Os veículos que têm direção hidráulica trazem um dispositivo adicional para auxiliar o motorista quando ele necessita girar o volante de seu veículo. Esse dispositivo gera uma força hidráulica reduzindo o esforço do motorista.
A Origem da Hidráulica
A palavra hidra tem origem no latim e significa água. No início, todos os dispositivos com acionamento via um fluido usava a água. Esses dispositivos foram nomeados como hidráulicos.
Dado ao grande problema com ferrugens, essa água foi substituída por óleos. Porém, esse nome foi mantido até os dias atuais.
Assim, os equipamentos que usam fluidos para qualquer tipo de acionamento são considerados hidráulicos.
Qual o Princípio de Funcionamento da Direção Hidráulica?
Os veículos com direção hidráulica têm uma bomba de óleo especificamente para o uso da direção. Essa bomba pressuriza esse óleo e o envia para ser usado pelo sistema de direção.
No caso da direção hidráulica, esse óleo aciona um cilindro hidráulico que fica junto ao corpo do sistema de direção. Essa força pode atuar tanto para um ou o outro lado do veículo. A decisão sobre qual o lado de atuação dessa força é definido por uma ação do motorista.
Um princípio usado pelos engenheiros foi o de que essa força só deve atuar no momento em que o volante está sendo virado. Se o volante ficar estático em qualquer posição, essa força deixa de atuar.
A solução encontrada para realizar essa tarefa foi a de colocar as válvulas de acionamento da direção hidráulica na coluna de direção. Uma parte da válvula está ligada ao volante e a outra parte ao acionamento das rodas. Nesse caso, quando o motorista começa a girar o volante, a primeira parte dessas válvulas é acionada. Porém, quando as rodas atingem o ponto desejado pelo motorista a segunda parte fecha todas as válvulas, novamente.
Ao criar esse dispositivo, a força que auxilia o giro do volante só atua quando o volante está girando. Se o motorista mantiver o volante parado, mesmo que as rodas estejam com qualquer ângulo fixo, essa força deixa de existir.
A Válvula Rotativa que Controla o Fluxo de Óleo
As válvulas atuais contém duas partes principais. Geralmente, a parte ligada ao volante do veículo é interna. A parte externa fica ligada às rodas. Há uma mola de torção que liga essas duas partes.
A válvula rotativa, da direção hidráulica, é composta de várias peças. Porém, a maioria delas tem conexão rígida, funcionando como um conjunto único. A parte amarela, da imagem acima está conectada ao volante do veículo. A parte verde às suas rodas. Ao centro há uma peça vermelha. Ela é uma mola de torção que conecta as duas partes principais.
A parte cinza é o corpo da válvula.
A válvula acima está sem o corpo.
O Funcionamento da Válvula Rotativa da Direção Hidráulica
A parte superior dessa válvula fica conectada ao volante do veículo. A inferior é conectada às rodas. Elas têm algumas estrias, conforme pode se visto na figura abaixo.
Essas estrias funcionam como dutos de óleo. Porém, quando o volante está em posição de repouso, esses dutos se fecham. Apenas o retorno de óleo da bomba fica aberto.
A parte inferior da válvula pode ser vista abaixo. A mola de torção que une as duas parte aparece nessa foto.
Uma Ilustração com o Foco Didático
O funcionamento da válvula rotativa guarda alguma semelhança com uma válvula de mangueira de água, de uso residencial.
A ilustração abaixo mostra uma válvula de mangueira de água.
Para se abrir essa válvula, basta rodar sua parte frontal para a direita. Com esse movimento a água começa a sair.
Uma alternativa para se fechar essa válvula é manter essa parte frontal fixa e girar a parte de trás, para a direita.
Nessa simulação, é como se a parte frontal estivesse presa ao volante do veículo e a traseira à parte inferior da coluna de direção que fica ligada ao movimento das rodas.
A simplificação do bico acima é que ele só tem um fluxo preferencial. Ele só abre quando se gira a parte frontal para a direita. No caso da direção, ela abre tanto para a direita quanto para a esquerda.
