A importância da regulagem de válvulas vai muito além de um possível incomodo provocado pelo barulho metálico caraterístico de um motor com um trem de válvulas desregulado

artigo por Diego Riquero Tournier   fotos Arquivo Bosch

Para começar podemos ressaltar que um motor com válvulas desreguladas pode ser considerado dentro desta condição essencialmente por duas alternativas:

1. a) Motor com folga de válvulas
   acima do especificado.
2. b) Motor com folga de válvulas
   abaixo do especificado.

Mas, antes de entrar no específico da regulagem de válvulas, vamos lembrar o porquê da necessidade da regulagem das folgas de válvula de um motor? Seja este, com sistema de regulagem manual ou automático (tuchos hidráulicos).

E a resposta para este ponto, está relacionada com a necessidade de compensar os diferentes coeficientes de dilatação dos diversos materiais e suas respectivas ligas de materiais presentes no conjunto dinâmico conhecido como trem de válvulas.

Neste sentido, a figura 1 mostra o comportamento térmico típico de uma válvula de motor durante o funcionamento normal do mesmo; a escala de cores que vai desde o azul (mais frio), até o vermelho (mais quente), permite identificar as temperaturas normais de funcionamento que vão desde os 100°C até os 550°C dependendo da região específica da válvula.

Claramente, a região mais quente da válvula será sempre aquela que está em contato direto ou mais próxima da câmara de combustão, ou seja, em contato com temperaturas instantâneas superiores aos 1.500°C.

Como é possível imaginar, não são muitos os materiais que contam com a capacidade de suportar este tipo de ambiente independentemente da sua liga; por este motivo, as válvulas  ao estar em contato direto com a região mais quente do motor, além da sua função especifica de regular a entrada e saia dos gases da câmara de combustão mantendo a mesma sempre de forma hermética durante o curso da compressão, também acumularão a importante responsabilidade de dissipar as altas temperaturas presentes na câmara de combustão através da transferência térmica que os matérias das válvulas (admissão e escapamento), proporcionam mediante o contato metálico entre as sedes das válvulas incertas no cabeçote do motor e as próprias válvulas.

Dentro de todo este cenário de altíssimas temperaturas, existe um fenômeno caraterístico dos materiais conhecido como dilatação térmica, mediante o qual dimensões de comprimento, área ou volume dos materiais são alteradas.

E como todos os componentes metálicos que conformam o trem de válvulas se encontrarão sometidos a esta condição, em alguma medida os mesmos estarão sujeitos a mudanças dimensionais, aumentando seu tamanho em contato com temperaturas quentes (dilatação), e diminuindo seu tamanho quando sometidos a temperaturas mais frias (contração).

Na figura 2 estão representados os principais pontos que são afetados pelo fenômeno da dilatação e contração térmica em uma válvula de motor, mas, longe de tratar-se de uma situação especifica no conjunto de válvulas, devemos recordar que este fenômeno está presente em todos os materiais e componentes que conformam um motor de combustão interna.

Seguindo as indicações da figura 2, é possível deduzir que uma das medidas mais afetadas pela dilatação térmica seja o diâmetro da cabeça da Válvula (D), justamente por ser uma das partes em contato direto com região mais quente da câmara de combustão; mas, não será muito distante o efeito de dilatação térmica ao qual estarão sujeitas as sedes das válvulas (S), incertas no cabeçote do motor, assim como, o próprio pescoço da válvula (I).

Mas há outra parte da válvula a qual estará sujeita a uma modificação da sua dimensão, principalmente por tratar-se de uma caraterística resultante da sua forma mais alongada; estamos falando da haste da válvula (1).

A haste da válvula sometida aos efeitos de uma dilatação térmica, passará a contar com um dimensional mais alongado, aumentando a altura total de abertura da válvula; esta mudança na altura da haste da válvula, afetará a medida do curso da válvula (H), modificando a distância que separa a válvula totalmente aberta com relação à sede da válvula no cabeçote. Ou seja, estamos falando do curso total da válvula, ou quantos milímetros abre a válvula.

