Mecanismo de distribuição de gás do motor, design e princípio de operação

O mecanismo de distribuição de gás (GRM) é um conjunto de peças e conjuntos que abrem e fecham as válvulas de admissão e escape do motor em um determinado momento. A principal tarefa do mecanismo de distribuição de gás é o fornecimento oportuno de ar-combustível ou combustível (dependendo do tipo de motor) para a câmara de combustão e a liberação de gases de escape. Para resolver este problema, todo um complexo de mecanismos funciona sem problemas, alguns dos quais são controlados eletronicamente.

Como é o horário

Nos motores modernos, o mecanismo de distribuição de gás está localizado na cabeça do cilindro do motor. É composto pelos seguintes elementos principais:

• Eixo de comando. Este é um produto de design complexo, feito de aço durável ou ferro fundido com alta precisão. Dependendo do projeto do sincronismo, o comando de válvulas pode ser instalado no cabeçote ou no cárter (atualmente este arranjo não é usado). Esta é a principal parte responsável pela abertura e fechamento sequencial das válvulas.

O eixo tem mancais e cames que empurram a haste da válvula ou balancim. A forma do came tem uma geometria estritamente definida, pois a duração e o grau de abertura da válvula dependem disso. Além disso, os cames são projetados em diferentes direções para garantir a operação alternada dos cilindros.

• Unidade de acionamento. O torque do virabrequim é transmitido através do acionamento para o eixo de comando. A unidade difere dependendo da solução de design. A engrenagem da árvore de manivelas é metade do tamanho da engrenagem da árvore de cames. Assim, o virabrequim gira duas vezes mais rápido. Dependendo do tipo de unidade, inclui:

1. corrente ou cinto;
2. engrenagens do eixo;
3. tensor (rolo tensor);
4. amortecedor e sapato.

• Válvulas de admissão e exaustão. Eles estão localizados na cabeça do cilindro e são hastes com uma cabeça chata em uma extremidade, chamada de gatilho. As válvulas de entrada e saída diferem em design. A entrada é feita em uma peça. Ele também tem um prato maior para encher melhor o cilindro com carga fresca. A saída geralmente é feita de aço resistente ao calor e possui haste oca para melhor refrigeração, pois fica exposta a temperaturas mais altas durante a operação. Dentro da cavidade há um enchimento de sódio que derrete facilmente e remove parte do calor da placa para a haste.

As cabeças das válvulas são chanfradas para proporcionar um encaixe mais apertado nos orifícios da cabeça do cilindro. Este lugar é chamado de sela. Além das próprias válvulas, elementos adicionais são fornecidos no mecanismo para garantir seu bom funcionamento:

1. Molas. Retorne as válvulas à sua posição original após pressionar.
2. Vedantes da haste da válvula. São vedações especiais que impedem a entrada de óleo na câmara de combustão ao longo da haste da válvula.
3. Bucha guia. Instalado na carcaça do cabeçote e proporciona um movimento preciso da válvula.
4. Biscoitos. Com a ajuda deles, uma mola é presa à haste da válvula.

• Empurradores. Através dos empurradores, a força é transmitida do came da árvore de cames para a haste. Fabricado em aço de alta resistência. São de vários tipos:

1. mecânico - vidros;
2. rolo;
3. compensadores hidráulicos.

A folga térmica entre os empurradores mecânicos e os lóbulos da árvore de cames é ajustada manualmente. Compensadores hidráulicos ou tuchos hidráulicos mantêm automaticamente a folga necessária e não requerem ajuste.

• Balancim ou alavancas. Um balancim simples é uma alavanca de dois braços que executa movimentos de balanço. Em diferentes layouts, os balancins podem funcionar de forma diferente.
• Sistemas de comando de válvulas variáveis. Esses sistemas não são instalados em todos os motores. Mais detalhes sobre o dispositivo e o princípio de operação do CVVT podem ser encontrados em um artigo separado em nosso site.

Descrição do tempo

A operação do mecanismo de distribuição de gás é difícil de considerar separadamente do ciclo de operação do motor. Sua principal tarefa é abrir e fechar válvulas no tempo por um determinado período de tempo. Portanto, no curso de admissão, a admissão abre e, no curso de escape, o escape abre. Ou seja, de fato, o mecanismo deve implementar o tempo de válvula calculado.

Tecnicamente é assim:

1. O virabrequim transmite torque através do acionamento para o eixo de comando.
2. O came da árvore de cames pressiona o empurrador ou balancim.
3. A válvula se move dentro da câmara de combustão, permitindo o acesso a carga fresca ou gás de exaustão.
4. Após o came ter passado a fase ativa de ação, a válvula retorna ao seu lugar sob a ação da mola.

Deve-se notar também que para um ciclo completo, a árvore de cames faz 2 rotações, abrindo alternadamente as válvulas em cada cilindro, dependendo da ordem em que elas funcionam. Ou seja, por exemplo, com um esquema de operação 1-3-4-2, as válvulas de admissão no primeiro cilindro e as válvulas de escape no quarto abrirão simultaneamente. Na segunda e terceira válvulas serão fechadas.

Tipos de mecanismo de distribuição de gás

Os motores podem ter esquemas de tempo diferentes. Considere a seguinte classificação.

