Sábado, 27 de Março de 2010

Como funciona a caixa de embreagem dupla?

A maioria das pessoas sabe que os carros vêm com dois tipos básicos de câmbio: manual, que requer que o motorista mude as marchas apertando o pedal da embreagem e utilizando a alavanca de câmbio, e automática, que faz todo o trabalho de mudança de marcha para o motorista utilizando embreagens, um conversor de torque e conjuntos de engrenagens planetárias. Porém, há também um sistema intermediário que oferece o melhor desses dois mundos - o câmbio de dupla embreagem, também chamado de câmbio semi-automático, câmbio manual "sem embreagem" ou câmbio manual automatizado.

No mundo das corridas de automóveis, os câmbios semi-automáticos, tais como o câmbio manual seqüencial ou SMG, têm sido utilizados há muitos anos. Mas na linha de produção, eles são uma tecnologia relativamente nova - um deles tem sido definido por um sistema muito específico conhecido como câmbio de dupla embreagem ou semi-automático.

 

 

AGRADECIMENTOQueremos agradecer a Jeff Beckman pela ajuda na elaboração deste artigo.

 

Este artigo irá explicar como funciona o câmbio de dupla embreagem, como ele se compara com outros tipos de câmbio e por que algumas pessoas dizem que ele será o câmbio do futuro.

Manual ou automático
O câmbio de dupla embreagem oferece a função de duas caixas de câmbio em uma. Para entender o que isso significa, vale a pena rever como funciona um câmbio manual convencional. Quando o motorista quer mudar de uma marcha para outra em um carro com caixa manual, ele primeiro aperta o pedal da embreagem. Isso opera uma única embreagem, a qual desacopla o motor da caixa de câmbio e interrompe o fluxo de potência para ela. A seguir o motorista usa a alavanca de câmbio para escolher uma nova marcha, um processo que envolve mover uma luva de engate de uma engrenagem para outra de tamanho diferente. Dispositivos chamados sincronizadores igualam as rotações da luva de engate e da engrenagem a ser engatadas para impedir que haja um choque, conhecido como arranhada. Uma vez que a nova marcha esteja engatada, o motorista solta o pedal de embreagem, como o que reconecta o motor acopla-se de novo à caixa de câmbio e transmite a potência para as rodas.

Assim, em uma transmissão convencional manual não há um fluxo de potência contínuo do motor para as rodas. O fornecimento de potência muda de ligado para desligado e novamente para ligado durante a mudança de marcha, causando um fenômeno conhecido como "choque de troca" ou "interrupção de torque". Para um motorista inexperiente, isto pode resultar em passageiros seerm jogados para frente e depois para trás à medida que as marchas vão sendo trocadas.

 


 

Uma caixa de câmbio de dupla embreagem (DCT, sua sigla em inglês) usa duas embreagens, mas não tem pedal. Eletrônicos e hidráulicos sofisticados controlam as embreagens, como em um câmbio automático comum. Em uma DCT, entretanto, as embreagens operam independentemente. Uma embreagem controla as marchas ímpares (primeira, terceira, quinta e ré), enquanto a outra controla as marchas pares (segunda, quarta e sexta). Usando este arranjo, as marchas podem ser mudadas sem interromper o fluxo de potência do motor para o câmbio.

 

 

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Os motoristas podem também escolher um modo completamente automático, onde as mudanças de marcha são feitas pelo computador. Neste modo, a experiência de dirigir é muito parecida àquela feita pelo automático convencional. Devido à transmissão DCT poder "desativar" uma marcha e "acionar" uma segunda, o choque de troca de marcha é reduzido. Mais importante, a mudança de marcha ocorre sob a carga para que um fluxo de energia permanente seja mantido.

Uma construção engenhosa de duas árvores separando as marchas pares e ímpares torna isso tudo possível. Aprenderemos sobre estas duas árvores na próxima seção.

 

Árvore de transmissão e embreagens multi-pratos

Uma árvore de câmbio de duas partes está no coração de um DCT. Ao contrário de uma caixa de câmbio manual convencional, que tem todas as marchas em uma única árvore primária, a DCT divide as marchas pares e ímpares em duas. Como isso é possível? A árvore externa é oca, deixando um espaço para uma árvore interna, que fica alojada no lado de dentro da oca. Esta se encarrega da segunda e quarta marchas enquanto a interna responde pela primeira, terceira e quinta.

