No intrincado mundo da engenharia
automotiva, o eixo de cames
desempenha um papel fundamental na
funcionalidade e efici¨ºncia de um
motor. A pergunta "O que faz um eixo
de cames?" revela a complexidade e
inovação por tr¨¢s dos motores de
combustão interna. Este componente ¨¦
essencial para controlar as v¨¢lvulas
de admissão e escape do motor,
orquestrando o tempo preciso
necess¨¢rio para um desempenho ideal.
Ao converter o movimento
rotacional em movimento linear, o
eixo de cames garante que a entrada
de combust¨ªvel e a expulsão do
escape ocorram nos momentos certos.
Atrav¨¦s da compreensão da função do
eixo de cames, ganha-se uma visão
sobre a not¨¢vel engenharia que
alimenta ve¨ªculos em todo o mundo.
No coração de cada motor de combustão
est¨¢ o eixo de cames, um componente cujo
papel ¨¦ crucial, mas muitas vezes
subestimado. É essencial reconhecer que
esse g¨ºnio da engenharia influencia
diretamente o desempenho e a efici¨ºncia
de um motor.
A principal função do eixo de cames ¨¦
regular a abertura e o fechamento das
v¨¢lvulas de admissão e escape do motor.
F¨¢-lo atrav¨¦s de uma dança sincronizada
de rotação e timing. À medida que o eixo
de cames gira, cada l¨®bulo do eixo de
cames - uma protrusão meticulosamente
projetada - interage com elevadores de
v¨¢lvulas ou empurradores para controlar
com precisão o tempo e a duração que as
v¨¢lvulas permanecem abertas. Esta
operação harmoniosa garante que o
combust¨ªvel possa entrar na câmara de
combustão e o escape possa sair nos
momentos ideais, impactando diretamente
a pot¨ºncia do motor e a economia de
combust¨ªvel.
O papel do eixo de cames em um motor de
combustão não pode ser exagerado. Ao
ditar o tempo das aberturas das
v¨¢lvulas, desempenha um papel
fundamental no processo de respiração do
motor. A efici¨ºncia deste processo ¨¦ o
que permite a um ve¨ªculo deslizar sem
esforço na estrada ou rugir para a vida
com energia.
A inovação por tr¨¢s 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 invis¨ªvel, mas são
fundamentais para a capacidade do motor
de aproveitar a energia do combust¨ªvel.
Agora que voc¨º tem uma compreensão da
função do eixo de cames, ¨¦ importante
saber como eles funcionam.
Noções B¨¢sicas da Eixo de Cams
As partes chave de qualquer eixo de
cames são os l¨®bulos. À medida que o
eixo de cames gira, os l¨®bulos abrem e
fecham as v¨¢lvulas de admissão e escape
a tempo com o movimento do pistão.
Acontece que h¨¢ uma relação direta entre
a forma dos l¨®bulos de came e a maneira
como o motor executa em diferentes
faixas de velocidade.
Para entender por que isso ¨¦ 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 imposs¨ªvel
rodar um motor normal tão devagar, mas
imaginemos que poder¨ªamos. A esta
velocidade lenta, gostar¨ªamos que os
l¨®bulos 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
v¨¢lvula de admissão abriria. A
v¨¢lvula de admissão fecharia ¨¤
medida que o pistão se afundava.
¡¤
A v¨¢lvula de escape abriria ¨¤
direita quando o pistão se
afundava (chamado centro morto
inferior, ou BDC) no final do
curso de combustão, e fecharia ¨¤
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 voc¨º aumentar o RPM? Vamos
descobrir.
Quando voc¨º 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
v¨¢lvulas estão abrindo e fechando 2.000
vezes a cada minuto, ou 33 vezes a cada
segundo. A essas velocidades, o pistão
est¨¢ se movendo muito rapidamente, então
a mistura ar/combust¨ªvel correndo para o
cilindro est¨¢ se movendo muito
rapidamente tamb¨¦m.
