Eixo de cames

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Os eixos de comando de válvulas são feitos de metal e são geralmente sólidos, embora às vezes sejam usados eixos de comando de válvulas ocos. Os materiais utilizados para um eixo de comando de válvulas são geralmente ambos:

• Ferro fundido: Comumente utilizados em grandes volumes de produção, os eixos de comando de válvulas de ferro frio possuem boa resistência ao desgaste, uma vez que o processo de refrigeração os endurece. Outros elementos são adicionados ao ferro antes da fundição para tornar o material mais adequado para sua aplicação.
• Aço-billet: Quando um eixo de comando de válvulas de alta qualidade ou baixo volume de produção é necessário, os construtores de motores e fabricantes de eixos de comando de válvulas escolhem o tarugo de aço. Este é um processo muito mais demorado e geralmente mais caro do que outros métodos. O método de construção é normalmente ou forjamento, usinagem (usando um torno metálico ou uma fresa), fundição ou hidroconformação. Podem ser utilizados diferentes tipos de barras de aço, sendo um exemplo a EN40b. Ao fabricar um eixo de comando a partir da EN40b, o eixo de comando será também tratado termicamente através de nitretação a gás, o que altera a microestrutura do material. Ela dá uma dureza superficial de 55-60 HRC, adequada para uso em motores de alto desempenho.

Layouts de transmissão de válvulasEdit

Os motores de combustão interna mais antigos utilizavam um layout de cames em bloco (como as válvulas de cabeça cilíndrica), onde o eixo de comando de válvulas está localizado dentro do bloco do motor, perto do fundo do motor. Com o aumento da velocidade do motor ao longo do século 20, os motores com eixo de comando de válvulas simples (SOHC) – onde o eixo de comando está localizado dentro do bloco de cilindros próximo ao topo do motor – tornaram-se cada vez mais comuns, seguidos pelos motores com eixo de comando de válvulas duplo (DOHC) nos anos mais recentes.

O layout do comando de válvulas é definido de acordo com o número de eixos de comando por banco de cilindros. Portanto, um motor V6 com um total de quatro árvores de cames (duas por banco de cilindros) é geralmente referido como um motor com duplo eixo de comando de válvulas, embora coloquialmente sejam às vezes referidos como motores “quad-cam”.

Em um motor com válvula suspensa, o eixo de comando de válvulas pressiona uma haste que transfere o movimento para o topo do motor, onde um balancim abre a válvula de admissão/exaustão. Para motores OHC e DOHC, o eixo de comando de válvulas opera a válvula diretamente ou através de um balancim curto.

Sistemas de acionamentoEdit

Controle preciso da posição e velocidade do eixo de comando de válvulas é extremamente importante para permitir que o motor funcione corretamente. O eixo de comando é acionado diretamente pelo virabrequim, geralmente através de uma correia dentada de borracha ou uma corrente de rolos de aço (chamada corrente dentada). Ocasionalmente também têm sido utilizadas engrenagens para acionar o eixo de comando de válvulas. Em alguns projetos o eixo de comando de válvulas também aciona o distribuidor, bomba de óleo, bomba de combustível e ocasionalmente a bomba de direção hidráulica.

Uma alternativa utilizada nos primeiros tempos dos motores OHC era acionar o(s) eixo(s) de comando de válvulas através de um eixo vertical com engrenagens cônicas em cada extremidade. Este sistema era utilizado, por exemplo, nos carros Peugeot e Mercedes Grand Prix anteriores à Primeira Guerra Mundial. Outra opção era usar um excêntrico triplo com bielas; estas eram usadas em certos motores W.O. Bentley e também no Leyland Eight.

Num motor de dois tempos que usa uma cambota, cada válvula é aberta uma vez para cada rotação da cambota; nestes motores, a cambota gira à mesma velocidade que a cambota. Em um motor de quatro tempos, as válvulas são abertas apenas metade das vezes; assim, duas rotações completas do virabrequim ocorrem para cada rotação do eixo de comando.

Características de desempenhoEditar

DuraçãoEditar

A duração da árvore de cames determina por quanto tempo a válvula de admissão/extracção está aberta, portanto é um factor chave na quantidade de potência que um motor produz. Uma maior duração pode aumentar a potência a altas rotações do motor (RPM), contudo isto pode vir com o compromisso de produzir menos binário a baixas RPM.

A medida da duração para uma árvore de cames é afectada pela quantidade de elevação que é escolhida como ponto de partida e de chegada da medida. Um valor de elevação de 0,050 pol. (1,3 mm) é frequentemente utilizado como um procedimento de medição padrão, uma vez que este é considerado mais representativo da faixa de elevação que define a faixa de RPM na qual o motor produz potência de pico. As características de potência e marcha lenta sem carga de um eixo de comando de válvulas com a mesma duração que foi determinada usando diferentes pontos de elevação (por exemplo 0,006 ou 0,002 polegadas) podem ser muito diferentes de um eixo de comando de válvulas com uma duração nominal usando pontos de elevação de 0,05 polegadas.

Um efeito secundário de duração aumentada pode ser aumentado de sobreposição, o que determina o período de tempo em que tanto as válvulas de admissão como as de escape estão abertas. É a sobreposição que mais afeta a qualidade do ocioso, na medida em que o “blow-through” da carga de admissão imediatamente para fora através da válvula de escape que ocorre durante a sobreposição reduz a eficiência do motor, e é maior durante a operação de baixa RPM. Em geral, o aumento da duração de uma árvore de cames tipicamente aumenta a sobreposição, a menos que o ângulo de separação do lóbulo seja aumentado para compensar.

