Componentes do Conjunto Móvel dos Motores Automotivos


crank1Um motor de combustão interna funciona a partir de queimas sucessivas dentro de um cilindro hermeticamente fechado. Para que isso ocorra, é necessário componentes que transformem o movimento retilíneo alternativo dos pistões, em movimento circular na árvore de manivelas. A todos esses componentes participantes desses movimentos dentro do bloco do motor, chamamos Conjunto Móvel. O conjunto móvel é composto por :

  1. Pistão;
  2. Bielas;
  3. Virabrequim.

Além disso, o conjunto móvel é alojado em suportes lubrificados por pressão, chamados de Mancais. Os mancais não podem estar em direto contato com a árvore de manivelas, pelo que seu desgaste se daria prematuramente. Para que isso não ocorra são utilizadas bronzinas. Pistões, bielas, bronzinas e virabrequim  são feitos de materiais com diferentes características. O grande desafio no projeto de um motor de combustão interna é este funcionar sem atritos e temperaturas excessivas.

Pistão:
Crédito foto: superstreetonline.com

Crédito foto: superstreetonline.com

Também chamado de êmbolo, o pistão possui forma cilíndrica (na verdade, elíptica), se desloca dentro do cilindro do motor em movimentos alternativos. Os pistões são fabricados em ferro fundido cinza, liga de alumínio ou aço, necessitam de baixo peso específico, alta resistência e rápida dissipação do calor adquirido após a combustão.

O pistão deve contar com baixo peso específico, pois sua inércia deve ser a mínima possível para que este tenha o mínimo de dificuldade na execução do seu movimento. Deve resistir as combustões que ocorrem dentro do cilindro, e absorver o calor da combustão para troca-lo com a parede do cilindro e óleo lubrificante.

Sua principal função, é transmitir a força da gerada pela combustão da mistura ar combustível à biela. Mas além disso o pistão deve vedar a câmara de combustão através dos anéis de seguimento, transferir o calor adquirido na queima da mistura ar/combustível para o fluído de arrefecimento, determinar o percurso da biela dentro do cilindro e servir de apoio da força normal aplicada contra a parede do cilindro, neste caso transferindo-a totalmente a biela.

Por poder ser feito de diferentes tipos de materiais, a folga do pistão dentro do cilindro deve determinada seguindo critérios importantes, pois cada material possui atributos diferentes. Por exemplo, os pistões feitos em ferro fundido são muito resistentes, podem trabalhar com folgas mais apertadas e mesmo em condições críticas, nunca sofrem engripamento com consequente parada do pistão. Enquanto que pistões de alumínio são mais leves, excelentes condutores de calor, trabalham com folgas maiores, mas não são tão resistentes aos similares em ferro fundido. Os critérios determinantes para as folgas dos pistões dentro do cilindro são o diâmetro, a matéria-prima, o dimensional do pistão, regime de rotação do motor, o sistema de arrefecimento, a finalidade de uso do motor e o tipo de combustível a ser utilizado.

Ao pé da letra seria errôneo dizer que o pistão possui forma cilíndrica, na realidade o pistão é projetado para ter uma forma elíptica, mas é difícil de perceber isso, pois são dimensões milimétricas. Entretanto, uma vez que o motor começa a funcionar e os componentes atingem sua temperatura de trabalho, o pistão assume sua forma cilíndrica. Mesmo assim, os pistões não permanecem com suas medidas constantes, a dilatação dos pistões varia de acordo com as solicitações do motorista, ou seja, com o acionamento do acelerador. Aliás, não apenas os pistões, os cilindros também, mas neste caso a variação da dilatação se dá de uma forma mais lenta, e neste ponto é que temos perigo de engripamento(É neste ponto também, que as fábricas insistem em informar no seu manual os cuidados com o motor em seus primeiros momentos de funcionamento, conhecido como amaciamento).

Dimensionalmente, os pistões são mais largos no topo, do que na sua saia (parte inferior). O motivo é a maior dilatação do topo do pistões devido as altas temperaturas atingidas na câmara de combustão. Motivo pelo qual as folgas no topo e na saia são diferentes.

