O que é um comando de válvulas?
Como funciona um comando de válvulas?
O comando de válvulas é uma das partes mais importantes do motor de combustão interna, pois regula a abertura e o fechamento das válvulas de admissão e escape. Este artigo explica a função, o funcionamento, as peças e as aplicações do comando.
Um comando de válvulas é uma haste com uma série de cames salientes, projetada para transformar movimento rotativo em movimento linear.
No caso de um motor, o comando é a peça que regula a abertura e o fechamento das válvulas de admissão e escape de um motor de combustão interna. Um comando tem mais de um came: possui muitos cames radiais, que deslocam a válvula de admissão ou de escape. Esse came desliza sobre as válvulas de admissão e escape.
O came transforma o movimento rotativo do comando no movimento alternativo do tucho ou seguidor. Esse eixo permite a aspiração e a descarga do combustível dentro do motor.
O funcionamento do comando depende do trabalho do came e do funcionamento da válvula. As válvulas de admissão e escape são instaladas no cabeçote, e os cames são instalados sobre essas válvulas. O cabeçote abriga o orifício que permite a aspiração ou descarga de combustível e que requer movimento alternativo.
Em palavras simples, um came é um elemento que transforma movimento rotativo em movimento linear e vice‑versa. O came no comando alcança o deslocamento com um padrão de giro radial e um seguidor que se move perpendicularmente ao eixo de rotação. A posição do comando varia de acordo com o design do motor.
A função principal do comando é abrir a válvula de admissão e a de escape no momento adequado. O virabrequim aciona esse eixo, que é ligado a ele por uma correia ou engrenagens acopladas.
O movimento do comando é mais lento que o do virabrequim: ele completa uma revolução após duas revoluções do virabrequim. Em um motor de quatro tempos, um comando funciona da seguinte maneira:
- Quando o pistão se move do PMS ao PMI (para baixo), ele transfere seu movimento ao virabrequim.
- A manivela recebe o movimento do pistão, transforma‑o em movimento rotativo e começa a girar.
- O virabrequim é conectado ao comando por meio de uma engrenagem ou correia.
- Quando o virabrequim transfere seu movimento rotativo ao comando, o comando converte esse movimento em movimento alternativo, pressiona a válvula de admissão e a abre.
- Quando a válvula abre, o combustível começa a entrar na câmara de combustão.
- Após os tempos de admissão e compressão, a mistura ar‑combustível queimada se expande na câmara, forçando o pistão a se mover para baixo.
- Durante o movimento descendente do pistão, novamente o virabrequim recebe movimento e move o comando.
- Quando o came da válvula de escape recebe esse movimento, ele pressiona a válvula de escape e a abre, permitindo que os gases de escape saiam da câmara de combustão.
O material sólido é o mais usado na fabricação do comando, pois esses comandos proporcionam grande rigidez. Ferro fundido também é usado na fabricação, porque oferece mais resistência.
Os comandos fabricados pelo processo de ferro coquilhado oferecem excelente resistência ao desgaste, pois o resfriamento endurece o material. Diferentes materiais são misturados ao ferro para gerar as características mais adequadas a cada aplicação.
Algumas indústrias também utilizam tarugos (billets) quando é necessária menor produção e excelente qualidade. Mas esse processo exige mais tempo e custo do que outros. Esses eixos são fabricados por usinagem, fundição ou forjamento em fresadoras e tornos.
O comando tem os seguintes componentes principais:
- Seguidor de came
- Came
- Munhão principal
- Ressaltos
- Extremidades
- Mancal
1. Seguidor de came
É um tipo especial de rolamento de agulhas ou rolete que segue o perfil do ressalto do came. Também é chamado seguidor de trilho. Existem diferentes configurações do seguidor de came, mas a característica mais importante é a fixação do seguidor à peça de acoplamento. O seguidor tipo garfo tem um furo no centro, e o seguidor tipo pino usa um pino (stud).
