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MAHLE cylinder liners

Somos rigorosos com nossas tolerâncias

As crescentes demandas relacionadas aos motores de combustão interna exigem aprimoramentos contínuos relacionados as superfícies de trabalho do cilindro. Uma correspondência precisa entre as camisas brunidas os pistões e anéis de pistão levam ao aperfeiçoamento dos resultados do motor.

Assim, para camisas feitas de ferro fundido, é necessário criar superfícies otimizadas, que contribuam para a diminuição do consumo de óleo e recirculação de gases, produzam menos partículas devidas ao desgaste e permitam tempos de amaciamento mais curtos e, consequentemente, uma maior vida útil.

Produção de camisas de cilindro na MAHLE

A MAHLE produz camisas para fabricantes internacionais de motores, para produção em série e para o mercado de reposição, sempre de acordo com os mesmos rigorosos padrões de qualidade. Fabricamos nossas camisas com tolerâncias muito pequenas. Isto assegura, entre outras coisas, que as camisas possam ser perfeitamente ajustadas no bloco do motor. Os materiais, a estrutura e a qualidade da superfície são características adicionais de qualidade importantes de nossas camisas. Numa cooperação estreita com os fabricantes de motores, determinamos a composição do metal fundido, o seu tratamento e o processo de usinagem.

Os materiais de nossas camisas de cilindro

Flake graphiteGrafite em flocos

Além do alumínio, são usadas ligas de ferro fundido como material para fabricar camisas de cilindro.

O ferro fundido com grafite em flocos é fundido com fósforo. Além disso , materiais com outras ligas aperfeiçoam as propriedades de desgaste e podem fortalecer a matriz devido à formação muito fina de bainita e perlita.


Métodos de brunimento

Um bom brunimento tem um efeito positivo no desgaste do anel do pistão, na emissão de partículas, no consumo de óleo e no atrito.

Com desenvolvimento e inovações adicionais no brunimento das camisas, o objetivo é fazer a fase de amaciamento do cilindro (motor) a mais curta possível e melhorar as propriedades tribológicas. Um importante pré-requisito para o brunimento das camisas com qualidade consistente é a alta qualidade do material. Isso exige material de fundição sem vácuos, com estrutura homogênea e resistência uniforme, como também pré-usinagem adequada do furo.


Brunimento.Método de usinagem no qual a ferramenta realiza movimentos alternativos e rotativos. Com este método, obtém-se um erro de forma de cilindricidade abaixo de 10 mícron e uma superfície uniforme.

Tribologia.A ciência do atrito, lubrificação e desgaste de corpos em movimento relativo.

Grande nível de corrosão - cavitação nas camisas do cilindro

Badly eroded - cavitation at cylinder liners

As oficinas de reparo de motores são repetidamente confrontadas com camisas de cilindro muito corroídas na superfície. O diagnóstico: dano por cavitação - também chamado de corrosão alveolar. O que causa este tipo de dano? E o que os seus clientes podem fazer para evitá-lo?

As camisas do cilindro têm uma coisa em comum: elas são as chamadas camisas "molhadas" (tipo WN), que têm refrigerante correndo através delas durante a operação. Neste tipo de projeto, o calor gerado pela combustão é eficientemente carregado para longe de maneira e dissipado através do trocador de calor.

QUAL É A APARÊNCIA DO DANO POR CAVITAÇÃO?
Neste tipo de dano, pode-se observar que as depressões são principalmente encontradas no centro morto inferior do pistão. Quando estas depressões típicas estão presentes, fala-se de dano por cavitação.

An accumulation of small pits in the area of the water jacket – indication of cavitation damage.
Um acúmulo de pequenas depressões na área da camisa de água - indicação de dano por cavitação.

