
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4.9 Desenvolvimento de Combustíveis Alternativos
O combustível diesel continuará a ser nosso combustível principal
durante um tempo considerável, porque é a fonte de potência mais econômica
e termicamente eficiente. Temos experiência com cada um dos combustíveis
relacionados aqui e continuamos a pesquisá-los e desenvolve-los. O
desenvolvimento de combustíveis alternativos não apenas proporciona redução
nas emissões de gases, mas também fornece alternativas a combustíveis
fósseis renováveis.
4.10 Quantidade de Combustível
A quantidade de combustível também é importante, porque mais
combustível produz mais força. Quando injetada numa área fechada contendo
ar suficiente, uma pequena quantidade de combustível produz grandes
quantidades de calor e força.
Mais Combustível = Mais Força.
4.11 Processo de Combustão dos Motores Diesel
Num motor diesel, o ar é comprimido dentro da câmara de combustão
até que esteja suficientemente quente para fazer o combustível entrar em
ignição. Em seguida, o combustível é injetado na câmara quente e ocorre a
combustão. Isso denomina-se Ignição por Compressão.
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4.12 Processo de Combustão de Motores a Gasolina
Em um motor a gasolina, o ar comprimido não oferece calor suficiente
para iniciar a combustão. Uma vela de ignição causa a ignição da mistura,
gerando a combustão. Isso denomina-se combustão com Ignição por centelha.
4.13 Transmissão de Energia Térmica
Em ambos os tipos de motor, a combustão produz energia térmica que
faz os gases aprisionados na câmara de combustão se expandirem,
empurrando o pistão para baixo.
Quando o pistão se move para baixo, ele movimenta outros
componentes mecânicos que realizam trabalho.
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4.14 Movimento Rotativo e Alternativo
Os componentes trabalham juntos para transformar movimento
alternativo em movimento rotativo. Quando a combustão ocorre, ela move o
pistão e a biela num movimento para cima e para baixo, denominado
movimento alternativo.
O pistão esta conectado a biela através de um pino, ela gira o
virabrequim, que converte o movimento alternativo do pistão num movimento
circular denominado movimento rotativo.
É assim que o motor transforma o calor da combustão em energia
utilizável.
4.15 Os Quatro Tempos do Motor Caterpillar
4.15.1 Curso de Admissão
O ciclo se inicia com o curso de admissão. Primeiramente, a válvula de
admissão se abre. Ao mesmo tempo, o pistão se move para o ponto morto
inferior, ou BDC, seu ponto mais baixo, aspirando ar para a câmara de
combustão.
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68
O virabrequim gira 180 graus, ou de meia rotação. A válvula de escape
permanece fechada.
4.15.2 Curso de Compressão
Durante o segundo curso, ou curso de compressão, a válvula de
admissão se fecha, vedando a câmara de combustão. O pistão se move para
cima até o seu ponto mais alto na camisa do cilindro, denominado ponto morto
superior ou TDC.
O ar aprisionado esta comprimido e muito quente. O volume de ar que é
comprimido em relação ao seu volume inicial denomina-se razão de
compressão. A maioria dos motores diesel tem uma razão de compressão
entre 13:1 e 20 :1 . O virabrequim girou de 360 graus uma rotação completa.
Razão de compressão = Volume no BDC / Volume do TDC.
4.15.3 Curso de Potência
O combustível diesel é injetado perto do fim do curso de compressão.
Isso cria a combustão, e inicia o curso de potência(expansão). As válvulas de
admissão e de escape permanecem fechadas para vedar a câmara de
combustão.
A força de combustão empurra o pistão para baixo, fazendo a biela girar
o virabrequim de outros 180 graus. O Virabrequim até agora já fez uma volta e
meia, desde que o ciclo começou.
4.15.4 Curso de Escape
O Curso de escape é o curso final no ciclo. Durante o curso de escape, a
válvula de escape se abre quando o pistão se move para cima forçando os
gases queimados para fora do cilindro.
No TDC, a válvula de escape se fecha, a válvula de admissão se abre e
o ciclo começa novamente. A biela girou o virabrequim de outros 180 graus.
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4.15.5 Final do Ciclo de Quatro Tempos
No final do curso de escape, completou-se todo o processo. Durante
esse tempo, o virabrequim realizou duas rotações de 360 graus. Considerados
juntos, os ciclos de admissão, compressão, potência e escape são
denominados um ciclo, dai vindo a expressão "Ciclo de quatro Tempos".
Os motores Caterpillar usam o ciclo de quatro tempos e o ciclo ocorre
repetidamente enquanto o motor funciona. A seqüência em que cada cilindro
chega ao curso de potência denomina-se ordem de queima do motor.
Quatro Cursos de Pistão = Duas Rotações do Virabrequim
4.16 Motores Diesel não Necessitam de Centelha
Provavelmente a diferença mais obvia entre motores diesel e motores a
gasolina é os motores diesel não necessitam de uma centelha para a ignição.
