No intrincado mundo da engenharia
automotiva, o eixo de cames
desempenha um papel fundamental na
funcionalidade e eficiência de um
motor. A pergunta "O que faz um eixo
de cames?" revela a complexidade e
inovação por trás dos motores de
combustão interna. Este componente é
essencial para controlar as válvulas
de admissão e escape do motor,
orquestrando o tempo preciso
necessário para um desempenho ideal.
Ao converter o movimento
rotacional em movimento linear, o
eixo de cames garante que a entrada
de combustível e a expulsão do
escape ocorram nos momentos certos.
Através da compreensão da função do
eixo de cames, ganha-se uma visão
sobre a notável engenharia que
alimenta veículos em todo o mundo.
No coração de cada motor de combustão
está o eixo de cames, um componente cujo
papel é crucial, mas muitas vezes
subestimado. É essencial reconhecer que
esse gênio da engenharia influencia
diretamente o desempenho e a eficiência
de um motor.
A principal função do eixo de cames é
regular a abertura e o fechamento das
válvulas de admissão e escape do motor.
Fá-lo através de uma dança sincronizada
de rotação e timing. À medida que o eixo
de cames gira, cada lóbulo do eixo de
cames - uma protrusão meticulosamente
projetada - interage com elevadores de
válvulas ou empurradores para controlar
com precisão o tempo e a duração que as
válvulas permanecem abertas. Esta
operação harmoniosa garante que o
combustível possa entrar na câmara de
combustão e o escape possa sair nos
momentos ideais, impactando diretamente
a potência do motor e a economia de
combustível.
O papel do eixo de cames em um motor de
combustão não pode ser exagerado. Ao
ditar o tempo das aberturas das
válvulas, desempenha um papel
fundamental no processo de respiração do
motor. A eficiência deste processo é o
que permite a um veículo deslizar sem
esforço na estrada ou rugir para a vida
com energia.
A inovação por trás do design de cada
eixo de cames e a precisão com que o
eixo de cames gira ressaltam a
complexidade da moderna engenharia
automotiva.Esses componentes funcionam
incansavelmente e invisível, mas são
fundamentais para a capacidade do motor
de aproveitar a energia do combustível.
Agora que você tem uma compreensão da
função do eixo de cames, é importante
saber como eles funcionam.
Noções Básicas da Eixo de Cams
As partes chave de qualquer eixo de
cames são os lóbulos. À medida que o
eixo de cames gira, os lóbulos abrem e
fecham as válvulas de admissão e escape
a tempo com o movimento do pistão.
Acontece que há uma relação direta entre
a forma dos lóbulos de came e a maneira
como o motor executa em diferentes
faixas de velocidade.
Para entender por que isso é o caso,
imagine que estamos rodando um motor
extremamente lentamente - a apenas 10 ou
20 rotações por minuto (RPM) - de modo
que o pistão leva alguns segundos para
completar um ciclo. Seria impossível
rodar um motor normal tão devagar, mas
imaginemos que poderíamos. A esta
velocidade lenta, gostaríamos que os
lóbulos da câmara fossem moldados de
modo que:
·
Assim como o pistão começa a se
mover para baixo no curso de
admissão (chamado de centro
morto superior, ou TDC), a
válvula de admissão abriria. A
válvula de admissão fecharia à
medida que o pistão se afundava.
·
A válvula de escape abriria à
direita quando o pistão se
afundava (chamado centro morto
inferior, ou BDC) no final do
curso de combustão, e fecharia à
medida que o pistão completa o
curso de exaustão.
Esta configuração funcionaria muito bem
para o motor, desde que funcionasse a
esta velocidade muito lenta. Mas o que
acontece se você aumentar o RPM? Vamos
descobrir.
Quando você aumenta a RPM, a
configuração de 10 a 20 RPM para o eixo
de cames não funciona bem. Se o motor
estiver funcionando a 4.000 RPM, as
válvulas estão abrindo e fechando 2.000
vezes a cada minuto, ou 33 vezes a cada
segundo. A essas velocidades, o pistão
está se movendo muito rapidamente, então
a mistura ar/combustível correndo para o
cilindro está se movendo muito
rapidamente também.
