desgaste na bomba common rail

UNIVERSIDADE DO PORTOFaculdade de Engenharia

Desgaste e gripagem na bomba de injeco, de um sistema Common Rail em motores diesel

Antnio Manuel Quaresma Cairro

Tese submetida com vista obteno do grau de Mestre em Manuteno Industrial

Porto, 2004

Resumo

RESUMOA comercializao da motorizao diesel de viaturas ligeiras, teve sempre associados condicionantes de ordem fiscal, prestaes em relao mesma motorizao a gasolina, consumo de combustvel e a emisso de gases poluentes, que levava a ter pouca procura e a torn-la invivel na comercializao em massa. A legislao emitida por parte de organismos oficiais sobre a proteco do ambiente, assim como a necessidade de reduzir o consumo de combustvel, levou os construtores de motores e fabricantes de sistemas de injeco diesel, a terem que inovar a motorizao diesel. Do esforo conjunto, associado incorporao da electrnica e informtica, resultaram motores com prestaes mais competitivas, baixo consumo de combustvel, pequenas cilindradas, menos poluentes e menor preo. Estava assim lanada a massificao da motorizao diesel. Como esta nova motorizao atinge altas rotaes, determinados orgos ficam sujeitos a condies de funcionamento muito severas, que deveriam estar abrangidos por planos de manuteno do construtor ou fabricante. De entre os orgos, est a bomba de alta presso do sistema de injeco Common Rail, CP1, objecto deste trabalho. O mecanismo interno da bomba, ao ser lubrificado pelo prprio gasleo, que utilizado como combustvel, fica condicionada qualidade deste, nomeadamente em relao ao ndice cetano, ausncia de slidos em suspenso e gua. Como o gasleo submetido a elevadas presses e temperaturas, reduz-se o efeito lubrificante. As peas que foram projectadas para beneficiar deste efeito, ficam assim sujeitas a um processo acelerado de desgaste ou at mesmo gripagem. Ao conhecerem-se casos de avarias graves da CP1, que conduzem a elevados custos de reparao, pretende-se com este trabalho focar os pontos crticos e propor aces de manuteno, que prolonguem a sua vida til ao menor custo e com a mxima disponibilidade da viatura.

Desgaste e gripagem na bomba de injeco, de um sistema Common Rail em motores diesel.

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Agradecimentos

AGRADECIMENTOSPara a elaborao deste trabalho, contei com a colaborao dos tcnicos de vrias empresas prestadoras de servios na rea diesel, pela informao dada sobre as avarias na bomba CP1, e, por eles j verificadas. A todos eles, o meu reconhecimento pela ajuda prestada. Agradeo ao Sr. Professor Doutor Filipe Didelet Pereira, a colaborao e apoio dado ao longo das vrias fases do trabalho. empresa Bombleo na pessoa do seu Gerente, Sr. Domingos Marques, por toda a disponibilidade do material para estudo e informao tcnica, o meu agradecimento. minha famlia, pelo apoio prestado e pela impossibilidade de acompanhamento em ocasies especiais e nas horas de convvio, o meu maior agradecimento.


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ndice de matrias

NDICEPg. Resumo Summary Agradecimentos ndice ndice de figuras ndice de tabelas Nomenclatura Capitulo 1 Introduo e Objectivo 1.1 1.2 1.3 Enquadramento do problema Objectivo Organizao do trabalho i ii iii iv ix x xi 1 1 2 3 4 4 5 8 8 8 8 8 8 9 13 15 17 17 17 19Pg. iv

Capitulo 2 A motorizao Diesel e a sua influncia sobre o Meio Ambiente 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4 2.4.1 2.4.2 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 Histria do motor Diesel Evoluo do sistema de injeco Diesel Tipos de utilizao do motor diesel Circuito Cidade (trfego intenso) Circuito Urbano Circuito Estrada Circuito Misto (Circuito cidade, urbano e estrada) Circuito Auto estrada Propriedades do gasleo Influncia da diminuio do teor de enxofre Variao da viscosidade com a temperatura Normativas Europeias para o motor diesel EURO 2, EURO 3, EURO 4 Influncia do sistema de injeco no cumprimento das Normativas Problema dos inqueimados


ndice de matrias 2.5.4 2.5.5 2.6 2.7 2.7.1 2.7.2 2.8 2.9 2.10 NOx Reduo de consumo de combustvel Os orgos perifricos do motor vistos pelo construtor do veculo Comportamento da injeco diesel Sistema convencional Sistema Common Rail O gasleo como lubrificante, nos sistemas Common Rail de injeco diesel Previso da evoluo do mercado europeu para o motor diesel Concluses especficas Conceitos e Sistemas COMMON RAIL 27 30 31 32 36 37 39 41 42 42 49 49 49 49 50 51 53 54 54 55 55 56 57 19 21 23 24 24 26 27

Capitulo 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4

O que se entende por Manuteno A mais valia da Manuteno Finalidade da Manuteno Tipos de manuteno Qualidade e Manuteno Anlise de avarias FMECA Domnios da Tribologia Tipo de contacto Controlo de atrito e desgaste Estados geomtrico e metalrgico das superfcies Factor lambda Tipos e modos de lubrificao Lubrificantes Materiais Estados das superfcies Acabamentos superficiais Influncia da Rugosidade Atrito rea de contacto


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ndice de matrias 3.5.5 3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 3.7 3.8 3.9 3.10 3.10.1 3.10.2 3.10.3 3.11 Efeito da Lubrificao no Atrito Desgaste Tipos de Desgaste Fadiga de Contacto Tenses de Hertz Picagem Gripagem Ligaes mveis Pares cinemticos Sistemas Common Rail de injeco diesel (excepto Bosch) Sistema Common Rail de injeco diesel, SIEMENS Sistema Common Rail de injeco diesel, DELPHI Sistema Common Rail de injeco diesel, DENSO Concluses especficas O caso em estudo 58 59 60 61 61 64 66 68 68 69 70 72 74 75 76 76 87 87 88 90 91 97 97 98 98 100

Capitulo 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.4 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.6 4.7 4.8 4.8.1

Sistema Common Rail de injeco diesel, do fabricante BOSCH Bomba de Alta Presso, CP1 Constituio Funcionamento Pontos comuns Pontos crticos da CP1 Factores que influenciam os pontos crticos na sua degradao Rpm Presso de Injeco Temperatura do gasleo Falhas na CP1 de gasleo Manuteno da CP1 segundo a utilizao da motorizao diesel Custos de reparao da bomba injectora danificada por desgaste 4.8.1.1 Sistema convencional com EDC

Teste numa viatura que tem aplicada a CP1, consumindo um depsito 108 111 112 113


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ndice de matrias 4.8.1.2 Sistema CR 4.8.2 Custos de reparao da bomba injectora danificada por gripagem 4.8.2.1 Sistema convencional com EDC 4.8.2.2 Sistema CR 4.9 4.10 Proposta de manuteno preventiva Concluses especficas 115 116 116 116 117 118 120 120 120 122 123

Capitulo 5 Concluses 5.1 5.2 5.3 Sntese do trabalho realizado Concluses gerais Sugestes para trabalhos futuros

Referncias bibliogrficas


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ndice de matrias Pg. Anexo I Anexo II Anexo III Anexo IV Anexo V Anexo VI Anexo VII Anexo IX Anexo X Anexo XI Anexo XII Bomba em linha tipo P e rotativa industrial Sistema UPS, montado em motor industrial e Bomba rotativa de 129 mbolo radial Sistema Common Rail e Sistema UIS aplicado em motor de viatura 130 ligeira Bomba de alta presso Siemens e Delphi Bomba de alta presso Denso e Bomba de alta presso CP3 da Bosch Peas de reposio para a CP1 Propriedades fsico-qumica do gasleo, Galp Ficha tcnica do gasleo BP 131 132 133 134 135 136 127

Bomba rotativa de mbolo axial e Sistema UIS, montado em motor 128

Anexo VIII Peas de reposio para a bomba rotativa de mbolo axial,VE6

Resultados globais, obtidos com o consumo de um depsito de gasleo 137 Dados verificados quandop a ECU entrou em programa de emergncia 138 136 139 141 142

Anexo XIII Dados recolhidos a partir de meio depsito de gasleo Anexo XIV Dados recolhidos aps o motor ter atingido a temperatura de trabalho Anexo XV Tampa, veio, casquilho do dado e corpo da CP1, gripados Anexo XVI Veio, comjunto elemento/camisa, tampa e dado da CP1, gripados onde actua o p do elemento Anexo XVIII Peas de reposio da bomba de alta presso CP3 Anexo XIX Tratamento dos gases de escape

Anexo XVII Base gripada e queimada, zonas do elemento com desgaste e zona 143 144 145


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ndice de Figuras

NDICE de FIGURASFig. 2.1 Fig. 2.2 Fig. 2.3 Fig. 2.4 Fig. 2.5 Fig. 3.1 Fig. 3.2 Fig. 3.3 Fig. 3.4 Fig. 3.5 Fig. 3.6 Fig. 3.7 Fig. 3.8 Fig. 3.9 Fig. 4.1 Fig. 4.2 Fig. 4.3 Fig. 4.4 Fig. 4.5 Fig. 4.6 Fig. 4.7 Fig. 4.8 Fig. 4.9 Grfico de emisso de gases, em funo do ponto de injeco Influencia da EGR nas emisses contaminantes Desenvolvimento da injeco convencional Representao grfica da evoluo da injeco convencional Desenvolvimento da injeco CR Esquematizao das formas de manuteno Classificao dos diferentes tempos Tipos de manuteno face ao tipo de avaria Implementao dos critrios de controlo e perdas no processo FMECA Relao do atrito com o tipo de aplicao Curva de Stribeck Desenvolvimento da LHED, num contacto Admisso do gasleo Compresso do gasleo Interligao entre sensores, outras UC e actuadores, do sistema CR Vista em corte e pormenor de um injector indutivo Bomba CP1, em corte Admisso e compresso do gasleo Verificao do deslocamento do elemento Deslocamento da base do elemento na face do dado Fixao da base ao elemento Fluxograma geral do circuito de gasleo, no sistema CR

Pg. 20 21 25 25 26 35 38 40 48 57 58 62 73 73 78 84 88 89 92 93 96 103

Fluxograma para verificar falha provocada pela qualidade do 104 combustvel Fig. 4.10 Fluxograma para verificar falha provocada por deficiente caudal e 105 presso na alimentao de gasleo CP1 Fig. 4.11 Fluxograma para verificar alimentao de gasleo aos elementos 106 Fig. 4.12 Fluxograma para verificar a sada a alta presso de gasleo, da CP1 107


