Os Motores a Combustão Interna

Desgaste

O desgaste em anéis de segmento e camisas de cilindros automotivos é descrito como “adesivo” (PINT & SCHOCK, 2000), “adesão durante o amaciamento seguido de abrasão e corrosão durante o uso” (BARBER & LUDEMA, 1987) e também como “micropolimento” (HILL et al, 1996).

        

Desgaste por deslizamento

Ao deslizarem sobre si dois corpos lubrificados, o óleo contido na superfície de contato de cada um desenvolve pressões que mantém as mantém separadas. Quando, entretanto, em condições de baixa velocidade, por exemplo, essas pressões não são suficientes para manter essa separação e parte da carga neste deslizamento é suportada pelo contato das asperezas contidas nessas superfícies.

Segundo Tomanik (2000, p. 4) alguns autores chamam o desgaste por deslizamento de desgaste por adesão, entretanto, neste trabalho se adota a nomenclatura de desgaste por deslizamento, uma vez que esta é encontrada em duas bibliografias mais recentes: HUTCHINGS (1992) e LUDEMA (1996).

Para modelar o desgaste por deslizamento comumente se utiliza a equação 1 a seguir, denominada equação de Archard:

[mm³/m] [pic 1]

(1)

Onde:

Q = volume do material menos duro, por unidade de distância percorrida

K = coeficiente adimensional de desgaste (entre 0 e 1)

W = carga normal (N)

H = dureza do corpo menos duro [N.m-2]

A equação de Archard é muito utilizada por ser simples e permitir quantificar a severidade do desgaste em diferentes sistemas pelo coeficiente K. Em sua obra Hurtching (1992, p. 84) analisa, na equação, as relações embutidas e as expõe da seguinte forma:

• “o desgaste é proporcional à constante K. Entretanto, K não é uma característica do aço e sim do sistema tribológico.”
• “o desgaste é inversamente proporcional à dureza do corpo menos duro.”
• “o desgaste aumenta com a carga.”

Essa equação prevê a taxa de desgaste do material mais mole já considerando a taxa de desgaste do material mais duro. Ou seja, neste trabalho espera-se que a equação seja capaz de prever a taxa de desgaste dos anéis já considerando o desgaste da camisa. Para Booser (1984, p. 206) uma boa estimativa pode ser obtida pela razão entre a dureza do corpo mais duro e a do mais mole (Hd/Hm).

Segundo Ludema (1996) sistemas deslizantes possuem, na prática, K menor ou igual 10-7, valor que será utilizado posteriormente.

Desgaste abrasivo

O desgaste abrasivo acontece quando se tem a ação de partículas duras pressionadas e deslizando sobre uma ou mais superfícies. Diz-se que o desgaste abrasivo é de dois corpos quando uma das superfícies possui partículas duras e salientadas, e de três corpos quando essas partículas são livres para deslizar entre duas superfícies. Tominik (2000, p. 8) relata que “eventualmente um processo de 3 corpos pode se transformar num de 2, se a partícula dura penetrar e ficar impregnada numa das superfícies (usualmente a mais mole)”.

Em motores a combustão interna a origem de partículas que podem provocar desgaste abrasivo são, principalmente:

• material carbonizado e cinzas, resíduos sólidos da combustão;
• material proveniente do desgaste;
• particulados diversos admitidos junto com o ar, quando não filtrados pelo sistema de filtragem e
• resíduos metálicos ou de areia provenientes dos processos de fabricação e que permanecem no motor e peças por limpeza ineficiente.

Alguns particulados mais comuns, segundo Gautam et al (1998), de se encontrar em motores a combustão interna são: carbono elementar, carbono orgânico, sulfatos, amônia, nitratos e silicatos. A maioria desse material advém da combustão incompleta do combustível e lubrificante.

Nos motores a combustão interna a fuligem (produto da combustão) age não só como abrasivo. O depósito desse material no canalete (local no qual o anel de segmento é encaixado no pistão) e seu endurecimento diminui a folga existente e necessária entre pistão e anéis e faz com que esse último seja mais pressionado contra a parede (camisa) do cilindro e se desgaste mais, bem como ao próprio cilindro.