Esta condição da abertura máxima da válvula, tem impactos em duas condições extremante importantes do funcionamento do motor; por um lado a abertura efetiva das válvulas, a qual determinará a condição real de enchimento dos cilindros (eficiência volumétrica), e por outro lado, a mencionada condição de transferência térmica a qual afetará de forma decisiva a condição de dissipação das altas temperaturas presentes na câmara de combustão.

E este fenômeno da mudança da condição de dissipação térmica, se explica de forma simples através da mudança do tempo efetivo no qual a válvula permanece em contato com sua respectiva sede; isto é, se a válvula “abre muito” (curso muito longo), contará como menos tempo para ficar em contato metálico com a sede de válvulas e consequentemente contará com menos tempo para fazer a troca térmica.

Esta condição, determina a necessidade especifica de cada motor para estabelecer um tempo mínimo no qual a válvula permanecerá fechada (em contato metálico com a sede de válvulas), com tudo o que isso envolve em termos de variáveis dinâmicas do funcionamento do motor, as quais vão desde a capacidade de permitir um maior fluxo de gases nas diferentes condições de carga e RPM do motor (condição que melhora com uma maior abertura de válvulas), até a necessidade manter um controle térmico do conjunto (condição que melhora com um menor tempo de apertura de válvulas); estabelecendo-se de esta forma, a necessidade de um equilíbrio entre estas duas condições para cada projeto de motor.

Dessa forma, um dos fatores funcionais mais importantes para garantir a permanência deste equilíbrio dinâmico projetado pelo fabricante do motor, no sentido do respeito dos parâmetros e tolerâncias, estará determinado pela regulagem de válvulas.

Em poucas palavras podemos dizer que, a regulagem de válvulas e responsável por garantir a melhor condição de fluxos de gases (eficiência volumétrica), dentro de um rango de temperatura operacionalmente seguro, evitando danos mecânicos por estresse térmico em válvulas, cabeçote, pistões e outros componentes do motor.

Na figura 3 é possível identificar as diferencias construtivas e funcionais dos dois sistemas, mas comuns de regulagem de válvulas aplicado pela indústria automotiva; a direita da imagem é possível ver um esquema do sistema de regulagem mecânica, o qual está baseado na intervenção direta (física), em determinados elementos do conjunto, para a realização do ajuste da folga de válvulas conforme as especificações e períodos de manutenção estabelecidos pelo fabricante.; para este fim, existe um regulador mecânico (4), o qual determina a distância (folga de contato), entre o balancim (3), e a válvula do motor.

Conforme o sistema possui mais componentes mecânicos no trem de válvulas, como pode ser o caso de um sistema OHV (Overhead Valves), com árvore de comando no bloco (5), tuchos de válvula mecânicos (1), varetas de válvula (2), balancim (3); maior será a incidência do efeito da dilatação térmica de todos esses componentes, e portanto, maior será a necessidade de ajustes periódicos na regulagem de válvulas.

Por outro lado, o desenho do lado esquerdo da figura 3, mostra os principais componentes de um sistema de regulagem automático de válvulas, baseado na incorporação de um componente hidráulico (Tucho hidráulico), o qual conta com a função de realizar um ajuste dinâmico a partir da geração de um efeito de amortecimento gerado pelo ingresso de óleo proveniente do circuito de lubrificação forçada do motor, chegando ao tucho hidráulico pelo orifício de entrada (1), sendo regulado no ingresso na câmara interna do tucho pela válvula (3), permitindo a saída controlada através de um orifício calibrado (2), controlando desta forma, a folga de contato entre o came (4) e o balancim.

Com base neste sistema hidráulico de regulagem, a folga de válvulas é controlada de forma dinâmica absorvendo as mudanças dimensionais dos componentes do trem de válvulas, produto dos efeitos da
dilatação térmica.

Para o caso dos sistemas de regulagem hidráulicos, fatores como pressão do sistema de lubrificação, limpeza dos componentes (já que os orifícios dos tuchos hidráulicos são muito pequenos), assim como, a correta aplicação da especificação do óleo do motor estabelecida pelo fabricante, são elementos de extrema importância para o correto funcionamento do sistema.