Quando a válvula de admissão abre e o
pistão inicia seu curso de admissão, a
mistura ar/combustível no corredor de
admissão começa a acelerar para o
cilindro. Quando o pistão atinge a parte
inferior de seu curso de admissão, o
ar/combustível está se movendo a uma
velocidade bastante alta. Se fechássemos
a válvula de admissão, todo aquele
ar/combustível pararia e não entraria no
cilindro. Ao deixar a válvula de
admissão aberta um pouco mais, o momento
do ar/combustível em movimento rápido
continua a forçar o ar/combustível para
dentro do cilindro à medida que o pistão
inicia seu curso de compressão. Assim,
quanto mais rápido o motor vai, mais
rápido o ar/combustível se move, e mais
tempo queremos que a válvula de admissão
permaneça aberta. Também queremos que a
válvula abra mais a velocidades mais
altas - este parâmetro, chamado elevador
da válvula, é regido pelo perfil do lobo
da câmara.
A animação acima mostra como uma cam
regular e uma cam de desempenho têm
diferentes temporizações de válvula.
Observe que os ciclos de escape (círculo
vermelho) e admissão (círculo azul) se
sobrepõem muito mais na câmara de
desempenho. Devido a isso, carros com
este tipo de câmera tendem a correr
muito grosseiramente em marcha lenta.
Qualquer eixo de cames dado será
perfeito apenas a uma velocidade do
motor. A cada outra velocidade do motor,
o motor não vai funcionar em todo o seu
potencial. Um eixo de cames fixo é,
portanto, sempre um compromisso. É por
isso que as montadoras desenvolveram
esquemas para variar o perfil de came
conforme a velocidade do motor muda.
Existem vários arranjos diferentes de
eixos de cames nos motores. Vamos falar
sobre alguns dos mais comuns. Você
provavelmente já ouviu a terminologia:
·
Câmara aérea única (SOHC)
·
Câmara de came dupla (DOHC)
·
Pushrod
Na próxima seção, veremos cada uma
dessas configurações.
Este arranjo denota um motor com uma
came por cabeça. Então, se for um motor
inline de 4 cilindros ou inline de 6
cilindros, terá um cam; se for um V-6 ou
V-8, terá duas câmaras (uma para cada
cabeça).
A câmara actua braços rocker que
pressionam para baixo as válvulas,
abrindo-as. As molas devolvem as
válvulas à sua posição fechada. Estas
molas têm que ser muito fortes porque em
altas velocidades do motor, as válvulas
são empurradas para baixo muito
rapidamente, e são as molas que mantêm
as válvulas em contato com os braços
rocker. Se as molas não fossem fortes o
suficiente, as válvulas poderiam sair
dos braços rocker e quebrar de volta.
Esta é uma situação indesejável que
resultaria em desgaste extra nas câmeras
e braços rocker.
NewCams
· CamShaft
Em motores de came aéreo simples e
duplo, as cames são acionadas pelo
virabrequim, através de uma correia ou
corrente chamada correia dentada ou
corrente dentada. Essas correias e
correntes precisam ser substituídas ou
ajustadas em intervalos regulares. Se
uma correia de temporização quebrar, a
came vai parar de girar e o pistão pode
bater nas válvulas abertas.
Câmara aérea dupla
NewCams
· CamShaft
Um motor de came duplo overhead tem duas
cames por cabeça. Os motores inline têm
duas câmaras, e os motores V têm quatro.
Normalmente, câmeras aéreas duplas são
usadas em motores com quatro ou mais
válvulas por cilindro - um único eixo de
cames simplesmente não pode caber lobos
de came suficientes para acionar todas
essas válvulas.
A principal razão para usar câmaras
aéreas duplas é permitir mais válvulas
de admissão e escape. Mais válvulas
significa que os gases de admissão e
escape podem fluir mais livremente
porque há mais aberturas para eles
fluir. Isto aumenta a potência do motor.
