No futuro seu carro não terá comandos de válvulas – e ele será bem mais rápido e econômico por issoLEONARDO CONTESINI 14 MARÇO, 2015 222 COMENTÁRIOS

No futuro seu carro não terá comandos de válvulas – e ele será bem mais rápido e econômico por isso

Aurelio Lampredi, o mago italiano dos motores Ferrari e Fiat dizia que “motores não bebem, eles respiram”. A afirmação é uma referência à importância do fluxo de ar para produção de potência em motores de aspiração natural. Como a entrega de combustível depende apenas de variáveis mecânicas, quanto mais ar passar pelo seu motor, mais potência ele produzirá.

É por isso que uma das maneiras mais simples de extrair mais potência do motor do seu carro é alterar o comando de válvulas. Você pode fazer um simples “overlap” ou “cruzamento” dos comandos, alterando o tempo em que as válvulas de admissão e escape permanecem abertas simultaneamente. Nesse caso, o fluxo dos gases de escape ajudam a aumentar o fluxo de admissão por diferença de pressão formada pela velocidade do escape. Você também pode trocar as árvores de cames — a peça que chamamos de “comando de válvulas” — por outras de maior levante ou maior duração (ou ambos) para extrair mais força do motor ou modificar as curvas de torque e potência de acordo com sua necessidade.

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Motor Alfa Romeo com comando duplo

Essas mudanças, contudo, são limitadas e alteram significativamente as características do motor. Por exemplo: um comando de válvulas com levante e duração muito altos terão mais ganhos de potência e torque, mas terão seu desempenho máximo somente em rotações mais elevadas, resultando em um desempenho irregular em baixas rotações — pois a abertura aumentada reduzirá a velocidade do ar admitido e a turbulência no cilindro. É por isso também, que os antigos motores 16 válvulas pareciam fracos em rotações baixas — há muitas passagens (duas válvulas em vez de uma) para pouco ar.

Por outro lado, um comando com menos levante e duração terá mais torque e potência em baixas rotações, mas não permitirá que o ar entre no motor com velocidade suficiente para produzir mais desempenho em rotações elevadas, dando a impressão de que o motor está “amarrado”.

Foi essa falta de versatilidade que levou a indústria a desenvolver seus sistemas de variação dos comados de válvulas, que alteram o acionamento das válvulas de acordo com a necessidade. Em baixas rotações o comando assume um perfil para entregar melhor torque, e em alta rotação o sistema o altera para aumentar a velocidade do fluxo de ar e assim produzir mais potência. Cada fabricante tem seu sistema próprio — o mais famoso talvez seja o VTEC da Honda — e cada sistema tem seu tipo de variação: uns modificam o tempo de abertura, outros modificam o levante, outros conseguem alterar o overlapping das válvulas e outros fazem tudo isso (para ver como eles funcionam dê uma olhada neste post que fizemos há algum tempo).

Mesmo assim esses comandos ainda têm uma limitação física: você não consegue combinar perfis extremos e/ou intermediários de comandos de válvulas para otimizar o funcionamento do motor para modos de condução diferentes. Por exemplo: atualmente a eletrônica permite alterar assistência da direção (elétrica), carga dos amortecedores (magnéticos), respostas do acelerador (eletrônico) e válvulas de escape. O comando de válvulas também pode ser variado, mas os ressaltos do comando não podem mudar de forma por serem fundidos em uma peça única de metal e por isso são limitados às especificações usadas em sua fabricação.

Além disso, o sistema atual de comandos também é limitado pela ação das molas das válvulas, que podem causar o chamado flutuamento de válvulas, ou “valve float”. Isso acontece quando a mola não suporta a frequência exigida pela rotação do motor, e acaba não retornando a válvula, que começa a vibrar aberta, podendo furar o pistão durante a compressão.

Então como contornar essa limitação? Eliminando o causador do problema: o comando de válvulas!

Por mais bizarro que pareça, o desenvolvimento de um motor de “válvulas livres” (ou Free Valve Engine) não é exatamente novo. Para combater as limitações do comando de válvulas com cames e molas, a Fórmula 1 usa molas pneumáticas (baseadas em gases comprimidos como um amortecedor) desde os anos 1980, eliminando a flutuação de válvulas. A Renault chegou a desenvolver em caráter experimental um trem de válvulas com atuadores hidráulicos para abertura e fechamento das válvulas, mas o sistema nunca chegou a ser implementado de forma prática.

