Funcionamento e detalhes dos amortecedores de suspensão

Se existe um componente da suspensão no qual sua função é, por muitos profissionais, definida equivocadamente, é o amortecedor. Seu nome não ajuda, mas o amortecedor possui funções que o colocam muito distante de algo como: “amortecer os impactos sofridos pela roda”.

Os amortecedores para aplicações automobilísticas são do tipo hidráulico, apenas. Funcionam a partir da resistência de um fluido ao passar por orifícios calibrados, essa resistência provoca um aumento na temperatura do fluído. Motivo pelo qual deve ser utilizado um óleo adequado, para não perder suas propriedades ao superaquecer.

Função

Os amortecedores tornaram-se necessários quando, passou-se a utilizar molas para absorver as vibrações e impactos provenientes da superfície na qual o veículo trafega. Algumas dessas vibrações ocorrem, quando as molas e os componentes elásticos da suspensão (buchas), praticamente, ignoram as imperfeições do solo. Isso ocorre pois a elasticidade das buchas e da própria mola não é sensível ao ponto de reagir a uma pequena desigualdade do solo.

A roda, então, recebe o impacto e o problema passou a ser, conter a oscilação da mola. Vibrações e impactos são convertidos em movimento de distensão e compressão da mola, e caso não tivesse um meio de conter esses movimentos, a carroceria continuaria a oscilar mesmo cessada a fonte de vibração. Nesse contexto surge o amortecedor.

O amortecedor é um componente montado entre a carroceria e a roda, uma de suas extremidades se conecta a manga de eixo, de forma que fique solidária aos movimentos da roda (massa não suspensa). A outra extremidade é conectada a carroceria (massa suspensa). Sempre que a mola começa a oscilar, o amortecedor exerce uma força contrária ao movimento da mola, realizando a supressão da oscilação. Dessa forma evita-se o movimento descontrolado da roda, o que facilmente a faria perder contato com o solo e como já se sabe, manter a roda em contato com o solo é principal função da suspensão.

Tipos

Os amortecedores utilizados nos automóveis, atualmente, são somente hidráulicos. No passado houveram aplicações com amortecedores mecânicos, mas logo foram substituídos pelos amortecedores hidráulicos telescópicos. Este foram assim chamados devido ao ser formato, muito parecido com o de um telescópio. Pois a capa externa está ligada a haste do pistão, e se desloca pelo cilindro do amortecedor, em um movimento que muito se assemelha a operação de um telescópio.

Após a padronização dos veículos com amortecedores telescópicos, algumas variações surgiram. São elas:

  • Amortecedores de ação simples;
  • Amortecedores de dupla ação;
  • Amortecedores hidráulicos;
  • Amortecedores pressurizados;
  • Amortecedores estruturais (strut);
  • Amortecedores convencionais.

Amortecedores de ação simples

Trata-se do mais simples tipo de amortecedor, sua estrutura possui cilindro único, no qual desliza o pistão e suas válvulas. No topo do cilindro, um pistão flutuante separa o óleo do gás contido naquele ponto. O cilindro, por ser único, é mais comprido e de diâmetro menor em relação ao cilindro de um amortecedor de dupla ação. Por esta razão, é um tipo de amortecedor muito aplicado na suspensão traseira de carros de baixo custo.

O amortecedor de ação simples é composto, internamente, por uma cilindro, que é dividido por pistão, este é ligado a uma haste conectada a capa externa do amortecedor. Além disso, o pistão possui duas válvulas, uma de compressão e outra de expansão. No topo do cilindro, um pistão flutuante separa a parte do cilindro preenchida com óleo de uma pequena parte preenchida por um gás. Este com a função de evitar a cavitação do cilindro no movimento de extensão, do pistão. O deslocamento do pistão em relação ao cilindro necessita de uma vedação entre a haste do pistão e o cilindro, um retentor de borracha realiza essa função. Este também impede a contaminação com sujeira e ar no amortecedor.