Em vez disso, o ar é comprimido com uma razão de compressão tão alta que
ele se aquece na câmara de combustão suficiente para causar a ignição do
combustível.
4.17 Projeto da Câmara de Combustão de Motores Diesel
O projeto da câmara de combustão também difere entre motores diesel
e motores a gasolina. Em motores diesel, ha muito pouco espaço entre o
cabeçote do cilindro e o pistão no ponto mais alto, produzindo uma alta razão
de compressão. A maioria dos pistões diesel tem a câmara de combustão
Julho/2009
70
formada bem no todo do pistão. O motores de combustão interna podem ser de
injeção direta ou pré-câmara. A figura acima mostra estes dois exemplos: a
figura da esquerda ilustra um motor de combustão interna com injeção direta, e
a figura da direita ilustra um motor de combustão interna com pré-câmara.
4.18 Os Motores Diesel podem realizar mais Trabalho
Outra grande diferença é a quantidade de trabalho que o motor é capaz
de realizar em rpms mais baixas.
Em geral, os motores diesel operam entre 800 e 2200 RPM e fornecem
mais torque e mais potência para realizar trabalho.
4.19 Os Motores Diesel usam mais eficientemente o Combustível
Os motores diesel geralmente usam mais eficientemente o combustível
para uma quantidade de trabalho produzida do que os motores a gasolina.
É necessária uma quantidade relativamente pequena de combustível
para produzir a potência nominal de saída num motor diesel.
4.20 Razão de Compressão
Os motores diesel geralmente usam razões de compressão mais altas
para aquecer o ar até as temperaturas de combustão.
A maioria dos motores diesel geralmente tem uma razão de compressão
de 13:1 a 20:1. Os motores a gasolina geralmente usam razões de compressão
entre 8:1 e 11:1.
4.21 Motores Com Ignição por Centelha
Os motores com ignição por centelha funcionam com combustíveis
gasosos, como propano, metano e etanol.
Esses combustíveis, e os requisitos de tubulações de combustível de
baixa pressão, tornaram necessárias modificações significativas no projeto do
motor.
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4.22 Motores a gás Caterpillar
Desde a Segunda Guerra Mundial, a Caterpillar tem levado ao mercado
um numero limitado de motores a gás. Atualmente, a Caterpillar produz
motores a gás para os mercados de irrigação, uso industrial, de grupos
geradores e de cogeração (utilização para gerar eletricidade, da energia
térmica normalmente perdida em instalações de energia e em processos
industriais).
Em anos recentes, os EUA e outros países instituíram severas diretrizes
sobre emissões, para proteger e preservar o meio ambiente. O gás natural
surgiu como um combustível ambientalmente limpo e abundante. Para atender
a um mercado em mudança a Caterpillar dedicou-se a fornecer motores a gás
em toda a sua linha de produtos. Esses motores operam com combustíveis
gasosos, como propano e metano.
Baseados no projeto do motor diesel Caterpillar, os motores a gás tem
muitas de suas peças iguais ás dos motores diesel, mas tem sido feitas
mudanças significativas, principalmente no sistema de suprimento de
combustível.
Os sistemas de admissão de ar, escape, arrefecimento e combustível
tem sido modificados para acomodar misturas mais leves de ar-combustivel e
uma alta tensão no sistema de ignição por centelha que foi adicionada.
Em alguns motores, o pistão também foi reprojetado com um copo de
vedação profundo para facilitar a combustão. Em outros, existe um pistão de
topo chato. Para melhorar o desempenho nesses motores de baixas emissões,
tem sido adicionados sensores eletrônicos e dispositivos de regulagem. Os
motores a gás estão agora disponíveis nas famílias 3300, 3400, 3500 e 3600.
Atualmente, os motores a gás são usados para comprimir e transportar gás
natural, para operar bombas de irrigação e para instalações de cogeração.
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5. Sistema de Admissão de Ar e Escape
5.1 Componentes
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Admissão do motor
Colméia do pós-arrefecedor
Tubulação de admissão de ar
Saída do escapamento
Lado turbina do turboalimentador
Lado compressor do turboalimentador
Purificador de ar
Os componentes do sistema de admissão de ar e escapamento controlam a
qualidade e a quantidade do ar que vai para combustão. Os componentes do
sistema de admissão de ar e escapamento são os seguintes:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
Purificador de ar
Turboalimentador
Pós-arrefecedor
Cabeçote
Válvulas e componentes do sistema de válvula
Pistão e cilindro
Coletor do escape
5.2 Funcionamento
O rotor do compressor do turboalimentador puxa o ar de admissão para
dentro através do purificador de ar e para dentro da admissão de ar. O ar
passa pelo compressor que o é comprime, causando aquecimento do mesmo.
A ar flui através da colméia do pós-arrefecedor (2) diminuindo assim a
temperatura do ar comprimido. Esta é uma das formas de se aumentar a
potência do motor, pois mais ar será admitido . A colméia do pós-arrefecedor
(2) é uma colméia separada que fica montada do lado do radiador do motor. O
ventilador do motor causa movimento do ar ambiente através das duas
colméias. Isto resfria o ar da admissão e o líquido arrefecedor do motor. Ar é
Julho/2009
73
forçado do pós arrefecedor para dentro do coletor de admissão (1). O fluxo de
ar da abertura de admissão para os cilindros é controlado pelas válvulas de
admissão.
