performance 04 1211

2 ED. 2008

TECNOLOGIA DE VANGUARDA PELA MAHLE

RECIPIENTE DE CARVÃO ATIVADO PROJETO MODULAR COMPACTO E BAIXO NÍVEL DE EMISSÕES

PerformanceCOMPONENTES E SISTEMAS PARA MOTORES E SEUS PERIFÉRICOSCUSTOMER MAGAZINE

2 MAHLE Performance

CONTEÚDO

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Para motores modernos com injeção direta de combustível: trem de válvulas integral-

mente variável

TURBO-ALIMENTADORES A GÁS DE ESCAPAMENTO

Especialização em sistemas de troca de carga: desenvolvimento de compressores para

melhor desempenho e redução do consumo de combustível

SISTEMAS DE PISTÃO

Nova tecnologia de fundição de alumínio para pistões diesel

COMPONENTES DO CILINDRO

Considerável redução de peso com camisa de cilindro de alumínio ALBOND fundida

áspera

SISTEMAS DE TREM DE VÁLVULAS

Desenvolvimento de válvulas na MAHLE: requisitos atuais e futuros

SISTEMAS DE GERENCIAMENTO DE AR

Menos substâncias nocivas por meio da recirculação externa de gás de escapamento


Desenvolvimento de sistemas de filtragem de ar: métodos inovadores para filtros que

proporcionam desempenho ainda melhor

SISTEMAS DE GERENCIAMENTO DE FLUIDOS

Recipiente de carvão ativado MAHLE: inovações para exigência mais rigorosa

PERFIL DA FÁBRICA

Unidades industriais da MAHLE em Yingkou: potencial de crescimento

GRUPO MAHLE

Pesquisa e desenvolvimento em benefício do setor. Entrevista com o Chefe do Centro

Tecnológico no Japão.

NOVO CENTRO TECNOLÓGICO – JUNDIAÍ

MAHLE Performance Online – www.performance.mahle.com

EXPEDIENTE

PublisherMAHLE International GmbHPragstraße 26-46D-70376 Stuttgart - Alemanhawww.mahle.com

Responsável pelo conteúdoDr. Bernd Mahr

[email protected] (11) 4589-0681Fax (11) 4589-0716

Créditos fotografias/figurasArquivo MAHLE, ilustração de microscópio, página 9, autorizada gentilmente por Carl Zeiss Microlmaging GmbH

Produçãowww.studiocasecom.com.brA reprodução do conteúdo, mesmo parcial,somente pode ser feita com autorizaçãoprévia do editor.© MAHLE GmbH, 2008

MAHLE Performance 3

EDITORIAL

Prezados leitores,

Nos próximos anos, mais de 90 por cento

dos veículos produzidos na Ásia serão cons-

truídos no Japão, China, Índia, Coréia do

Sul e Tailândia. Essa circunstância dá nítidos

contornos às áreas geográficas nas quais se

concentra a nossa estratégia na Ásia.

A MAHLE já vem desempenhando um papel

na Ásia há algum tempo. Desde 2002,

estamos fortalecendo nossa presença local.

Atualmente, 18 por cento do nosso pessoal

trabalha na Ásia e é ali também que gera-

mos cerca de 18 por cento das vendas

do Grupo.

Mais até do que entre as nações da Europa,

os países da Ásia são muito diferentes em

suas culturas, idiomas e costumes sociais.

Os mercados nos respectivos países preci-

sam, portanto, ser analisados e atendidos

com abordagens muito distintas.

A posição-chave do Japão na região asi-

ática desempenha papel fundamental para

as nossas atividades. O rápido crescimen-

Michael Brenner é Vice-presidente de Vendas e Enge-nharia de Aplicações, Automóveis de Passageiros Ásia

to da indústria automotiva nesses países

é influenciado decisivamente pelas marcas

japonesas. Apesar de os indicadores de

vendas internas estarem caindo, o Japão

continuará sendo o maior mercado do setor

fornecedor de componentes automotivos

em futuro previsível. Em 2007, os fabri-

cantes japoneses produziram um total de

11,5 milhões de veículos, aproximadamente

500.000 automóveis e veículos comerciais

leves a mais do que os Estados Unidos.

A mesma situação está se configurando

este ano. Não é, portanto, nenhuma sur-

presa que a MAHLE reporte o maior volu-

me de vendas de suas atividades da Ásia

no Japão e que empregue mais de 250

engenheiros de projeto e desenvolvimento

naquele país.

Os mercados crescentes da China e Índia,

contudo, não ficam muito atrás. A uma taxa

média de crescimento anual do produto

nacional bruto de nove por cento, há uma

previsão de que a China irá ultrapassar o

Japão como maior produtor mundial de

veículos de passageiros e veículos comer-

ciais leves já em 2010. Nossos clientes na

China e Índia decidem primordialmente com

base em custo. Veículos na assim chamada

categoria de entrada – como, por exemplo,

o Dacia Logan na Europa – já rodam há

anos na China, liderados pelo Chery QQ de

quatro portas, que pode ser adquirido pelo

equivalente a 3.500 euros.

Na Índia, nossa cliente Tata Motors lançou

um novo veículo na faixa de preço de

US$ 2.500,00 e uma outra joint venture

está trabalhando em um modelo seme-

lhante. Na China, assim como na Índia,

os clientes-alvo desses novos veículos são

pessoas que estão mudando do transporte

de duas rodas para o automóvel. Na China,

a MAHLE está presente com onze fábricas,

bem como com o Centro de Pesquisa e

Desenvolvimento em Xangai, empregando

mais de 5.000 pessoas. E mais de 2.000

funcionários trabalham em quatro estabele-

cimentos de produção na Índia.

Na Coréia do Sul, a Hyundai Motors está

tomando todas as decisões pelas suas

subsidiárias em todo o mundo. Além disso,

a General Motors nomeou a subsidiária GM

Daewoo como o seu centro de compe-

tência para carros compactos. Por esse

motivo, estamos representados na Coréia

do Sul com um estabelecimento produtor

de filtros em Hwasung e o escritório de

vendas em Seul.

Na Tailândia, a MAHLE mantém duas fábri-

cas. Nossos clientes japoneses têm remane-

jado partes de sua produção para a Tailân-

dia e estão construindo fábricas adicionais.

A Mazda, Isuzu, Nissan, Hino e Kubota

merecem menção nesse contexto. A General

Motors está também produzindo um eleva-

do volume de picapes leves a diesel para

exportação.

O atrativo da nossa tarefa nesses mercados

é o de crescer com os nossos clientes e

atender às suas expectativas sociais, cul-

turais, tecnológicas e comerciais. A MAHLE

está ciente de que só se pode atingir esse

objetivo com propostas feitas para atender

a necessidades específicas. A tecnologia

do produto, os processos de produção e o

marketing estarão alinhados com as condi-

ções subjacentes culturais e comerciais de

cada cliente. Além de sucesso econômico,

entretanto, é igualmente importante para a

MAHLE manter-se fiel aos seus princípios

corporativos. Tudo somado, essas metas

são realmente ambiciosas. Por outro lado,

a MAHLE já ocupa uma excelente posição

na Ásia, tanto geograficamente como sob o

ponto de vista estratégico.

Cordialmente,

Michael Brenner

O motor a gasolina está em um ponto

de delicado equilíbrio entre elevada den-

sidade de potência, elevada economia de

combustível, baixos níveis de emissões e

baixos custos de produção. Com o objeti-

vo de atender a esses requisitos – incom-

patíveis em parte – emprega-se cada vez

mais o controle de válvulas variável.

Na tentativa de desenvolver um potencial adicio-

nal de economia de combustível para motores

com injeção direta de combustível, a MAHLE

desenvolveu o inovador sistema de trem de

válvulas integralmente variável, mecanicamente

denominado VLD (levantamento e duração vari-

ável). O trem de válvulas VLD integralmente

variável mecanicamente representa o nível

mais avançado de um conceito de trem

de válvulas modular para possibilitar que

motores atendam a uma ampla diversida-

de de especificações relativas a emissões e

desempenho, sem modificações significativas

de projeto.

O sistema VLD se baseia no eixo de coman-

do das válvulas Cam-in-Cam com ressaltos

mutuamente ajustáveis e tem sido utilizado

em produção em série desde 2007. No eixo

sobreposição dos dois perfis de ressalto.

