Uma abordagem a respeito do desgaste em materiais de camisas de cilindro de motores ciclo diesel atendendo as modernas leis de emissões

Abstract

This study broaches the diesel engines cylinder liners waste concepts, characterizing abrasive waste, tribo-chemical waste and scuffing, with component external factors, like adultered fuel or with high sulfur level frequently found in Brazil. It presents the modern emissioned engines and the direct causes in the cylinder liners material requirement, with the tribologic evolution of piston, piston rings and cylinder. Some concepts of cylinders internal diameter surface finish and the direct involvement in the cylinder smooth, and the blow by flux besides oil consumption. The cylinder liners are manufactured in perlitic gray casting iron, and it was compared to a bainitic gray casting iron as alternative material, in order to satisfy the modern environment laws for emissions. The experiment technical was based on a dynamometric test in a 146kw diesel engine, during 500hs, with 27,4% overpower. The liners were assembled in the engine block in an intercalated way, avoiding benefits in the cylinders closer to the water pump. After the test, the liners were dimensioned with the respective piston rings. As result, was observed that the proposal bainitic material got a better waste resistance in comparison with the perlitic material, with a better dimensional stability. The piston rings presented similar waste when applied in both materials, respecting the project original tribological pair.

Este estudo aborda os conceitos de desgaste em camisas de cilindro para motores diesel, caracterizando desgaste abrasivo, tribo-químico e "scuffing", juntamente com fatores externos ao componente como a questão dos combustíveis adulterados ou com alto teor de enxofre, freqüentemente encontrados no Brasil. Apresenta o enquadramento dos motores nas modernas leis de emissões, e suas causas diretas na exigência de materiais para camisas de cilindro, juntamente com a evolução tribológica do conjunto pistão, anéis e camisa. Definem-se também alguns conceitos de rugosidade e acabamento superficial dos cilindros e suas implicações diretas no amaciamento neste componente, além do tema passagem de gases da câmara de combustão para o cárter (blow by) e consumo de óleo lubrificante. As camisas de cilindro são em sua maioria confeccionadas em liga de ferro fundido cinzento com matriz perlítica, a qual foi objeto de comparação com uma liga proposta de matriz bainítica, como material alternativo, visando satisfazer as condições impostas pela moderna legislação ambiental. A técnica experimental empregada baseou-se em um ensaio dinamométrico em um motor diesel de 146kw, porém submetido a plena carga durante 500hs, com 27,4% de acréscimo de potência. As camisas foram montadas no motor de forma a estarem intercaladas e evitando favorecimentos em cilindros mais quentes do bloco. Após o teste, as camisas de cilindro foram dimensionadas, juntamente com os respectivos anéis de pistão. Como resultado, observou-se que o material proposto em liga com matriz bainítica teve uma melhor resposta ao desgaste em comparação com o material de matriz perlítica, inclusive com uma melhor estabilidade dimensional. Os anéis de pistão tiveram desgaste similar em ambos os materiais, respeitando o par tribológico original de projeto.