O QUE É, EXATAMENTE, CAVITAÇÃO? E COMO ISTO ACONTECE NA CAMISA DO CILINDRO?
A cavitação (do latim cavitare, escavar) descreve a formação de espaços ocos em líquidos (que fluem com força) e que, em sua maioria, se dissipam imediatamente. Este fenômeno é causado pelas flutuações de pressão que, em motores de combustão, acontecem devido aos movimentos do pistão. Estas vibrações são transmitidas para a camisa de água circundante que, então, vibra também. Quando o cilindro se move para trás durante o ciclo de vibração, forma-se um vácuo no refrigerante, que leva à formação de bolhas de vapor no local. Quando a coluna de refrigerante vibra novamente, estas bolhas de vapor implodem e jogam átomos individuais para fora da superfície da camisa de cilindro: o resultado é a corrosão alveolar.

DANO POR CAVITAÇÃO OU CORROSÃO NORMAL – COMO DIFERENCIAR?
Há duas características que distinguem o dano por cavitação. cavitação (1) as depressões são encontradas apenas no lado de maior ou menor propulsão da camisa; (2) Em contraste com a corrosão normal, as depressões ficam maiores na direção do interior da camisa. Essa escavação (erosão) pode perfurar completamete a parede do cilindro, a um ponto em que o refrigerante penetre no cilindro. Além disso, quando a superfície do cilindro é inicialmente danificada devido à cavitação, são criadas ainda mais oportunidades de dano por cavitação e também, corrosão comum.

 Caries at the cylinder liner: after the liner has been cut open it can clearly be seen that the cavities are becoming larger towards the inside.
Buracos na camisa do cilindro: com a camisa cortada, pode-se claramente ver que as cavidades ficam maiores no sentido do interior do material.

CORROSÃO ALVEOLAR – QUAIS SÃO AS RAZÕES?
Proteção insuficiente do refrigerante contra congelamento. Uma razão comum para dano de cavitação é a composição do refrigerante. Em muitos países, os motores rodam sem agente anticongelante na água de resfriamento, ou ainda com uma proporção insuficiente.

O agente anticongelante, entretanto, não apenas protege contra o congelamento, mas também evita a corrosão do radiador e do motor e ainda lubrifica a bomba de refrigerante. Um agente anticongelante adequado influencia nas características físicas e químicas do refrigerante: ele abaixa o ponto de congelamento do refrigerante e aumenta seu ponto de ebulição. Isto reduz a tendência de formação de bolhas, e, portanto, reduz o risco de dano por cavitação.

Vazamento no sistema de resfriamento / função de sobrepressão insuficiente. Sob condições normais de operação, uma sobrepressão é formada no sistema de resfriamento, o que reduz a tendência à formação de bolhas de vapor. Entretanto, até mesmo uma tampa de radiador com vazamento pode evitar que a sobrepressão se forme, e essa pode ser a razão para o dano por cavitação nas camisas de cilindro. Além disso, termostatos defeituosos ou o acoplamento viscoso da ventoinha do radiador podem reduzir o nível de temperatura do motor de tal maneira a impedir que se forme a sobrepressão no sistema de resfriamento.

Operação do motor na faixa de temperaturas mais baixas. O dano de cavitação foi especialmente observado em motores que operam na faixa de temperaturas mais baixas (50 a 70°C). Em temperaturas mais altas (90 a 100°C), a pressão aumentada da água evita a cavitação por vapor.

Produtos de baixa qualidade. Camisas de cilindro de qualidade inferior que não podem ser acopladas corretamente ao bloco de cilindros devido a tolerâncias excessivas de manufatura se moverão durante o funcionamento do motor. Como resultado, as vibrações aumentadas e, frequentemente, os danos por cavitação. Além disso, materiais de qualidade inferior podem ser a razão para o dano por cavitação.

REPARO DO MOTOR APÓS O DANO POR CAVITAÇÃO – DICAS PRÁTICAS
O diâmetro do encaixe da área inferior da camisa não deverá ser refeito quando a superfície estiver corroída – a menos que camisas com maior diâmetro de encaixe sejam usadas.