Com a variação da posição giratória relativa

dos dois eixos de comando concêntricos, um

em relação ao outro, é possível ajustar con-

tinuamente a duração do levantamento e de

abertura das válvulas. A característica principal

do trem de válvulas é a de que o sistema

permite um tempo fixo de abertura ou fecha-

mento das válvulas ao mesmo tempo em que

reduz a duração do levantamento e abertura

das válvulas. O sistema pode ser projetado de

modo a fazer com que prevaleça a duração

de abertura ou a redução do levantamento

das válvulas (Fig. 4). Levantamentos variáveis

de válvulas múltiplas para futuros métodos

de combustão como, por exemplo, HCC/

CAI também podem ser implementados

sem modificação do projeto básico do

sistema de trem de válvulas. Somente os

perfis retificados nos ressaltos precisam ser

adaptados.

A MAHLE testou o sistema VLD em um motor

DOHC de 1,6 litro com injeção direta lateral

de combustível. O motor básico permaneceu

inalterado, somente as sedes de válvula na

câmara de combustão foram providas de um

revestimento. O aperfeiçoamento e compo-

de comando VLD, certos ressaltos – “ressaltos

de abertura” – são unidos de modo perma-

nente ao tubo externo do eixo de comando,

de modo semelhante ao do eixo de comando

compósito. Juntamente com o segundo eixo

de comando, interno, os demais ressaltos

– “ressaltos de fechamento” – formam um

conjunto. Com esse eixo de comando, o

levantamento de válvulas é realizado pela

4 MAHLE Performance


Fig. 1: Trem de válvulas integralmente variável mecanicamente (VLD).

PARA MOTORES MODERNOS COM INJEÇÃO DIRETA DE COMBUSTÍVEL

TREM DE VÁLVULAS INTEGRALMENTE VARIÁVEL

MAHLE Performance 5


precisa contrabalançar o tempo de abertura de

outro modo tipicamente retardado da válvula

de admissão.

Ele pode na verdade assumir integralmente o

controle do volume de gás residual interno.Em

conseqüência, a MAHLE combinou as respec-

tivas vantagens dos dois métodos – injeção

direta e controle de levantamento variável das

válvulas – e evitou em grande parte as des-

vantagens inerentes ao sistema. No ponto

de carga importante para o cliente, de 2.000

rpm, e uma pressão efetiva média ao freio de

dois bar, o consumo de combustível diminui

em cerca de sete por cento em comparação

com o conceito básico. Ademais, o trabalho

de troca de gás fica 40 por cento mais lento.

Com injeção direta de combustível ou controle

de válvulas integralmente variável somente, o

potencial de economia não pode ser maxi-

mizado para motores a gasolina. Somente a

combinação de ambas as tecnologias conse-

gue explorar todo o potencial.

Na etapa seguinte de desenvolvimento, a

MAHLE utilizou o sistema VLD em ambos os

lados de admissão e escape em um motor

turbo-alimentado de 1,4 litro (Fig. 4). O sistema

VLD confirmou o seu potencial também nesse

moderno conceito de redução de tamanho

do motor. Além disso, diversos projetos de

desenvolvimento e várias publicações de fabri-

cantes de motores destacam a importância

de controle de válvulas integralmente variável

para as futuras gerações de motores. Com o

trem de válvulas integralmente variável VLD,

a MAHLE oferece aos seus clientes uma fer-

ramenta que pode, já em um futuro próximo,

trazer uma importante contribuição para redu-

zir as emissões de CO2.

Autor: Hermann Hoffmann

nente essencial do conceito inovador de motor

é o trem de válvulas integralmente variável

mecanicamente (Fig. 2). O maior potencial

de economia é obtido por uma combinação

de redução do levantamento das válvulas de

admissão e uma recirculação interna de gran-

des volumes de gás residual (Fig. 3). Para

a implementação de altos volumes de gás

residual ao longo de uma fase prolongada de

sobreposição do sincronismo (timing) das vál-

vulas, o recurso do tempo fixo de abertura do

sistema de trem de válvulas VLD mostrou-se

vantajoso. Ao contrário do conceito dos con-

correntes, a faixa de ajustagem do faseador

para o eixo de comando de admissão não

Fig. 4: Trem de válvulas variável no motor de 1,4 litro turbo-alimentado.

Fig. 3: Resultados de teste: redução das perdas de troca de carga.

Fig. 2: Eixo de comando das válvulas com alavan-ca intermediária.

Premissa: é constante

(mL)min

(hEV)max

(hEV)min

(mL)min + m1Massa

Válv

ula

de a

dmis

são

(vol

ume)

[ hEV

]

p1 p2 p3 p4 p5 pmax

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

060 120

Δ ANW = 0...40 °KW Δ ENW = -40...0 °KW

180

hv

240 300 LWOT 420 480 540 °KWϕ KW

PARA MOTORES MODERNOS COM INJEÇÃO DIRETA DE COMBUSTÍVEL

TREM DE VÁLVULAS INTEGRALMENTE VARIÁVEL

6 MAHLE Performance

ESPECIALIZAÇÃO EM SISTEMAS DE TROCA DE CARGA

DESENVOLVIMENTO DE COMPRESSORES PARA MELHOR DESEMPENHO E REDUÇÃO DO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL

Na edição anterior do MAHLE Perfor-

mance introduzimos sistemas de turbo-

alimentador para motores a gasolina e

diesel de automóveis de passageiros

como sendo uma ampliação da carteira

de produtos MAHLE, específicos para

determinados mercados e voltados para

o futuro. Em fevereiro de 2008, a MAHLE

e a Bosch firmaram um contrato para

criar a joint venture 50/50 “Bosch Mahle

Turbo Systems” para o desenvolvimen-

to, produção e venda de turbo-alimen-

tadores a gás de escapamento. O início

das atividades da nova joint venture está

programado para abril de 2008 e ainda

está sujeito à aprovação por parte das

autoridades antitruste.

(limite de sobrepressão ou estrangulamento)

resultam na faixa de mapa necessária. Um

comportamento transiente vantajoso requer

um baixo momento polar de inércia do

impulsor e resulta naturalmente em diâme-

tros de impulsor menores.

Essa circunstância, contudo, é limitada pelas

altas velocidades de fluxo resultantes, as

quais afetam negativamente a eficiência

(influência do número Mach).

A velocidade circunferencial do impulsor

necessária para gerar a pressão não pode

ser selecionada livremente de igual modo.

Forças centrífugas criam cargas elevadas no

impulsor, as quais, em combinação com o

material, determinam a vida útil do compo-

nente. O objetivo dos trabalhos de desenvol-

vimento é aliar os requisitos acima da melhor

maneira possível.

Requisitos aerodinâmicos

O problema no projeto aerodinâmico de

compressores reside no fato de os fluxos

estarem sujeitos a crescentes pressões, isto

é, fluxos desacelerados, que tendem a se

separar e, com isso, a formar zonas de

recirculação.


No desenvolvimento de turbo-alimentadores

a gás de escapamento (EGT) competitivos,

é inevitável a adoção de métodos de enge-

nharia assistidos por computador a fim de

projetar e dimensionar novos produtos rapi-

damente e com eficácia em termos de custo.

Isso será demonstrado a seguir por meio do

desenvolvimento do compressor, um compo-

nente vital de sistemas EGT.

Requisitos de mercado

Os fluxos de massa de ar e pressões de

carga-ar que dependem do processo do

motor definem decisivamente o projeto de

compressores para turbo-alimentadores a gás

de escapamento. Uma ampla faixa operacio-

nal aproveitável, comportamento transiente

apropriado, altas eficiências e uma vida útil

suficientemente prolongada constituem condi-

ções adicionais que precisam ser atingidas.

Compressores MAHLE

Devido às suas dimensões compactas e for-

mação eficiente de pressão, compressores

de fluxo radial de estágio simples com difuso-

res sem palhetas são o único tipo atualmente

utilizado para turbo-alimentadores de veículos

de passageiros. Tolerâncias suficientes para

os limites de estabilidade da faixa operacional

Fig. 1: Distribuição calculada de pressão na seção meridional de um impulsor de compressor de fluxo radial com recirculação próxima à carcaça.

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

pressão estática [bar]

MAHLE Performance 7


A Fig. 1 mostra o resultado de uma análise

CFD (dinâmica computacional de fluido; em

inglês, computational fluid dynamics) As linhas

mostram a distribuição de pressão em uma

seção meridional do canal das palhetas. Com

base nos vetores de fluxos superpostos, fica

visível uma zona de recirculação na região

próxima à carcaça. No ponto operacional sob

análise neste artigo, deve se esperar um com-

portamento de fluxo instável.

