Embreagens e cintas

Na seção anterior, falamos sobre como cada relação de marcha é criada pela caixa. Por exemplo, quando falamos em sobremarcha, dissemos:

Nesta caixa, quando a sobremarcha é selecionada, uma árvore que está ligada à caixa do conversor de torque (aparafusada ao volante do motor) é conectada por embreagem ao suporte das planetárias. A engrenagem solar pequena gira livremente e a engrenagem solar maior é mantida imóvel pela cinta da sobremarcha. Nada é conectado à turbina; a única entrada vem da caixa do conversor de torque.

Para colocar a caixa em sobremarcha, muitas coisas têm de ser conectadas e desconectadas por embreagens e cintas. O suporte das planetárias é conectado à caixa do conversor de torque por uma embreagem. A solar menor é desconectada da turbina por uma embreagem para que possa girar livremente. A engrenagem solar grande é segura à caixa por uma cinta para que não possa girar. Cada seleção de marcha desencadeia uma série de eventos como estes com diferentes embreagens e cintas engatando e desengatando. Vamos dar uma olhada em uma cinta.

Nesta caixa há duas cintas. Elas são literalmente cintas de aço e envolvem partes do trem de engrenagem e se conectam à caixa. Elas são acionadas por cilindros hidráulicos dentro da carcaça do câmbio.

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Uma das cintas

Na figura acima você pode ver uma das cintas na caixa de câmbio. O trem de engrenagem foi removido. A haste de metal é conectada ao pistão, o qual aciona a cinta.

Os pistões que acionam as cintas podem ser vistos aqui

Acima você pode ver dois pistões que acionam as cintas. A pressão hidráulica, direcionada para dentro do cilindro por um conjunto de válvulas, faz com que os pistões pressionem as cintas, travando aquela parte do trem de engrenagem à caixa.

As embreagens na caixa são um pouco mais complexas. Nestas existem quatro embreagens. Cada uma é acionada por fluido hidráulico pressurizado que faz um pistão entrar no interior da embreagem. Molas garantem que a embreagem seja desacoplada assim que a pressão é diminuída. Abaixo você pode ver o pistão e o tambor de embreagem. Note o vedador de borracha no pistão – este é um dos componentes que é substituído quando a caixa é recondicionada.

Uma das embreagens da caixa

A próxima imagem mostra as camadas alternadas de material de atrito de embreagem e placas de aço. O material de atrito é estriado na parte interna, onde fica solidária a uma das engrenagens. A placa de aço é estriada por fora, onde fica solidária à caixa de embreagem. Estas peças da embreagem também são substituídas quando a caixa automática é recondicionada.

As peças de embreagem

A pressão para as embreagens é alimentada através de passagens nas árvores. O sistema hidráulico controla quais embreagens e cintas devem ser energizadas num dado momento.

Quando você coloca o carro em Estacionar (P = Park)
Pode parecer uma coisa simples bloquear a caixa e fazer com que ela pare de girar; mas na realidade existem requisitos complexos para este mecanismo:

• Você terá que destravá-la quando o carro estiver em uma ladeira (o peso do carro está repousado no mecanismo).
• Você terá que engatar o mecanismo mesmo se a alavanca não estiver alinhada com a engrenagem.
• Uma vez travado, alguma coisa tem de impedir que a alavanca pule e destrave.

Um mecanismo que faz tudo isto é bem surpreendente. Vamos primeiro ver algumas das peças.

A saída da transmissão: os entalhes quadrados são engatados pelo mecanismo de travamento para manter o carro imóvel

O mecanismo de travamento engata os dentes na saída da caixa para manter o carro imóvel. Esta é a parte da caixa que se une à árvore de transmissão – assim, quando esta peça não pode girar, o carro não se move. 

Uma caixa de câmbio vazia com o mecanismo de travamento visível, como acontece quando o carro está travado

Acima você vê o mecanismo de travamento projetando-se na carcaça onde as engrenagens ficam localizadas. Note que ele tem os lados cônicos. Isto ajuda a destravar o mecanismo de travamento quando você está numa ladeira – a força do peso do carro ajuda a empurrar o mecanismo de travamento para fora do lugar por causa do formato cônico.

Esta haste aciona o mecanismo de travamento

Esta haste é conectada a um cabo que, por sua vez, é operado pela alavanca seletora de marcha do seu carro.

