Mecanismos de acionamento de válvulas em motores automotivos

Autor: Professor Pedro Guilherme Bueno

COMANDO DE VÁLVULAS

O comando de válvulas é o componente mais utilizado para realizar a abertura e fechamento das válvulas em motores de combustão interna, seu funcionamento deve estar devidamente sincronizado com a posição angular do virabrequim e consequentemente com os tempos e ciclos do motor. Desde as primeiras concepções de projetos de motores ocorreram evoluções construtivas nos comandos de válvulas, permitindo melhora em diversos aspectos, como desempenho, redução de emissão de poluentes, menores perdas por atrito ou folgas, entre outros parâmetros.

Imagem 1: Comando de válvulas.

CONFIGURAÇÕES

Construtivamente existem diversas configurações de comandos de válvulas, que dependendo das características permitem redução de componentes móveis e também adequação de dimensão de componentes.

Os motores podem possuir apenas um comando de válvulas, que aciona simultaneamente as válvulas de admissão e escape, podendo ter duas ou mais válvulas por cilindro.

Normalmente em motores que possuem dois comandos de válvulas, existem quatro válvulas por cilindro, essa característica também permite outras configurações de comandos, como visto a seguir.

- Podem existir configurações em que cada um dos comandos aciona somente válvulas de escape ou de admissão (4), e também um único comando que aciona tanto válvulas de escape quanto de admissão (5).

Figura 2: Configurações de comandos de válvulas.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 11).

CARACTERÍSTICAS PARA PROJETO

Durante a fase de desenvolvimento dos comandos de válvulas devem ser levados em consideração diversos aspectos para obter-se o melhor componente que consiga atender as necessidades do motor em que será aplicado. Segundo Franco Brunetti (2012, p. 443), os cálculos e análises realizados para um bom projeto devem constar: cinemática e cinética, método de elemento finitos, otimização topológica, funcionalidade, análise de desgaste, simulação dinâmica, simulação hidráulica (ID, CFD) e tribologia.

Figura 3: Características do comandos de válvulas.

Fonte: Franco Brunetti (2012, p. 443).

Ainda segundo Franco Brunetti (2012, p. 442), os cames do comando de válvulas devem possuir perfil que permita a abertura ideal das válvulas e atenda os limites de resistência e desgaste, também em conjunto o dimensionamento das molas para evitar bouncing e flutuações.

SISTEMA: MECANISMOS DE ACIONAMENTO DAS VÁLVULAS

Com relação à construção, a seguir são apresentadas as configurações mais comuns de mecanismos de acionamento das válvulas:

- Comando de martelos simples com patim (1) e martelos simples com roletes (2).

Figura 4: Mecanismos de acionamento das válvulas.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 9).

-Comandos com martelos duplos com rolete (3), comando de impulsores com pastilhas (4) e comandos com impulsores monobloco (5).

Figura 5: Mecanismos de acionamento das válvulas.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 10).

- Acionamento das válvulas por meio de impulsores (1), martelos (2) ou quatro válvulas por cilindro por meio de martelos duplos (3).

Figura 6: Mecanismos de acionamento das válvulas.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 10).

OHV (OVER HEAD VALVE)

Esta configuração de sistema de acionamento das válvulas aloja o comando de válvulas no bloco do motor, transmitindo a movimentação dos cames por meio de varetas (hastes), tuchos e balancins ao mecanismo da válvula. Devido a grande quantidade de componentes móveis este sistema possui grandes limitações com relação a precisão e rotação, em projetos mais modernos nota-se que já não são mais empregados.

Figura 7: Disposição OHV.

Fonte: SENAI (2003, p. 20).

OHC (OVER HEAD CAMSHAFT)

Este tipo de sistema de acionamento de válvulas possui o comando de válvulas instalado no próprio cabeçote, dispensando alguns dos componentes vistos anteriormente no sistema OHV, permitindo que neste caso sejam possíveis maiores rotações e precisão.

Figura 8: Disposição OHC.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 7).

DOHC (DOUBLE OVER HEAD VALVE)

Esta configuração de mecanismo de acionamento das válvulas possui dois comandos de válvulas instalados no cabeçote, permitindo a aplicação de maior quantidade de válvulas por cilindro, permitindo melhores desempenhos e maiores rotações de trabalho.

Figura 9: Disposição DOHC.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 11).

VERIFICAÇÕES E AJUSTES

A folga das válvulas permite garantir o bom funcionamento do comando de válvulas ao acioná-las com motor em temperaturas elevadas, e também com as válvulas fechadas a estanqueidade do cilindro deve ser perfeita, portanto os cames não devem exercer qualquer força sobre as válvulas.

As válvulas de escape (1) estão sujeitas a temperaturas mais elevadas, normalmente possuem valores de folga maiores (3) que as de admissão (2 e 4).