Na fabricação dos pistões, alguns artifícios podem ser usados para controlar sua dilatação. Um artifício bastante utilizado chama-se anel autotérmico, uma cinta de aço localizada abaixo da cabeça do pistão, sua missão é controlar a dilatação naquela região crítica, logo é possível reduzir a folga no topo dos pistões de alumínio.

Devido a alta exigência no topo dos pistões, é frequente o uso de porta-anéis de ferro fundido austenítico no pistão. Essa melhoria visa conferir maior resistência as canaletas que alojam os anéis de seguimentos, ambos sujeitos a alta temperatura e baixa lubrificação, logo maior desgaste.

Outra alternativa que visa controlar a dilatação do pistão, é a saia fendida. Neste caso, um corte oblíquo é feito na saia do pistão visando reduzir a folga naquele local. Pistões de saia fendida são montados com o corte posicionado no lado para o qual a biela inclina em seu movimento de decida.

Visão em corte de um pistão. Repare nas canaletas dos anéis de seguimento, e por de trás dela um canal de lubrificação. É possível também perceber a região escura na saia do pistão, com um material anti-atrito. Crédito foto: www.federalmogul.com

Visão em corte de um pistão. Repare nas canaletas dos anéis de seguimento, e por de trás dela um canal de lubrificação. É possível também perceber a região escura na saia do pistão, com um material anti-atrito.
Crédito foto: www.federalmogul.com

Estruturalmente, o pistão tem três partes definidas, o topo, a região dos anéis e a saia. A região do topo do pistão é motivo de muito estudo no projeto do mesmo, pois sua distância até o primeiro anel de seguimento determina o local onde parte da mistura ar/combustível se aloja no momento da compressão. Contudo, após a combustão, a mistura ali contida não foi devidamente queimada, resultando em hidrocarbonetos expelidos no tempo de escape. Por conta disso, a redução da distância do topo do pistão ao primeiro anel de seguimento vem sendo implementada. Consequentemente, as canaletas e os anéis de seguimento devem ser retrabalhados para suportar a maior exigência daquele ambiente. Além disso, o pino do pistão passa a estar mais próximo da cabeça do pistão, o pistão fica mais curto e mais equilibrado em termos de balanço de cargas.

A condução de calor do topo do pistão até sua parte inferior se dá por sua microestrutura interna, a parte inferior, ou seja, a saia, algumas vezes é dotada de revestimentos poliméricos (teflon). A função destes é reduzir o atrito naquela região e minimizar o desgaste, consequentemente a partida a frio é melhorada.

Durante o funcionamento do motor, sabemos que a velocidade dos pistões nos pontos mortos inferior e superior é nula. Mas durante o curso ela varia continuamente, podemos admitir que um automóvel de escala de produção na casa dos milhares por dia, tem um motor capaz de desempenhar velocidade de 70-75 Km/h dos pistões em seus cilindros. A partir disso é possível compreender por que temos que utilizar lubrificantes de qualidade, ou este facilmente permitiria o atrito seco entre pistão e cilindro. A velocidade média de um pistão pode ser calculada pela fórmula:

Vmédia = (2.s.n)/60 ,

Onde “s” é o curso do pistão e “n” o número de rotações.

Anéis de Seguimento:
Visão dos anéis de seguimentos desmontados. Crédito foto: http://confident-instruments.com/

Visão dos anéis de seguimentos desmontados.
Crédito foto: http://confident-instruments.com/

Como o pistão é menor que o cilindro, faz-se necessário o uso de um componente capaz de vedar a câmara de combustão da parte inferior do bloco. Este componente chama-se anel de seguimento. Os anéis de seguimento são fabricados em ferro doce, também conhecido como ferro macio ou aço macio. Trata-se de um ferro com alto índice de pureza, ou seja, aço com baixo teor de carbono (menor que 25%).

Os anéis de seguimento não são anéis na verdade, possuem forma quase circular, pois sua pontas não se encontram. São projetados para terem um diâmetro maior que o pistão, e uma vez montados nos pistões, e estes alojados nos cilindros, os anéis passam a funcionar como molas, mantendo o contato com a parede do cilindro.