Sua simplicidade de projeto é a sua maior vantagem, possuem fabricação barata e fácil alojamento na suspensão. Por outro lado, sua forma de dispor o gás e o óleo prejudica seu funcionamento. Pois a câmara que se cria antes do pistão flutuante gera uma pressão extra no retentor, durante o funcionamento do amortecedor, gerando desgaste do retentor e posterior vazamento. Além disso, essa pressão induz forças consideráveis na haste do amortecedor, sendo então, comum o empenamento da haste quando o amortecedor é severamente exigido.

Amortecedores de dupla ação

A evolução do amortecedor de ação simples, o de dupla ação é assim chamado devido a suas duas câmaras (ou cilindros) que contêm fluidos. Neste tipo de amortecedor, não há necessidade de um pistão flutuante, pois os dois cilindros, um interno e outro externo, compensam este. Estes cilindros são conectados entre si através de válvulas, semelhantes às válvulas contidas no pistão. Essas válvulas separam os dois cilindros e seus fluídos, estes são o óleo para amortecedores e um gás, geralmente ar ou nitrogênio. As válvulas que conectam os cilindros abrem e fecham em momentos convenientes, visando permitir o deslocamento do óleo entre as câmaras e evitar a queda de pressão atrás do pistão. Portanto, evitando a cavitação.

Em relação aos amortecedores de ação simples, são menores e compactos, permitem um maior diâmetro do cilindro e do pistão, dispensando o curso longo de um amortecedor de ação simples para se obter o efeito desejado.

Amortecedores hidráulicos

Basicamente, são os amortecedores que utilizam óleo e ar para funcionar. Estes estão separados pelo pistão flutuante (ação simples) ou em outro cilindro (dupla ação). São mais expostos a cavitação se comparados aos amortecedores pressurizados.

Amortecedores pressurizados

Neste, o ar e substituído pelo nitrogênio, um gás inerte. O nitrogênio é injetado a baixa pressão em um cilindro próprio, neste caso amortecedores pressurizados são também de dupla ação. A utilização do nitrogênio ajuda se deve a prevenção da formação de bolhas de ar durante o funcionamento do amortecedor. Isso ocorre quando o amortecedor é altamente exigido, fazendo com que este atinja temperaturas elevadas com movimentos rápidos. As bolhas se formam durante esses movimentos, que provocam espaços livres de óleo dentro do amortecedor. Consequentemente, bolhas de surgem provocando uma perda momentânea de ação do amortecedor. O nitrogênio pressiona o óleo pelas válvulas inferiores e ocupar esses espaços livres.

Amortecedores estruturais

Quando a suspensão McPherson foi criada, sua principal característica era a ausência do braço de suspensão superior. Este foi substituído por um conjunto, no caso um amortecedor e mola helicoidal montados concentricamente, ligando a carroceria a manga de eixo. Essa configuração de amortecedor e mola pode se repetir em outros tipos de suspensão. A característica desse arranjo, é que o amortecedor estrutural além de absorver impactos e irregularidades do pavimento, promovem o um apoio às cargas oriundas do contato da roda com a pista.

Entretanto, essas cargas exercem no amortecedor forças que não agem diretamente no eixo do pistão deste, pois como faz parte da estrutura da suspensão, outras forças agem nos componentes. Isso gera tensões de cisalhamento e momento de torção na haste do pistão do amortecedor, sendo então um estresse a mais para esta.

Amortecedores convencionais

Basicamente, são amortecedores hidráulicos telescópicos aplicados em outros tipos de suspensão. Estes não fazem parte da estrutura da suspensão, portanto, são menos exposto a cargas torcionais e cisalhantes. Pois, nestes, as forças provenientes dos impactos e vibrações das rodas, agem no amortecedor no sentido e direção do eixo do pistão. Os amortecedores convencionais podem ser de simples ou dupla ação e hidráulicos ou pressurizados.

