Relat comando de válvulas

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CAMPUS ALEGRETE 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
LABORATÓRIO DE MÁQUINAS TÉRMICAS 
 
 
 
 
 
 
 
Medição de Características Geométricas de Comandos de Válvulas 
 
 
 
 
 
 
Anderson Souza da Silva 
 
 
 
Alegrete 
2017 
 
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SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 3 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................... 4 
3. PROCEDIMENTOS METODOLOGICOS ............................................................. 8 
4. ANÁLISE E RESULTADOS ............................................................................... 11 
5. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 13 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Introdução 
 
O presente estudo aborda o tema: Medições de características 
geométricas do comando de válvulas, os quais fazem parte de motores 
comerciais de quatro tempos de quatro e duas válvulas por cilindro, 
identificando as variáveis que caracterizam o seu funcionamento e 
rendimento, além de descrever as proporções adequadas para a sua 
melhor performance. O experimento foi executado segundo o roteiro 
proposto pela disciplina laboratório de máquinas térmicas, com o objetivo de 
realizar medições das características construtivas dos cabeçotes de um 
motor VW AP-600 (1.600cc). É importante ressaltar que as cotas de 
distribuição do motor influenciam diretamente o enchimento dos cilindros, e 
consequentemente a potência efetuada. São os ângulos de fechamento de 
admissão e de abertura de escape que dão ao motor a sua característica de 
flexibilidade ou de potência máxima. Sendo de grande importância 
conhecer, e saber a metodologia para executar este tipo de medição. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2- Fundamentação Teórica 
 
O comando de válvula, de acordo com Oliveira (2003) é composto por 
vários excêntricos denominados cames que tem por função básica, a 
coordenação em sincronismo através de cames, ressaltos e balancins, de 
quando e como o motor irá aspirar pela admissão e expelir pelo escape o ar 
para compor a mistura de combustão. 
O came, parte fundamental que compõem o eixo de comando é 
responsável pelo deslocamento direto por meio de contado direto ou indireto, 
por meio de balancins e das válvulas em cada câmara. Tal deslocamento é 
descrito por fatores como descrito na figura 1, que compõem o perfil do came e 
é descrito pelo deslocamento da válvula a partir de seu assento até a altura da 
diferença entre: a altura máxima do came e o diâmetro do círculo base. 
O movimento rotativo do eixo faz com que a os dois cames responsáveis 
por cada cilindro atuem nas válvulas de admissão e de escapamento abram em 
determinados estágios, e por sua vez, a distância de abertura entre os 
ressaltos é mensurada em graus e possui um tempo determinado para cada 
abertura, no qual a válvula de admissão deve ter uma abertura antes do pistão 
chegar no ponto morto superior e fechamento depois do pistão sair do ponto 
morto inferior. A válvula de escapamento deve ter abertura antes do ponto 
morto inferior e ocorrer o fechamento depois do ponto morto superior. Deste 
modo é visto que por um determinado tempo as duas estarão abertas, que por 
sua vez, tem vantagens nas questões de admissão sobre alimentação por 
inércia, gerada pelos gases queimados que estão saindo pelos dutos do 
escapamento, conforme Giacosa (2000). 
As válvulas são peças aplicadas na vedação da câmara, com um 
assentamento perfeito no cabeçote. Nos motores com 4 válvulas para cada 
pistão é comum que o diâmetro das válvulas de escapamento e admissão 
sejam iguais. Porém o material da válvula de escapamento deve ser mais 
resistente por ter contato com gases de alta temperatura, como nos explica 
Oliveira (2003) e como pode ser visto na figura 1. 
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Fig.1-A: motor com duas válvulas, Fig. 1-B motor com quatro válvulas, Fonte: Acervo do autor 
 
2.1-Características do ciclo de 4 tempos 
O ciclo de quatro tempos exige duas rotações do virabrequim, 
fornecendo força motriz apenas no terceiro tempo, exigindo assim que o motor 
seja acionado por uma força exterior. 
O primeiro, segundo e quarto tempo absorve energia mecânica, o que 
obriga o emprego de um volante ligado ao virabrequim. 
Existem dois pontos mortos superiores diferentes: 
2.1.1-Ponto morto de sobreposição 
Corresponde à passagem de um a outro ciclo (cruzamento), isto é, 
fechamento do escape e a abertura de admissão. 
2.1.2-Ponto morto de ignição 
Conforme a figura 2. Corresponde à hora da ignição da mistura. 
 