Na ausência dessa peça, o came não é muito útil, pois o came se apoia no seguidor para converter movimento rotativo em alternativo. Os seguidores têm rolamentos de seguidor de came que permitem converter movimento rotativo em alternativo.
Os rolamentos do seguidor também têm designs diferentes, mas geralmente são fabricados com um anel externo muito espesso. Esse design de anel externo espesso permite que o seguidor absorva altas cargas radiais, enquanto núcleos macios suportam cargas elevadas sem risco de danos ao componente.
O seguidor de came requer esferas ou agulhas e materiais especiais como cromo ou aço inoxidável, de acordo com os requisitos da aplicação.
2. Came
Um came é um dispositivo que transfere o movimento necessário a um seguidor por contato direto. O objetivo principal dessa peça do comando é transformar o movimento rotativo do virabrequim em movimento linear.
Ele tem um design não circular com um único ressalto. O seguidor recebe o movimento do came conforme ele gira. O comando de cada motor tem mais de um came.
O came é instalado sobre as válvulas. Ele é responsável por regular a abertura e o fechamento das válvulas de admissão e escape.
O sincronismo do came é muito importante para o desempenho do motor de combustão interna. A rotação do came abre as válvulas de admissão e escape do cilindro. O sincronismo correto do came é essencial para garantir que o combustível seja injetado e expelido no momento certo.
3. Munhão principal
O objetivo principal do munhão principal é manter a posição do comando quando ele gira dentro do motor.
4. Ressaltos
Os ressaltos do comando giram de acordo com o movimento do pistão. A velocidade desse componente varia com a rotação do motor. O objetivo principal dos ressaltos é abrir e fechar as válvulas de admissão e escape.
5. Extremidades
A extremidade dianteira do comando é projetada para ligar a correia ao virabrequim. A extremidade traseira usa uma engrenagem especial para girar o distribuidor do motor. O sincronismo de ignição é o mesmo dos demais componentes do motor.
6. Mancal
O mancal é instalado junto ao furo principal do motor. Ele impede que o comando danifique o bloco do motor se o motor falhar. Os mancais ajudam a manter a rotação perfeita do comando.
O comando tem os seguintes tipos principais:
- Com base nos tuchos usados pelo comando
- Com base no formato do membro condutor do comando
Com base nos tuchos usados pelo comando
1) Came de tucho plano
Um came de tucho plano não é plano na realidade: esses cames têm uma pequena coroa na face. Ele é instalado onde o tucho e o ressalto se movem de forma oposta entre si, e o tucho gira sobre o ressalto. Os ressaltos desse came são fabricados com um leve design cônico.
O tucho deve girar sobre o ressalto para evitar desgaste desnecessário e prejudicial. Em comparação com os tuchos de rolete, o tucho plano tem baixo peso e menos massa. É fácil deduzir que o tucho plano fica no centro do ressalto. Esses cames são mais baratos que os de rolete. Por isso, cames planos são mais atraentes.
2) Cames de rolete
A ponta arredondada do came de rolete permite que o rolete mantenha a válvula aberta por períodos prolongados em alta elevação, o que afeta os requisitos de mistura ar‑combustível. O formato do ressalto também permite que a válvula abra mais rapidamente.
A principal vantagem desses comandos é que reduzem o atrito interno, permitem um perfil de came mais agressivo e favorecem altas rotações. Eles têm durabilidade muito alta; em outras palavras, vida útil ilimitada.
Cames de rolete podem ser reutilizados repetidamente. Eles reduzem o atrito e aumentam a potência. Também aumentam a vida útil ao reduzir o desgaste.
Com base no formato do membro condutor do comando
1) Came cilíndrico
Esse tipo de came tem formato cilíndrico. Também é conhecido como came de tambor. A superfície do came cilíndrico tem uma ranhura usinada. O seguidor de came usa essa ranhura para seu movimento.
Esse comando tem o eixo do came paralelo à direção do movimento do seguidor.
2) Came radial
Um came radial também é chamado de came de placa ou de disco. É chamado radial porque seu eixo é perpendicular à direção do movimento do seguidor.