Visão superior do mecanismo de travamento

Quando a alavanca é colocada em Estacionar (P), a haste empurra a mola contra um pequeno mancal cônico. Se o mecanismo de travamento estiver alinhado de modo que possa cair em um dos entalhes na seção de saída da engrenagem, o mancal empurrará o mecanismo para baixo. Se o mecanismo estiver alinhado com uma dos pontos elevados na saída, então a mola empurrará o mancal mas a alavanca não bloqueará o carro no lugar até que este se mova um pouco e os dentes se alinhem adequadamente. É por isso que às vezes seu carro se move um pouco mais depois que você o colocou em Estacionar e soltou o pedal de freio – ele tem que rodar um pouco para que os dentes se alinhem com o local onde o mecanismo de estacionamento possa entrar.

Quando um carro estiver seguramente colocado em Estacionar (P), a bucha irá prender a alavanca para que o carro não saia do modo Estacionar se ele estiver numa ladeira.

Caixas automáticas: Hidráulica, Bombas e Regulador

Hidráulica

A caixa automática de seu carro precisa executar inúmeras tarefas. Você talvez não perceba em quantas maneiras diferentes ela opera. Por exemplo, aqui estão alguns dos aspectos de uma caixa automática:

• Se o carro está em sobremarcha (em uma caixa de quatro marchas), a caixa seleciona automaticamente a marcha com base na velocidade e na posição do acelerador.
• Se você acelerar suavemente, as mudanças de marcha ocorrerão a velocidades mais baixas do que se você acelerar tudo.
• Se você pisar fundo no acelerador, a caixa irá reduzir para a próxima.
• Se você mover a alavanca seletora para uma marcha mais baixa, a caixa irá efetuar a redução, a não ser que o carro esteja muito rápido para aquela marcha. Quando é assim, ela aguarda até que o carro diminua a velocidade e então troca a marcha.
• Se você colocar a transmissão em segunda, ela nunca irá reduzir ou passar para uma marcha superior, mesmo que o carro pare, a não ser que você mova a alavanca seletora.

Você já deve ter visto anteriormente algo parecido com isto. Isto é realmente o cérebro da caixa automática, que gerencia todas essas funções e algumas outras mais. As passagens que você vê direcionam o fluido para todos os componentes da caixa. Passagens moldadas no metal são uma maneira eficiente de direcionar o fluido; sem elas, seriam necessários muitas mangueiras e tubos para conectar as várias partes da caixa. Inicialmente, discutiremos os componentes fundamentais de um sistema hidráulico; depois veremos como eles funcionam em conjunto. 

A bomba

As caixas automáticas têm uma eficiente bomba, do tipo de engrenagem. Esta bomba geralmente está localizada na tampa da caixa. Ela aspira o fluido de um cárter na parte de baixo da caixa e o envia para o sistema hidráulico. Além disso, ela alimenta o resfriador da caixa e o conversor de torque.

Bomba de engrenagem de uma caixa automática

A engrenagem interna da bomba é solidária à caixa do conversor de torque e, assim, ela gira na mesma velocidade que o motor. A engrenagem externa é girada pela interna e, quando as engrenagens giram, o fluido é aspirado do cárter de um lado da crescente, lançado para fora e chega ao sistema hidráulico, que está do outro lado.

O regulador

O regulador é uma válvula inteligente que informa a velocidade do carro ao câmbio. É conectado à saída, de modo que quanto mais rápido o carro se move, mais rápido o regulador gira. Dentro do regulador há uma válvula carregada com uma mola que abre proporcionalmente à velocidade com que o regulador esta girando – quanto mais rápido o regulador girar, mais a válvula se abrirá. O fluido da bomba alimenta o regulador através da árvore de saída.

Quanto mais rápido um carro anda, mais a válvula do regulador se abre e maior a pressão do fluido que ele deixa passar.

 

Regulador

Caixas automáticas: válvulas e moduladores

Para fazer as mudanças de marcha adequadamente, a caixa automática precisa saber o grau de esforço do motor. Existem duas maneiras de fazer isso. Alguns carros têm uma ligação de cabo simples conectado à válvula de aceleração na caixa. Quanto mais o pedal do acelerador é pressionado, mais pressão é colocada na válvula de aceleração. Outros carros usam um modulador a vácuo para fazer pressão na válvula de aceleração. O modulador sente a pressão no coletor de admissão, que cai quando o motor se encontra sob grande carga.