A B 
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Figura 2- Ciclo de um motor de quatro tempos. Fonte: H. M. Chollet 
 
A sincronização das válvulas é regulada pelo eixo de comando de 
válvulas, que gira na metade da frequência do virabrequim. A abertura das 
válvulas acontece, quando estas, são pressionadas pelos ressaltos contra as 
molas, para descarregar o gás de escapamento e aspirar a mistura (ar-
combustível). 
Antes do ponto morto inferior, a válvula de escapamento se abre, 
aproximadamente 50% dos gases de combustão saem da câmara de 
combustão sobe um coeficiente de pressão supercrítico, durante a fase de pré-
descarga. 
O movimento de subida do pistão durante o tempo de escapamento, 
elimina quase todos os gases de combustão da câmara de combustão. 
Logo antes do ponto morto superior de sobreposição e antes que a 
válvula de escapamento tenha se fechado, a válvula de admissão se abre. 
Após o ponto morto superior de sobreposição, a válvula de escapamento é 
fechada e, com a válvula de admissão ainda aberta, o pistão aspira a mistura 
em seu curso para baixo. O tempo de admissão continua até logo após o ponto 
morto inferior. Os dois processos seguintes são a compressão e combustão. 
 
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Fig. 3- Demonstração da relação dos ângulos e pontos principais de um motor de 4 tempos, Fonte: 
Bosch, R. 
 
2.2- Distribuição 
 
Chama-se distribuição o conjunto de elementos que comandam a 
admissão dos gases no motor e depois o seu escape. Estes elementos são: 
pinhões de distribuição, eixo de cames, tuchos das válvulas, válvulas e molas 
de válvulas. 
 
2.3- Tuchos das válvulas 
Nos motores de válvulas laterais, eles têm sempre um batente de 
regulagem por parafuso ou placas. Deixa-se uma folga entre o tucho e a 
válvula, de modo que este repouse completamente no seu assento e que a sua 
dilatação, sob o efeito do calor, possa efetuar livremente. 
Esta folga de dilatação varia conforme as marcas dos motores. Ela é 
geralmente indicada pelo fabricante como maior para a válvula de escape do 
que para a de admissão. 
Nos motores de balancins, a folga é regulada sobre o próprio balancim. 
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Nos motores com eixo de cames suspenso e impulso direto, a haste da 
válvula termina por uma capa regulável; a folga de dilatação é medida entre o 
came e a capa da válvula. 
Existem tuchos com regulagem automática por pressão de óleo. 
 
 
 Figura 4 - Ilustração de alguns sistemas de acionamento de válvulas, Fonte: H. M. Chollet 
 
3- Procedimentos metodológicos 
3.1- Materiais utilizados 
 Disco graduado em graus, com precisão de 2º; 
 Paquímetro com precisão de ±0,05 mm; 
 Relógio comparador com precisão de ±0,01mm; 
 Cabeçote de motor Volkswagen AP-600: 1600 cilindradas, carburação a 
gasolina, torque máximode 12,7 Kgfm em 3000 RPM, potência máxima 
80 CV @ 5.600 RPM, Folga de ADM.: 0,20mm e ESC.: 0,40. 
 
3.2- Processo de medição de ângulos 
 O cabeçote Volkswagen possui o sistema do comando por contato 
direto, ou seja, o came está em contato constante e sem intermédio de 
balancim com a extremidade superior da válvula, como pode ser visto na figura 
5. 
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Figura 5- Relógio comparador sobre came, Fonte: Bosch, R. 
As medidas dos ângulos dos comandos de válvulas foram feitas 
utilizando o disco graduado e o relógio comparador. O disco graduado 
apresenta duas marcações em relação ao virabrequim, marcando também o 
ponto morto superior e o ponto morto inferior. A marcação externa indica antes 
dos pontos mortos, e a interna, depois dos pontos mortos, conforme figura 6. 
 
