INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS
Para que um veículo cumpra seu papel, ele possui diversos sistemas independentes que se conectam garantindo a locomoção e conforto.
Dentre esses, iremos abranger o funcionamento e características dos principais sistemas mecânicos que compõem um carro: Motor, freio, transmissão, suspensão e direção, abordando os tipos mais utilizados nos veículos.
MOTOR
Um motor é uma máquina capaz de transformar algum tipo de energia em movimento mecânico, como por exemplo, os motores a ar, a água, elétricos, térmicos e nucleares.
Atualmente os motores térmicos ainda são os mais usados nos veículos, mais especificamente os motores de combustão interna, e é sobre eles que falaremos a seguir.
Sistemas
O motor de combustão interna conta com o apoio de vários sistemas para o seu funcionamento: Sistema de arrefecimento, de lubrificação, de alimentação, de distribuição e elétrico.
Componentes
Os motores de combustão interna possuem três principais partes: cabeçote, bloco e conjunto móvel.
Cabeçote
É a parte superior do motor, sendo normalmente fabricado em ferro fundido. É nele que as válvulas e os comandos de válvulas ficam alojados.
Bloco
É a parte principal do motor, sendo também em sua maioria fabricada de ferro fundido. Nele estão localizados os cilindros, que é um furo aberto nas duas extremidades onde os pistões movem-se conectados às bielas e também ao virabrequim.
Conjunto móvel
É formado por pistões, bielas e a árvore de manivelas, sendo responsável por gerar o movimento mecânico dos pistões a partir da queima da mistura de ar e combustível.
O motor de combustão interna pode ser de dois tipos: o de quatro tempos e de dois tempos, sendo o primeiro muito mais utilizado em veículos atualmente.
O motor de dois tempos é utilizado em motosserras, algumas motos, pequenos geradores elétricos e alguns de maior porte, na propulsão naval.
Motor 4 tempos
O 1º tempo do motor, ou admissão, permite a entrada da mistura de ar e de vapor de gasolina no cilindro, pela abertura das válvulas de admissão, girando o virabrequim em 180°.
2º tempo, ou compressão, é quando o pistão sobe comprimindo a mistura anterior, com as válvulas já fechadas, e completando a primeira volta completa do virabrequim, 360°.
3º tempo, ou combustão, é o momento em que a faísca da vela queima essa mistura comprimida gerando a expansão do gás e empurrando o pistão à sua posição mais baixa. As válvulas de escape começam a abrir para aliviar um pouco da pressão gerada e no fim desse tempo o virabrequim realizou mais uma meia volta.
4º tempo, ou escape, o pistão volta a subir empurrando os gases residuais para as válvulas de escape que já estão completamente abertas. Ao final dos quatro tempos o pistão realizou duas voltas completas.
Esse tipo de motor pode funcionar ainda por dois tipos de ciclos térmicos, o de Otto e Diesel, que caracterizam a preparação da combustão da mistura ar/combustível e o funcionamento do motor.
As principais diferenças entre os dois ciclos são:
No Otto, a mistura ar/combustível é injetada na proporção exata de modo só entrar em combustão com a faísca da vela. Já no Diesel, o ar é admitido sozinho e quando ele está comprimido é que o combustível é inserido no cilindro e a combustão nesse ciclo ocorre de forma espontânea.
Os gases que são expelidos após a combustão, variam entre os dois ciclos.
Por fim, a energia gerada pelo motor é acessada pela extremidade do eixo do virabrequim, onde fica localizado o volante do motor e a embreagem, que falaremos adiante.
FREIOS
O semáforo fecha e em alguns poucos segundos um veículo que pesa mais de uma tonelada, com o suave aperto do pedal, reduz sua velocidade até parar.
Ao pressionar o pedal de freio, enviamos fluído de freio para as quatro rodas do veículo. Este fluído agirá nos pistões ou cilindros de freio que irão pressionar os materiais não rotativos contra os rotativos gerando atrito entre as partes e freando o carro.