A instabilidade de fluxo se desenvolve a taxas

de rendimento relativamente baixas e relações

de pressão elevadas nos canais das palhetas

do rotor ou no interior do difusor. Se a instabi-

lidade for extremamente acentuada, ela poderá

dar origem a uma inversão temporária da

direção de fluxo no compressor, juntamente

com uma grave pulsação de pressão de baixa

pressão. A isso se denomina “sobrepressão”,

sendo esse um modo operacional inaceitável

que pode danificar o rotor e o mancal axial do

turbo-alimentador. O “limite de sobrepressão”

forma a borda esquerda da faixa operacional

de um compressor (Fig. 2).

Requisitos mecânicos estruturais

A resistência do rotor é avaliada por meio do

método FE. Uma carga centrífuga de acordo

com uma velocidade periférica definida é apli-

cada ao rotor. A Fig. 3 ilustra a distribuição

típica de tensões em um rotor de compres-

sor. As forças centrífugas mais elevadas são

geradas na área que tem o acúmulo radial

mais alto de material e, por conseguinte, os

níveis mais altos de tensão estão presentes no

interior do cubo no diâmetro interno do rotor.

O comportamento de vibrações das palhetas

é verificado por análise modal. O objetivo

é configurar as palhetas de modo que as

suas freqüências naturais não coincidam com

um múltiplo da freqüência giratória durante

o funcionamento, a fim de evitar excitações

provocadas por ressonância. Além da carga

estática, deve-se também levar em conta o

tipo de carga cíclica ao avaliar a adequação de

um determinado projeto de rotor. Com relação

a materiais de alumínio comumente utilizados,

o comportamento de fadiga (fadiga de baixo

ciclo) desempenha um papel vital. Material

apropriado e dados corretos de componentes

constituem a base para uma previsão de vida

útil operacional.

Processo de desenvolvimento simultâneo

O desenvolvimento de um compressor é efi-

ciente somente quando realizado simultanea-

mente com ferramentas de simulação adequa-

das. Campos especializados como, por exem-

plo, aerodinâmica, mecânica estrutural, ciência

dos materiais e teste devem atuar em estreita

cooperação. A partir de um esboço de rotor

(geometria), um modelo em 3D é gerado em

CAD, com base em análises unidimensionais.

Durante essa etapa, já são levados em conta

os requisitos dos futuros processos para sua

produção como, por exemplo, fundição ou fre-

sagem a partir de cinco eixos geométricos.

O modelo CAD forma a base para a análise

FE e CFD ligeiramente deslocada em termos

de tempo. Os processos padronizados para

articulação e computação, relatórios formali-

zados e interfaces desenvolvidas internamente

asseguram um fluxo de trabalho eficiente com

curtos períodos de preparação. Isso abrange a

etapa de prototipagem por meio da fresagem

de cinco eixos geométricos.

A engenharia de produção, compras e qua-

lidade assegurada devem também ser inte-

gradas ao processo de desenvolvimento no

estágio inicial.

Autores: Dr. Bertold Engels, Dr. Michael Wein

Fig. 2: Mapa do compressor.

Fig. 4: Processo de desenvolvimento do rotor.

Simulação de combinação de processo do motor

Geometria básicaaerodinâmica em 1D

Geometria de superfície determinada por processa-

mento via CAD/CAM

Construção de amostras/ prototipagem por fresagem de cinco eixos geométricos

Requisitos do cliente(fluxo de massa, relação de

pressão etc.)

Análise de mecânica estrutural FE

Análise aerodinâmicaCFD em 3D

Fig. 3: Distribuição calculada da relação da tensão de Mises e o limite de escoamento da liga de alumí-nio em chapa utilizada.

Linhas constantes de velocidade rotacional do compressor

n1 < n2 < n3 ...

Linha operacional do motor

Variante AVariante B

limite

de

sobr

epre

ssão

n1

n2

n3

n4

Fluxo de massa

Rela

ção

de p

ress

ão

n5

Limite de estrangulamento

8 MAHLE Performance

no tocante à sua microestrutura, especialmente

em áreas sujeitas a cargas elevadas. Para esse

fim, todo o processo de fundição foi revisa-

do pela MAHLE. Novas tecnologias controlam

melhor o processo de solidificação e aceleram

consideravelmente em zonas críticas. O novo

processo de fundição é denominado MAHLE

ADC (advanced diesel casting, ou fundição

avançada de pistões diesel) e está pronto para

entrar em produção. Uma das suas caracterís-

ticas fundamentais é a diminuição de micropo-

rosidades na câmara de combustão do pistão.

Ao mesmo tempo, é produzida uma estrutura

mais fina no tocante às fases intermetálicas,

bem como do silício primário (Fig. 1).

Com vistas a estabelecer a influência de estru-

turas de fundidos com diferentes níveis de

finura nas propriedades do material, foram

realizados testes em barras de teste fundidas

em separado, feitas da liga de pistão resistente

a calor MAHLE M 174+. As curvas de tensão-

alongamento resultantes do ensaio de tração a

350ºC (Fig. 3) mostram uma resistência sensi-

velmente maior com estruturas de fundido mais

finas e, ao mesmo tempo, um aumento no

alongamento, isto é, na ductilidade.

Essa combinação de propriedades é espe-

cialmente vantajosa para o comportamento

de fadiga térmica do material, conforme ficou

evidenciado pelos testes que utilizaram tem-

peraturas oscilantes (entre 150 e 350ºC), com

restrição ao alongamento total. Na média, o

número de ciclos até falha em amostras com

estrutura muito fina ultrapassa em cerca de 40

por cento o número de ciclos verificado em

amostras de estrutura com finura média (Fig.

4). Testes adicionais com material e compo-

nentes constataram também o efeito sistemati-

A tendência contínua que aponta para

cargas específicas mais elevadas em

motores e requisitos mais rígidos relativos

à emissão de poluentes se traduz em um

aumento ainda maior das cargas mecâ-

nicas e térmicas sobre o pistão, espe-

cialmente no motor diesel. No passado,

uma das soluções para esse problema foi

o emprego de novas ligas de alumínio,

que oferecem vantagens consideráveis no

tocante à resistência a altas temperaturas,

em comparação com as ligas existentes,

devido a um maior número de elementos

que aumentam sua resistência (Fig. 2).

Na tentativa de se ajustar a cargas cada vez

maiores, a estrutura do fundido precisa ser oti-

mizada para permitir o máximo de liberdade de

defeitos (falta de homogeneidade de material

como, por exemplo, vazios de solidificação), e

NOVA TECNOLOGIA DE FUNDIÇÃO DE ALUMÍNIO PARA

PISTÕES DIESEL

MAHLE Performance 9

SISTEMAS DE PISTÃO

camente positivo de estruturas de fundido mais

finas sobre as propriedades mecânicas. Em

casos com tensão especialmente alta na borda

da câmara de combustão do pistão, o reforço

da borda da câmara com fibras de material

cerâmico tem sido aplicado com êxito. Um

pré-formado é acrescentado à carga em fusão

no molde de fundição a uma pressão muito ele-

vada na operação de fundição por compressão

(squeeze casting). Os altos custos de produção

são a desvantagem desse método.

Por esse motivo, há alguns anos a MAHLE

desenvolveu o processo de fundição RMD para

a produção de pistões reforçados com fibras e

emprega o processo para a produção de pis-

tões para veículos comerciais. O pré-formado

é injetado em níveis de pressão consideravel-

mente baixos, utilizando o processo de fun-

dição em matriz por gravidade. Esse método

foi ainda mais aprimorado para pistões feitos

com as novas ligas resistentes ao calor, sendo

atualmente bastante econômico até para volu-

mes maiores – como para pistões de motores

diesel de automóveis de passageiros. No teste

de pulsador (Fig. 5), utilizando uma carga pura-

mente mecânica a uma temperatura elevada,

o limite de carga sem falha para o pistão pro-

duzido com emprego do processo de fundição

ADC foi sete por cento maior do que o limite

para pistões fundidos convencionais. Com rela-

ção a pistões RMD com a borda da câmara

de combustão reforçada com fibra, o limite de

carga foi 15 por cento maior. Em testes de

motores sob condições de sobrecarga (Fig. 6),

as três variáveis de pistão se classificaram nas

mesmas posições das verificadas no teste de

pulsador no tocante à vida útil operacional até

que ocorressem as primeiras trincas na borda

da câmara de combustão.

Foram também recebidos resultados iniciais

dos testes de campo. Por exemplo, foi con-

cluído com êxito um período operacional de

teste de 2.000 horas com um motor de veí-

culo comercial, sob condições extremas, com

pistões produzidos pelo novo processo de

fundição ADC. Pistões produzidos segundo a

tecnologia de fundição convencional não pas-

saram de 800 horas nos testes operacionais.