Figura 6- Disco graduado, Fonte: acervo do autor. 
 O disco graduado foi acoplado na polia do comando de válvulas, e o 
relógio comparador é posicionado sobre os cames, como ilustra a figura 7. 
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 Figura 7- Medições do comando de válvulas, Fonte: acervo do autor. 
As medições foram realizadas seguindo o roteiro do experimento e a 
orientação do professor. Com o relógio comparador sobre o came de escape, o 
eixo é girado lentamente no sentido horário, obtendo assim o AAE sem folga. 
Deste modo, o deslocamento da válvula é diretamente proporcional à 
medida da altura máxima, subtraído o círculo base como pode ser visto na 
figura 8, que ilustra as medidas. 
 
 
Assim, mensura-se a altura máxima e o círculo base, para obter o 
levantamento*, e junto aos valores de folga, disponibilizados pelo fabricante, 
Figura 8- Medidas base do came, Fonte: Bosch, R. 
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para que posteriormente estes sejam usados no experimento para obter os 
ângulos de abertura e fechamento das válvulas. 
Para obter o valor com folga o eixo é rotacionado até atingir o valor da 
folga. 
 
4- Análise e resultados 
Os resultados das medições realizadas foram tabelados e apresentam 
os dados para admissão e escapamento com e sem folga, com o retardo de 
fechamento, avanço aberto, distância entre PMI e PMS, levantamento e 
duração de fechamento que serão utilizados para calcular os ângulos de 
abertura total, cruzamento e espaçamento entre centros para o cabeçote 
Volkswagen, conforme tabela 1. 
 
Tabela 1- Medidas Realizadas no experimento 
 
Motor Volkswagen 
 
Avanço de 
Abertura 
(AA) 
Distância entre PMI 
e PMS 
Retardo de 
Fechamento 
(RF) 
Duração Levantamento 
A
d
m
is
s
ã
o
 
S/ folga 26° APMS 
180° 
56° DPMI 262° 
8,33 mm em 
102° DPMS 
C/ folga 6°APMS 28° DPMI 214° 8,53 mm 
D
e
s
c
a
rg
a
 S/ folga 52°APMI 
180° 
32° DPMS 264° 
8,148 mm em 
106° APMS 
C/ folga 22°APMI 8°APMS 196° 8,548 mm 
Fonte: Acervo do autor 
 
O ângulo de abertura total é calculado através da seguinte relação: 
 
 =264º 
 
O ângulo de cruzamento é obtido através de: 
 
 =58º(B), -2º(L) 
 
O espaçamento entre centros pode ser obtido através da seguinte equação: 
 
12 
 
 *(
 
 
)+=104º 
 
4.1- Influência dos momentos de abertura e de fechamento das válvulas 
A abertura da admissão pode ocorrer antes ou depois do ponto morto 
superior. Ocorre antes do ponto morto superior quando o came é de 
transmissão progressiva, e depois do ponto morto superior quando o came é 
de transmissão rápida. O momento de abertura influência muito pouco nos 
motores habituais. Entretanto, nos motores munidos de um compressor, o 
avanço da abertura da admissão permite limpar a câmara de explosão 
enquanto a válvula de escape ainda está aberta. 
O fechamento da admissão ocorre sempre depois do ponto morto 
inferior. Este ângulo de atraso determina as características de flexibilidade do 
motor. 
Com um ângulo de atraso pequeno, o enchimento do cilindro será 
excelente a baixas rotações, mas diminui depressa com o aumento das 
mesmas. 
Se o ângulo de atraso for grande, o enchimento do cilindro será 
incompleto se houver um pequeno número de rotações, existindo um aumento 
de potência proporcional ao aumento da rotação. 
A abertura do escape ocorre sempre antes do ponto morto inferior. O 
avanço de abertura do escape é destinado a baixar a pressão interna do 
cilindro antes da subida do pistão, diminuindo a contrapressão, mas perdendo 
uma parte do trabalho de expansão. O fechamento do escape acontece 
sempre depois do ponto morto superior para que no curto instante de parada 
do pistão, os gases queimados ainda possam escapar da câmara de explosão. 
O retardo do fechamento do escape é usado para impulsionar a admissão, 
devido aos gases queimados atingirem velocidades que provocam uma 
sucção. 
 
