O que um comando de válvulas faz?

No intrincado mundo da engenharia automotiva, o comando de válvulas desempenha um papel fundamental na funcionalidade e eficiência do motor. A pergunta “O que um comando de válvulas faz?” revela a complexidade e a inovação por trás dos motores de combustão interna. Esse componente é essencial para controlar as válvulas de admissão e escape do motor, orquestrando o sincronismo preciso necessário para o desempenho ideal.

Ao converter o movimento rotativo em movimento linear, o comando de válvulas garante que a admissão de combustível e a expulsão dos gases ocorram nos momentos exatos. Ao entender a função do comando, percebe‑se a notável engenharia que move os veículos ao redor do mundo.

1. O que um comando de válvulas faz?

No coração de todo motor de combustão está o comando de válvulas, um componente cujo papel é crucial, porém muitas vezes subestimado. É essencial reconhecer que essa peça de genialidade da engenharia influencia diretamente o desempenho e a eficiência do motor.

A função principal do comando de válvulas é regular a abertura e o fechamento das válvulas de admissão e escape do motor. Isso é feito por meio de uma dança sincronizada de rotação e sincronismo. Conforme o comando gira, cada ressalto — uma saliência meticulosamente projetada — interage com tuchos ou hastes de comando para controlar com precisão o momento e a duração em que as válvulas permanecem abertas. Essa operação harmoniosa garante que o combustível entre na câmara de combustão e que o escapamento saia nos momentos ideais, impactando diretamente a potência e o consumo de combustível do motor.

O papel do comando de válvulas em um motor de combustão não pode ser subestimado. Ao ditar o sincronismo das aberturas das válvulas, ele desempenha um papel fundamental no processo de respiração do motor. A eficiência desse processo é o que permite que um veículo deslize sem esforço na estrada ou ruja com potência.

A inovação por trás do design de cada ressalto e a precisão com que o comando gira ressaltam a complexidade da engenharia automotiva moderna. Esses componentes trabalham incansavelmente e invisíveis, mas são fundamentais para a capacidade do motor de aproveitar a energia do combustível.

Agora que você entende a função do comando de válvulas, é importante saber como eles funcionam. Vamos começar pelo básico.

NewCams · Comando de Válvulas

Fundamentos do comando de válvulas

As peças‑chave de qualquer comando são os ressaltos. Conforme o comando gira, os ressaltos abrem e fecham as válvulas de admissão e escape em sincronia com o movimento do pistão. Acontece que existe uma relação direta entre o formato dos ressaltos e o desempenho do motor em diferentes faixas de rotação.

Para entender por que isso acontece, imagine que estamos rodando um motor extremamente devagar — a apenas 10 ou 20 rotações por minuto (RPM) — de modo que o pistão leve alguns segundos para completar um ciclo. Seria impossível rodar um motor normal tão devagar na prática, mas vamos imaginar que fosse possível. Nessa rotação lenta, gostaríamos de ressaltos com formato tal que:

Exatamente quando o pistão começa a se mover para baixo no tempo de admissão (chamado ponto morto superior, ou PMS), a válvula de admissão abriria. A válvula de admissão fecharia exatamente quando o pistão chega ao fundo.
A válvula de escape abriria exatamente quando o pistão chega ao fundo (chamado ponto morto inferior, ou PMI) no final do tempo de combustão, e fecharia quando o pistão completa o tempo de escape.

Essa configuração funcionaria muito bem para o motor enquanto ele rodasse nessa rotação muito baixa. Mas o que acontece se você aumentar as RPM? Vamos descobrir.

Ao aumentar as RPM, a configuração de 10 a 20 RPM para o comando não funciona bem. Se o motor estiver a 4.000 RPM, as válvulas abrem e fecham 2.000 vezes por minuto, ou 33 vezes por segundo. Nessas rotações, o pistão se move muito rápido, então a mistura ar/combustível que entra no cilindro também se move muito rápido.

Quando a válvula de admissão abre e o pistão inicia o tempo de admissão, a mistura ar/combustível no duto de admissão começa a acelerar para dentro do cilindro. Quando o pistão chega ao fundo do tempo de admissão, a mistura está se movendo em alta velocidade. Se fechássemos a válvula de admissão de uma vez, toda essa mistura pararia e não entraria no cilindro. Ao deixar a válvula de admissão aberta um pouco mais, o momento da mistura em movimento continua forçando ar/combustível para dentro do cilindro enquanto o pistão inicia o tempo de compressão. Então, quanto mais rápido o motor gira, mais rápido a mistura se move e mais tempo queremos que a válvula de admissão permaneça aberta. Também queremos que a válvula abra mais em rotações altas — esse parâmetro, chamado elevação da válvula, é determinado pelo perfil do ressalto.

A animação acima mostra como um comando comum e um comando de desempenho têm sincronismos de válvulas diferentes. Observe que os ciclos de escape (círculo vermelho) e admissão (círculo azul) se sobrepõem muito mais no comando de desempenho. Por causa disso, carros com esse tipo de comando tendem a funcionar de forma muito irregular em marcha lenta.

Qualquer comando será perfeito apenas em uma rotação do motor. Em qualquer outra rotação, o motor não renderá todo o seu potencial. Portanto, um comando fixo é sempre um compromisso. É por isso que os fabricantes desenvolveram esquemas para variar o perfil do comando conforme a rotação do motor muda.

Existem várias disposições diferentes de comandos de válvulas nos motores. Vamos falar sobre algumas das mais comuns. Você provavelmente já ouviu a terminologia:

Comando simples no cabeçote (SOHC)
Comando duplo no cabeçote (DOHC)
Hastes de comando (pushrod)

Na próxima seção, veremos cada uma dessas configurações.

