Introdução
Todo engenheiro de powertrain já se deparou com isso: um assobio em marcha lenta, um chiado durante partidas a frio ou um zumbido sutil que surge sob a carga dos acessórios. O ruído no sistema de acionamento por correia em veículos automotivos é um dos desafios de NVH mais persistentes no desenvolvimento de veículos leves e, raramente, possui uma única causa. O sistema de acionamento dos acessórios na parte frontal do motor (FEAD – Front-End Accessory Drive) é um sistema dinâmico e, quando um de seus componentes está em desequilíbrio, seja mecânico ou dinâmico, todo o sistema responde.
O que torna o ruído no sistema de acionamento por correia particularmente desafiador é o fato de ele estar na interseção entre a dinâmica torsional, a mecânica do atrito e as vibrações estruturais. Os engenheiros não podem resolvê-lo ajustando apenas um componente de forma isolada. Compreender como o ruído é gerado, por onde ele se propaga e como cada componente do sistema influencia o comportamento geral é a base para desenvolver soluções realmente eficazes.
Causas do Ruído no Sistema de Acionamento por Correia
As causas do ruído no sistema de acionamento por correia podem ser agrupadas em quatro categorias principais. Cada uma delas interage com as demais, razão pela qual identificar a origem do problema durante os testes veiculares exige medições criteriosas e uma análise em nível de sistema.
1. Vibração Torsional do Motor:
O virabrequim não gira a uma velocidade perfeitamente constante. Os motores de combustão interna geram pulsos torsionais a cada evento de combustão, e essas oscilações se propagam pela polia do virabrequim até a correia. Em determinadas faixas de rotação, especialmente em marcha lenta e em baixas rotações, a amplitude desses pulsos é suficientemente elevada para provocar deslizamento da correia, variações na tensão e ruído acústico. A frequência fundamental dessa excitação está diretamente relacionada à ordem de ignição do motor. Por isso, o ruído da correia geralmente apresenta um caráter tonal que acompanha a rotação do motor.
2. Inércia do Alternador:
O alternador é um dos acessórios de maior inércia do sistema de acionamento. Seu rotor não responde instantaneamente às variações de velocidade da correia provocadas pelas oscilações torsionais do virabrequim. Esse atraso cria uma diferença de velocidade entre a correia e a polia do alternador, resultando em deslizamento e no ruído audível associado. Em sistemas equipados com tecnologia Start-Stop ou com um gerador de partida integrado por correia (BSG), esse efeito é ainda mais acentuado durante os eventos de religamento do motor.
3. Deslizamento e Desalinhamento da Correia:
O deslizamento da correia ocorre quando a interface de atrito entre a correia e uma polia é superada devido a diferenças excessivas de velocidade, tensão insuficiente ou degradação da superfície. O desalinhamento, mesmo um pequeno deslocamento axial entre as polias, provoca carga nas bordas e desgaste irregular, acelerando tanto o deslizamento quanto a geração de ruído. Por outro lado, uma tensão excessiva da correia também causa problemas, aumentando as cargas sobre os rolamentos e as vibrações em todo o sistema.
4. Dinâmica do Tensionador:
Um tensionador automático de correia tem a função de manter a tensão da correia estável à medida que as cargas dos acessórios variam. No entanto, os tensionadores possuem sua própria frequência de ressonância. Se a excitação proveniente do virabrequim ou das polias dos acessórios coincidir com essa frequência, o tensionador pode oscilar em vez de amortecer as vibrações. Essa oscilação altera ciclicamente a tensão da correia, criando condições favoráveis para deslizamentos periódicos e ruído contínuo. Um tensionador que não esteja corretamente amortecido para o sistema em que opera é, frequentemente, um dos principais fatores responsáveis por reclamações recorrentes de ruído no sistema de acionamento por correia.
Dinâmica do Sistema: Fonte, Caminho e Resposta
Analisar o ruído do sistema de acionamento por correia de forma eficaz exige pensar no fluxo de energia: fonte, caminho de transmissão e resposta. A fonte é quase sempre a vibração torsional do virabrequim. A correia atua tanto como meio de transmissão quanto como geradora de ruído. Ela transporta a energia vibracional do virabrequim para cada acessório e também emite ruído quando desliza ou oscila lateralmente. A resposta é o que o ocupante do veículo ou um microfone capta: um assobio tonal, um zumbido de ampla faixa de frequência ou um chiado associado a eventos específicos.
O caminho de transmissão é importante porque modificá-lo costuma ser mais viável do que eliminar a fonte. Os pulsos de combustão do virabrequim não podem ser eliminados, pois são inerentes ao ciclo de funcionamento do motor. No entanto, sua amplitude na interface com a correia pode ser reduzida, e seu efeito sobre os componentes acionados pode ser isolado. É nesse ponto que a arquitetura do sistema FEAD se torna essencial.