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ndice de Tabelas

NDICE de TABELASPg. Tabela 2.1 Tabela 2.2 Tabela 2.3 Tabela 2.4 Tabela 2.5 Tabela 2.6 Tabela 2.7 Tabela 2.8 Tabela 2.9 Parmetros do gasleo vendido em Portugal Parmetros do gasleo, segundo EN 590 e Proposta Europeia Composio qumica percentual do petrleo bruto Valores limite de parmetros do gasleo Normas ambientais e respectiva vigncia Nveis mximos de emisso contaminantes Estratgia para a reduo das emisses contaminantes Tratamento dos gases de escape Previso da evoluo do mercado diesel 13 13 14 15 17 17 18 18 28 29 30 45 46 46 96

Tabela 2.10 Vendas de viaturas diesel em Portugal Tabela 2.11 Evoluo da motorizao diesel, em alguns pases europeus Tabela 3.1 Tabela do ndice de gravidade Tabela 3.2 Tabela do ndice de frequncia Tabela 3.3 Tabela do ndice de deteco Tabela 4.1 Clculo das solicitaes nas molas da CP1 Tabela 4.2 Velocidades de deslocao do elemento Tabela 4.3 Avarias originadas pelo combustvel Tabela 4.4 Avarias devido deficiente alimentao de gasleo Tabela 4.5 Avarias devido ao funcionamento da CP1 Tabela 4.6 Quadro resumo dos valores obtidos no teste Tabela 4.7 Registo a partir de meio depsito de gasleo (aps uma paragem de 2 h) Tabela 4.8 Valores obtidos desde o arranque com o motor frio, at atingir a temperatura de trabalho, com meio depsito de gasleo

99100 100 102 109 109 109


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Nomenclatura ABS ACEA ASR ASTM CAFE CAN CO CO2 CR ECU EDC EGE EGR EP EPROM Fa Fades FMEA FMECA Fsul HC ISO MTBF MTTR Multijet NEDC NOx PM Antilock Braking System Associao Europeia Construtores Automveis Controlo de traco American Society Testing and Materials Corporate Average Fuel Economy Controller Area Network Oxido de carbono Dixido de carbono Common Rail Electronic Control Unit Electronic Diesel Control Emisso de gases de escape Exaust Gases Recirculation Extrema Presso Electrically Programmable Read Only Memory Fora de atrito Fora de adeso Modo de Falha e Avaliao do Efeito Modo de Falha e Avaliao do Efeito, e, a sua Criticidade Fora de sulcagem Hidrocarbonetos International Standard Organization Tempo mdio entre falhas Tempo mdio de imobilizao para interveno de manuteno Sistema de injeco diesel, com injeco mltipla New European Driving Cicle xidos de azoto Material particulado (inqueimados)

Bus CAN Linha de transporte de dados

CR - DID Common Rail Diesel Injection Direct


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Nomenclatura Pm Ps ROM TE TED TEID TF TICE TN TNN TPD TPID TT UIS UPS VE VR Presso mdia Presso mxima Read Only Memory Tempo de espera. O equipamento no foi solicitado. Tempo efectivo de disponibilidade. O equipamento est apto a operar e pode haver operaes de manuteno que no causem indisponibilidade. Tempo efectivo de indisponibilidade. O equipamento est indisponvel. Tempo que o equipamento funcionou Tempo prprio de indisponibilidade por causas externas. O equipamento est indisponvel devido falta de mo-de-obra, energia elctrica, peas, etc. Tempo necessrio. O utilizador necessita do equipamento disponvel para operar. Tempo no necessrio. O utilizador no necessita que o equipamento esteja operativo. Tempo potencial de disponibilidade. O equipamento est disponvel Tempo potencial de indisponibilidade. Devido a qualquer causa, o equipamento no opera. Tempo total . Perodo de referncia. Unit Injector System Unit Pomp System Bomba rotativa de mbolos axiais Bomba rotativa de mbolos radiais


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Introduo e Objectivo 1 - INTRODUO E OBJECTIVO Este captulo, introduz o crescimento do parque automvel com motorizao diesel, o impacto sobre o meio ambiente, as preocupaes dos seus utilizadores, e ainda o objectivo deste trabalho e a sua organizao. Esta introduo visa o posicionar o objectivo deste trabalho no tema. 1.1 - Enquadramento do tema A crescente tendncia na procura de viaturas com motorizao diesel, por parte dos consumidores (em 2010 atingir os 50% da produo automvel), tem vindo a colocar novos problemas e desafios. O aumento do volume de gases de escape, provenientes dos motores de combusto interna, que contribuem de forma significativa para a poluio atmosfrica, levou a que fossem tomadas medidas, no sentido do seu tratamento antes de atingirem a atmosfera. Organizaes de vrios pases criaram legislao, com vista diminuio drstica dos elementos mais nocivos presentes nos gases de escape. A legislao, com objectivos e prazos bem definidos, obrigou os construtores de motores e os fabricantes de sistemas de injeco diesel, a terem uma postura de constante inovao, afim de cumprirem os valores legislados ou at mesmo apresentarem valores inferiores. O acentuado consumo dos combustveis, com a consequente diminuio das reservas naturais de petrleo e a constante instabilidade dos preos das ramas, levou a que a reduo do consumo de combustvel passasse a ser prioritria. A nova mentalidade da sociedade leva a que num futuro prximo quando se pretenda adquirir uma viatura sejam considerados os seguintes aspectos: - Consumo de combustvel; - Poluio; - Custos de manuteno; - Vida til previsvel; - Percentagem do veculo que reciclvel.


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Introduo e Objectivo 1.2 - Objectivo O presente trabalho visa estudar os problemas mecnicos originados pelo desgaste ou a gripagem, da bomba de alta presso da primeira gerao e designada por CP1, e que, parte integrante do sistema de injeco diesel Common Rail (CR), do maior fabricante mundial de sistemas de injeco diesel, a Robert Bosch. Pretende-se tambm, sugerir algumas restries importantes na utilizao da viatura, incluir a manuteno da bomba nas intervenes de caracter preventivo, de forma a atenuar os custos de utilizao e os problemas com que se esto a deparar os detentores de viaturas, que tm a bomba CP1 aplicada. Optou-se por este modelo de bomba de alta presso, de entre os sistemas CR disponveis, pelo facto de ter sido a primeira a ser montada em viaturas ligeiras. 1.3 Organizao do trabalho Este trabalho desenvolve-se ao longo de quatro captulos. No segundo captulo, procede-se a uma breve resanha histrica do motor diesel, e, apresenta-se a evoluo ao longo do tempo, do sistema de injeco diesel do fabricante Robert Bosch. S referida a histria deste fabricante, uma vez que um orgo desenvolvido por este que vai ser de objecto deste estudo. So descritos os vrios tipos de utilizao que a motorizao diesel pode ter. Sendo o gasleo um dos elementos que influenciam o desempenho do motor e do orgo em estudo, importante conhecer as suas propriedades fsicas e qumicas. apresentada a legislao europeia, que incide sobre as emisses dos gases de escape da motorizao diesel, assim como a quantificao de valores para os elementos que mais contribuem para a degradao do meio ambiente. So descritos os orgos perifricos do motor, vistos e analisados pelo construtor da viatura. So referidas algumas consideraes sobre o comportamento da injeco diesel no sistema tradicional e CR. Conclui-se com a previso de crescimento da motorizao diesel na perspectiva do fabricante Bosch e a realidade actual.


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Introduo e Objectivo No terceiro captulo so dadas as definies tericas sobre vrios pontos que vo servir de suporte ao objecto de trabalho (bomba de alta presso, CP1), e descritos os outros sistemas de injeco diesel, CR, aplicados na motorizao diesel. O quarto captulo est dividido em trs sub-captulos: - No primeiro descrito o sistema de injeco diesel CR, Bosch, e a sua evoluo; - No segundo apresentam-se as avarias mais frequentes, os factores que as originam, e os resultados de um teste feito com uma viatura que tem aplicada o modelo de bomba que objecto de estudo; - No terceiro, comparam-se os custos de reparao ou substituio para cada caso (bomba rotativa com EDC ou CP1, aplicado mesma viatura), assim como sugerida a aco de manuteno da bomba CP1, um dos objectivos deste trabalho. No quinto captulo, so apresentadas as concluses.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente

