Direção hidráulica: o que é e como funciona?

Em Mecânica e manutenção de veículos por André M. Coelho

A direção hidráulica tornou-se hoje um equipamento padrão em quase todos os veículos que vemos nas estradas. Ela fornece manobrabilidade mais fácil e um melhor grau de controle sobre o veículo, o que torna a condução ainda mais livre de esforço.

O termo direção assistida é derivado de ‘sistema de direção assistida’. Embora os sistemas de direção elétrica tenham se tornado comuns na maioria dos veículos atualmente, inicialmente, o sistema básico de direção assisstida era hidráulico, que funcionava graças ao funcionamento preciso de várias peças mecânicas pequenas e grandes. Nas seções seguintes, aprenderemos sobre o funcionamento da direção hidráulica básica. Mas antes disso, vamos dar uma olhada em como funciona a direção em um veículo.

Como funciona o sistema de direção de um automóvel?

Dirigir um veículo envolve fazer girar as rodas dianteiras de forma sincronizada, para a esquerda ou para a direita. Isto é conseguido com a ajuda de diferentes sistemas de engrenagens. Os dois principais tipos de sistemas de direção são a cremalheira e o pinhão, o tipo de esfera recirculante; dos quais o primeiro é encontrado na maioria dos carros. A seguir, é apresentada uma descrição do sistema de engrenagens de cremalheira e pinhão.

Sistema de direção de cremalheira e pinhão

O sistema de cremalheira e pinhão são um dos sistemas de direção mais usados atualmente na maioria dos carros. Em comparação com outros sistemas, fornece um feedback melhor (sensação de estrada) para o motorista, o que o torna adequado para terrenos difíceis.

O mecanismo de cremalheira e pinhão compreende os seguintes componentes principais, que estão localizados dentro do alojamento da caixa de direção: cremalheira, engrenagem de pinhão e tirantes.

A cremalheira é uma engrenagem linear com dentes retos, enquanto o pinhão é a engrenagem redonda normal que é colocada em um ângulo sobre ela. Normalmente, o pinhão tem um corte helicoidal, projetado para fornecer uma malha mais suave entre ele e o rack.

O volante do carro é preso ao pinhão através de um eixo de direção. Quando você gira o volante, o pinhão gira e arrasta o rack, movendo-o para a esquerda ou para a direita, dependendo da direção da curva.

O rack atribui aos braços de direção das rodas através de tirantes. Quando o rack se move, ele empurra uma roda enquanto puxa a outra, fazendo o carro girar.

Assim, o arranjo de cremalheira e pinhão é capaz de converter o movimento rotacional do volante em um movimento linear, permitindo que as rodas girem.

Este mecanismo de engrenagem também é projetado para fornecer uma redução de engrenagem, o que torna possível girar as rodas com muito menos esforço, considerando o peso do veículo.

Normalmente, a relação de transmissão é escolhida de modo a exigir que você faça até quatro rotações completas do volante para fazer as rodas girarem de trava a trava.

Entenda como funciona a direção hidráulica de um veículo e veja os benefícios que ela trouxe para a segurança e estabilidade. (Foto: Real Criticism)

O básico do sistema de direção hidráulica

Um sistema típico de direção assistida utiliza o mesmo mecanismo da direção normal, com a adição de um sistema hidráulico que gera a ‘potência’ necessária para auxiliar no esforço de direção. A seguir descreve-se como funciona um sistema de direção básico de cremalheira e pinhão.

Para fornecer assistência de energia hidráulica, uma pequena modificação é feita no sistema típico de cremalheira e pinhão descrito na seção anterior.

Parte do rack é modificada para formar um arranjo hidráulico de pistão e cilindro. O cilindro é alimentado em dois lados por aberturas às quais as linhas de fluido são conectadas. O pistão é conectado ao rack e se move entre essas duas aberturas. Quando o fluido pressurizado é alimentado em qualquer uma das aberturas, o pistão é empurrado e se move na direção oposta, arrastando o rack junto com ele. Ao mesmo tempo, a outra abertura abre o fluido (se presente) no outro lado do pistão. É assim que a energia é fornecida, o que minimiza significativamente o esforço necessário para dirigir o veículo.

O fluido é armazenado em um reservatório e é pressurizado com a ajuda de uma bomba de palhetas rotativa, acionada pelo motor do carro através de um arranjo de correia e polia. Ele puxa o fluido de baixa pressão do reservatório e o pressuriza antes de abastecê-lo ao cilindro no sistema de direção hidráulica.

