Válvulas

Tópicos:

Geral
Materiaal
Válvulas cheias de sódio
Guias de válvula
Diferentes tipos de controle de válvula
Mecanismo de válvula com controle indireto de válvula
Mecanismo de válvula com controle direto de válvula
Ajustar a folga da válvula
Tecnologia multiválvulas
Tempo de válvula variável e elevação da válvula

Geral:
Existem válvulas em todos os motores de combustão. Sempre há pelo menos uma válvula de entrada e uma válvula de saída. Estas válvulas são acionadas por uma ou mais árvores de cames através da distribuição e garantem que o ar fresco possa fluir para o espaço de combustão, o ar é então retido durante a compressão e pode então sair do espaço de combustão. O fluxo dos gases de entrada e exaustão deve ocorrer com a menor resistência possível.
Os materiais são moldados da melhor forma possível para esse fim.
As válvulas são montadas no cabeçote. A válvula de admissão é muitas vezes maior que a válvula de escape, porque a maior quantidade possível de mistura deve entrar no cilindro. A válvula de escape deve ser menor, pois os gases de escape queimados saem do cilindro após o curso de escape, quando o pistão empurra os gases para fora do cilindro.

Como exemplo, tomaremos o processo de quatro tempos de um motor a gasolina. Durante o curso de admissão do motor, a válvula de admissão abre-se e, no caso de um motor a gasolina com injecção indirecta, é aspirada uma mistura ar-combustível e, no caso de um motor a gasolina com injecção directa, apenas é aspirado ar fresco. . O ar é aspirado porque o pistão se move para baixo. O ar que entra ocupa o espaço que fica disponível. Quando o pistão subir novamente, a válvula de admissão fechará. A mistura de combustível e ar agora não tem para onde ir e é comprimida. Isso é chamado de curso de compressão. É por isso que é importante que as válvulas fechem corretamente. A mistura inflama quando a vela produz uma faísca. O pistão é, portanto, empurrado para baixo com uma força considerável. Isso é chamado de golpe de força.
Durante o curso de escape, a válvula de escape abre e o pistão se move para cima. Os gases queimados agora saem do cilindro e vão para o escapamento. Quando o pistão está no topo, a válvula de escape fecha e a válvula de admissão abre. O pistão desce novamente e o curso de admissão segue. Na realidade, a válvula de entrada abre um pouco mais cedo, de modo que as válvulas de entrada e saída ficam abertas ao mesmo tempo por um curto período de tempo. Isso é chamado de “sobreposição de válvula”. A velocidade dos gases queimados que saem do cilindro pela válvula de escape cria uma pressão negativa, o que faz com que o ar de admissão seja atraído extra. Dessa forma, mais ar pode fluir para dentro do cilindro do que se apenas a válvula de admissão fosse aberta e o pistão se movesse para baixo. O nível de enchimento é assim melhorado.

Para uma explicação mais detalhada do processo de quatro tempos, consulte a página “Funcionamento do motor a gasolina".

Material:
As válvulas estão muito carregadas. Principalmente as válvulas de escape, porque ficam extremamente quentes e não podem ser muito bem resfriadas. As válvulas de admissão são parcialmente resfriadas pelo ar frio aspirado que entra no cilindro. Os gases de escape queimados passam pelas válvulas de escape a uma temperatura de até 900 graus Celsius. É por isso que as válvulas de escape também são feitas de um material diferente das válvulas de admissão. As válvulas de admissão geralmente são feitas de aço cromoníquel. As válvulas de escape são geralmente feitas de aço cromo-silício. Para limitar o desgaste devido às condições de alta temperatura, as bordas externas do disco da válvula (a superfície de vedação) e as hastes da válvula são blindadas com uma camada de liga de metal duro (estelite). As válvulas dissipam a maior parte do calor através do disco e da haste da válvula. Válvulas cheias de sódio têm dissipação de calor ainda melhor.

Válvulas cheias de sódio:
As válvulas de escape são ocas por dentro. O espaço oco é aproximadamente 60% preenchido com sódio. O sódio é um metal que se torna líquido em altas temperaturas (aproximadamente 100 graus Celsius). Quando o motor está funcionando, a válvula frequentemente sobe e desce. O sódio na válvula é constantemente jogado para frente e para trás e, assim, transporta o calor. O sódio absorve o calor do disco da válvula e o libera para a haste da válvula. Com válvulas cheias de sódio, você pode atingir uma queda de temperatura de 80 a 100 graus em comparação com válvulas sem sódio.
As válvulas de admissão não precisam disso, pois já são resfriadas pelo ar que entra.

Na figura, a superfície cinza representa o material e a parte vermelha representa a cavidade preenchida com sódio.