Componentes

Os amortecedores são compostos pelos seguintes componentes:

  • Buchas;
  • Retentor;
  • Pistão;
  • Válvulas;
  • Cilindro.

Buchas

Os amortecedores são fixados em dois pontos, na carroceria, pela sua extremidade superior e na manga de eixo, pela sua extremidade inferior. Assim como outros diversos componentes, sua fixação não pode ser 100% rígida, deve haver um determinado nível de elasticidade. Para isso são utilizados coxins ou buchas de borracha em forma de olhal, por onde um parafuso atravessa até chegar ao furo rosqueado na carroceria.

Em amortecedores utilizados em sistemas de suspensão McPherson, um robusto coxim é utilizado na carroceria receber e fixar a haste do pistão a carroceria. A haste é rosqueada para que uma porca possa fazer o travamento. O coxim também é composto por um rolamento interno, para conceder ao amortecedor um certo grau de giro no momento em que as rodas são esterçadas.

Retentor

Também chamado de selo de vedação, o retentor proporciona a vedação do amortecedor no ponto em que a haste se desloca. Trata-se de um local crítico, pois deve ter o mínimo de atrito e deve suportar a pressão interna do amortecedor. Além disso, impede que impurezas contaminem a haste do amortecedor, que através do movimento desta consegue danificar o retentor e permitir vazamentos e contaminações.

O retentor, na sua estrutura, possui lábios internos flexíveis, que ao receber a haste se flexionam e impedem que o óleo do amortecedor vaze, passando por entre a haste e o retentor. Esses lábios também contribuem para impedir que impurezas contaminem o amortecedor.

Além de prover a vedação do amortecedor, o retentor também ajuda a manter a pressão interna em níveis adequados. Na base do retentor, um pequeno labirinto funciona como uma válvula de retorno do gás, este quando pressionado pelo óleo que retorna pelas válvulas do pistão, passa pelo retentor e retornam para o cilindro de gás (amortecedor dupla ação).

O ponto fraco do retentor, é que o pequeno atrito entre este e a haste do pistão, essa resistência ao movimento do pistão contribui para a histerese da suspensão, e o atrito total desta.

Pistão

O pistão do amortecedor, ou êmbolo, se movimenta dentro de um cilindro e divide este em câmaras. Estas são formadas a frente e atrás do pistão, sendo zonas de alta e baixa pressão que denominam-se câmara de tração e câmara de compressão.

O deslocamento do pistão é promovido por uma haste, ligada a este, e conectada também a carroceria. O movimento relativo entre a suspensão e a carroceria é controlado pela resistência que o óleo encontra para passar pelas válvulas do pistão.

O pistão comprime o óleo do amortecedor e ao mesmo tempo, oferece a este uma passagem de pequeno diâmetro para escoamento. Na compressão o pistão encontra-se em movimento descendente. Enquanto que em movimento ascendente, o pistão passa comprimir o óleo que o atravessou no movimento anterior, mas também criando uma zona de baixa pressão a sua frente. Novamente, com uma de suas válvulas abertas, obtém o efeito de amortecimento permitindo que o óleo escoe por um orifício.

Válvulas

Estão localizadas no pistão do amortecedor, permitem a comunicação entre as câmaras formadas pelo pistão dentro do cilindro quando este se desloca. As válvulas abrem e fecham liberando e cessando a passagem de óleo de uma câmara para a outra, realizando supressão das oscilações da suspensão.

Algumas válvulas são projetadas para abrir a uma determinada pressão, são chamadas de válvulas com pré-carga. Estas abrem quando a queda de pressão atinge um valor pré-determinado, objetivando um maior amortecimento em oscilações de alta frequência, alta compressão e extensão rápida e abrupta do pistão.

Válvula localizada na parte inferior do amortecedor.