É crucial que a folga correta de montagem do pistão seja observada. Deve-se evitar o brunimento da camisa que resulte num diâmetro maior, assim como o reuso de pistões usados previamente. Ao invés disso, o tamanho maior seguinte deve ser obtido por retífica (devendo ser usado um pistão apropriado, de tamanho maior), ou um novo conjunto deve ser usado.

É essencial usar o agente anticongelante permanente com proteção contra corrosão recomendado pelo fabricante do motor, mesmo quando os motores são usados apenas em regiões mais quentes e sem congelamento, ou dentro de prédios (por exemplo, no acionamento de geradores). As especificações relacionadas a intervalos de troca e aditivos alternativos para certas regiões também devem ser observadas.

Além disso, a qualidade da água é também importante: o uso de água destilada ou altamente alcalina ou ácida não é adequado.

Recomendamos verificar os sistemas de resfriamento, termostatos e ventoinhas do ventilador em intervalos regulares. A sobrepressão do sistema de resfriamento também deve ser assegurada (se necessário, substitua a tampa do radiador).

EVITE O DANO DE CAVITAÇÃO COM COMPONENTES DE MOTOR MAHLE
Em estreita cooperação com as indústrias automotiva e de motores, os engenheiros da MAHLE desenvolveram componentes de motor com mínima suscetibilidade aos danos por cavitação.

Uma pré-condição para uma vida útil longa do motor, sem cavitação, é o bom funcionamento dos pistões. A MAHLE otimiza o formato do pistão ainda durante a fase de desenvolvimento - em muitos testes realizados com motores reais. O resultado é tranquilidade operacional e uma geração mínima de pulsos de pressão durante alterações de contato no cilindro.

Os cilindros MAHLE asseguram um funcionamento otimizado, suavidade, longa vida útil e aumento na confiabilidade do motor, porque a proteção mais importante que se pode proporcionar à camisa de cilindro contra a cavitação é minimizar a transferência de vibrações. As camisas de cilindro MAHLE são, portanto, usinadas com alta precisão e mínimas tolerâncias, assegurando uma montagem livre de vibrações de cilindros e, portanto, operação confiável durante toda a vida útil do motor.

Como pode-se evitar erros de montagem dispendiosos e danosos

Cylinder liner

O pesadelo de todos os retificadores de motores: uma nova camisa de cilindro colocada em um bloco de motor; o cabeçote é colocado no lugar e seus parafusos são apertados; repentinamente, ouve-se um "ping". A razão para este peculiar barulho de quebra torna-se óbvia quando o bloco é desmontado: a junta da camisa do cilindro quebrou-se em toda sua circunferência, e está solta na parte de cima. Quando a camisa é removida, é possível ver que a quebra aconteceu abaixo da face do bloco, a um ângulo de cerca de 30°. A superfície de fratura mostra uma estrutura de quebra grosseira. No entanto, não se consegue detectar defeitos de material ou fundição mesmo com uma lupa ou sob microscópio. Este padrão de dano é típico de uma fratura forçada.

Como a tampa e a panela: o flange da camisa do cilindro e assento do flange
O bloco dos cilindros possui recessos circulares planos, chamados de assentos do flange. Eles fixam as camisas no bloco, na direção axial no bloco. O flange de uma camisa de cilindro deve se encaixar exatamente nesse recesso, de forma que a camisa se apoie em toda a circunferência do assento do flange. A junta do cabeçote é, então, colocada sobre o bloco de cilindros. A vedação da câmara de combustão (para modelos mais antigos uma borda de metal, para juntas metálicas mais novas uma superfície perfilada) tem que se encaixar corretamente no topo do flange da camisa.