2 A MOTORIZAO DIESEL E A SUA INFLUNCIA SOBRE O MEIO AMBIENTEEste captulo tem por objectivo descrever a evoluo do motor e do sistema de injeco diesel, a sua utilizao e a influncia sobre o meio ambiente. O motor diesel, que comeou por ter uma grande envergadura e a ser aplicado na industria como gerador de energia, chega aos dias de hoje com uma pequena cilindrada e aplicado nos mais diversos fins. 2.1 - Histria do motor Diesel O construtor de motores Augsburg Maschinenfabrik, actualmente MAN, foi quem graas ao engenho do alemo Rudolph Diesel contruiu o primeiro motor diesel, e que acaba por marcar uma era na industria e nos transportes. Os primeiros motores diesel, devido ao seu peso e tamanho, s podiam ser utilizados em unidades estacionrias para a produo de energia (geradores), e eram normalmente instalados em fbricas de lanifcios. Mais tarde so utilizados nas fbricas de descasque de cereais e em operaes de bombagem. Com o seu aparecimento, d-se incio a uma nova era. O vapor deixa de ser interessante como at a. Numa mostra de motores de quatro cilindros, organizada em Munique em 1898, sob a designao comum de DIESEL, so apresentados aos visitantes de todo o mundo as primeiras unidades comerciais deste tipo de motor. A partir desta exposio, o nome de Rudolph Diesel passa a ser conhecido e a ganhar a fama de que ainda hoje disfruta, apesar dos avanos tecnolgicos que se verificaram ao longo de um sculo. Rudolph Diesel fez os seus estudos em Paris, e patenteou a sua nova tecnologia como: Teoria para a construo de um motor trmico que substitua o motor a vapor e outros motores de combusto interna de uso corrente. A teoria visava o desenvolvimento de um motor que substitusse o vapor e competisse com o propulsor gasolina (altamente perigoso) muito usado na poca.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente O motor diesel solucionava assim o problema da utilizao de combustveis muito inflamveis, uma vez que um produto menos refinado. Surge assim um combustvel alternativo, mais econmico que a gasolina. A empresa Priestmans faz a primeira experincia com um motor de exploso numa locomotiva, utilizando a ignio a partir da fasca. Os resultados foram decepcionantes, e o vapor manteve-se como preferencial. Em 1902, aparece na Alemanha a primeira locomotiva que movida por aco de um motor diesel. Em Portugal, s entram ao servio as primeiras locomotivas no ano de 1948. Com esta aplicao, inicia-se o declnio das mquinas a vapor neste tipo de transporte, tal como j tambm tinha acontecido com os geradores. A industria naval comea por utilizar o motor a diesel nos submersveis em 1901, o que vem permitir ao navio ter uma maior velocidade de deslocamento, utilizar um combustvel mais eficiente e diminuir as cargas necessrias ao funcionamento das mquinas, em suma, uma maior rentabilidade. Praticamente todos os transportes rodovirios beneficiaram da inveno de Rudolph Diesel, no entanto a aceitao da motorizao diesel, tanto em veculos industriais ou ligeiros no foi imediato. Com a constante evoluo ao longo de dcadas, dispe-se actualmente de motores diesel no mercado automvel, com uma cilindrada de 799 centrimetros cbicos, repartida por trs cilindros, debitando uma potncia de 41 CV s 4.200 rpm e um binrio de 100 Nm s 1.800 rpm, com um consumo mdio de 3,4 litros em cada 100 Km percorridos, que tem aplicado um sistema de injeco diesel Common Rail. 2.2 Evoluo do sistema de injeco Diesel Segundo Massagardi, entre 1921 e 1924 a Robert Bosch realizou os primeiros ensaios com sistemas de injeco diesel e testou prottipos de bombas injectoras em linha.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Em 1927, foi concedida a licena para a produo limitada de bombas de injeco diesel, visando a sua experimentao por parte dos construtores de motores. Os testes foram um sucesso e viabilizaram a produo em grande escala. No final do ano, foi produzida pelo fabricante Robert Bosch a primeira bomba injectora para motores diesel, o que o tornou pioneiro na oferta dum sistema de injeco que podia ser produzido em srie, aos construtores de motores. Estava lanada a primeira bomba em linha, vulgarmente conhecida por P. (Anexo I). Foi este o primeiro passo, que a tornou vivel econmica e tecnicamente, na utilizao em motores diesel de camies, autocarros e posteriormente em veculos ligeiros. A primeira empresa a utilizar esta nova tecnologia, foi o construtor alemo MAN, que a adoptou em alguns dos seus camies. Estes veculos, ao ganharem maior potncia e uma consequente maior capacidade de carga, possibilitaram a hiptese de novos negcios. Em 1928 foram vendidas 1.000 bombas e, decorridos sete anos, foi produzida a 100.000 bomba. A aplicao da bomba de injeco nos motores de viaturas ligeiras, acontece em 1936, tornando-se um marco de sucesso para este tipo de combustvel. Surge assim, a primeira bomba rotativa (Anexo I). Uma importante mudana que se verifica na histria do sistema de injeco diesel, consequncia da incorporao da electrnica. No ano de 1986, fabricada a primeira bomba rotativa de mbolo axial controlada electronicamente (Anexo II), gerando uma presso mxima de injeco de 1.200 bar. Surge assim a designao TDI, com aplicao num motor do construtor alemo AUDI. A evoluo na dcada de 90, foi marcada pela aceitao inequvoca por parte dos construtores de motores, em incorporar nos seus motores, os sistemas de injeco directa a alta presso controlados por uma ECU.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente O sistema de injeco diesel com incorporao electrnica, montado num motor industrial, surge em 1994 com a designao UIS (Anexo II). Este sistema, tem no mesmo corpo o mecanismo que gera a elevao de presso e o injector propriamente dito (injector bomba) e por cada cilindro do motor. O movimento que vai gerar a elevao de presso, feito a partir de uma came que est inserida na rvore de cames do motor. A presso mxima atingida, de 1.800 bar. Outra variante do sistema de injeco diesel com incorporao electrnica, montado num motor industrial, surge em 1995 com a designao UPS (Anexo III). Este sistema tem uma bomba individual para a elevao de presso, com a ligao ao injector a ser feita atravs dum tubo, e, por cilindro do motor. O movimento para elevao de presso feito a partir de uma came que est inserida na rvore de cames do motor. A presso mxima atingida, de 1.800 bar. A bomba rotativa de mbolo radial (Anexo III) surge em 1996, e trabalha em simultneo com duas ECUs : Uma que faz a gesto global do motor; Outra montada na prpria bomba, que faz o seu controlo.

A presso mxima de injeco, de 1.700 bar. Em 1997, surge o inovador sistema de injeco de gasleo por acumulador

hidrulico, designado por Common Rail (Anexo IV). Esta inovao lanada no mercado automvel pelo construtor italiano ALFA ROMEO, com a designao JTD. A presso mxima de injeco de 1.350 bar. O sistema UIS (Anexo IV), aplicado no motor de viatura ligeira, surge em 1998. O grupo alemo VAG, negociou com a Robert Bosch a exclusividade para a montagem do seu sistema, e aplica-o na sua nova gerao de motores. O funcionamento igual ao aplicado nos motores industriais, com a presso mxima de injeco, 2.050 bar. Fabricantes como a Delphi (ver 3.10.2) e a Denso (ver 3.10.3) tambm desenvolveram os seus prprios sistemas CR. A Siemens (ver 3.10.1) o mais recente.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente 2.3 - Tipos de utilizao do motor diesel A motorizao diesel aplicada em viaturas ligeiras at 3.500 Kg (acima desta carga tm outras condicionantes), podem ser utilizados para diversos fins. Assim, a utilizao pode ser o meio de transporte individual, o colectivo de passageiros ou at a distribuio de mercadorias. Em qualquer destas utilizaes, as viaturas so submetidas a vrios tipos de circuitos. Seguem-se as definies dos tipos de circuito considerados neste trabalho. 2.3.1 - Circuito de cidade (trfego intenso) Quando a viatura est sujeita a trfego intenso, como velocidade mdia muito reduzida, constantes arranques e paragens, durante largos intervalos de tempo. 2.3.2 - Circuito urbano Quando uma viatura pode circular at velocidade permitida dentro da localidade, durante largos intervalos de tempo, mas tambm pode estar sujeita ao chamado, pra arranca. 2.3.3 - Circuito de estrada Quando possvel percorrer uma longa distncia, sem que seja necessrio parar, tanto por limitao de pees ou sinaltica. permitido rodar a superior do circuito urbano. 2.3.4 - Circuito misto uma combinao dos circuitos, cidade, urbano e estrada. 2.3.5 - Circuito de Auto- estrada A viatura sem parar, pode percorrer velocidade limite, ou com pequenas variaes, distncias de dezenas ou centenas de quilmetros, ou tambm pode acontecer percorrer a velocidade muito elevada, longas distncias. Estas definies no esto normalizadas. Contudo as suas designaes so correntes e com base nelas, que os diferentes construtores definem os indicadores de consumo de combustvel para as suas viaturas. uma velocidade mdia


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente 2.4 Propriedades do Gasleo O gasleo um combustvel derivado do petrleo. basicamente constitudo por hidrocarbonetos (compostos orgnicos da cadeia linear, constitudos por tomos de carbono e hidrognio), e, vestgios de enxofre e azoto. O gasleo distingue-se dos restantes hidrocarbonetos combustveis, por apresentar uma baixa evaporao, ser pouco inflamvel temperatura ambiente. A ignio s possvel quando pulverizado a elevada presso e num ambiente de temperatura elevada. Tipos de Gasleo Tipo A Automotivo, utilizado na motorizao diesel e em instalaes de aquecimento de pequeno porte. Limite de teor de enxofre 350 mg / Kg Tipo B Para mquinas agricolas, difere do tipo A na cor (verde). O gasleo depois de sair da refinaria, pode receber aditivos nas distribuidoras. Estes, aditivos visam conferir melhores caractersticas de desempenho. Os aditivos podem actuar, como: Desemulsificantes; Anti-espumas; Detergentes; Dispersantes; Inibidores de corroso.

Relativamente aos ensaios realizados no controlo de qualidade do gasleo, salienta-se o seguinte. Aspecto Lmpido e isento de materiais em suspenso susceptveis de reduzir a vida til dos filtros e do equipamento. Cor ASTM Esta caracterstica do gasleo deve ser avaliada, j que se estiver alterada, pode indicar problemas no processo produtivo, degradao ou contaminao.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Viscosidade Mede-se como a resistncia oferecida pelo gasleo ao seu escoamento. importante o seu controlo, j que visa a obteno de uma boa atomizao e tambm preservar a sua caracterstica lubrificante. Valores inferiores especificao, podem acelerar o desgaste nas partes auto lubrificantes do sistema de injeco. Enquanto que valores superiores, podem levar a um aumento de trabalho da bomba injectora , que trabalhar forada e com maior desgaste, tambm pode provocar a m atomizao do gasleo com a consequente combusto incompleta, com o aumento de material particulado (inqueimados). Ponto nvoa Define-se como a menor temperatura a que se observa a formao de uma turvao numa amostra do gasleo. Indica o incio de cristalizao de parafinas ou outras substncias com comportamento semelhante que esto presentes. Valores de ponto de nvoa superiores temperatura ambiente, conduzem a maiores dificuldades no arranque de motores a perdas de potncia devido obstruo, por parafinas, das tubagens e filtros do sistema de combustvel. Teor de enxofre Existem limites mximos admissveis de concentrao, uma vez que um elemento indesejvel em qualquer gasleo, devido aco corrosiva dos seus compostos e formao de gases txicos. Ponto de Inflamao um indicador da auto-ignio, considerado nos cuidados a ter com o manuseamento, armazenamento, transporte e uso. Densidade do gasleo Representa a relao entre a massa especfica do gasleo a 20 C e a mesma massa de gua a 20 C. Uma variao de densidade leva a uma significativa variao da massa de gasleo injectada, podendo originar um aumento da emisso de poluentes. Uma baixa densidade, reduz o rendimento do motor provocando perda de potncia, e levando a um aumento do consumo de gasleo. Resduo de carbono Representa o teor de resduo obtido aps a evaporao das fraces volteis do gasleo, quando submetido a aquecimento sob condies


