Motor de árvore de cames aéreo - Overhead camshaft engine

Vista de seção transversal de uma cabeça de cilindro DOHC

Uma árvore de cames ( OHC ) do motor é um motor de êmbolo , onde o veio de excêntricos está localizado na cabeça do cilindro acima da câmara de combustão . Isso contrasta com os motores de válvula suspensa anteriores (OHV), onde o eixo de comando está localizado abaixo da câmara de combustão no bloco do motor .

Os motores de árvore de cames à cabeça simples (SOHC) têm uma árvore de cames por banco de cilindros . Os motores de árvore de cames dupla à cabeça (DOHC, também conhecido como "came dupla") têm duas árvores de cames por banco. O primeiro carro de produção a usar um motor DOHC foi construído em 1910. O uso de motores DOHC aumentou lentamente a partir da década de 1940, levando a maioria dos automóveis no início dos anos 2000 usando motores DOHC.

Projeto

1987 Cabeça de cilindro Honda D15A3 OHC, com três válvulas por cilindro

O eixo de comando em um motor de eixo de comando no cabeçote está localizado na parte superior do motor, acima da câmara de combustão . Isso contrasta as configurações anteriores do motor com válvula no alto (OHV) e do motor de cabeça chata , onde o eixo de comando está localizado no bloco do motor . As válvulas nos motores OHC e OHV estão localizadas acima da câmara de combustão; no entanto, um motor OHV requer hastes e balancins para transferir o movimento do eixo de comando até as válvulas, enquanto um motor OHC tem as válvulas acionadas diretamente pelo eixo de comando.

Existem menos componentes alternativos em um motor OHC do que em uma configuração OHV, e há menos inércia do trem de válvula, o que reduz a flutuação da válvula em RPMs do motor mais altas . Uma desvantagem é que o sistema usado para acionar o eixo de comando (geralmente uma corrente de distribuição em motores modernos) é mais complexo em um motor OHC.

A outra principal vantagem dos motores OHC é que há maior flexibilidade para otimizar o tamanho, localização e formato das portas de admissão e escape, uma vez que não há hastes que precisam ser evitadas. Isso melhora o fluxo de gás pelo motor, aumentando a potência e a eficiência do combustível.

Uma desvantagem dos motores OHC é que, durante os reparos do motor que exigem a remoção da cabeça do cilindro, a sincronização do motor do eixo de comando precisa ser redefinida. Nos carros Morris e Wolseley de 1920-1940 com motores OHC, vazamentos de óleo nos sistemas de lubrificação também eram um problema.

Motor SOHC Triumph Dolomite Sprint 1973 (arranjo incomum com quatro válvulas por cilindro)

Árvore de cames à cabeça simples (SOHC)

A configuração mais antiga do motor de eixo de comando de válvulas no cabeçote é o único came no topo ou projeto de came único . Um motor SOHC tem uma árvore de cames por banco de cilindros, portanto, um motor reto tem um total de uma árvore de cames. Um motor em V ou plano com um total de duas árvores de cames (uma por banco de cilindros) é um único motor de árvore de cames à cabeça, não um motor de árvore de cames à cabeça dupla.

Independentemente do número, o eixo de comando geralmente opera as válvulas indiretamente por meio de um balancim .

A maioria dos motores SOHC tem duas válvulas por cilindro. No entanto, alguns motores, como o motor Triumph Dolomite Sprint de 1973 e o motor Honda J Series V6, eram uma configuração SOHC com quatro válvulas por cilindro. Isso foi conseguido pelo eixo de comando estar localizado no centro da cabeça do cilindro, com balancins de comprimento igual acionando as válvulas de admissão e escape. Este arranjo foi usado para fornecer quatro válvulas por cilindro, minimizando a massa do conjunto de válvulas e minimizando o tamanho geral do motor.

Árvore de cames à cabeça dupla (DOHC)

Motor de motocicleta Suzuki GS550 DOHC 1977 (vista superior)

Um excêntrico duplo sobrecarga , em cima came dupla , ou de duplo excêntrico motor tem dois eixos de comando por banco da cabeça do cilindro, um para cada uma das válvulas de entrada e válvulas de escape. Portanto, existem duas árvores de cames para um motor reto e um total de quatro árvores de cames para um motor V ou um motor plano. Às vezes, um motor DOHC V é comercializado como um motor de quatro cames , no entanto, os dois eixos de comando "extras" são o resultado do layout do motor, em vez de fornecer um benefício em comparação com outros motores DOHC. Para confundir ainda mais a terminologia, alguns motores de motocicleta SOHC flat-twin e V-twin fabricados pela Harley-Davidson, Indian, Riley Motors e Triumph foram comercializados com o termo enganoso "motor twin-cam".

