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Dupla Embreagem úmida ou seca, eis a questão! Karl-Ludwig Kimmig Ivo Agner

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Dupla Embreagem úmida ou seca, eis a questão!

Karl-Ludwig Kimmig Ivo Agner

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Introdução

As transmissões de dupla

embreagem para veículos de

passeio têm despertado um grande

interesse dos departamentos de

desenvolvimento das montadoras e

indústrias de autopeças. A força que

impulsiona esse desenvolvimento

é a busca pela redução do consumo

de combustível, alcançada com

as atuais transmissões manuais,

aliada ao conforto das

transmissões automáticas.

Para que a nova geração de

transmissões possa funcionar com

um câmbio altamente eficaz e com

os dispositivos de sincronização

das transmissões manuais, são

necessárias duas embreagens

que possam ser operadas de

forma independente [1]. Cada

uma das embreagens liga uma

subtransmissão ao motor de

combustão interna – função que, a

princípio, pode ser desempenhada

por embreagens úmidas ou secas.

As duas embreagens devem ser

operadas por meios automatizados

para que as operações do câmbio

possam ser controladas sem

interrupções da força de tração.

Qual é o sistema de embreagem

(úmida ou seca) que representa a

melhor solução para uma plataforma

de veículos? Atualmente, essa

questão tem gerado intensas

discussões na área técnica

(figura 1). A LuK detém experiência

e tecnologia tanto em embreagens

úmidas como secas. Por isso,

procura direcionar esse assunto

de forma a não prejudicar nenhum

dos sistemas, porém, sem ter

qualquer pretensão de apresentar

uma conclusão.

A seguir, apresentamos as opiniões

que predominam atualmente no

cenário técnico.

A embreagem seca tem capacidade

térmica limitada, de forma que, sob

grandes dissipações de energia, o

sistema rapidamente atinge seus

limites, que são significativamente

inferiores aos limites dos

conversores de torque automático

ou das embreagens úmidas. Além

disso, com relação à vida útil do

produto, o desgaste do revestimento

de atrito seco é freqüentemente

um ponto de discussão.

A embreagem úmida, em

combinação com um sistema de

controle totalmente hidráulico

para acionamento e resfriamento,

é geralmente considerada muito

específica e cara. Além do mais,

em comparação com as soluções

secas, as perdas no bombeamento

levam, freqüentemente, a um maior

consumo de combustível.

D u p l a e m b r e a g e m

Figura 1

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3

A Dupla Embreagem Seca

Em virtude do tipo de construção,

as transmissões automatizadas

requerem, por motivo de segurança,

que as embreagens abram

automaticamente em caso de falha

do sistema de acionamento de

embreagem. Isso pode ser obtido

facilmente por meio das embreagens

ativamente fechadas, nas quais

a força de contato é igual a zero

quando há pouca ou nenhuma força

atuando sobre as lingüetas da

mola diafragma.

Em contrapartida, veículos

com transmissões manuais

têm embreagens passivamente

fechadas. Toda a força de contato

está presente no revestimento

das embreagens, quando não há

força agindo sobre as lingüetas

da mola diafragma [2,3], gerando

transmissão de torque máximo.

O lado esquerdo da figura 2

mostra o corte transversal de uma

embreagem passivamente fechada;

e o lado direito mostra o corte

transversal de uma embreagem

ativamente fechada.

Em embreagens ativamente

fechadas, a mola diafragma é

descrita como mola alavanca,

por ser usada basicamente como

alavanca para transmitir a força de

acoplamento à placa de contato.

A exigência especial é que as

lingüetas da mola alavanca sejam

extremamente rígidas, em direção

axial, para minimizar perdas de

curso. A mola alavanca foi projetada

de tal maneira que, em toda a

faixa de trabalho do rolamento de

embreagem, sempre haja baixo

retorno de força, assegurando a

abertura segura da embreagem.

Figura 2

D u p l a e m b r e a g e m

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4

Disposição das embreagens

na transmissão

As embreagens de transmissão

manual são geralmente instaladas,

por meio do volante de motor, no

eixo virabrequim. Na maioria dos

casos, a força necessária para liberar

a embreagem é suportada pelo

volante de motor.

