cabeçote  culata  tapa de cilindros  cylinder head  testata  zylinderkopf  sao varias as designaçoes para esta mesma peça que concentra diversas funçoes  desde suporte para partes moveis ate contentor da combustao  o cabeçote e peça essencial para o controle de fluxo no motor  como dizia lampredi   motores nao bebem  eles respiram   essa frase nao so sintetiza a filosofia de que permeia os motores  como tambem revela um dos principais segredos para uma boa performance  o fluxo de ar  quer saber mais sobre o fluxo  detalhes de construçao e muito mais  e sobre isso que iremos falar em nosso papo de garagem de hoje     construçao   a necessidade do grande volume de produçao  complexidade geometrica e a necessidade de reduçao custos direcionou todos os fabricantes de motores para produzir os cabeçotes pelo metodo de fundiçao  deixando a usinagem somente para acabamento em areas especificas  inicialmente os cabeçotes eram fundidos em aço carbono  mas hoje sao produzidos em ligas de aluminio  essa mudança promoveu uma reduçao drastica da massa  melhor condutibilidade termica e  consequentemente  uma melhor refrigeraçao do motor   [youtube id= l9fo40j73qq  width= 620  height= 350 ]  as carcaças sao fundidas a partir de moldes negativos da peça originalmente projetada  a areia utilizada nos moldes da fundiçao  bem como os aditivos da liga  sao determinantes para a qualidade de acabamento superficial das peças — algo que afeta diretamente o fluxo de ar no cabeçote do motor   [youtube id= urysf1qo0om  width= 620  height= 350 ]  metodos mais modernos de fundiçao permitem a criaçao de peças com maior complexidade e maior simetria  o metodo de espuma perdida  lost foam para os gringos  esta sendo cada vez mais utilizado pela sua grande qualidade de produçao  e criado um molde positivo de espuma  em casos de menor produtividade pode ser usada a cera de parafina  que e consumida durante a fundiçao  este metodo permite um menor tempo de produçao e maior qualidade de acabamento superficial     porem qualquer metodo de fundiçao com alimentaçao por gravidade corre o risco de gerar porosidade nas faces da peça  foto acima   a porosidade e a formaçao de micro dutos que tornam aquela area permeavel  fatores como a velocidade de enchimento do molde  temperatura  tempo de cura do molde antes da fundiçao e reaçoes quimicas dos aditivos podem levar a formaçao das bolhas     a general motors  por exemplo  ja enfrentou serios problemas de porosidade  tanto em cabeçotes quanto nos blocos  os casos iam desde vazamento de oleo pelas juntas das tampas ate a formaçao de emulsao no sistema de resfriamento por oleo lubrificante  na europa com os motores da familia ii  mais especificamente os 20xe  para solucionar essa falha a vauxhall trocou de fornecedor  substituindo a kolbenschimidt pela cosworth  estes cabeçotes sao identificados pelo logotipo  coscast   de  cosworth casting   ou  fundiçao cosworth     [youtube id= w6vgcarozq8  width= 620  height= 350 ]  a coscast  divisao de fundiçao da cossie desenvolveu um metodo baseado em die casting que e a fundiçao de peças por injeçao  a alta pressao de injeçao e mantida ate a solidificaçao da peça  isso evita a porosidade  alem de garantir um melhor direcionamento dos cristais e maior qualidade de acabamento superficial para as carcaças     nos eua estas falhas ocorreram com os motores ls2  ls3 e ls4 entre 2004 e 2011  apresentando vazamentos no selo traseiro do virabrequim e tampa traseira do sistema de oleo  a soluçao so veio com o recall para os selos e tampas     geometria   o desenho dos dutos  bem como das camaras e essencial para um bom desempenho da combustao como um todo  uma camara mal desenhada pode gerar pontos quentes  fator que aumenta a tendencia a detonaçao espontanea  dutos ruins geram restriçoes ao fluxo  e muito mais que isso  nao favorecem o movimento rotacional da mistura que esta sendo admitida  o movimento pode ser horizontal  swirl  ou vertical  tumble      mas para entendermos as funçoes associadas a força rotacional e as caracteristicas das camaras temos antes que sabem um pouco sobre a combustao em si  ao contrario do que alguns pensam  a combustao nao e instantanea  na verdade  a queima passa por tres fases  vamos observar o grafico abaixo para entendermos estas fases       i  a area entre o ponto de centelhamento e o desvio entre as curvas de combustao e de compressao do motor e chamada de delay  esse periodo tende a ser constante durante toda a faixa operacional do motor  mas esse tempo de resposta sofre influencia de fatores como  mistura ar combustivel e proximidade da temperatura de autocombustao no momento de centelhamento     ii  apos o delay nos entramos na fase de combustao rapida  e nesta area onde a frente de chama se desenvolve  inicia se no momento do desvio das curvas e se estende ate o pico de pressao  a velocidade da frente de chama nao e constante  pois esta e influenciada pelo nivel de turbulencia dentro da camara     iii  entao