Dentro do amortecedor, existem outras válvulas, semelhantes às do pistão e que auxiliam no trabalho de amortecimento. Em amortecedores de dupla ação, um par de válvulas são dispostas na parte inferior do amortecedor. Estas permitem a comunicação entre os cilindros do amortecedor, ou seja, que o óleo que se encontra no cilindro externo possa escoar para o cilindro interno no momento oportuno e impedir que se formem bolhas naquela região, o que chamamos de cavitação.

Cilindro

É a parte interna do corpo dos amortecedores, por esta se desloca o pistão, que com sua faces e as paredes do cilindro, formam as câmaras do amortecedor. Nestas o óleo é comprimido e transferido para a outra câmara, obtendo o controle das oscilações da suspensão. O cilindro não pode ter atrito com o pistão, que embora estejam ambos em contato com óleo, internamente o amortecedor deve ter uma superfície lisa, para fácil deslocamento do pistão.

Funcionamento

Das variações de amortecedores hidráulicos, todos eles funcionam seguindo o mesmo princípio de funcionamento. Sua diferença é a presença ou não do cilindro externo, que caracteriza os amortecedores de dupla ação.

Amortecedor de ação simples

O amortecedor está conectado a suspensão e a carroceria do veículo, quando este passar por uma irregularidade na pista, a roda irá acompanhar essa irregularidade. O movimento da roda é vertical, portanto a parte do amortecedor ligada a suspensão estará se deslocando para cima, enquanto que a parte ligada a carroceria estará fixa. Neste caso, o pistão começa a comprimir o óleo até o fundo do amortecedor, formando a câmara de compressão. Quando a pressão atinge o valor determinado para abertura da válvula de compressão, esta libera o orifício do pistão que comunica as duas câmaras. O óleo passa para a câmara de tração, com bastante resistência, devido ao pequeno orifício que se abre. Neste ponto o movimento da suspensão é controlado, amortecido.

Quando a roda supera o obstáculo e desce, os componentes do amortecedor passam a realizar um movimento de extensão. O pistão sobe empurrando o óleo que passou para a câmara de tração, para cima do amortecedor. Nesse momento, a resistência para a extensão é maior que a resistência para comprimir o óleo, ou seja, o amortecedor leva mais tempo para efetuar a extensão do que a compressão. Isso significa, que a roda vai levar um tempo maior para voltar a sua posição normal, após passar por um aclive. O veículo terá uma resposta um pouco mais lenta, embora a supressão das oscilações seja bastante efetiva.

No movimento de extensão, o pistão começa a deixar o fundo do amortecedor. Nesse momento, cria-se uma zona de baixa pressão logo a frente do pistão. Esse é o cenário ideal para que a cavitação aconteça, pois quando o pistão faz movimentos muito rápidos, o ar contido no amortecedor se mistura com óleo em forma de bolhas.

As bolhas de cavitação passam facilmente pelos orifícios do pistão, e quando comprimidas por este, devido ao ar ser um fluido compressível, prejudicam consideravelmente o poder de amortecimento.

Para reduzir a incidência de cavitação, os amortecedores de ação simples incluem um pistão extra, chamado de pistão flutuante. Este separa a câmara de compressão de uma câmara de gás (geralmente ar). Esse gás exerce no óleo uma pressão extra para que este acompanhe o movimento de extensão do amortecedor, compensando a variação de volume do óleo durante o funcionamento do amortecedor.

Amortecedor de dupla ação

Possui funcionamento semelhante ao amortecedor de ação simples, e mesma configuração de montagem, mas alguns detalhes do seu funcionamento são diferentes.

Quando a roda passa por uma imperfeição que a faz levantar, ou seja, executar seu movimento vertical para cima, o pistão, que está ligado a estrutura do veículo, desce comprimindo o óleo a sua frente.

A medida que o óleo vai sendo comprimido, a pressão interna sobe. No momento em que esta pressão atinge o valor de abertura da válvula de compressão, esta abre e permite que o óleo escape pelo pequeno orifício que foi destapado. O pistão desloca, por suas válvulas, o volume de óleo referente ao seu deslocamento.