Já as duplas embreagens requerem

um espaço significativamente maior

em uma direção axial e, sob certas

condições de curso, as forças de

acionamento são mais altas do que

nas embreagens manuais. Por isso,

em muitos casos, a fixação direta

ao volante de motor e o mancal de

rolamentos no eixo virabrequim

não são viáveis devido à carga

excessivamente alta.

Uma alternativa para o

posicionamento é suportar a dupla

embreagem em um dos dois eixos de

transmissão, preferencialmente no

eixo vazado. Com essa disposição,

há, a princípio, duas possibilidades

de conectar a dupla embreagem ao

eixo virabrequim.

Na variante 1, com um “amortecedor

externo“, um sistema de

amortecedores é montado no eixo

virabrequim. O torque é transferido

da parte do amortecedor secundário

para a dupla embreagem por

meio de uma engrenagem motriz

pré-carregada em uma direção

circunferencial, que também

compensa as tolerâncias axiais entre

o motor e os eixos de transmissão.

Na variante 2, com uma junta

Cardan, dois amortecedores de

vibração torcional são integrados

aos dois discos de embreagem e o

torque é transferido do motor para

a dupla embreagem por meio de

um volante com função cardânica.

A junta Cardan é formada por

elementos elásticos, que podem

compensar os deslocamentos axiais

e radiais entre o eixo virabrequim e

os eixos de transmissão.

Lidando com altas dissipações

Uma das questões-chave no

desenvolvimento de duplas

embreagens secas é assegurar

uma vida útil adequada. Os

projetos atuais objetivam garantir

à embreagem a mesma vida útil

do veículo, além de capacidade

suficiente para suportar situações

extremas. A capacidade das

transmissões de dupla embreagem

deve ser semelhante à capacidade

das transmissões automáticas

escalonadas ou CVT.

Hoje, a capacidade de sobrecarga de

embreagens é medida com base em

quantas vezes ou por quanto tempo

um sistema de embreagem pode

D u p l a e m b r e a g e m

Figura 3

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5

D u p l a e m b r e a g e m

submeter-se à energia de atrito

sem danificar permanentemente

o sistema. Por isso, é importante

o teste comparativo envolvendo

repetidas partidas em rampa, com

intervalos definidos de tempo.

Como exemplo, a figura 4 mostra

a curva de temperatura da

embreagem, com intervalos de

tempo e repetidas partidas subindo

ladeiras. Em embreagens secas

com revestimentos atuais, a

temperatura crítica da placa de

contato é de aproximadamente 350º

a 400º C. Acima dessa temperatura,

o sistema de atrito começa a sofrer

danos permanentes. Porém, além

da temperatura máxima, a duração

da carga térmica também é um

fator importante que pode causar

danos ao sistema de atrito. A curva

de temperatura azul, na figura 4,

corresponde à situação existente

atualmente em veículos com

transmissões manuais, quando são

dadas repetidas partidas em uma

inclinação de 12%, com carga total

e reboque.

A figura 4 mostra que a freqüência

possível de partidas pode ser

aumentada consideravelmente, se

a energia de atrito por partida for

reduzida, aumentando a relação de

redução da primeira marcha. Essa

relação promove uma alteração

quadrática na energia de partida –

constatação que se aplica, em geral,

a todas as partidas em primeira

marcha. Aumentando o coeficiente

da primeira marcha para 20% em

relação à transmissão manual, é

possível alcançar a capacidade

adequada de sobrecarga da

dupla embreagem para quase

todas as aplicações.

Adicionalmente, ainda há potencial

para o aumento da robustez térmica

de embreagens secas. Para isso, as

carcaças da embreagem devem ser

munidas de aberturas apropriadas

para permitir que o ar quente

Figura 4

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6

D u p l a e m b r e a g e m

na carcaça seja intercambiado

com o ar ambiente – mais frio. A

rotação da embreagem age como

um ventilador radial. O ideal é

que haja uma entrada próxima

ao centro de rotação e uma saída

tangencialmente localizada no

diâmetro externo, para obtenção

de uma alta passagem de ar.

Para evitar que grandes quantidades

de ar contaminado circulem

continuamente pelo compartimento

da embreagem, é aconselhável que

a carcaça da embreagem não seja

aberta até que a temperatura do ar

tenha atingido mais de 100º C. Isso

pode ser facilmente obtido por meio

de um flap controlado pelo Atuador

Térmico WAX na carcaça. O efeito na

embreagem é indicado na fórmula:

Isso significa que, quanto

mais calor puder ser dissipado

pelos componentes quentes

da embreagem, mais alta será

a temperatura diferencial em

comparação com o ar ambiente.