Por posição da árvore de cames

Existem dois tipos de posição da árvore de cames:

• fundo;
• topo.

Na posição inferior, a árvore de cames está localizada no bloco de cilindros ao lado do virabrequim. O impacto dos cames através dos empurradores é transmitido aos balancins, por meio de hastes especiais. Estas são hastes longas que conectam as hastes na parte inferior aos balancins na parte superior. A localização mais baixa não é considerada a mais bem sucedida, mas tem suas vantagens. Em particular, uma conexão mais confiável entre a árvore de cames e o virabrequim. Este tipo de dispositivo não é usado em motores modernos.

Na posição superior, a árvore de cames está na cabeça do cilindro, logo acima das válvulas. Nesta posição, várias opções para influenciar as válvulas podem ser implementadas: usando empurradores de balancim ou alavancas. Este design é mais simples, mais confiável e mais compacto. A posição superior da árvore de cames tornou-se mais comum.

Por número de árvores de cames

Os motores em linha podem ser equipados com uma ou duas árvores de cames. Motores com uma única árvore de cames são designados pela abreviatura SOHC(Single Overhead Camshaft), e com dois - DOHC(Double Overhead Camshaft). Um eixo é responsável pela abertura das válvulas de admissão e o outro pelo escape. Os motores em V usam quatro árvores de cames, duas para cada banco de cilindros.

Por número de válvulas

A forma da árvore de cames e o número de cames dependerão do número de válvulas por cilindro. Pode haver duas, três, quatro ou cinco válvulas.

A opção mais simples é com duas válvulas: uma para admissão e outra para exaustão. Um motor de três válvulas tem duas válvulas de admissão e uma de escape. Na versão com quatro válvulas: duas de admissão e duas de escape. Cinco válvulas: três para admissão e duas para exaustão. Quanto mais válvulas de admissão, mais mistura ar-combustível entra na câmara de combustão. Assim, a potência e a dinâmica do motor são aumentadas. Fazer mais de cinco não permitirá o tamanho da câmara de combustão e a forma da árvore de cames. O mais comumente usado quatro válvulas por cilindro.

Por tipo de acionamento

Existem três tipos de acionamentos da árvore de cames:

1. engrenagem. Esta opção de acionamento só é possível se a árvore de cames estiver na posição inferior do bloco de cilindros. O virabrequim e o eixo de comando são acionados por engrenagens. A principal vantagem de tal unidade é a confiabilidade. Quando a árvore de cames está na posição superior na cabeça do cilindro, são utilizadas correntes e correias.
2. Cadeia. Esta unidade é considerada mais confiável. Mas o uso da corrente requer condições especiais. Para amortecer as vibrações, são instalados amortecedores e a tensão da corrente é regulada por tensores. Várias correntes podem ser usadas dependendo do número de eixos.
   

   O recurso da cadeia é suficiente para uma média de 150-200 mil quilômetros.

   O principal problema do acionamento por corrente é considerado um mau funcionamento dos tensores, amortecedores ou uma quebra na própria corrente. Com tensão insuficiente, a corrente durante a operação pode escorregar entre os dentes, o que leva a uma violação do tempo da válvula.

   Ajuda a ajustar automaticamente a tensão da corrente tensores hidráulicos. Estes são pistões que pressionam a chamada sapata. O sapato é preso diretamente à corrente. Esta é uma peça com revestimento especial, curvada em arco. Dentro do tensor hidráulico há um êmbolo, uma mola e uma cavidade de trabalho para óleo. O óleo entra no tensor e empurra o cilindro para o nível correto. A válvula fecha a passagem de óleo e o pistão mantém a tensão correta da corrente em todos os momentos.Os compensadores hidráulicos em uma correia dentada funcionam com um princípio semelhante. A guia da corrente absorve as vibrações residuais que não foram amortecidas pela sapata. Isso garante um funcionamento perfeito e preciso do acionamento por corrente.

   O maior problema pode vir de um circuito aberto.

   A árvore de cames para de girar, mas o virabrequim continua a girar e mover os pistões. Os fundos dos pistões atingem os discos das válvulas, fazendo com que se deformem. Nos casos mais graves, o bloco de cilindros também pode ser danificado. Para evitar que isso aconteça, às vezes são usadas cadeias de duas linhas. Se um quebrar, o outro continua funcionando. O motorista poderá corrigir a situação sem consequências.

3. cinto.O acionamento por correia não requer lubrificação, ao contrário do acionamento por corrente.
   

   O recurso do cinturão também é limitado e tem uma média de 60 a 80 mil quilômetros.

   Correias dentadas são usadas para melhor aderência e confiabilidade. Este é mais simples. Uma correia quebrada com o motor funcionando terá as mesmas consequências que uma corrente quebrada. As principais vantagens de um acionamento por correia são a facilidade de operação e substituição, baixo custo e operação silenciosa.

O funcionamento do motor, sua dinâmica e potência dependem do correto funcionamento de todo o mecanismo de distribuição de gás. Quanto maior o número e volume de cilindros, mais complexo será o dispositivo de sincronização. É importante que cada motorista entenda a estrutura do mecanismo para perceber um mau funcionamento a tempo.