(2) Colméia do pós-arrefecedor
(4) Saída do escape
(5) Lado turbina do turboalimentador
(6) Lado compressor do turboalimentador
(8) Coletor de escape
(9) Válvula de escape
(10) Válvula de admissão
(11) Admissão de ar
Cada cilindro tem duas válvulas de admissão (10) e duas válvulas de
escapamento (9) no cabeçote do cilindro. As válvulas de admissão abrem no
curso de admissão. Quando as válvulas de admissão abrem, ar comprimido da
admissão que esta dentro do coletor de admissão é empurrado para dentro do
cilindro. As válvulas de admissão
fecham quando o pistão inicia o curso
de compressão. O ar no cilindro é
comprimido e o combustível é
injetado dentro do cilindro quando o
pistão estiver perto do topo do curso
de compressão. A combustão inicia
quando o combustível se mistura com
o ar. A força da combustão empurra o
pistão no tempo de combustão. Em
seguida, no tempo de escape, as
válvulas de escapamento abrem e os
gases
do
escapamento
são
empurrados
pela
abertura
do
escapamento para dentro do coletor de escapamento (8). Depois que o pistão
terminar o tempo de escape, as válvulas de escape fecham e o ciclo começa
novamente.
Os gases provenientes da combustão fluem para dentro do lado turbina
do turboalimentador (5). Os gases de escapamento, que estão em alta
temperatura, giram o rotor da turbina do turboalimentador. O rotor da turbina é
conectado ao eixo que comanda o rotor do compressor. Os gases de
escapamento do turboalimentador passam pela saída de escapamento (4), por
dentro de um silenciador e por uma chaminé.
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74
6. Sistema de Arrefecimento
A função do sistema de arrefecimento é manter a temperatura correta do
motor, retirando o calor indesejado gerado pela combustão e pela fricção das
peças. A temperatura de queima do combustível em motores Caterpillar pode
atingir 1.927 graus Celsius.
Apesar dos motores diesel fornecerem a potência mais econômica e
termicamente eficiente, apenas cerca de 40% da energia térmica desenvolvida
durante a combustão é convertida em potência utilizável. A potência restante é
dissipada através do sistema de arrefecimento juntamente com a superfície do
motor.
Os radiadores respondem por cerca de 40 a 60% de todo o tempo de
motor parado, desta forma é muito importante lembrar dos procedimentos
adequados de partida inicial. Por exemplo:
• Nunca coloque o motor sob carga até que ele tenha atingido a
temperatura correta.
• Verifique o retentor da tampa do radiador, para assegurar que o retentor
de borracha esteja em boas condições
• Limpe os detritos do radiador e do ventilador
• Verifique diariamente se ha vazamentos na bomba d'água.
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75
6.1 Componente
O sistema de arrefecimento do motor C13 possui os componentes
relacionados abaixo:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Cabeçote do motor
Tanque de expansão
Coletor de retorno
Camisas do cilindro
Alojamento do regulador de temperatura
Radiador
Bomba de água
Arrefecedor de óleo do motor
6.2 Funcionamento
A bomba d'água gera uma circulação continua de liquido arrefecedor
sempre que o motor esta funcionando. Estas bombas geralmente são
acionadas por engrenagem e em alguns casos são acionadas por correia, para
alguns motores da família 3200 e 3100.
O fluxo do liquido arrefecedor é iniciado pela bomba d'água quando se dá
partida no motor. O liquido arrefecedor circula continuamente através do
trocador de calor do óleo do motor, para esfriar o óleo do motor. O liquido
arrefecedor circula através de passagens internas do motor absorvendo calor
da superfície quente do motor e levando para o radiador onde o calor é
dissipado para a atmosfera.
Julho/2009
76
O fluxo do líquido arrefecedor é dividido em cada camisa de cilindro de
modo que 60% do fluxo passe ao redor da camisa do cilindro e o restante
passe diretamente para o cabeçote do motor.
O regulador de temperatura (valvula termostática) do líquido arrefecedor é
usado para controlar a temperatura de saída do líquido arrefecedor e ajuda no
aquecimento inicial do motor. Quando o motor está frio, o regulador de
temperatura do líquido arrefecedor está na posição fechada. Isso permite que o
líquido arrefecedor flua através do regulador de temperatura do líquido
arrefecedor para o coletor de retorno. Isso permite que o líquido arrefecedor
desvie do radiador. O líquido arrefecedor vai diretamente para a bomba d'água
para recirculação. À medida que a temperatura aumenta, o regulador de
temperatura do líquido arrefecedor começa a se abrir deixando passar parte do
líquido arrefecedor para o radiador e derivando o restante para a entrada da
bomba d'água. Na temperatura total de operação do motor, o regulador de
temperatura do líquido arrefecedor se move para a posição aberta. Isso permite
que todo o líquido arrefecedor seja orientado para o radiador. O líquido
arrefecedor vai então para a bomba d'água. Este trajeto proporciona máxima
liberação de calor do líquido arrefecedor.