A válvula manual é onde a alavanca seletora de marcha se engata. Dependendo de qual marcha está selecionada, a válvula manual alimenta circuitos hidráulicos que inibem outras marchas. Por exemplo, se a alavanca de marcha está na terceira marcha, ela alimenta um circuito que impede que se engate a sobremarcha.

As válvulas de mudança fornecem pressão hidráulica para as embreagens e cintas para engatar cada marcha. O corpo de válvulas da caixa contém várias válvulas de mudança. Elas determinam quando mudar de uma marcha para outra. Por exemplo, a válvula de mudança de primeira para segunda determina quando efetuar essa troca. Esta válvula é pressurizada com fluido do regulador por um lado, e pela válvula de aceleração do outro. Elas são supridas com fluido pela bomba e direcionam este fluido a um dos circuitos de modo a controlar a marcha que está engatada.

Circuito de câmbio

A válvula de mudança vai retardar uma troca de marcha ascendente se o carro estiver acelerando rapidamente. Se o carro acelerar suavemente, essa troca de marcha ocorrerá numa velocidade mais baixa. Vamos ver o que acontece se o carro for acelerado suavemente.

Quando a velocidade do carro aumenta, aumenta a pressão do regulador, empurrando a válvula de mudança até que ultrapasse o circuito da primeira marcha e feche-o, enquanto o circuito da segunda abre. Como o carro está acelerando suavemente, a válvula de aceleração não aplica muita pressão contra a válvula de mudança.

Quando o carro acelera rapidamente, a válvula de aceleração aplica maior pressão contra a válvula de mudança. Isto significa que a pressão do regulador tem de ser maior (e portanto a velocidade do veículo tem de ser mais alta) antes da válvula de mudança mover o suficiente para que a segunda marcha seja engatada.

Cada válvula de mudança responde a uma faixa de pressão em particular. Assim, quando o carro vai mais rápido a válvula de mudança muda de 2 para 3 , porque a pressão do regulador é suficientemente alta para acionar aquela válvula.

Caixas de controle eletrônico

 

A caixa de controle eletrônico, que aparece em alguns carros mais novos, ainda usa a hidráulica para acionar as embreagens e cintas, mas cada circuito hidráulico é controlado por um solenóide elétrico. Isto simplifica o circuito hidráulico da caixa e permite esquemas de controle mais avançados.

Na última seção vimos alguns controles estratégicos que as caixas de controle mecânico usam. As de controle eletrônico têm esquemas de controle ainda mais elaborados. Além do monitoramento da velocidade do veículo e da posição do acelerador, o controle da caixa pode monitorar a rotação do motor, se o pedal de freio esta apertado ou até o sistema de freio antitravamento (ABS).

Usando esta informação e uma estratégia de controle avançado baseado em lógica humana – um método de sistemas de controle de programação usando o tipo de razão humana – caixas de controle eletrônico podem fazer coisas como:

• Reduzir automaticamente quando estamos descendo uma ladeira, de modo a controlar a velocidade e diminuir o desgaste dos freios.
• Aumentar a marcha quando freamos numa superfície lisa para reduzir o freio-motor.
• Inibir a troca para uma marcha superior quando vamos entrar numa curva numa estrada sinuosa.

Vamos falar deste último aspecto – inibir a troca para uma marcha superior quando rodamos numa estrada sinuosa. Digamos que você esteja dirigindo na subida de serra cheia de curvas. Quando você está na parte reta da serra, a caixa muda para a segunda marcha para lhe dar aceleração suficiente para subir melhor. Ao chegar numa curva você diminui, levantando o pé do acelerador e possivelmente pisando no freio. A maioria das caixas mudará para a terceira marcha, ou até usarão a sobremarcha ao tirar o pé do acelerador. E depois que você acelera ao sair da curva, ela reduzirá a marcha novamente. Mas se você estivesse dirigindo um carro de caixa manual, você provavelmente deixaria o carro na mesma marcha o tempo todo. Algumas caixas automáticas com um sistema de controle avançado podem detectar esta situação depois de você ter passado por algumas curvas e "aprender" a não trocar a marcha para uma superior de novo.

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