Crédito foto: http://www.regalautosport.com/

Crédito foto: http://www.regalautosport.com/

Normalmente, em aplicações automotivas, os pistões possuem três anéis de seguimento cada. Existem aplicações nas quais se faz necessários menos anéis de seguimento, como por exemplo em motores 2 tempos para Karts, no qual o pistão possui apenas um anel de seguimento.

Os anéis estão alojados em porta-anéis contidos nos pistões, também chamados de canaletas. A primeira canaleta aloja o anel corta-fogo, e a segunda canaleta aloja o anel de compressão. Aquele e este são responsáveis pela vedação da câmara de combustão em relação a parte inferior do bloco do motor. Por estar diretamente em contato com a câmara de combustão, o anel corta-fogo requer uma folga maior que os demais, e também matéria-prima mais resistente. O último anel, alojado na terceira canaleta de cima para baixo, é chamado anel raspador de óleo. Sua função é raspar o excesso de óleo contido na parede do cilindro e impedir que este suba até a câmara de combustão. Ao retirar o óleo do cilindro, este fica retido dentro do anel raspador, e escorre por furos para dentro do pistão, seguidamente caindo para o cárter.

Pino do Pistão:
Crédito Foto: http://www.cokerengineering.com/

Crédito Foto: http://www.cokerengineering.com/

A união da biela com o pistão é realizada por um pino, o chamado pino do pistão, de forma tubular e fabricado em aço cementado, temperado e retificado. Esses tratamentos conferem ao pino do pistão uma resistência maior, e sua forma tubular objetiva baixo peso.

O pino do pistão pode ser montados de três formas diferentes:

  1. Pino flutuante;
  2. Pino semiflutuante;
  3. Pino fixo.

Em todos as formas de montagem do pino no pistão, deve haver aquecimento do pistão e da biela, visto que as folgas são pequenas entre os três componentes, a articulação pistão-biela deve estar livre.

Os três tipos de pinos de montagem do pino do pistão. Crédito foto: http://www.sweethaven02.com/

Os três tipos de pinos de montagem do pino do pistão.
Crédito foto: http://www.sweethaven02.com/

O pino flutuante é o mais utilizado atualmente, neste caso aquece-se pistão e biela para então introduzir o pino. O pino não deve escorregar para as laterais do pistão, motivo pelo qual o pistão é dotado de presilhas em ambos os lados. No caso dos pinos semiflutuantes, o pino é fixado a biela, enquanto que no pino fixo, a fixação é feita no pistão. O pino não, nestes últimos casos, possui movimento algum. O pino do pistão não está em direto contato com a biela, são utilizadas bronzinas ou rolamentos de roletes para garantir o mínimo de atrito.

Bielas:
Crédito foto: http://www.thenismoshop.com/

Crédito foto: http://www.thenismoshop.com/

Quando os pistões recebem o trabalho das combustões, eles são violentamente empurrados para baixo, um movimento retilíneo que é transformado em movimento circular através de um componente, a Biela. Sendo essa sua principal função, as bielas são divididas em três partes, pé, corpo e cabeça. Curiosamente, o pé da biela se liga ao pino do pistão e a cabeça da biela se liga ao moente da virabrequim, pelo que torna fácil a confusão devido ao pé ficar em cima e a cabeça na parte inferior.

As bielas são fabricadas em aços especiais, neste caso, aço estampado, aço liga. São utilizadas ligas de alumínio e titânio, mas também podem ser fabricadas em ferro fundido nodular (ferro fundido no qual o carbono permanece livre na matriz metálica e em forma esferoidal, garantindo maior ductilidade). O ferro fundido confere a biela uma grande resistência, mesmo assim o ferro nodular prejudica a biela por conta do maior peso. Enquanto isso, o alumínio ou titânio possuem baixo peso, mas não contam com tanta resistência em relação ao ferro fundido, pelo que suas aplicações são voltadas para motores de alta performance.