Nota: Nunca desabilitar a valvula termostática. Esta ação causará danos ao
motor.
6.3 Aquecimento Excessivo
Aquecimento excessivo é o
problema mas comum do sistema
de arrefecimento. Se ele não for
resolvido, causará uma falha rápida
e catastrófica em poucos minutos.
Sem arrefecimento adequado, a
temperatura dentro do motor
aumenta especialmente em torno da
câmara de combustão onde muitos
pontos quentes podem surgir. O
aquecimento excessivo faz as peças
se expandirem, causando mais
fricção e calor. Desta forma a
temperatura aumenta até que as
peças parem de trabalhar.
Um
aquecimento
excessivo
também causa uma ruptura no filme
de óleo. Á medida que a temperatura aumenta o óleo vai diminuindo sua
viscosidade ao mesmo tempo que perde também algumas propriedades
lubrificantes. Por ultimo o óleo sem suas propriedades e afinado, permite
contato metal com metal e desgaste excessivo. Em uma situação de
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aquecimento excessivo do motor os anéis do pistão e a camisa de cilindro
podem ser prematuramente danificadas. Um extremo aquecimento fará
também o cabeçote de cilindro trincar-se.
6.4 O ELC
O liquido arrefecedor da Caterpillar é uma
mistura de água, anti-congelante (glicol) e
condicionador de liquido arrefecedor(inibidor).
para um arrefecimento adequado, cada um deve
ser mantido na proporção correta. O ELC
Caterpillar protege contra ebulição, congelamento
e corrosão. Ele é necessário em tempo frio e em
climas quentes. Em clima quente, o ELC é
importante pois ele aumenta o ponto de ebulição,
evitando desta forma ebulições e aquecimento
excessivo.
O ELC foi desenvolvido, testado e aprovado pela Caterpillar,este dura pelo
menos duas vezes mais que o líquido arrefecedor convencional nas máquinas
Caterpillar e nos motores comerciais e três vezes mais nos motores de
caminhão Caterpillar. Ele não necessita de aditivos de líquido arrefecedor
suplementares (SCA); em vez disso, o ELC é adicionado uma vez, quando
outros líquidos arrefecedores convencionais seriam substituídos.
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7. Sistema de Lubrificação
Diagrama esquemático do sistema de lubrificação do motor C32
7.1 Componentes
(1) Mancal intermediário traseiro
(2) Passagem de óleo para o alojamento
traseiro
(3) Rolamento da engrenagem
intermediária inferior do meio
(4) Tubulação de óleo traseira
(5) Roda de guia inferior traseira
(6) Passagem do óleo para os balancins e
os mancais do comando de válvulas
(7) Passagem do óleo para os cabeçotes
(8) Galeria de óleo no cabeçote
(9) Mancais do eixo-comando de válvulas
(10) Mancal do eixo para a engrenagem
intermediária dinâmica
(11) Biela com passagem de óleo perfurada
(12) Tubulação de óleo externa para o trem
de engrenagens traseiro
(13) Jet Cooler
(14) Rolamento da engrenagem
intermediária inferior dianteira
(15) Mancais principais
(16) Tubulação de alimentação de óleo
do turboalimentador do lado direito
(17) Tubulação de fornecimento de óleo
do turboalimentador do lado esquerdo
(18) Filtro de óleo auxiliar (se equipado)
(19) Galeria principal de óleo
(20) Expansão para a galeria de óleo
(21) Válvula de derivação do filtro de óleo
(22) Válvula de derivação do arrefecedor
de óleo
(23) Arrefecedor de óleo
(24) Bomba de Óleo
(25) Válvula de derivação da bomba de
óleo
(26) Cárter de óleo
(27) Filtro de óleo
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7.2 Funcionamento
A bomba de óleo (24) está montada na base do bloco do motor dentro
do cárter de óleo (26). Esta bomba aspira o óleo do cárter(26). O óleo segui
por uma passagem para o arrefecedor de óleo (23). O óleo flui então através
dos filtros de óleo (27). O óleo pode fluir para a galeria de óleo principal (19)
pelo lado direito ou o lado esquerdo do bloco. A localização do fornecimento de
entrada de óleo depende da localização dos filtros de óleo que podem estar
localizados dos dois lados do bloco. O óleo flui então através de um conjunto
de furos transversais para o lado oposto da galeria.
A galeria principal de óleo (19) distribui o óleo aos seguintes
componentes:
•
•
•
•
•
•
Mancais principais do virabrequim (15);
Jet Cooler(13);
Extensão da galeria de óleo (20);
Tubulação de fornecimento do óleo do turboalimentador (16);
Tubulação de fornecimento do óleo do turboalimentador (17);
Mancais da engrenagem intermediária dianteira (10).