 
 
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5- Conclusão 
 
Em última análise os cabeçotes dos motores analisados possuem 
características construtivas e cilindradas diferentes. O cabeçote de 16 válvulas 
do motor Renault possibilita um melhor rendimento volumétrico, devido ao 
maior número de válvulas permitirem, uma maior área de passagem dos gases 
no cilindro. 
É importante ressaltar que o motor Volkswagen AP-600 apresenta um 
torque máximo de 12 Kgfm, de modo que este motor possui 1600 cilindradas 
com carburador a uma rotação de 3000 RPM, e o motor Renault SOHC possui 
10 Kgfm, para 1000 cilindradas com injeção eletrônica a uma rotação de 4250 
RPM. Demonstrando que o motor Renault possui maior tempo de abertura da 
válvula de admissão do que o motor Volkswagen, atrelado a uma rotação 
41,6% maior, gera um torque elevado quando se correlaciona as cilindradas 
dos dois. 
Como o torque é definido pelo enchimento de ar no cilindro, em uma 
taxa proporcional. Para esta questão, o torque pode ser aumentado com uma 
sobre alimentação, ou seja, com o uso de sobre alimentação dinâmica ou turbo 
alimentada com gás de escapamento. 
O sistema de mistura também é um fator primordial para a eficiência, 
tanto em questões de potência como ecológicas. O motor Renault possui 
injeção eletrônica, que possui por característica a melhor mistura do 
combustível com o ar, por gerar micro partículas que por sua vez possuem 
grande área de contato com o ar. Já o motor Volkswagen apresenta 
carburação, que realiza uma mistura grosseria, por ser lançado combustível em 
forma de jato para o cilindro. Deste modo, o motor Renault possui uma 
segunda vantagem quando comparado ao Volkswagen, uma mistura com 
maior eficácia. 
Outro fator importante é a quantidade de válvulas, quatro por cilindro, 
que por haver mais e com menor diâmetro, cria uma maior área de admissão e 
escapamento, em comparação a duas por cilindro. 
A abertura da válvula de admissão, para os dois tipos de motor, se dá 
em adiantamento, com relação a PMS, isto é necessário para que a válvula 
esteja totalmente aberta necessita de um tempo para o movimento acelerado 
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de deslocamento, assim, em casos que a rotação é maior para obter 
determinado torque, como o motor Renault, o adiantamento do movimento 
deve ser maior, quando comparado ao motor Volkswagen. O fechamento é 
atrasado, para os dois casos, devido ao aproveitamento da inércia gerada 
pelos gases que estão em saída, assim, ocorre um repuxo no ar fresco que 
está entrando. 
A abertura da Válvula de admissão, para os dois casos, é adiantada, 
com relação ao PMI, para que seja iniciada a remoção dos gases mais 
rapidamente. O período no qual as duas válvulas ficam abertas favorece o 
aumento de admissão, porém não ocorre risco dos gases queimados 
adentrarem ao cilindro por haver inércia do fluido.15 
 
Referências Bibliográficas 
 
H. M. CHOLLET. Curso Prático e Professional para Mecânicos de 
Automóveis. Hemus, 1981. 
BOSCH, Robert. Manual de Tecnologia Automotiva. 25. ed. São Paulo: 
Edgard Blücher, 2005. 
GIACOSA, D. Motores Endotérmicos. 14ed. 1ª reimpressão, Barcelona: 
Editora Omega, 2000. 
OLIVEIRA, Carlos Alexandre de; ROSA, Andrea da. Motores de combustão 
interna – álcool e gasolina. Santa Maria, CEP SENAI Roberto Barbosa Ribas, 
2003. 116 p. il. (Mecânica de Automóveis).