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente controladas. Este ensaio serve como indicador da quantidade de depsitos, que podem ser depositados pelo gasleo na cmara de combusto. Valores elevados de resduo de carbono, podem levar formao de uma quantidade excessiva de depsitos na cmara de combusto, e, uma maior contaminao do lubrificante, por fuligem. Tambm pode estar na origem da auto ignio (o motor continuar a trabalhar aps o corte de combustvel), ou se porventura houver excesso de leo na cmara, pode o motor desalvorar (exceder o limite de rotaes projectado para o motor), e partir-se. Percentagem de gua e sedimentos uma medida que avalia o teor destas substncias no gasleo. Quando se excedem os nveis pr - fixados, altamente prejudicial, porque aceleram a deteriorao e a saturao dos filtros, alm de prejudicar a combusto e o sistema de injeco. Corrosividade ao cobre Avalia o carcter corrosivo do gasleo e indica o potencial de peas ou ligas de cobre, e outros metais. A corrosividade traduz-se pela presena do enxofre elementar e do sulfureto e hidrognio, que representa o caracter corrosivo. Teor de cinzas o teor de resduos inorgnicos no combustveis, apurado aps a queima de uma amostra de gasleo. Esta avaliao, visa garantir que os sais ou xidos metlicos formados aps a combusto do gasleo e que se apresentam como abrasivos, no venham a causar depsitos numa quantidade que prejudique os pistes, cmara de combusto, etc. Nmero Cetano Mede a qualidade de ignio do gasleo, tendo influncia directa no arranque do motor e no seu funcionamento em carga. Fisicamente, relaciona-se directamente com o atraso da ignio do gasleo no motor. Assim, quanto menor for o numero cetano, maior o atraso da ignio. Como consequncia, teremos uma maior quantidade de gasleo na cmara sem queimar no tempo certo. Esta situao leva a um mau funcionamento do motor, pois quando a queima acontecer, gerar uma quantidade de energia superior necessria.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Este excesso de energia fora o pisto a descer a uma velocidade superior ao devido, o que vai provocar esforos anormais sobre o pisto, originando danos mecnicos e perda de potncia. O gasleo com alto teor de parafina, apresenta um numero cetano elevado, enquanto que o gasleo rico em hidrocarbonetos aromticos apresentam um baixo numero cetano. A determinao desta caracterstica do gasleo, feita comparando o desempenho do n- hexadecano , produto parafnico comercializado como cetano, ao qual atribudo o nmero de cetano igual a 100 e com o produto aromtico (alfa mentil - naftaleno) que padroniza o nmero de cetano igual a zero. A determinao do nmero cetano, requer o uso de um motor de teste ( possvel variar a relao de compresso) standard, equipado com instrumentao adequada e operando sob condies especificas. Para determinar o numero cetano de uma amostra de gasleo, esta pulverizada no motor de teste e no qual se varia a relao de compresso at que a amostra se auto inflame. Mantendo esta relao de compresso, utiliza-se uma mistura de cetano e alfa mentil - naftaleno at que se auto-inflame. O numero cetano corresponde proporo volumtrica de cetano presente naquela mistura. ndice de Cetano Correlaciona-se com o numero cetano e determinado pelas refinarias como substituto daquele. Est ligado qualidade de ignio com o nmero cetano. Um indice cetano baixo, dificulta o arranque dos motores a frio e d origem a depsito nos pistes e mau funcionamento do motor. Um ndice cetano alto, facilita o arranque a frio e o motor atinge mais rapidamente a temperatura ideal de trabalho. Impede a ocorrncia de ps - ignio, baixa o nvel de rudo e minimiza a emisso de poluentes. Na tabela 2.1, so apresentados alguns parmetros com respectiva quantificao, do gasleo vendido em Portugal.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambienteParmetros Densidade 15 C Viscosidade 40C Poder calorifico ndice cetano Ponto de colmatao do filtro (Vero) Teor de carbono (C) Teor de hidrognio (H) Teor de enxofre (S) C % % % Unidade Kg.m-3 cst J/l 835 2,31 35 500 > 51 5 86,6 13,23 0,17

Tabela 2.1 - Parmetros do gasleo vendido em Portugal Na tabela 2.2, so apresentados alguns parmetros do gasleo, segundo a EN 590 e a Proposta Europeia.Parmetros Densidade 15 Destilao Viscosidade 40C Cst Teor de enxofre Teor de gua Residuos slidos Teor de cinzas Indice cetano Residuo Carbonoso Ponto de inflamao % massa C Unidade Kg.m3

EN 590 830-880 49 < 0,30 > 55

Proposta Europeia 860-900 3,5 5 < 0,001 < 500 < 20 < 0,02 > 51 < 0,3 nos 10 % resduo > 101

% vol. mm2.s-1 % massa mg.Kg-1 mg.Kg-1

% massa

Tabela 2.2 - Parmetros do gasleo, segundo EN 590 e Proposta Europeia 2.4.1 Influncia da diminuio do teor de enxofre O enxofre usado como um aditivo EP , para reduzir ou eliminar o desgaste derivado do atrito em condies de lubrificao extrema ou quando entre duas superfcies interactuantes so atingidas elevadas presses (acima de 7.000 Kg / cm2), que do origem s denominadas tenses de Hertz. Se a pelcula de leo se romper ou tiver sido removida por efeito da presses muito elevadas, ou ocorreu escorregamento a altas velocidades que provocam temperaturas locais muito elevadas, os aditivos reagem com as superfcies metlicas, onde


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente exercido o atrito, dando origem a placas protectoras que funcionam como pelculas lubrificantes que se opem gripagem. Com a diminuio do teor de enxofre, perde-se uma boa proteco contra o desgaste e a gripagem. O enxofre, um dos principais responsveis pelo grave problema ambiental, o que levou a que desde alguns anos, a Unio Europeia se debruasse sobre o assunto e legislasse nesse sentido. A 1 Directiva do Conselho, 93 / 12 / CE, de 23/3/99, com a designao: Teor de Enxofre de determinados combustveis liquidos (gasleo), foi alterada em 13/ 10 / 98 pela 98 / 70 / CE, relativa qualidade da gasolina sem chumbo e ao gasleo normal (Diesel Fuel), e que a partir de 1 de Janeiro de 2000 estes combustveis foram obrigados a ser comercializados com determinados parmetros. Portugal adoptou a Directiva (98 / 70 / CE) a partir de 1 de Julho de 1999. Sendo o gasleo um derivado do petrleo e o combustvel da motorizao diesel, tem no sistema de injeco, a funo de lubrificante. Na tabela 2.3, apresentada a composio qumica do petrleo bruto e respectiva percentagem para cada elemento. Elemento Carbono Hidrognio Oxignio Azoto Enxofre Percentagem 75,5 88,5 9,5 14,5 0,15 6,5 0,01 0,5 0,01 9,0

Tabela 2.3 Composio qumica percentual do petrleo bruto


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Na tabela 2.4, apresentam-se os valores limite de dois parmetros do gasleo, segundo a Directiva (98/70/CE) Parmetros ndice Cetano (mnimo) Limite 51,0

Teor de enxofre (mximo) 350 mg / Kg Tabela 2.4 Valores limite de parmetros do gasleo Pode-se assim dizer, que a reduo do teor de enxofre tem efeitos positivos e negativos. Os efeitos positivos tm a ver com: - Aspectos ambientais (reduo do dixido de enxofre); - Aumento da vida til do motor; - Reduo dos inqueimados (PM); - Melhoria do rendimento dos equipamentos ps - tratamento dos gases de escape; - Aumento da eficincia dos regeneradores de particulas e filtros dos inqueimados. Os efeitos negativos tm a ver com: - Reduo do efeito de lubricidade do combustvel (esta reduo deve ser acompanhada de verificaes, para se avaliar a necessidade de adicionar aditivos afim de atenuar a menor lubricidade); - Instabilidade trmica. 2.4.2 Variao da viscosidade com a temperatura Para Silva (1985), a viscosidade provavelmente a propriedade mais importante dum fluido lubrificante, traduzindo o grau de atrito interno (resistncia ao deslocamento das molculas de uma camada em relao a outra) ou de resistncia que um liquido oferece ao seu escorrimento. Para os lubrificante so considerados dois tipos de viscosidade: Viscosidade absoluta (VA) Viscosidade cinemtica (VK)


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente A viscosidade absoluta (ou dinmica), representa o acrscimo da fora que necessrio fazer para deslocar uma superfcie plana de um centmetro quadrado sobre outra com a mesma configurao, com a velocidade de um centmetro por segundo, sendo as duas superfcies separadas por um filme de lubrificante com a espessura de um centmetro. A unidade do S. I. que exprime a viscosidade, o Pa.s A viscosidade cinemtica, o quociente entre a viscosidade dinmica e o peso especfico, obtidos mesma temperatura. Embora a unidade do S.I. seja o m2/s, na prtica, habitual utilizar-se unidades do antigo sistema CGS, como o Stoke (10-4 m2/s) ou at o centistoke (10-6m2/s). Viscosidade cinemtica = Viscosidade Absoluta Peso especifico Vk (Centistokes) = (VA) (Poise) 100 x Peso especifico A viscosidade dos leos lubrificantes, varia com maior ou menor intensidade com a temperatura. Como na maior parte das aplicaes, as alteraes das condies de temperatura dos leos so importantes, necessrio ter em conta esta variao da viscosidade. Pode dizer-se que quanto mais viscoso um leo, maior a tendncia para sofrer variao de viscosidade. Hersey (1929) utiliza uma amostra de gasleo, cujas caractersticas define, para ser submetido a testes, a diferentes presses e temperaturas. Conclui-se atravs dos grficos apresentados pelo autor, que com temperatura constante de 20 C, a viscosidade absoluta vai aumentando com o aumento de presso. temperatura de 80 C, a viscosidade absoluta menor, e medida que a presso vai aumentando tem um aumento pouco significativo. Do exposto, verifica-se que a viscosidade absoluta varia com a alterao da temperatura e presso, sendo que a temperaturas mais elevadas tem um baixo valor e com uma variao muito reduzida, qualquer que seja o aumento do valor da presso.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente 2.5 Normas Europeias para a motorizao diesel Neste ponto, focado a perodo de vigncia das Normas Europeias que controlam e quantificam os valores dos elementos presentes nas emisses dos gases de escape, assim como a estratgia adoptada pelos construtores de viaturas. 2.5.1 EURO 2, EURO 3 EURO 4 Afim de atenuar os crescentes e graves problemas ambientais originados pelos gases de escape proveniente da motorizao diesel, a Unio Europeia promulgou atravs de normas, imposies que os construtores de viaturas tiveram que dar cumprimento. Nas Normas, so quantificados os valores mximos admissveis para os elementos que compem os gases de escape, assim como para os inqueimados. Na tabela 2.5 so apresentadas as normas ambientais e respectivo perodo de vigncia, segundo Inovazione e Competitivita (2001): Norma Ambiental EURO 2 EURO 3 EURO 4 EURO 5 Vigncia 1995 2000 2000 2005 2005 - 2010 A partir de 2010

Tabela 2.5 Normas ambientais e respectiva vigncia 2.5.2 Influncia do sistema de injeco no cumprimento das Normativas Segundo Gielespi (1998), as imposies restritivas aos limites das emisses contaminantes em g/Km e para cada norma, podem resumir-se de acordo com a tabela 2.6.

Norma EURO 2 EURO 3 EURO 4

CO 1,00 0,64 0,50

HC + NOX MP 0,70 0,56 0,30 8 5 2,5

Tabela 2.6 - Nveis mximos de emisses contaminantes Desgaste e gripagem na bomba de injeco, de um sistema Common Rail em motores diesel.Pg. 17

A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Para atingirem os valores fixados pelas Normas os fabricantes adoptaram uma estratgia para a reduo das emisses de gases de escape, a partir da motorizao diesel com sistema CR DID. Na tabela 2.7, so apresentados os conceitos e os requisitos tecnolgicos desenvolvidos pelos fabricantes de sistemas de injeco diesel, para o cumprimento das normas ambientais. Conceito Aumento da presso; Reduo do diametro do furo pulverizao. Controlo da combusto mediante injeco - ngulo dwell muito curto ( 10 s ); mltipla. Combusto homognia para o motor diesel: - Melhoria na actuao da gesto do combustvel. Controlo do ar fresco e EGR, por meio (Lambda = 1 elevada quantidade de EGR) dum motor passo a passo. Tabela 2.7 - Estratgia para a reduo das emisses contaminantes Na tabela 2.8, so apresentados os conceitos e os requisitos tecnolgicos desenvolvidos pelos fabricantes de sistemas de injeco no tratamento dos gases de escape (ver anexo XIX). Conceito no ciclo NEDC Requisitos Tecnolgicos Enxofre tolervel - 50 ppm Estratgia de regenerao Filtragem das Particulas, com 90% de eficincia. Filtro de Particulas Diesel Enxofre tolervel - 50 ppm Estratgia de regenerao Tabela 2.8 - Tratamento dos gases de escape Requisitos Tecnolgicos Sistema CR, com: de - 1.600 bar presso injeco.