De uma forma simplificada, significa

que tanto a temperatura do ar

da carcaça quanto a temperatura

dos demais componentes ficam

50K menores. A figura 5 mostra o

desenho possível de um sistema

de ventilação termostaticamente

controlado para uma carcaça de

embreagem e as temperaturas

resultantes dos componentes.

Figura 5

Vida útil

Além da capacidade de

sobrecarga adequada, as áreas de

desenvolvimento de transmissões

de dupla embreagem também se

concentram na vida útil do produto.

Em comparação com as

transmissões manuais, as

embreagens para transmissões

de dupla embreagem estão sujeitas

a cargas mais altas devido à

sobreposição das marchas, controle

de patinação (slip control) e maior

número de operações de câmbio.

Controle de patinação significa

que, em certas situações, as

embreagens são, deliberadamente,

ajustadas na faixa limite de

patinação para otimizar o conforto.

A figura 6 mostra o desgaste de

revestimento esperado para a

aplicação escolhida. O diagrama

mostra que o desgaste de percurso

sobre cada embreagem, para

uma vida útil de embreagem de

240.000 km, é de

aproximadamente 3,5mm.

Isto influencia primariamente o

espaço axial do sistema. Para

sistemas de dupla embreagem seca

com limitações de espaço, existem

três abordagens básicas:

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7

Embreagens ativamente •

fechadas com pequena relação.

Embreagens ativamente •

fechadas com ajuste de

desgaste por sensor de carga

(LAC = Load Adjusted Clutch).

Embreagens ativamente •

fechadas com ajuste de

desgaste por sensor de curso

(TAC = Travel Adjusted Clutch).

D u p l a e m b r e a g e m

Embreagens ativamente fechadas

com pequena relação

Uma solução simples e robusta para

o sistema de dupla embreagem é a

disposição com duas embreagens

Embreagens ativamente fechadas

com ajuste de desgaste por sensor

de força LAC (Load Adjusted Clutch)

Há aproximadamente 15 anos, a

LuK iniciou o desenvolvimento

de sistemas de ajuste para

embreagens secas, para compensar

mecanicamente o desgaste do

revestimento das embreagens.

O resultado é a embreagem

auto-ajustável SAC [1-4], que

tem sido produzida em série por

aproximadamente 10 anos, utilizada

em várias transmissões manuais e

automatizadas.

Parece lógico aplicar essa

comprovada tecnologia também nas

duplas embreagens secas.

ativamente fechadas que tenha

uma relação interna de alavanca de

aproximadamente 2:1, sem recursos

para compensação de desgaste

do revestimento (figura 7). Nessa

solução, o ponto zero das lingüetas

da mola alavanca se altera em

função da relação da embreagem.

Essa alteração no percurso deve ser

levada em consideração no desenho

do sistema de acionamento. Porém,

a desvantagem dessa solução é

que as forças de acionamento são

maiores devido à pequena relação

da embreagem, de modo que

somente motores até 150Nm podem

ser operados, mantendo forças de

acionamento aceitáveis.Figura 7

Figura 6

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8

D u p l a e m b r e a g e m

Para atender aos requisitos

específicos relacionados a duplas

embreagens, tais como embreagens

ativamente fechadas e o contorno

de revolução extremamente

enxuto para as duas embreagens

e para os dois sistemas de

acionamento, foi necessário ampliar

o desenvolvimento do sistema. O

resultado é o desenvolvimento de

um sistema de dupla embreagem

baseado no princípio de sensor de

força – LAC, aprovado em todos

os testes de funcionalidade e

resistência (figura 8).

Para obter o ajuste de desgaste

no LAC, a mola alavanca de cada

conjunto de acoplamento está

sujeita a um ponto de contato

axial ou sensor de carga por mola

sensora. Além disso, ambas as

molas alavanca são suportadas

na tampa da embreagem por meio

de um anel com rampas. A tampa

da embreagem provê as rampas

opostas em ambos os lados, num

desenho particularmente compacto.