O caminho de transmissão é importante porque modificá-lo costuma ser mais viável do que eliminar a fonte. Os pulsos de combustão do virabrequim não podem ser eliminados, pois são inerentes ao ciclo de funcionamento do motor. No entanto, sua amplitude na interface com a correia pode ser reduzida, e seu efeito sobre os componentes acionados pode ser isolado. É nesse ponto que a arquitetura do sistema FEAD se torna essencial.
Principais Componentes e Suas Funções
1. Amortecedor do Virabrequim:
O amortecedor do virabrequim, também conhecido como harmonic balancer ou amortecedor de vibrações torsionais, é a primeira linha de defesa contra as excitações torsionais. Instalado na extremidade dianteira do virabrequim, ele utiliza um anel de inércia acoplado por elastômero ou por um fluido viscoso para absorver e dissipar a energia torsional antes que ela alcance o sistema de acionamento por correia. Um amortecedor corretamente calibrado para a frequência torsional do motor reduz a amplitude dos picos de vibração na polia do virabrequim, diminuindo diretamente as variações de tensão da correia e, consequentemente, o ruído associado. A degradação do amortecedor, causada pelo envelhecimento do elastômero, perda do fluido viscoso ou delaminação, é uma causa frequente de ruído na correia que reaparece mesmo após a substituição de outros componentes.
2. Polia Desacopladora do Alternador (ADP):
A polia desacopladora do alternador é, sem dúvida, um dos componentes mais importantes para reduzir o ruído no sistema de acionamento por correia do lado dos acessórios. Diferentemente de uma polia convencional, a polia desacopladora do alternador incorpora uma embreagem unidirecional e uma mola torsional que permitem desacoplar a polia do rotor do alternador durante os eventos de desaceleração. Quando o virabrequim desacelera, como ocorre entre os pulsos de combustão em baixas rotações, uma polia convencional tende a transmitir esse movimento de volta para a correia, aumentando sua tensão e criando condições favoráveis ao deslizamento. O mecanismo interno da ADP absorve essa energia em vez de transmiti-la, mantendo a tensão da correia mais estável e reduzindo significativamente o nível de ruído. A ADP também resolve diretamente o problema da diferença de inércia. Ao permitir que o rotor do alternador continue girando livremente durante a desaceleração da correia, a diferença de velocidade responsável pelo deslizamento é controlada no próprio componente, em vez de depender exclusivamente da tensão da correia. Em sistemas equipados com tecnologia Start-Stop, nos quais os eventos de religamento do motor geram elevadas cargas transitórias no sistema de acionamento por correia, a função da ADP torna-se ainda mais importante.
3. Tensionador da Correia:
O tensionador da correia mantém a tensão de trabalho necessária para garantir o contato adequado da correia com todas as polias, independentemente das variações de carga dos acessórios e da rotação do motor. Além da tensão estática, as características de amortecimento do tensionador determinam sua resposta às variações dinâmicas de tensão. Um tensionador com amortecimento insuficiente tende a oscilar em resposta às excitações provenientes do virabrequim, amplificando as variações de tensão em vez de reduzi-las. Os tensionadores são normalmente calibrados para um motor e uma configuração específica do sistema FEAD. A substituição por um tensionador cujas características de amortecimento não sejam compatíveis com os requisitos dinâmicos do sistema é uma causa comum de problemas de ruído em campo.
Ruído no Sistema de Acionamento por Correia em Veículos Leves: Considerações Específicas
Os veículos de passeio e os veículos comerciais leves apresentam desafios específicos em relação ao NVH do sistema de acionamento por correia. O isolamento da cabine em relação ao compartimento do motor é uma expectativa fundamental dos clientes, e um nível de ruído do powertrain que pode ser aceitável em um caminhão não é tolerável em um sedã compacto ou em um SUV crossover. Os requisitos de refinamento tornaram-se significativamente mais rigorosos, especialmente com o avanço da eletrificação, que reduziu o ruído de fundo responsável por mascarar outros sons nas arquiteturas híbridas.
A qualidade da marcha lenta é um dos principais desafios. Nessa condição, a rotação do motor é baixa, os pulsos de combustão apresentam amplitude relativamente elevada e não há o efeito de mascaramento causado pelo ruído do vento e da estrada. É nesse cenário que o assobio da correia se torna mais perceptível e onde os clientes têm maior probabilidade de notá-lo. As partidas a frio tornam a situação ainda mais crítica. A tensão da correia varia com a temperatura e os acessórios, que apresentam maior resistência mecânica em baixas temperaturas, exigem mais potência, aumentando o risco de deslizamento.
