Como funciona um motor diesel? Comprime o ar no cilindro de tal forma que este aquece até várias centenas de graus Celsius e depois pulveriza combustível nesse ar quente, onde este entra em ignição espontaneamente. Isto chama-se ignição por compressão: não existe vela de ignição, e a potência é controlada pela quantidade de combustível injetada, em vez de se estrangular a admissão de ar. Como os motores diesel trabalham com relações de compressão de cerca de 14:1 a 22:1, convertem uma maior parte da energia do combustível em trabalho do que os motores a gasolina, razão pela qual equipam camiões, navios, grupos eletrogéneos e máquinas de construção.
Pontos essenciais
- Um motor diesel inflama o combustível através do calor do ar comprimido, não de uma faísca; as relações de compressão típicas são de cerca de 14:1 a 22:1, contra aproximadamente 8:1 a 12:1 nos motores a gasolina.
- A maioria dos motores diesel funciona num ciclo de quatro tempos (admissão, compressão, expansão, escape); os motores de navios de muito grande dimensão e algumas conceções mais antigas utilizam um ciclo de dois tempos.
- Os motores diesel não têm velas de ignição; muitos têm velas de incandescência ou um aquecedor do ar de admissão que apenas auxiliam o arranque a frio.
- A patente de Rudolf Diesel foi concedida na Alemanha em 1893, e o seu primeiro motor funcional foi demonstrado em Augsburgo em 1897, com um rendimento de cerca de 26 por cento.
- Os motores diesel modernos de serviço pesado atingem rendimentos térmicos efetivos na faixa intermédia dos 40 por cento, e os grandes motores diesel marítimos de baixa rotação ultrapassam os 50 por cento.
Como funciona um motor diesel, passo a passo?
Um motor diesel de quatro tempos completa um ciclo de funcionamento em duas rotações da cambota. Cada pistão percorre quatro cursos, e o sistema de combustível sincroniza a injeção com o final do tempo de compressão.
- Tempo de admissão. O pistão desce com a válvula de admissão aberta e aspira apenas ar. Num motor turbocomprimido, o ar chega sob pressão, introduzindo mais oxigénio no cilindro.
- Tempo de compressão. Ambas as válvulas fecham e o pistão sobe, comprimindo o ar até uma fração do seu volume original. A compressão eleva a temperatura do ar muito acima do ponto de autoignição do gasóleo.
- Tempo de expansão. Perto do topo do curso, o injetor pulveriza combustível finamente atomizado no ar quente. O combustível entra em ignição após um atraso muito curto, o gás expande-se e a pressão empurra o pistão para baixo, fazendo rodar a cambota.
- Tempo de escape. A válvula de escape abre e o pistão, ao subir, expulsa os gases queimados, preparando o cilindro para a admissão seguinte.
É assim, em resumo, que um motor diesel funciona em cada ciclo. A principal diferença face a um motor a gasolina está nas etapas 1 e 3. Um motor a gasolina aspira uma mistura de ar e combustível e utiliza uma faísca para a inflamar, enquanto um motor diesel aspira apenas ar e controla a sua potência exclusivamente pela quantidade de combustível injetada.
Os motores diesel têm velas de ignição?
Não. Os motores diesel não utilizam velas de ignição porque o combustível entra em ignição devido ao calor da compressão. O que muitos motores diesel têm é um auxiliar de arranque a frio: velas de incandescência que aquecem a câmara de combustão ou uma grelha de aquecimento que aquece o ar de admissão.
Estes auxiliares são mais importantes em tempo frio e nos motores mais pequenos, cujas paredes dos cilindros absorvem mais calor durante a compressão. Quando o motor está em funcionamento, o calor da combustão é suficiente e as velas de incandescência desligam-se, embora alguns motores modernos as mantenham ativas durante um breve período após o arranque para reduzir o fumo branco e o ruído.
Como arranca um motor diesel?
Um motor diesel arranca quando o motor de arranque faz rodar a cambota com velocidade suficiente para que a compressão aqueça o ar acima da temperatura de ignição. O sistema de controlo ou a bomba de injeção fornece então combustível, ocorre combustão nos primeiros cilindros e o motor ganha rotação por si próprio.
Os motores de grande dimensão podem utilizar arranque por ar comprimido em vez de um motor de arranque elétrico. As dificuldades de arranque apontam normalmente para uma de algumas causas: baixa velocidade de arranque devido a uma bateria fraca, ar no sistema de combustível, injetores desgastados, baixa compressão devido a segmentos ou válvulas desgastados, ou avaria de um auxiliar de arranque a frio. Após qualquer substituição do filtro de combustível, o sistema de combustível tem de ser purgado ou ferrado para que o motor arranque de forma fiável; o guia de substituição do filtro de gasóleo aborda essa etapa.
