Page 30 - Revista EAA - Edição 59

TEcnologia

Figura 4: face do anel após
avaliação feita em um motor
HDD. O revestimento CrN-PVD
usual apresentou destacamento
(esquerda), enquanto o
multicamadas NbN/CrN - PVD
(Nanobium) não apresentou falha

Força tangencial do pacote de anéis na face dos anéis (Figura 4). O resultado
A força tangencial do pacote de anéis (soma da força tangencial de todos os anéis) é o indica potencial para aumentar a espes-
mais óbvio parâmetro a ser explorado quando se busca a redução de atrito. No entanto, sura do revestimento além dos limites
a redução do atrito não era normalmente considerada como uma necessidade básica usuais, sem comprometer a robustez da
nos motores HDD, principalmente porque até o momento as estratégias para redução camada e, ainda, proporcionar maior du-
de emissões foram baseadas em sistemas de pós-tratamento e recirculação dos gases de rabilidade para os anéis.
escapamento com foco na redução de emissões de partículas e compostos nitrogenados Testes comparativos em motor ainda
(NOx). A Figura 1 mostra uma visão geral da força tangencial específica (força tangen- apontam comportamento de taxa de des-
cial dividida pelo diâmetro do cilindro em N/mm) aplicada nos pacotes de anéis para gaste similar entre o revestimento cerâ-
diferentes etapas de legislações de emissões de gases. Pelo gráfico, é possível observar mico padrão CrN-PVD e o Nanobium
uma pequena variação histórica dessa característica, o que reforça o grande potencial (NbN/CrN). Também foi constatado o
em termos de redução de atrito por meio da redução na força tangencial para os novos mesmo baixo coeficiente de atrito entre
pacotes de anéis de pistão. o CrN-PVD e o Nanobium.

Altura do pacote de anéis Tecnologia de anel
A redução da altura dos anéis de compressão também é uma forma eficaz de reduzir as de controle de óleo
perdas mecânicas associadas ao pacote de anéis, especialmente quando isso é aplicado Nos motores HDD, a redução da força
ao anel de primeiro canalete, mas com efeitos sensíveis também nos outros canaletes. tangencial do anel de óleo mostra um
O desafio de reduzir a altura do anel de primeiro canalete está em suportar o carrega- grande potencial para a redução das per-
mento mecânico gerado pelos altos níveis de pico de pressão de cilindro (peak cylinder das mecânicas associadas ao pacote de
pressure, PCP), aplicados atualmente. Até o momento, o mercado não tem mostrado anéis, uma vez que a influência do anel de
uma tendência significativa para esse tipo de redução nos motores HDD, o que abre óleo sobre as perdas totais por atrito do
oportunidades de desenvolvimento futuros nessa área, possibilitando, inclusive, a redu- conjunto de anéis está em torno de 70%
ção da altura de compressão de todo o PCU. (Figura 5).
Para uma aplicação bem-sucedida
Novas tecnologias de revestimentos para anéis de pistão dos anéis de óleo de baixo atrito, é neces-
A MAHLE desenvolveu um novo revestimento cerâmico chamado “Nanobium” fa- sário que eles tenham alta conformabili-
bricado por meio de processo de PVD (Physical Vapor Deposition) com proprieda- dade, boa resistência ao desgaste e – prin-
des de resistência ao desgaste e à abrasão similares ao atual revestimento padrão de cipalmente - um bom balanceamento
CrN-PVD, mas com maior tenacidade e resistência ao destacamento, o que torna o entre pressão unitária, apropriada para a
revestimento mais robusto, permitindo aplicação de espessuras maiores, resultando em manutenção de consumo de óleo lubrifi-
uma maior durabilidade aos anéis. O revestimento de Nanobium é composto de nano- cante, e baixa força tangencial.
camadas alternadas de NbN e CrN. (Figura 2) Anéis de controle de óleo com geo-
Os resultados dos testes de bancada resultaram em uma superior resistência ao metria delgada contribuem para o au-
destacamento (delamination resistance) para o revestimento de Nanobium quando mento do seu fator de conformabilidade
comparado com o revestimento de CrN-PVD. A avaliação foi realizada em testes (k-factor). Essa propriedade é essencial
em bancada, indicando uma clara vantagem do Nanobium em relação ao CrN-PVD para garantir que o anel se adapte às
(Figura 3). deformações do cilindro, mesmo com
Testes em dinamômetros de bancada, emulando condições de trabalho abusivas, as distorções provocadas pelos carrega-
reforçam um melhor desempenho do Nanobium quanto à ocorrência de destacamento mentos térmicos e mecânicos aplicados

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