No momento da compressão, uma das válvulas inferiores do amortecedor cede a pressão atingida e abre. O óleo do amortecedor, então, escoa para o cilindro externo. Dessa forma, o amortecimento é obtido pela resistência do óleo ao passar pelo orifício da válvula inferior.

Quando a roda supera a imperfeição da pista e retorna a posição normal de rodagem, o pistão sobe, passando a comprimir o óleo que passou para o outro lado, para a câmara de tração. Neste momento, a pressão começa aumentar na câmara de tração, e reduzir na câmara de compressão. Uma das válvulas inferiores abre, permitindo que o óleo, anteriormente empurrado, passa para a câmara de compressão para compensar a variação de volume naquele ponto e evitar a cavitação. O óleo no cilindro externo é pressionado pelo gás também ali contido, para facilitar a ainda mais seu retorno para a câmara de compressão.

Com o aumento de pressão na câmara de tração, a pressão limite para a válvula de extensão é atingida, esta abre e permite que o óleo na câmara de tração passe para a câmara de compressão. No caso de amortecedores de dupla ação, a resistência para extensão é semelhante a resistência para compressão, ou seja, o tempo que o amortecedor leva para comprimir é quase o mesmo que o amortecedor leva para extender. O resultado é uma resposta mais rápida por parte do amortecedor ao retorno da roda, a sensação é a de um veículo com respostas prontas, ágil.

Força de amortecimento

As vibrações na suspensão, oriundas das oscilações das molas são absorvidas pelos amortecedores. A supressão dessas oscilações é obtida, forçando um fluído incompressível a passar por um orifício de pequeno diâmetro. Devido às características desse fluído, como sua viscosidade, este possui uma considerável resistência para passar pelo pequeno orifício.

Essa resistência a passagem do fluído, neste caso, um óleo, provoca o aumento da temperatura deste. Portanto, a supressão das oscilações da mola, é na verdade uma transformação da energia acumulada pela mola em energia térmica do óleo, calor. Por esse motivo, que o amortecedores aquecem tanto. Quando esse aquecimento é exagerado, o óleo perde momentaneamente sua viscosidade, ficando mais fluido. Dessa forma, este passa facilmente pelos orifícios do pistão, o amortecedor, então, perde a ação e permite a oscilação da carroceria.

A energia calorífica obtida pelo amortecedor é dissipada pelo ar que flui naquele ponto da suspensão, trocando de calor com o amortecedor e reduzindo a temperatura deste.

Funcionamento em curvas

Embora os amortecedores sejam muito relacionados a atenuação das vibrações e absorção de energia, os amortecedores são usados de uma forma mais ampla. Neste caso, falamos da dirigibilidade do veículo. Amortecedores exercem papel fundamental no comportamento do veículo, trabalham em conjunto com as molas, não apenas absorvendo suas oscilações, mas também dando suporte ao veículo nos momentos em que este estiver inclinado.

A inclinação do veículo ocorre em curvas, acelerações e freadas. Nas curvas, os amortecedores do lado externo a curva estarão em compressão. Estes não podem ceder com facilidade, ou colocarão uma carga desnecessária sobre o lado externo, tirando aderência das rodas internas à curva. Os amortecedores destas, por sua vez, devem ser o mais resistentes possíveis a extensão, para que as rodas percam o mínimo de contato com o solo.

Os mesmo ocorre nas acelerações e freadas, quando aceleramos, todo o peso do veículo se desloca para trás, comprimindo os amortecedores traseiros. A dianteira leva, e cabe aos amortecedores dianteiros limitar a sustentação excessiva da dianteira. Novamente tendo um movimento de extensão bastante controlado. Nas frenagens, os amortecedores dianteiros são comprimidos, caso cedam muito facilmente a transferência de carga, podem sobrecarregar as rodas dianteiras, e estas, travarem. Na traseira, os amortecedores devem evitar ao máximo a sustentação, pois a perda de aderência pode levar ao travamento das rodas traseiras.