apos a frente de chama alcançar as paredes do cilindro ainda restam por volta de 25% de mistura nao queimada  mas a chama perde velocidade devido a menor quantidade de oxigenio restante  a essa fase chamamos pos combustao  ela tambem e influenciada pelo nivel de turbulencia encontrada no cilindro     swirl [youtube id= sxaqkxsxetw  width= 620  height= 350 ]  conhecida por aqui como fluxo rotacional horizontal  frh  o swirl ocorre em cilindros de apenas uma valvula de admissao  devido ao posicionamento desta valvula na camara  o fluido que e sugado pelo movimento do pistao encontra resistencia na parede do cilindro e passa a tangencia la  tomando assim um movimento helicoide que acompanha o deslocamento do pistao     por aqui s cabeçotes normalmente possuem dutos de fluxo direto  onde as paredes sao paralelas  assim o fluxo ao encontrar a tulipa da desloca se radialmente em relaçao a valvula  mas pela proximidade da parede do cilindro parte do fluxo e direcionado para iniciar o giro  esse tipo de duto gera menos swirl  mas nao causa grandes restriçoes ao fluxo     outro tipo de duto normalmente encontrado possui paredes semicirculares  estes sao ligeiramente deslocados em relaçao ao eixo da valvula de admissao  assim e criado um caminho preferencial para o fluxo  que ja inicia a sua entrada na camara em rotaçao  por isso o nivel de turbulencia e alto desde o inicio da faixa de trabalho  mas esse mesmo nivel alto de turbulencia pode gerar perdas nas rotaçoes mais altas pela restriçao causada     tumble [youtube id= xzqnbxv2ygq  width= 620  height= 350 ]  o fluxo rotacional vertical  frv  ocorre em cilindros que possuem mais de duas valvulas de admissao  ao entrar no cilindro o fluxo  como um acrobata  da uma cambalhota  o giro vertical e induzido pelo angulo de inclinaçao dos dutos e valvulas de admissao     para o melhor aproveitamento das caracteristicas do tumble normalmente sao utilizadas camaras do tipo pentroof  na fase final de compressao a turbulencia se divide em diversas outras menores formando micro vortices que que aumentam a interaçao entre as particulas na frente de chama     area de compressao e resfriamento   durante alguns estudos sobre o deslocamento da frente de chama  as equipes de desenvolvimento perceberam que os pistoes com menor gap entre suas coroas e a camara de combustao apresentaram maior resistencia a detonaçao  com isso um motor  pedia  um combustivel com menor octanagem para operar em condiçao segura  por outro ponto de vista  para um combustivel com octanagem  x  esse mesmo motor poderia operar com uma taxa de compressao maior sem  bater pino   mas como uma mudança tao simples criou esses resultados   a magia acontece em tres fases  a primeira ocorre no estagio final da compressao  o movimento da coroa se aproximando do o cabeçote expele os gases dessa regiao  provocando um sopro que aumenta a turbulencia  equalizando ainda mais a mistura e a interaçao entre as moleculas  este sopro e chamado de fluxo radial de compressao  ou simplesmente squish   o segundo evento e o resfriamento da mistura que fica espremida entre a coroa e o cabeçote  devido a grande superficie em relaçao ao pequeno volume de mistura fresca disponivel nesta area  a troca termica acontece de forma muito rapida e a queda de temperatura ajuda a diminuir a quebra das cadeias de carbono   o ultimo evento e o aumento da velocidade da chama quando o pistao inicia seu movimento descendente  com a proximidade  ao se deslocar o pistao acaba criando uma zona de baixa pressao relativa  tudo acontece num piscar de olhos  mas e tempo suficiente para fazer a frente de chama avançar mais rapido e evitar a detonaçao  todos esses fatores fazem o pico de pressao aparecer antes do que seria observado numa camara sem essas caracteristicas  assim o ponto de igniçao pode se aproximar ainda mais do ideal o maximum break torque  mtb   tornando o motor mais eficiente     ha ainda as areas de compressao inclinadas  slant squish   que propiciam ganhos ainda maiores em camaras hemisfericas ou do tipo pent roof     localizaçao da vela   outro fator que influencia diretamente a eficiencia da combustao e a posiçao da vela na camara  o tempo que a frente de chama leva para alcançar as paredes do cilindro e determinante para que o ponto tambem se aproxime mais do mtb  alem disso  o tempo de deslocamento tambem influencia o risco de autoigniçao  pois a onda de choque criada pela igniçao leva mais tempo para alcançar as extremidades  o que permite as cadeias de carbono dissociarem se em conjuntos menores  abrindo assim o caminho para a autoigniçao     por tratar se de um cilindro a posiçao ideal para qualquer e no centro do cabeçote  pois a frente de chama atingira as paredes ao mesmo tempo  na imagem mais acima podemos ver o deslocamento da frente de chama medido em angulo do virabrequim  quanto maior o tempo de deslocamento  mais cedo o ponto de igniçao deve ocorrer e mais energia e desperdiçada  pois o pistao ainda esta