Autores: Karlheinz Bing, Udo Rotmann e Wilfried Sander

Fig. 2: Resistência à fadiga dependente de temperatura sob tensão de flexão em uma comparação.

Figura 3: Curvas de tensão-alongamento obtidas de ensaios de tração com a liga M174+.

Fig. 4: Teste de fadiga térmica da liga M174+ (a 150-350ºC).

Fig. 5: Resultados de teste no pulsador de pistões diesel para veículos de passageiros (a 350ºC).

Fig. 6: Resultados de teste de pistões diesel para veículos de passageiros (com cargaalternada).

Fig. 1: Imagens de micrografias das microestruturas na borda da câmara de combustão(pistão diesel de veículo depassageiros, liga M174+).

100 µm

Estrutura normal de fundido

Estrutura finade fundido

100

80

60

40

20

0100

Temperatura [°C]

Resi

stên

cia

à fa

diga

sob

tens

ão d

e fle

xão

cont

ida

[%]

200

M174+

M124

300 400

Limitemaior de temperatura aproveitável

Melhoria considerávelna faixa superiorde temperaturas

Ligeira melhora na faixa inferior de temperaturas

100

80

60

40

20

00 2 4 6 8 10 12

Estrutura fina de fundido


Deslocamento zero das linhas azuis

Alongamento [%]

Tens

ão [

MPa

]

120

110

100

90Padrão ADC RDM reforçado com fibras

Lim

ite d

e ca

rga

livre

de

trinc

as [ %

]

300

200

100

0% Padrão ADC RDM reforçado com fibras

Tem

po d

e op

eraç

ão [ %

]

100

80

60

40

20

0100 600 1.100 1.600 2.100 2.600 3.100 3.600

Estrutura fina de fundido


Número de mudanças de temperatura até a fratura

Freq

uênc

ia re

lativ

a [ %

]

10 MAHLE Performance

Na Mostra Automotiva Internacional

(International Motor Show - IAA), em

setembro de 2007, em Frankfurt, Alema-

nha, a MAHLE revelou o novo composto

bruto de camisa de cilindro de alumínio

ALBOND feito de uma liga de alumínio-

silício ALBOND resistente a desgaste.

Esse composto para camisa de cilindro

com superfície externa áspera proporciona

diminuições de peso de 400 gramas por

cilindro e oferece vantagens adicionais.

Existe a necessidade de os modernos motores

se tornarem cada vez mais leves e menores.

O composto de camisa de cilindro resistente

a desgaste ALBOND é uma solução ideal para

se atingir esses objetivos. Um material com-

posto para camisa de cilindro permite dimi-

nuir as larguras dos espaços entre cilindros.

Diferentemente do que ocorre com camisas

individuais, o alumínio não precisa fluir entre

as camisas quando da fundição do bloco do

motor. Em conseqüência, torna-se possível

um projeto mais compacto de todo o bloco

do motor. No futuro, se for utilizado alumínio

mais leve para a superfície de funcionamento

dos cilindros, será possível uma redução de

peso de até 400 gramas por cilindro, depen-

dendo do projeto das camisas de cilindro. O

projeto mais compacto do motor proporciona

redução adicional de peso, que pode chegar

provavelmente a vários quilos. Ademais, pode-

se esperar que ocorram menos distorções

durante o processo de fundição com cami-

sas interligadas do que ocorre com camisas

individuais. Alternativamente, pode-se diminuir

a dimensão do material a ser usinado em

comparação com camisas individuais com

superfície lisa. No entender dos especialistas

em desenvolvimento na MAHLE, a camisa de

ALBOND é especialmente adequada como

insertos para blocos de motor de alumínio fun-

didos em matriz. Essa solução, contudo, será

também empregada no futuro para produzir

blocos de motor no processo de fundição

em matriz, blocos esses que eram fabricados

anteriormente pelo processo menos econômi-

co de fundição de baixa pressão. O método

de fundição em matriz possibilita paredes de

cilindro mais finas, economizando com isso

material e reduzindo peso. Resultados extre-

mamente positivos de fundição positiva foram

também obtidos com as camisas de cilindro

de alumínio fundido áspero com emprego do

processo de fundição por gravidade.

A superfície externa da camisa tornada espe-

cialmente rugosa promove uma ligação por

igual por encaixe quando a liga de alumínio

do bloco é fundida ao redor das camisas.

Devido à superfície áspera e, portanto, maior

do ALBOND, durante o funcionamento do

motor, o cilindro é arrefecido de forma mais

eficaz e uniforme, do que resulta uma distor-

ção mínima dos cilindros, menor consumo de

óleo e menores perdas por atrito; em síntese,

mais economia de combustível e índices de

emissão mais baixos. A superfície áspera de

ALBOND é criada por meio de um método

especial desenvolvido pela MAHLE para fundi-

ção do composto de camisa de cilindro.

Os blocos de motor produzidos com ALBOND

são também mais fáceis de reciclar, em razão

de as camisas de cilindro e o bloco do motor

não precisarem ser separados.

Autor: Dr. Stefan Spangenberg

COMPONENTES DOS CILINDROS

Comparação de camisas de cilindro convencionais feitas de ferro fundido com grafita escamosa (GGL) com camisas de cilindro de ALBOND (Al).

3.000

2.000

1.000

0

30

20

10

0

35

Coeficiente de transmissão de calor, camisa de água no sentido da parede [W/m2K]

Mel

horia

da

trans

mis

são

de c

alor

dev

ido

aore

vest

imen

to d

e al

umín

io e

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e fe

rro

[ %]

Coef

icie

nte

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ansm

issã

o de

cal

or [

W/m

2 K]

1.0000 2.000 3.000 4.000 5.000

Fundido de alumínio com superfície áspera, camisa de cilindro com 2,5 mm de espessura

Melhoria com camisa de alumínio[%]

Fundido GGL com superfície áspera, camisa de cilindro com 2,5 mm de espessura

MAHLE Performance 11

CONSIDERÁVEL REDUÇÃO DE PESOCOM CAMISA DE CILINDRO DE ALUMÍNIO ALBOND FUNDIDA ÁSPERA

COMPONENTES DOS CILINDROS

Com a camisa de cilindro de ALBOND, os motores se tornam menores e mais leves. A superfície áspe-ra proporciona um arrefecimento otimizado para o motor, sem desbaste do material fundido em volta das camisas.


DESENVOLVIMENTO DE VÁLVULAS NA MAHLE:

REQUISITOS ATUAIS E FUTUROS




Os motores modernos de veículos

comerciais na categoria de trabalho

pesado, com cilindrada individual de

cerca de dois litros, desenvolvem pres-

sões máximas superiores a 220 bar (no

futuro, acima de 250 bar) na câmara

de combustão. Essa pressão represen-

ta uma carga extrema para todos os

componentes internos do motor, como

pistões, anéis e – naturalmente – as vál-

vulas. Na tentativa de reduzir as emis-

sões de óxidos de nitrogênio (NOX ) e

material particulado fino, os fabricantes,

dependendo dos mercados-alvo e regu-

lamentos locais relativos à emissão de

poluentes, estão adotando uma diver-

sidade de medidas que afetam também

as especificações das válvulas.

Altos índices de recirculação de gás de

escapamento (EGR) e recirculação de gás

de escapamento esfriado, por exemplo, são

medidas comuns para reduzir as emissões

de óxidos de nitrogênio. O aumento da

relação ar-combustível é útil na obtenção

de emissões mais baixas de material parti-

culado fino. Índices mais baixos de blowby

(passagem de gases de combustão entre os

cilindros e pistões) e a separação melhorada

de óleo resultam em condições de operação

extremamente secas nas sedes de válvula,

as quais estão, portanto, sujeitas a cargas

mais elevadas sob a aspecto da tribologia.

Quando se utiliza sistemas de pós-tratamen-

to de gases de escapamento para reduzir

emissões de NOX, as medidas relacionadas

ao motor resultam em temperaturas de com-

bustão elevadas e maior desgaste na sede

das válvulas de escapamento. Nos motores

em que a válvula de escapamento também

funciona como válvula do freio-motor, essa

dupla carga cria frequentemente um pro-

blema de desgaste e durabilidade para os

componentes.

Altos índices de EGR e a utilização exclu-

siva ou mistura de combustíveis alternati-

vos levam ao que se chama de “corrosão

intercristalina”, especialmente nas válvulas

de admissão. A corrosão pode ser neu-

tralizada com o uso de materiais especiais

para válvulas.