O diagrama abaixo mostra este arranjo para um típico DCT de cinco marchas. Repare que uma embreagem controla a segunda e a quarta marcha, enquanto outra embreagem, independente, controla a primeira, a terceira e a quinta. Este é o truque que permite a troca de marchas super rápida e mantém constante o fornecimento de potência. Uma caixa manual normal não pode fazer isso porque usa a mesma embreagem para todas as marchas.

 


 

Pelo fato de o câmbio de dupla embreagem ser parecido com um automático, você pode pensar que ele requer um conversor de torque, que é como os automáticos: transferem o torque do motor para o câmbio. As caixas DCT, entretanto, não requerem conversor de torque. Em vez disso, as DCTs que estão atualmente no mercado usam embreagem multidisco em banho de óleo. Uma embreagem "molhada" é aquela em que os seus componentes são banhados por um fluido lubrificante para reduzir o atrito e limitar a produção de calor. Vários fabricantes estão desenvolvendo DCTs que usam embreagens secas, como aquelas geralmente associadas às caixas manuais, mas todos os veículos equipados com DCT hoje produzidos usam a versão de banho de óleo. Muitas motocicletas possuem embreagem multidisco.

 


 

Como os conversores de torque, embreagens multidisco em banho de óleo usam pressão hidráulica para acionar as marchas. O fluido faz seu trabalho dentro do pistão da embreagem, conforme o diagrama acima. Quando a embreagem é acoplada, a pressão hidráulica dentro do pistão força um conjunto de molas helicoidais a se expandirem, o que empurra uma série de placas de embreagem e disco de atrito empilhados e contra uma placa de pressão fixa. Os discos de atrito têm dentes internos que são dimensionados e formatados para se engrenarem com estrias na caixa do platô. Por sua vez, o tambor é conectado ao conjunto de marchas que irá receber a força de transferência. A caixa de dupla embreagem da Audi tem uma pequena mola helicoidal e uma grande mola diafragmática em suas embreagens multidisco em banho de óleo.

 


 

Para desacoplar a embreagem, a pressão do fluido dentro do pistão é reduzida. Isto permite que as molas do pistão relaxem, o que faz diminuir a pressão no bloco de embreagem e na placa de pressão.

Na seqüência, veremos os prós e contras das transmissões de dupla embreagem.

 

Prós e contras

Agora já está claro o por que a DCT foi classificada como uma caixa manual automatizada. Em princípio, a DCT se comporta como uma caixa manual normal: ela tem uma árvore de entrada e árvores auxiliares para acomodar as marchas, os sincronizadores e uma embreagem. O que ela não possui é um pedal de embreagem, porque são os computadores, solenóides e componentes hidráulicos que fazem a troca de marcha. Mesmo sem o pedal de embreagem o motorista, quando desejar, pode "dizer" ao computador para agir através de borboletas teclas no valante ou pela alavanca de câmbio.

Uma nova sensação ao dirigir é apenas uma das muitas vantagens de uma DCT. Com trocas de marcha ascendentes em meros 8 milisegundos, muitos motoristas sentem que a DCT oferece a aceleração mais rápida do que qualquer carro do mercado. Ela proporciona aceleração suave se dá graças à eliminação do tranco que acontece nas mudanças de marchas nas caixas manuais e em algumas automáticas. E o melhor de tudo é que dá aos motoristas o luxo de escolher se preferem controlar as trocas de marchas ou deixar que o computador faça esse trabalho.

 


Foto cortesia do Banco de Dados da Imprensa Audi
Audi TT Roadster, um dos muitos modelos Audi disponíveis com câmbio de dupla embreagem

 

Talvez a vantagem mais cativante de uma DCT seja a redução do consumo de combustível. Devido ao fluxo de força do motor para o câmbio não ser interrompida, o consumo cai drasticamente. Alguns especialistas dizem que uma DCT de seis marchas pode render uma diminuição de até 10% no consumo de combustível quando comparada a uma cinco-marchas automática.

