importante componente para o sistema de direção com auxílio hidráulico. A bomba da direção hidráulica está localizada no bloco do motor, aparafusada neste. O princípio utilizado por bombas em geral, é criar uma depressão para sugar o fluído para dentro da bomba, comprimir aquele para ser utilizado em determinado sistema. Para aplicações automobilísticas não é diferente, mesmo em bombas de tipos diferentes, os componentes são semelhantes, e o funcionamento também. Basicamente, há uma câmara de formato elíptico e uma peça giratória no meio desta. Nesta, algumas vedações separam a câmara em diferentes pontos, criando pontos de sucção e de compressão do fluído utilizado na bomba.

O acionamento da bomba é realizado pelo próprio motor, através de uma correia trapezoidal ou uma correia poli-V. A primeira é utilizada quando uma correia aciona apenas a bomba da direção hidráulica, a segunda é utilizada quando a correia aciona diversos componentes acessórios do motor, como compressor do ar condicionado e bomba de vácuo. A correia liga a polia da bomba de direção hidráulica a polia do virabrequim, dessa forma a bomba estará em funcionamento enquanto o motor estiver operando. Além disso, a velocidade de giro da bomba é proporcional a velocidade de giro do motor (RPM). Dessa forma, é necessário um dispositivo limitador de pressão, que impeça a bomba de expor o sistema a pressões excessivas. As bombas para sistemas de direção hidráulica são projetadas para suprir a demanda do sistema logo em marcha-lenta do motor, pois é em média e baixa velocidade e em manobras de estacionamento que o sistema exige maior pressão. Nessas ocasiões, as bombas requerem cerca de 5 hp (5,06935 cv) do motor para funcionarem.

Função

Em termos genéricos, a bomba possui a função de aspirar o óleo do reservatório e envia-lo sobre pressão para o sistema hidráulico, auxiliando o esforço do motorista no acionamento da direção. Entretanto, devido a particularidades do sistema de direção hidráulica, a bomba da direção hidráulica não apenas pressuriza o sistema, mas também controla a pressão deste de forma que não ocorra excessos de pressão e superaquecimento do óleo em determinados momentos de funcionamento do veículo.

Tipos

As bombas hidráulicas podem variar em relação ao seu mecanismo e em relação a posição do reservatório de óleo utilizado pelo sistema. É usual apenas, se referir a bomba pela variação de mecanismo, pois a posição do reservatório não interfere no funcionamento do sistema. O reservatório pode ser montado sobre a bomba, fazer parte do corpo da bomba ou ser um reservatório remoto, ligado a bomba através de mangueiras. No primeiro caso, o reservatório é um componente montado na bomba, o óleo entra nesta por meio de pequenos dutos. Nesse caso, a bomba é chamada de bomba não submersa. Quando o reservatório faz parte do corpo da bomba, é dito que a bomba é do tipo submersa, pois quando se enche o reservatório até a marcação de máximo, estamos enchendo diretamente enchendo a bomba com óleo do sistema. Em casos que o reservatório é remoto, ou seja, montado distante da bomba, o óleo alcança esta por meio de mangueiras apropriadas. No quesito mecanismo, as bombas hidráulicas para o sistema de direção apresentam quatro tipos:

• Palhetas;
• Calço;
• Roletes;
• Engrenagens.

Bomba de palhetas

Uma câmara elíptica possui um rotor central, que gira acionado pelo motor. No rotor, palhetas metálicas criam zonas de sucção e compressão, que estão em contato com canais internos no corpo da bomba. Estes desembocam em pequenas em conexões que recebem as mangueiras do sistema de direção hidráulica. Por estas, o óleo entra e sai da bomba. É o tipo mais comum de bomba para direção hidráulica, é leve, confiável e fácil de reparar.

Bomba de calço

É praticamente uma variação da bomba de palhetas, mas nesta, ao invés de palhetas, existem no rotor, calços sob ação de molas. As molas pressionam os calços contra as paredes da câmara, separando-as em zonas de sucção e compressão. Quando o rotor gira, o óleo é aspirado do reservatório e comprimido na bomba, para então ser enviado para a caixa de direção.

Bomba de roletes

Mais conhecida como Eaton Power Steering Pump (Bomba de direção hidráulica Eaton), foi muito utilizada em veículos da General Motors, Studebaker, American Motors e utilitários nas décadas de 1950 até 1980. Nesta variação, o rotor possui roletes, que são empurrados contra a parede da câmara elíptica criando os pontos de sucção e compressão da bomba.