Figura 10: Regulagem da folga das válvulas.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 8).

O desgaste dos cames do comando de válvulas pode provocar alteração no valor da folga das válvulas (1), assim com também a deformação da própria estrutura do cabeçote (2) devido ao tempo de trabalho.

Figura 11: Pontos das folgas das válvulas.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 9).

Os mecanismos de acionamento das válvulas possuem dispositivos para controle e ajuste das folgas acima mencionado, na sequencia estão demonstrados alguns tipos existentes.

Figura 12: Ajuste por parafuso e contra porca.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 14).

Figura 13: Ajuste por pastilhas.

Fonte: Renault do Brasil (2002, p. 15).

Também existem parâmetros para aferição do desgaste dos cames dos comandos de válvulas, que devem ser verificados na ocasião de reparo do motor, esses valores mudam entre os comandos de escape e admissão.

Figura 14: Verificação da altura do came.

Fonte: Renault do Brasil (2010, p. 23).

Existem também sistemas que dispensam o ajuste dos componentes vistos acima, estes são os sistemas que possuem tuchos hidráulicos. O tucho hidráulico realiza a compensação das folgas por meio de válvulas preenchidas pelo próprio óleo lubrificante do motor, o que também permite redução de componentes no mecanismo de acionamento das válvulas. A seguir são apresentados alguns tipos de compensadores de folgas hidráulicos.

Figura 15: Tucho hidráulico.

Fonte: Schaeffler (2011, p. 8 e 9).

Figura 16: Pivô hidráulico.

Fonte: Schaeffler (2011, p. 10 e 11).

Figura 17: Inserto hidráulico.

Fonte: Schaeffler (2011, p. 12 e 13).

VARIADOR DE FASE DO COMANDO DE VÁLVULAS (VVT)

Motores mais modernos, desenvolvidos para atender normas de emissão de poluentes e redução de consumo de combustível, possuem mecanismos que permitem o controle ainda mais preciso do acionamento das válvulas, um desses casos é o sistema de variador de fase do comando de válvulas, que permite também aumento do desempenho com relação a curvas de torque e potência. De acordo com a fabricante Schaeffler (2011, p. 20), as faixas de trabalho situam-se normalmente entre 30 e 20 graus no eixo comando, o que resulta em ajustes de 40 a 60 graus com relação ao virabrequim. Este dispositivo pode estar instalado somente no eixo de admissão, escapamento ou em ambos ao mesmo tempo.

Tabela 1 – Vantagens em cada conceito de instalação.

Fonte: Schaeffler (2011, p. 20).

Figura 18: Variador de fase do comando de válvulas.

Fonte: Schaeffler (2011, p. 26 e 28).

REFERÊNCIAS

BRUNETTI, Franco. Motores de combustão interna: volume 1 / Franco Brunetti – São Paulo: Bluscher, 2012.

BRUNETTI, Franco. Motores de combustão interna: volume 2 / Franco Brunetti – São Paulo: Bluscher, 2012.

SENAI, “Conde José Vicente de Azevedo”. Motor de combustão interna Ciclo Otto – Trabalho elaborado e editorado pela Escola SENAI “Conde José Vicente de Azevedo” – SENAI-SP, 2003.

RENAULT, do Brasil. N.T. 6004A – DXX, e D4D ou D4F – Motores a gasolina – 4 cilindros – D4D – Renault do Brasil, Junho de 2004. (Material técnico restrito e não publicado).

RENAULT, do Brasil. N.T. 6020A – X85, e M4R – X91, e M4R – X95 – X43, e X38, e M4R – Motor a gasolina – 4 cilindros – M4R – Renault do Brasil, Fevereiro de 2010. (Material técnico restrito e não publicado).

RENAULT, do Brasil. Manutenção básica de motores – 42 60 400 183 - Renault do Brasil, Dezembro de 2002. (Material técnico restrito e não publicado). 

RENAULT, do Brasil. Reparação do motor – 42 60 400 381 - Renault do Brasil, Dezembro de 2002. (Material técnico restrito e não publicado). 

COMPONENTES do trem de válvulas e variador de fase do eixo comando – Tecnologia e diagnóstico de falha. Schaeffler, 2011. Disponível em: <https://www.schaeffler.com/remotemedien/media/_shared_media/08_media_library/01_publications/schaeffler_2/brochure/downloads_1/Componentes_ddo_Trem_de_Vlvulas.pdf>. Acesso em: 12 set. 2018. 

VARIADOR de fase do eixo comando de válvulas. Schaeffler, 2011. Disponível em: <https://www.schaeffler.com/remotemedien/media/_shared_media/08_media_library/01_publications/schaeffler_2/datasheet_1/downloads_4/informetecnicovcp_br_br.pdf>. Acesso em: 12 set. 2018. 

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