O fato de aplicar pouca força no pedal e o veículo todo frear é devido ao cilindro mestre que atua como um multiplicador de esforços. Ele possui um reservatório para o fluído de freio e seu interior é composto por pistões que pressionam o fluído distribuindo ele através de tubulações e mangueiras.
Freio a disco
A maioria dos automóveis no Brasil saem de fábrica com esse sistema de freio, sendo mais usado nas rodas dianteiras.
No freio a disco, o pistão (na imagem à esquerda) é ativado com o fluído de freio pressionando as pastilhas contra o disco da roda. As pinças garantem a fixação do sistema que, quando acionado, gera atrito entre as pastilhas e o disco, freando o carro.
Freio a tambor
É usado normalmente nas rodas traseiras de carros utilitários por ter uma resistência menor ao superaquecimento do sistema, podendo perder a sua capacidade de frear.
No freio a tambor, quando o pedal é pressionado, ele envia o fluído de freio que ativará os cilindros de roda/freio empurrando as sapatas juntamente com a lona de freio contra o tambor causando o atrito necessário para a frenagem.
Sistemas secundários ao sistema de freio
O freio ABS, Anti-locking brake system (sistema de freios antibloqueio), é um sistema eletrônico complementar que equilibra a força de frenagem da roda de modo a evitar o travamento destas.
Ele funciona com o uso de sensores que medem a velocidade nos pneus, e é acionado automaticamente (aplicando e soltando a pressão) quando percebe que as rodas travarão com a frenagem
O Freio à mão é também conhecido como freio de emergência, pois funciona mesmo quando o sistema hidráulico primário falha.
É composta por uma alavanca que aciona o sistema de freio completo do veículo basicamente substituindo a tarefa que seria do fluído hidráulico.
TRANSMISSÃO
O sistema de transmissão possibilita a partida do motor, a capacidade do veículo de permanecer parado mesmo com o motor funcionando e o torque e a rotação necessária para o deslocamento do veículo, levando em conta uma faixa de rotação em que o consumo de combustível e a emissão de poluentes sejam aceitáveis.
Em resumo, é esse sistema que leva a energia do motor até as rodas e a regula.
Há vários tipos de transmissão que diferem bastante, tais como a manual, a automatizada e a automática, mas aqui focaremos no sistema de transmissão mais comum, a manual.
O sistema de transmissão é composto por embreagem, caixa de marchas, diferencial e caixa de transferência.
Funcionamento
O motor ligado gera torque disponível na extremidade do virabrequim (como visto no começo deste texto), sendo transmitido inicialmente para o volante do motor.
A embreagem se acopla no volante e é ela que possibilita (ao acionar o pedal da embreagem) retirar o disco de embregem do contato com o volante, impossibilitando a transmissão de torque. Quando a embreagem é desacionada, esse disco entra novamente em contato com o volante, possibilitando o envio de torque para a caixa de marchas, que é o próximo componente.
Na caixa de marchas está o conjunto de engrenagens e dois eixos imersos em um óleo específico e são responsáveis por cada marcha do veículo.
Quando alguma engrenagem está engatada, o torque é transmitido para o diferencial que distribui a potência do motor para as rodas e também controla a velocidade delas nas curvas (quando um veículo vira para a direita, as rodas da esquerda/externas giram mais rápido garantindo o equilíbrio do carro).
O diferencial transmite o torque para os semi-eixos que chega finalmente nas rodas.
Sobre o posicionamento do sistema de transmissão, há diversas variações no que se refere à região do motor e à tração das rodas, mas a mais utilizada atualmente é a de motor dianteiro e tração dianteira (FF – Front engine and front whell).
SUSPENSÃO
O contato das rodas com as irregularidades do solo gera uma vibração danosa à carroceria do veículo e ao conforto de quem o usa. Então, o sistema de suspensão tem a função de isolar a vibração, sendo a interface entre a pista e a carroceria que proporciona maior dirigibilidade, conforto e vida útil ao carro.
Conhecendo seus componentes
O sistema de suspensão começa nas rodas, que possui o aro para dar estabilidade ao pneu que suportará todo o peso do carro como se fossem almofadas de ar.