em movimento ascendente quando a mistura começa a queimar e a pressao dentro da camara se eleva  assim temos um momento em que a força de combustao se opoe a força do virabrequim para mover o pistao   entao quanto mais cedo a centelha ocorre  menor e o pico de pressao na camara e menos potencia o motor gera  ha exemplos de camaras com mais de uma vela  esse artificio tambem reduz significativamente o tempo de queima  alem de permitir o uso de misturas ar/combustivel mais pobres     fatores como  numero e dimensoes das valvulas interferem no posicionamento da vela  entao o desenho da camara deve ser feito de modo que o fluxo turbulento passe pela vela  mas este nao deve ter grande velocidade neste ponto  caso a turbulencia seja forte demais a fase de delay pode se propagar mais um pouco     tipos de camaras de combustao   ja perceberam como e complicado desenhar uma camara  nao  todos estes varios pontos devem ser considerados  mas nao podem ser isolados pois todos interferem no conjunto  estes fatores associados as diversas caracteristicas e aplicaçoes dos motores levam a uma quantidade enorme de desenhos para camaras  entao vamos ver aqui alguns destes desenhos e suas principais caracteristicas  camaras  l    motores como os ford flathead usam cabeçotes com camaras do tipo  l   as valvulas sao instaladas no bloco e ficam lado a lado  a vela e posicionada proxima a valvula de escape pois a mistura nessa regiao normalmente esta mais quente  e isso gera uma maior velocidade de queima     camara  coraçao    o nome e engraçado sim  mas se deve ao formato da area de maior volume  essas camaras geram um swirl de grande intensidade  alem de possuirem uma grande area de compressao  essa area de compressao aumenta a turbulencia de forma linear em relaçao a rotaçao  com isso o ponto de igniçao e quase constante     camara  cunha    sao camaras com area de combustao inclinada  em formato de cunha  que coincidencia nao    as valvulas sao instaladas na face com menor inclinaçao  enquanto a mais inclinada abriga a vela  o squish e muito forte nesse tipo de camara e direciona o todo fluxo para a vela  por isso o ponto de igniçao varia pouco  da mesma forma que vimos com a camara coraçao     camara hemisferica   talvez uma das mais conhecidas  pois nomeia motores miticos produzidos por uma das grandes de detroit  os hemi recebem esse nome por utilizarem camaras em semicirculo  nesse tipo de camara as valvulas ficam diametralmente opostas e inclinadas  enquanto a vela ocupa a posiçao central  os pistoes sao hipereuteticos  ou se voce preferir pode chama los de cabeçudos  para controlar a taxa de compressao da camara  assim como a velocidade da chama  com esse desenho as camaras hemisfericas conseguem reter melhor o calor gerado na combustao  aumentando assim a eficiencia do motor     camara pentroof   quando falamos em hemisfericas a configuraçao classica com apenas duas valvulas e o que mais nos vem a cabeça  mas saibam que as camaras tipo telhado nada mais sao que uma versao aperfeiçoada das classicas hemisfericas  normalmente encontradas com quatro valvulas  elas podem chegar a ter seis valvulas  o vag utilizou amplamente cabeçotes com cinco valvulas por cilindro  mas a sua complexidade e custo acabaram os tirando das linhas de montagem  essas camaras trazem vantagens pela possibilidade do uso das areas de compressao  caracteristica de dificil aplicaçao nas hemisfericas classicas  alem disso o tumble acaba sendo uma das assinaturas desse tipo de camara     camaras para injeçao direta diesel   motores diesel utilizam a injeçao direta ha muito tempo  ate mesmo pela sua caracteristica de combustao  com desenhos mais complexos onde a cabeça do pistao desempenha papel essencial  as camaras sao projetadas de modo a receber o jato de combustivel disparado no ultimo momento e distribui lo por igual  a turbulencia deve ser alta o suficiente para permitir a dispersao do combustivel em fraçoes de segundo  caso isso nao ocorra a mistura entrara em combustao antes de tornar se homogenea  assim a frente de chama perdera muita velocidade em sua fase final e o motor nao sera eficiente  em substituiçao a vela  um bico injetor e posicionado no centro da camara     camara gdi   os principios de injeçao direta aplicados em ciclo otto diferem no modo de injeçao  pois esta acontece enquanto o cilindro admite o ar  podendo a injeçao ser homogenea ou estratificada  o bico injetor normalmente e posicionado na lateral da camara enquanto a vela volta a posiçao central  com isso os requisitos de turbulencia  dissipaçao termica  e controle de detonaçao muda     agora sabemos de toda a magia negra que acontece quando o ar entra no cabeçote certo  tambem conhecemos alguns dos desenhos mais usados no pais  que tal começarmos a falar sobre melhorias  modificaçoes que arranquem mais alguns poneis e lascas de torque   esse e o foco do nosso proximo papo  ele ja esta no forno e nao vai deixar voces na espera por muito tempo  entao ate la