MOTORES & LUBRIFICANTES

1. MOTORES & LUBRIFICANTES

2. MOTOR • O motor é a fonte de energia do automóvel. Converte a energia calorífica produzida pela combustão da gasolina em energia mecânica, capaz de imprimir movimento nas rodas. • Para evitar desgastes e aquecimento excessivo, o motor inclui um sistema de lubrificação. O óleo, armazenado no cárter sob o bloco do motor, é obrigado a circular sob pressão através de todas as peças do motor que necessitam de lubrificação. O primeiro motor de combustão interna bem sucedido foi fabricado em 1876, pelo Engº. Alemão NikolausOtto. Num ciclo de quatro tempos: Admissão; Compressão; Explosão; Exaustão.

3. MOTOR MOTOR

4. MOTOR - GASOLINA

5. MOTOR - DIESEL • Enquanto no motor a gasolina a – mistura gasosa ar gasolina – é inflamada por meio de uma faísca eléctrica produzida pela vela de ignição, no motor a Diesel não existem velas de ignição e a gasolina é substituída por Diesel. • A ignição, num motor a Diesel, é provocada pela compressão , que faz elevar a temperatura do ar na câmara de combustão de tal modo que esta atinja o ponto de auto-inflamação do combustível. • O Diesel, que se evapora menos que a gasolina, não é introduzido na câmara de combustão sob a forma de mistura com ar, mas sim injectado sob alta pressão por meio de um injector. Na câmara de combustão, o Diesel inflama-se em contacto com o ar aquecido por efeito da forte compressão. Uma bomba accionada pelo próprio motor fornece o Diesel a cada injector em determinadas quantidades e sob elevada pressão. O acelerador regula a quantidade de combustível fornecida pela bomba e, consequentemente, a potência gerada pelo motor. • Num motor de automóvel a gasolina médio, a gasolina sofre uma compressão que reduz o seu volume em cerca de um nono do seu valor inicial, o que corresponde a uma relação ou taxa de compressão 9:1 num motor a Diesel esta relação pode atingir o valor de 22:1, de modo a aumentar a temperatura do ar.

6. MOTOR - DIESEL

7. Lubrificação / Lubrificantes • Quando duas superfícies sólidas deslizam em contacto uma contra a outra, ocorre atrito e desgaste. • Atrito– Resistência ao movimento durante o deslizamento. ( gera calor e perda de potência) • Desgaste – Perda ou destruição das superfícies em contacto. ( reduz a vida dos componentes e favorece o aparecimento de vibrações e ruídos ) • Lubrificação – É todo e qualquer procedimento que tenha o efeito de reduzir o atrito e o desgaste. • Lubrificantes – Qualquer substância que quando introduzida entre as superfícies reduz o atrito e o desgaste.

8. Lubrificação / Lubrificantes • Tipos de Atrito “ Friction “ • . Atrito de rolamento • . Atrito de escorregamento • Tipos de Desgaste “Wear” • . Abrasivo– Polimento e abrasão por partículas de desgaste ou • contaminantes sólidos. • . Adesivo – Soldadura das rugosidades em regimes de lubrificação mista • ou limite • .Corrosivo –Reacção química pelo ambiente envolvente. • . Pitting –Causado pela fadiga da superfície por contacto de rolamento. • . Erosão - ( Cavitação ) – Formação e rebentamento de bolhas nas • superfícies devido a mudanças rápidas de pressão.

9. Lubrificação / Lubrificantes Um lubrificante tem como objectivo proteger os componentes contra os ácidos, cuja formação é derivada de produtos da combustão . Essa contaminação compreende fuligem, gases e água. Assim, na figura podemos observar partículas de óleo (1) rodeadas por ácidos (2), que será neutralizado pelos aditivos dispersantes - detergentes (3) contidos no óleo (4) .

10. Lubrificação / Lubrificantes O óleo em conjunto comos segmentos (figura) tem um papel fulcral em evitar percas de compressão. As funções dos segmentos (3) são diminuir o atrito entre o piston (1) e as paredes dos cilindros (2); de controlar a película de óleo (4); e exercer forte pressão contra as paredes do cilindro (2). Existe pequenas marcas (5) na parede do cilindro que fixam uma ligeira película de óleo, ajudando os segmentos a evitar tais percas.

11. Funções Básicas da Lubrificação De entre as várias funções do óleo começamos por referir a de lubrificar. Para tal acontecer, o óleo deve alcançar todas as partes em movimento e componentes. Antes de mais, a figuraserve para um melhor esclarecimento da localização dos componentes do motor atingidos pelo óleo.

