Funcionamento e detalhes do Motor de Partida dos motores de combustão interna automotivos

Para que o motor de combustão interna comece a funcionar, este precisa de um estímulo externo, algo que supere a inércia de seus componentes e o faça ganhar velocidade suficiente para finalmente, funcionar por si só. Este estímulo chama-se Motor de Partida, um motor de corrente contínua capaz de girar em uma rotação mais alta que a rotação mínima de funcionamento do motor de combustão interna (rotação de partida).

Fatores Influentes

Todo motor de combustão interna possui sua rotação de partida, aquela que quando atingida ou superada permite ao motor funcionar por si só. Mas essa rotação depende de alguns fatores como atrito nos mancais, tipo de óleo lubrificante, taxa de compressão, tipo de preparação da mistura, quantidade de cilindros, massa dos componentes móveis e temperatura externa. Todos esses fatores influem no quão robusto o motor de partida deverá ser, pois quando o motor de partida começa a girar o motor, este deve vencer os atritos internos devido ao fato do óleo ter escorrido para o cárter, a enorme compressão do ar nos cilindros e contar com a eficiência de formação da mistura ar-combustível pelo sistema de injeção, isso apenas em um cilindro.

Entretanto, o motor de partida está ligado a bateria, e esta é sensível a temperatura externa. Tendo em mente que o motor de partida consome em uma partida apenas, o mesmo que as meia-luzes ligadas durante 1h, não há dúvidas de que ele é o maior consumidor do sistema elétrico automotivo, exigindo maior potência fornecida pela bateria. Quando a temperatura externa é baixa, a resistência interna da bateria aumenta, por consequência sua potência fornecida também é reduzida. Isso demonstra que além das dificuldades de formação da mistura a frio, existe também a baixa performance da bateria a frio.

Componentes

  • Carcaça;
  • Massas Polares;
  • Bobinas de Campo;
  • Induzido;
  • Suporte das Escovas;
  • Pinhão de Engrenamento;
  • Roda livre;
  • Embreagem de lâminas;
  • Alavanca de Acionamento;
  • Solenoide;
  • Tampas.

Carcaça

 

 

Trata-se da parte central do motor de partida, podendo ser fabricada em aço ou ligas leves, serve de apoio para as massas polares e se encaixa com as tampas.

Massas Polares/Sapatas Polares

 

 

São pequenos blocos de liga de ferro e silício, que são aparafusados na carcaça do motor de partida, possuem alta permeabilidade magnética e quando montadas nas bobinas de campo, formam seus núcleos.

Bobinas de Campo

Sua função é formar os campos magnético que permitem o funcionamento do motor, são espiras feitas de fio de cobre isoladas entre si em formato retangular, no centro das espiras se encaixam as massas polares.

Induzido

O induzido é um eixo diversos componentes já instalados, seu papel é fundamental para funcionamento do motor de partida. No eixo do induzido estão o Conjunto de Canaletes, pequenas peças de liga de ferro e silício dispostas longitudinalmente(paralelas ao eixo), os canaletes são montados lado a lado em volta de todo o eixo do induzido. Nos canaletes estão enroladas as bobinas do induzido, e assim como as bobinas de campo, são feitas de fios de cobre e localizam-se na extremidade traseira do eixo do induzido. Além disso as bobinas do induzido se ligam a um conjunto de lâminas, também disposto na extremidade traseira do motor de partida. Lâminas de cobre isoladas, e seu conjunto é chamado de Coletor. O coletor recebe a corrente elétrica através das escovas, e alimenta as bobinas do induzido, que formam o campo magnético do induzido.

Suporte das Escovas

Feita em chapa de aço, é uma peça alojada na parte traseira do motor de partida. Possui quatro alojamentos onde são colocadas as escovas. Dentro do alojamento estão as molas que empurram as escovas sobre os coletor. Das quatro escovas, duas estão ligadas a massa(ou terra, negativo da bateria) e duas são isoladas da massa.

Pinhão de Engrenamento

Na extremidade dianteira do eixo do induzido estão estrias helicoidais (fuso), sobre estas se desloca o pinhão de engrenamento quando empurrado pela alavanca de acionamento, fazendo o engrenamento do motor de partida com a cremalheira do volante.

O pinhão de engrenamento possui um componente muito importante para seu funcionamento eficaz. A roda livre. Em todos os tipos de motor de partida ela é necessária para, permitir o acionamento do motor de combustão pelo pinhão e o desacoplamento do pinhão da cremalheira, evitando que o motor de combustão, ao pegar, acione o motor de partida e o destrua. Existem alguns tipos de roda livre utilizada nos motores de partida.