Bronzinas de biela. Crédito foto: http://s7d2.scene7.com

Bronzinas de biela.
Crédito foto: http://s7d2.scene7.com

No pé da biela é colocado uma bucha de bronze fosforoso, seu objetivo é impedir o contato direto do pino com a biela. Em muitos casos, a cabeça da biela é dotada de um furo calibrado no qual o lubrificante, sob pressão, adentra entre pino do pisão e bucha do pé da biela promovendo o atríto úmido entre ambas as partes. Na verdade, esse furo no pé da biela é proveniente de um duto que percorre toda a biela. O objetivo desses furos é promover a lubrificação da biela, bem como a troca de calor desta com o óleo lubrificante. Nos motores automotivos é padrão a aplicação de bronzinas nas ligações das bielas por questões de durabilidade, mas em motores menores de aplicações diversas, como por exemplo nos karts, é frequente o uso de rolamentos de rolos. Os rolamentos, embora também minimizem considerávelmente o atrito, se desgastam mais rapidamente se comparados com as bronzinas (também chamadas de casquillhos). Não é atoa que em motores de karts utilizados em competições, os rolamentos de rolos são itens de manutenção preventiva.

Crédito foto: http://i01.i.aliimg.com/

Crédito foto: http://i01.i.aliimg.com/

Durante o funcionamento do veículo, a biela é submetida a esforços de tração, compressão e flexão, pelo que a forma do seu corpo deve ser muito resistente a essas situações, o corpo da biela é frequentemente usinado em forma de I, mas há casos aonde de se faz necessário uma biela com corpo em forma de H. Este último tipo possui maior resistencia a flambagem, e aos demais esforços.

A última parte do corpo da biela é a cabeça, e esta também se liga ao moente do virabrequim através de bronzinas, mas neste caso há vários materiais que são utilizados para a fabricação destas. A escolha do material das bronzinas é determinada pelo tipo do motor.

Como um todo, a biela possui um outro fator importante em seu projeto, o seu comprimento. O comprimento de um biela é determinado pelo curso do motor e o raio do contrapeso (virabrequim). A partir disso é determinada a relação r/l, relação entre o raio do virabrequim e o comprimento da biela, que influencia na inclinação máxima que a biela pode chegar. O ideal é que se obtenha a maior biela possível, pois assim são minimizados a força lateral do pistão sobre o cilindro devido menor inclinação da biela. Entretanto, bielas longas possuem maior massa, o que por si só já um obstáculo ao ganho potência do motor. Por outro lado, bielas curtas geram maior inclinação das mesmas, logo maior apoio do pistão sobre a parede do cilindro, o que resulta em desgaste acelerado das paredes. Existem medidas para amenizar esse desgaste, como filme de bissulfeto de molibdenio ou politetrafluoretileno na saia do pistão, além do afastamento do eixo do cilindro em relação ao eixo do pino do pistão ou do virabrequim. O fato é que durante o desenvolvimento do motor deve haver um compromisso entre o comprimento da biela e o raio do virabrequim, ou adota-se uma biela grande, com grande inercia, ou adota-se uma biela curta, com menos inércia, mas que favorece do desgaste do cilindro e o nível vibração do motor.

Virabrequim:
Crédito foto: http://www.eurospecsport.com/

Crédito foto: http://www.eurospecsport.com/

A força produzida na combustão é transmitida pelo pistão à biela, e desta para o virabrequim. Este também é chamado de cambota ou árvore de manivelas. O virabrequim transforma a força da combustão em torque útil. O torque é disponibilizado nas extremidades do virabrequim, mas é transmitido a caixa de marchas pela extremidade dotada de um volante.

Virabrequim desmontável. Muito comum em motores de karts. Crédito foto: http://www.vhm.nl/

Virabrequim desmontável. Muito comum em motores de karts.
Crédito foto: http://www.vhm.nl/

O virabrequim possui duas formas de fabricação, inteiriço ou em partes. A linha automotiva utiliza virabrequins fabricados em uma peça só, enquanto que motores pequenos (2 tempos) utilizam virabrequins fabricados com várias peças. Entretanto, há casos de virabrequins muito grandes (6 e 8 cilindros), nos quais foi necessária sua fabricação por partes (com transmissão do movimento por engrenagem) pois o nível de torção seria destrutivo. O material do virabrequim é o aço, podendo ser feito em processo de fundição ou forjamento, além de passar por tratamentos como revenimento e têmpera, e possuirem ligas de cobre, níquel, cromo, manganês e outros componentes para conferir maior resistência ao virabrequim.