Eficincia na reduo de NOx a menos de 50% Catalizador de tratamento de NOx:


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente 2.5.3 Problema dos inqueimados Considera-se inqueimado, o material slido carbonoso que resulta da deficiente combusto do gasleo. Em excesso, d origem a fumo negro e pode surgir nas seguintes condies: - Inicio de injeco incorrecto; - Excessivo dbito de gasleo injectado, para a condio requerida pelo motor; - Deficiente pulverizao dos injectores; - Colmatao do filtro de ar. O incio de injeco tem a ver com a distribuio do motor e esta pode alterar-se devido a problemas mecnicos ou outros. A dosificao do gasleo, feita de modo distinto nos sistemas de injeco diesel. No sistema convencional a bomba injectora que quantifica o dbito de gasleo a injectar, enquanto nos sistemas controlados pela da ECU, esta que regula o dbito. No sistema convencional, a deficiente pulverizao do injector pode ser devido a: - Desgaste nos furos de pulverizao; - Problemas mecnicos; - Presena de gua. No sistema CR, pode ser devido: - s verificadas no sistema convencional; - Avaria na bobine dos injector (controlo do fecho e abertura da passagem do gasleo para o retorno). A colmatao do filtro de ar, pode ser devida a uma utilizao excessiva, ou ento se o motor esteve a trabalhar em ambiente de muita poeira e hmido 2.5.4 NOx Os xidos de azoto presentes nas emisses dos gases de escape da motorizao diesel, so dos contaminantes mais prejudiciais, tanto para o ser humano como para o


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente meio ambiente. Ao entrarem em contacto com o vapor de gua existente na atmosfera, do origem formao da chamada chuva cida. No sistema de injeco diesel convencional, a injeco ao ser feita de uma s vez, levantava problemas aos construtores de motores no controlo das emisses poluentes. No sistema CR, o controlo das emisses poluentes j possvel. Havendo uma injeco posterior, esta pode usada para a dosificao dos meios redutores numa determinada variante do catalizador de NOx . A injeco posterior segue-se principal, faz-se at 20 de manivela depois do PMS e durante o tempo de expanso do pisto. Esta injeco posterior (retardada), introduz nos gases de escape uma quantidade de gasleo exactamente dosificada, mas pode conduzir a uma diluio por parte do gasleo, no leo do motor. Contrariamente injeco prvia e principal, o gasleo no queimado, evaporando-se por aco do calor residual nos gases de escape que se encontram dentro da camisa. Esta mistura gases de escape / gasleo, conduzida no tempo escape, atravs das vlvulas, para as condutas de sada dos gases de escape. A retroalimentao do motor com parte dos gases de escape (atravs da EGR), conduz novamente uma parte do gasleo para a combusto, e, actua como uma injeco prvia muito avanada. Os restantes gases com gasleo, ao passarem por catalizadores apropriados para os NOx , servem como um meio redutor para os xidos de azoto e reduzem os valores destes.III HC

EGE

NOx

III- Inicio ideal da injeco AIJ Avano da injeco AJ Atraso da injeco AM Angulo da manivela EGE- Emisso de gases de escape

AIJ

AJ

AM

Fig. 2.1 - Emisso de gases em funo do ponto da injeco Como de pode observar na figura 2.1, a injeco ideal deve ser feita no intervalo III, para que resulte em simultneo, a menor percentagem das emisses contaminantes. Desgaste e gripagem na bomba de injeco, de um sistema Common Rail em motores diesel.Pg. 20

A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Um avano muito grande da injeco provoca uma elevada percentagem de NOx, mas diminui a percentagem de HC. Um atraso muito grande da injeco provoca uma elevada percentagem de HC, mas diminui a percentagem de NOx . Pretende-se com a figura 2.2, mostrar at que percentagem de gases recirculados se obtem resultados benficos para o controlo das emisses contaminantes.

Emisses contaminantes

% de EGR

Fig. 2.2 - Influncia da EGR nas emisses contaminantes 2.5.5 Reduo de consumo de combustvel Segundo Inovazione e Competitivita (2001), no ano de 1998, a ACEA assume o empenho na progressiva reduo do consumo de gasleo, para a nova motorizao diesel a ser produzida. Foi convico comum que, para se obter tal resultado, era necessrio um alargamento do mercado da motorizao diesel, ficando a pretenso de ser atingido nas vendas de veculos novos na europa, a percentagem de 50 %, no ano 2012. Graas sua excelente eficincia, a motorizao diesel CR-DID apresenta em termos de consumo de gasleo, uma vantagem de cerca de 30% relativamente ao motor a gasolina. Para que o motor funcione em qualquer estado de servio com uma combusto ideal, calculado, pela ECU, o caudal de injeco adequado a cada caso.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Assim, poderemos ter: - O caudal de arranque determinado em funo da temperatura e do regime do motor. Estabelece-se desde o contacto de chave, at que seja atingido o regime de rotao mnima, sem a influncia do condutor; - O servio de marcha normal, leva a que caudal de injeco seja determinado em funo da posio do pedal do acelerador (sinal elctrico, enviado ECU a partir do sensor do pedal) e do numero de rotaes do motor. Isto realiza-se mediante o campo caracterstico do comportamento de marcha. Ficam assim adaptados da melhor forma possvel, o desejo do condutor e a potncia do veculo; - A regulao de ralenti feita com o motor a este regime, e, o grau de rendimento que determina o consumo de gasleo. Uma grande parte do gasleo que consumido nas viaturas com motorizao diesel e utilizada em trfego intenso, recai sobre este estado de servio. Para atenuar esta condio, vantajoso que o regime de ralenti seja o mais baixo possvel, e, deve estar ajustado de modo a que, quando estiver ligado o ar condicionado no mximo da sua potncia, a rede elctrica a plena carga e a viatura com caixa de velocidades automtica e deslocar-se em marcha lenta, a rotao no diminua demasiado, que o motor passe a trabalhar em regime irregular ou chegue mesmo a parar; - Regulao da suavidade de marcha devida s tolerncias mecnicas. Uma vez que nem todos os cilindros geram o mesmo binrio motor, esta situao d origem a um funcionamento irregular do motor, (o motor no est redondo na gria oficinal). O regulador de suavidade de marcha, determina as variaes do regime depois de cada combusto e compara-as entre si. O caudal de injeco, para cada cilindro, ajustado com base nas diferenas de rotao, de modo a que todos os cilindros contribuam por igual para a gerao do binrio motor. Esta regulao actua unicamente na margem inferior de rotaes; - Regulao da velocidade de marcha, permite a circulao da viatura a uma velocidade constante. O regulador ajusta a velocidade da viatura ao valor desejado pelo condutor que, ao premir um boto no painel de instrumentos, fica memorizada na ECU. a denominada Velocidade de Cruzeiro . O caudal de injeco aumenta ou diminui, conforme a velocidade da viatura varia em relao pr - determinada.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Quando se acciona o pedal do travo ou da embraiagem, a funo desactivada. Para utilizar de novo esta funo, repete-se o procedimento; - Regulao do caudal de referncia. Uma vez que nem sempre injectado o caudal de gasleo requerido pelo condutor ou fisicamente possvel, aquele caudal de referncia serve para comparar. As causas podem ser consequncia de : - Produo excessiva das emisses contaminantes; - Libertao excessiva de fumo negro; - Sobrecarga mecnica, devido a um binrio motor excessivo ou excesso de rotaes; - Sobrecarga trmica, devido a temperatura excessiva do liquido refrigerante, ou do leo lubrificante do motor; - Entrada em programa de emergncia, devido a alguma falha registada na ECU. Tambm a motorizao diesel com CR-DID, quando a viatura circula em qualquer regime e o pedal do acelerador na posio de repouso (ex: numa descida com o motor a servir de travo, ou quando se pressiona o pedal do travo), no se d injeco. Aproveitando esta condio de estado, o condutor pode assim usufruir de uma diminuio do consumo de gasleo. 2.6 Os rgos perifricos do motor, vistos pelo construtor do veculo So rgos perifricos, todos aqueles que so montados exteriormente ao motor e so indispensveis para o seu eficaz desempenho. Consideremos alguns dos rgos perifricos mais importantes: - Bateria; - Motor de arranque; - Alternador; - Componentes que constituem o sistema de injeco; - Turbocompressor; - etc. O construtor da viatura ao no participar no desenvolvimento dos rgos perifricos (apenas exige que tenham uma elevada fiabilidade dentro do perodo de garantia, para garantir custos reduzidos), no planifica a sua manuteno, como o faz para o material


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente que por ele foi desenvolvido. Por outro lado, uma forma de se defender de uma eventual anlise de custos de manuteno, situao que acontece quando se trata de utilizadores frotistas. Durante o perodo de garantia atribudo pelo construtor da viatura, quando um rgo avaria, este substitudo por outro novo. A anlise da avaria, normalmente no feita levando em alguns casos, a que o rgo substitudo avarie prematuramente. A anlise de avaria importante, uma vez que pode servir de alerta e preveno para situaes futuras. 2.7 Comportamento da injeco diesel

Neste sub - capitulo, pretende-se mostrar o desenvolvimento da presso de injeco, ao longo do perodo de tempo durante o qual a mesma se d. O desenvolvimento distinto para o sistema convencional e CR. 2.7.1 Sistema Convencional Segundo R. Bosch (1999), no sistema de injeco convencional com bomba injectora rotativa ou em linha, s feita uma injeco por cilindro em cada rotao de manivela, excepto em alguma bombas rotativas controladas por electrovlvula, que permitem uma injeco prvia. No sistema convencional, a gerao de presso e a disponibilidade do caudal de injeco esto associados, uma vez que ambos so devidos s vlvulas e mbolos de fornecimento. Estes componentes actuam sobre o comportamento da injeco, com a presso de injeco e o caudal a aumentarem em simultneo com a subida da rotao. Com este tipo de funcionamento, temos: - Pequenos caudais so injectados a presses mais baixas; - A presso mxima atingida, mais do dobro da presso de injeco mdia; - O desenvolvimento da injeco aproximadamente triangular, como o requerido numa combusto favorvel. Na figura 2.3, verifica-se que o aumento de presso comea com o fornecimento do gasleo a partir da bomba. Quando a presso atinge o valor a que o injector for