Roda Livre de Roletes

Localizada no pinhão de engrenamento, a roda livre de roletes é composta por arrastador de com roda livre, pista de deslizamento, roletes e molas. Quando o motor de partida é acionado, o pinhão gira solidário ao eixo do induzido, assim os roletes giram até o estreitamento da pista de deslizamento, travando. Isso faz com que o eixo do induzido e o pinhão tornem-se totalmente solidários. No momento que o motor de combustão pega, sua velocidade ultrapassa a velocidade do motor de partida, o pinhão já não empurra com tanta força os roletes ao estreitamento do pista. Assim as molas comprimidas pelos roletes empurram os roletes de volta a sua posição inicial e o pinhão perde o acoplamento com a eixo do induzido, e por consequência com a cremalheira.

Roda Livre de Dentes Frontais

Outro tipo de roda livre utilizada em motores de combustão que necessitem de alto torque de partida. Neste caso a roda é composta por pinhão de dentes retos, contrapesos, dentes frontais, anel de desengrenamento, porca de acoplamento, mola, fuso, coxim de borracha, bucha do mancal e dentes retos. Após o motor de partida engrenar o pinhão de engrenamento com a cremalheira, e girar o motor de combustão, este pega e passa acionar o motor de partida. Isso pressiona o pinhão junto ao fuso, deslocando o pinhão para dentro do motor de partida. O pinhão é acoplado a roda livre através dos dentes frontais, que possuem forma de dentes de serra, e estes é que permitem também seu desacoplamento, pois o anel de desengrenamento é deslocado pelos contrapesos, logo afastando os dentes frontais. O pinhão retorna a sua posição de repouso.

Embreagem de Lâminas

Trata-se de um sistema utilizado quando há a necessidade de um torque de partida muito grande (Motores diesel, linha pesada). É composta de arrastador, lâminas externas, mola prato, acoplamento e anel de encosto. Quando o motor de partida é acionado, o eixo do induzido gira e com ele a embreagem de lâminas, nesta a porca de pressão com lâminas internas pode se deslocar axialmente devido ao fuso, a porca de pressão se desloca em direção a mola prato. Assim empurra o pinhão de engrenamento contra a cremalheira, e quando o motor de combustão pega, a mola prato empurra o a porca de pressão, que desacopla o pinhão de engrenamento da cremalheira.

Solenoide/Chave Eletromagnética/Relé de Acionamento

O solenoide é uma peça cilíndrica que fica alojada na parte superior do motor de partida. Feita em chapa de aço, aloja internamente duas bobinas de fio de cobre esmaltado, dispostas lado a lado. A bobina de retenção e a bobina de atração. O interior das espiras forma uma passagem para entrada de um corpo. Esse corpo é um pequeno cilindro de metal com permeabilidade magnética, e nele está ligado uma haste. Esta haste se liga a alavanca de comando do pinhão de engrenamento. Na extremidade traseira do solenoide estão dois parafusos, um deles é conectado um cabo de cobre que está ligado diretamente no borne positivo da bateria, enquanto no outro é conectado um cabo que se liga ao próprio motor de partida. Quando o solenoide é energizado, o corpo metálico é atraído pelo campo magnético das bobinas, e entra no solenoide. Assim a haste ligada ao corpo metálico movimenta a alavanca de comando, que empurra pinhão em direção a cremalheira do volante, e ao mesmo fecha, internamente, contato com os dois parafusos do solenoide, enviando tensão para o motor de partida que começa a girar.

Com isso, o motor de partida passa a receber tensão de 12V da linha 30 (Positivo direto da bateria) e a bobina de atração é desenergizada. Enquanto isso a bobina de retenção continua sendo percorrida pela corrente proveniente da linha 50, e isso mantém um campo magnético forte o suficiente, para segurar o corpo metálico ativando o interruptor até que o comutador de ignição seja desativado.

Tampas

Duas tampas completam a montagem do motor de partida, geralmente são feitas aço, ou ferro fundido ou ligas leves. Ambas possuem a função de servir de mancal para o eixo do induzido, que gira apoiado em buchas de latão ou de bronze, e assim tem seu desgaste reduzido. Mas apenas a tampa dianteira do motor de partida possui a função de servir de alojamento para o solenoide e alavanca de comando do pinhão de engrenamento.

Tipos

Motor de Partida com Fuso de Avanço e Engrenamento por Inércia

É o mais simples mecanismo de engrenamento de motores de partida. Na ponta do eixo do induzido está um fuso, sobre esse fuso se desloca o pinhão de engrenamento. Ao energizar o motor de partida, este começa a girar livre, sem engrenamento com a cremalheira, mas com o fuso também girando, o pinhão se desloca para a extremidade do eixo do induzido. Finalmente, quando o pinhão engrena com a cremalheira, o motor é acionado. Ao pegar, o motor facilmente supera a velocidade do motor de partida, e esse torque superior gera uma força axial que somada a força da mola de retorno, desengrena o pinhão da cremalheira.