As bielas se ligam ao virabrequim através dos moentes, estes dispões de furos por onde sai o óleo lubrificante, que impede o atrito seco naquela área. Os moentes recebem as bielas, que são fixadas pelas capas de biela com intermédio das bronzinas. A cabeça da biela possui o formato do diâmetro do moente, e este não pode ter um valor elevado, pois aumentará o atrito interno, como também não pode possuir um diâmetro exageradamente pequeno, o que prejudicaria a resistência do virabrequim. O raio da manivela é o que determina o torque útil do motor. Quando este começa a funcionar, o virabrequim gira com seus munhões suportados sobre mancais lubrificados, que estão dispostos ao longo do eixo do virabrequim.

Os mancais estão localizados no bloco do motor e suas outras metades são aparafusadas nestes. A sequência de aperto dos mancais possui o mesmo princípio aplicado aos cabeçotes, apertando do centro para as extremidades e folgando das extremidades para o centro.

As braçadeiras plásticas foram inseridas nos dutos de lubrificação do virabrequim. Crédito foto: http://www.fordfe.info/

As braçadeiras plásticas foram inseridas nos dutos de lubrificação do virabrequim.
Crédito foto: http://www.fordfe.info/

Nos mancais do virabrequim estão furos calibrados nos quais é fornecido o óleo lubrificante sobre pressão da bomba de óleo. Internamente no virabrequim estão canais de lubrificação que desembocam em furos contidos nos munhões e moentes. Por dentro do virabrequim, o óleo troca de calor, bem como lubrifica mancais, munhões e moentes. O virabrequim não assenta diretamente nos mancais, o que geraria desgaste prematuro de ambas as partes. Para reduzir o atrito entre mancais e virabrequim, além do óleo lubrificante, são utilizadas bronzinas colocadas sobre os mancais.

O projeto de um virabrequim visa equilibrar as vibrações, flexões e torções no qual ele é submetido, estas ocorrem devido as combustões, mais precisamente as combustões ocorridas em cilindros na extremidade oposta a do volante. Sempre que estes cilindros entram no tempo motor e logo após passam para os tempos improdutivos, a extremidade oposta ao volante sofre vibrações devido a torção neste mesmo ponto. Assim, o projeto de um virabrequim pode englobar contrapesos nos munhões, eixo de balanceamento e amortecedores de vibração, além disso a quantidade de mancais também ajuda no equilíbrio do conjunto móvel. Entretanto, quanto mais mancais o bloco possuir, para suportar o virabrequim, maior será o comprimento e o atrito deste. Motivo pelo qual, o número de mancais deve ser estudado com seriedade.

Volante do motor:
Crédito foto: http://www.amsautomotive.com/

Crédito foto: http://www.amsautomotive.com/

O volante do motor é um peça feita propositalmente pesada, podendo ser de ferro fundido ou de aço. Sua principal função é absorver a energia cinética da combustão e utiliza-la como energia potencial nos tempos improdutivos do mesmo. Quando ocorre uma combustão, a energia produzida faz girar a árvore de manivelas, no qual está aparafusado o pesado volante. Por ser muito pesado em relação a manivela, pistões e bielas, o volante sofre bastante inércia para parar, e assim faz o conjunto móvel permanecer girando mesmo durante os tempos improdutivos. O fator massa do volante é inversamente proporcional ao número de cilindros, pois quanto mais o número de cilindros, mais cilindros passarão pelo tempo de combustão após as duas voltas do virabrequim, logo mais energia, e então pode-se reduzir a massa do volante.

O volante é aparafusado no virabrequim, mais precisamente em sua extremidade traseira, através de parafusos de aço cromo-níquel apertados no colarinho do virabrequim. A instalação do virabrequim é feita conforme a posição determinada no projeto, mas a garantia disso é o frequente uso de chavetas para colocar o volante na posição certa.