Como nas embreagens auto-

ajustáveis, o desgaste é detectado

pela mola sensora por meio da

alteração na força da mola alavanca

e compensado pelo anel de ajuste

rotativo. O ajuste de desgaste é

totalmente automático, livre de

sobreposições e em incrementos

bem pequenos, de forma que

não haja exigências adicionais ao

sistema automatizado de controle

de embreagem. Portanto, ambas as

embreagens podem ser ajustadas,

de forma que a posição da mola

alavanca permaneça praticamente

inalterada, apesar do desgaste, e

o espaço axial requerido para todo

o sistema fique minimizado. No

entanto, existe uma longa cadeia

de tolerância, desde as lingüetas

da mola alavanca da embreagem

até o sistema de atuador, que exige

compensação de tolerâncias por

meio de cunhas específicas

na transmissão.

Para evitar esse processo demorado,

nas fábricas de montagem

automotiva, não estão sendo

poupados esforços para desenvolver

uma dupla embreagem com novo

ajuste de desgaste. A abordagem

mais promissora da atualidade

parece ser um mecanismo de

compensação de desgaste que

se ajuste por meio de um curso

constante de acionamento

(engage stroke).

Figura 8

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9

D u p l a e m b r e a g e m

Embreagens ativamente fechadas

com ajuste de desgaste por sensor

de curso TAC (Travel Adjusted

Clutch)

No desenvolvimento de duplas

embreagens secas, a questão

central é a implementação da

funcionalidade exigida no contorno

de revolução disponível em

veículos modernos. O objetivo é

criar sistemas nos quais as funções

estejam integradas de forma

inteligente nos componentes e as

tolerâncias dos sistemas sejam,

em grande parte, eliminadas. De

especial interesse é a tolerância

axial envolvendo as duas

embreagens e os sistemas de

acionamento. Para cumprir essas

exigências, estão sendo feitos

grandes esforços para desenvolver

um novo sistema de dupla

embreagem: a embreagem ajustada

ao Travel Adjusted Clutch (TAC).

O TAC tem dois ajustadores de

desgaste, que podem compensar

o desgaste de revestimento e as

alterações em componentes de

acionamento, resultantes das

tolerâncias de montagem ou

desgaste. O novo ajustador de

desgaste tem uma mola com dentes,

descrita como mola acionadora

(drive spring), usada não apenas

para detectar o desgaste, mas

também como componente

acionador para o sistema de rampas.

A figura 9 mostra a mola acionadora,

com um conjunto dentado exterior,

nas duas posições extremas:

embreagem aberta e embreagem

fechada. Quando o desgaste

acontece, o movimento axial

da mola alavanca aumenta, de

modo que os dentes no braço

direito da mola acionadora pulam

uma posição. Como resultado, a

embreagem abre, exercendo um

torque na mola acionadora que,

então, gira e os dentes do braço

esquerdo pulam uma posição. A

mola alavanca está firmemente

conectada à mola acionadora

rotativa em direção circunferencial

e, conseqüentemente, também

gira. A compensação de desgaste

é obtida quando as lingüetas da

mola alavanca formam rampas

circunferenciais suportadas

axialmente, por exemplo na placa

de pressão. Porém, o ajuste de

desgaste por sensor requer um

sistema especial de acionamento,

no qual a força máxima possa

ser restringida com precisão

relativamente alta.

Figura 9

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10

D u p l a e m b r e a g e m

A Embreagem Úmida

Complexidade e exigências

As duplas embreagens já existentes

ou com lançamento previsto para

um futuro próximo são acionadas

por meios hidráulicos. As câmaras

de pressão giram na velocidade do

motor de combustão interna

(figura 10). Esse conceito com

pistões atuadores rotativos é

também usado, geralmente,

nas embreagens das clássicas

transmissões automáticas

por conversores.

Para movimentar o óleo da

unidade hidráulica até as câmaras

de pressão, são necessárias

passagens rotativas, com vedações

dinâmicas que permitem pequenos

vazamentos. Esses vazamentos são

um dos motivos da necessidade

de haver um conjunto de potência

adicional para manter a embreagem

no ponto de contato enquanto o

motor não está girando, visando

garantir a funcionalidade de start /

stop. Assim, quando o motor volta

a funcionar, a embreagem pode ser

fechada de forma fácil e rápida.