Guias de válvula:
As válvulas movem-se para cima e para baixo na cabeça do cilindro. Deve haver uma boa vedação entre a válvula e o cabeçote do cilindro, de modo que nenhum óleo possa fluir do cabeçote do cilindro, ao longo da haste da válvula, até uma passagem de admissão ou escape. Sempre há uma pequena película de óleo entre a válvula e a guia da válvula para lubrificação. A guia da válvula é mostrada em laranja na figura.

Se sair fumaça azul do escapamento, isso pode ser resultado de guias de válvula com defeito. Pode ser que as guias das válvulas tenham ficado mais largas (veja a imagem abaixo) de modo que a válvula ainda tenha folga no cabeçote. Nesta situação, o óleo pode vazar pela válvula para a passagem de entrada ou exaustão. Na parte superior da guia da válvula há pressão de ar externa, ou às vezes até sobrepressão devido a uma pressão mais alta no cárter. Na parte inferior da guia da válvula, os gases fluem para o coletor de escape, o que proporciona um efeito de vácuo. Isto aumenta o vazamento porque o óleo é, por assim dizer, sugado ao longo da haste da válvula. Quando o óleo entra no coletor de escape, ele não queima. O óleo é aquecido, fazendo com que evapore parcialmente. Isso pode resultar na saída de fumaça azul pelo escapamento.

As guias de válvula muitas vezes podem ser substituídas separadamente. Para fazer isso, o cabeçote deve ser desmontado e a válvula removida do cabeçote. As guias de válvula podem então ser substituídas. As guias das válvulas não podem ser substituídas separadamente em todos os cabeçotes. As empresas de remanufatura geralmente têm uma solução para isso. Pergunte sobre as opções de substituição de guias de válvula em uma empresa de revisão conceituada.

Diferentes tipos de controle de válvula:
As válvulas podem ser operadas de diferentes maneiras. A imagem abaixo mostra cinco versões diferentes. Estas diferentes versões e os métodos de ajuste são discutidos mais adiante nesta página.

A: Controle indireto da válvula com balancins.
B: Controle direto da válvula com balancins de arrasto de rolos.
C: Controle direto da válvula com ajustadores hidráulicos da válvula.
D: Controle direto da válvula com balancins e múltiplas válvulas por cilindro.
E: Controle direto de válvula com elevadores de válvula hidráulicos e múltiplas válvulas por cilindro.

Para motores sem tuchos hidráulicos (A, B e D), é necessário verificar periodicamente a folga das válvulas. Mais sobre isso no capítulo “Ajuste da folga da válvula” nesta página. Em motores com tuchos de válvula hidráulicos, o ajuste da folga das válvulas não é necessário nem possível; os cilindros hidráulicos são preenchidos com óleo que elimina o excesso de folga.

Mecanismo de válvula com controle indireto de válvula:
No passado, os motores eram equipados com um eixo de comando. Hoje em dia, os motores dos automóveis de passageiros estão equipados apenas com uma árvore de cames à cabeça. A construção com a árvore de cames subjacente está a desaparecer. A desvantagem desta construção é que estes motores não suportam altas velocidades porque há muita massa entre a árvore de cames e a válvula. Em altas velocidades, ocorrerá muita folga e a válvula não abrirá e fechará mais nos momentos corretos.
O virabrequim é acionado por meio de uma pequena corrente de distribuição ou correia à árvore de cames subjacente (veja a imagem abaixo). A árvore de comando empurra o tucho da válvula e a haste para cima. O lado direito do balancim é empurrado para cima. O balancim 'cai' em torno do eixo do balancim, empurrando o lado esquerdo para baixo. Isto força a válvula para baixo contra a força da mola da válvula. Quando a árvore de comando é girada ainda mais, a mola da válvula pressiona a válvula para fechá-la e o balancim retorna à sua posição inicial.

Mecanismo de válvula com controle direto da válvula:
A árvore de cames à cabeça só é utilizada em automóveis de passageiros hoje em dia. A árvore de cames é então colocada na cabeça do cilindro. A vantagem dos motores com árvore de cames à cabeça é que podem suportar velocidades mais elevadas do que com árvore de cames subjacente.

Na imagem à esquerda acima você pode ver que a válvula está fechada porque a mola da válvula está pressionando a válvula para fechar e a árvore de cames está girando no sentido horário. Na imagem da direita, o eixo de comando está torcido, fazendo com que o came empurre a válvula para baixo. A mola agora está comprimida, empurrando a válvula para baixo. Quando a árvore de comando for girada ainda mais, a mola da válvula empurrará a válvula para cima novamente. A mola da válvula exerce uma contrapressão de aproximadamente 20 kg.