Outra simplificação é que na válvula acima só há um único fluxo frontal. Na válvula da direção há dois dutos de saída do fluxo. Um funciona com o acionamento à direita e o outro para virar à esquerda.
Na mangueira de água mostrada acima, há um fluxo de líquido que passa do momento em que a abrimos até o fechamento da válvula. O volume de água que passa, nesse intervalo, corresponde ao óleo liberado para virar as rodas do veículo.
O Funcionamento Interno da Válvula Rotativa da Direção Hidráulica
Ao manter a direção do veículo parada, ou seja, parando o seu volante em qualquer posição, o fluxo de óleo vira rapidamente as suas rodas para essa direção desejada. Nessa condição, a válvula fecha o fluxo de óleo tanto para a esquerda quanto para a direita.
Ao fechar esse fluxo direcional, essa válvula mantém apenas o retorno de óleo aberto . Isso permite que o óleo que vem da bomba hidráulica retorne ao reservatório de óleo, sem alterar a direção do veículo.
Quando o volante está sendo girado a válvula rotativa abre o lado comandado, pelo motorista, e pressuriza o cilindro hidráulico correspondente à essa direção.
O conjunto interno está esquematizado em verde, o externo, em azul, no esquema a seguir:
Qual a Força que o Usuário Faz?
O funcionamento dessa válvula mostra qual á a força que o usuário faz. Ele aciona apenas a mola de torção, em um intervalo bastante pequeno. Ou seja, a sua força corresponde à reação dessa mola. Normalmente, para veículos de passeio, as montadoras estimam em 30% da força necessária para virar o veículo.
O intervalo de acionamento da mola necessita ser pequeno, pois caso o sistema hidráulico falhe, o motorista assume o comando da direção mesmo com essa falha. E tudo acontece de uma maneira sem interrupções.
Porém, o usuário vai notar rapidamente que a direção endureceu.
Para que o intervalo de folga seja pequeno, é necessário que a reposta do sistema seja muito rápida, após qualquer comando dado pelo motorista.
Para se atingir essa resposta foi necessário trabalhar com pressões bastante elevadas, na bomba de óleo. Em teste estático (interrompendo o fluxo de óleo) algumas bombas pode chegar a 1.500 PSI. Esse valor corresponde a aproximadamente 45 vezes a pressão de um carro de passeio.
A Moura mostra porque as pessoas preferem a direção hidráulica. Veja o artigo deles.
A Segurança Operacional da Direção Hidráulica
A engenharia pensou na segurança desse sistema, para o caso de falha no sistema hidráulico.
Na base da conexão da parte interna, o carretel, com a parte externa há um encaixe mecânico. Esse encaixe tem a folga máxima para trabalho dessa válvula. A partir do ponto que o usuário atingir essa folga máxima, ele passa a virar o veículo com seu próprio esforço.
Ou seja, se houver falha na parte hidráulica da direção, quando o usuário começar a virar o volante o acionamento hidráulico não irá ocorrer.
Nesse caso, o volante atingirá a folga limite e o usuário passará a fazer o esforço para virar o veículo.
Controle de Velocidade Sobre a Direção
Há bastante tempo, o sistema de direção hidráulica era mais elementar.
Ela foi projetada para realizar o trabalho mais pesado que é quando o veículo está a velocidade bastante baixo. Porém, esse tipo de acerto causou problemas em altas velocidades, por dois motivos principais:
- Os motores costumam trabalhar em rotação mais elevadas, nas altas velocidades. Como são eles que acionam as bombas hidráulicas, essas geravam um maior fluxo de óleo, fazendo a direção trabalhar com maior pressão.
- A direção dos carros fica mais leve quanto maior a velocidade do veículo.
Esses dois itens causavam instabilidades nos veículos. Os motoristas perdiam a sensibilidade do controle da direção, causando mais acidentes.
Esses dois problemas foram corrigidos com a introdução de válvulas que controlam a pressão do sistema. Essas válvulas, normalmente, são instaladas no corpo da bomba de óleo.
O Perito
Conhecer o trajeto do veículo, avaliando possíveis fatores que influenciaram naquele trajeto pode reduzir a dor de cabeça gerada na identificação dos fatos que influenciaram o acidente.
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