As câmaras de pressão estão

seladas por duas vedações:

uma na parte interior e outra

na parte exterior do diâmetro.

Para compensar a influência da

pressão centrífuga do óleo que

se forma sob a rotação, câmaras

de óleo adicionais são incluídas

paralelamente às câmaras de

pressão. Pelo menos, mais uma

vedação será necessária para cada

câmara. As vedações são, em grande

parte, responsáveis pela histerese

no acionamento de embreagem.

No entanto, a LuK adota,

principalmente, um conceito de

acionamento que utiliza molas

alavanca similares àquelas

usadas em embreagens secas,

ativamente fechadas (figura 11).

A força é aplicada por elementos

não rotativos e de acionamento

estático, por meio de rolamentos de

embreagem, até as molas alavanca

que giram na velocidade do motor

[5]. Portanto, os rolamentos de

embreagem são a interface entre

as partes estacionárias e rotativas.

A mola alavanca está suportada

pela catraca e aciona um anel, que

pressiona o conjunto de discos. Se

um atuador falhar, a embreagem

abre automaticamente por causa

da força da mola alavanca. As

forças de acionamento externas

são suportadas diretamente,

deixando o eixo de virabrequim

livre de forças axiais.

A vantagem é que esse conceito

pode ser usado em diversos

sistemas de acionamento. Com

a utilização dos elementos de

acionamento hidrostático ou

alavancas rotativas ou giratórias,

em combinação com cilindros

escravos, podem ser usados os

clássicos sistemas de controle

hidráulico e conjuntos de

power pack. Também pode

Figura 10 Figura 11

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11

D u p l a e m b r e a g e m

do funcionamento do motor, mas

também não há necessidade de

bombeamento permanente de óleo

para manter a embreagem no ponto

de operação. A inexistência de

vedação oferece – em comparação

com as clássicas embreagens

úmidas – valores de histerese

muito bons e modulação sensível

das embreagens (figura 12). A

forma especial das lingüetas da

mola alavanca permite a fácil

compensação das forças centrífugas.

Não há motivos para temer a

comparação entre a embreagem

úmida, acionada por alavanca, e

a embreagem seca, em termos de

exigências e complexidade

(figura 13). Nesse ponto, é

importante saber que sistemas

de dupla embreagem úmida não

requerem mecanismos de ajuste

de desgaste. A lubrificação a óleo

do rolamento e o mecanismo do

atuador evitam a necessidade de

vedação e permitem dispensar os

tratamentos especiais de superfície.

A lubrificação a óleo também

assegura perdas menores

e histerese.

São dispensáveis os materiais

fundidos das embreagens secas.

A função desses materiais é a

armazenagem térmica – uma tarefa

desempenhada pelo óleo nas

embreagens úmidas.

Como é assegurado o resfriamento

de óleo em um sistema de

acionamento movido eletricamente?

É usada uma bomba de circulação,

controlada por sucção [5], figura 14,

que é acionada diretamente pelo

motor de combustão interna. Uma

bomba rotativa, de baixo custo, está

instalada no setor da transmissão

ser adaptado um sistema de

acionamento eletromecânico.

Sistemas de acionamento movidos

eletricamente, independente de

combustão interna, beneficiam-se

da condição da não ocorrência de

vazamento. Esse é um pré-requisito

importante para a hibridização da

transmissão como um todo, porque

não apenas as embreagens podem

ser acionadas independentemente

Figura 12

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12

refrigerador de óleo, antes de ser

injetado à embreagem como agente

de resfriamento.

Com a válvula de controle de sucção

na posição “frio”, o volume do fluxo

é determinado pelo índice teórico

de deslocamento da bomba. Nesse

estágio, o fluxo de óleo adequado

flui através do refrigerador e

mantém o equilíbrio térmico de toda

a transmissão durante “hill holding”

e “uphill creeping” (segurar na

ladeira e subida progressiva).

Na posição “drive”, o volume

do fluxo de óleo pode ser

gradativamente reduzido. O óleo

apenas previne a queima dos

revestimentos da embreagem

aberta e assegura o resfriamento

da embreagem acionada.

Nessa condição de operação,

aproximadamente 2 a 3 l/min

de fluxo de óleo fluem através

do refrigerador de óleo. Essa

quantidade de óleo fornece

resfriamento suficiente para as

pequenas perdas adicionais no

automática. A engrenagem externa

da bomba é acionada diretamente

por um estágio de engrenagem.

