Saiba tudo sobre os sistemas de c√Ęmbios

Postado em: 8, janeiro 2015 por Renato Pereira

Fotos: Renato Pereira

O motor de um ve√≠culo, se comparado √† anatomia humana, costuma ser definido como o cora√ß√£o. Mas, assim como em um corpo humano um cora√ß√£o sozinho √© totalmente in√ļtil, em um autom√≥vel um motor sozinho n√£o serve para nada. Se precisamos ter um sistema nervoso para podermos caminhar, um motor precisa de uma transmiss√£o, popularmente conhecida como Caixa de C√Ęmbio ou Caixa de Marchas, para enviar para as rodas toda sua pot√™ncia.

Para a engenharia, √© muito mais importante desenvolver uma transmiss√£o efetivamente funcional do que um ‚Äúnovo‚ÄĚ motor propriamente dito. Motores √† combust√£o interna s√≥ diferem no combust√≠vel, de resto seu funcionamento √© praticamente igual. Aplicam-se apend√™ndices para aumentar sua pot√™ncia e outros artif√≠cios, mas, em resumo, seu funcionamento e inefici√™ncia ‚Äď n√£o se consegue extrair mais do que 60% da pot√™ncia que um motor gera ‚Äď s√£o iguais.

A busca-se pela equação da menor energia x o melhor desempenho é antiga. O Santo Graal dessa procura é a transmissão infinita, que faria com que a energia gerada fosse cada vez menor ao passo que o deslocamento fosse cada vez mais rápido e ininterrupto. Mas nós temos o problema da gravidade que atrapalha tudo, e ninguém chegou lá até agora, até porque, há muito tempo mesmo, ninguém realmente inventa nada em nenhum setor; tudo o que se tem feito é atualizar com métodos e materiais novos o que foi criado mais ou menos na Era do Gelo.

Assim, em pleno s√©culo 21 temos √° disposi√ß√£o apenas as transmiss√Ķes: mec√Ęnica, onde o motorista tem de saber a hora e como trocar as marchas; a autom√°tica, que muda a marcha sozinha em fun√ß√£o da velocidade do ve√≠culo e das rota√ß√Ķes do motor; a semi-autom√°tica, chamada de ¬†automatizada, que faz a mesma coisa que a autom√°tica s√≥ que controlada por computador; a dupla embreagem, um misto de semi-autom√°tica com mec√Ęnica e a nova coqueluche, a CVT. Vamos dar uma olhada em todos os sistemas, entender seus funcionamentos, suas vantagens e desvantagens?

O que é:

Uma Caixa de C√Ęmbio ou Caixa de Marchas serve para desmultiplicar as rota√ß√Ķes do motor, (atrav√©s de um eixo cardan), para o diferencial, que vai distribuir essa for√ßa para as rodas. Simplificando, quanto maior a rota√ß√£o do motor em rela√ß√£o √† rota√ß√£o do eixo, maior ser√° a for√ßa e, quanto menor a rota√ß√£o do motor em rela√ß√£o √† rota√ß√£o do eixo, maior ser√° a velocidade, e esse eixo n√£o gira na mesma rota√ß√£o nem do motor, nem da sa√≠da do diferencial. Resumindo o resumo, a cada marcha engatada, a velocidade da caixa em propor√ß√£o √† rota√ß√£o do motor/rota√ß√£o do eixo varia simultaneamente.Sintetizando, um C√Ęmbio ou Caixa de Marchas √© um multiplicador de for√ßa e ou velocidade do motor.

Na caixa de velocidades t√≠picas existem s√©ries de engrenagens, sendo que as do eixo principal recebem por um volante a rota√ß√£o do motor, por interm√©dio da embreagem, transmitindo para as engrenagens do eixo intermedi√°rio o movimento do eixo prim√°rio e passa esse movimento √†s engrenagens do eixo secund√°rio em suas respectivas mudan√ßas, que entrega um subm√ļltiplo dessa rota√ß√£o ao eixo cardan, e esse para o diferencial. Basicamente √© isso, e uma visita √† uma oficina para ver de perto uma caixa aberta acaba com qualquer d√ļvida.