12. Funções Básicas da Lubrificação • Separar as Superfícies em Movimento • Dissipar o Calor Gerado pelo Atrito • Controlo do Desgaste Corrosivo

13. Tipos de Lubrificação • Hidrodinâmica / Hidrostática • Mista ou Película Fina • ElastoHidrodinâmica • Limite Aumento da Severidade

14. Lubrificação Hidrodinâmica Este tipo de lubrificação dá-se após o arranque e durante a continuidade do movimento. Ela terá de garantir que não ocorra contacto metal-metal. O afastamento das superfícies é conseguido pelo chamado “efeito de cunha” em que o lubrificante, pressionado a interface, provoca a separação pretendida. Ou seja, a Lubrificação Hidrodinâmicaocorre quando o casquilho e o moente são separados por uma película lubrificante relativamente espessa impedindo o contacto inter-metálico. O movimento das partes móveis origina uma “cunha lubrificante “, que provoca uma pressão na película lubrificante. Este mecanismo só se desenvolve a partir de velocidades elevadas. Este tipo de lubrificação não depende de uma alimentação sob pressão, visto esta ser auto-gerada, mas requer uma alimentação em quantidade suficiente sempre que seja necessário.

15. Lubrificação Hidrodinâmica Como se pode observar na figura 2 – Lubrificação Hidrodinâmica, o ponto 1 indica através de uma observação microscópia que os componentes metálicos do motor têm uma superfície irregular e cheia de Saliências, apesar de terem uma aparência lisa . Pois as moléculas do óleo vão manter essas saliências afastadas, como se pode verificar na outra imagem, ponto 2. Quando a cambota inicia a sua rotação, ponto 3, o contacto com o bronze (4) é evitado pala película de óleo que está agarrada à cambota acompanhando o seu movimento de rotação. Ao mesmo tempo, mais óleo vai entrando pelo canal existente (5), preenchendo o espaço (6) que separa os 2 elementos. Depois, com o aumento da velocidade do motor, o óleo é forçado para a zona de pressão (7), evitando o contacto entre o bronze e a cambota.

16. Lubrificação Hidrodinâmica Superfície em movimento Pressão hidrodinâmica hmin Formação da “ cunha lubrificante “ Características da Lubrificação Hidrodinâmica (hmin = 0.008 a 0.020 mm )

17. Lubrificação Hidrostática • Chama-se Lubrificação hidrostáticaàquela que se verifica no momento do arranque e que é necessária para reduzir satisfatoriamente o atrito estático. Trata-se de uma situação particularmente crítica, não só porque o atrito e os seus efeitos têm a sua máxima expressão, mas também porque se realiza na fase da mínima circulação do lubrificante e quando este está “frio”e na sua máxima viscosidade. • Este tipo de lubrificação exige que o lubrificante (que por vezes pode ser ar ou água) seja introduzido entre o casquilho e o moente com uma pressão elevada capaz de garantir a formação de uma película de lubrificante que evite o contacto entre as duas superfícies. • Neste tipo de lubrificação não é importante a velocidade de deslizamento entre as peças, podendo mesmo ser muito pequena ou nula.

18. Lubrificação Elasto Hidrodinâmica • Quando, durante a lubrificação hidrodinâmica, e por efeito da • pressão exercida pelo lubrificante, se verifica uma deformação • elástica das superfícies metálicas, recorre-se à designação • de lubrificação elastrohidrodinâmica. • A lubrificação Elastohidrodinâmica ocorre quando o lubrificante é introduzido entre as duas superfícies que estão em contacto por rolamento. (ex. chumaceiras de rolamentos )

19. Lubrificação Película Fina, Mista e Limite Carga Baixa Velocidade Elevada Carga Elevada Velocidade Baixa Carga Muito Elevada Velocidade Muito Baixa (a) (b) (c) • Lubrificação de Película Fina ou Hidrodinâmica – A Espessura do filme lubrificante é maior que as rugosidades da superfície. • Lubrificação mista – Existe alguma contacto entre as superfícies. A espessura da película do filme lubrificante é idêntica às rugosidades da superfície. • Lubrificação Limite – A espessura do filme lubrificante é menor que as rugosidades da superfícies.

20. Lubrificação película limite (Ex. árvore de cames ) A lubrificação da árvore de cames, na figura 3, é extremamente delicada, visto ser uma zona sujeita a pressões/cargas muito elevadas, o que pode levar à ruptura da película de óleo, surgindo o contacto (4) entre a came (2)(excêntrico) e o accionador da válvula(3). Além disso, o lubrificante tem de ter a capacidade de formar uma película resistente para evitar o contacto entre as peças (2 e 3) .