Novo desenvolvimento de válvulas para

veículos comerciais

A MAHLE tem diversas áreas de interesse

quando de trata do desenvolvimento de

novas válvulas para motores de veículos

comerciais: geometrias aperfeiçoadas de vál-

vulas, novos materiais de alto desempenho

e diversos tratamentos de superfície. Para

determinar a geometria de válvula mais van-

tajosa, a MAHLE utiliza também o método

de elementos finitos (FEM). Devido à car-

ga térmico-mecânica conjunta da válvula, a

MAHLE interpreta os resultados das análises

FEM com uma ferramenta especial de visu-

alização, possibilitando detectar os pontos

fracos no projeto e, a partir daí, aperfeiçoar

esses pontos especificamente. Uma válvula

precisa atender muitos requisitos em parte

contraditórios. Isso significa que um novo

material é aprovado para produção em série

somente após pesquisa fundamental abran-

gente – e a válvula feita desse material é

liberada somente após testes intensivos de

durabilidade em motor.

No âmbito de sua rede global de desen-

volvimento, a MAHLE desenvolve uma nova

geração de materiais para válvulas de admis-

são e de escapamento de motores de veícu-

los comerciais. Além da excelente resistência

à corrosão e térmica, os materiais contêm

uma composição de liga mais baixa – prin-

cipalmente de níquel – do que o material

Nimonic 80A, comumente utilizado hoje em

dia, o qual contém 75 por cento de níquel.

A MAHLE estudou uma série de ligas com

teor de níquel variando entre 20 e 50 por

cento para as propriedades do seu material

e de sua produção.

Para assegurar resistência suficiente à cor-

rosão, as ligas precisam ser aprovadas, por

exemplo, em solução ácida em ebulição

ou durante o teste de DLEPR (double loop

electro-chemical potentiodynamic reactiva-

tion/reativação potencio-dinâmica eletroquí-

mica de circuito duplo). Os testes mecânicos

incluem, por exemplo, testes cíclicos de

dobramento a quente, ao longo de milhões

de ciclos de carga. Paralelamente, a MAHLE

está desenvolvendo métodos alternativos de

tratamento térmico para materiais de aço

austenítico convencional, com o objetivo de

melhorar ainda mais as propriedades de

resistência à corrosão. Com esse pacote

abrangente de tecnologia, a MAHLE estará

em condições de oferecer válvulas adequa-

das de desempenho otimizado e eficazes em

termos de custo de motor de veículos comer-

ciais, para futuras gerações de motores.

A MAHLE fabrica válvulas de equipamento

original em Wölfersheim/Alemanha, Rafaela/

Argentina, Macheng/China e Krotoszyn/Polô-

nia. A fábrica de Volvera/Itália tem sua pro-

dução voltada para o mercado de reposição.

Todas as fábricas cooperam estreitamente

com os especialistas em desenvolvimento de

produto, a fim de que seja obtida a máxima

eficiência e diminuídos os prazos de desen-

volvimento. Com as duas mais recentes

fábricas – Macheng, na China, e Rafaela, na

Argentina – a operação de válvulas da MAH-

LE está agora mais perto dos seus clientes

nos crescentes mercados internacionais do

sudeste asiático e da América do Sul.

Autores: Marcus Abele, Sergio Allasino

Distribuição de tensões em uma válvula HD com carga de pressão da câmara de combustão.

102,35 90,85 79,35 67,85 56,35 44,85 33,35 21,85 10,35

Unidade de medida em megapascal (MPa) corresponde a um newton por mm

MENOS SUBSTÂNCIAS NOCIVAS POR MEIO DA

RECIRCULAÇÃO EXTERNA DE GÁS DE ESCAPAMENTO



As duas versões da válvula EGRda MAHLE; à esquerda, com os componentes eletrônicos de controle integrados à válvula; à direita, sem esses componentes.

Na tentativa de continuar a cumprir os

mais rigorosos limites de emissões na

Europa e América do Norte, motores

diesel e a gasolina com injeção direta

demandarão recirculação otimizada de

gás de escapamento, além de filtros de

material particulado e catalisadores.

Já em 2003, a MAHLE instituiu um grupo

de especialistas para a criação e proje-

to de conceitos de válvula EGR. Além

dos especialistas em desenvolvimento

da MAHLE, esse comitê incluía também

especialistas de renomadas instituições

de pesquisa internacionais para motores

de combustão como, por exemplo, da

AVL List e das Universidades Técni-

cas de Graz e Linz, Áustria. O resul-

tado dessa atividade de pesquisa

sob a orientação do departamento

de desenvolvimento de mecatrônica

da MAHLE é uma válvula que não só

atende os critérios comuns no mercado

de hoje, mas que excede até mesmo os

requisitos futuros previstos.

Com o sistema de recirculação externa de

gás de escapamento projetado pela MAHLE,

uma válvula retira uma parte do gás de esca-

pamento diretamente a jusante do coletor

de escapamento. O gás de escapamento é

a seguir resfriado, introduzido e misturado

novamente com a mistura ar-combustível no

coletor de admissão. Os componentes do

gás de escapamento recirculado não fazem

mais parte do processo de combustão e

absorvem calor. Em conseqüência, a tem-

peratura de pico de detonação e, portanto,

as emissões de óxido de nitrogênio (NOx)

diminuem em até 60 por cento. Com moto-

res a gasolina, a ênfase recai em diminuir

a aceleração do sistema na faixa de carga

parcial e no menor consumo de combustí-

vel correlato. Disso resulta uma redução de

todos os componentes das substâncias pre-

judiciais, em especial também as emissões

de dióxido de carbono que contribuem para

o efeito estufa.



Uma válvula “forte”

A válvula EGR da MAHLE alia tecnologias

familiares como acionamento por motor

de corrente contínua, uma engrenagem

de dentes retos e a já comprovada vál-

vula de sede plana, com nova solução

de alavanca em joelho patenteada pela

MAHLE. Devido ao efeito da alavanca em

joelho, uma baixa velocidade de aciona-

mento e elevadas forças de acionamen-

to são combinadas com precisão extre-

mamente elevada de acionamento, para

seções transversais com pequena abertura

(Fig. 1). Devido às altas forças de abertura,

contudo, é também possível implementar

seções transversais de válvula maiores

para um fluxo de massa maior. Em con-

sequência, impede-se em grande medida

o emperramento da válvula devido a depó-

sitos de carvão.

Ademais, a cinemática escolhida permite

uma medição precisa dos fluxos de gás de

escapamento em condições operacionais,

nas quais são necessárias baixas veloci-

dades de recirculação do gás de esca-

pamento. Para atingir essa precisão de

controle ideal, a MAHLE oferece alternati-

vamente válvulas EGR com eletrônica de

controle integrada. Esse projeto é apoiado

em um sensor de posição resistente a

desgaste – igualmente desenvolvido pela

MAHLE – baseado na tecnologia Hall. As

excelentes propriedades de controle da

nova válvula EGR oferecem ao cliente um

ajuste dinâmico aperfeiçoado da recircu-

lação do gás de escapamento. Resulta

daí um comportamento aperfeiçoado de

emissões durante a operação dinâmica

do motor – como, por exemplo, durante

o ciclo de teste NEDC para homologação

obrigatória de emissões.

Pronto para produção após testes

abrangentes em veículos

Durante o teste em veículos, o

teste da célula de teste de gás

quente e os testes de durabilidade em

um dinamômetro de cliente, a válvula EGR

comprovou sua durabilidade e controle

preciso do fluxo de gás de escapamento

recirculado, mesmo com altas concentra-

ções de fuligem e a baixas temperaturas.

Essas vantagens convenceram rapidamen-

te os clientes.

Em 2008, a produção seriada da válvula

terá início na unidade de desenvolvimento

em Wolfsberg, Áustria. Os sistemas serão

produzidos em equipamento de última

geração, que atende aos requisitos máxi-

mos de qualidade e precisão.

Para esse fim, métodos de montagem

totalmente novos foram desenvolvidos em

relação a alguns processos. Com a imple-

mentação bem-sucedida desse projeto,

a MAHLE deu um importante passo no

sentido de se tornar um fornecedor de

sistemas para módulos EGR (Fig. 2).

Autores: Dr. Klaus Beetz, Dr. Hans Erlach,

Reinhold Gracner

Fig. 1: Altas forças de abertura na válvula EGR MAHLE devido ao efeito de alavanca em joelho.

