Pistão trincado pode ser causado por alterações nos mapas de injeção diesel da Ranger 3.2

Os termos utilizados em algumas oficinas que desconstroem tudo que a engenharia planejou pensando no melhor desempenho e controle de emissões são: chipar o motor, remapear o módulo, dar um grau, motor bombado e outros.

Como não há controle governamental, cada um faz o que acha ser melhor para o seu veículo, independente das consequências para o meio ambiente e inclusive para o proprietário, que deseja que sua picape seja a mais poderosa possível.

O motor diesel trabalha sob condições de pressões e temperaturas elevadas e alguns componentes, como os pistões, são os que mais sofrem durante o funcionamento do motor.

Nas condições planejadas para o funcionamento adequado do motor, todos os parâmetros de funcionamento são considerados e ainda é mantida uma margem de segurança para garantir o uso prolongado do motor.

Quando o motor recebe alterações no sistema de injeção para se obter mais potência, aquela margem de segurança prevista pela engenharia é eliminada e as possibilidades de danos ao motor são potencializadas.

Foi o que aconteceu com o motor Ford 3.2 Duratorq turbodiesel de 5 cilindros, que é bem conhecido por equipar vários modelos de picapes, SUVs e Vans. (Fig.1):

• 1. Turbocompressor;
• 2. Coletor de escape;
• 3. Cárter;
• 4. Volante do motor;
• 5. Bomba de vácuo;
• 6. Common Rail;
• 7. Tampa de válvulas;
• 8. Válvula termostática;
• 9. Bomba d’água;
• 10. Bomba de alta pressão diesel;
• 11. Coletor de admissão;
• 12. Trocador de calor do óleo lubrificante;
• 13. Válvula EGR.

Este motor foi atualizado para atender aos padrões de emissões norte-americanos e também atender aos padrões de emissões de outros países, por isso foi equipado com um sistema de injeção de combustível Common Rail de alta pressão e injetores piezo que podem pulverizar até cinco injeções diferentes por ciclo de compressão. 

Também é equipado com um sistema EGR refrigerado a água para reduzir a temperatura dos gases de escape antes de serem recirculados pela admissão. Uma característica única do sistema de emissões é que o catalisador de oxidação diesel (DOC) e o DPF foram combinados em uma única unidade, em oposição aos dois tradicionais separados.

O motor diesel 3.2L Duratorq utiliza cabeçote de alumínio com 2 partes aparafusadas entre si. A parte inferior contém 4 válvulas para cada câmara de combustão e 2 árvores de comando.  A parte superior aloja a armação do balancim com roletes e o ajuste de folga da válvula hidráulica está integrado aos balancins. (Fig.2):

• 1. Cárter;
• 2. Extensão do cárter;
• 3. Bloco do motor;
• 4. Cabeçote inferior;
• 5. Cabeçote superior;
• 6. Tampa de válvulas.
• As árvores de comando e a bomba de injeção de combustível são acionadas pela árvore de manivelas através da corrente de sincronização. A bomba de óleo também é acionada pela árvore de manivelas, mas por outra corrente. (Fig.3)

Equipado com turbo de geometria variável para ajuste imediato do fluxo de ar de admissão, permite aumentar a potência e melhorar a economia de combustível, atuando com desempenho em todas as fixas de rotações do motor.

O motor também possui uma bomba de óleo de fluxo variável, bem como pistões de alumínio fundido de baixa fricção, com esguichos de óleo para melhorar o resfriamento durante condições de maior exigência de potência do motor. (Fig.4 e 5)

Lembrando que todos estes recursos foram desenvolvidos e dimensionados para funcionar nas condições originais do motor. Uma pergunta bem simples: será que algum alterador de mapas de ECUs pensou no volume de óleo pulverizado no pistão para resfriar com mais eficiência?

A picape que deu origem a esta matéria chegou na oficina que conserta motores e sistemas de injeção, mas não foi nesta oficina que a alteração no módulo foi realizada.

O funcionamento do motor estava irregular e em alguns casos para ter a certeza do diagnóstico, é preciso fazer a desmontagem do motor. Assim que o cabeçote foi removido, já ficou evidente o que estava acontecendo. Encontrar pistões trincados deixa o proprietário preocupado com o prejuízo e o tempo sem o carro. (Fig.6 e 7)

Podemos atribuir as causas das rachaduras ao sistema de injeção, que de alguma maneira gerou as condições de estresse destes componentes, provocando alterações de temperaturas variadas entre baixas e muito elevadas.

O maior desafio em qualquer motor é fazer o controle seguro das temperaturas geradas durante o processo de combustão, vale relembrar que o motor do ciclo Diesel tem a maior eficiência energética entre todos os demais motores de combustão interna. 

Mesmo com esta eficiência, o motor Diesel perde praticamente a metade da energia gerada na forma de calor durante o processo de combustão. O calor acumulado pode elevar as temperaturas ao limite de fusão de alguns metais ou atingir o ponto de fadiga durante a dilatação e quando houver esfriamento, surgirão as microfraturas, que evoluem com o tempo de uso do motor e provocam as rachaduras bem visíveis nos pistões.

Determinar a causa exata das rachaduras nos pistões depende de avaliações criteriosas, mas podemos fazer uma lista das possíveis causas:

• ✓ Bico injetor defeituoso ou incorreto;
• ✓ Ponto de injeção incorreto;
• ✓ Quantidade incorreta de combustível injetado;
• ✓ Compressão incompatível;
• ✓ Falta de refrigeração do pistão;
• ✓ Instalação de pistões com formato incorreto;
• ✓ Melhoria no desempenho, por exemplo, alterar o mapa de injeção.

A câmara de combustão do motor diesel está localizada na cabeça do pistão e ao alterar os modos de operação do motor faz a temperatura nas seções do pistão mudar, o que leva a um aumento nas tensões de temperatura.

Ao forçar um motor a diesel, por exemplo, devido à turboalimentação, a potência e o torque aumentam e, portanto, as cargas térmicas e mecânicas que atuam no pistão, o que leva à sua destruição prematura.

Assim, a diferença de temperatura com grande variação leva ao aparecimento de trincas e a carga térmica cíclica do pistão leva ao crescimento da trinca.

No entanto, na maioria das vezes, junto com transferências de calor cíclicas, mesmo uma pequena carga mecânica leva ao aprofundamento de rachaduras até a destruição total. 

Em outras palavras, após o aparecimento de trincas por estresse de temperatura, o estresse por ação de gases completa o processo de destruição. O desenvolvimento de trincas por tensões de temperatura pode começar não apenas na superfície, mas também dentro da seção do pistão na presença de quaisquer imperfeições estruturais. (Fig.8 e 9)

O funcionamento do motor diesel em rotações variadas pode levar ao aparecimento de trincas nas bordas. Isso eleva a temperatura dos gases da combustão e devido ao aquecimento desigual do pistão, as tensões de temperaturas ocorrem com uma grande diferença. 

Como o material nas camadas superficiais está se expandindo mais intensamente do que a espessura do material do pistão, a borda da câmara de combustão está sofrendo tensões de compressão, que podem dar início às rachaduras.