Quando os parafusos são apertados, a cabeça do cilindro é pressionada firmemente contra o bloco. Os parafusos do cabeçote e as instruções de aperto são projetadas para criar uma conexão firme entre o cabeçote e o bloco, mesmo sob pressões de ignição que, às vezes, chegam a mais de 200 bar. Isto significa que forças enormes são levadas pelos parafusos através das juntas até o flange da camisa. Isto torna ainda mais importante que as forças através da junta do cabeçote sejam transmitidas verticalmente para o flange da camisa (A ilustração 1 mostra o encaixe correto)

 

Sketch 1: Only correct fitting ensures the right transfer of forces.Sketch 2: Dirt particles under the liner flange – a cause for dangerous flexing moments.
Ilustração 1: Apenas o encaixe correto assegura a transferência correta de forças.Ilustração 2: Partículas de poeira sob o flange linearsão uma causa de perigosos momentos flexores.

Perigo de dano: Linhas de força inclinadas
As camisas do cilindro são feitas de ferro fundido cinzento. Este material possui muitas propriedades positivas, mas ele é quebradiço e não tolera o arqueamento. Quando, no flange da camisa do cilindro, as linhas de força estão apenas levemente anguladas, os resultados desse arqueamento na parte superior da camisa podem levar à fratura do flange.


Razões comuns para momentos de flexão
Partículas de poeira: Para evitar contaminações (como poeira, lascas, resíduos da junta ou material de vedação) entre o flange e assento no bloco, a limpeza durante a montagem é importante. A pasta de vedação deve ser usada apenas quando estipulado pelo fabricante do motor, e de acordo com o lema "menos é melhor que mais".

Nossa dica: quando camisas de cilindro pré-usinadas são pressionadas contra o bloco, é uma boa ideia parar alguns milímetros antes do bloco e usar ar comprimido para remover do vão entre o flange e o assento materiais que possam ter sido raspados.

Skizze 3: Schräger Bundsitz verursacht BuchsenbundbruchSkizze 4: Schräger Bundsitz verursacht Buchsenbundbruch

Um assento do flange inclinado causa uma fratura linear do flange. (Ilustrações 3 + 4)

Superfícies desiguais e empenamento no assento do flange no bloco
As razões subjacentes para isto são os projetos de motores cada vez mais leves. O empenamento neste componente será tão maior quanto mais fina a espessura da parede do bloco. Ao mesmo tempo, a potência, pressões de combustão e torques dos motores modernos aumentam cada vez mais. Em motores que tiverem rodado 500.000 quilômetros (ou o equivalente em tempo de rodagem), o empenamento pode ser tão grande que o assento no bloco precise ser retrabalhado. A correção dos planos paralelos deve ser realizada em uma mandriladora ou uma unidade manual móvel de faceamento do flange. Importante: a superfície não deve ser inclinada (veja ilustrações 3 + 4) e, após a usinagem, a aresta afiada da superfície do assento deve ser chanfrada (cerca de 1x45°, veja ilustração 5). Se o chanfro não existir,pode ocorrer uma fratura (ilustração 6).


Além disso, antes da montagem deve-se assegurar a projeção especificada da camisa. Para ajustar o tamanho, um anel de metal adequado pode ser colocado sob o flange. Para muitos cilindros, a MAHLE também oferece camisas adequadas com flanges maiores . Quando o bloco é reusinado, os assentos do flange têm que ser corrigidos na mesma proporção.

Sketch 5: Chamfer at the sharp-edged flange seatSketch 6: Fracture damages due to missing chamfer.
Ilustração 5:Chanfradura no assento do flange com aresta afiadaIlustração 6: Danos de fratura causado pela ausência de chanfradura

 

Juntas erradas no cabeçote. Isto também pode criar uma força angular no flange (ilustração 7), seja porque o diâmetro da borda da câmara de combustão é pequeno demais ou porque a junta tem espessura incorreta. Nossa dica: use apenas o tipo de junta que foi originalmente prevista para o motor. Juntas "baratas" podem diferir da junta original em dimensões e material e isto pode resultar em um dano dispendioso.