Fig. 2: Módulo EGR integrado com válvula, esfriador e componentes

eletrônicos de controle.

600

500

400

300

200

1000

Abertura de válvula [mm]

Válvula EGR MAHLE

Produtos de concorrentes

Forç

a de

abe

rtura

[N][W

m K

]

1 2 3 4 5


Um sofisticado sistema de gerenciamen-

to de suprimento de ar é fundamen-

tal para o funcionamento eficiente de

motores de combustão. Além da carca-

ça (macro-região) e meio de filtragem

(micro-região) customizados para o ele-

mento do filtro (meso-região), o siste-

ma de filtragem como um todo abrange

também, por exemplo, elementos para

medição da massa de fluxo de ar, sepa-

ração de água e neve, bem como para

regulagem das propriedades acústicas.

A captação das diferentes áreas referidas

como sendo micro, meso e macro-regiões

por meio de métodos de aferição possibilita

o desenvolvimento contínuo do sistema de

filtração de ar e é extremamente importante

para prever a vida operacional ou útil. Essa

etapa é essencial a fim de aumentar continu-

amente os intervalos de substituição e dimi-

nuir ainda mais o consumo de combustível,

em conseqüência da perda minimizada de

pressão em todo o sistema de filtragem.

Modernos métodos de aferição

A linha de produtos de Sistemas de Geren-

ciamento de Ar da MAHLE emprega uma

variedade de modernos métodos de metro-

logia, com o objetivo de captar de modo

abrangente o sistema de filtragem de ar. São

utilizadas a tomografia computadorizada,

microscopia eletrônica de varredura (SEM)

e termografia, sendo também empregada a

velocimetria de imagem de partículas (PIV).

Os resultados não são somente diretamente

integrados ao processo de desenvolvimento

do produto como também utilizados para

comparar simulações computacionais de

dinâmica de fluidos (CFD).

Meios de fibras à base de celulose orien-

tados aleatoriamente são primordialmente

utilizados para filtragem de ar em veículos.

Com vistas a ampliar a duração de uso

dos meios de filtragem, há diversas possi-

bilidades conhecidas na micro-região para

melhorar a função dos meios de filtragem.

Um exemplo são fibras de material plástico

com estruturas em gradiente ou microfibras

no lado de influxo. Para escolha dos meios

de filtragem, a descrição das propriedades

do material deve ser tão detalhada quanto

possível. No laboratório, testes padroniza-

dos em amostras planas são utilizados para


Fig. 2: Imagem por varredura eletrônica dos meios de filtragem (para papel de gramatura 50 g/m2).

Fig. 1: Equipamento de teste feito de plexiglass com dobra simples para medições de pressão e PIV

200 µm

DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS DE FILTRAÇÃO DE AR MÉTODOS INOVADORES PARA FILTROS QUE PROPORCIONAM DESEMPENHO AINDA MELHOR

Termografia



determinar dados-chave sobre material rela-

cionados a permeabilidade, tamanhos e dis-

tribuição de poros, e espessura de material,

com base em verificação estatística.

Análises funcionais no banco de ensaio

de filtros da empresa

A MAHLE dedica atenção específica às aná-

lises funcionais relativas à perda de pressão,

tempo de vida útil e comportamento de fil-

tragem, realizadas com pó de teste definido.

Nesse processo, é utilizado um banco de

ensaio projetado e construído pela equipe ino-

vadora de desenvolvimento da MAHLE, a partir

de requisitos específicos. Durante análise adi-

cional, o microscópio eletrônico de varredura,

por exemplo, possibilita analisar a dispersão de

pó por toda a profundidade do elemento de

filtragem. A Fig. 2 mostra uma amostra sub-

metida a pó no banco de ensaio de filtros.

As análises na prega única de um elemento

de filtro de ar demonstram como os dife-

rentes métodos de aferição na meso-região

complementam um ao outro. O equipa-

mento de teste de uma prega simples é

mostrado na Fig. 1. A Fig. 3 mostra os

resultados das medições de pressão estáti-

ca à velocidade de uma face. Ademais, são

mostradas também as curvas computadas

pelo método CFD. Além das diferenças de

pressão nas diversas áreas da prega, o

campo de velocidade fornece informações

valiosas para a comparação com as simu-

lações de fluxo. O campo de velocidade

é captado por meio de PIV. A vantagem

desse sistema de laser óptico é a medição

sem contato de velocidades locais, sem

influir no fluxo.

Informações sobre luz de laser dispersa de

pequenas partículas na corrente de gás são

convertidas em velocidades do ar. A Fig.

4 mostra uma boa concordância entre as

velocidades medidas por meio de PIV em

uma prega simples e os resultados da com-

putação de CFD.

Métodos de medição termográfica para

análise das condições de circulação

A orientação de fluxo na carcaça tem um

tremendo efeito sobre as perdas de flu-

xo, capacidade de separação de partícu-

las e capacidade de retenção de pó em

um sistema de filtragem. Para analisar as

condições de fluxo no sistema global, por

exemplo, a MAHLE emprega métodos de

medição termográfica de última geração. O

fluxo é visualizado mediante a aplicação de

um gradiente de temperatura. As mudanças

de fluxo em conseqüência de acúmulos de

pó no elemento filtrante podem então ser

analisadas e utilizadas para otimizar direta-

mente o componente. A Fig. 5 mostra uma

comparação dos resultados oferecidos pelas

análises termográficas e os cálculos numé-

ricos de fluxo em um equipamento especial

que utiliza um elemento de placa de filtra-

gem. As estruturas de vórtice que se formam

apresentam excelente concordância.

Método de aferição integrado para

desenvolvimento otimizado do sistema

Os sistemas inovadores de filtragem do ar

da MAHLE se diferenciam pelos longos inter-

valos de manutenção, dimensões compactas

e pelo alto desempenho de filtragem, com

utilização minimizada de material. Por meio

da integração de diferentes métodos de afe-

rição, pode-se criar uma figura customizada

de um sistema de filtragem. As descobertas

do comportamento de um sistema de filtra-

gem, tanto no laboratório como na prática,

reveladas por esses meios, constituem a

base para prazos de desenvolvimento curtos

e produtos inovadores.

Autores: Till Häusle, Dr. Hartmut Sauter

Fig. 3: Comparação de medições de pressão e simulação computacional da computação de dinâ-mica de fluido em uma dobra simples.

Fig. 5: Ilustração de simulação numérica da linha de fluxo.

Fig. 4: Medições de velocidade de imagem de partículas e simulação computacional da dinâmica de fluido em uma prega simples. A ilustração em cores indica a velocidade em metros/segundo.

VAZÃO

SAÍDA

Simulação numérica

0

5

10

15

20

Valo

r Y[ m

m]

0

14 m/s13121110987654321

10 20 30 40 50 60 70 80Valor X [mm]

400

300

200

100

0

-1000 50 100 150 200 250

Coordenada Y[mm]

Dife

renc

ial d

e pr

essã

o [ P

a] Sim. lado de descargaSim. lado de influxo

Influxo

Descarga

Exp. lado de descargaExp. lado de influxo

Flux

o at

ravé

s


RECIPIENTE DE CARVÃO ATIVADO MAHLE

INOVAÇÕES PARA EXIGÊNCIAS MAIS RIGOROSAS

A legislação mais rigorosa nos Estados

Unidos relacionada a emissões de vapor

de combustível é apenas um exemplo de

como as exigências impostas sobre a

eficácia e desempenho de recipientes de

carvão ativado aumentaram nos últimos

anos – desencadeadas em parte pela

moderna tecnologia de motores. Além

disso, essa legislação mais rigorosa não

deveria aumentar e sim, diminuir os cus-

tos de sistemas.

Medidas de otimização relacionadas a

motores como, por exemplo, desacelera-

ção, superalimentação e hibridização da

motorização prejudicam consideravelmente

o desempenho e a capacidade de rege-

neração dos recipientes de carvão ativado

devido a condições ambientais desfavo-

ráveis. O crescente uso de combustíveis

alternativos afeta também os filtros. A mis-

tura de etanol, por exemplo, aumenta a

tendência à evaporação do combustível.

O sistema de ventilação do tanque precisa

ser adaptado a essas exigências, a fim

de reduzir a quantidade de combustível

que evapora. A MAHLE reconheceu essa

tendência logo no início e desenvolveu três

estratégias para atender às exigências mais

rigorosas referentes a emissões em nível

mundial até o presente, como o LEV2 (U.S.

low emission vehicle regulation, stage 2) e

PZEV (U.S. partial zero emission vehicle

regulation).

n A adsorção deve ser melhorada pelo com-

portamento otimizado de fluxo na camada

de carvão e por um controle e descarga

sistemáticos do calor de adsorção.

n Deve ser aumentada a confiabilidade e

diminuídos os custos mediante a integração

em geral das funções.

n A MAHLE se empenha no sentido de

diminuir os custos de desenvolvimento de

componentes e sistemas, utilizando compo-

nentes compartilhados.

