Válvulas
A mistura ar/combustível entra nos cilindros pelas portas da válvula de admissão e os gases queimados são expelidos pelas portas da válvula de escape. A cabeça de cada válvula abre e fecha essas portas do cilindro. As válvulas utilizadas em motores de aeronaves são do tipo gatilho convencional. As válvulas também são tipificadas por sua forma e são chamadas de cogumelo ou tulipa por causa de sua semelhança com a forma dessas plantas. A figura ilustra várias formas e tipos dessas válvulas.
Construção da válvula
As válvulas nos cilindros de um motor de aeronave estão sujeitas a altas temperaturas, corrosão e tensões operacionais; assim, a liga metálica nas válvulas deve ser capaz de resistir a todos esses fatores. Como as válvulas de admissão operam em temperaturas mais baixas do que as válvulas de escape, elas podem ser feitas de aço cromo-níquel. As válvulas de escape são geralmente feitas de aço nicromo, silcromo ou cromo-cobalto porque esses materiais são muito mais resistentes ao calor.
A cabeça da válvula tem uma face retificada que forma uma vedação contra a sede da válvula retificada na cabeça do cilindro quando a válvula é fechada. A face da válvula é geralmente retificada em um ângulo de 30° ou 45°. Em alguns motores, a face da válvula de admissão é retificada em um ângulo de 30° e a face da válvula de escape é retificada em um ângulo de 45°. As faces das válvulas geralmente são mais duráveis pela aplicação de um material chamado stellite. Cerca de 1/16 de polegada desta liga é soldada na face da válvula e retificada no ângulo correto. O Stellite é resistente à corrosão de alta temperatura e também resiste ao choque e ao desgaste associados à operação da válvula. Alguns fabricantes de motores usam um revestimento de nicromo nas válvulas. Isso serve ao mesmo propósito que o material de stellite.
A haste da válvula atua como piloto para o cabeçote da válvula e se desloca na guia da válvula instalada no cabeçote para esta finalidade. A haste da válvula é endurecida na superfície para resistir ao desgaste. O pescoço é a parte que forma a junção entre a cabeça e o caule. A ponta da válvula é endurecida para suportar o martelar do balancim da válvula quando abre a válvula. Uma ranhura usinada na haste próxima à ponta recebe as chaves da haste do anel bipartido. Essas chaves de haste formam um anel de trava para manter a arruela de retenção da mola da válvula no lugar.
Algumas hastes das válvulas de admissão e escape são ocas e parcialmente preenchidas com sódio metálico. Este material é usado porque é um excelente condutor de calor. O sódio derrete a aproximadamente 208 °F e o movimento alternativo da válvula circula o sódio líquido, permitindo que ele leve o calor da cabeça da válvula para a haste da válvula, onde é dissipado através da guia da válvula para a cabeça do cilindro e as aletas de resfriamento . Assim, a temperatura de operação da válvula pode ser reduzida tanto quanto 300° a 400°F. Sob nenhuma circunstância uma válvula cheia de sódio deve ser aberta ou submetida a tratamento que possa causar sua ruptura. A exposição do sódio nessas válvulas ao ar externo resulta em incêndio ou explosão com possível lesão corporal.
As válvulas de admissão mais usadas têm hastes sólidas e a cabeça é plana ou em forma de tulipa. As válvulas de admissão para motores de baixa potência são geralmente de cabeça chata. Em alguns motores, a válvula de admissão pode ser do tipo tulipa e ter uma haste menor que a válvula de escape ou pode ser semelhante à válvula de escape, mas ter uma haste e cabeça sólidas. Embora essas válvulas sejam semelhantes, elas não são intercambiáveis, pois as faces das válvulas são construídas com materiais diferentes. A válvula de admissão geralmente possui um plano fresado na ponta para identificá-la.
Mecanismo de Operação da Válvula
Para que um motor alternativo funcione corretamente, cada válvula deve abrir no momento adequado, permanecer aberta pelo período de tempo necessário e fechar no momento adequado. As válvulas de admissão são abertas imediatamente antes do pistão atingir o ponto morto superior e as válvulas de escape permanecem abertas após o ponto morto superior. Em um determinado instante, portanto, ambas as válvulas estão abertas ao mesmo tempo (final do curso de escape e início do curso de admissão). Esta sobreposição de válvulas permite uma melhor eficiência volumétrica e reduz a temperatura de operação do cilindro. Esta temporização das válvulas é controlada pelo mecanismo de operação da válvula e é chamada de temporização da válvula.