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente calibrado, este abre, h uma ligeira queda de presso e inicia-se a injeco. Durante o perodo de injeco, a presso vai aumentando at um determinado valor, aps o qual, diminui rapidamente. Quando a presso de injeco atinge o valor imediatamente abaixo daquele a que o injector foi calibrado, este fecha, a presso sobe ligeiramente, e, geram-se ondas de presso que vo no sentido da bomba injectora e que depois se reflectem para o lado do injector. Se a onda de presso atingir um valor superior ao valor de fecho do injector, pode originar injeces secundrias, criando um vazio nas linhas de alimentao, assim como, se as vlvulas da bomba injectora no vedarem correctamente. PPRESSO DE INJECO

PsPs Presso de injeco mxima Pm Presso mdia de injeco IA Inicio de fornecimento do gasleo II Inicio da injeco FI Fim da injeco

Pm II FI 0 IAPerodo de injeco

Tempo t

Fig. 2.3 - Desenvolvimento da injeco convencional Na figura 2.4, representado o desenvolvimento grfico da injeco, o aumento de presso provocada pela combusto e compresso, em funo do angulo de manivela.PMS AI AJ PCB

IC II IA PC

FI FC

PP PMI PMI

PCC Presso na cmara de combusto PMS Ponto morto superior PCB Presso de combusto FI Fim da injeco FC Fim da combusto PP Posio do pisto PMI Ponto morto inferior PC Presso de compresso IA Inicio de alimentao de gasleo II Inicio da injeco IC Inicio da combusto AJ Atraso da injeco AI atraso da ignio

PCC

Figura 2.4 - Representao grfica da injeco convencional Desgaste e gripagem na bomba de injeco, de um sistema Common Rail em motores diesel.Pg. 25

A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente 2.7.2 Sistema Common Rail O comportamento da injeco no sistema CR, cumpre as seguintes exigncias adicionais, relativamente ao comportamento de injeco convencional: - A presso e o caudal de injeco podem estabelecer-se independentemente entre si, para cada ponto de servio do motor (grau de liberdade adicional para a formao da mistura); - O caudal de injeco deve ser no incio da mesma, o mais reduzido possvel e durante o atraso da ignio (tempo que medeia entre o incio da injeco e o comeo da combusto). No sistema CR com injeco prvia e principal, estas exigncias so satisfeitas. Do comportamento da injeco, so responsveis em primeiro lugar os seguintes componentes: - Injectores controlados por electrovlvula ou piezoelctricos; - Acumulador Rail de gasleo; - Bomba de alta presso. Presso Rail ( Pm )

Presso de injeco 0 Tempo t Perodo da injeco principal Perodo da injeco prvia Fig. 2.5 Desenvolvimento da injeco CR Como se pode observar, a presso de injeco mantm-se constante

independentemente da rotao do motor. O tempo de injeco controlado pela ECU, e, condicionado pelas condies de trabalho do motor.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente 2.8 O gasleo como lubrificante nos sistemas Common Rail de injeco diesel O gasleo ao ser utilizado como lubrificante, levanta alguns problemas face aos lubrificantes tradicionais, j que entre ambos existe uma grande diferena quanto sua aplicao. Enquanto o gasleo fundamentalmente usado como combustvel e com todas as condicionantes que o facto implica, os lubrificantes j tm um campo de aplicao mais alargado e uma composio qumica que no restringida. As principais diferenas entre eles, tm a ver com os aditivos que podem ser incorporados nos lubrificantes e lhes conferem outras propriedades, que tambm contribuem para: Baixar ponto de congelao; Melhorar ndice de viscosidade; Anti desgaste.

Com a limitao dos aditivos e de que entre outros se destaca o antidesgaste (EP), leva a que mecanismos lubrificados pelo gasleo, tenham um desgaste mis acelerado ou at mesmo possa surgir a gripagem em certas condies de trabalho. 2.9 Previso da evoluo do mercado europeu para a motorizao diesel O gasleo, que sempre foi um combustvel mais barato que a gasolina, tinha na motorizao diesel disponvel, aspectos negativos que levavam a que esta no fosse muito procurada para aplicao em viaturas de uso utilitrio. Quando em 1986 iniciada a montagem de bombas rotativas com controlo electrnico (EDC), dado o primeiro grande passo na mudana de imagem e prestaes da motorizao diesel, face aos motores a gasolina de igual cilindrada. Este inovador sistema de injeco com EDC, ao ser adoptado pelo construtor alemo da marca Audi e detentor de elevado prestigio no mundo automvel, modifica radicalmente a opinio do utilizador, face s prestaes, consumo, rudo e poluio. A previso de massificao da motorizao diesel, leva os grandes construtores de viaturas a tomarem medidas em conjunto, no sentido de a optimizarem ainda mais, tendo em conta a preocupao de ordem ambiental e a reduo de consumo de gasleo.


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente A ACEA e a CAFE estabelecem os seguintes parmetros, com o compromisso de os mesmos serem atingidos : - Reduo de 30 % no consumo de combustvel por cada 100 Kms percorridos; - Reduo de 50% no custo de combustvel por cada 100 Kms percorridos; - Reduo: de 12 % de CO2 (g / Km) de 1998 at 2002 de 26 % de CO2 (g / Km) de 1998 at 2007 de 37 % de CO2 (g / Km) de 1998 at 2012 Apresenta-se na tabela 2.9, a previso da evoluo da motorizao diesel, segundo a projeco do fabricante Robert Bosch. Ano % Ligeiros % Comerciais 1990 2000 2010 15 35 66 5 15 22 % Industriais 3 6 8

Tabela 2.9 Previso da evoluo do mercado diesel A nvel nacional, com os preos praticados com as viaturas com motorizao diesel em relao s de gasolina, a tendncia de crescimento do diesel um dado adquirido. Alguns construtores, j propem viaturas (no comerciais) com motorizao diesel de custo inferior s de igual cilindrada e motorizao a gasolina. Esta poltica de preos, tende a generalizar-se. Segundo Guia do Automvel N 234, apresentam-se os dados relativos a vendas de viaturas ligeiras em Portugal. Em Agosto de 2004, verificava-se o seguinte, em relao aos vinte modelos mais vendidos. Viaturas a diesel Viaturas a gasolina Total Percentagem diesel 3.062 1.874 4.936 61 %


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente De Janeiro a Agosto de 2004, verificava-se o seguinte em relao aos vinte modelos mais vendidos. Viaturas a diesel Viaturas a gasolina Total Percentagem diesel 25.867 22.275 48.142 64 %

Na tabela 2.10, apresentado o numero de vendas de viaturas diesel durante o ms de agosto de 2004, as globais de janeiro a agosto do mesmo ano e a evoluo relativamente aos mesmos perodos do ano 2003. Nas vendas, no esto includas as viaturas todo terreno (em que a motorizao diesel, representa a maior percentagem). Viatura Comercial Ligeiro Comercial Pesado Vendas % Rel. Agosto 4.235 278 2003 +3,2 +47,1 Venda Jan. Agost 46.848 3.469 % Rel. 2003 +5,2 +23,8

Tabela 2.10 Vendas de viaturas diesel em Portugal


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A motorizao diesel e a sua influncia sobre o meio ambiente Na tabela 2.11, apresentada a percentagem anual de vendas de motorizao diesel em vrios pases da europa, segundo U.S. Department of Energy (2003). Pas Blgica Frana Alemanha Itlia Noruega Espanha Suia Reino Unido Total 1999 2000 2001 62,6% 56,2% 34,6% 36,6% 13,3% 52,5% 13,3% 17,8% 36,0% 2002 64,2% 63,2% 38,0% 43,6% 17,5% 57,3% 17,8% 23,5% 40,4%

54,3% 56,7% 44,1% 49,0% 22,4% 30,4% 29,1% 33,7% 8,2% 6,6% 9,0% 9,2% 51,7% 53,1% 13,8% 14,1% 28,4% 32,3%

Tabela 2.11 Evoluo da motorizao diesel, em alguns pases europeus Como se pode observar, h um incremento de 4% nas vendas ano. Com evoluo verificada, a meta dos 50% estabelecida pelos construtores de motores para o ano de 2012, vai provavelmente acontecer antes daquela data. 2.10 Concluses especficas A crescente degradao ambiental, que em parte tem o contributo das emisses contaminantes presentes nos gases de escape da motorizao diesel, levou a que fossem tomadas medidas no sentido de haver um maior controlo sobre as emisses, tanto por parte de organismos oficiais como pelos construtores de motores e fabricantes de sistemas de injeco diesel. A legislao europeia que foi publicada, foi um forte contributo para a rpida evoluo da motorizao diesel, assim como do gasleo. No gasleo, o enxofre como elemento constituinte e o mais nefasto para o meio ambiente e o prprio motor, mereceu uma ateno especial.


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Conceitos e Sistemas Common Rail

3 CONCEITOS E SISTEMAS COMMON RAILNeste capitulo, desenvolvida a introduo terica que servir de suporte ao tema em estudo, com a definio dos vrios tipos de manuteno, a actividade. Aplicam-se, no mbito deste estudo, alguns conceitos cuja definio importante: Orgo um conjunto composto por vrios componentes ou elementos simples que, agrupados, formam um conjunto com alguma complexidade; Orgo rotvel - orgo intermutvel, que tem a particularidade de poder ser aplicado, indistintamente, na substituio de outro idntico; Recondicionamento de bombas de alta presso filosofia de reparao, levada a cabo pelo fabricante das bombas ou em oficinas especializadas e detentoras de equipamento especfico para a sua reparao, que consiste na substituio dos elementos que apresentem desgaste ou outro tipo de avaria, por outros novos. A bomba submetida a um ensaio, a fim de garantir que se encontra de acordo com os valores do fabricante; Falha crtica estado de um produto avariado que revela o mais elevado ndice de severidade; ndice de severidade representa de uma forma quantitativa a falha. Tem associado a gravidade que a falha representa, a frequncia com que acontece e o modo como detectada. Aplicam-se tambm alguns conceitos dentro do mbito da manuteno, como: - Fiabilidade probalidade de um item poder executar uma funo requerida sob determinadas condies, durante um dado intervalo de tempo; - Manutenibilidade probalidade de uma aco activa de manuteno para um elemento sob determinadas condies de utilizao, poder ser executada dentro de um intervalo de tempo estabelecido, quando a manuteno realizada nas condies pr estabelecidas e utilizando os procedimentos e os recursos pr - definidos; - Disponibilidade capacidade de um bem se encontrar num estado, que sua finalidade e importncia, e ainda, as tcnicas que podem ser aplicadas nos mais diversos tipos de