Layout do virabrequim e volante do motor. Perceba os parafusos e as buchas que o desenho mostra. Crédito foto: http://rdent.com/

Layout do virabrequim e volante do motor. Perceba os parafusos e as buchas que o desenho mostra.
Crédito foto: http://rdent.com/

É através do volante que o motor recebe a rotação necessária para começar a funcionar, uma coroa de aço é montada em volta do volante. Os dentes da coroa engrenam com os dentes do motor de partida e possibilitam a partida do motor. Além disso, é através do volante que muitos sistemas de injeção eletrônica determinam a rotação do motor, pois a coroa do volante é também uma roda fônica, que gira bem próxima ao um sensor de rotação.

O volante também é utilizado como intermédio entre o motor e caixa de marcha, é projetado de forma a ser uma superfície de contato para o disco de embreagem, logo transmitindo o torque do motor para a caixa de marchas. Além disso, o eixo primário desta é suportado por uma pequena bucha no centro do volante.

Mancais e bronzinas:
Crédito foto: http://ww2.justanswer.com/

Crédito foto: http://ww2.justanswer.com/

Ambos mancais e bronzinas trabalham com o objetivo de prover suporte e guia para eixos, os mancais estão localizados no bloco do motor, possuem forma circular no qual sua metade é desmontável para possibilitar a montagem do eixo virabrequim. Entretanto, os mancais não podem estar em direto contato com o eixo, motivo pelo qual aquele é dotado de bronzinas. As bronzinas promovem a redução de atrito, consequentemente menor desgaste das peças em movimento.

Existem dois tipos de mancais utilizados em aplicações automotivas, os mancais de rolamento e os mancais de deslizamento (também chamados de mancais hidrodinâmicos). O primeiro é muito utilizados em motores 2 tempos de competições kart, os mancais de rolamento também são chamados de grades. Possuem baixo custo, se adequam a lubrificação permanente e as pequenas dimensões do virabrequim. Entretanto são muito sensíveis as contaminações do óleo lubrificante, e se desgastam rapidamente por conta da repentes mudanças de carga do motor, além de serem bastante ruidosos. Essas características desqualificam os mancais de rolamentos para aplicações automobilísticas civis, na qual é necessário alta durabilidade, suavidade e silêncio ao rodar. Nesses pontos os mancais hidrodinâmicos são bem sucedidos, pois são fáceis de montar e substituir, produzem menos atrito e ruídos, consequentemente duram mais, além de serem bastante silenciosos.

Desenho esquemático de um virabrequim apoiado sobre mancais de rolamento, desmontado. Crédito foto: http://www.ultimaproducts.com/

Desenho esquemático de um virabrequim apoiado sobre mancais de rolamento, desmontado.
Crédito foto: http://www.ultimaproducts.com/

Os mancais de rolamento sofrem mais com o desgaste, pois se baseiam no princípio de que os roletes (ou rolos) do rolamento podem rolar (o ideal) ou deslizar. Na verdade o deslizamento sempre ocorre gerando desgaste, em momentos no qual há uma deficiência de lubrificação esse desgaste aumenta consideravelmente. As pistas do mancal de rolamento são feitas de ligas de cromo, o mancal de rolamento possui sua estrutura feita de aço ou latão.

Mancal de deslizamento com bronzinas. Crédito foto: http://www.flat6innovations.com/

Mancal de deslizamento com bronzinas.
Crédito foto: http://www.flat6innovations.com/

Os mancais de deslizamento utilizam o princípio da dinâmica dos fluídos para funcionarem, por isso são também chamados de mancais hidrodinâmicos. Estes são compostos pelo mancal em si, usinado no bloco do motor e no cabeçote, e de suas capas. Por serem feitos do mesmo material do bloco, se faz necessária a utilização de capas redutoras de atrito chamadas de bronzinas (também chamadas de casquilhos ou buchas).