Maior adsorção

Com o auxílio de tecnologia de simulação

independente, a MAHLE aperfeiçoou o pro-

Coletor de fluido com sucção ativa e função de enxagüe com amortecedor pneumático

Válvula de solenóide para diagnóstico na placa

Carcaça comum para LEV2 e PZEV

Filtro de pó integrado (ele-mento de bloco de papel)

Válvula de derivação (válvula de chapeleta unidirecional)

Sensor de pressão

Recipiente de carvão ati-vado MAHLE de terceira geração para LEV2 e PZEV.


Corte de uma válvula de derivação e filtro de pó integrado (elemento de bloco de papel).


jeto da carcaça de modo tão amplo que

os trajetos de fluxo e temperatura foram

otimizados a ponto de tornar possível extrair

toda a capacidade de adsorção de hidrocar-

bonetos (HC).

A integração de sistemas aumenta a

confiabilidade

O recipiente de carvão ativado da MAHLE

alia baixo custo e um projeto mais com-

pacto, incluindo sistemas de diagnóstico

embarcados, ao mesmo tempo em que pro-

porciona maior confiabilidade. Para obter o

máximo de confiabilidade com o mínimo de

micro-vazamento, é conveniente configurar o

projeto de modo a torná-lo o mais simples

possível, utilizando uma quantidade míni-

ma de componentes. Durante o desenvolvi-

mento contínuo do recipiente do módulo, a

MAHLE reduziu constantemente o número

de peças, em comparação com as gerações

anteriores. A redução da variedade de peças

contribui consideravelmente para diminuir o

número de pontos de vedação e cordões

de solda e, consequentemente, de micro-

vazamentos. Ao mesmo tempo, aumentou a

confiabilidade já que há menos espaço para

erros na produção.

A integração de sistemas baixa o custo

Os recipientes de carvão ativado da MAHLE

para o mercado dos Estados Unidos são

feitos geralmente de partes e componentes

que se enquadram nas exigências de diver-

sas normas (LEV2 e PZEV). A utilização de

componentes idênticos contribui não apenas

para diminuir os custos com ferramental,

como também possibilita reduzir considera-

velmente as despesas globais de desenvol-

vimento. A fim de aumentar o número de

peças idênticas e aumentar ainda mais o

nível de integração, a MAHLE leva em con-

sideração possíveis variantes de plataforma

já na criação do conceito. Até a terceira

geração do recipiente do módulo, todos os

componentes de LEV2 são sistematicamente

compartilhados e, além disso, já são compa-

tíveis com as especificações de PZEV.

Desenvolvimento futuro

Atualmente a eficiência do combustível cons-

titui um importante assunto em todo o setor

automotivo. Além dos aperfeiçoamentos em

motores, novos combustíveis estão sendo

analisados para possível utilização ou já

estão sendo utilizados – em parte pela mis-

tura com outro(s). Essas inovações, contudo,

aumentam de muitas formas as exigências

impostas a um sistema de filtragem eficiente

para minimizar a evaporação de combustível.

Por esse motivo, torna-se cada vez mais

importante o desenvolvimento eficiente, em

termos de custo de sistemas, para minimizar

as emissões de vapor de combustível. Além

de novos materiais de adsorção, o desen-

volvimento abrange também uma maior efi-

ciência no armazenamento de hidrocarbo-

neto, por meio de condições otimizadas de

fluxo e temperatura. É importante considerar

todo o sistema, uma vez que uma menor

evaporação de combustível pode contribuir

decisivamente para a eficiência global do

veículo. Na condição de maior fornecedor

mundial de recipientes de carvão ativado, a

MAHLE é importante fabricante da tecnologia

e, por isso, não apenas atende às exigências

cada vez maiores, mas também aos pedidos

específicos de seus inúmeros clientes.

Autores: Tatsuji Fukusen, Dr. Hagen Zelßmann


Integração de sistemas de recipiente de carvão ativado MAHLE.

Filtro duploRecipiente de carvão ativado

Recipiente de carvãoativado

Filtro duplo Filtro duploVálvula de solenóide

Módulo de retenção de líquido

Filtro Válvula de solenóide

Válvula de solenóide

Válvula de derivação

Sensor de pressão

Sensor de pressão

Número de peças idênticas

Recipiente do compensador de ar de limpeza

Recipiente docompensador de ar de lim-peza

Recipiente do compensador de ar de lim-peza

Sensor de pressão

Sensor de pressão



Sensor de pressão



LEV2Veículo de baixa emissão, etapa 2

PZEVVeículo de emissãozero parcial

Número de peças

60

50

40

30

20

10

0LEV2 PZEV Total LEV2 PZEV Total LEV2 PZEV Total

Recipiente de carvão ativado

Módulo do filtro duplo







Número de peças em um filtro duplo

Número de peças em um recipiente de carvão

Carcaça interna

Terceira geraçãoPrimeira geração Segunda geração


Na virada do milênio, quando o mun-

do começou a tomar conhecimento do

potencial de crescimento da China, teve

início um ativo dispêndio de capital por

parte de empresas internacionais. Além

de atender ao dinâmico mercado chinês,

as empresas foram atraídas pelas pers-

pectivas de fabricar produtos a baixo

custo na China e vendê-los em outras

partes da Ásia.

Em 1999, a MAHLE criou uma joint venture

com a Liaoning Piston com o objetivo de

expandir a sua própria carteira de produtos

no mercado asiático. Mais tarde, essa joint

venture se tornou a MAHLE Engine Com-

ponets Yingkou. A fábrica de pistões em

Yingkou, uma cidade na Província de Liao-

ning, está localizada a aproximadamente 200

quilômetros de Dalian. Em 2004, a MAHLE

adquiriu uma outra fábrica junto à Yingkou

Automotive Bearings, fábrica essa que opera

atualmente com o nome de MAHLE Bearing

Yingkou, e ampliou-a, transformando-a em

um moderno estabelecimento de produção

de mancais, tanto para o mercado asiático

quanto para os mercados do resto do mun-

do. Dois anos depois, uma nova unidade

de fabricação foi inaugurada nas instalações

da fábrica de mancais para a produção de

anéis de pistão.

A força impulsora dos mercados

da Ásia e mundial

Aproximadamente 470 funcionários alta-

mente especializados produzem na MAHLE

Engine Components Yingkou mais de quatro

UNIDADES INDUSTRIAIS DA MAHLE EM YINGKOU

POTENCIAL DE CRESCIMENTO

milhões de pistões especiais anualmente,

principalmente para motores de automó-

veis de passageiros, em diversas linhas de

produção que se enquadram no sistema

produtivo da MAHLE. Na fábrica de mancais,

aproximadamente 320 funcionários especia-

lizados garantem o mesmo elevado padrão

de qualidade para os cerca de 800.000

mancais e 100.000 buchas que saem da

fábrica todos os meses. Na fábrica mais

nova, aproximadamente 120 funcionários

fabricam mais de 300.000 anéis de pistão

Retífica da face de contato de anéis para veículos comerciais diesel.


PERFIL DA FÁBRICA

por mês para clientes tanto locais como

do exterior. As fábricas em Yingkou estão

sempre abertas para novas oportunidades e

estão planejando expandir suas capacidades

em futuro próximo. Em 2008, será instalado

um forno de pré-fusão para aumentar a

capacidade de fusão. Em 2009 e 2010 serão

acrescentadas mais linhas de produção para

produzir pistões para novos projetos chi-

neses e para exportação. Estão também

planejadas inovações relacionadas a anéis

de pistão como, por exemplo, a introdução

de novas tecnologias de revestimento. Após

o início da fase de produção, a MAHLE irá

oferecer aos seus clientes uma diversidade

e uma flexibilidade ainda maiores.

Gerenciamento de Qualidade

As unidades industriais de Yingkou inves-

tem continuamente no desenvolvimento de

UNIDADES INDUSTRIAIS DA MAHLE EM YINGKOU

POTENCIAL DE CRESCIMENTO

estratégia. Ao longo dos últimos anos, as

fábricas de Yingkou foram agraciadas com

prêmios de fornecedor excelente por parte

de diversos fabricantes de automóveis nacio-

nais e internacionais.