Muitos fabricantes de automóveis estão interessados na tecnologia DCT. Porém, alguns montadoras se preocupam com os custos adicionais associados à modificação das linhas de produção para acomodar um novo tipo de câmbio. Isso poderia de imediato aumentar os custos dos carros equipados a DCT, o que desencorajaria consumidores mais preocupados com o preço.

Além disso, os fabricantes já estão investindo alto em tecnologias de câmbio alternativas. Uma das mais notáveis é a transmissão continuamente variável, ou CVT. Uma CVT é um tipo de caixa automática que usa um sistema de polias móveis e uma correia ou corrente para ajustar infinitamente a relação de transmissão ao longo de uma vasta gama de variação. As CVTs também reduzem o tranco de troca de marcha e reduzem significativamente o consumo de combustível. Porém, as CVTs não conseguem agüentar a necessidade do alto torque dos carros de alto desempenho.

As DCTs não têm tais problemas e são ideais para veículos muito velozes. Na Europa, onde as caixass manuais são preferidas por razões de desempenho e menor consumo de combustível, há quem preveja que as DCTs irão abocanhar 25% do mercado. Até 2012, somente 1% dos carros produzidos na Europa Ocidental estarão equipados com uma CVT.

A seguir, veremos a história da DCT e descobriremos o que o futuro reserva.

 

Câmbio DCT: passado, presente e futuro

O homem que inventou a caixa de câmbio de dupla embreagem foi um pioneiro em engenharia automobilística. Adolphe Kégresse é mais conhecido por desenvolver o meia-tagarta, um tipo de veículo equipado com esteiras de borracha sem fim, o que o permite transitar fora da estrada em vários tipos de terrenos. Em 1939, Kégresse concebeu a idéia de uma caixa de câmbio de embreagem dupla, que ele esperava usar no legendário Citroën "Traction". Infelizmente, circunstâncias de negócios adversas impediram seu desenvolvimento posterior.

 


Foto cortesia de UK Cars (em inglês)
Um esboço da caixa de câmbio de dupla embreagem da Kégresse para a Citroën

 

Tanto a Audi como a Porsche apreciaram o conceito de dupla embreagem, apesar do seu uso, a princípio, estar limitado a carros de corrida. Os carros de corrida 959 e 962C incluíram o Porsche Dual Clutch, ou PDK. Em 1986, um Porsche 962 venceu a corrida de 1.000 quilômetros do Campeonato Mundial de Esporte-Protótipo em Monza  a primeira vitória para um carro equipado com o PDK, o câmbio semi-automático operado por alavancas-borboleta atrás do volante. A Audi também fez história em 1985 quando o Sport quattro S1  um carro de rali equipado com câmbio de dupla embreagem venceu em Pikes Peak, uma prova de subida de montanha que chega a  4.300 metros de altitude.

 


Foto cortesia de Porsche Cars North America
Porsche 962

 

A comercialização da caixa de dupla embreagem, contudo, ainda não era viável até recentemente. A Volkswagen é pioneira nesse tipo de caixa, licenciando a tecnologia DualTronic da BorgWarner. Atualmente, automóveis equipados com DCTs estão disponíveis somente na Europa. Nesta categoria estão incluídos os Volkswagen Beetle, Golf, Touran e Jetta; os Audi TT e A3; o Skoda Octavia e os Seat Altea, Toledo e Leon.

 


Foto cortesia de VM Media Room (em inglês)
Volkswagen Jetta 2.0

 

A Ford é o segundo fabricante de peso a empregar as caixas de dupla embreagem produzidas pela GETRAG0-Ford, associação 50-50% da Ford da Europa com o fabricantes de câmbios GETRAG. Ela lançou o Powershift System, uma caixa de dupla embreagem seis marchas, no Salão de Frankfurt de 2005. Porém, a produção de veículos usando o Powershift de primeira geração demoraria ainda uns dois anos, aproximadamente.

Pode demorar mais para que os motoristas americanos possam aproveitar dos benefícios de carros equipados com DCT. Até então, os apaixonados por velocidade terão que se contentar com os câmbios manuais normais de cinco marchas.

Bill Harris.  "HowStuffWorks - Como funciona o câmbio de dupla embreagem".  Publicado em 06 de abril de 2006  (atualizado em 07 de novembro de 2007) http://carros.hsw.uol.com.br/embreagem-dupla.htm  (27 de março de 2010)

publicado por adm às 16:44
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