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Conceitos e Sistemas Common Rail execute uma funo requerida sob dadas condies, num determinado momento ou intervalo de tempo. 3.1 O que se entende por manuteno O conceito de manuteno pode ter vrias definies, que traduzem o objectivo final, a garantia da mxima disponibilidade do bem ao menor custo. Este conceito tem evoludo no sentido de aumentar o seu mbito e diversificar as estratgias de interveno. Esta evoluo, levou ao reconhecimento da sua mais valia no conjunto das actividades empresariais, assim como a sua interadaptao noutras reas funcionais. Para Pinto (1994), a Manuteno um conjunto integrado de actividades que se desenvolvem em todo o ciclo de vida de um equipamento, sistema ou instalao, e, que visa manter ou repor a sua operacionalidade, nas melhores condies de qualidade, custo e disponibilidade, com total segurana. A manuteno, desde que foi adoptada como uma forma de interveno nos equipamentos e bens, foi-se desenvolvendo ao longo dos tempos vrias vertentes. Teve inicio no conceito de manuteno reactiva, seguido-se o evitar a avaria, afim de dar satisfao ao grande desenvolvimento que se verificava no tecido empresarial produtivo. Com o acelerado desenvolvimento tecnolgico aps a 2 Guerra Mundial, acompanhado da disponibilizao das tecnologias da informao que entretanto se verificou, foi possvel adoptar-se um novo conceito, a preveno da avaria (manuteno proactiva). A evoluo que entretanto teve este ltimo conceito, foi a transferncia de protagonismo para o fabricante dos bens e equipamentos, em que a manuteno (de melhoria) aplicada desde o projecto ou desenvolvimento daqueles (FMEA). So salientadas outras estratgias de manuteno por Ferreira (2002), tais como: - Terotecnologia; - TPM, Toatl Productive Maitenence; - RCM, Reability-centrered Maintenence; - RBI, Risk-based inspection;Pg. 32


Conceitos e Sistemas Common Rail - EUT, Eindhoven University of Technology Model; - TQMain, Total Quality Maintenance. Pode dizer-se que a manuteno comeou a ser feita pelo Homem desde a sua existncia, com a reparao ou substituio da sua arma de caa. Este tipo de manuteno denominada por curativa, correctiva ou resolutiva, resume-se a reparar quando avaria, o que ainda hoje em dia ocorre em muitas situaes. Considera-se uma manuteno do tipo reactiva, e ocorrer sempre at que no haja possibilidade de prevenir a avaria atravs de mtodos de diagnstico disponveis, e, exige a disponibilidade de peas de reserva em stock (mais custos), no se poder planear a imobilizao do equipamento e encurtar os tempos de paragem (pode dar origem ao no cumprimento do prazo de entrega de encomendas), originar trabalho extraordinrio (maiores custos relacionados com a mo de obra), assim como formao adequada do pessoal interveniente, etc. A vantagem deste tipo de manuteno, a no introduo de avarias que sempre podem ocorrer, ao fazer-se uma interveno num equipamento que estava a operar correctamente. A preveno da avaria conseguida atravs de operaes de manuteno que esto planeadas e programadas Ferreira (1998), recorrendo-se a mtodos expeditos de deteco. Com este tipo de manuteno, evitam-se paragens inoportunas, reduz-se o numero de avarias imprevistas e os custos das peas de reserva, contudo apresenta a desvantagem de exigir pessoal especializado e multidisciplinar e que operem com os equipamentos de diagnstico e interpretem correctamente os dados recolhidos, ou ento na impossibilidade tem que se recorrer a empresas de outsourcing durao, Mendona (2002). A existncia de equipamentos de diagnstico tecnologicamente evoludos, permitem diversas tcnicas que podem ser utilizadas na manuteno condicionada, no controlo de condio, ou no diagnstico dos equipamentos. Segundo Cabral (1998), so exemplo de tcnicas de inspeco com aplicao na manuteno condicionada: - Anlise de vibraes;Pg. 33

Souris

(1990), que executem este tipo de servios e se mantenham por mdia / longa


Conceitos e Sistemas Common Rail - Termografia. - Anlise dos parmetros de rendimento; - Inspeco visual; - Anlise dos lubrificantes; - Medio atravs de ultrasons. Anlise de vibraes. Roque (2002), define vibrao como o movimento relativo peridico ou aleatrio de um ponto ou corpo em relao a uma posio de referncia, normalmente a sua posio de repouso. Anlise de vibraes uma tcnica de grande expresso e pode ser executada com de equipamentos portteis ou atravs de sensores fixos (monitorizao em continuo), em pontos pr definidos. A informao enviada para uma unidade de controlo, onde foram introduzidos os valores mximos de alerta ou paragem. A evoluo dos valores recolhidos, permite ajustar os limites pr definidos. Termografia. Consiste na utilizao dum equipamento que utiliza radiao de infravermelhos para detectar zonas de aquecimento excessivo, permitindo desta forma actuar para que a temperatura seja distribuda uniformemente sobre o corpo. Anlise de parmetros. Trata-se de uma tcnica muito utilizada na verificao da eficincia de motores. A medio da taxa de compresso, das rotaes do motor, da corrente absorvida pelo motor de arranque e respectiva rotao, presso no colector de admisso, etc, so alguns dos parmetros que determinam o bom desempenho do motor Inspeco visual. extremamente importante num qualquer programa de manuteno condicionada. Deve ser feita por tcnicos experientes e com uma boa memria histrica dos equipamentos. Permite detectar fugas, desapertos, fissuras, nveis, etc.


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Conceitos e Sistemas Common Rail A anlise do lubrificante. Segundo Cabral (1998) e Mobil (1980), uma tcnica no destrutiva bastante eficiente, que permite diagnosticar o estado de qualquer componente lubrificado, uma vez que as partculas metlicas geradas pelo processo de desgaste vo sendo incorporadas no lubrificante. O mapa metalogrfico possibilita a determinao de qual a(s) zona(s) ou elemento(s), que est(o) com um processo de desgaste acelerado. Permite tambm acompanhar o estado de condio do lubrificante. As anlises, devem ser feitas a partir de uma amostra recolhida sob condies bem definidas. Medio atravs de ultrasons. Este mtodo expedito na deteco de irregularidades na estrutura ao nvel da sub camada dos metais, como a existncia de fissuras, cos, spalls, etc. Permite ainda avaliar a sua profundidade e extenso. Outra forma de executar manuteno pr-activa haver cooperao com o fabricante do equipamento ou bem, transmitindo-se a ocorrncia de falha, o modo como aconteceu e at mesmo propondo novas alteraes ou mesmo as j realizadas por parte dos tcnicos especializados da equipa de manuteno tendo como base a sua experincia. possvel que, na fase de projecto ou desenvolvimento do equipamento ou bem, sejam eliminados os factores que contribuem para o aparecimento da avaria. Em todos os tipos de manuteno, tem de estar sempre presente no espirito do pessoal interveniente, que o objectivo final, a melhoria continua ao menor custo. Na figura 3.1, esto esquematizadas as duas formas de manuteno.PROACTIVA

PREVENTIVA

PREDITIVA

DE MELHORAMENTO

MANUTENO

PLANEADA (DIFERIDA)

NO PLANEADA (EMERGNCIA)

REACTIVA

RESOLUTIVA

Fig. 3.1 Esquematizao das formas de manutenoPg. 35


Conceitos e Sistemas Common Rail 3.1.1 A mais valia da Manuteno A manuteno, na perspectiva do construtor da viatura, preventiva planeada, resumindo-se substituio de peas de desgaste rpido (por ex. discos de traves e pastilhas), mudana de lubrificantes, liquido refrigerante e leo de traves e, ainda do que possa contribuir para uma avaria grave (por ex. correia distribuio) no motor. Os orgos perifricos montados no motor e sujeitos a desgaste por aco do seu funcionamento, tambm so susceptveis de operaes de manuteno. Nos representantes do construtor, estes orgos quando avariam, so substitudos por outros novos ou reconstrudos no sendo analisada a avaria ou mesmo tomada uma aco preventiva. Para os fabricantes dos orgos a perspectiva diferente, uma vez que estes podem sofrer aces de manuteno preventiva condicionada (mediante a utilizao da viatura), ou curativa (reparao). Os fabricantes, para assegurarem a fiabilidade e os seus elevados padres de qualidade, tm nos seus representantes o apoio para realizar qualquer tipo de manuteno. Com a constante evoluo que se verifica nos orgos, a que tambm est associada a introduo da electrnica e da informtica, os fabricantes s disponibilizam os equipamentos e dados necessrios para aces de manuteno e analise das vrias condies de estado de funcionamento dos orgos, de uma forma limitada. Quando se procede a uma aco de manuteno (por ex. bomba injectora diesel), necessrio ter informao disponvel, tanto do construtor como do fabricante, por forma a que as aces de manuteno sejam executadas num intervalo de tempo estabelecido ou considerado aceitvel. Com a insero da electrnica e informtica (suportadas numa constante evoluo tecnolgica) nos mais recentes sistemas de injeco diesel, levantam-se algumas dificuldades de acompanhamento por parte dos tcnicos o que, associado ausncia de informao detalhada, leva a que em algumas aces de manuteno, o tempo estabelecido no seja cumprido. Este incumprimento tambm se pode verificar nas operaes de manuteno em que no est identificado o orgo ou elemento avariado, e / ou no existem procedimentos definidos tanto pelo construtor como pelo fabricante.Pg. 36


Conceitos e Sistemas Common Rail Para atenuar esta ausncia de informao, a equipa tcnica que deve verificar o controlo de condio do orgo (considerando correcto o seu estado de funcionamento), procedendo recolha de dados (deve ser definido um procedimento), que so registados num arquivo, com a finalidade de serem comparados com outros que suscitem duvidas. Esta aco visa a implementao de um programa de manuteno condicionada do orgo. Ao proceder-se execuo duma aco de manuteno, visa reduzir-se custos de utilizao da viatura, prolongar a vida dos orgos e reduzir o consumo de matrias primas. a sua mais valia. 3.1.2 Finalidade da manuteno Considera Farinha (1997), que o objectivo primrio de qualquer sector da manuteno, garantir que os equipamentos sob a sua responsabilidade, cumpram a funo para a qual foram postos ao servio dos utilizadores. J Pinto (1994), considera que os objectivos podem ser organizados em quatro grupos. 1 - Objectivos econmicos (custos); 2 - Objectivos Tcnicos (qualidade); 3 - Objectivos Operacionais (disponibilidade); 4 - Objectivos Sociais (segurana, meio ambiente, utilizadores, etc). evidente nestas duas definies, que ambas tm sobreposio de interesses, mas que pela sua prpria natureza so impossveis de conciliar na optimizao, pelo que ser o bom senso que deve encontrar o ponto de equilbrio. Assim, podemos considerar os seguintes objectivos da optimizao: - 1 - Segurana de pessoas, bens e equipamentos. Deve ser sempre tida como uma referncia presente, e inegocivel; - 2 - Qualidade, na obteno do maior rendimento do bem e um menor numero de defeitos de produo, com as melhores condies de higiene e segurana e procurando contribuir para a no degradao do meio ambiente; - 3 - Custo dever ser o mnimo, nos custos globais do produto considerado, tendo em conta os custos prprios de produo, os de manuteno / no Pg. 37


