Árvore de cames: o que é e o que faz?

Escrito na categoria "Notícias sobre o trânsito" por André M. Coelho.

As árvores de cames, também conhecidas como árvores de comandos, são um dos muitos componentes essenciais necessários para permitir que um motor de combustão funcione. Mas o que exatamente é uma árvore de cames e por que seu papel é tão importante? Como é o funcionamento de uma árvore de comando? Vamos explicar para entender da melhor maneira.

O que é a árvore de cames ou árvore de comando?

Vamos supor que você esteja familiarizado com a função básica de um motor de combustão – combustível e ar são inflamados dentro de um cilindro, produzindo energia explosiva que é convertida em movimento através dos pistões, virabrequim e transmissão.

Parece bastante simples, mas como sabemos, a combustão interna passou por mais refinamento e desenvolvimento do que qualquer outro mecanismo no planeta, de modo que agora é um sistema de peças extremamente complexo.

A árvore de cames ou de comando, entretanto, é uma das peças mais antigas e tem trabalhado zelosamente desde os primeiros dias da invenção e progressão do motor. Isso ocorre porque a própria câmara é uma ideia incrivelmente antiga que remonta ao século 13 na Turquia – onde foi usada em uma variedade de mecanismos pelo lendário Ismail al-Jazari e descrita em seu “Livro do Conhecimento de Dispositivos Mecânicos Engenhosos”.

Avance rapidamente para o século 21 e seus princípios de operação são os mesmos agora como eram antes.

Sensor da árvore de cames ou de comando e a sincronia do motor

Uma árvore de cames ou de comando é um componente relativamente básico – um comprimento simples de haste, ou eixo, com lóbulos em forma posicionados ao longo dela, que foram batizados de “lóbulos de came”. Quando o eixo é girado, o formato do came permite que ele atue sobre uma válvula ou interruptor em um grau compatível com a gravidade de seu formato – com a velocidade de rotação controlando a taxa de ação.

Em um motor de combustão interna moderno, eles são tipicamente, mas não necessariamente, posicionados diretamente acima dos bancos de cilindros, onde atuam para controlar as válvulas. Sua calibração controla com precisão a quantidade de mistura de ar-combustível que entra na câmara e a eficiência com que os gases de exaustão gastos da ignição anterior podem sair da câmara para a próxima carga.

Isso os torna não apenas críticos para a operação de um motor, mas porque a abertura e o fechamento das válvulas devem ser cuidadosa e perfeitamente sincronizados com os movimentos dos pistões, eles também têm um efeito drástico no desempenho.

Para garantir essa sincronização, os eixos de comando são conectados por meio de uma correia dentada ou corrente ao giro do virabrequim – que move diretamente os pistões dentro do cilindro. Além disso, a forma dos próprios cames também é cuidadosamente elaborada para controlar a velocidade com que as válvulas abrem e fecham. Isso é mais conhecido como temporização variável da válvula.

Funcionamento da árvore de cames

A árvore de cames ou de comando é responsável pela abertura e fechamento das válvulas do veículo de forma sincronizada. (Foto: Britannica)

Árvore de cames: função e tipos no motor

Pode haver um número variável de árvores de cames em um motor, dependendo da disposição do cilindro e da operação da válvula. Como você precisa de pelo menos um eixo de comando por banco de cilindros, os motores em linha precisam de apenas um único eixo de comando, enquanto um arranjo em V exigiria pelo menos dois. Alguns motores usam eixos de comando de válvulas duplos (DOHC), portanto, teriam até quatro em dois bancos de cilindros.

O uso de um eixo adicional por banco oferece inúmeras vantagens sobre um único projeto de eixo de comando de válvulas (SOHC), apesar do peso e custo adicionais. Posicionamento ideal do componente para melhor eficiência, maior potência da extremidade superior e uma operação de válvula menos complexa ao usar mais de duas válvulas por cilindro

Quatro válvulas por cilindro é uma configuração comum devido à sua eficiência, pois aproveita ao máximo o espaço da cabeça do cilindro. Embora um SOHC possa operar quatro válvulas por cilindro também, ele requer um sistema complexo de hastes e cames para alcançá-lo e, portanto, o DOHC é preferível.

Árvore de comando: manutenção e retífica

Existem algumas peças para as quais você vê tantas (ou mais) opções recondicionadas como novas. As árvores de cames são uma dessas peças. Isso ocorre porque os eixos de comando são muito fáceis de reconstruir e, se feitos corretamente, funcionam tão bem quanto. Se você está pensando em substituir sua árvore de comandos antiga, você definitivamente deve considerar ir com um eixo de cames remanufaturado.

Você sabia que apenas 0,0254 milímetros de desgaste do lóbulo pode ter um efeito de até 3 graus no sincronismo da válvula? É sempre indiscutível que você precisará de uma nova árvore de cames se a anterior falhar. O motivo da falha geralmente determinará se seu eixo de comando antigo será um núcleo aceitável que pode ser reconstruído.