A maioria dos motores DOHC tem quatro válvulas por cilindro, no entanto, os motores DOHC com duas válvulas por cilindro incluem o motor Alfa Romeo Twin Cam , o motor Jaguar XK6 , o motor Ford I4 DOHC inicial e o motor Lotus Ford Twin Cam .

O eixo de comando normalmente opera as válvulas diretamente por meio de um taco de caçamba . Um projeto DOHC permite um ângulo mais amplo entre as válvulas de admissão e escape do que nos motores SOHC, o que melhora o fluxo da mistura ar-combustível através do motor. Um outro benefício é que a vela de ignição pode ser colocada no local ideal, o que, por sua vez, melhora a eficiência da combustão.

Componentes

Correia dentada / corrente dentada

Correia dentada de borracha durante a instalação

A rotação do (s) eixo (s) de comando (s) é acionada pelo virabrequim . Muitos motores do século 21 usam uma correia dentada feita de borracha e kevlar para acionar o eixo de comando. As correias dentadas são baratas, produzem ruído mínimo e não precisam de lubrificação. Uma desvantagem das correias dentadas é a necessidade de substituição regular da correia; a vida útil recomendada da correia normalmente varia entre aproximadamente 50.000–100.000 km (31.000–62.000 mi). Se a correia dentada não for substituída a tempo e falhar e o motor for um motor de interferência , podem ocorrer danos graves ao motor.

A primeira aplicação automotiva conhecida de correias dentadas para impulsionar eixos de comando de válvulas foi os especiais de corrida Devin-Panhard de 1953, construídos para a série de corridas modificada SCCA H nos Estados Unidos. Esses motores foram baseados em motores Panhard OHV flat-twin, que foram convertidos em motores SOHC usando componentes dos motores de motocicletas Norton. O primeiro carro de produção a usar uma correia dentada foi o cupê compacto Glas 1004 de 1962 .

Outro método de acionamento da árvore de cames comumente usado em motores modernos é uma corrente de distribuição , construída a partir de uma ou duas fileiras de correntes de rolos de metal . No início da década de 1960, a maioria dos projetos de árvores de cames suspensas de automóveis em produção usavam correntes para acionar a (s) árvore (s) de cames. Normalmente, as correntes dentadas não requerem substituição em intervalos regulares; no entanto, a desvantagem é que são mais ruidosas do que as correias dentadas.

Trem de engrenagens

Um sistema de trem de engrenagens entre o virabrequim e o eixo de comando é comumente usado em motores de eixo de comando a diesel usados ​​em caminhões pesados. Os trens de engrenagem são menos comumente usados ​​em motores OHC para caminhões leves ou automóveis.

Outros sistemas de acionamento da árvore de cames

Norton motor de motocicleta com um chanfro veio de excêntricos com eixo conduzido

Vários motores OHC até a década de 1950 usavam um eixo com engrenagens cônicas para acionar o eixo de comando. Os exemplos incluem o Maudslay 25/30 1908-1911 , o Bentley 3 Litros , o MG Midget 1929-1932 , a série Velocette K de 1925-1948 , o Norton International 1931-1957 e o Norton Manx 1947-1962 . Em tempos mais recentes, a Ducati Single 1950-1974, o motor Ducati L-twin de 1973-1980, os motores das motocicletas Kawasaki W650 1999-2007 e Kawasaki W800 2011-2016 usaram eixos chanfrados. O Crosley de quatro cilindros foi o último motor automotivo a usar o projeto da torre do eixo para acionar o eixo de comando, de 1946 a 1952; os direitos do formato do motor Crosley foram comprados por algumas empresas diferentes, incluindo General Tire em 1952, seguida por Fageol em 1955, Crofton em 1959, Homelite em 1961 e Fisher Pierce em 1966, depois que Crosley fechou as portas da fábrica automotiva, e eles continuaram a produzir o mesmo motor por vários anos.

Um comando de árvore de cames usando três conjuntos de manivelas e hastes em paralelo foi usado no carro de luxo Leyland Eight de 1920-1923, construído no Reino Unido. Um sistema semelhante foi usado no Bentley Speed ​​Six 1926-1930 e no Bentley 8 Litros de 1930-1932 . Um sistema de duas hastes com contrapesos em ambas as extremidades foi usado por muitos modelos do NSU Prinz 1958-1973 .

História

1900-1914

Entre os primeiros motores de árvore de cames à cabeça estavam o motor 1902 Maudslay SOHC construído no Reino Unido e o motor 1903 Marr Auto Car SOHC construído nos Estados Unidos. O primeiro motor DOHC foi um Peugeot em linha com quatro motores de corrida que impulsionou o carro que venceu o Grande Prêmio da França em 1912 . Outro Peugeot com motor DOHC venceu o Grande Prêmio da França de 1913 , seguido pelo Mercedes-Benz 18/100 GP com motor SOHC, vencendo o Grande Prêmio da França de 1914 .