De onde veio a idéia?

Os primeiros engenheiros a tentar utilizar um sistema de transmiss√£o eficiente foram Ren√© Panhard e √Čmile Levassor, fabricantes dos autom√≥veis Panhard et Levassor em 1890, sob licen√ßa da empresa de Gottlieb Daimler. Mas no dia da apresenta√ß√£o de seu carro, o motor simplesmente n√£o funcionou. Demorou um ano ap√≥s essa apresenta√ß√£o desastrosa pra que recuperassem sua reputa√ß√£o, a imprensa (j√° existia!) dirigir o carro e, com isso, eles mudaram a mentalidade coletiva a respeito dos autom√≥veis. Em 1895, lan√ßaram um revolucion√°rio modelo, com motor 1,2 litros e 4 Cv com o novo layout de drivetrain utilizado na maioria dos carros at√© hoje, ao inserirem um pedal para acionar a embreagem e trocar as marchas…

Poucos sabem disso, tenho certeza, mas o C√Ęmbio Autom√°tico foi inventado por dois brasileiros, os engenheiros Jos√© Braz Araripe e seu s√≥cio Fernando Lemos. Quem produziu efetivamente o primeiro sistema foi a General Motors Company em 1938, mas s√≥ depois de desenvolver o prot√≥tipo do projeto que Jos√© Araripe e Fernando Lemos venderam √† empresa, em 1932, por US$ 10 mil, o equivalente hoje a mais de meio milh√£o de d√≥lares para cada um.

Depois de sabermos de tudo isso, vamos ver, ent√£o, as transmiss√Ķes dispon√≠veis para os ve√≠culos convencionais, de uso di√°rio, desde o in√≠cio at√© os dias de hoje:

C√Ęmbio Mec√Ęnico: O C√Ęmbio Manual, ou Mec√Ęnico, √© o sistema de engrenagens acionadas por uma alavanca pelo condutor, que determina o momento que achar ideal para realizar as trocas de marcha, escolhendo-as de acordo com o que entende ser a mais apropriada para a situa√ß√£o ‚Äď velocidade, torque, condi√ß√Ķes do terreno, carga, consumo de combust√≠vel etc.

A quantidade de marchas teoricamente √© ilimitada, mas na pr√°tica, por problemas de espa√ßo e complexidade em termos de dirigibilidade, uma Caixa de C√Ęmbio atual possui entre 5 a 7 marchas, e um n√ļmero maior de marchas n√£o quer dizer que o motor √© muito potente, porque quanto mais torque o motor puder fornecer, menor ser√° o n√ļmero de marchas necess√°rias.

Funcionamento: As trocas de marchas se d√£o atrav√©s da utiliza√ß√£o simult√Ęnea da alavanca de mudan√ßa com o acionamento da embreagem, cuja fun√ß√£o nesse contexto √© interromper o torque proveniente do motor, permitindo ao sistema de engate vencer apenas a in√©rcia gerada pelo disco da embreagem, eixo piloto (eixo de entrada), contra eixo (eixo intermedi√°rio) e a engrenagem correspondente √† marcha engatada. S√≥ ignore o acionamento da embreagem se tiver certeza de saber o que est√° fazendo, ou vai dar besteira e quebrar a Caixa de C√Ęmbio.

Configuração: Alavanca situada no console central (nos veículos mais antigos era situada na coluna de direção), com movimentos em H para a troca das marchas.

Vantagens: Por ser o sistema de transmiss√£o mais antigo da hist√≥ria, a maioria das oficinas mec√Ęnicas podem fazer reparos simples ou, no caso de troca, o conjunto inteiro n√£o √© um absurdo de caro.

