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In the last few decades questions about emissions level control for internal combustion engines as well as fuel consumption reduction have been debated in a global bases with clear deployments in more restricted control specifications to allow the commercialization of new internal combustion engines to more restrictive markets that look for a better life quality and environment. Even with the introduction of new technologies the engines still present a significant loss of energy due to the mechanical friction. With base in this context, the new development projects seek for high mechanical-thermal efficiency linked with engineer that can benefit the engine performance with a better combustion process and reduced friction as well. One of the most relevant contributors for the friction in an engine is the piston-piston ring-cylinder liner system which has been the focus of many research works with focus on reduce engine friction losses. The properties of Diamond-Like Carbon films (DLC) are well-known such as superior wear resistance and low friction coefficients that makes suitable for many different tribology applications. This work evaluates the application of a graded hydrogen amorphous DLC film with applied over cylinder liner running surface. The methodology approach two coating thickness: 2.5 and 12.5 μm, deposited by the plasma assisted chemical vapor deposition process (PACVD) as the alternative solution for engine friction reduction and thus a reduction on brake specific fuel consumption (BSFC), and a improved wear resistance behavior of the piston rings and cylinder liner contact surfaces as well. By using baseline parts without inner DLC coating and DLC coated parts with similar running roughness surfaces, comparative reciprocating bench tests showed a tendency of coefficient of friction (COF) reduction in up to 19%. In a same trend, fired gasoline and diesel engine tests showed a friction mean effective pressure reduction (FMEP) in to 12% and small brake specific fuel consumption (BSFC) in up to 2.5% at low engine speed range respectively. SUMÁRIO Página 1 INTRODUÇÃO 16 2 OBJETIVOS 18 3 REVISÃO DA LITERATURA 19 3.1 Perdas Mecânicas em motores à combustão interna 19 3.2 Motores à combustão interna 22 3.2.1 Motores de ignição por centelha 22 3.2.2 Motores de ignição por compressão 22 3.2.3 Potência e torque 23 3.2.4 Eficiência mecânica 24 3.2.5 Pressão média efetiva 25 3.2.6 Consumo específico de combustível 26 3.3 As novas leis de emissões para redução do consumo de combustível 26 3.4 Camisa de cilindro 28 3.5 Anéis de pistão e sua interação com a camisa de cilindro 23 3.6 Materiais utilizados em camisas de cilindro 34 3.7 Superfície de trabalho em uma camisa de cilindro 35 3.7.1 Brunimento 36 3.7.2 Ângulo de brunimento 38 3.7.3 Técnicas de medição e parâmetros de controle em superfícies brunidas... 39 3.7.4 Tipos de brunimento 46 3.8 Atrito gerado pelo contato dos anéis de pistão na camisa de cilindro  52 3.8.1 A influência do brunimento na redução do atrito do motor 53 3.9 Mecanismos de desgaste em camisas de cilindro 53 3.9.1 Desgaste adesivo 56 3.9.2 Desgaste abrasivo 57 3.10 Medição do desgaste em camisas após teste de rodagem 59 3.11 Engenharia de superfície em componentes de motor 60 3.12 Filmes à base de carbono tipo diamante – DLC 61 3.12.1 Incorporação de átomos de Si em filmes de carbono amorfo 65 3.12.2 Propriedades mecânicas dos filmes DLC 68 3.12.2.1 Tensão interna 70 3.12.2.2 Nanoindentação em filmes DLC 71 3.12.3 Módulo de elasticidade em filmes DLC 71 3.12.4 Propriedades tribológicas dos filmes DLC 73 3.12.5 Resistência ao desgaste 76 3.12.6 Deposição dos filmes DLC 77 3.12.7 Técnicas PACVD 78 3.12.8 Espectroscopia de espalhamento Raman 79 4 MATERIAIS E MÉTODOS 84 4.1 Metodologia adotada 84 4.2 Seleção das camisas de cilindro 87 4.3 Processo de deposição e características do filme DLC 89 4.4 Controle dimensional das camisas antes e após deposição do DLC 91 4.5 Caracterização microestrutural do filme DLC 92 4.5.1 Análises MEV/EDS 93 4.5.2 Difração de raios-X 94 4.5.3 Propriedades mecânicas 95 4.6 Propriedades tribológicas  97 4.6.1 Aquisição de dados e apresentação dos resultados do COF 100 4.7 Testes de motor ciclo Otto à gasolina para medir a força de atrito 101 4.8 Teste de motor ciclo Diesel 104 4.9 Pacote de anéis de pistão 107 4.10 Espectroscopia de espalhamento Raman 108 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 110 5.1 Primeira fase – Desenvolvimento do conceito 110 5.1.1 Verificação da integridade dimensional das camisas com filme DLC 110 5.1.2 Medição da rugosidade da superfície interna 119 5.1.3 Análise microestrutural do filme DLC 123 5.1.4 Difração de raios-X 126 5.1.5 Dureza do filme DLC 128 5.1.6 Coeficiente de atrito (COF) em bancada de teste recíproco de contato.... 129 5.1.7 Durabilidade do filme DLC – Recomendação de espessura do DLC 133 5.2 Segunda fase – Validação do conceito 138 5.2.1 Força de atrito em motor ciclo Otto com camisa flutuante 138 5.2.2 Teste de motor ciclo Diesel para medição do BSFC 140 5.2.3 Espectroscopia de espalhamento Raman no filme DLC após 125 h de rodagem em motor ciclo Diesel 143 6 CONCLUSÕES  146 APÊNDICE A – Circularidade das camisas HD 148 APÊNDICE B – Parâmetros de brunimento medidos na camisa HD1 149 APÊNDICE C – Parâmetros de brunimento medidos na camisa HD2 150 APÊNDICE D – Parâmetros de brunimento medidos na camisa HD4 151 APÊNDICE E – Parâmetros de brunimento medidos na camisa HD6 152 APÊNDICE F – Resumos dos valores de COF a 120°C (0h) 153 APÊNDICE G – Resumos dos valores de COF a 120°C (2h) 154 APÊNDICE H – Resumos dos valores de COF a 120°C (4h) 155 APÊNDICE I – Propriedades físico-química do óleo SAE30 156 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 157

Caracterização e desempenho de um filme de carbono amorfo hidrogenado tipo diamante (a-C:H) dopado com silício, aplicado em camisa de cilindro de motor à combustão interna