O Isotta Fraschini Tipo KM - construído na Itália de 1910-1914 - foi um dos primeiros carros de produção a usar um motor SOHC.

Primeira Guerra Mundial

Cabeça de cilindro DOHC de um motor de aeronave Napier Lion 1917-1930

Durante a Primeira Guerra Mundial, tanto as potências aliadas quanto as centrais ; especificamente as do Império Alemão 's Luftstreitkräfte forças aéreas, procuraram aplicar rapidamente a tecnologia DOHC de motores de corrida de motor para motores de aeronaves militares. O motor SOHC do carro Mercedes 18/100 GP (que venceu o Grande Prêmio da França em 1914) se tornou o ponto de partida para os motores de aeronaves da Mercedes e da Rolls Royce. A Mercedes criou uma série de motores de seis cilindros que culminaram no Mercedes D.III . A Rolls Royce fez a engenharia reversa do design da cabeça do cilindro da Mercedes com base em um carro de corrida deixado na Inglaterra no início da guerra, levando ao motor Rolls-Royce Eagle V12. Outros projetos SOHC incluíram o motor espanhol Hispano-Suiza 8 V8 (com transmissão totalmente fechada), o motor americano Liberty L-12 V12, que seguiu de perto o projeto posterior do Mercedes D.IIIa, parcialmente exposto, SOHC valvetrain; e o Max Friz - projetado; Motor alemão BMW IIIa de seis cilindros em linha. O motor DOHC Napier Lion W12 foi construído na Grã-Bretanha no início de 1918.

A maioria desses motores usava um eixo para transferir a transmissão do virabrequim para o eixo de comando na parte superior do motor. Grandes motores de aeronaves - principalmente os resfriados a ar - experimentaram considerável expansão térmica, fazendo com que a altura do bloco de cilindros variasse durante as condições de operação. Essa expansão causou dificuldades para os motores pushrod, de modo que um motor de eixo de comando no cabeçote usando um eixo de transmissão com ranhura deslizante foi a maneira mais fácil de permitir essa expansão. Esses eixos chanfrados geralmente ficavam em um tubo externo fora do bloco e eram conhecidos como "eixos de torre".

1919-1944

1933 Bugatti Type 59 de corrida de oito Grand Prix direto

Um dos primeiros motores de produção de eixo de comando de válvulas americano foi o motor SOHC de oito cilindros em linha usado no carro de luxo Duesenberg Modelo A de 1921-1926 .

Em 1926, o Sunbeam 3 litros Super Sports se tornou o primeiro carro de produção a usar um motor DOHC.

Nos Estados Unidos, Duesenberg adicionou motores DOHC (ao lado de seus motores SOHC existentes) com o lançamento de 1928 do Duesenberg Model J , que era movido por um motor DOHC de oito cilindros em linha. O Stutz DV32 1931-1935 foi outro dos primeiros carros de luxo americanos a usar um motor DOHC. Também nos Estados Unidos, o motor de corrida DOHC Offenhauser foi introduzido em 1933. Este motor de quatro em linha dominou as corridas de roda aberta norte-americanas de 1934 até os anos 1970.

Outros primeiros motores automotivos SOHC foram o 1920-1923 Wolseley Ten , o 1928-1931 MG 18/80 , o 1926-1935 Singer Junior e o 1928-1929 Alfa Romeo 6C Sport . As primeiras motocicletas com eixo de comando no cabeçote incluíam a Velocette K Series 1925-1949 e a Norton CS1 1927-1939 .

Presente de 1945

Motor Crosley CoBra SOHC 1946-1949

O Crosley CC Four 1946-1948 foi indiscutivelmente o primeiro carro americano produzido em massa a usar um motor SOHC. Este pequeno motor de produção em massa impulsionou o vencedor das 12 Horas de Sebring de 1950 .

O uso de uma configuração DOHC aumentou gradualmente após a Segunda Guerra Mundial, começando com os carros esportivos. Os icônicos motores DOHC desse período incluem o motor Lagonda de seis cilindros em linha 1948-1959 , o motor Jaguar XK de seis cilindros em linha 1949–1992 e o motor Alfa Romeo Twin Cam de quatro cilindros em linha 1954-1994 . O motor Fiat Twin Cam de quatro em linha 1966-2000 foi um dos primeiros motores DOHC a usar uma correia dentada em vez de uma corrente de distribuição.

Na década de 1980, a necessidade de maior desempenho e, ao mesmo tempo, redução do consumo de combustível e das emissões de escapamento, aumentou o uso de motores DOHC em veículos convencionais, começando pelos fabricantes japoneses. Em meados dos anos 2000, a maioria dos motores automotivos usava um layout DOHC.

Veja também

Referências