Desvantagens: Passar o dia apertando a embreagem cansa um bocado; pessoas com algum tipo de defici√™ncia encontram dificuldades imensas ‚Äď e caras ‚Äď para poder dirigir. √Č dif√≠cil encontrar um motorista que saiba, de verdade, as horas corretas de trocar as marchas.

C√Ęmbio Autom√°tico (ou hidram√°tico, como falam os mais antigos…) √© o sistema onde as trocas de marchas s√£o realizadas pelo pr√≥prio sistema de transmiss√£o do autom√≥vel, que detecta sozinho a rela√ß√£o entre a velocidade do carro e as rota√ß√Ķes do motor para decidir pela troca da marcha, mantendo a rota√ß√£o do motor quase constante com o c√Ęmbio automaticamente fazendo as trocas das marchas nos momentos corretos. Antigamente sentia-se uma esp√©cie de ‚Äúbalan√ßo‚ÄĚ no carro quando do momento das trocas, mas nos sistemas modernos a troca das marchas de maneira totalmente impercept√≠vel ao motorista. Nos Estados Unidos, desde a d√©cada de 50 quase todos os ve√≠culos saem de f√°brica com C√Ęmbio Autom√°tico, sendo o C√Ęmbio Mec√Ęnico um opcional que exige um curso de aperfei√ßoamento para se habilitar a dirigi-lo. Como brasileiro √© um po√ßo de tabus e pr√©-conceitos absolutamente infundados, o sistema demorou para ‚Äúpegar‚ÄĚ por aqui, porque o populacho dizia que ‚Äúcarro autom√°tico √© pra aleijado‚ÄĚ… √© por isso que os avan√ßos tecnol√≥gicos demoram √† chegar por aqui. Insistimos em deixar claro que somos refrat√°rios a novas id√©ias e blindados com nossas manias Neandertais…

Funcionamento: Ao contr√°rio do C√Ęmbio Mec√Ęnico, que trabalha com engrenagens de tamanhos diferentes e engatadas individualmente, o c√Ęmbio autom√°tico utiliza-se do sistema de engrenagens planet√°rias que, mesmo sendo de tamanhos diferentes, est√£o todas sempre engatadas entre si e a rela√ß√£o da for√ßa √© dada de acordo com a ordem que essas engrenagens est√£o conectadas. S√≥ d√° besteira se o condutor resolver interferir nos momentos das trocas, que √© poss√≠vel ao mover-se a alavanca seletora.

Configura√ß√£o: Alavanca no console central ou na coluna de dire√ß√£o, com as indica√ß√Ķes:

P – Park: para estacionar, recomendado para dar a partida e desligar o motor do autom√≥vel, al√©m de bloquear as rodas de tra√ß√£o; R – Reverse: marcha-a-r√©; N – Neutral: ponto morto. Posi√ß√£o que pode ser usada ao dar a partida e desligar, mas n√£o bloqueia as rodas de tra√ß√£o; D – Drive: para movimentar o ve√≠culo para frente, usado na maior parte do tempo de dire√ß√£o; 4 – 3 – 2 – 1: Posi√ß√Ķes que permitem o bloqueio das marchas 4, 3, 2 e 1. Os sistemas mais modernos tem ainda seletores para condu√ß√£o normal, esportiva, no gelo e na lama. Basta gir√°-los na posi√ß√£o desejada e de um jeito ou de outro, o C√Ęmbio Autom√°tico saber√° o que tem de fazer, basta ao motorista controlar o acelerador, o volante e os freios.

Vantagens: Facilidade de condu√ß√£o, redu√ß√£o da fadiga, conforto, seguran√ßa (um carro com C√Ęmbio Autom√°tico n√£o ‚Äúpega no tranco‚ÄĚ…), maior durabilidade do motor e de todos os componentes que comp√Ķem a transmiss√£o, que s√£o o diferencial, o eixo cardan e a pr√≥pria caixa.