Quando a v¨¢lvula de admissão abre e o
pistão inicia seu curso de admissão, a
mistura ar/combust¨ªvel no corredor de
admissão começa a acelerar para o
cilindro. Quando o pistão atinge a parte
inferior de seu curso de admissão, o
ar/combust¨ªvel est¨¢ se movendo a uma
velocidade bastante alta. Se fech¨¢ssemos
a v¨¢lvula de admissão, todo aquele
ar/combust¨ªvel pararia e não entraria no
cilindro. Ao deixar a v¨¢lvula de
admissão aberta um pouco mais, o momento
do ar/combust¨ªvel em movimento r¨¢pido
continua a forçar o ar/combust¨ªvel para
dentro do cilindro ¨¤ medida que o pistão
inicia seu curso de compressão. Assim,
quanto mais r¨¢pido o motor vai, mais
r¨¢pido o ar/combust¨ªvel se move, e mais
tempo queremos que a v¨¢lvula de admissão
permaneça aberta. Tamb¨¦m queremos que a
v¨¢lvula abra mais a velocidades mais
altas - este parâmetro, chamado elevador
da v¨¢lvula, ¨¦ regido pelo perfil do lobo
da câmara.
A animação acima mostra como uma cam
regular e uma cam de desempenho t¨ºm
diferentes temporizações de v¨¢lvula.
Observe que os ciclos de escape (c¨ªrculo
vermelho) e admissão (c¨ªrculo 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 ser¨¢
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 ¨¦,
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 v¨¢rios arranjos diferentes de
eixos de cames nos motores. Vamos falar
sobre alguns dos mais comuns. Voc¨º
provavelmente j¨¢ ouviu a terminologia:
¡¤
Câmara a¨¦rea ¨²nica (SOHC)
¡¤
Câmara de came dupla (DOHC)
¡¤
Pushrod
Na pr¨®xima 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, ter¨¢ um cam; se for um V-6 ou
V-8, ter¨¢ duas câmaras (uma para cada
cabeça).
A câmara actua braços rocker que
pressionam para baixo as v¨¢lvulas,
abrindo-as. As molas devolvem as
v¨¢lvulas ¨¤ sua posição fechada. Estas
molas t¨ºm que ser muito fortes porque em
altas velocidades do motor, as v¨¢lvulas
são empurradas para baixo muito
rapidamente, e são as molas que mant¨ºm
as v¨¢lvulas em contato com os braços
rocker. Se as molas não fossem fortes o
suficiente, as v¨¢lvulas poderiam sair
dos braços rocker e quebrar de volta.
Esta ¨¦ uma situação indesej¨¢vel que
resultaria em desgaste extra nas câmeras
e braços rocker.
NewCams
¡¤ CamShaft
Em motores de came a¨¦reo simples e
duplo, as cames são acionadas pelo
virabrequim, atrav¨¦s de uma correia ou
corrente chamada correia dentada ou
corrente dentada. Essas correias e
correntes precisam ser substitu¨ªdas ou
ajustadas em intervalos regulares. Se
uma correia de temporização quebrar, a
came vai parar de girar e o pistão pode
bater nas v¨¢lvulas abertas.
Câmara a¨¦rea dupla
NewCams
¡¤ CamShaft
Um motor de came duplo overhead tem duas
cames por cabeça. Os motores inline t¨ºm
duas câmaras, e os motores V t¨ºm quatro.
Normalmente, câmeras a¨¦reas duplas são
usadas em motores com quatro ou mais
v¨¢lvulas por cilindro - um ¨²nico eixo de
cames simplesmente não pode caber lobos
de came suficientes para acionar todas
essas v¨¢lvulas.
A principal razão para usar câmaras
a¨¦reas duplas ¨¦ permitir mais v¨¢lvulas
de admissão e escape. Mais v¨¢lvulas
significa que os gases de admissão e
escape podem fluir mais livremente
porque h¨¢ mais aberturas para eles
fluir. Isto aumenta a pot¨ºncia do motor.