Quais são os principais componentes de um motor diesel?
Um motor diesel partilha a sua arquitetura básica com qualquer motor de pistões, mas tem uma construção mais robusta para suportar pressões mais elevadas nos cilindros. A tabela funciona como um esquema simples de um motor diesel descrito por palavras.
| Componente | Função | Notas específicas dos motores diesel |
|---|---|---|
| Bloco de cilindros e camisas | Aloja os cilindros e as passagens do líquido de refrigeração | Utiliza frequentemente camisas húmidas ou secas substituíveis nos motores de serviço pesado |
| Cabeça do motor | Aloja válvulas, injetores e condutas | Construída para suportar pressões máximas elevadas; pode conter velas de incandescência |
| Pistões e segmentos | Asseguram a vedação da combustão e transmitem a força | Têm frequentemente uma cavidade de combustão maquinada na coroa |
| Bielas e cambota | Convertem o movimento dos pistões em rotação | Mais pesadas do que num motor a gasolina da mesma dimensão |
| Árvore de cames e mecanismo de distribuição | Abrem e fecham as válvulas de admissão e escape | Mesmo princípio dos motores a gasolina |
| Sistema de injeção de combustível | Doseia e injeta combustível a alta pressão | Bomba mecânica ou common-rail eletrónico |
| Turbocompressor e intercooler | Introduzem mais ar nos cilindros | Instalados na maioria dos motores diesel modernos, exceto nos de pequena dimensão |
| Sistema de arrefecimento | Remove calor através de líquido de refrigeração ou ar | O arrefecimento por líquido é o mais comum; os motores pequenos podem ser arrefecidos a ar |
| Pós-tratamento | Limpa os gases de escape | DPF, SCR com ureia (DEF) e catalisadores de oxidação nos motores modernos rodoviários e não rodoviários |
Que sistemas de injeção de combustível utilizam os motores diesel?
A injeção de combustível diesel evoluiu de bombas puramente mecânicas para sistemas de alta pressão controlados eletronicamente. Ambos os tipos continuam em serviço, sobretudo em aplicações industriais e marítimas.
- As bombas mecânicas em linha ou rotativas doseiam o combustível com cames e êmbolos e enviam-no para cada injetor no momento certo. São simples e permitem reparações no terreno, o que mantém a sua popularidade em motores para geradores e embarcações de trabalho, como o motor de seis cilindros do tipo 6BT.
- Os injetores-bomba combinam o elemento de bombagem e o injetor num único corpo em cada cilindro.
- A injeção common-rail armazena combustível a pressão muito elevada numa rampa comum, e os injetores controlados eletronicamente podem efetuar várias injeções por ciclo. Isto permite uma combustão mais silenciosa, menores emissões e maior economia de combustível, mas exige combustível limpo e ferramentas de diagnóstico.
Os motores também diferem quanto ao local onde o combustível é introduzido. A maioria dos motores diesel modernos utiliza injeção direta numa cavidade da coroa do pistão. Alguns motores mais antigos e mais pequenos utilizam injeção indireta numa pré-câmara, que é mais silenciosa, mas menos eficiente, e normalmente precisa de velas de incandescência.
Porque é que os motores diesel são tão eficientes?
A eficiência dos motores diesel resulta de três fatores: elevada compressão, combustão com mistura pobre e ausência de perdas por estrangulamento. Uma relação de compressão e expansão mais elevada extrai mais trabalho da mesma quantidade de calor e, como um motor diesel não estrangula o ar de admissão, evita a perda de bombagem que um motor a gasolina sofre em carga parcial.
O gasóleo também contém mais energia por galão. A Administração de Informação de Energia dos EUA indica cerca de 137381 Btu por galão para o gasóleo, contra cerca de 120214 Btu para a gasolina automóvel, aproximadamente 14 por cento mais. O site de economia de combustível do Governo dos EUA afirma que os veículos diesel são normalmente cerca de 30 a 35 por cento mais eficientes em termos de combustível do que veículos semelhantes a gasolina.
| Tipo de motor | Rendimento térmico efetivo máximo típico |
|---|---|
| Motores pequenos a gasolina | Cerca de 25–35% |
| Motores diesel automóveis modernos | Cerca de 35–42% |
| Motores diesel de camiões pesados e industriais | Cerca de 40–46% |
| Grandes motores diesel marítimos de dois tempos e baixa rotação | Acima de 50% |
Estes valores são máximos indicativos; a eficiência real depende da carga, da rotação e da manutenção. Para uma comparação direta dos dois tipos de motor, consulte motores diesel vs. motores a gasolina.