Sketch 7: Force transfer at an angle due to wrong cylinder head gasket.Sketch 8: Cylinder head machining: if the grove is not allowed for, the forces are transferred via the fire prevention edge – and the liner fractures.
Ilustração 7: Transferência de força em ângulo devido a junta errada no cabeçote.Ilustração 8: Usinagem da cabeça do cilindro : se o sulco não puder ser feito, as forças são transferidas pela aresta de prevenção a incêndios e a camisa sofre uma fratura.

Usinagem incorreta
Alguns cabeçotes como os de certos tipos de veículos Volvo, têm um sulco em todo o perímetro no qual se projeta a borda de prevenção a incêndio da camisa do cilindro, de forma que o cabeçote e a camisa do cilindro não entram em contato. Se o cabeçote for reusinado devido a dano ou empenamento, o sulco perimetral também deve ser corrigido na mesma medida. Caso contrário, há um risco de que as forças não sejam introduzidas através da junta, mas em um ângulo através da borda de prevenção de incêndio da camisa do cilindro (Ilustração 8).

A ignorância custa caro
Ao apertar os parafusos do cabeçote, é preciso boa audição. Caso o temido som de quebra seja imediatamente ouvido, isso ainda é uma benção. O cilindro pode ser imediatamente desmontado, a causa pode ser analisada e corrigida e, então, uma nova camisa pode ser colocada.

Caso contrário, o conserto sairá caro: assim que o motor é ligado, a camisa quebrada move-se gradualmente na direção do virabrequim, e assim que o ponto da quebra é nivelado com o primeiro anel de pistão no centro morto superior, o anel do pistão se abre acima da quebra. No próximo movimento para baixo do pistão, o anel puxa a camisa do cilindro para baixo. O virabrequim estilhaça a camisa e o pistão e a biela também são quebrados. Na sequência, o profissional da retífica é saudado por uma biela que se projeta de lado, para fora do bloco do motor.

 

A cylinder liner, fractured at the flange due to fitting error.A cylinder liner, fractured at the flange due to fitting error.


Uma camisa de cilindro com fratura no flange devido a erro de montagem.


The coarse break structure – a sure sign of force action.


A estrutura de quebra grosseira - um sinal claro da ação de forças.

 

Corredores de longa distância


MAHLE cylinder liner
Veículos comerciais ou de passageiros – as camisas de cilindro da MAHLE rodam em muitos motores
Juntamente com os pistões e o cabeçote , as camisas de cilindro formam as câmaras de combustão de um motor de combustão interna. Quando se consideram as altas temperaturas das câmaras de combustão, as altas pressões de ignição e o movimento para cima e para baixo dos pistões, é desnecessário mencionar que estas condições extremas exigem alta qualidade dos materiais do cilindro. Boas propriedades de deslizamento são proporcionadas pelo ferro fundido cinzento, e materiais de ligas de alta qualidade, tais como molibdênio, cromo, níquel e manganês aumentam dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão das camisas de cilindro, que é um pré-requisito para um desempenho durável e confiável.


Liquid cast iron
Fogo e chamas
No início do processo de fabricação estão enormes fornos de fusão nos quais várias peças de aço são liquefeitas. Neste ponto, a reciclagem ativa é colocada em prática, pedaços de trilhos de trem, sucata de aço moída e material recirculado lascas e restos do processo de produção), por exemplo, são derretidos.


São adicionados materiais de ligas e agentes especiais de limpeza para purificar o material fundido. A amostragem e análise contínuas do material asseguram que a composição está exatamente conforme as especificações. Os materiais de cilindro são específicos para os motores e são desenvolvidos em cooperação próxima com os fabricantes de motores. Alguns desses fabricantes podem preferir uma alta proporção de um material específico para uma liga, enquanto outros especificam o grau de dureza que deve ser atingido.

Além disso, há muitos diferentes tipos de camisas de cilindro que exigem materiais especiais. Isto inclui camisas que são inseridas no virabrequim com vedação e que têm refrigerante circulando ao seu redor. E há camisas de cilindro que são pressionadas para dentro de furos do bloco do motor. Ou ainda cilindros aletados para motores resfrigerados a ar. Ou camisas de cilindro que são diretamente fundidas durante a produção de blocos de motor de alumínio. A liga ideal de material é sempre usada, dependendo da aplicação.