A galeria principal de óleo (19) também distribui óleo aos comandos de
acessórios traseiros através das tubulações de óleo externas (12).
O óleo entra no virabrequim através de furos na superfície dos mancais
(munhões) para o mancal principal (15). As passagens conectam as superfícies
dos mancais (munhão) do mancal principal (15) com a superfície do mancal
(munhão) da biela (11). O óleo flui para cima através de uma passagem
usinada na biela até o mancal do pistão.
A extensão da galeria de óleo (20) está localizada no canto dianteiro
direito do bloco do motor. A extensão da galeria de óleo (20) fornece óleo para
o mancal da engrenagem intermediária inferior dianteira (14) .
O óleo flui para o mancal da engrenagem intermediária dianteira (10) e
ao redor do mancal (10) para a passagem de óleo para o cabeçote (7). O óleo
flui então para a galeria de óleo no cabeçote (8) e o óleo flui para a passagem
de óleo (6) para os mancais do comando de válvula (9) e os balancins.
O óleo para o mancal intermediário inferior traseiro (5) é alimentado da
passagem que esta conectada ao último mancal principal traseiro do
virabrequim (15). O óleo também é alimentado pelo mancal principal traseiro
para a tubulação de óleo traseira (4) e para a passagem de óleo no alojamento
traseiro (2) para o mancal intermediário traseiro do meio (3) e para o mancal
intermediário superior traseiro (1) .
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Este circuito de óleo opera tipicamente com uma pressão de 214 kPa
(31 psi) em marcha lenta e com 400 kPa (58 psi) na rotação nominal.
A válvula de derivação da bomba de óleo (25) limita a pressão do óleo
que vem da bomba de óleo (24). A bomba de óleo (24) pode colocar mais óleo
no sistema que o óleo necessário. A medida que a pressão de óleo aumenta, a
válvula de derivação da bomba de óleo (25) se abrirá. Isto permite que o óleo
que não é necessário volte para o lado da aspiração da bomba de óleo (24) .
O óleo frio com alta viscosidade causa uma restrição no fluxo através do
arrefecedor de óleo (23) e o filtro de óleo (27). A válvula de derivação do
arrefecedor de óleo (22) e a válvula de derivação do filtro de óleo (21) se
abrirão se o motor estiver frio. Isto dará uma lubrificação imediata a todos os
componentes. A bomba de óleo (24) envia o óleo frio através das válvulas de
derivação, ao redor do arrefecedor de óleo (23), e o filtro de óleo (27), e para a
galeria de óleo principal (19) no bloco do motor.
Quando o óleo fica quente, a diferença de pressão nas válvulas de
derivação diminui. Isto fecha as válvulas de derivação. Isto cria um fluxo normal
do óleo através do resfriador de óleo e através do filtro de óleo.
As válvulas de derivação também se abrirão quando houver uma
restrição no resfriador de óleo (23) ou uma restrição no filtro de óleo (27). Esta
ação lubrifica o motor se o resfriador de óleo (23) ou o filtro de óleo (27) está
com restrição. As pressões de abertura da válvula de derivação variam com as
aplicações.
Uma câmara de resfriamento do óleo é formada pelo lábio forjado no
topo da saia do pistão e a cavidade atrás das ranhuras dos anéis na coroa do
pistão. O óleo flui do jato de arrefecimento do pistão (13) entra na câmara de
arrefecimento através de uma passagem perfurada na camisa e retorna para o
cárter(26) através da abertura entre a coroa e a camisa. Os quatro furos que
foram abertos na ranhura do anel de óleo do pistão para o interior do pistão
drenam o excesso de óleo do anel de óleo.
O respiro de óleo permite que os gases de derivação de compressão
dos cilindros escapem do cárter durante a operação do motor. Os gases de
derivação de compressão se descarregam através do alojamento do volante
para um tubo pré-formado que descarrega na atmosfera. Isso impede o
acúmulo de pressão, que poderia causar vazamentos nos vedadores ou juntas.
Nota: Os motores que estão equipados com um filtro de óleo auxiliar (18)
pegarão o óleo em uma porta. O óleo filtrado será então retornado ao cárter de
óleo (26).
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8. Sistema de Combustível
O sistema de combustível é responsável por dosar a quantidade de
combustível que é injetado na câmara de combustível para conseguir-se a
potência de saída desejada do motor, ele também regula a rotação do motor.
8.1 Componentes
(1) Sensor principal de velocidade e
regulagem
(2) Sensor secundário de velocidade e
regulagem
(3) Injetores
(4) Bomba de combustível
(5) Filtro secundário de combustível de 2
mícrons
(6) Filtro de combustível primário e separador
de água
(7) Tanque de combustível
(8) Regulador da pressão do combustível
(9) Sensor de pressão atmosférica
(10) Sensor de pressão do óleo do motor
(11) Sensor de temperatura do líquido
arrefecedor do motor
(12) Sensor de temperatura do ar de
admissão
(13) Sensor de temperatura do combustível
(14) Sensor de nível do líquido arrefecedor
(15) Sensor de posição do acelerador
(16) Conector de calibragem da regulagem
(17) Link de Dados SAEJ1939
(18) Lâmpada de alerta
(19) Lâmpada de diagnóstico
(20) Resultados programáveis
(21) Módulo de Controle Eletrônico (ECM)
(22) Chave interruptora
(23) Bateria
(24) Trilho de suprimento do combustível
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O sistema de combustível MEUI consiste nos seguintes sistemas:
• Sistema mecânico
• Sistema eletrônico.