A elevação da válvula (distância que a válvula é levantada de sua sede) e a duração da válvula (período de tempo em que a válvula é mantida aberta) são ambas determinadas pelo formato dos ressaltos do came. Lóbulos de cames típicos são ilustrados na Figura. A parte do lóbulo que suavemente inicia o movimento do mecanismo de operação da válvula é chamada de rampa ou degrau. A rampa é usinada em cada lado do ressalto do came para permitir que o balancim entre em contato com a ponta da válvula e, assim, reduza a carga de choque que de outra forma ocorreria. O mecanismo de operação da válvula consiste em um anel de came ou eixo de cames equipado com lóbulos que trabalham contra um rolo de came ou um seguidor de came. O seguidor de came empurra uma haste e um soquete de esfera, acionando um balancim, que por sua vez abre a válvula. Fontes,
Anéis de came
O mecanismo de válvula de um motor radial é operado por um ou dois anéis de cames, dependendo do número de fileiras de cilindros. Em um motor radial de linha única, é usado um anel com uma pista de came dupla. Uma pista opera as válvulas de admissão, a outra opera as válvulas de escape. O anel de came é uma peça circular de aço com uma série de cames ou lóbulos na superfície externa. A superfície desses lóbulos e o espaço entre eles (no qual os rolos de came se deslocam) é conhecido como pista de came. À medida que o anel de came gira, os lóbulos fazem com que o rolete de came levante o tucho na guia do tucho, transmitindo assim a força através da haste e do balancim para abrir a válvula. Em um motor radial de fileira única, o anel de cames geralmente está localizado entre a engrenagem de redução da hélice e a extremidade dianteira da seção de potência. Em um motor radial de duas carreiras,
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O anel de came é montado concentricamente com o virabrequim e é acionado pelo virabrequim a uma taxa de velocidade reduzida através do conjunto da engrenagem de acionamento intermediária do came. O anel de came tem dois conjuntos paralelos de lóbulos espaçados ao redor da periferia externa, um conjunto (trilha de came) para as válvulas de admissão e outro para as válvulas de escape. Os anéis de came usados podem ter quatro ou cinco lóbulos tanto na entrada quanto nas trilhas de escape. O tempo dos eventos da válvula é determinado pelo espaçamento desses lóbulos e pela velocidade e direção em que os anéis de came são acionados em relação à velocidade e direção do virabrequim. O método de condução do came varia em diferentes marcas de motores. O anel de came pode ser projetado com dentes na periferia interna ou externa. Se a engrenagem de redução engatar com os dentes do lado de fora do anel, o came gira no sentido de rotação do virabrequim. Se o anel for acionado por dentro, o came gira na direção oposta do virabrequim.
Um came de quatro lóbulos pode ser usado em um motor de sete cilindros ou nove cilindros. No sete cilindros, ele gira no mesmo sentido do virabrequim, e no de nove cilindros, na direção oposta à rotação do virabrequim. No motor de nove cilindros, o espaçamento entre cilindros é de 40° e a ordem de disparo é 1-3-5-7-9-2-4-6-8. Isso significa que há um espaço de 80° entre os impulsos de disparo. O espaçamento nos quatro lóbulos do anel de came é de 90°, que é maior que o espaçamento entre os impulsos. Portanto, para obter a correta relação de operação da válvula e ordem de disparo, é necessário acionar o came no sentido oposto à rotação do virabrequim. Usando o came de quatro lóbulos no motor de sete cilindros, o espaçamento entre o disparo dos cilindros é maior que o espaçamento dos lóbulos do came. Portanto,
Eixo de comando
O mecanismo de válvula de um motor oposto é operado por uma árvore de cames. A árvore de cames é acionada por uma engrenagem que combina com outra engrenagem anexada ao virabrequim. A árvore de cames sempre gira na metade da velocidade do virabrequim. À medida que a árvore de cames gira, os lóbulos fazem com que o conjunto do tucho suba na guia do tucho, transmitindo a força através da haste e do balancim para abrir a válvula.
Conjunto de Tuchos
O conjunto do tucho consiste em: 1. Um tucho cilíndrico, que desliza para dentro e para fora em uma guia de tucho instalada em uma das seções do cárter ao redor do anel de came; 2. Um rolete de tucho, que segue o contorno do anel de came e ressaltos; 3. Um soquete de esfera de tucho ou soquete de haste de pressão; e 4. Uma mola de tucho.
A função do conjunto do tucho é converter o movimento de rotação do ressalto do came em movimento alternativo e transmitir esse movimento para a haste, braço oscilante e depois para a ponta da válvula, abrindo a válvula no momento adequado. A finalidade da mola do tucho é preencher a folga entre o balancim e a ponta da válvula para reduzir a carga de choque quando a válvula é aberta. Um orifício é perfurado através do tucho para permitir que o óleo do motor flua para as hastes ocas para lubrificar os conjuntos dos balancins.