Motor de Partida com Fuso de Avanço e Alavanca de Comando

É a versão anterior com adição do de uma alavanca de comando em forma de forquilha, que encaixa no pinhão de engrenamento e move este em direção a cremalheira do volante. Trata-se do tipo de motor de partida mais utilizado atualmente, e motivo pelo qual o explicaremos totalmente em Funcionamento.

Motor de Partida com Avanço do Pinhão por Induzido Deslizante

Neste caso, o acionamento do motor de partida é feito em dois estágios. O primeiro estágio ocorre ao se acionar a chave, consequentemente estamos acionando o solenoide. O induzido do solenoide aciona a alavanca de comando, e esta empurra o pinhão de engrenamento contra a cremalheira ao mesmo tempo que o induzido do motor de partida começa a girar. Isso ocorre suavemente, pois o induzido do solenoide aciona apenas a bobina de circuito em série do motor de partida,e isso faz com que ele gire o suficiente para o dente do pinhão encontrar o vão da cremalheira. O induzido do solenoide finalmente conecta o segundo estágio, o motor de partida recebe então corrente total de acionamento. Quando o motor de combustão interna pega e o solenoide é desenergizado, a força da mola de retorno do induzido do solenoide empurra a alavanca de comando, e esta traz de volta o pinhão de engrenamento para dentro do motor.

Funcionamento

O funcionamento do motor de partida é baseado em conceitos do eletromagnetismo. Sempre que um condutor elétrico está exposto a um campo magnético, e este for percorrido por uma corrente elétrica, sobre o condutor atuará uma força eletromagnética. Essa força será mais intensa quanto mais intenso for o campo magnético e a corrente elétrica. Além disso, a direção da força é perpendicular a direção do condutor e do campo magnético. Uma forma de entender a intensidade e o sentido da força eletromagnética, é utilizando a regra da mão direita. Apontando com o polegar o sentido da corrente elétrica, abra a mão e com os demais dedos aponte o sentido do campo elétrico, então o a direção da força será indicada pela palma da mão.

A força eletromagnética pode ser calculada pela fórmula:

\[ F = B*I*L*\sin\theta \]

Onde θ (theta) é o ângulo entre a corrente elétrica que percorre o condutor e o campo magnético no qual ele está submetido. Quando esse ângulo é 90°, o valor do Sen θ é 1. Então a força eletromagnética é máxima:

\[ F = B*I*L \]

Trazendo essa teoria para o motor de partida, temos que o campo magnético gerado no motor de partida é proveniente das bobinas do induzido e das bobinas de campo (sapatas polares). E o condutor no qual a corrente elétrica é percorrida, é o próprio induzido, mais precisamente os canaletes. O campo magnético envolve todo o induzido, então, sabendo que os canaletes estão ligado aos coletores, basta energizar o canalete que está no ponto de maior fluxo do campo magnético, que é justamento o ponto no qual o Sen θ é igual a 1. E é por este motivo que as escovas estão estrategicamente posicionadas a cada 90° sobre o coletor, para fazer percorrer uma corrente elétrica no canalete que está justamente formando um ângulo de 90° com o fluxo do campo magnético. Assim o induzido gira com força máxima, e produz o torque necessário para fazer girar o motor de combustão.

Motor de Partida com Fuso de Avanço e Alavanca de Comando

 

Quando giramos a chave no comutador de ignição até a posição 50, estamos ativando a linha 50 do circuito elétrico do automóvel. Esta linha energiza diretamente o solenoide do motor de partida, ou seja, estamos pondo o motor para funcionar. Quando o solenoide é energizado, quase que imediatamente a haste de acionamento da alavanca de comando é puxada para dentro dele, a alavanca de comando então empurra o pinhão, que gira devido ao fuso, e vai de encontro a cremalheira do volante. Nesse momento temos duas possibilidades: O pinhão pode entrar diretamente na cremalheira (acoplamento dente-vão), ou o pinhão pode esbarrar na cremalheira (acoplamento dente-dente).

Quando o dente do pinhão de engrenamento encontra o vão na cremalheira do volante, o pinhão gira, pois o corpo metálico atraído para dentro do solenoide fecha contato do induzido do motor de partida, fazendo este girar e acionar o motor de combustão.

Por outro lado, quando o dente do pinhão de engrenamento não encontra o vão na cremalheira, o corpo metálico atraído para dentro do solenoide, vence a força da mola de engrenamento do pinhão e fecha contato do induzido do motor de partida, este começa a girar. Ao girar, o pinhão encontra o vão na cremalheira e efetua o acoplamento. O fuso de avanço finaliza o engrenamento do pinhão, até que este esbarre no batente que há no eixo do induzido.

Manutenção

Assim como no Alternador, o Motor de Partida possui peças de manutenção, e elas são as escovas e suas molas. Com o uso estas se desgastam, e no caso das escovas não se pode ter um desgaste que vá além da metade de seu comprimento. Enquanto as molas devem ser analisadas para verificar se continuam com a força de compressão ideal sobre as escovas.