O sistema mecânico é feito de um sistema de alimentação de
combustível de baixa pressão e das unidade injetoras eletrônicas, já o sistema
eletrônico proporciona um controle eletrônico completo de todas as funções do
motor.
O sistema de controle eletrônico consiste nos três tipos seguintes de
componentes:
• Componentes de Entrada
• Componentes de Controle
• Componentes de Saída.
Existem cinco componentes principais do sistema MEUI de combustível:
•
•
•
•
•
Unidades injetoras eletrônicas
Bomba de transferência de combustível
ECM
Sensores
Solenóides
Os injetores das unidades injetoras eletrônicas produzem pressões de
injeção de combustível de até 207.000 Kpa (30.000 lb/pol2). As unidades
injetoras eletrônicas disparam até 19 vezes por segundo na rotação nominal.
8.2 Bomba de Transferência
A bomba de transferência de combustível alimenta os injetores retirando
combustível do tanque e pressurizando o sistema entre 60 e 125 lb/pol2.
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8.3 O ECM
O ECM é um computador poderoso que controla todas as principais
funções do motor. Dentro do ECM estão gravadas informações vitais para
operação do motor e possuem mapas de operação que definem as seguintes
características do motor:
•
•
•
•
Potência HP
Curvas de torque
Rpm
Outras características.
O ECM tem três funções principais. O ECM fornece alimentação para os
componentes eletro-eletrônicos do motor e monitora os sinais de entrada dos
sensores do motor e age também como um governador para controlar a rpm do
motor.
O ECM armazena falhas ativas, falhas registradas e eventos registrados é
responsável também por enviar uma corrente elétrica aos componentes de
saída de modo a controlar a operação do motor.
O Modulo de Controle Eletrônico (ECM) determina uma rpm desejada com
base nos seguintes critérios:
•
•
•
Sinal do acelerador
Determinados códigos de diagnóstico
Sinal da velocidade do veículo
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O ECM mantém a rpm desejada do motor pela detecção da rpm atual do
motor. O ECM calcula a quantidade de combustível que precisa ser injetada
para atingir a rotação desejada.
8.3.1 Regulagem e fornecimento de injeção de combustível
O ECM controla a quantidade de combustível injetada variando os sinais
para a unidade injetora. Os injetores bombearão combustível SOMENTE se o
solenóide do injetor for ativado. O ECM envia um sinal de 90 volts para o
solenóide para energizar o solenóide. Controlando a regulagem do sinal de 90
volts, o ECM controla a regulagem da injeção. Controlando a duração do sinal
de 90 volts, o ECM controla a quantidade de combustível injetada.
A regulagem da injeção é determinada pela rotação do motor e outros
dados do motor. O ECM detecta a posição do ponto morto superior do cilindro
número 1 pelo sinal fornecido pelo sensor de rotação do motor, desta forma ele
decide quando a injeção deverá ocorrer em relação ao ponto morto superior,
fornecendo assim o sinal para o injetor na ocasião desejada.
8.4 Sensores
Os sensores são dispositivos eletrônicos
que monitoram os parâmetros de desempenho
do motor. Os parâmetros de desempenho do
motor são pressão, temperatura, rotação e
posição. Estas informações são enviadas ao
ECM através de um sinal.
8.5 Solenóides
Solenóides são dispositivos eletrônicos que usam a corrente elétrica que
é enviado pelo ECM para mudar o desempenho do motor. Um exemplo de
solenóide é o solenóide do injetor.
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8.6 Funcionamento
8.6.1 Mecanismo da Unidade Injetora (MEUI)
(1) Porca de ajuste
(2) Conjunto do balancim
(3) Unidade injetora
(4) Haste de empuxo
A unidade injetora pressuriza o
combustível na quantidade correta na câmara
de combustão em tempos precisos. O ECM
pode controlar o avanço da injeção de
combustível e a quantidade de combustível a
ser injetado. A unidade injetora é operada por
um excêntrico do comando de válvulas e do
balancim, este primeiro tem três ressaltos para
cada cilindro, sendo que dois excêntricos
operam as válvulas de admissão e de escape,
e um outro excêntrico opera o mecanismo da
unidade injetora. A força é transferida do
ressalto da unidade injetora no através do
tucho de válvula para a haste(4). A força da
haste é transferida através do conjunto do
balancim (2) e para o topo da unidade injetora.
A porca de ajuste (1) permite o ajuste da folga
do injetor.