Bomba de engrenagens

Diferente das outras três variações acima citadas, a bomba de direção hidráulica com dupla engrenagens, aspira e comprime o fluído através de do engrenamento destas. Uma das engrenagens é motora, ou seja, está diretamente ligada ao eixo da polia da bomba. A engrenagem motora faz girar a segunda engrenagem da bomba, chamada de movida. Esse tipo de bomba muito se assemelha com a bomba de óleo do tipo engrenagem.

Componentes – Bombas de palhetas

A bomba de óleo do tipo palhetas é composta pelos seguintes componentes:

• Palhetas;
• Rotor;
• Luva;
• Mesa;
• Retentor;
• Rolamento;
• Polia;
• Válvula de pressão;
• Corpo.

Palhetas

São pequenas peças de metal que se encaixam no rotor e giram com este. As palhetas possuem posição de montagem, pois, por estarem em contato com as paredes da luva, precisam de um superfície preparada para resistir ao desgaste. Por essa razão o lado externo da palheta é arredondado visando redução de atrito. Cerca de dez palhetas são utilizadas na bomba de direção hidráulica. A função da palheta é criar zonas de sucção e compressão dentro da câmara a medida que o rotor gira dentro da luva, fazendo com que o óleo seja sugado e impelido para os canais da bomba, e destes para as mangueiras do sistema.

Rotor

Uma peça metálica de formato cilíndrico, na borda do rotor existem pequenas fendas aonde se encaixam as palhetas. No centro do rotor, um furo recebe a árvore da polia da bomba, e se encaixa no rotor por meio de estriados. Dessa forma, o rotor gira conforme a velocidade do motor, ajudando as palhetas a sugar e comprimir o óleo do sistema.

Luva

Trata-se de um anel metálico no qual sua superfície interna possui formato elíptico . A luva é travada em um anel externo, que a serve de suporte, por um pino e um junta de borracha. Dessa forma a luva pode se deslocar em relação ao rotor, variando a área que as palhetas varrerão na câmara. A função da luva, é servir de superfície para que as palhetas deslizem e executem a sucção e compressão do óleo.

Mesa

Basicamente, são duas tampas metálicas com canais usinados nestas, quando montadas cobrem a luva e rotor com as palhetas. Esse conjunto de componentes formam a câmara da bomba da direção hidráulica. A função da mesa é formar a câmara e canais para que o óleo entre e saia da câmara.

Retentor

É instalado no ponto do corpo da bomba onde a árvore da polia passa, sua função é prover a vedação naquele ponto, prevenindo a bomba de sofrer vazamentos e contaminação do óleo com detritos que por ali se acumulam.

Rolamento

Um rolamento de esferas básico, sua função é suportar a carga imposta pelo motor e reduzir ao máximo o atrito de giro da árvore da bomba.

Polia

É o componente da bomba que recebe o movimento da árvore de manivelas do motor e transmite para o rotor. Geralmente feita de metal, encaixa na árvore da bomba por meio de estriados e parafusos.

Válvulas

Geralmente, as bombas para sistemas de direção hidráulica dispõe de uma ou duas válvulas, para controle de fluxo e regulagem de pressão respectivamente. Ambas estão instaladas no corpo da bomba, por vezes, no mesmo local. Em bombas de deslocamento variável apenas a válvula de controle de fluxo é utilizada, um mecanismo se encarrega de evitar que a pressão atinja valores excessivos. A função da válvula de controle de fluxo é permitir que a bomba forneça o máximo de fluxo de óleo durante manobras de baixa velocidade, e que reduza o fluxo conforme a velocidade do motor aumenta, visando melhor controle do veículo em altas velocidades. Nesta situação, a válvula promove um desvio no fluxo do óleo, que o faz retornar para a entrada da bomba, mantendo o sistema com fluxo constante de óleo mesmo que a demanda do sistema varie. Além disso, o retorno do óleo ajuda a reduzir o desgaste e a temperatura do óleo da bomba. A válvula de controle de fluxo é composta por uma mola, parafuso com pino cônico (válvula em si) e anel de vedação (o-ring). A válvula de regulagem de pressão é por vezes localizada junto da válvula de controle de fluxo, mas neste caso, é basicamente uma válvula de esfera, onde esta permanece sobre influência de uma mola, que a pressiona contra a sede da esfera. A função da válvula de regulagem de pressão é impedir picos de pressão na bomba, que venham a acarretar problemas

Corpo

O corpo da bomba é dividido em duas partes, sendo uma delas, a tampa. Esta, é aparafusada na outra parte e fecha a bomba de forma que fique vedada e os componentes internos possam formar a câmara de sucção e compressão. Além disso, o corpo aloja dutos e todos os componentes da bomba. A bomba é aparafusada em um suporte no motor ou diretamente neste. As próximas variações de bombas, exceto a bomba de engrenagens, são variações que resultaram na bomba de palhetas. Portanto, seu funcionamento e componentes são idênticos, variando apenas no componente que as denomina.