Para determinar se um eixo de comandos pode passar por uma remanufatura, é necessário seguir os seguintes passos:

1. Exame do eixo

Antes que um remanufaturador possa reconstruir um eixo de comando, ele precisa garantir que o comando possa ser reconstruído. Existem algumas condições do eixo de comando que eles precisam examinar para tomar essa decisão.

Isso pode parecer um pouco óbvio, mas o reconstrutor precisará certificar-se de que a árvore está reta, caso contrário, ela nunca será reconstruída.

2. Exame dos lóbulos

As árvores de cames podem ser reconstruídas se apresentarem desgaste do lóbulo, desde que esse desgaste não seja excessivo. Às vezes, até que ponto os lóbulos podem estar desgastados e ainda serem reconstruídos depende do número de peça específico e do motor. Certas árvores de cames podem ter mais desgaste do que outras e ser reconstruídas, enquanto outras árvores de cames com desgaste semelhante não podem ser reconstruídas. Depende das especificações do motor e das especificações da árvore de cames que se encaixa no motor. O manual de serviços geralmente tem os valores de desgaste que a árvore de comando suporta.

3. Profundidade de endurecimento

A profundidade de endurecimento do case é a área de metal mais dura na parte externa do eixo de comando. Esta superfície permite que a árvore de cames suporte o atrito constante que ocorrerá nos lóbulos, enquanto o interior macio evita que a árvore de cames se quebre. Quando a árvore de cames é reconstruída, a profundidade de endurecimento da caixa será retificada. Se não houver profundidade suficiente, o eixo de comando não pode ser reconstruído porque o metal mais macio dentro do came não seria duro o suficiente para suportar o atrito dos rolos.

Determinar a profundidade de endurecimento não é algo que pode ser feito apenas a olho nu. Requer equipamento especial em uma oficina mecânica ou retífica para determinar se a profundidade é aceitável para reconstrução.

Como é a retífica de uma árvore de comando?

Depois que o reconstrutor determinou que o eixo de comando pode ser reconstruído com segurança, eles precisam realmente fazer a remanufatura. Para remanufaturar um eixo de comando, existem dois processos principais que o reconstrutor pode fazer.

1. Soldagem da árvore de cames

A soldagem é apenas parte do processo de remanufatura quando há tanto desgaste que o eixo de comando não pode ser apenas aterrado e atender às especificações.

Quando um remanufaturador solda um eixo de comando no processo de reconstrução, ele adiciona mais material ao eixo de comando para preencher as áreas de desgaste. Depois de construir o material, eles o triturarão para que atenda às especificações adequadas. O material usado para construir uma árvore de cames durante este processo é geralmente mais duro do que o material de que a árvore de cames é feita, por isso não deve haver medo de a reconstrução não aguentar.

2. Recuperação da árvore de comandos

A reafiação sempre faz parte do processo de remanufatura. Se o desgaste em um eixo de comando for mínimo, o reconstrutor pode apenas ter que reafiar o came para terminar de remanufaturá-lo.

Um remanufaturador usará uma retificadora CNC para desbastar os lóbulos do eixo de comando para garantir que forneçam a elevação adequada necessária para o motor. Existem duas partes básicas em um lóbulo: o círculo básico e o elevador. Quando um lóbulo está gasto, geralmente é usado no elevador. Para restaurar o levantamento, a área de desgaste deve ser esmerilhada para que fique lisa novamente, e o resto do lóbulo também deve ser esmerilhado para que o levantamento do círculo de base seja o mesmo que era antes do desgaste.

A árvore de comando moderna

Significativamente, o DOHC permite o uso de tecnologia de válvula mais sofisticada que funciona para alterar o tempo, a duração e a elevação das válvulas. Esse controle pode melhorar a eficiência do combustível, aumentar a potência e reduzir as emissões quando necessário, dependendo da situação.

Foi uma grande inovação no design do motor nos últimos anos, e quase todos os fabricantes de automóveis têm sua própria versão, trabalhando em muitos elementos diferentes do sistema de sincronização do motor.

Alguns usam vários perfis de came e alternam entre eles dependendo da carga do motor; outros alteram o tempo entre o virabrequim e os eixos de comando para alterar o desempenho. Um dos primeiros sistemas usava pressão de óleo para alterar a operação da válvula.

O melhor sistema ainda está para ser decidido, mas você pode ter certeza de que mais desses sistemas encontrarão seu caminho para os motores à medida que a busca sem fim por eficiência e potência continua – e o humilde eixo de cames se torna outra parte para ver seu design e função reinventada.

Ficou alguma dúvida? Deixem nos comentários suas perguntas!

Sobre o autor

Autor André M. Coelho

O pai de André já teve alguns carros clássicos antes de falecer, como Diplomata, Chevette e Opala. Após completar 18 anos, tirou carteira de moto e carro, comprando então sua primeira moto, uma Honda Sahara 350. Fez um curso de mecânica de motos para começar uma restauração na moto, e acabou aprendendo também como consertar alguns problemas de carros. Seu primeiro carro foi uma Nissan Grand Livina de 2014 e pretende em breve comprar uma picape diesel. No caminho, vai compartilhando tudo que aprende no site Carro de Garagem.

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