Como parceira de desenvolvimento da indústria automotiva e de motores, a MAHLE fornece camisas de cilindro para a produção em massa da maioria dos fabricantes internacionais de motores. O mercado de reposição também se beneficia disso. Nossos parceiros no comércio e nas oficinas podem estar certos que receberão produtos que foram fabricados na mesma planta com exatamente os mesmos materiais e com a mesma qualidade.

O giro correto
"Isto se parece com uma máquina de lavar roupas", alguém pode pensar ao olhar uma máquina de fundição centrífuga. E isso até se justifica, porque um tambor está rodando em seu interior, dentro do qual funde-se o ferro quente líquido. O metal é, então, movido para fora devido à força centrífuga. Bolhas de gás e impurezas escapam para dentro. Devido à rotação, uma estrutura homogênea é formada. Oito destas "máquinas de lavar roupas" são instaladas em um carrossel. Assim que um tambor é preenchido com a quantidade certa de ferro fundido, o carrossel gira um passo e o próximo tambor é preenchido. Após alguns passos, o metal ainda está vermelho e incandescente, mas já se resfriou o suficiente para que o tambor seja parado e o molde do cilindro removido. Grandes camisas de cilindro, tais como as usadas em motores de navios porta-contêineres gigantes, devem ser deixadas para resfriar por vários dias após a fundição centrífuga.

Uma boa virada
Após o resfriamento, os moldes de cilindros são semiacabados em toda a extensão usando-se tornos mecânicos. A tensão interna no material é aliviada e uma estrutura homogênea é obtida por recozimento) em grandes fornos elétricos a temperaturas de cerca de 600°C por cerca de 20 horas. Agora pode-se garantir que nenhum problema de empenamento ou de estresse ocorrem quando os cilindros são usinados até seus tamanhos finais por torneamento de precisão, retífica e brunimento. Nem sempre são empregados fornos. Uma vez que o tratamento térmico exige muita energia elétrica, diversos fornecedores de produtos mais baratos intimidam-se pelos altos custos envolvidos. O resultado é o que se espera: cilindros baratos frequentemente empenam dentro dos motores. Isto leva a um consumo de óleo aumentado e perigosas rachaduras por tensão.

Por outro lado, as camisas de cilindro MAHLE são reconhecidas pelos processos de fabricação procisos e pelas tolerâncias reduzidas, graças ao uso de máquinas ferramenta avançadas de usinagem CNC e controle de qualidade contínuo.

Brunimento para o bom funcionamento
Para a maioria dos cilindros, o brunimento é usado para conseguir uma superfície interna lisa. Um bom brunimento é importante para o funcionamento confiável do motor de combustão interna: o furo deve ter uma macrogeometria perfeita ele precisa ser rendondo e cilíndrico. A superfície deve ser áspera para permitir que a adesão do óleo, e ao mesmo tempo, tem que ser muito fina para permitir que os pistões e anéis de pistão deslizem sobre a mesma sem danos.

Esses requisitos aparentemente contraditórios são conseguidos em vários passos do brunimento. Para um brunimento sem falhas é necessária uma interação perfeita. Asseguramos que todas as camisas de cilindro MAHLE cumprem os padrões estritos de qualidade ao usar apenas as melhores máquinas de brunimento, pedras de brunimento de alta qualidade e óleos de brunimento cuidadosamente selecionados.

Clientes da indústria automotiva e das retíficas de motores apreciam a precisão dimensional e as diminutas tolerâncias relacionadas à forma e posição, combinadas com um acabamento de primeira classe, características que nem sempre são óbvias a olho nu. Nossos clientes sabem: a qualidade feita pela MAHLE é um pré-requisito para a boa qualidade da operação, baixo consumo de óleo e longa vida útil do motor .

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