A ampla adoção dos sistemas Start-Stop em veículos leves aumentou significativamente as exigências sobre o sistema de acionamento por correia. Cada evento de religamento do motor submete o sistema FEAD a um pico transitório de torque no momento em que o motor entra em funcionamento e a correia volta a transmitir carga. Sem o desacoplamento adequado do alternador, proporcionado por uma polia desacopladora do alternador corretamente especificada, esses repetidos eventos de religamento podem gerar ruído e acelerar o desgaste da correia.
Soluções de Engenharia: Nível de Componente e Nível de Sistema
A redução eficaz do ruído no sistema de acionamento por correia exige a atuação tanto na fonte de excitação quanto na resposta dinâmica do sistema. Uma abordagem focada apenas na substituição de componentes raramente proporciona uma solução duradoura.
No nível dos componentes, a substituição de uma polia convencional do alternador por uma polia desacopladora do alternador é a intervenção mais eficaz para sistemas em que a inércia do alternador e o deslizamento da correia são as principais fontes de ruído. A ADP reduz os eventos de deslizamento, minimiza as variações de tensão da correia e aumenta sua vida útil. Idealmente, esse componente deve ser especificado nas fases iniciais do desenvolvimento do sistema FEAD, e não adotado apenas como uma medida corretiva após o não cumprimento das metas de NVH.
A calibração do amortecedor do virabrequim deve ser compatível com a assinatura torsional do motor. Em motores que apresentam elevada amplitude de vibração torsional em baixas rotações, como os motores de três e quatro cilindros, um amortecedor corretamente calibrado reduz significativamente a excitação transmitida ao sistema de acionamento por correia. As equipes de desenvolvimento devem validar o desempenho do amortecedor em toda a faixa de rotações do motor e garantir que sua eficiência seja mantida ao longo de toda a vida útil do componente.
A seleção e a calibração do tensionador da correia devem ser tratadas como decisões de engenharia em nível de sistema. O coeficiente de amortecimento, a pré-carga e a rigidez do braço do tensionador influenciam diretamente seu comportamento dinâmico, e esses parâmetros devem ser otimizados de acordo com o motor e a configuração específica do sistema FEAD. Em sistemas com elevadas cargas nos acessórios ou submetidos a ciclos intensivos de operação Start-Stop, pode ser necessária a utilização de configurações com tensionadores duplos ou tensionadores assimétricos.
No nível do sistema, a otimização da configuração do FEAD, incluindo o posicionamento das polias, os ângulos de contato da correia e o comprimento dos vãos, influencia tanto a distribuição da tensão estática quanto a resposta dinâmica da correia. Vãos mais longos entre as polias são mais suscetíveis a vibrações laterais, enquanto ângulos de contato reduzidos diminuem o atrito disponível para evitar o deslizamento. Esses fatores devem ser avaliados por meio de simulações antes da definição final dos componentes e da fabricação dos protótipos.
Conclusão
O ruído no sistema de acionamento por correia é um problema de engenharia em nível de sistema e, por isso, exige uma abordagem igualmente sistêmica. O virabrequim gera a excitação torsional, a correia transmite e pode amplificá-la, e cada polia dos acessórios, especialmente a do alternador, tem o potencial de absorver ou irradiar essa energia na forma de ruído. Compreender a relação entre fonte, caminho de transmissão e resposta não é apenas um conceito teórico. Esse entendimento orienta diretamente quais componentes devem ser priorizados e como o processo de desenvolvimento deve ser estruturado para alcançar os objetivos de desempenho e NVH.
Para aplicações em veículos leves, nas quais as metas de refinamento de NVH são rigorosas e os ciclos de operação Start-Stop impõem elevadas exigências ao sistema, a polia desacopladora do alternador (ADP) e o amortecedor do virabrequim não são recursos opcionais, mas componentes fundamentais para um sistema FEAD bem controlado. Em conjunto com a calibração adequada do tensionador da correia e a otimização da configuração do sistema, esses componentes fornecem aos engenheiros os recursos necessários para desenvolver um sistema de acionamento por correia silencioso, confiável e durável ao longo de toda a vida útil do veículo.
Sobre a MUVIQ
A MUVIQ é uma fabricante Tier-1 de componentes para NVH, especializada em soluções de controle de vibrações para powertrains automotivos. Seu portfólio de produtos inclui polias desacopladoras do alternador, amortecedores do virabrequim, tensionadores de correia e outros componentes do sistema FEAD, desenvolvidos para aplicações em veículos leves e comerciais. A MUVIQ trabalha em parceria com montadoras (OEMs) e integradores de sistemas desde as etapas de desenvolvimento, oferecendo suporte de engenharia em NVH específico para cada aplicação, além do fornecimento de componentes.