Assim, efetivamente, a pressão do fluido faz a maior parte do trabalho de direção, enquanto o motorista controla a direção da curva com a ajuda de um sistema de válvulas muito preciso.

Tudo sobre direção hidráulica: componentes

Na seção anterior, cobrimos o funcionamento básico do sistema de direção hidráulica. No entanto, existem alguns aspectos importantes do projeto que são essenciais para que esse sistema seja praticamente utilizável.

Válvula de liberação de pressão

Como a bomba é acionada pelo motor do carro, ela continua a bombear fluido pressurizado para o sistema, independentemente de ser necessário ou não. Além disso, como a quantidade de pressão gerada é diretamente proporcional à velocidade do motor, uma grande quantidade de fluido é bombeada em altas velocidades. Para evitar que uma ruptura ocorra, a bomba compreende uma válvula de liberação de pressão que se abre quando a pressão fica muito alta.

Assistente de direção variável

Normalmente, é necessário mais esforço de direção para virar um carro quando ele está em repouso ou em baixa velocidade, em comparação com velocidades mais altas. O sistema de direção hidráulica deve, portanto, auxiliar o motorista somente quando a assistência é necessária. Para este propósito, um dos seguintes métodos é empregado.

Sistema de Barra de Torção: Este método emprega um elemento mecânico, conhecido como barra de torção, para detectar a quantidade de torque aplicada pelo motorista ao volante. A barra de torção está presente na extremidade inferior da coluna de direção e é acoplada ao sistema de pinhão. Quando o volante gira, o mesmo acontece com a coluna de direção junto com a extremidade da barra de torção que está presa a ela. No entanto, uma vez que a barra de torção é relativamente fina e flexível, sua extremidade presa ao sistema de pinhão resiste a ser girada. Assim, uma extremidade da barra de torção gira, enquanto a outra não, efetivamente fazendo com que ela se torça. A diferença entre as posições das extremidades da barra de torção é usada para controlar um sistema de válvula rotativo preciso, que direciona o fluxo de fluido pressurizado para dentro do cilindro. Quanto maior a torção, maior será o fluxo e, portanto, a assistência de direção que é fornecida.

Sistema progressivo de direção assistida (PPS): O PPS compreende um sensor que detecta a velocidade do veículo e, consequentemente, ajusta a pressão do fluido. Assim, quando o veículo está se movendo em baixa velocidade ou em repouso, a pressão do fluido é aumentada para aliviar a direção, e quando ela está se movendo em velocidades mais altas, a pressão do fluido é diminuída para diminuir a quantidade de assistência gerada.

Bombeamento elétrico

Considerando os aspectos práticos do sistema hidráulico, observou-se que o acionamento da bomba de palhetas rotativas, acoplando-a ao motor, consome uma quantidade significativa de combustível do carro, tornando o sistema ineficiente. Para melhorar isso, um sistema híbrido foi projetado, que usa um motor elétrico para pressurizar o fluido, enquanto o restante do sistema hidráulico funciona como está. Como o motor elétrico funciona com a bateria do veículo, acaba economizando muito no combustível do veículo, tornando esse sistema eletro-hidráulico de direção hidráulica muito mais eficiente.

Assim, o sistema básico de direção hidráulica em um veículo utiliza energia hidráulica para fornecer a assistência necessária para girar o veículo. Usando este sistema, é possível manobrar o veículo de forma suave e confortável, independentemente do seu tamanho ou peso. Hoje, este sistema foi atualizado bastante, com a adição de vários sensores que aumentam sua precisão e eficiência. Também foi desenvolvido um sistema completo de direção assistida elétrica, que compreende um módulo de computador de bordo para detectar a magnitude e a direção do torque aplicado pelo motorista na coluna de direção e, portanto, usar um motor elétrico para fornecer a assistência de direção necessária .

Ficou alguma dúvida sobre o sistema? Deixem nos comentários suas perguntas e iremos responder!

Sobre o autor

O pai de André já teve alguns carros clássicos antes de falecer, como Diplomata, Chevette e Opala. Após completar 18 anos, tirou carteira de moto e carro, comprando então sua primeira moto, uma Honda Sahara 350. Fez um curso de mecânica de motos para começar uma restauração na moto, e acabou aprendendo também como consertar alguns problemas de carros. Seu primeiro carro foi uma Nissan Grand Livina de 2014 e pretende em breve comprar uma picape diesel. No caminho, vai compartilhando tudo que aprende no site Carro de Garagem.

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