A imagem mostra uma representação esquemática de uma válvula com mola de válvula. Aqui você pode ver claramente em qual parte a válvula repousa na superfície de fechamento da sede da válvula. No topo estão a sede da mola (a parte onde o came da árvore de cames empurra a válvula para baixo) com a chave da válvula e a mola da válvula por baixo. A chave da válvula serve como suporte para a válvula. Para remover a válvula do cabeçote, as chavetas da válvula devem ser removidas. Ao desmontar, a sede da mola deve ser empurrada para baixo contra a força da mola da válvula (estão disponíveis ferramentas especiais para isso). A válvula estará então livre para se mover. Ao remover as duas chavetas da válvula com um ímã entre a sede da mola e a haste da válvula, a válvula pode ser removida do cabeçote por baixo.
Durante a instalação, deve-se tomar cuidado para garantir que a válvula correta seja reinstalada no local correto. Estes não podem ser trocados. Quando uma nova válvula for instalada, ela deverá ser lixada com pasta de lixa especial. Após o lixamento, a válvula irá vedar bem. A nova válvula pode então ser deslizada através da guia da haste da válvula e as chavetas da válvula colocadas de volta no lugar. A mola da válvula pode então ser relaxada novamente.

Ajuste a folga da válvula:
Deve haver sempre uma certa folga entre a árvore de cames e o balancim ou a parte superior da válvula. Essa folga dá ao material a oportunidade de se expandir. A peça não deve ser muito grande; a válvula então abre menos e por um tempo mais curto. Se a folga for muito grande, a árvore de comando levará mais tempo para abrir a válvula e a válvula fechará mais cedo. A peça também não deve ser muito pequena; a válvula é então aberta mais cedo e fechada mais tarde. A válvula fica aberta por muito tempo a cada vez. O tempo que a válvula fica fechada é portanto mais curto; há uma chance de a válvula não conseguir dissipar seu calor para a sede da válvula do cabeçote do cilindro e, portanto, superaquecer. A válvula pode então queimar.

Hoje em dia quase todos os automóveis de passageiros estão equipados com elevadores de válvulas hidráulicos. No entanto, ainda existem fabricantes desenvolvendo motores que exigem ajuste de folga das válvulas. Nos carros da década de 90, o uso de tuchos de válvula hidráulica não era nada evidente. Portanto, ainda há muitos veículos circulando onde a folga das válvulas precisa ser verificada periodicamente e ajustada, se necessário. Os dados de fábrica geralmente listam a quilometragem em que isso deve ser feito (geralmente em todos os principais serviços de manutenção). Existem duas construções diferentes para ajustar a folga da válvula; por meio de calços e ajustando parafusos excêntricos. Ambos são descritos abaixo.
Quando as válvulas estão sendo ajustadas, você não deve começar de qualquer ponto. Deve-se prestar muita atenção ao ponto em que as válvulas estão ajustadas para “girar”. Tumbling significa que a árvore de cames acabou de fechar as válvulas de escape e está prestes a abrir as válvulas de admissão. Quando o cilindro 1 está girando, significa que está no início do curso de admissão. O pistão do cilindro 1 está então no topo. Os cilindros 1 e 4 estão sempre na mesma altura em termos de altura (assim como 2 e 3 estão na mesma altura, veja a imagem abaixo). Como a ordem de disparo é 1-3-4-2 (lembre-se do diagrama de trabalho), significa que o cilindro 4 está no início do curso de potência. Depois do cilindro 4, é a vez do cilindro 2 e depois do cilindro 3.

A imagem abaixo mostra o pistão do cilindro 1 no BPD. As saliências estão apontadas para baixo; as válvulas de admissão acabaram de fechar e as válvulas de escape estão prestes a abrir. Nesse momento as válvulas do cilindro 4 podem ser ajustadas; as câmeras estão apontadas para cima.

A folga da válvula é medida com o chamado “calibrador de folga“. O calibrador de folga contém vários tamanhos de tiras de metal, cada uma com um valor de 0,05 mm mais espessa que a outra. Deslizando uma série de tiras entre a árvore de cames e a válvula, você pode verificar a folga existente. A tira em questão não deve ser empurrada com muita facilidade; a folga da válvula é então maior que o valor da tira. Se a tira não couber ou for muito pesada e ficar presa, então a tira é muito grossa. A resistência pode ser sentida quando a tira é movida entre eles.

Ajustando a folga da válvula usando calços:
A espessura do calço, também chamado de “calço”, determina a folga da válvula neste caso. Na imagem abaixo, o calço está indicado em vermelho. Ao substituir o calço por um mais grosso, a folga da válvula diminuirá. Há então menos espaço entre a árvore de cames e o calço. Abaixo da imagem é explicado como a folga da válvula deve ser ajustada. Para ajustar as válvulas, o came da válvula em questão deve estar voltado para cima, conforme mostra a figura abaixo. Quando o came é torcido, são feitas medições incorretas. Ao ajustar as válvulas de um motor de quatro cilindros, as seguintes ações devem ser tomadas:

Alternar cilindro 1 = Ajustar as válvulas do cilindro 4.
Alternar cilindro 2 = Ajustar as válvulas do cilindro 3.
Alternar cilindro 3 = Ajustar as válvulas do cilindro 2.
Alternar cilindro 4 = Ajustar as válvulas do cilindro 1.