Elevadores/Tapetes Sólidos
Levantadores sólidos ou seguidores de came geralmente exigem que a folga da válvula seja ajustada manualmente, ajustando um parafuso e uma contraporca. A folga da válvula é necessária para garantir que a válvula tenha folga suficiente no trem de válvulas para fechar completamente. Este ajuste ou inspeção era um item de manutenção contínua até que os elevadores hidráulicos fossem usados.
Tuchos/Elevadores de Válvulas Hidráulicas
Alguns motores de aeronaves incorporam tuchos hidráulicos que mantêm automaticamente a folga da válvula em zero, eliminando a necessidade de qualquer mecanismo de ajuste da folga da válvula. Um tucho hidráulico típico (elevador de válvula com folga zero) é mostrado na Figura.
Quando a válvula do motor está fechada, a face do corpo do tucho (seguidor do came) fica no círculo da base ou na parte traseira do came. A mola do êmbolo leve levanta o êmbolo hidráulico para que sua extremidade externa entre em contato com o soquete da haste, exercendo uma leve pressão contra ele, eliminando assim qualquer folga na articulação da válvula. À medida que o êmbolo se move para fora, a válvula de retenção de esfera se move para fora de sua sede. O óleo da câmara de alimentação, que está diretamente conectada ao sistema de lubrificação do motor, flui e enche a câmara de pressão. À medida que a árvore de cames gira, a came empurra o corpo do tucho e o cilindro do elevador hidráulico para fora. Esta ação força a válvula de retenção de esfera em seu assento; assim, o corpo de óleo preso na câmara de pressão atua como uma almofada. Durante o intervalo em que a válvula do motor está fora de sua sede, ocorre um vazamento predeterminado entre o êmbolo e o orifício do cilindro, que compensa qualquer expansão ou contração no trem de válvulas. Imediatamente após o fechamento da válvula do motor, a quantidade de óleo necessária para encher a câmara de pressão flui da câmara de alimentação, preparando-se para outro ciclo de operação.
Os tuchos de válvulas hidráulicas são normalmente ajustados no momento da revisão. Eles são montados a seco (sem lubrificação), as folgas verificadas e os ajustes geralmente são feitos usando hastes de diferentes comprimentos. Uma folga mínima e máxima da válvula é estabelecida. Qualquer medição entre esses extremos é aceitável, mas é desejável aproximadamente meio caminho entre os extremos. Os tuchos de válvula hidráulica requerem menos manutenção, são mais lubrificados e operam mais silenciosamente do que o tipo de ajuste de parafuso.
Haste de pressão
A haste de pressão, de forma tubular, transmite a força de elevação do tucho da válvula para o balancim. Uma esfera de aço endurecido é pressionada sobre ou em cada extremidade do tubo. Uma extremidade esférica se encaixa no soquete do balancim. Em alguns casos, as esferas estão no tucho e no balancim, e os soquetes estão na haste. A forma tubular é empregada devido à sua leveza e resistência. Ele permite que o óleo lubrificante do motor sob pressão passe pela haste oca e as extremidades esféricas perfuradas para lubrificar as extremidades esféricas, o mancal do balancim e a guia da haste da válvula. A haste de acionamento é encerrada em uma carcaça tubular que se estende do cárter até o cabeçote do cilindro, denominado tubos de haste de acionamento.
Braços de roqueiro
Os balancins transmitem a força de elevação dos cames para as válvulas. Os conjuntos de balancins são suportados por um rolamento liso, de roletes ou de esferas, ou uma combinação destes, que serve como pivô. Geralmente, uma extremidade do braço se apoia na haste e a outra na haste da válvula. Uma extremidade do balancim às vezes é entalhada para acomodar um rolo de aço. A extremidade oposta é construída com um grampo bipartido rosqueado e um parafuso de travamento ou um furo roscado. O braço pode ter um parafuso de ajuste, para ajustar a folga entre o balancim e a ponta da haste da válvula. O parafuso pode ser ajustado para a folga especificada para garantir que a válvula feche completamente.
Molas de Válvula
Cada válvula é fechada por duas ou três molas helicoidais. Se uma única mola fosse usada, ela vibraria ou surgiria em determinadas velocidades. Para eliminar essa dificuldade, duas ou mais molas (uma dentro da outra) são instaladas em cada válvula. Cada mola vibra em uma velocidade diferente do motor e o amortecimento rápido de todas as vibrações da mola durante a operação do motor resulta. Duas ou mais molas também reduzem o perigo de fraqueza e possível falha por quebra devido ao calor e fadiga do metal. As molas são mantidas no lugar por travas divididas instaladas no recesso do retentor ou arruela superior da mola da válvula e engatam em uma ranhura usinada na haste da válvula. As funções das molas da válvula são fechar a válvula e mantê-la segura na sede da válvula.