Desvantagens: Procurando aqui… ah: maior consumo de combust√≠vel porque o conversor de torque desperdi√ßa parte da energia mec√Ęnica transferida pelo motor. Isso at√© a d√©cada de 80, n√©? O mundo evoluiu um pouco; custo elevado em rela√ß√£o ao c√Ęmbio mec√Ęnico por ser considerado ‚Äúequipamento de luxo‚ÄĚ…; a cada 50.000 Km rodados, em m√©dia, se faz necess√°ria a troca do fluido hidr√°ulico. Deveriam fazer a mesma coisa nos C√Ęmbios Mec√Ęnicos, mas mais um tabu made in Brasil diz que isso n√£o √© necess√°rio; o custo de reparos pode chegar a 20% ou 40% do valor de venda do veiculo e, dependendo do ano e modelo, poder√° ultrapassar essa percentagem. Correto. Por√©m, com a manuten√ß√£o e uso corretos, o carro se acaba antes do C√Ęmbio Autom√°tico.

C√Ęmbio Semi Autom√°tico ou C√Ęmbio Automatizado, como o marketing das montadoras decidiu rebatizar o equipamento, √© um sistema que usa computadores e sensores para executar trocas de marchas, a fim de melhorar a dirigibilidade principalmente em cidades onde se √© necess√°ria uma grande quantidade de troca de marchas. Um C√Ęmbio Autom√°tico mais inteligente? Talvez…

Funcionamento: Ao contr√°rio do C√Ęmbio Autom√°tico, que usa o sistema de engrenagens planet√°rias ¬†sempre engatadas entre si, no C√Ęmbio Semi-Autom√°tico √© utilizado o mesmo princ√≠pio do C√Ęmbio Manual, com cada engrenagem representando uma marcha e sendo engatadas individualmente, s√≥ que atrav√©s de mecanismos comandados por controle eletr√īnico. Tamb√©m ao contr√°rio do C√Ęmbio Autom√°tico, que usa o conversor de torque no lugar do disco de embreagem para mudar a posi√ß√£o das engrenagens, no sistema Semi Autom√°tico utiliza um equipamento controlado eletronicamente para comandar a embreagem, eliminando o pedal, e tamb√©m ajustando o timing (tempo e velocidade do acionamento) para as trocas de marchas serem r√°pidas e suaves.

Configura√ß√£o: A alavanca √© situada no console central e/ou na coluna de dire√ß√£o, acionando-o por ‚Äúborboletas‚ÄĚ colocadas atr√°s do volante, conhecidas por Paddle Shift; contudo a troca das marchas quando na op√ß√£o manual √© simples, posicionando a alavanca para o lado indicado na base da alavanca de troca de marchas (passando para a op√ß√£o manual) e pressionando a mesma para frente ou para tr√°s, conforme indicado no console da alavanca de cada modelo.

Atualmente muitos C√Ęmbios Semi Autom√°ticos podem operar como C√Ęmbios Autom√°ticos, deixando por conta do computador de transmiss√£o determinar as trocas de marchas automaticamente, e alguns at√© diminuem as marchas automaticamente em frenagens mesmo no modo manual. N (Neutral): Posi√ß√£o neutra de ponto morto que deve ser usada ao dar a partida e desligar. N√£o bloqueia as rodas de tra√ß√£o. R – Reverse: Marcha-a-r√©; A/M – Automatic/Manual – ou D/M – Drive/Manual: Alterna entre o modo de troca de marchas automatico feito pelo computador; ou manual, feito pelo motorista; S – Sport: Bot√£o que ativa o modo esportivo, usado para acelera√ß√Ķes r√°pidas onde as marchas s√£o mudadas a altas rota√ß√Ķes; + e -: aumentam ou diminuem a marcha de modo sequencial, quando no modo manual.