A configuração final que vamos abordar
neste artigo ¨¦ o motor pushrod.
Motores empurradores
Como os motores SOHC e DOHC, as v¨¢lvulas
de um motor pushrod estão localizadas na
cabeça, acima do cilindro. A principal
diferença ¨¦ que o eixo de cames em um
motor pushrod est¨¢ dentro do bloco do
motor, em vez de na cabeça.
A câmara actua hastes longas que vão
para cima atrav¨¦s 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 v¨¢lvula. Isso pode limitar a
velocidade dos motores de pressão; o
eixo de cames superior, que elimina o
empurrão do sistema, ¨¦ uma das
tecnologias do motor que possibilitou
maiores velocidades do motor.
Um Motor Pushrod
O eixo de cames em um motor pushrod ¨¦
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 a¨¦reo.
Uma grande coisa na concepção de
sistemas de eixo de cames ¨¦ variar o
tempo de cada v¨¢lvula. Vamos ver o tempo
da v¨¢lvula na pr¨®xima secção.
H¨¢ um par de maneiras novas pelas quais
os fabricantes de autom¨®veis variam o
sincronismo da v¨¢lvula. Um sistema
utilizado em alguns motores Honda ¨¦
chamado VTEC.
VTEC (Variable Valve Timing and Lift
Electronic Control) ¨¦ um sistema
eletrônico e mecânico em alguns motores
Honda que permite que o motor tenha
m¨²ltiplos eixos de cames. Os motores
VTEC t¨ºm uma câmara de admissão extra
com o seu pr¨®prio rocker, que segue esta
câmara. O perfil desta câmara mant¨¦m a
v¨¢lvula de admissão aberta por mais
tempo do que o outro perfil da câmara.
Em baixas velocidades do motor, este
balancim não est¨¢ conectado a nenhuma
v¨¢lvula. Em altas velocidades do motor,
um pistão bloqueia o balancim extra para
os dois balancins que controlam as duas
v¨¢lvulas de admissão.
NewCams
¡¤ CamShaft
Alguns carros usam um dispositivo que
pode avançar o sincronismo da v¨¢lvula.
Isso não mant¨¦m as v¨¢lvulas abertas por
mais tempo; em vez disso, abre-os mais
tarde e fecha-os mais tarde. Isso ¨¦
feito girando o eixo de cames ¨¤ frente
alguns graus. Se as v¨¢lvulas de admissão
normalmente abrem a 10 graus antes do
centro morto superior (TDC) e fecham a
190 graus ap¨®s TDC, a duração total ¨¦ de
200 graus. Os tempos de abertura e
fechamento podem ser alterados usando um
mecanismo que gira um pouco a came ¨¤
frente enquanto gira. Assim, a v¨¢lvula
pode abrir a 10 graus ap¨®s TDC e fechar
a 210 graus ap¨®s TDC. Fechar a v¨¢lvula
20 graus depois ¨¦ bom, mas seria melhor
poder aumentar a duração que a v¨¢lvula
de admissão est¨¢ 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 est¨¢ o
perfil de câmara menos agressivo, e na
outra extremidade ¨¦ 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 v¨¢lvula engate
diferentes partes da came. O eixo ainda
gira como um eixo de cames regular --
mas deslizando gradualmente o eixo de
cames lateralmente ¨¤ medida que a
velocidade do motor e a carga aumentam,
o sincronismo da v¨¢lvula pode ser
otimizado.
V¨¢rios fabricantes de motores estão
experimentando sistemas que permitiriam
infinita variabilidade no sincronismo
das v¨¢lvulas. Por exemplo, imagine que
cada v¨¢lvula tivesse um solen¨®ide que
pudesse abrir e fechar a v¨¢lvula usando
controle de computador, em vez de
depender de um eixo de cames. Com este
tipo de sistema, voc¨º obteria o m¨¢ximo
desempenho do motor a cada RPM. Algo
para esperar no futuro...
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