A Fiat deu um passo nessa direção com seus motores Multiair, que é um sistema de variação de comando que usa atuadores eletro-hidráulicos para variar o levante das válvula. Esse sistema ainda usa árvores de cames, mas na admissão elas não acionam balancins, e sim atuadores eletro-hidráulicos carregados com óleo pressurizado capazes de variar o levante das válvulas de acordo com os fluxo e massa de ar medidos pela ECU no coletor.

O sistema de “válvulas livres”, ou “free-valve engine” é o passo seguinte, que elimina as árvores de cames e aciona os atuadores somente com pulsos elétricos enviados pela ECU. O sistema já está em desenvolvimento há mais de 20 anos por várias iniciativas diferentes. A mais recente e promissora, contudo, já está em seu 14º ano de desenvolvimento e vem sendo testada com sucesso há cinco anos.

E quem por trás dessa pesquisa e desenvolvimento? Christian Von Koenigsegg, o mesmo cara que inventou um supercarro híbrido de 400 km/h que não tem câmbio.

A base do funcionamento do motor sem comando de válvulas é a boa e velha eletrônica. Sim, se você usa a ordenação lógica de elétrons para controlar a alimentação do motor, a ignição do combustível, o acelerador, suspensão e até sistemas importantes de segurança — tudo de forma integrada e harmonizada — por que não incluir na receita o trem de válvulas?

A ideia é realmente simples (a execução que não é): em vez de usar uma árvore de cames sincronizada mecanicamente com o virabrequim, você troca essas peças pesadas e antiquadas por atuadores eletropneumáticos — esse negócio na imagem abaixo. A sincronização é feita pelo mesmo sensor que mede a velocidade e posição do virabrequim, bastando apenas programar a ECU para enviar aos atuadores o sinal elétrico de abertura das válvulas. É basicamente o mesmo princípio de acionamento das válvulas injetoras, mas com abertura de válvulas do motor em vez de injeção de combustível. O retorno das válvulas continua sendo feito por molas.

Koenigsegg-Free-Valve-Concept

Da mesma forma que as válvulas injetoras podem pulsar simultaneamente ou sequencialmente, você poderia fazer o mesmo com as válvulas do motor acionadas por atuadores eletropneumáticos. Além disso, cada atuador é independente dos outros, e pode variar tempo e duração de abertura e o levante da válvula usando apenas programação eletrônica — o limite é o comprimento da haste da válvula. Isso significa você pode ter quantos perfis de abertura de válvulas precisar. Em motores de quatro válvulas por cilindro, por exemplo, é possível manter duas fechadas e trabalhar somente com as outras duas.

E tem mais: como os atuadores permitem qualquer abertura, qualquer levante e qualquer duração, Christian Von Koenigsegg afirma que eles podem eliminar até mesmo o corpo de borboleta, acelerando o motor diretamente nas válvulas — o que traria respostas mais rápidas em relação à admissão com borboleta. Por último, você poderia ter um sistema mais eficiente de desativação de cilindros.

Como se não bastasse, tudo isso ainda levaria à redução no consumo de combustível devido ao melhor controle da alimentação do motor e ainda resulta em um cabeçote 50% mais compacto e 30% mais leve, uma vez que não haverá polias nem correias/correntes de sincronização.

Se você está pensando na possibilidade de falhas e a chance de quebrar o motor pela “falência” das válvulas, isso talvez seja questão de criar um modo de segurança que mantém as válvulas com um

levante mínimo ou simplesmente corta a alimentação do motor. O sistema Valvetronic da BMW, por exemplo, também acelera o motor com a variação do acionamento das válvulas — a admissão fica totalmente aberta assim que é dada a partida — mas em caso de falha em alguma das válvulas do sistema, a válvula passa a funcionar com levante e duração mínimos e a borboleta volta a ser controlada pelo acelerador.

Como dito antes, a Koenigsegg está trabalhando nisso há 14 anos, em parceria com empresas de engenharia independentes e “alguns fornecedores de componentes para a indústria”, segundo Chris Von K. O sistema já foi instalado em uma perua Saab 95 para testes práticos e já rodou mais de 60.000 km em dois anos e meio sem apresentar problemas. Por isso, ele mesmo afirma que é apenas uma questão de “alguns anos” para ver esses sistemas equipando carros comuns. Seu próximo carro, quem sabe.