2. Configurações do comando de válvulas

Comando simples no cabeçote (SOHC)

Essa disposição indica um motor com um comando por cabeçote. Então, se for um motor de 4 cilindros em linha ou 6 cilindros em linha, terá um comando; se for um V‑6 ou V‑8, terá dois comandos (um para cada cabeçote).

O comando aciona balancins que pressionam as válvulas, abrindo‑as. As molas retornam as válvulas à posição fechada. Essas molas precisam ser muito fortes porque, em altas rotações, as válvulas são empurradas para baixo muito rapidamente, e são as molas que mantêm as válvulas em contato com os balancins. Se as molas não fossem fortes o suficiente, as válvulas poderiam se afastar dos balancins e voltar com um estalo. Essa é uma situação indesejável que resultaria em desgaste extra nos cames e balancins.

NewCams · SOHC Comando de Válvulas

Em motores com um ou dois comandos no cabeçote, os cames são acionados pelo virabrequim, por meio de uma correia ou corrente chamada correia dentada ou corrente de comando. Essas correias e correntes precisam ser substituídas ou ajustadas em intervalos regulares. Se uma correia dentada romper, o comando para de girar e o pistão pode atingir as válvulas abertas.

NewCams · DOHC Comando de Válvulas

Comando duplo no cabeçote (DOHC)

Um motor com comando duplo no cabeçote tem dois cames por cabeçote. Assim, motores em linha têm dois cames e motores em V têm quatro. Normalmente, comandos duplos no cabeçote são usados em motores com quatro ou mais válvulas por cilindro — um único comando simplesmente não comporta ressaltos suficientes para acionar todas essas válvulas.

O principal motivo para usar comandos duplos no cabeçote é permitir mais válvulas de admissão e escape. Mais válvulas significa que os gases de admissão e escape podem fluir mais livremente, pois há mais aberturas por onde passar. Isso aumenta a potência do motor.

A configuração final que abordaremos neste artigo é o motor com haste de comando (pushrod).

Motores com haste de comando (pushrod)

Como nos motores SOHC e DOHC, as válvulas de um motor com haste de comando ficam no cabeçote, acima do cilindro. A diferença‑chave é que o comando de um motor com haste fica dentro do bloco do motor, em vez de no cabeçote.

O came aciona hastes longas que sobem pelo bloco e entram no cabeçote para mover os balancins. Essas hastes longas adicionam massa ao sistema, o que aumenta a carga sobre as molas das válvulas. Isso pode limitar a rotação dos motores com haste; o comando no cabeçote, que elimina a haste do sistema, é uma das tecnologias que tornaram possíveis rotações mais altas.

Componentes Pushrod

Motor Pushrod

Um motor com haste de comando (pushrod)

O comando de um motor com haste geralmente é acionado por engrenagens ou uma corrente curta. Acionamentos por engrenagem geralmente são menos propensos a quebrar do que correias, que são comuns em motores com comando no cabeçote.

Uma questão importante no projeto de sistemas de comando é variar o sincronismo de cada válvula. Vamos analisar o sincronismo de válvulas na próxima seção.

3. Comando de válvulas variável

Existem algumas maneiras inovadoras pelas quais os fabricantes variam o sincronismo das válvulas. Um sistema usado em alguns motores Honda é chamado VTEC.

O VTEC (Controle Eletrônico de Sincronismo e Elevação Variável de Válvulas) é um sistema eletrônico e mecânico presente em alguns motores Honda que permite que o motor tenha múltiplos comandos. Motores VTEC têm um came de admissão extra com seu próprio balancim, que segue esse came. O perfil desse came mantém a válvula de admissão aberta por mais tempo que o outro perfil. Em rotações baixas, esse balancim não está conectado a nenhuma válvula. Em rotações altas, um pistão trava o balancim extra aos dois balancins que controlam as duas válvulas de admissão.

Sistema VVT de sincronismo variável

Alguns carros usam um dispositivo que pode adiantar o sincronismo das válvulas. Isso não mantém as válvulas abertas por mais tempo; em vez disso, abre‑as e fecha‑as mais tarde. Isso é feito girando o comando alguns graus à frente. Se as válvulas de admissão normalmente abrem a 10 graus antes do ponto morto superior (PMS) e fecham a 190 graus depois do PMS, a duração total é de 200 graus. Os tempos de abertura e fechamento podem ser deslocados com um mecanismo que gira o came um pouco à frente enquanto ele gira. Assim, a válvula pode abrir a 10 graus depois do PMS e fechar a 210 graus depois do PMS. Fechar a válvula 20 graus mais tarde é bom, mas seria melhor poder aumentar a duração em que a válvula de admissão fica aberta.

A Ferrari tem uma maneira realmente engenhosa de fazer isso. Os comandos de alguns motores Ferrari são usinados com um perfil tridimensional que varia ao longo do comprimento do ressalto. Em uma extremidade do ressalto está o perfil menos agressivo e, na outra, o mais agressivo. A forma do came combina suavemente esses dois perfis. Um mecanismo pode deslizar todo o comando lateralmente para que a válvula engate diferentes partes do came. O eixo continua girando como um comando normal — mas, ao deslizar gradualmente o comando lateralmente conforme a rotação e a carga do motor aumentam, o sincronismo das válvulas pode ser otimizado.

Vários fabricantes de motores estão experimentando sistemas que permitiriam variabilidade infinita no sincronismo das válvulas. Por exemplo, imagine que cada válvula tivesse um solenoide que pudesse abrir e fechar a válvula por controle computacional em vez de depender de um comando. Com esse tipo de sistema, você obteria o desempenho máximo do motor em todas as RPM. Algo para esperar no futuro...