A configuração final que vamos abordar
neste artigo é o motor pushrod.
Motores empurradores
Como os motores SOHC e DOHC, as válvulas
de um motor pushrod estão localizadas na
cabeça, acima do cilindro. A principal
diferença é que o eixo de cames em um
motor pushrod está dentro do bloco do
motor, em vez de na cabeça.
A câmara actua hastes longas que vão
para cima através do bloco e para dentro
da cabeça para mover os rockers. Estas
hastes longas adicionam massa ao
sistema, o que aumenta a carga nas molas
da válvula. Isso pode limitar a
velocidade dos motores de pressão; o
eixo de cames superior, que elimina o
empurrão do sistema, é uma das
tecnologias do motor que possibilitou
maiores velocidades do motor.
Um Motor Pushrod
O eixo de cames em um motor pushrod é
frequentemente conduzido por engrenagens
ou uma corrente curta. Os acionamentos
de engrenagens são geralmente menos
propensos a ruptura do que os
acionamentos de correia, que são
frequentemente encontrados em motores de
came aéreo.
Uma grande coisa na concepção de
sistemas de eixo de cames é variar o
tempo de cada válvula. Vamos ver o tempo
da válvula na próxima secção.
Há um par de maneiras novas pelas quais
os fabricantes de automóveis variam o
sincronismo da válvula. Um sistema
utilizado em alguns motores Honda é
chamado VTEC.
VTEC (Variable Valve Timing and Lift
Electronic Control) é um sistema
eletrônico e mecânico em alguns motores
Honda que permite que o motor tenha
múltiplos eixos de cames. Os motores
VTEC têm uma câmara de admissão extra
com o seu próprio rocker, que segue esta
câmara. O perfil desta câmara mantém a
válvula de admissão aberta por mais
tempo do que o outro perfil da câmara.
Em baixas velocidades do motor, este
balancim não está conectado a nenhuma
válvula. Em altas velocidades do motor,
um pistão bloqueia o balancim extra para
os dois balancins que controlam as duas
válvulas de admissão.
NewCams
· CamShaft
Alguns carros usam um dispositivo que
pode avançar o sincronismo da válvula.
Isso não mantém as válvulas abertas por
mais tempo; em vez disso, abre-os mais
tarde e fecha-os mais tarde. Isso é
feito girando o eixo de cames à frente
alguns graus. Se as válvulas de admissão
normalmente abrem a 10 graus antes do
centro morto superior (TDC) e fecham a
190 graus após TDC, a duração total é de
200 graus. Os tempos de abertura e
fechamento podem ser alterados usando um
mecanismo que gira um pouco a came à
frente enquanto gira. Assim, a válvula
pode abrir a 10 graus após TDC e fechar
a 210 graus após TDC. Fechar a válvula
20 graus depois é bom, mas seria melhor
poder aumentar a duração que a válvula
de admissão está aberta.
Ferrari tem uma maneira muito legal de
fazer isso. Os eixos de cames em alguns
motores Ferrari são cortados com um
perfil tridimensional que varia ao longo
do comprimento do lobo de came. Em uma
extremidade do lobo da câmara está o
perfil de câmara menos agressivo, e na
outra extremidade é o mais agressivo. A
forma da câmara combina suavemente estes
dois perfis juntos. Um mecanismo pode
deslizar todo o eixo de cames
lateralmente para que a válvula engate
diferentes partes da came. O eixo ainda
gira como um eixo de cames regular --
mas deslizando gradualmente o eixo de
cames lateralmente à medida que a
velocidade do motor e a carga aumentam,
o sincronismo da válvula pode ser
otimizado.
Vários fabricantes de motores estão
experimentando sistemas que permitiriam
infinita variabilidade no sincronismo
das válvulas. Por exemplo, imagine que
cada válvula tivesse um solenóide que
pudesse abrir e fechar a válvula usando
controle de computador, em vez de
depender de um eixo de cames. Com este
tipo de sistema, você obteria o máximo
desempenho do motor a cada RPM. Algo
para esperar no futuro...
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