A barra estabilizadora une os dois braços de suspenção ao mesmo eixo visando aumentar a estabilidade pois ela distribui o esforço (que numa curva se acentua em um braço) para todo o sistema, garantindo também que a roda “para fora” da curva permaneça em contato com a pista.
As molas são componentes que acumulam energia quando saem da sua posição de repouso, estendendo ou comprimindo. Sua função é reduzir o impacto das irregularidades da pista. A mais conhecida é a de formato helicoidal (imagem), mas há vários tipos.
O amortecedor serve para controlar a vibração da mola e sem ele seria quase impossível dirigir um carro. É uma peça de aço geralmente composta por duas partes que é instalada entre a carroceria e a suspensão. O seu sistema hidráulico interno garante um movimento lento que na compressão atua em conjunto com a mola, e na extensão se opõe ao movimento desta.
A bucha e o pivô devem garantir que não haja concentração de tensões nas articulações da suspensão, e o bom funcionamento da roda na pista. São eles que conectam alguns dos componentes entre si.
A bucha é composta por dois anéis ligados por uma camada de borracha e o pivô é uma junta esférica.
A bandeja de suspensão faz a articulação da roda no chassi permitindo que a roda possa se movimentar em relação à carroceria e assim transpor as irregularidades da pista. Ela se conecta à coluna de suspensão pelo pivô e à carroceria do veículo pelas buchas e possui diversos formatos variando de acordo com o projeto.
A manga de eixo para o sistema de suspensão serve como suporte aos outros componentes, como a bandeja de suspensão e o cubo de roda, recebendo e transmitindo forças e torques entre chassi e o solo.
O cubo de roda é outra peça de suporte do sistema de suspensão. Ele permite o giro da roda e também suporta algumas cargas ou pancadas que esta recebe. Ele é conectado ao semieixo e serve de suporte ao disco de freio e à roda.
SISTEMA DE DIREÇÃO
Responsável pelo controle correto e preciso do veículo, o sistema de direção foi evoluindo com as novas demandas de conforto, partindo de uma alavanca para o atual uso do volante.
Geometria de Ackerman
A geometria de posição e esterçamento das rodas é formulada atualmente pela chamada Geometria de Ackerman.
Para o funcionamento ideal em uma curva, os arcos de cada roda precisam ser concêntricos, de modo que garanta uma mesma distância entre as rodas, ao longo de todo o seu comprimento. Isso implica em um ângulo de esterção diferente para a roda interna e externa à curva.
As rodas internas à curva realizam um trajeto menor que as rodas externas.
Conhecendo seus componentes
Os principais componentes do sistema de direção são: Volante, coluna de direção, caixa de direção, barra de direção e terminal de direção.
O volante é responsável por acionar todo esse sistema e garantir conforto para quem usa.
A coluna de direção é quem leva o movimento do volante até a caixa de direção, e em um sistema hidráulico é esse componente que envia o fluído hidráulico para os circuitos de ambos os lados.
É na caixa de direção que o movimento circular do volante é convertido em um movimento retilíneo. Na direção hidráulica, é esse componente que será auxiliado, facilitando o deslocamento da cremalheira/setor.
Vale ressaltar que ela pode ser do tipo setor e sem fim, ou de pinhão e cremalheira, o primeiro é usado em veículos mais pesados que demandam um sistema mais robusto, e o segundo em veículos leves que não trabalham com carregamentos severos.
CONCLUSÃO
Muita coisa foi falada aqui e, ainda assim, isso é somente um resumo, já que cada sistema tem seus componentes e para cada componente ainda podemos ter uma grande variedade de característica e funcionalidades.
O interessante é ver que todos os sistemas cooperam entre si, possibilitando aos seres humanos o deslocamento a grandes distâncias e velocidades, o que seria impossível, ou pelo menos trabalhoso e desconfortável demais, para ser feito a pé.
Além, claro, do frio na barriga que pisar no pedal proporciona para quem é apaixonado por essa máquina.