Quem inventou o motor diesel e quando?
O motor diesel foi inventado pelo engenheiro alemão Rudolf Diesel. Apresentou o pedido de patente em 1892, esta foi concedida em 1893 e, após anos de desenvolvimento nas instalações da Maschinenfabrik Augsburg (mais tarde MAN), o primeiro motor de aplicação prática funcionou em 1897, registando um rendimento de cerca de 26 por cento, muito superior ao dos motores a vapor da época.
Diesel imaginou inicialmente motores a funcionar com vários combustíveis, incluindo pó de carvão e óleo vegetal. Em poucas décadas, os motores diesel tinham-se difundido por navios, submarinos, locomotivas e centrais de produção de energia estacionárias e, mais tarde, por camiões e tratores agrícolas.
Quais são os diferentes tipos de motores diesel?
Os motores diesel são normalmente classificados por ciclo, rotação e aplicação. A rotação é a distinção mais útil para os compradores porque está relacionada com a dimensão, o peso e a durabilidade.
- Os motores diesel de alta rotação (acima de cerca de 1000 rpm) equipam camiões, grupos eletrogéneos, máquinas de construção e embarcações pequenas a médias.
- Os motores diesel de média rotação (aproximadamente 300 a 1000 rpm) acionam navios maiores, locomotivas e centrais de produção de energia.
- Os motores diesel de baixa rotação (abaixo de cerca de 300 rpm), quase sempre de dois tempos, acionam diretamente os hélices dos grandes navios mercantes.
Os sistemas diesel-elétricos combinam um motor diesel com um gerador e motores elétricos, como nas locomotivas e em muitos ferries e embarcações offshore. Para as famílias de motores utilizadas na indústria, consulte o guia de motores diesel industriais e, para unidades pequenas arrefecidas a ar e a líquido, o guia de motores diesel pequenos.
Os motores diesel são mais fiáveis?
Em serviço pesado, os motores diesel duram geralmente mais do que motores a gasolina de potência semelhante. São construídos com blocos, cambotas e apoios mais robustos para suportar a elevada pressão nos cilindros, funcionam a rotações mais baixas e não têm um sistema de ignição que possa avariar.
A fiabilidade continua a depender da qualidade do combustível, da filtragem do ar, do arrefecimento e do cumprimento das mudanças de óleo. Os motores diesel modernos com controlo de emissões acrescentam componentes como filtros de partículas e sistemas SCR, que precisam da sua própria manutenção. A Shanghai Mars Industrial (MARS) fornece motores diesel para aplicações marítimas, grupos eletrogéneos, camiões e máquinas, e cada motor pode ser ensaiado em funcionamento antes da expedição, com relatório escrito e vídeo; solicite as especificações para uma aplicação específica.
Perguntas frequentes
Os motores diesel têm velas de ignição?
Não. O gasóleo entra em ignição devido ao calor do ar comprimido, pelo que não existe vela de ignição. Muitos motores diesel têm velas de incandescência ou um aquecedor de admissão que apenas auxiliam o arranque a frio.
Qual é a relação de compressão de um motor diesel?
A maioria dos motores diesel modernos funciona entre cerca de 14:1 e 22:1, enquanto algumas conceções antigas de injeção indireta atingem cerca de 23:1 ou mais. Os motores a gasolina funcionam normalmente com cerca de 8:1 a 12:1.
Um motor diesel pode funcionar com gasolina?
Não. A gasolina tem um índice de cetano muito baixo e não entra corretamente em autoignição num motor diesel, além de não possuir a lubricidade de que o sistema de injeção necessita. Colocar gasolina num depósito de gasóleo pode danificar bombas e injetores, pelo que o sistema de combustível deve ser drenado antes do arranque.
O que é a propulsão diesel-elétrica?
É um sistema em que um motor diesel aciona um gerador e motores elétricos acionam as rodas ou os hélices. É utilizado em locomotivas e em muitos ferries, embarcações offshore e navios de cruzeiro porque permite uma disposição flexível dos motores e um funcionamento eficiente em carga parcial.
Porque é que os motores diesel produzem mais binário?
Os motores diesel têm normalmente cursos longos, pressões elevadas nos cilindros e turbocompressão, que produzem um binário elevado a baixas rotações. Isto torna-os particularmente adequados a cargas pesadas, reboque e acionamento de hélices.