Componentes – Bomba de calços

A bomba de óleo do tipo calços é composta pelas seguintes partes:

• Calços;
• Rotor;
• Luva;
• Retentor;
• Rolamento;
• Polia;
• Válvula de pressão;
• Corpo.

Calços

Nesta variação de bomba, um conjunto composto por calços e molas realizam a mesma função das palhetas, formar os pontos de sucção e compressão da câmara. Isso é obtido através do calços, que são pressionados contra a luva devido a ação das molas na qual estão montados. Os calços devem ser feitos de material resistente a fricção, visto que estarão em direto contato com a luva.

Componentes – Bomba de roletes

A bomba de óleo do tipo roletes é composta pelos seguintes componentes:

• Roletes;
• Rotor;
• Luva;
• Mesa;
• Retentor;
• Rolamento;
• Polia;
• Válvula de pressão;
• Corpo.

Roletes

São pequenas peças de metal, em formato cilíndrico, que rolam sobre as paredes da luva conforme o rotor gira. Dessa forma o óleo é forçado a passar pelos roletes, sendo comprimido e direcionado para o canal de saída da bomba.

Componentes – Bomba de engrenagens

Os componentes da bomba de engrenagens estão listados abaixo:

• Engrenagens;
• Junta;
• Válvula de pressão;
• Retentor;
• Rolamento;
• Polia;
• Válvula de pressão;
• Corpo.
• Engrenagens

Um casal de engrenagens, sendo uma motora e outra movida, giram dentro do corpo da bomba. O movimento cria uma depressão que suga o óleo contido no reservatório. O engrenamento entre ambas comprime e empurra o óleo direto para o canal de saída da bomba.

Funcionamento – Bomba de palhetas

Quando o motor começa a funcionar, as combustões alternadas fazem a árvore de manivelas girar, na dianteira da árvore está uma polia amortecedora aparafusa na nesta. Uma correia de borracha conecta a polia da árvore de manivelas (ou polia do virabrequim) com a polia da bomba da direção hidráulica. Portanto, a polia gira juntamente com a árvore, mas na proporção da relação de redução entre as duas polias.

Funcionamento em baixa velocidade e manobras de estacionamento

No momento em que a polia da bomba é acionada, todos os componentes ligados a árvore desta giram também, dessa forma o rotor da bomba gira conforme a relação de redução entre a polia do virabrequim e a polia da bomba. Com a bomba funcionando, orifícios nas mesas fazem o óleo entrar nas ranhuras do rotor e empurrar fortemente as palhetas contra as paredes da luva, o volume da câmara formada aumenta e óleo é sugado para dentro da câmara. O óleo sugado é comprimido pelas palhetas e pelo rotor quando estes passam pelo ponto em que a área formada pela luva, rotor e palhetas diminui. Após comprimido, o óleo escapa para a tubulação de saída da bomba, através de um canal na luva e chega a caixa de direção efetuando o auxílio hidráulico. O fluxo de óleo para a caixa de direção é garantido, pois a válvula de controle de fluxo está fechada, posição na qual permite que o óleo escoe para fora da bomba.

Funcionamento em média ou alta velocidade do motor

Quanto mais rápido o motor estiver girando, mais rápido o rotor da bomba estará girando e maior será o fluxo de óleo que sairá do reservatório, passará pela bomba e finalmente, chegará a caixa de direção. Entretanto, esse fluxo não pode ser exagerado, ou colocaria em risco alguns componentes do sistema de direção, como mangueiras e retentores. Com o rotor da bomba girando a toda velocidade, o fluxo de óleo para a caixa de direção é proporcional a esta. Porém, normalmente nessas situações o veículo está trafegando em linha reta e não necessita de um auxílio hidráulico significativo. Então, o grande fluxo de óleo, ao passar pelo orifício da válvula de controle de fluxo gera uma zona de baixa pressão, que puxa a válvula em direção a sua sede liberando a passagem de óleo para entrada da bomba. Dessa forma, o óleo retorna para a entrada bomba e reduz a pressão no sistema. Essa redução proposital na pressão visa reduzir a sensibilidade do volante quando o veículo estiver trafegando em alta velocidade, ou seja, evita que as variações fluxo de óleo no sistema sejam súbitas.