Como √© mania na ind√ļstria automobil√≠stica, cada montadora ‚Äúbatiza‚ÄĚ o mesm√≠ssimo sistema ou dispositivo com nomes diferentes, para parecerem diferentes, e as pessoas acreditarem que s√£o diferentes. Com o C√Ęmbio Semi Autom√°tico n√£o √© diferente, pois o princ√≠pio e o sistema √© padr√£o. O que varia s√£o apenas os detectores das trocas de marchas nos computadores, mas isso √© muito l√≥gico, j√° que cada carro tem tamanho, peso, motor e pot√™ncia diferentes. Portanto, TipTronic, S-Tronic, Dualogic, Easytronic, I-Motion, Powershift e uma infinidades de nomes, variando apenas de marca, s√£o exatamente as mesmas coisas com outro nome.

Vantagens: Custo de fabrica√ß√£o inferior ao do C√Ęmbio Autom√°tico; ¬†permite ao motorista poder alternar entre o modo autom√°tico e manual, algo que me parece absolutamente in√ļtil; aumentando a vida √ļtil das engrenagens em rela√ß√£o ao C√Ęmbio Mec√Ęnico.

Desvantagens: apesar de existir desde 1961, o sistema ainda √© ‚Äúmuito novo‚ÄĚ. Caso algum ¬†sistema eletr√īnico do carro ‚Äď e quase tudo hoje √© eletr√īnico – tenha qualquer pane, torna-se imposs√≠vel a troca das marchas. Nem sempre o dispositivo eletr√īnico sabe qual a marcha deve ser engatada, principalmente em mudan√ßas bruscas de acelera√ß√£o ou inclina√ß√£o do terreno. No modo de troca manual podem existir atrasos para se mudarem as marchas. As montadoras costumam culpar o motorista por essas falhas de seus sistemas que n√£o deveriam falhar nem que o motorista insistisse em errar, afinal, alegam por a√≠ que ‚Äúcomputadores nunca erram‚ÄĚ.

Dupla embreagem: Tamb√©m chamada DCT dual-clutch transmission ou DSG¬† direct-shift gearbox, √© um sistema C√Ęmbio que, como diz o nome, utiliza duas embreagens, possibilitando trocas de marchas muito mais rapidamente do que em todos os outros tipos de transmiss√£o, normalmente empregada em carros de alt√≠ssimo desempenho e seu funcionamento √© quase id√™ntico ao rec√©m-descrito C√Ęmbio Semi Autom√°tico, s√≥ que custa 10 vezes mais caro.

Funcionamento: Como mencionado, basicamente funciona da mesma maneira do C√Ęmbio Semi Autom√°tico, por√©m o C√Ęmbio proporciona trocas de marchas muito r√°pidas, quase impercept√≠vel ao motorista, tornando a condu√ß√£o mais suave, tanto na condi√ß√£o Autom√°tica quanto na Manual, atrav√©s de alavanca ou Paddle Shift. Como em qualquer transmiss√£o autom√°tica ou semi autom√°tica atual, na sele√ß√£o Esporte¬† o sistema faz as trocas de marchas no limite do corte de giro do veiculo, com o “motor cheio” para dar mais desempenho, se desgastar mais depressa e desaparecer com o combust√≠vel do tanque. √Č um sistema muito bacana, mas totalmente fora do contexto para carros de uso convencional, do dia a dia.

Vantagens: Trocas absurdamente rápidas e imperceptíveis de marchas.

Desvantagens: Eleva muito o custo do carro novo e o valor da manutenção.