LiftEdit

O elevador da árvore de cames determina a distância entre a válvula e o assento da válvula (isto é, a distância entre a válvula e o assento da válvula). Quanto mais afastada a válvula da sede, mais fluxo de ar pode ser fornecido, aumentando assim a potência produzida. Um levantamento maior da válvula pode ter o mesmo efeito de aumentar a potência de pico que um aumento da duração, sem os inconvenientes causados pelo aumento da sobreposição da válvula. A maioria dos motores de válvulas aéreas tem uma relação balancim superior a uma, portanto a distância que a válvula abre (o elevador da válvula) é maior do que a distância do pico do lóbulo da árvore de cames ao círculo base (o elevador da árvore de cames).

Existem vários fatores que limitam a quantidade máxima de elevação possível para um determinado motor. Em primeiro lugar, a elevação crescente aproxima as válvulas do pistão, de modo que a elevação excessiva pode fazer com que as válvulas sejam atingidas e danificadas pelo pistão. Em segundo lugar, o aumento da elevação significa que é necessário um perfil de eixo de comando mais inclinado, o que aumenta as forças necessárias para abrir a válvula. Uma questão relacionada é o flutuador da válvula em altas RPM, onde a tensão da mola não fornece força suficiente para manter a válvula seguindo a came no seu ápice ou evitar que a válvula salte quando retorna ao assento da válvula. Isto pode ser o resultado de uma subida muito acentuada do sector, onde o rolamento da came se separa do sector de came (devido à inércia da transmissão da válvula ser maior que a força de fecho da mola da válvula), deixando a válvula aberta por mais tempo que o previsto. O flutuador da válvula causa uma perda de potência a altas RPM e em situações extremas pode resultar em uma válvula dobrada se ela for atingida pelo pistão.

TimingEdit

A temporização (ângulo de fase) do eixo de came em relação ao virabrequim pode ser ajustada para deslocar a faixa de potência de um motor para uma faixa de RPM diferente. O avanço da árvore de cames (deslocando-a para a frente da cronometragem da cambota) aumenta o baixo torque RPM, enquanto que o retardamento da árvore de cames (deslocando-a para trás da cambota) aumenta a alta potência RPM. As mudanças necessárias são relativamente pequenas, muitas vezes na ordem de 5 graus.

Motores modernos, que têm uma regulagem variável de válvulas, são muitas vezes capazes de ajustar a regulagem do eixo de comando para se adequar às RPM do motor em qualquer momento. Isto evita o compromisso acima descrito quando se escolhe uma regulação fixa da came para utilização tanto em RPM altas como baixas.

Ângulo de separação dos lóbulosEditar

O ângulo de separação dos lóbulos (LSA, também chamado ângulo da linha de centro do lóbulo) é o ângulo entre a linha de centro dos lóbulos de admissão e a linha de centro dos lóbulos de escape. Um LSA mais elevado reduz a sobreposição, o que melhora a qualidade do ralenti e o vácuo de admissão, no entanto, a utilização de um LSA mais amplo para compensar a duração excessiva pode reduzir a potência e o binário de saída. Em geral, o LSA ideal para um determinado motor está relacionado com a relação entre o volume do cilindro e a área da válvula de admissão.

Manutenção e desgasteEditar

p>Muitos motores mais antigos exigiam ajuste manual dos balancins ou pushrods para manter a folga correta das válvulas à medida que o trem de válvulas se veste (em particular as válvulas e sedes das válvulas). No entanto, a maioria dos motores modernos possuem elevadores hidráulicos que compensam automaticamente o desgaste, eliminando a necessidade de ajustar a folga da válvula em intervalos regulares.

Fricção deslizante entre a superfície da came e o seguidor da came que desliza sobre ela pode ser considerável. A fim de reduzir o desgaste neste ponto, a came e o rolamento são ambos temperados à superfície, e os óleos de motor modernos contêm aditivos para reduzir o atrito de deslizamento. Os lobos do eixo de cames são geralmente ligeiramente cônicos e as faces dos elevadores de válvulas ligeiramente abobadadas, fazendo com que os elevadores girem para distribuir o desgaste sobre as peças. As superfícies da came e da placa de comando são projetadas para “desgastar” juntas, e portanto cada placa de comando deve permanecer com seu lóbulo de came original e nunca ser movida para um lóbulo diferente. Alguns motores (particularmente aqueles com lóbulos de cames íngremes) usam tuchos de rolos para reduzir o atrito deslizante no eixo de cames.

Os rolamentos dos eixos de cames, similares aos do virabrequim, são mancais lisos que são alimentados por pressão com óleo. No entanto, os rolamentos do eixo de comando aéreo nem sempre possuem casquilhos substituíveis, caso em que todo o cabeçote deve ser substituído se os rolamentos estiverem defeituosos.

AlternativasEditar

Além do atrito mecânico, é necessária uma força considerável para abrir as válvulas contra a resistência proporcionada pelas molas da válvula. Isto pode chegar a uma estimativa de 25% da potência total de um motor ao ralenti, reduzindo a eficiência global.

Os seguintes sistemas alternativos têm sido utilizados em motores de combustão interna:

• Válvulas desmodrómicas, onde as válvulas são positivamente fechadas por um sistema de came e alavanca em vez de molas. Este sistema tem sido utilizado em várias motos Ducatti desde que foi introduzido na Ducati 125 Desmo de 1956.
• Motor de pistão sem cames, que utilizam actuadores electromagnéticos, hidráulicos ou pneumáticos. Usada pela primeira vez em motores turboalimentados de Fórmula 1 da Renault em meados dos anos 80 e prevista para uso em carros de estrada na Koenigsegg Gemera.
• Motor Wankel, um motor rotativo que não usa pistões nem válvulas. Mais notavelmente utilizado pela Mazda desde o Mazda Cosmo de 1967 até o Mazda RX-8 ser descontinuado em 2012.