21. Dissipar o Calor Gerado pelo Atrito Outra das funções do óleo é de arrefecer (Figura 4) algumas zonas de elevada importância numa unidade motriz, como sejam os apoios da cambota (1), os bronzes da biela (2), válvulas e árvore de cames (4), três elementos que sofrem aquecimento por fricção. Também os pistons (3) têm de ser arrefecidos, devido à transmissão de calor da câmara de combustão. Outras zona importantes são os rolamentos dos turbos, a coroa e o interior do piston. De referir que, se o óleo não tiver uma boa capacidade de arrefecimento, este oxida-se em contacto com as zonas mais quentes.

22. Controlo do Desgaste Corrosivo Limpeza do Pistão: Limpeza (figura 5) é outro dos factores igualmente importantes, principalmente no pistão. Passamos a explicar: as temperaturas elevadas na zona do pistão originam depósitos, que se formam inicialmente na caixa de segmentos (1), o que pode provocar a colagem dos mesmos (2), provocando uma excessiva passagem de gases (Blow-By) (3), originando perda de compressão e desgaste (4). Esses gases em excesso vão aumentar a formação de gomas e lacas na camisa do pistão (5).

23. Controlo do Desgaste Corrosivo Limpeza do cárter: Também o Carter (figura 6) é merecedor da função de limpeza do óleo, já que a acumulação de combustível e gases da combustão no óleo (Blow-By), provoca o aparecimento de lamas. Por isso, o óleo terá que manter os produtos 6 derivados da combustão em suspensãoe neutralizá-los. A tampa das válvulas é outro componente que também deve sofrer uma limpeza.

24. Controlo do Desgaste Corrosivo Protecção contra corrosão: Também a corrosão (figura 8) pode atacar diversos componentes metálicos do motor, como válvulas (1) e o accionador da válvula (2). Para evitar esta situação, os aditivos inibidores de corrosão têm uma polaridade (3), que lhes permite serem atraídos pela superfície (4) das peças metálicas, criando uma película fina de óleo de protecção contra corrosão. 8

25. Selecção Lubrificante Parâmetros das Superfícies a Lubrificar: . Carga que o contacto pode suportar; . Débito de fluido necessário ao funcionamento do mecanismo; . Força de atrito; . Energia dissipada pelo mecanismo; . Temperatura máxima de contacto. Parâmetros do Lubrificante: . Viscosidade do Lubrificante; . Carga ( Pressão ); . Velocidade relativa de escorregamento entre as superfícies; . Temperatura.

26. Características Físicas . Viscosidade - Cinemática - Absoluta . Índice de viscosidade . Ponto de inflamação . Ponto de combustão . Ponto de escorrimento . Volatilidade . Cor

27. Viscosidade A viscosidade de um fluído mede a resistência do fluido ao escoamento. Elevada Viscosidade – Espesso Baixa Viscosidade – Fino Viscosidade Elevada( Espesso ) maior capacidade de suportar cargas. ( menor temperatura ) Viscosidade Baixa( fino ) menos perdas de carga. ( maior temperatura ) A Viscosidade varia com: . Temperatura – temperatura elevada, baixa viscosidade. . Pressão – elevada pressão, elevada viscosidade.

28. Viscosidade • Cinemática • O tempo que leva um dado volume de óleo a escoar pela força de gravidade através de um tubo capilar, a determinada temperatura. • Unidades: • Centistoke (cSt) ou mm2/s • Índice de Viscosidade • Exprime a maior ou menor variação relativa com que um lubrificante varia de viscosidade com a alteração da temperatura. Exprime-se através de um número calculado empiricamente e não apresenta unidades.

29. Temperaturas Característica dos Lubrificantes . Ponto de Inflamação Temperatura mínima à qual o óleo liberta à sua superfície uma concentração suficiente de vapores para se inflamarem fugazmente quando se aproxima uma chama livre. . Ponto de Combustão Temperatura mínimaà qual os vapores libertados pelo óleo são suficientes para manterem uma combustão permanente. . Ponto de Escorrimento ou Congelação Temperatura mais baixa a que o óleo escorre.

30. Volatilidade • A medida da tendência de um óleo de motor evaporar a • temperaturas de operação do motor • O ensaio Noack mede a proporção de óleo perdido por evaporação quando uma película fina de óleo é colocada • num aparelho a determinadatemperatura durante um • determinado tempo. Cor A mudança de cor, indica eventualmente, um nível de deterioração do óleo, dependendo da aplicação e da natureza do mesmo.