Autor: Michael Brenner

pessoal, especialmente em medidas de trei-

namento em qualidade assegurada e, em

conseqüência, atendem aos padrões interna-

cionais de qualidade. Na fábrica de pistões é

realizada uma ampla variedade de atividades

de treinamento como, por exemplo, PDP,

SPC, ISO/TS 16949, gerenciamento de qua-

lidade e aulas de inglês ao longo de todo o

ano. Uma programação anual que oferece

atividades de aperfeiçoamento proporciona

aos funcionários a oportunidade de aplicar

suas aptidões recém-adquiridas. Medidas

semelhantes são também colocadas em prá-

tica na fábrica de mancais; por exemplo, a

fábrica convida instrutores capacitados para

ministrar sessões de treinamento e inspe-

ções como as previstas nas normas ISO

14001 e ISO/TS 16949. No transcorrer da

ampliação da produção na fábrica de pis-

tões, programas semelhantes estão sendo

planejados naquela fábrica.

Com os olhos voltados para o futuro

Na ampliação da carteira de produtos da

MAHLE e quando se trata de atender à

crescente demanda por parte de empresas

locais e internacionais na China, as fábricas

de Yingkou desempenham um papel-chave.

O feedback positivo que recebemos dos

nossos clientes comprova o êxito dessa

Mancais e anéis de pistão são produzidos em siste-mas de última geração na MAHLE Yingkou.

Medição da carga tangencial de um anel de pistão.

Perfuração de precisão do furo para pino de pistão para veículos de passageiros.


PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM

BENEFÍCIO DO SETOR ENTREVISTA COM O CHEFE DO CENTRO TECNOLóGICO NO JAPÃO

O Centro Tecnológico em Kawagoe,

próximo a Tokyo, é um dos sete cen-

tros em todo o mundo nos quais a

MAHLE agrupa as suas atividades

de pesquisa e desenvolvimento. Com

especialização em sistemas ultra-

modernos de gerenciamento de ar

e fluidos, os engenheiros do Centro

Tecnológico desenvolvem tecnologias

exeqüíveis.

Esses engenheiros exploram o potencial de

novos produtos e de novos mercados de

vendas e dão os retoques finais a novas

tecnologias, desde o desenvolvimento de

aplicação até a produção em série, adap-

tadas individualmente às necessidades dos

clientes e às características regionais espe-

ciais do mercado em âmbito mundial. Dos

800 funcionários da MAHLE Filter Systems,

180 trabalham no Centro Tecnológico, fato

que destaca a prioridade dada às ativida-

des de pesquisa e desenvolvimento.

MAHLE Performance conversou com Taka-

toshi Hirai, o Diretor do Centro Tecnológico,

a respeito do equipamento e da importân-

cia do Centro Tecnológico para os setores

automotivo japonês e internacional.

O que motivou a construção do

Centro Tecnológico?

Hirai: Após a integração da Tennex ao

Grupo MAHLE, tiramos proveito da tec-

nologia alemã de sistemas de gerencia-

mento de ar, por exemplo, relativamente

aos módulos de admissão de plástico.

No Japão, já possuímos vasta experiên-

cia em gerenciamento de fluidos com sis-

temas que empregam recipiente de car-

vão ativado e sistemas de arrefecimento

de óleo. A sobreposição nos proporcio-

nou uma sólida base para a pesquisa e

desenvolvimento de novas tecnologias de

motores. Nesse caso, um mais um são

mais do que dois.

Que serviços oferece o Centro

Tecnológico?

Hirai: A exemplo de outras regiões,

desenvolvemos sistemas de filtro que,

por meio do uso sistemático de plásti-

co em vez de metal, têm baixo peso,

acabando por diminuir o CO2. Com o

objetivo de reduzir o nível de emissões,

desenvolvemos não apenas válvulas bas-

culantes (TCV) e válvulas de controle

de redemoinho (SCV) nos módulos de

admissão, mas também componentes

para diminuir o tamanho dos motores.

Por último – porém não menos importan-

te – produtos para o apelo emocional dos

veículos são também importantes. Os

geradores de som nos ajudam a gerar o

som certo no veículo. Desenvolvimentos

adicionais do Centro Tecnológico incluem

sistemas de recipiente de carvão ativado

e de separação de óleo, os quais são

igualmente projetados para atender aos

mais rigorosos regulamentos relativos a

emissões.

Quais as metas de curto e longo

prazo do Centro Tecnológico?

Hirai: Nossas metas de curto prazo estão

definidas pelos pedidos dos nossos

clientes, os quais precisam ser pronta e

adequadamente atendidos. Nós nos con-

centramos em custos moderados e alta

qualidade tecnológica. Nossos objetivos

de longo prazo dizem respeito ao desen-

volvimento de futuras tecnologias para

reduzir CO2 em motores de combustão

e diferentes sistemas híbridos.

O Centro Tecnológico visto de fora: a fachada comum de concreto esconde a tecnologia de última geração, disponibilizada para mobilidade sustentada no futuro, em benefício dos nossos clientes.


GRUPO MAHLE

Que vantagens o Japão oferece como

local de fabricação?

Hirai: Nossa empresa desempenha um papel

fundamental para as atividades de pesqui-

sa e desenvolvimento de fabricantes japo-

neses. O Centro Tecnológico tem amplas

possibilidades à sua disposição no tocante a

desenvolvimento de produtos. Por exemplo,

nossos modernos dinamômetros e bancos

de ensaios de chassi proporcionam uma

vantagem fundamental em comparação com

outros fornecedores locais. A localização cen-

tral no Japão nos permite dar apoio a outros

ramos do Grupo MAHLE na Ásia e também

oferecer atendimento de primeira linha a nos-

sos clientes em outras regiões da Ásia.

De que maneira o cliente se beneficia

dos serviços do Centro Tecnológico?

Hirai: Devido à nossa tecnologia de van-

guarda, estamos em condições de entre-

gar produtos de alta qualidade, os quais

se alinham individualmente e se encaixam

nas necessidades dos nossos clientes.

Entretanto, não apenas produzimos aces-

sórios de alta qualidade e componentes

funcionais; nós também planejamos e

desenvolvemos sistemas e funções inova-

dores completamente novos para o motor

e seus periféricos. O aspecto importante

é o de reconhecer exatamente a mudan-

ça tecnológica no setor automotivo e as

necessidades dos fabricantes, bem como

utilizar essas informações como base para

o desenvolvimento do nosso produto.

Como o Sr. define o seu papel como

Diretor do Centro Tecnológico?

Hirai: Creio que a gente sempre assume

múltiplos papéis nesse cargo. Em minha

opinião, minha mais importante tarefa no

Centro Tecnológico é a de manter deba-

tes com os nossos engenheiros altamente

capacitados, a respeito de projetos atuais

e futuros de pesquisa e desenvolvimento.

Não se trata de encontrar as melhores

soluções possíveis para os problemas dos

nossos clientes, mas de prever e incorporar

futuras tecnologias e tendências ao nosso

trabalho de pesquisa. Felizmente, trabalhei

no departamento de desenvolvimento de

motores de um fabricante de automóveis

por 30 anos e durante esse tempo lidei

exaustivamente com os projetos de moto-

res e componentes acessórios. É meu

trabalho tornar essa experiência disponível

em favor da companhia e de clientes. Além

da comunicação com os clientes, é extre-

mamente importante integrar os parceiros

de cooperação de universidades e outras

instituições de pesquisa no processo. Isso

nos dá a vantagem inestimável de estar-

mos sempre atualizados do ponto de vista

tecnológico; e a doutrina e a pesquisa

das universidades também se beneficiam

desses projetos. Uma outra área de res-

ponsabilidade para mim é a de criar um

ambiente que promova a pesquisa.

Tendo em vista os requisitos tecnológi-

cos em constante evolução, é vital uma

administração apropriada do tempo para

assegurar a eficiência e pronta implemen-

tação de projetos de pesquisa. Isso é mais

fácil de dizer do que fazer, porém trata-se

de importante tarefa que não pode ser

negligenciada.

Sr. Hirai, agradecemos por sua entre-

vista.

Takatoshi Hirai é o Diretor do Centro Tecnológico da MAHLE Filter Systems Japan. Em Kawagoe, próximo a Tóquio, 180 funcionários pesquisam futuras tec-nologias.

Veículo no banco de ensaios: resultados teóricos pre-cisam suportar a experiência prática. Em Kawagoe, os bancos de ensaios são utilizados para testes de novos desenvolvimentos em condições reais.

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