Funcionamento quando a pressão atinge valores críticos

Toda bomba para direção hidráulica é projetada de forma que seu funcionamento garanta um fluxo de óleo, pelo menos adequado, em baixas rotações. É nesta condição que o sistema de direção está sendo exigido ao máximo, pois geralmente o veículo está fazendo manobras como retorno ou baliza e a resistência das rodas à manobra é maior. Nestas manobras pode ocorrer das rodas serem esterçadas ao máximo, fazendo com que as articulações do sistema atinjam seus batentes. Quando isso ocorre, a pressão no sistema se eleva consideravelmente, pois o sistema chegou em seu curso máximo, o volante continua virado na posição desejada e o motor continua funcionando. Para evitar que o sistema sofra uma sobrepressão e venha a romper elos fracos como, mangueiras, retentores e juntas, uma válvula reguladora de pressão garante a redução da pressão nessa ocasião. Na qual, é importante frisar, o fluxo é continuo mesmo quando sistema chegou em seu limite de curso, o que gera um aumento de pressão. Nessa situação crítica, a pressão é tão alta, que a esfera da válvula reguladora é empurrada pela pressão do óleo, esta vence a força da mola e permite que a esfera chegue a sua sede. Um desvio é liberado e o óleo é canalizado de volta para o reservatório, reduzindo a pressão no sistema. Quando a pressão já não é alta o suficiente para sobrepor a força da mola, a válvula começa a fechar e o fluxo de óleo segue seu caminho normal.

Funcionamento – Bomba de palhetas com deslocamento variável

Esse tipo de bomba é capaz de variar a área de sua câmara, consequentemente consegue variar a pressão do óleo durante seu funcionamento. Este ocorre de forma semelhante a bomba de palhetas normal, exceto pela luva, que consegue se deslocar. Com o motor funcionando, a bomba está operando, o óleo é aspirado pela bomba e passa pelas ranhuras do rotor empurrando as palhetas contra a parede da luva. O óleo que alcança a câmara é comprimido pelo rotor e pelas palhetas, depois escoa por um orifício na luva que desemboca no duto de saída da bomba. Até aqui, funcionamento igual a bomba de palhetas convencional.

Variação do deslocamento da bomba.

A variação do deslocamento da bomba ocorre da seguinte forma. A luva não é totalmente travada, ela possui um pino e um junta de borracha, que permite que ela realize um pequeno movimento em torno do pino. Esse movimento altera o espaço da câmara formada entre luva, rotor e palhetas.

Durante o funcionamento da bomba, a luva está exposta a força de uma mola, que a mantém a uma determinada posição, na qual a bomba desempenha seu fluxo padrão de óleo. Quando o sistema é exposto a uma demanda em que a pressão é muito alta, por exemplo, o giro completo do volante, a pressão sobre a parede da luva é grande a ponto de vencer a força da mola que mantém a luva em sua posição padrão. Então a luva se desloca aumentando a área da câmara de compressão do fluído, esse aumento reduz a pressão aplicada no óleo. Dessa forma o sistema fica protegido de problemas de sobrepressão quando o curso máximo é atingido. Esse tipo de bomba dispensa o uso da válvula reguladora de pressão, que desvia o óleo para o reservatório de óleo. Neste caso, apenas ocorre a redução de pressão do sistema.

Funcionamento – Bomba de roletes (Eaton)

Ao acionar o motor, a bomba da direção hidráulica é acionada, mas nesta variação o rotor carrega roletes. O movimento do rotor faz os roletes girarem sobre a parede da luva, gerando a sucção do óleo contido no reservatório e o comprimindo-o no ponto em que a área da câmara reduz sua área. Finalmente, após a compressão o óleo é direcionado para o canal de saída da bomba, onde é guiado até a caixa de direção e efetua o auxílio hidráulico.