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8.6.2 Unidade Injetora
1) Solenóide
(2) Tucho
(3) Pistão
(4) Cilindro
(5) Conjunto do bico injetor
8.5.2 Operação da Unidade Injetora Eletrônica
As operações da Unidade de Controle Eletrônica (MEUI) consistem de
quatro estágios:
•
•
•
•
Pré-injeção
Injeção
Fim de injeção
Abastecimento.
Unidades injetoras utilizam um pequeno êmbolo e um cilindro para
bombear combustível sob alta pressão para a câmara de combustão. Os
componentes do injetor incluem o tucho, o êmbolo, o cilindro e o conjunto do
bico. Os componentes do conjunto do bico incluem a mola, o controlador do
bico e a ponta do bico. A válvula do solenóide da unidade injetora é constituída
dos seguintes componentes: solenóide, induzido, válvula de gatilho e mola do
gatilho.
O injetor é montado em um furo no cabeçote que tem uma passagem
integral de alimentação de combustível. A luva do injetor separa o injetor do
líquido arrefecedor do motor na camisa de água. Alguns motores utilizam uma
luva de aço inoxidável que é encaixada no cabeçote com uma leve pressão de
ajuste.
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8.6.3 Pré- Injeção
(A) Pressão de suprimento de
combustível
(B) Pressão de injeção
(C) Peças móveis
(D) Movimento mecânico
(E) Movimento de combustível.
O momento da pré-injeção começa com o êmbolo do injetor e o seu
tucho no topo do curso de injeção de combustível. Quando a cavidade do
êmbolo está cheia de combustível, a válvula de gatilho está na posição aberta
e o bloqueio está na posição aberta. O combustível sai da cavidade do êmbolo
quando o balancim empurra o tucho e o êmbolo para baixo. O fluxo de
combustível que é bloqueado pela válvula de retenção do bico passa da válvula
de gatilho para a passagem de alimentação do cabeçote. Se o solenóide
estiver energizado, a válvula de gatilho permanece aberta e o combustível da
cavidade do êmbolo continua a fluir para dentro da passagem de alimentação
de combustível.
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8.6.4 Injeção
(A) Pressão de suprimento de combustível.
(B) Pressão de injeção
(C) Peças móveis
(D) Movimento mecânico
(E) Movimento de combustível.
Para iniciar a injeção, o ECM envia uma corrente a válvula solenóide. O
solenóide cria um campo magnético que atrai o carretel. Quando o solenóide
está energizado, a valvula esta na posição fechada. Depois que a válvula
solenóide se fecha, o fluxo de óleo que está saindo da cavidade do êmbolo é
bloqueado. O êmbolo continua a empurrar combustível pela cavidade do
êmbolo e a pressão do combustível aumenta. Quando a pressão do
combustível atingir aproximadamente 34.500 kPa (5.000 lb/pol2) a força da alta
pressão do combustível supera a força da mola, mantendo a retenção do bico
na posição fechada. A agulha move da sede dos bicos e o combustível flui para
a ponta do injetor. Este é o início da injeção.
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8.6.5 Fim de injeção
(A) Pressão de suprimento
de combustível
(C) Peças móveis
A injeção contínua enquanto o êmbolo se move para baixo e o solenóide
esta energizado. Quando a injeção não é mais necessária, o ECM corta o fluxo
atual de corrente do solenóide, permitindo passagem do combustível para o
cabeçote, para a alimentação de combustível. Isso resulta em uma queda
rápida da pressão de injeção. Quando a pressão de injeção cai para
aproximadamente 24.000 kPa (3.500 lb/pol2), a fechando o bico e a injeção
pára. Este é o fim de injeção.
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8.6.6 Abastecimento
(A) Peças móveis
(B) Movimento mecânico
(C) Movimento do combustível.
Quando o êmbolo atinge o fundo do cilindro, o combustível não é mais
forçado da cavidade do êmbolo. O êmbolo é puxado pela mola do tucho. O
movimento ascendente do êmbolo causa a queda da pressão na cavidade do
êmbolo abaixo da pressão de alimentação de combustível, desta forma à
medida que o êmbolo se desloca para cima o combustível escoa da passagem
de alimentação de combustível para dentro da cavidade do êmbolo. Quando o
êmbolo atinge o topo do curso, a cavidade do êmbolo está cheia de
combustível e o fluxo de combustível para a cavidade do êmbolo pára. Neste
momento o processo recomeça, é o começo da pré-injeção.
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9. Sistema de Carga e Partida
9.1 Sistema de Carga
Alternador do Motor Caterpillar C32
9.1.1 Componentes do alternador
(1) Regulador
(2) Rolamento de rolos
(3) Enrolamento do estator
(4) Rolamento de esferas
(5) Ponte retificadora
(6) Enrolamento do indutor
(7) Conjunto do rotor
(8) Ventilador
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9.1.2 Funcionamento
O alternador é acionado por uma correia da polia do virabrequim. Este
alternador é uma unidade de carga trifásica auto-retificadora, e o regulador faz
parte do alternador.