31. Vantagem dos óleos de Base Sintética . Elevado índice de viscosidade; grande resistência da película de óleo em todas as temperaturas; . Excepcional resistência à oxidação . Óptimas propriedades de fluidez a baixa temperatura; . Grande poder de detergência e dispersância; . Elevada estabilidade química e térmica; . Economia de energia significativa;

32. Porquê Aditivos ? • O óleo de base, só por si, em grande parte das aplicações, é incapaz de satisfazer as exigências dos equipamentos actuais. • Os aditivos adicionam as “novas “ qualidades necessárias, para aplicações especificas ( ex. “limpeza ). • Melhoram as qualidades existentes do óleo.

33. Tipos de Aditivos Modificadores – Modificam as características físicas dos óleos base para torná-lo mais eficaz. . Melhoradores do índice de viscosidade . Reduz o ponto de fluxão . Controladores de dilatação de vedantes Protectores– Prolongam a vida útil do óleo. . Anti-oxidantes . Desativadores de metais . Agentes anti-espuma Protectores da Superfície– Protegem as superfícies metálicas contra a corrosão, atrito e desgaste. . Anti-desgaste a extrema pressão . Inibidores de corrosão . Detergentes . Dispersantes . Modificadores de atrito

34. Tipos de Aditivos A sua função é de combater essencialmente (figura 10), os contaminantes principais das moléculas de óleo (1), os abrasivos (2), ou seja, poeiras e sujidades do exterior, os produtos da combustão (3), que resultam em partículas metálicas, água, ácidos, fuligem, carbonos e diluição de combustível e, por fim, os produtos da oxidação do óleo (4), ou seja, vernizes e resinas. 10

35. CLASSIFICAÇÃO DE ÓLEOS Classificam-se com base em: • grau de VISCOSIDADE . norma SAE – SocietyofAutomotiveEngineers . Óleos de motor . Óleos para transmissões .ISO – Internacional Organization for Standardization . Lubrificantes industriais . AGMA – American Gear manufactures Association . Lubrificantes para engrenagens industriais • especificações de QUALIDADE • API AmericanPetroleumInstitute • ACEAConstructores Europeus • Fabricantes Especificações próprias

36. Viscosidade SAE (Óleos Motor) SAE 40 SAE 25W SAE 20W SAE 15W SAE 10W SAE 5W SAE 0W SAE 15W/40 Viscosidade (cSt, cP) SAE 60 SAE 50 SAE 40 SAE 30 SAE 20 SAE 15W -18°C Temperatura (°C) 100°C

37. ATENÇÃO ÀQUALIDADE • Com o desenvolvimento dos motores surge a necessidade de uma“melhoriaefectiva”nas prestações do lubrificante • Os óleos de“primeiro enchimento” passam de uma qualidade baixa a uma qualidade alta NOVAS GERAÇÕES DE ESPECIFICAÇÕES: USA API (qualidade certificada com “donut”) EUROPAACEA (auto certificação)

38. Classificação API • Divide-se em dois grupos: serie 'S' destinada principalmente aos motores degasolinapara turismo, eserie ‘C’para os óleos destinados à motorizaçãoDiesel API S x / C y “Comercial” para motores Diesel “Serviço” para motores gasolina Letra progressiva que indica a actualização

39. Classificação API Qualidade Certificada A partir de 1994 foi introduzido um Sistema de Qualidade, definido sobre a base de um Código de Comportamento (CMA CodeofPractice e ASTM 1509) e de um Sistema de de Licenças pelo uso do SELO DE QUALIDADE (EOLCS) São fixadas umas regras estritas • selecciona os bancos de provas • controla a fiabilidade dos testes • estabelece o intercâmbio de bases e aditivos • possibilita a modificação das formulações • controla os lubrificantes no mercado (inspecções)

40. Especificações Americanas APISituação Actual NomeAplicação Donut (selo qualidade) SJ/SLmotores a gasolina SMmotores a gasolina CG 4motores Diesel OBSOLETO CH 4motores Diesel ( Introduzida em 1998 ) CI 4motores Diesel ( Introduzida em 2002 ) CJ 4motores Diesel ( Introduzida em 2006 )

41. “ DONUT ” API Service Símbolo

42. Especificações ACEA 1996 MotoresACEACCMCRef.Qualidade gasolina A1-96 - gasolina A2-96 G4 gasolina A3-96 G5 diesel ligeiros B1-96 diesel ligeiros B2-96 PD2 diesel ligeiros B3-96 PD2 diesel pesados E1-96 D4MB 227.1 diesel pesados E2-96 -MB 228.1(+MackT-8) diesel pesados E3-96 D5MB 228.3(+MackT-8) O sistema alfanumérico permite identificar a aplicação (A,B,E), o nível de prestações (crescente 1,2,3) e o ano de emissão.

