What Is an Automobile Camshaft? Function, Types, Materials, Wear and Selection

A árvore de cames decide quando o motor respira

As tolerâncias de usinagem em um lóbulo da árvore de cames são rotineiramente mantidas em alguns centésimos de milímetro, mas um perfil de lóbulo que está apenas ligeiramente errado pode alterar a qualidade de marcha lenta do motor, a potência de tração e a economia de combustível. É por isso que a árvore de cames é frequentemente descrita como o cérebro mecânico do trem de válvulas. Em um motor de quatro tempos, o virabrequim gira duas vezes para cada ciclo completo de combustão, enquanto o eixo de comando gira uma vez. Os lóbulos da árvore de cames decidem exatamente quando cada válvula de admissão e escape abre, até que ponto abre e quanto tempo permanece aberta.

Portanto, a resposta mais simples à pergunta “o que é uma árvore de cames de automóvel” é esta: é o componente do motor que converte a rotação em movimento de válvula precisamente sincronizado. A geometria do lóbulo e a qualidade da usinagem determinam como o motor respira em cada rotação do virabrequim, e todo o resto (potência, curva de torque, estabilidade em marcha lenta, emissões) decorre desse trabalho básico.

Do que é feita uma árvore de cames e como funcionam os seus lóbulos

Fisicamente, uma árvore de cames é um eixo longo com um lóbulo excêntrico para cada válvula, além de mancais espaçados ao longo de seu comprimento. Os lóbulos não são redondos; cada um tem um círculo base, uma rampa e um nariz. À medida que o eixo gira, cada lóbulo empurra um seguidor, um balancim ou um tucho de válvula. A válvula se levanta contra a mola e, quando o lóbulo gira ainda mais, a mola fecha a válvula. Essa conversão rotativa para alternativa é o mecanismo do qual todo motor a pistão depende, e é por isso que o perfil do lóbulo é o elemento de design mais importante de todo o trem de válvulas.

Levantamento, duração e tempo definem o perfil do lóbulo

Quatro parâmetros descrevem o que um lóbulo realmente faz:

• Elevador : até que ponto a válvula abre. Mais sustentação permite uma maior carga de ar-combustível no cilindro, mas também aumenta a carga da mola da válvula e a tensão de contato.
• Duração : o número de graus do virabrequim em que a válvula permanece aberta. Uma duração mais longa favorece a potência em altas rotações, geralmente às custas da resposta em baixa velocidade.
• Tempo : o ponto do ciclo em que a válvula abre e fecha. Uma mudança de alguns graus muda onde o motor produz torque.
• Ângulo de separação do lóbulo : o ângulo entre os centros dos lóbulos de admissão e escape, que influencia a sobreposição da válvula e a eliminação do escapamento.

Os mesmos quatro números aparecem em todas as folhas de especificações sérias da árvore de cames, seja a peça para um carro urbano compacto ou um motor de grande cilindrada.

Duas revoluções contra uma

Um motor de quatro tempos aciona cada cilindro uma vez a cada duas rotações do virabrequim, de modo que o eixo de comando é acionado em uma relação fixa de 2:1 em relação ao virabrequim por meio de uma correia dentada, corrente ou conjunto de engrenagens. A sincronização da válvula, portanto, permanece travada na posição do pistão. Qualquer deslizamento, estiramento ou salto de dente no sistema de acionamento perturba esse relacionamento e imediatamente aparece como problemas de marcha lenta, falhas de ignição ou ruído incomum no trem de válvulas.

Disposiçãos de haste, came suspenso único e came suspenso duplo

O local onde a árvore de cames fica muda a estrutura do trem de válvulas e também muda a forma como a manutenção e a substituição são feitas. Os motores de automóveis de produção usam principalmente três layouts.

Os motores de comando único no cabeçote mantêm o comando próximo às válvulas e reduzem a massa móvel, enquanto os cabeçotes duplos no cabeçote permitem quatro válvulas por cilindro e facilitam o empacotamento do sincronismo variável das válvulas. A maioria dos automóveis de passageiros modernos usa DOHC por esse motivo. Em muitos motores DOHC, um phaser de distribuição de válvula variável gira ligeiramente o came de admissão em relação ao virabrequim para ampliar a faixa de potência útil. O phaser e a roda acionadora do sensor de posição da árvore de cames adicionam dois pontos de compatibilidade que uma árvore de cames de substituição deve corresponder.

Materiais e tratamento térmico: o que distingue uma árvore de cames durável

O lóbulo de uma árvore de cames funciona sob pressão de contato concentrada na interface do seguidor ou do balancim, enquanto o eixo também carrega cargas de torção e flexão provenientes de pulsos de disparo. É por isso que a seleção do material e o tratamento térmico são mais importantes do que a aparência da peça. Uma árvore de cames que parece perfeitamente normal pode falhar precocemente se a dureza da superfície for muito baixa ou se a camada endurecida for irregular.

Materiais comuns da árvore de cames

As árvores de comando de produção geralmente são especificadas com uma faixa de dureza em vez de um mínimo simples, porque um lóbulo muito duro pode desgastar os seguidores, enquanto um lóbulo muito macio desgasta rapidamente. Após mais de 25 anos de produção apenas de eixos de comando, tratamos a verificação de materiais e o controle de tratamento térmico como um sistema único. A KORBOR executa o processo completo, desde a fundição da peça bruta até a usinagem acabada, de modo que cada lote é medido de acordo com os mesmos padrões internos.