O projeto deste alternador não requer anéis coletores ou escovas, e a única
peça que se movimenta é o conjunto do rotor. Todos os condutores que
transportam corrente são estacionários. Os seguintes condutores estão no
circuito:
•
•
•
•
Enrolamento do indutor
Enrolamentos do estator
Diodos retificadores
Componentes do circuito do regulador
O conjunto do rotor tem vários pólos magnéticos com espaço de ar entre
cada pólo oposto. Os pólos têm magnetismo residual. O magnetismo residual
produz um pequeno campo magnético entre os pólos. Quando o conjunto do
rotor começa a girar entre o enrolamento do indutor e os enrolamentos do
estator, uma pequena quantidade de corrente alternada (CA) é produzida. A
corrente alternada é produzida nos enrolamentos do estator do pequeno campo
magnético. A corrente alternada é convertida em corrente contínua (CC)
quando a corrente CA passa através dos diodos da ponte retificadora. A correte
que é gerada pelo alternador é usada para as seguintes aplicações:
•
•
•
Carregar a bateria;
Abastecendo o circuito acessório que tem baixa amperagem;
Reforçar o campo magnético;
As primeiras duas aplicações utilizam a maioria da corrente. À medida que
a corrente CC aumenta através dos enrolamentos de campo, a força do campo
magnético é aumentada. À medida que o campo magnético se torna mais forte,
mais corrente CA é produzida nos enrolamentos do estator. Quando o conjunto
do alternador esta em sua maior velocidade, também há um aumento da
corrente e a saída de tensão do alternador.
O regulador de tensão é um interruptor eletrônico de estado sólido. O
regulador de tensão sente a tensão no sistema. O regulador de tensão passa
de Ligado a Desligado muitas vezes por segundo, para controlar a corrente de
campo para o alternador. O alternador usa a corrente de campo para gerar a
tensão de saída requerida.
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9.2 Sistema de Partida
Componentes do motor de partida do motor C32
9.2.1 Componentes do Motor de Partida
(9) Indutor
(10) Solenóide
(11) Embreagem
(12) Pinhão
(13) Comutador
(14) Conjunto da escova
(15) Induzido
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9.2.2 Solenóide de Partida
Solenóide de partida motor C32
Um solenóide é um interruptor eletromagnético que executa duas funções
básicas:
•
O solenóide de partida fecha o circuito de alta corrente do motor de
partida com um circuito de baixa corrente do interruptor de partida.
•
O solenóide de partida engata o pinhão do motor de partida com a
engrenagem anelar(ou cremalheira do volante).
9.2.3 Funcionamento
O solenóide tem enrolamentos (um jogo ou dois jogos) ao redor de um
cilindro oco ou de um alojamento oco. O alojamento do solenóide tem um
êmbolo que é carregado por mola. Este êmbolo pode movimentar-se para a
frente e para trás. Quando o interruptor de partida está fechado e é enviada
eletricidade através dos enrolamentos, um campo magnético é criado. O
campo magnético puxa o êmbolo mais avante no alojamento do solenóide. Isso
movimenta a alavanca de mudanças para engatar a engrenagem acionadora
do pinhão com a engrenagem anelar. A extremidade frontal do êmbolo faz
então contato com os terminais da bateria e do motor do solenóide. Em
seguida, o motor de partida começa a girar o volante do motor.
Quando a chave de partida é aberta, a corrente já não flui através dos
enrolamentos. A mola agora empurra o êmbolo de volta à posição original. Ao
mesmo tempo, a mola move a engrenagem do pinhão no sentido oposto do
volante.
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10. Motor C13
O C13 ACERT utiliza o ECM A4 para controlar o motor para atender a
norma Tier III de emissões de poluentes,ele ainda esta equipado com sistema
(ATTAC), Sistema de arrefecimento do ar da admissão ar-ar. O ECM A4 é
utilizado para monitorar a injeção de combustível, que é entregue através da
unidade injetora MEUI. O motor C13 tem um arranjo de cilindros em linha
composto por seis cilindros com um deslocamento de 12,5L.
10.1 Especificações de Desempenho do Motor
•
•
•
•
•
•
•
•
Serial No. Prefix: MHX
Performance Spec: 0K7190
Hp range with VHP: 221 kW - 233 kW (297 hp - 312 hp)
Hp range with VHP Plus 221 kW - 248 kW (297 hp - 332 hp)
Full Load rpm: 2000
Low Idle rpm: 800
High Idle rpm: 2150
Boost at Full Load rpm: 18 Psi
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10.2 Sistema Elétrico
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11. Motor C18
O C18 possui a tecnologia ACERT e atende a norma Tier II de emissões
de poluentes,ele ainda esta equipado com sistema (ATAAC).
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11.2 Sistema Elétrico
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12. Motor C32
12.1 Especificações de Desempenho do Motor
•
•
•
•
•
•
•
Serial No. Prefix: LJW
Performance spec: 0K5981
Gross power: 758 kW (1016 hp)
Full load rpm: 1750
High idle rpm: 1938 ± 10
Low idle rpm: 650
Overspeed rpm: 2800
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100
12.2 Sistema Elétrico
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Julho/2009
102