Jogo de bronzinas da F150 2009. Percebe que há bronzinas com canais de lubrificação. Crédito foto: http://www.carid.com/

Jogo de bronzinas da F150 2009. Percebe que há bronzinas com canais de lubrificação.
Crédito foto: http://www.carid.com/

As bronzinas são fabricadas em aço, mas são revestidas internamente com bronze (daí o nome bronzinas) ou outros materiais especiais como ligas de estanho, cobre, antimônio, zinco ou alumínio. O formato da bronzina segue o formato mancal, muitas delas são compostas de duas partes semicirculares que se ajustam entre si no momento do aperto do eixo virabrequim ou comando de válvulas em seus mancais.

A principal função da bronzina é suportar as cargas impostas pelas combustões aos mancais, sempre o reduzindo o atrito em qualquer regime de funcionamento, consequentemente reduzindo o desgaste do eixo que gira sobre o mancal. Para realizar esta função, a bronzina precisa se encaixar perfeitamente no mancal, e de forma alguma poderá girar solidária ao eixo, ou destruiria o mancal rapidamente. A bronzina encaixa no mancal e lá permanece devido ao rasgo de chaveta contido no mancal, um rebaixo aloja o ressalto (chaveta) contido na bronzina. Há casos em que esse ressalto não está na bronzina, e sim no mancal de forma que a bronzina possui um furo para encaixar no ressalto do mancal.

Repare que nos mancais é possível ver os furos por onde óleo lubrificantes entra sobre pressão no canal de lubrificação. Crédito foto: http://cliff.hostkansas.com/

Repare que nos mancais é possível ver os furos por onde óleo lubrificantes entra sobre pressão no canal de lubrificação.
Crédito foto: http://cliff.hostkansas.com/

Para garantir a lubrificação do eixo, a bronzina possui um canal e um orifício de óleo, pelos quais é fornecido óleo sobre pressão da bomba de óleo. As bronzinas são feitas de metais anti-atrito, mas além disso um material sinterizado, poroso, que retém o lubrificante em seus poros garantido o filme de óleo tão desejado pelas partes móveis do motor, ou seja, o atrito úmido.

Nos motores automotivos, as bronzinas estão presentes nos mancais do virabrequim (bronzinas de mancal ou de chumaceira), mancais da árvore do comando de válvulas, mancais dos demais eixos (balancins ou balanceamento), no pé na cabeça das bielas.

Os materiais utilizado nas bronzinas varia de acordo com a aplicação do motor. Em casos de motores mais simples, que equipam veículos de grande produção, são utilizadas bronzinas feitas de liga de estanho, cobre e antimônio. A principal característica dessa bronzina é o funcionamento silencioso, suave mas extremamente ruidoso em casos de superaquecimento.

Quando a aplicação é voltada para motores de alta performance, é comum a utilização de bronzinas de metal rosa, ou seja, liga de alumínio, cobre e zinco, por suportar a maior carga na qual o conjunto móvel é exposto. Na ausência de lubrificação, os mancais e o eixo se desgastam rapidamente.

Para aplicação na linha diesel, as bronzinas de bronze (liga de estanho e cobre) ou de metal leve (liga de alumínio e zinco) são escolhidas, com vantagem para a última. As bronzinas de bronze são feitas inteiramente deste material, sendo diferentes das bronzinas utilizadas em motores Otto. Isso se faz necessário pois devem suportar o grande torque que motor consegue produzir, além do fato das peças em motores diesel serem mais robustas (e pesadas). Na falta de lubrificação, ambos eixo e mancal (com bronzina) possuem grande probabilidade de se desgastar.

As bronzinas de metal leve se dilatam mais em relação as bronzinas de bronze, são tão resistentes quanto, e também são inteiramente fabricadas do mesmo material. Entretanto, as suas cotas de tolerância são maiores, e no momento em que ocorre alguma deficiência de lubrificação, a tendência deste mancal é travar o motor, e caso persista no funcionamento deste, ocorrerá um grande desgaste de mancal e eixo.

Com exceção das bronzinas de bronze e metal, os demais materiais citados, na verdade, são bronzinas fabricadas em aço, mas com diferentes materiais internamente. Estes materiais conferem a bronzina característica anti-atrito e resistência, estão dispostos em camadas milimétricas que podem ser facilmente desgastadas quando negligenciadas as manutenções periódicas.