Por exemplo, o valor de fábrica da folga da válvula acima pode ser de 0,35 mm. Portanto, deve haver um espaço de 0,35 mm entre o calço e a árvore de cames quando o came estiver apontado para cima. O espaço entre as duas partes pode ser medido com o calibrador de folga. Se a tira de 0,35 mm passar facilmente sem sentir qualquer resistência, isso significa que a distância entre a válvula e a árvore de cames é superior a 0,35 mm. Nesse caso a folga da válvula é muito grande. Se uma tira de calibrador de folga de 0,45 mm quase não cabe no meio porque muita força tem que ser exercida para empurrá-la, esta tira é muito grossa. A folga real está então entre 0,35 e 0,45 mm. Para garantir a segurança, uma tira de 0,40 mm pode ser colocada no meio. Se começar, mas puder ser movido para frente e para trás (pode ser sentida resistência), então você pode ter certeza; a folga da válvula é de 0,40 mm em vez dos 0,35 mm prescritos.

Como a folga da válvula é muito grande, um calço mais grosso deve ser instalado. Os tamanhos são frequentemente indicados nos calços. Nesse caso, leia o valor do calço que está muito fino. Isto é, por exemplo, 2,75 mm.
A folga da válvula é muito grande; o calço deve ser 0,05 mm mais grosso que o que está montado, ou seja, 2,75 mm. Quando um calço de (2,75 + 0,05) = 2,80 mm é instalado, a folga da válvula está correta. Nesse caso, instale o calço de 2,80 mm, gire o virabrequim duas voltas para que as válvulas corretas voltem a balançar e verifique novamente a folga das válvulas.

Freqüentemente, existem ferramentas especiais de desmontagem para substituir facilmente os calços. Um exemplo disso pode ser visto na imagem.

Ajustando a folga da válvula usando excêntricos ajustáveis:
Um sistema frequentemente utilizado é o excêntrico ajustável. O parafuso de ajuste só pode ser girado depois que a contraporca for afrouxada um quarto de volta. Quando o parafuso de ajuste é girado, o espaço entre a haste da válvula e o balancim aumentará ou diminuirá imediatamente. Ao apertar a contraporca, o parafuso de ajuste fica travado novamente.

Também aqui as válvulas do cilindro correto devem primeiro ser ajustadas para alternar! Ao sentir entre a haste da válvula e o balancim com um calibrador de espessura correta (ou seja, o mesmo valor do valor de fábrica), pode-se determinar se a folga da válvula é muito grande, muito pequena ou correta. Girando o parafuso de ajuste e movendo constantemente o calibrador de lâminas entre ele, a posição correta do parafuso de ajuste pode ser encontrada onde a folga da válvula está correta. Em seguida, aperte a contraporca e verifique se a folga ainda é a mesma. Há uma boa chance de que o parafuso de ajuste gire levemente ao apertar a contraporca, a menos que seja usada uma ferramenta especial especificada pelo fabricante.

Tecnologia multiválvula:
Cada motor de quatro tempos possui pelo menos 1 válvula de admissão e 1 válvula de escape. Motores mais potentes e econômicos geralmente possuem 2 válvulas de admissão e 2 válvulas de escape. Alguns tipos possuem 2 válvulas de entrada e 1 válvula de escape, ou 3 válvulas de entrada e 1 válvula de escape.
Existem duas vantagens principais em usar válvulas múltiplas, a saber:

As válvulas terão um diâmetro um pouco menor, o que leva a uma massa menor (menos peso) por válvula. A maior vantagem disso é que as válvulas não flutuam em altas rotações do motor. Válvulas flutuantes significam que quando o motor funciona em alta velocidade (por exemplo, 5000 rpm), as válvulas abrem e fecham tão rapidamente que as molas das válvulas não têm mais tempo de pressioná-las para fechá-las. A válvula, portanto, não fecha completamente na sede da válvula. Isso pode resultar no pistão atingir a válvula ou no superaquecimento da válvula, pois não consegue mais transferir calor para a sede da válvula. As múltiplas válvulas tornam as válvulas mais leves e dão às molas da válvula tempo suficiente para fechar a válvula.
A menor massa por válvula permite que as válvulas fechem mais rapidamente. Isto torna possível aplicar um comando de válvulas variável, através do qual a posição da árvore de cames é alterada a uma determinada velocidade ou carga do motor.

Sincronização variável da válvula e elevação da válvula:
Os motores modernos costumam usar comando de válvulas variável. Alguns fabricantes de motores também usam elevação de válvula variável (incluindo BMW). Esses capítulos são descritos separadamente nas páginas: