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Sep 24, 2023

Onde estão todos os motores Camless?

Carros elétricos estão na moda ultimamente, mas não vamos esquecer o velho

Os carros elétricos estão na moda ultimamente, mas não vamos esquecer o velho modo de espera – a combustão interna. O moderno motor de combustão interna é uma maravilha da engenharia. Os motores de hoje e os sistemas circundantes têm melhor potência, maior economia de combustível e emissões mais baixas do que qualquer coisa que já existiu. Séculos de horas de engenharia foram dedicados à melhoria de todos os aspectos do motor – com uma notável exceção. Nenhum fabricante automotivo foi capaz de eliminar a árvore de cames do motor em um veículo de produção movido a pistão. A ironia aqui é que os motores sem came são relativamente fáceis de construir. O hacker médio poderia modificar um pequeno motor de quatro tempos para operação sem came em sua oficina. Embora não seja um dispositivo prático, seria um grande teste para experimentação e aprendizado.

Um motor a gasolina de vários cilindros é uma dança complexa. Centenas de peças devem se mover em sincronia. As válvulas abrem e fecham, os injetores borrifam o combustível, as velas de ignição disparam e os pistões sobem e descem. Todos seguem o ciclo Otto "Admissão, Compressão, Combustão, Exaustão" de quatro tempos. A árvore de cames controla muito disso abrindo e fechando as válvulas de admissão e escape do motor. Os lóbulos no eixo pressionam os tuchos que então movem as hastes das válvulas e as próprias válvulas. A própria árvore de cames é acionada na metade da velocidade da árvore de manivelas por meio de engrenagens de distribuição, correntes ou uma correia. Alguns trens de válvulas são relativamente simples – como motores de comando de válvulas suspensos. Outros, como o projeto cam-in-block, são mais complexos, com hastes, balancins e outras peças necessárias para traduzir o movimento do lóbulo do came em movimento na válvula.

Exatamente quando e com que rapidez uma válvula abre é determinado pelo perfil do lóbulo do came. Os entusiastas do automobilismo e do desempenho geralmente mudam as árvores de cames para aquelas com perfis mais agressivos e diferentes compensações de tempo, dependendo dos requisitos do motor. Tudo tem um custo embora. Uma árvore de cames usinada para potência máxima geralmente não funcionará bem em marcha lenta e dificultará a partida do motor. Um perfil de lóbulo muito agressivo pode levar à flutuação da válvula, onde as válvulas nunca assentam totalmente em altas rotações.

Os fabricantes de motores passaram anos trabalhando em torno das limitações da árvore de cames. Os resultados são inúmeras soluções proprietárias. A Honda tem VTEC, abreviação de Variable Valve Timing and Lift Electronic Control. Toyota tem VVT-i. BMW tem VANOS, Ford tem VCT. Todos esses sistemas fornecem maneiras de ajustar a ação da válvula até certo ponto. O VANOS funciona permitindo que a árvore de cames gire ligeiramente alguns graus em relação ao seu tempo normal, semelhante a mover um dente ou dois na corrente de distribuição. Embora esses sistemas funcionem, eles tendem a ser mecanicamente complexos e caros para consertar.

A solução simples seria usar um motor sem cames. Isso significaria eliminar a árvore de cames, a correia dentada e a maior parte do hardware associado. Solenóides ou atuadores hidráulicos abrem e fecham as válvulas em um número infinitamente variável de maneiras. As válvulas podem até ser mantidas abertas indefinidamente, desligando efetivamente um cilindro quando a potência máxima não é necessária.

Então, por que não estamos todos dirigindo motores sem cames? Há algumas razões. As vantagens dos motores sem cames para os motores de árvore de cames são análogas às vantagens da injeção eletrônica de combustível (EFI) em relação aos carburadores. No núcleo, um injetor de combustível é uma válvula controlada por solenóide. A bomba de combustível fornece pressão constante. A unidade de controle do motor (ECU) aciona os injetores no momento certo para injetar combustível nos cilindros. O computador também deixa as válvulas abertas o tempo suficiente para que a quantidade certa de combustível seja injetada para a posição atual do acelerador. Eletronicamente, isso é muito semelhante ao que seria necessário para um motor sem cames. Então o que dá?

Os hackers na faixa dos 30 anos ou mais se lembrarão de que até o final dos anos 1970 e início dos anos 1980, o carburador era o rei. As empresas vinham experimentando o EFI desde a década de 1950. O sistema não se tornou popular até que as rígidas leis de poluição dos anos 70 entraram em vigor. Era possível fabricar um motor carburado limpo e com baixo consumo de combustível, mas havia tantos atuadores mecânicos e eletrônicos necessários que o EFI era uma alternativa melhor. Portanto, as leis dos anos 70 efetivamente regulamentaram a extinção dos carburadores. Estamos olhando para a mesma coisa com motores sem cames. O que falta são os regulamentos para forçar a questão.