43. Especificações ACEA 1998 As sequências ACEA foram revisadas / renovadas em 01-03-98 com a publicação de ACEA´98 Introduzira-se requisitos “fueleconomy” para os níveisA1 e B1 Novo nível B4para os novos motores Diesel de turismo de injecção directa Novo nívelE4para serviço severo com extensão dos intervalos de mudança de óleo

44. ACEA 1999 – 2000 - 2002 Desde SET-99 foi introduzido o nível ACEA E5(melhores prestações que E4 em relação à prova americana de “hollín-desgaste”, ainda que pior “detergência-limpeza do piston”), com o cancelamento simultâneo de ACEA E1 ACEA 2000considera um novo nível ACEA B5para os novos motores Diesel de turismo de injecção directa que está ao mesmo nível de ACEA B4, mas com exigências “fueleconomy” ACEA 2002introduz novos níveisACEA A4para novos motores de injecção directa gasolina e ACEA A5com prestações “fueleconomy” e “longdrain” em motores gasolina

45. Especificações ACEA MotoresACEA Gasolina / Diesel A1/B1 Gasolina / DieselA3/B3 Gasolina / DieselA3/B4 Gasolina / Diesel A5/B5 Gasolina / Diesel – DPF C1 Ford / Mazda Gasolina / Diesel – DPF C2 Grupo PSA Gasolina / Diesel – DPF C3 VW / M.B. / BMW Gasolina / Diesel – DPF C4 Renault Diesel Pesado – E2 / E3 / E4 / E5 / E6 – Sem Filtro de Partículas E7 / E9 – Com Filtro de Partículas

46. Afinidades eDiscrepâncias dos FABRICANTES • Para a maioria dos Fabricantes Europeus as sequências ACEA são só uma base para as exigências nas prestações do lubrificante • Alguns Fabricantes (VW) têm um desenvolvimento individual acentuado • Outros, completam as exigências ACEA com ensaios/provas internos (BMW, Porsche, Ford, Opel) • Poucos Fabricantes aceitam ACEA sem exigências adicionais

47. Recomendações e especificações FABRICANTES EUROPEUS(turismo) • VolkswagenESPECIFICAÇÃO PRÓPRIA • Mercedes BenzESPECIFICAÇÃO PRÓPRIA • BMWACEA + provas • PorscheACEA + provas • RenaultCCMC -- ACEA • Fiat ACEA • Ford EuropeACEA (“genuineoil”) • PSAAPI-ACEA + provas

48. FABRICANTES EUROPEUS (turismo)Especificações VOLKSWAGEN GASOLINA • VW 501.01(11/92) (minerais) (similar ACEA A2) • VW 500.00(11/92) (sintéticos ou semi-sintéticos) (similar ACEA A3) • VW 502.00(01/97) (substitui as 2 anteriores) ( intervalos de mudança ) (*) Modelos a partir ano 2.000: • VW 503.00(largo interv.mudança) (computador a bordo) (“fueleconomy”) • VW 503.01(igual ao anterior, para motores turbo) DIESEL • VW 505.00(11/92) (similar ACEA B2-B3) (*) Modelos a partir ano 2.000: • VW 505.01(bomba-injector) • VW 506.01(inj.dir.) (largo interv.mudança)(comp.a bordo) (“fueleconomy”) • VW 504.00/507.00 (bomba-injector) (largo interv.cambio) (“fueleconomy”) (*) Nestes modelos podem-se utilizar óleos com especificações antigas, respeitando os intervalos de mudança tradicionais.

49. Recomendações e especificações FABRICANTES EUROPEUS (turismo)MERCEDES BENZ(Gasolina e Diesel) • MB 229.1(*) -ACEA A2-96 / A3-96 + ACEA B2-96 / B3-96 - alguns limites mais severos que ACEA • MB 229.3(*) desde Janeiro 2000 - selecciona a qualidade dos óleos 0W/ 5W-X (HTHS) (mín.3,5) - características “fueleconomy” e “longdrain” - ACEA A3-98, B3-98, B4-98 • MB 229.51 - características “fueleconomy” “longdrain” “mid SAPS” - ACEA A3 / B4 C2 / C3 (*) O número corresponde ao nº de página do livro da Mercedes Benz (“greybook”) no qual se classificam todos os tipos de fluidos homologados por este fabricante

50. Tendências nos motores que afectam a QUALIDADE DO ÓLEO