Esse tipo de came tem uma placa de contorno irregular. Essa placa serve para converter o movimento do came no movimento do seguidor ou do membro conduzido.
3) Came conjugado
Ele tem 2 roletes. O seguidor ou condutor desse comando é ligado a esses roletes. Os roletes tendem a limitar os movimentos uns dos outros, eliminando o ruído e produzindo operação silenciosa.
Esses cames são usados em aplicações que exigem o funcionamento silencioso do comando.
4) Came globoide
Esse came tem um design muito semelhante ao came cilíndrico. A principal diferença é que o came cilíndrico é substituído por um conjunto côncavo ou convexo.
5) Came esférico
O came esférico tem uma ranhura em seu design curvo e formato esférico. O seguidor percorre a ranhura. O movimento do seguidor é perpendicular ao eixo de rotação do came esférico.
6) Came de translação
Esse came contém uma placa de contorno ranhurada. Os seguidores oscilam ao longo da superfície da ranhura do came.
7) Came em formato de coração
É chamado de came em formato de coração porque tem formato de coração assimétrico. O seguidor percorre a borda do came, com movimento suave e contínuo. Esse tipo de came é mais comumente usado para enrolar o cabo na bobina do solenoide de forma uniforme.
8) Came em cunha
A extremidade desse came tem formato pontiagudo e uma base larga. O condutor tem movimento deslizante em relação ao came.
9) Came espiral
É um contorno espiral semicircular que contém uma ranhura em sua superfície. O seguidor desse came tem movimento perpendicular ao movimento linear do membro condutor do comando.
Existem vários motivos para a falha do comando. As causas mais comuns de falha do comando são listadas abaixo:
- Devido à pressão incorreta da mola da válvula.
- Devido ao desgaste dos ressaltos.
- Amaciamento insuficiente.
- Devido ao dano do came.
- Devido à folga axial excessiva do comando.
- Uso de filtro de óleo com o came novo.
- Devido a interferência mecânica, como interferência do retentor, encosto de espiras da mola, interferência válvula‑pistão, fendas do balancim e interferência de parafusos.
- Uso de material de baixa qualidade no comando.
O comando recebe a potência de acionamento do virabrequim. O virabrequim entrega sua potência ao comando por diferentes meios e o aciona. O mecanismo de acionamento do comando é mostrado abaixo:
- Acionamento por corrente
- Acionamento por engrenagens
- Acionamento por correia
1) Mecanismo de acionamento por corrente
Nesse mecanismo, uma roda dentada de corrente é utilizada para transmitir a potência do virabrequim ao comando.
Se a distância entre o virabrequim e o comando for grande, um mecanismo de acionamento por corrente é utilizado.
Nesse mecanismo, o comando e o virabrequim giram na mesma direção. Um tensionador de corrente é usado para evitar que o sistema de corrente afrouxe, pois correntes frouxas não conseguem transferir potência suficiente do virabrequim ao comando.
2) Mecanismo de acionamento por engrenagens
O mecanismo de acionamento por engrenagens é usado onde é necessária uma distância mínima entre o virabrequim e o comando. Nesse mecanismo, um sistema de engrenagens é usado para transmitir a potência do virabrequim ao came.
No caso do mecanismo por engrenagens, a engrenagem condutora do virabrequim engrena com as engrenagens conduzidas do comando (como você pode ver no diagrama abaixo). Quando o virabrequim começa a girar, ele transmite potência ao comando por meio da engrenagem condutora. Conforme a engrenagem condutora gira, ela faz girar as engrenagens conduzidas, que abrem e fecham as válvulas de admissão e escape do motor.
3) Mecanismo de acionamento por correia
O funcionamento do mecanismo por correia é muito idêntico ao mecanismo por corrente. Há apenas uma pequena diferença entre os dois: o mecanismo por correia usa uma correia para transferir a potência do virabrequim ao comando, enquanto o mecanismo por corrente usa uma corrente.
- Mecanismo por correia
- Mecanismo por engrenagens
- Mecanismo por corrente