Amortecedores X Molas – Diferenças

Amortecedores e molas são constantemente confundidos tecnicamente. Por serem componentes elásticos, são erroneamente classificados até mesmo por técnicos especializados. Basicamente, amortecedores e molas funcionam de forma oposta.

As molas trabalham a todo momento, em um automóvel. Seja quando este encontra-se parado, realizando uma curva ou acelerando numa reta, as molas estarão sempre agindo. Essa ação é o acúmulo de forças à medida que a suspensão executa movimentos. Embora a velocidade destes movimentos não seja importante para as molas, a quantidade destes é diretamente proporcional a energia que a mola adquire. Essa energia é dissipada em movimentos de oscilação, mais precisamente a distensão da mola após ser comprimida.

Contrário a qualquer movimento das molas, estão os amortecedores. Estes passam a exercer influência no comportamento do veículo quando há movimento relativos entre as rodas e eixos, ou seja, quando a suspensão se movimento, os amortecedores estão em ação. O objetivo é controlar esse movimentos. Por isso, os amortecedores são sensíveis a velocidade dos movimentos da suspensão, é a velocidade que vão determinar o quanto o amortecedor irá agir sobre os movimentos da suspensão. Essa ação se opõe ao movimento das molas, de forma que limitando a oscilação destas, o amortecedor absorve a energia acumulada pelas molas.

Manutenção

De certa forma os amortecedores são componentes difíceis de se diagnosticar problemas, isso partindo do ponto de vista de um motorista leigo. Pelo simples motivo de, que a medida que este vai se desgastando, a mudança de comportamento do veículo é gradual, o que permite ao motorista acostumar-se com novo comportamento sem perceber. Mesmo assim, motoristas experientes sabem perceber, que um amortecedor vencido não proporciona a mesma estabilidade que um novo. Percebem que durante as frenagens, acelerações e curvas, a carroceria inclina muito mais. Essa inclinação excessiva resulta na redução do contato da roda com o solo, logo perda de aderência.

É comum alguns informes técnicos sugerir a troca dos amortecedores por volta dos 40.000 Km rodados, tendo como base testes de durabilidade tanto o veículo como em máquinas que simulam esforços cíclicos nos amortecedores. Entretanto, diversos fatores determinam a durabilidade deste componentes. Um amortecedor pode durar centenas de milhares de quilômetros, desde que esse veículo trafegue, apenas, sobre boas estradas e ruas. Nem sempre isso é possível, e dependendo da intensidade e das condições de uso do veículo (carregado, pista, manutenção), os amortecedores podem durar até menos do que os 40.000 Km sugeridos. Por isso, o ideal estar sempre atento aos sinais que esse componente emite durante seu ciclo de vida.

  • Inclinação excessiva da carroceria;
  • Pancada seca nas rodas;
  • Desgaste da banda de rodagem dos pneus (geralmente no centro);
  • Dificuldade de tráfego acentuada sob ventos laterais.

Sangria dos amortecedores

Todo e qualquer amortecedor, novo, deve ser sangrado antes de sua montagem. Esse procedimento é uma forma de retirar o ar (ou o gás nitrogênio) de dentro do cilindro interno (principal). O ar fica retido no cilindro externo, mas quando o amortecedor é estocado, esse fluido escorre para o cilindro interno. O funcionamento repentino do amortecedor poderia causar de imediato bolhas de ar e óleo, deixando o amortecedor sem ação por alguns momentos.

Dessa forma, o processo de sangria consiste em posicionar o amortecedor em posição de trabalho (haste fique voltada para cima), executar a de três a quatro vezes compressão e extensão do amortecedor manualmente, para que o ar retorne para o cilindro externo e o cilindro interno contenha apenas o óleo.