CABEÇOTE, VÁLVULAS, TORQUE E POTÊNCIA

A VERDADE ESTÁ POUCO SE LIXANDO PARA O QUE VOCÊ ACREDITA OU DEIXA DE ACREDITAR.

Uma vez que as válvulas são acionadas mecanicamente pelo eixo-comando (ou árvore de cames), sua abertura não acontece de forma instantânea. Por isso, a geometria dos cames (ressaltos) é projetada para dar início à abertura da válvula de admissão uma fração de segundo antes de o fluxo da mistura ar-combustível começar a invadir câmara de explosão.

O mesmo se aplica à válvula de escapamento, cuja abertura deve ter início um instante antes de o movimento ascendente do pistão dar início à fase de exaustão, quando os gases remanescentes da combustão da mistura são expulsos do interior do cilindro — e permanecer aberta até que o êmbolo alcance o PMI, pois a entrada da mistura ar/combustível ajuda a expelir os gases queimados (segundo o princípio da impenetrabilidade, dois corpos não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo).

Observação: Uma fração de segundo parece pouco, mas é preciso ter em mente que, nos veículos de passeio, o virabrequim chega a dar 7 mil voltas completas por minuto, e o comando de válvulas, que da uma volta completa a cada duas voltas do virabrequim, abre e fecha as válvulas milhares de vezes por minuto.

Para otimizar a combustão e aumentar a potência, os engenheiros estudam cuidadosamente o movimento dos gases nos dutos de admissão e de escape, de maneira adequar os coletores ao projeto do motor, pois seu formato e extensão refletem no torque, na potência e no consumo de combustível. Como torque e potência variam conforme a rotação do virabrequim, o grande desafio é "ampliar" o volume da câmara de explosão de modo a obter curvas de torque e potência o mais planas possível — ou, no mínimo, evitar variações substantivas nos diversos regimes de giro impostos ao motor.

Já o meu desafio é trocar tudo isso em miúdos, ou seja, abordar esses conceitos usando uma linguagem acessível a leitores leigos ou pouco familiarizados com as sutilezas da mecânica automotiva. E isso nos leva à questão do torque e da potência — termos que designam coisas diferentes, mas interligadas a tal ponto que confundem até quem é do ramo.

Para explicar o que é torque e o que é potência sem recorrer às velhas fórmulas que a gente aprende na escola e esquece assim que passa no vestibular, costuma-se dizer simplesmente que “torque é para arrancada e potência, para velocidade”. No entanto, além de inexata, essa definição é por demais simplista, mesmo para quem não tem qualquer familiaridade com o cipoal da mecânica automotiva. Então, digamos que o torque é uma força que faz algo girar em torno do próprio eixo.

Um bom exemplo de torque é a força que aplicamos ao apertar as porcas da roda do carro: quando giramos a chave de rodas, estamos gerando torque. Levar o carro de um ponto a outro é trabalho, e como é o torque quem o realiza, podemos dizer que torque é trabalho, e que potência é a rapidez com que esse trabalho é realizado. À luz desse raciocínio, fica fácil entender por que veículos mais potentes alcançam velocidades mais elevadas e se deslocam de um ponto a outro mais rapidamente que os de menor potência.

Trata-se de um resuminho pra lá de elementar, mesmo considerando os propósitos despretensiosos desta postagem. Mas já é um começo. O resto fica para o próximo capitulo.

ALGUMAS CONSIDERAÇÕES SOBRE O CABEÇOTE, AS VÁLVULAS E O EIXO-COMANDO

TODO MUNDO TEM UM AMOR INESQUECÍVEL E UM SEGREDO INCONFESSÁVEL.

Por despretensiosos, os propósitos desta abordagem me autorizam a simplificar as explicações a ponto de definir o bloco do motor como o "habitáculo" dos cilindros (em cujo interior os pistões sobem e descem milhares de vezes por minuto, gerando o torque e a potência que fazem o veículo se mover) e o cárter como o repositório do óleo lubrificante (que reduz o atrito entre as partes móveis do motor). Mas a porca torce o rabo quando se trata do cabeçote, sobretudo porque esse componente, que nos projetos antigos era apenas uma "tampa" da câmara de combustão, passou a abrigar as válvulas e respectivo eixo-comando (ou árvore de cames), guias, molas de retorno, tuchos, retentores e outros, tornando-se o "sistema respiratório" do motor. Vamos aos detalhes.

O cabeçote consiste numa peça de ferro fundido — ou de alumínio — que é firmemente presa ao bloco por uma série de parafusos. Entre ambos, uma junta de metal multicamadas assegura um perfeito assentamento, evitando tanto o vazamento da compressão quanto a contaminação do óleo lubrificante pelo líquido de arrefecimento. Praticamente todos os motores de Ciclo Otto atuais são do tipo OHV (sigla em inglês para "válvulas sobre o cabeçote"), o que otimiza significativamente os fluxos de admissão da e de descarga.

Se o motor fosse uma orquestra, o cabeçote seria o maestro e o eixo-comando, sua batuta, pois é ele quem determina quando, por quanto tempo e com que intensidade os gases entram e saem dos cilindros. Note que, para tanto, é fundamental que  o "abre e fecha" das válvulas seja sincronizado com o "sobe e desce" dos pistões.

Não custa lembrar (mais uma vez) que as quatro fases (ou tempos) do ciclo Otto são admissão, compressão, combustão e descarga, e que o pistão percorre quatro vezes seu curso a cada volta completa do virabrequim, alternando movimentos ascendentes e descendentes. Por curso, entenda-se a distância que o êmbolo percorre do PMS (ponto morto superior) ao PSI (ponto morto inferior) e vice-versa, conforme, aliás, foi explicado nos capítulos anteriores.

Na primeira fase, o movimento descendente do pistão, combinado com a abertura da válvula de admissão, cria uma depressão que suga para o interior do cilindro a mistura ar-combustível preparada pelo sistema de injeção eletrônica de combustível (ou pelo carburador, no projetos de antigamente). Na segunda, com ambas as válvulas fechadas, a subida do embolo comprime essa mistura no interior da câmara de explosão. Na terceira, ainda com ambas as válvulas fechadas, a centelha produzida pela vela inflama a mistura, que se expande e empurra o êmbolo em direção ao PMI, produzindo o torque e a potência que fazem o veículo se mover. 

Observações: 1) Por câmara de combustão (ou de explosão, dá no mesmo), entenda-se o espaço entre a base do cabeçote e a cabeça do pistão quando este atinge o porto morto superior do curso; 2) um motor à combustão gera torque e potência convertendo o poder calorífico do combustível na força (energia cinética) que a combustão da mistura exerce sobre o pistão, que a biela converte no movimento rotacional do virabrequim, que, com o concurso dos sistemas de embreagem e transmissão, é direcionado às rodas motrizes do veículo, fazendo-o se movimentar. 

Na quarta e última fase, a abertura da válvula de escapamento faz com que o movimento novamente ascendente do êmbolo expulse os gases remanescentes da combustão e prepare o cilindro para um novo ciclo de quatro fases.

Resumo da ópera: Fechada pela ação da respectiva mola de retorno, a válvula de admissão impede que a mistura passe do coletor de admissão para o cilindro, e o mesmo se aplica à válvula de escapamento em relação à saída dos gases resultantes da combustão dessa mistura. Note que o cilindro precisa ficar fechado hermeticamente durante as fases de compressão e de combustão, e que as válvulas precisam abrir, cada qual a seu tempo, nas fases de admissão e de escapamento.