CVT ‚Äď Continuously Variable Transmission, Transmiss√£o Continuamente Vari√°vel: A coqueluche, √ļltima palavra em transmiss√£o ou ‚Äď para manter√° sequencia ‚Äď Caixa de C√Ęmbio, √© um tipo de transmiss√£o que simula (eu disse simula) uma quantidade infinita de rela√ß√Ķes de marcha, uma vez que funciona com um sistema de duas polias de tamanhos diferentes interligadas por uma correia met√°lica de alta resist√™ncia, e n√£o por retr√≥gradas engrenagens com determinados tamanhos. A proposta do sistema CVT data de 1490, quem a idealizou foi Leonardo da Vinci, e foram necess√°rios 396 anos para que a primeira patente do sistema fosse registrada, em 1886 pela Daimler-Benz e mais 128 anos para a ind√ļstria come√ßar a usar…

H√° anos o CVT √© usado em motocicletas, jetskis, karts, snowmobiles e carrinhos de golfe, entre outros ve√≠culos pequenos. Repentinamente, ‚Äúdescobriram‚ÄĚ o sistema, e o est√£o instalando ‚Äď devidamente redimensionado, claro ‚Äď em carros de passeio e pick-ups. Apesar de seu funcionamento ser um pouco diferente, √© considerado pela engenharia como… C√Ęmbio Autom√°tico. √Č bacana porque com seus sistema de acelera√ß√£o cont√≠nua, n√£o existem os mais suaves trancos a cada troca, o que d√° a impress√£o de que o carro nunca troca de marchas e por isso parece infinito, al√©m de verdadeiramente proporcionar maior economia de combust√≠vel, tanto na condi√ß√£o de troca manual quanto autom√°tica.

Funcionamento: Nada é simples nesse mundo. Com o CVT não poderia ser diferente. Não que seu funcionamento seja extraterrestre, mas sim porque existem diversas variáveis do mesmo conceito, sendo que os empregados atualmente nos veículos são:

 

CVT ‚Äď VDP: Variable-Diameter Pulley, Polias de Di√Ęmetro Vari√°vel. √Č o tipo mais comum de CVT, com 2 polias,sendo uma polia de entrada, a condutora, e uma polia de sa√≠da, a ¬†conduzida, ambas de tamanho vari√°vel, ligadas por uma correia de metal ou borracha. Seu funcionamento d√°-se basicamente porque a polia de entrada esta ligada ao motor pelo conversor de torque, e a polia de sa√≠da esta ligada ao diferencial. Conforme uma das polias diminui, a outra polia aumenta de di√Ęmetro, alterando a rela√ß√£o de transmiss√£o dos eixos. A rela√ß√£o do di√Ęmetro entre as polias e a varia√ß√£o da velocidade de rota√ß√£o s√£o os fatores que determinam a for√ßa transmitida para as rodas, mantendo a rota√ß√£o do motor sempre o mais pr√≥ximo poss√≠vel do ideal.

CVT ‚Äď T: Toroidal. Bom, o termo toroidal vem de Toro, uma superf√≠cie gerada por uma curva fechada (um c√≠rculo, anel, disco… ) rotativo sobre, mas n√£o interligado ou contendo um eixo no seu pr√≥prio plano. O C√Ęmbio Toroidal √© constitu√≠do por discos e roletes, e a rela√ß√£o de marchas √© fornecida pelo movimento dos discos para cima ou para baixo. S√£o estes discos que determinam a varia√ß√£o da velocidade do ve√≠culo. Quando um lado do eixo de tra√ß√£o move-se para o centro, que √© o lado menor do disco, a outra extremidade fica em contato com o lado maior do disco, fazendo com que o ve√≠culo desacelere. Para acelerar, basta que o eixo de tra√ß√£o entre em contato com o lado maior do disco de entrada, e a outra extremidade do eixo entre em contato com o lado menor do disco de sa√≠da. Simples, n√©? Este sistema tem como principal vantagem trabalhar com torques elevados, o que n√£o √© poss√≠vel com os CVT ‚Äď VDP.

Vantagens: Aceleração constante sem trancos, mantém constantemente o motor na melhor faixa de potência, resposta imediata em qualquer condição de condução, economia de combustível, menor emissão de poluentes.

Desvantagens: Nenhuma, por enquanto. Porque demoraram tanto para desenvolver?

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