Conceitos e Sistemas Common Rail manuteno; - 4 - Disponibilidade para os equipamentos operarem o mximo tempo possvel, reduzindo ao mnimo possvel os tempos de paragem (quer as imobilizaes programadas como as de avaria) e assim contribuir para o assegurar da regularidade da produo com o cumprimento dos prazos planeados. responsabilidade da gesto de manuteno encontrar o compromisso mais satisfatrio, que seja compatvel com os objectivos da empresa e tendo tambm em conta as decises futuras. A disponibilidade de um equipamento, condicionada pela ocorrncia de avarias, pelo tempo gasto nas suas reparaes, em aces de manuteno preventiva, etc. A fim de melhor se entender a forma de calcular a disponibilidade, necessrio classificar os diferentes tempos, assim como estes so entendidos em manuteno. Na figura 3.2, representa-se a classificao dos diferentes tempos, segundo Pinto (1994), para o clculo das disponibilidade, e confrome as normas francesas:TT

TN

TNN

TED

TEID

TPD

TPID

TF

TE

TPID

TICE

Fig. 3.2 Classificao dos diferentes tempos, Adaptado de Pinto (1994) Atendendo ao exposto, podemos considerar que a disponibilidade (D), como:

D=

TED TN


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Conceitos e Sistemas Common Rail Segundo Roque (2002), h dois entendimentos para a disponibilidade: - Disponibilidade intrnseca (Di). a disponibilidade que o fabricante anuncia, como consequncia da fiabilidade e da manutenibilidade inerentes ao equipamento.MTBF MTBF + MTTR

Di =

- Disponibilidade operacional (Do). a disponibilidade que interessa ao utilizador, levando em linha de conta os factores que intervm na disponibilidade intrnseca , mais os constrangimentos de ordem logistica (MTL).MTBF MTBF + MTTR + MTL

Do =

Na taxa de avarias consideramos a tecnologia base, as condies de utilizao e tipo de manuteno aplicado. Na taxa de reparao, consideramos a tecnologia base, a poltica de manuteno e a sua logstica. 3.1.3 Tipos de manuteno Segundo Ferreira (1998), os tipos de manuteno podem ser divididos em dois modos de interveno: - Correctiva, que pode ser executada como Paleativa e Curativa. A paleativa que processada aps a avaria, e, pode ser executada como reparao provisria. A curativa executada como reparao de carcter definitivo; - Preventiva que executada com a inteno de reduzir a probalidade de avaria. Pode ser feita de forma pr determinada e sistemtica, ou executada com base no diagnstico, condicionada, ou tambm a partir dos dados recolhidos na Inspeco. Na figura 3.3, esquematiza-se graficamente os dois tipos de abordagem da manuteno face ao tipo de varia e a sua interdependncia atravs do efeito de melhoramento, o qual vem tomado uma importncia cada vez maior, tanto da parte do fabricante como do utilizador.


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Conceitos e Sistemas Common RailPREVENTIVAConhecido Antecipada Desconhecido

SISTEMTICA

CONDICIONADA

INSPEO

MANUTENO

AVARIAEsperada

CORRECTIVA DE MELHORAMENTO

PALEATIVA

CORRECTIVA CURATIVA

Fig. 3.3 Tipos de manuteno face ao tipo de avaria Tambm podem ser atribudas ao sector da manuteno outras tarefas. Assim, a manuteno pode ter sua responsabilidade: - Instalao de novos equipamentos; - Expanso dos existentes; - Novos trabalhos; - Renovao; - Reconstruo; - Modernizao - Canibalizao. A reconstruo abrange a inspeco completa de todos os componentes, com a anlise dimensional, substituio de peas deformadas, verificao das caractersticas e eventual reparao ou substituio de peas e subconjuntos avariados; entendida a reposio do estado definido para o equipamento no caderno de encargos. A modernizao entendida como, a substituio de acessrios ainda existentes no equipamento, e do qual fazem parte desde o incio, por outros j aperfeioados no aspecto tcnico;


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Conceitos e Sistemas Common Rail Canibalizao remoo de sistemas, orgos, acessrios ou elementos de equipamentos abatidos, que ainda podem desempenhar a funo para o qual foram projectados, noutro equipamento que se pretende recuperar. 3.1.4 Qualidade e Manuteno Para Cabral (1998), a qualidade e manuteno so factores que no se podem dissociar. com uma boa operacionalidade dos equipamentos que se produzem produtos de qualidade. J para Pinto (1994), a manuteno pode ter influncia na qualidade do produto a partir do controlo de condio (folgas, tolerncias), da boa operacionalidade dos mecanismos, da calibrao programada de todos os instrumentos de inspeco e ensaio e da disponibilidade de condies ambientais adequadas boa operacionalidade dos equipamentos e conservao dos produtos. Destas teorias, pode deduzir-se que a qualidade da manuteno visa a melhoria

contnua dos produtos e da operacionalidade dos equipamentos, e deve ser assegurada por tcnicos com qualificao adequada, para que possam desempenhar bem as suas funes e levem a manuteno a atingir os seguintes objectivos: - Estabelecer um programa de controlo de qualidade para a manuteno, com identificao de tarefas que requeiram a presena de um supervisor ou de um inspector da qualidade; - Realizar auditorias a fornecedores e empresas subcontratadas, a fim de assegurar a conformidade dos requisitos da empresa em meios humanos e materiais, documentao tcnica, sistemas de controlo e formao de pessoal; - Execuo de trabalhos mais especializados e que requeiram experincia e conhecimento, devem ser executados e acompanhados de algumas inspeces, ensaios e controlo dimensional; - Sensibilizar e motivar para a qualidade toda a organizao de manuteno. A qualidade no resulta de verificaes mais ou menos frequentes, mas do trabalho bem executado desde o incio, e sempre; todas as discrepncias que sejam detectadas devem ser comunicadas aos sectores adequados, para que sejam revistas e corrigidas.Pg. 41


Conceitos e Sistemas Common Rail 3.2 Anlise de avarias Para a resoluo de avarias, dentro do tema proposto, assim como, do sistema em que se encontra inserido numa viatura, tm que ser utilizados equipamentos de diagnstico que possibilitam a recolha de dados e valores. De uma gama alargada de equipamentos disponveis, os mais utilizados so: - Leitor do cdigo de falha registado na ECU. - Multmetro - Osciloscpio - Simulador do sistema de injeco CR O leitor de cdigo de falha (erro), um equipamento que funciona atravs de uma ficha de diagnstico e das linhas de comunicao (K e L), para ter acesso ao registo das falhas memorizadas ou at aos valores que os sensores de controlo continuo para a ECU. Multimetro, um equipamento destinado a medir os valores de tenso e intensidade da corrente AC e DC, resistncias, continuidades, verificar transstores, frequncias, etc. O sistema indicador da grandeza medida, pode ser analgico ou digital. Osciloscpio trata-se de um instrumento electrnico, utilizado para observao e registo de fenmenos fsicos que variam no tempo, aps transformao prvia em sinais elctricos variveis. Simulador do sistema de injeco CR um equipamento electrnico, que em conjunto com um programa informtico especifico, permite simular o funcionamento de todo o sistema e testar ou detectar falhas existentes. 3.3 FMECA enviam em

Para Pegas (2003) e Stamatis (1947), o objectivo mais elementar da tcnica FMECA prever as falhas que possam ocorrer, antes que o produto, pea ou servio seja executado.


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Conceitos e Sistemas Common Rail O FMECA, uma metodologia de anlise do modo de falha com a avaliao da sua criticidade, tem como contributo evitar, atenuar, ou conduzir a aces de melhoria que evitem a probalidade de falha do produto, pea ou servio. Ao utilizar-se esta tcnica, pode afirmar-se, que a probalidade de falha diminui, aumentando a fiabilidade do equipamento. Ao ser lanado no mercado um produto, pea ou servio, a ocorrncia de determinados tipos de falhas, pode ter consequncias graves para o consumidor. Por exemplo, uma falha em avies e equipamentos hospitalares, pode colocar em risco a vida dos utilizadores. Uma falha, por vezes totalmente coberta pela garantia do fabricante e mesmo que prontamente reparada pelo servio de assistncia, causa no consumidor uma insatisfao durante um perodo de tempo uma privao do uso do bem. A tcnica FMECA ao ser aplicada na vertente qualidade, torna-a cada vez mais importante, tanto para o fabricante, utilizador ou consumidor uma vez que minimiza o nmero de falhas. O FMECA foi inicialmente desenvolvido para os novos projectos de produtos e processos, mas, ao ser verificada a utilidade da sua metodologia, passou a ter aplicaes diversas como por exemplo nos servios administrativos e aplicaes especificas, como a industria alimentar ou a engenharia de segurana. Nesta tcnica a fonte de risco que analisada. A implementao da tcnica FMECA, deve ser um meio para a empresa atingir os seus objectivos e resultados, no uma exigncia do comprador. Muitas empresas certificadas pela norma ISO 9000, ao adquirirem peas / produtos ao exterior, exigem de entre outros documentos, o divulgao desta tcnica. Como foi dito anteriormente, a metodologia FMECA usada tanto pode ser aplicada na fase de projecto de desenvolvimento de um produto, processo ou sistema, como a FMECA, o que levou ampla


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Conceitos e Sistemas Common Rail servios. As etapas e modo de realizao so os mesmos, embora com objectivos diferentes. A anlise FMECA pode ser aplicada em: - Projectos de produtos ou processos, para diminuio da ocorrncia da probalidade de falha na concepo; - Produtos ou processos j em curso, para anlise das falhas j ocorridas, ou, diminuir a probalidade de acontecerem outras falhas; - Sistemas e sub-sistemas. Na fase de projecto so analisados os modos de falha potencial, entre as funes de um sistema e provocadas por deficincia deste e as j ocorridas nos produtos ou processos em curso; - Servios. Antes que sejam colocados ao dispor dos clientes, so identificadas as falhas potenciais que possam ocorrer nos sistemas, diminuindo assim os riscos de erros, aumentando assim a qualidade dos servios administrativos. Esta metodologia, inicia-se com a formao de uma equipa pluridisciplinar, cujas funes permitam prever os tipos de falhas que possam ocorrer, os seus efeitos e as possveis causas e esteja identificada com o produto, processo, sistema ou subsistema e servio em questo. Fases de aplicao da tcnica FMECA: - Planeamento; - Anlise de potenciais falhas; - Avaliao de riscos; - Melhoria; - Continuidade; - Importncia. A fase de planeamento prev a identificao do produto(s) ou processo(s) a analisar e a descrio dos objectivos e a sua abrangncia; - Formao do grupo de trabalho por quatro a seis elementos multidisciplinares de acordo com o mbito (por ex. reas da qualidade, desenvolvimento e produ

desgaste na bomba common rail

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