Funcionamento – Bomba de calço

Nesta variação de bomba, o rotor, que gira acionado pelo motor de combustão interna, carrega calços com formato cilindro, cada calço está alocado com um mola que o pressiona contra a parede da luva. Portanto, quando o rotor gira o óleo contido no reservatório é aspirado pela bomba e alcança a câmara, onde é comprimido pelo movimento rotor com os calços. Como a luva tem sua circunferência interna em formato elíptico, no momento em que o raio diminui, a área formada pelo rotor e calço também reduz, comprimido o óleo e o impulsionando para o orifício de saída, logo para a mangueira de saída da bomba. Dessa forma, o auxílio hidráulico é obtido.

Funcionamento – Bomba de engrenagens

Este tipo de bomba é a única na qual os componentes para sucção e compressão do óleo são completamente diferentes. Nesta variação, duas engrenagens giram dentro de uma câmara. Quando o motor é acionado, a bomba começa a funcionar, pois a polia do virabrequim está conectada a polia da bomba de engrenagens. A polia possui uma árvore, que internamente na bomba, está ligada a uma das engrenagens, fazendo-a desta, a engrenagem motora. Engrenada com esta, a engrenagem movida gira solidaria a motora. Este movimento cria uma depressão que suga o óleo e o impele por entre os dentes das engrenagens que efetuam a compressão e empurra o óleo para fora da bomba. O óleo é canalizado em direção a mangueira de saída da bomba e alcança a caixa de direção, onde efetua o auxílio hidráulico. Todas as variações de bomba para o sistema de direção hidráulica possuem válvula reguladora de pressão e de controle de fluxo de óleo, que funcionam exatamente da mesma maneira como descrita na bomba de palhetas. Apenas em sistemas com bomba de deslocamento variável, a válvula reguladora de pressão é dispensada. Algumas bombas alojam ambas as duas válvulas no mesmo ponto, mas há aplicações na qual as válvulas estão em pontos diferentes.

Manutenção

As bombas para sistema de direção hidráulica possuem procedimentos de reparação e manutenção muito simples. O óleo do sistema possui a função lubrificar e manter o sistema em uma temperatura adequada, e é a partir dele que o sistema pode a bomba pode ser avaliado. Se o sistema apresenta falta de auxílio hidráulico e não demonstra uma redução perceptível do nível de óleo, pode-se desconfiar da bomba. Porém, antes de desmontar esta, pode-se conferir o estado do óleo lubrificante drenando o óleo contido nesta. O óleo irá carregar farpas de metal da bomba, estas se soltam devido ao contato entre palheta (ou roletes, calços) e a luva. Mesmo com o óleo, o desgaste ocorre, não chegando a ser normal em veículos novos, mas uma realidade para veículos com alta quilometragem. Uma vez aberta a bomba para avaliação, o rotor e as palhetas estarão disponíveis para avaliação. As palhetas não podem apresentar desgastes, bem como a luva, pois parte da compressão do fluído se perde. Se a avaliação visual ainda gera dúvidas, basta verificar a folga entre rotor e a luva, de acordo com o manual técnico do veículo. Detectado o desgaste das palhetas, efetuar a troca dos componentes. As válvulas reguladora de pressão e de controle de fluxo devem ser desmontadas do corpo da bomba para análise. É importante a verificação das molas utilizadas, em caso de molas sem ação (sem força), proceder a substituição. Antes de montar, além de boa prática, é importante limpar a bomba e suas válvulas dos vestígios do óleo anterior. Na montagem, atentar para a posição de montagem das palhetas, pois embora pareçam simétricas, umas de suas extremidades é abaulada, e estas devem estar de frente para a parede da luva, pois é uma superfície preparada para contato com a luva. A montagem incorreta gerará desgaste prematuro da bomba. Todas as juntas e retentores devem ser trocados antes da montagem, pois os componentes usados não são capazes de prover a vedação necessária para o bom funcionamento da bomba. Em bombas que utilizam engrenagens, o ponto de maior atenção na análise da bomba são as duas engrenagens. Deve-se verificar o estado dos dentes, e não pode haver trincas ou pontos demasiados desgastados, com cantos vivos. Na ocasião, substituir os componentes desgastados, juntas e retentores.

Referências

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• GENTA, Giancarlo, MORELLO, Lorenzo, The Automotive Chassis Volume 1 Components Design, Torino, Editora Springer, 2009. 633p;
• HEISSING, Bernd, ERSOY, Metin. Chassis Handbook – Fundamentals, Driving Dynamics, Components, Mechatronics, Perspectives, Germany, Vieweg+Teubner, 2011. 591p;
• SENAI, Série Metódica Ocupacional;
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• Apostila manutenção TRW;
• Livro do Automóvel, Seleções do Readers Digest, 1978.