Manutenção:
Bronzinas desgastadas. Crédito foto: http://forum.ih8mud.com/

Bronzinas desgastadas.
Crédito foto: http://forum.ih8mud.com/

O conjunto móvel é a parte mais crítica do motor, aquele desenvolve alta rotação e atinge alta temperatura. Assim, o óleo lubrificante tem a dura missão de reduzir o atrito interno, e auxiliar o sistema de arrefecimento na troca de calor com o motor. Por conta disso a troca de óleo é a mais básica, e mais importante manutenção do motor de um automóvel. Um óleo vencido não irá suportar a pressão e a temperatura, no qual será exposto nos mancais e nas paredes do cilindro. Assim o óleo deixa de lubrificar, e expõe as superfícies, além de queimar e virar carvão, literalmente.

Os pontos de atrito no conjunto móvel são entre pistão e o cilindro, biela e pino do pistão, biela e virabrequim e virabrequim e mancais. Estes são pontos críticos nos quais qualquer deficiência na lubrificação, e persistência dessa deficiência, geram desgastes prejudiciais para o motor. Portanto é necessário que o motor esteja com o sistema de arrefecimento, lubrificação e injeção eletrônica funcionando corretamente.

Tendo em mente que um motor de combustão interna funciona em condições críticas (baixa temperatura e lubrificação) após a partida a frio, conclui-se que este momento é o pico de desgaste do motor, e a medida que a temperatura aumenta e a lubrificação se faz presente, esse desgaste é severamente reduzido. Assim é normal que pistões e bronzinas (em geral) apresentem riscos, sinais de desgaste de funcionamento sem lubrificante, desde que estes não sejam excessivos a ponto de atingir as camadas internas do material.

Diferença entre bronzinas desgastadas (direita) e bronzinas em boas condições (esquerda). Crédito foto: http://mgaguru.com/

Diferença entre bronzinas desgastadas (direita) e bronzinas em boas condições (esquerda).
Crédito foto: http://mgaguru.com/

Após a fase fria, o motor passa funcionar em temperatura normal de trabalho, a lubrificação é eficiente e da conta das exigências impostas pelo motor. Entretanto, o óleo tem prazo de validade, e este quando atingido, requer a troca do óleo (e filtro de óleo). A troca é necessária devido a oxidação deste, a oxidação do óleo lubrificante gera corrosão de componentes internos, reduz o poder lubrificante. As bronzinas, aliás, são severamente penalizadas pela corrosão ocasionada do óleo oxidado, gerando pontos de desgastes chamados “pits”. Os pistões trabalham em deficiência de lubrificação quando há falhas na bomba de óleo ou quando ocorre a lavagem (mistura ar/combustível excessivamente rica) da câmara de combustão. A lavagem dilui o óleo lubrificante da parede do cilindro, e ocorre devido a problemas com o sistema de injeção eletrônica ou carburador, consequentemente o pistão sofre engripamento na região do topo e em casos extremos o engripamento pode chegar até a região da saia, ou a ocorrência de erosão da cabeção do pistão.

Falhas na bomba de óleo podem prejudicar tanto pistões, como as bronzinas, estas quando passam a funcionar com deficiência de óleo apresentam-se com uma superfície brilhante, e em seguida o desgaste. Os riscos nas bronzinas superam as camadas anti-atrito e atingem o aço, o eixo sobre os mancais também é severamente desgastado.

Outro fator importante para o bom funcionamento do conjunto móvel, é o sistema de arrefecimento. Sabendo que o pistão dilata mais rápido que o cilindro (menor coeficiente de dilatação), é necessário que o sistema de arrefecimento esteja trabalhando perfeitamente para impedir que o pistão atinja dilatações excessivas. Caso contrário o pistão engriparia dentro do cilindro, principalmente na região próxima ao pino do pistão.


Auto entusiasta, piloto virtual, técnico em Manutenção e Mecânica Automotiva, estudante de Engenharia Mecânica. Automobilista nato!

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