Porque enviamos mais de 2,3 milhões de conjuntos de árvores de comando todos os anos, as inspeções por amostragem por si só não são suficientes. Seguimos a IATF 16949:2016 com uma política de produção com zero defeitos, que coloca o controle de qualidade dentro de cada estação de trabalho, e não no final da linha. Nosso rotinas de controle de qualidade documentadas abrangem testes de dureza, inspeção dimensional, verificação de perfil de lóbulo e verificações de desvio em cada lote.

Desgaste, sintomas de falha e o que verificar

Uma árvore de cames devidamente lubrificada e fabricada corretamente pode durar toda a vida útil de um motor típico. As falhas aparecem quando o fornecimento de óleo é interrompido, o óleo está contaminado, a pressão da mola da válvula é excessiva ou o tratamento térmico é marginal. O desgaste do lóbulo é o modo de falha mais comum; lóbulos de corrosão, arranhões e achatamento aparecem primeiro como um ruído metálico vindo da parte superior do motor.

Os sintomas habituais de uma árvore de cames desgastada ou avariada

• Tiquetaque ou batida metálica ao redor da tampa da válvula, geralmente mais alta quando o motor está frio.
• Inatividade brusca, falha de ignição ou condição de não partida.
• Perda de potência e maior consumo de combustível.
• Códigos de posição da árvore de cames ou códigos de correlação do virabrequim, como P0340, P0011 ou P0016.
• Partículas metálicas finas no óleo do motor ou presas no filtro de óleo.

Uma árvore de cames com defeito raramente é uma peça isolada. Ao substituí-lo, inspecione os seguidores, os elevadores, as varetas e o comando de distribuição ao mesmo tempo, porque o padrão de desgaste aponta para o que mais está sob tensão. Verifique também o desvio do munhão e a retilineidade do eixo; uma árvore de cames ligeiramente dobrada causa emperramento, desgaste acelerado do rolamento e comportamento errático de sincronização da válvula variável. Para muitas aplicações convencionais, a geometria já está bem definida, portanto, uma unidade compatível com OEM, como o Árvore de cames KB014 Toyota é um ponto de partida confiável para um reparo padrão.

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Escolhendo uma árvore de cames sem adivinhar

A árvore de cames de substituição correta deve fazer três coisas: corresponder ao perfil do lóbulo original, ajustar-se à variante específica do motor e vir de um fornecedor que repita a mesma qualidade em todas as unidades. A unidade de controle do motor e o sistema de distribuição de válvula variável são calibrados em torno da geometria do came original, portanto, uma elevação, duração ou ângulo de separação de lóbulo diferente é uma mudança deliberada de desempenho, não um reparo.

A montagem também inclui os componentes ao redor do eixo. Em um motor DOHC com comando de válvulas variável, o phaser, a roda de acionamento do sensor e os mancais dos rolamentos precisam ser iguais, e é por isso que uma peça como o Árvore de cames KB1181 Ford é mantido específico para um código de motor definido, em vez de ser vendido como um acessório genérico.

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O que verificar antes de fazer o pedido

1. Detalhes de montagem: diâmetros de munhão, posição de chaveta, roda de acionamento do sensor, compatibilidade de phaser VVT e layout de cabeçote de came simples ou duplo.
2. Tratamento térmico e de material: o material de base e a faixa de dureza superficial alvo.
3. Verificação do perfil do lóbulo: registros dimensionais cobrindo sustentação, duração e linha central do lóbulo.
4. Consistência do lote: como o fornecedor mantém a qualidade em toda a produção, não apenas nos primeiros artigos.

Esses quatro pontos separam um verdadeiro fabricante de árvores de comando de um revendedor. Nosso catálogo atualmente cobre mais de 800 números de peças de árvores de cames de automóveis para famílias de motores asiáticos, europeus e norte-americanos, e a geometria específica da aplicação já está mapeada para a maioria dos motores de produção. Como fabricamos desde a peça bruta até a peça acabada, essa consistência é controlada internamente: o Árvore de cames KB609 Nissan passa pelas mesmas linhas de usinagem e tratamento térmico que qualquer outra peça, portanto sua qualidade não depende de qual subcontratado forneceu a peça bruta. A mesma abordagem funciona em escala, e nosso capacidade de produção de alto volume nos permite manter um padrão idêntico em pedidos pequenos e grandes.

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Conclusões práticas para proprietários, mecânicos e compradores

• A árvore de cames abre e fecha cada válvula num ponto preciso do ciclo do motor e o seu perfil de lóbulo determina a potência do motor.
• O layout é importante: motores pushrod, came único no cabeçote e motores com came duplo no cabeçote precisam de procedimentos diferentes de inspeção e substituição.
• O material e o tratamento térmico decidem a durabilidade a longo prazo; nunca julgue uma árvore de cames apenas pela aparência da superfície.
• Quando uma árvore de cames falhar, inspecione todo o trem de válvulas, a transmissão de distribuição e o suprimento de óleo antes de instalar a substituição.
• Para um reparo reto, combine a elevação, a duração e a separação dos lóbulos originais. Qualquer outra coisa é uma decisão de ajuste.

Se você estiver adquirindo árvores de comando para um código de motor específico e o número da peça correto não for óbvio, não adivinhe apenas pela família do motor. Envie o código do seu motor para nossa equipe , e faremos referência cruzada com o catálogo e indicaremos o produto correspondente ou discutiremos o perfil que você realmente precisa.