Isso permite uma disposição radial

neutra na caixa da embreagem e

também economiza o trabalho de

vedação na engrenagem interna.

Em aplicações híbridas, a bomba

também pode ser acionada por

um eixo vazado, por meio de

uma embreagem de rolos duplos,

para assegurar o resfriamento da

embreagem mesmo quando

o motor de combustão interna

estiver desligado. Existe uma

válvula de controle de sucção,

que pode se nivelar às exigências

de fluxo de óleo refrigerante,

durante a operação e o acionamento

da embreagem. Essa bomba

movimenta o óleo através de um

D u p l a e m b r e a g e m

Figura 13

Figura 14

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13

bombeamento – comparável a um

câmbio manual de aproximadamente

1kW durante um percurso rápido –

e, por isso, mantém um equilíbrio

térmico estável em toda

a transmissão.

Como a bomba é usada apenas

para resfriamento e lubrificação

da embreagem, somente devem

ser consideradas as perdas de

pressão no refrigerador de óleo e

nos dutos – assim, as pressões na

bomba bem abaixo de 1 bar ocorrem

em uma faixa relevante para o

consumo, e as pressões máximas

abaixo de 5bar ocorrem durante

o resfriamento da embreagem e

baixas temperaturas de óleo.

Essas baixas pressões permitem

um salto tecnológico na seleção do

material da bomba, que já pode ser

feita praticamente toda em plástico.

A válvula de controle de sucção

pode ser facilmente integrada à

carcaça da bomba. Devido ao uso

de plástico, não são necessárias

peças usinadas, obtendo-se um

significativo custo x benefício

(figura 15).

A combinação da dupla embreagem

úmida, acionada por alavanca, com

o conceito de resfriamento simples e

robusto reduz significativamente

a complexidade da embreagem

úmida, sem comprometer

sua funcionalidade.

A LuK também está trabalhando

em conceitos de resfriamento que

utilizam o refrigerador de óleo em

forma de anel e a energia cinética

do óleo rotativo que emerge da

embreagem para criar a circulação

do óleo refrigerante (figura 16). Um

jato-bomba assegura o intercâmbio

constante entre o óleo circulante e

o reservatório de óleo. Isso também

permite a utilização completa do

reservatório de óleo como um

difusor de calor em situações com

D u p l a e m b r e a g e m

Figura 16

grandes dissipações de energia.

Essas medidas permitem um

layout de tubulação, o uso de um

refrigerante mais econômico e até

mesmo a eliminação da bomba de

plástico, que já é barata.

Figura 15

Page 14: Download (PDF, 3.01 MB)

14

D u p l a e m b r e a g e m

Consumo de combustível

Aliar a alta eficiência da

transmissão ao consumo favorável

de combustível é uma das

questões mais importantes no

desenvolvimento de transmissões

com dupla embreagem.

Os dados de consumo de

combustível fornecidos pelos

fabricantes automotivos mostram,

ao serem analisados, que a alta

eficiência da transmissão mecânica

não necessariamente oferece baixo

consumo durante o ciclo (figura 17).

É o que ocorre em veículos a diesel,

com graus de potência baixos e

moderados, nos quais as vantagens

da transmissão com dupla

embreagem ainda não podem ser

constatadas. Até as transmissões

CVT, que apresentam pequena

desvantagem na faixa de carga

parcial com relação à eficiência

do variador, dão resultados um

pouco melhores ou comparáveis.

Atualmente, a transmissão com

dupla embreagem somente oferece

vantagens nos motores a gasolina,

de alta potência.

Por que isso ocorre? Os engenheiros

de desenvolvimento de transmissões

CVT têm compensado as pequenas

desvantagens relacionadas ao

variador com a aplicação de bombas

de fluxo duplo e turbo-bombas, bem

como com a adoção de um conceito

hidráulico otimizado, em termos de

baixas pressões operacionais e de

tamanho da bomba.

O rendimento das transmissões da

dupla embreagem, as massas de

inércia das embreagens úmidas,

a viabilidade de lubrificação e a

estratégia adequada de pré-seleção

para eliminar torques de arraste

na embreagem desacoplada já

oferecem boas condições para

exploração das vantagens adicionais

do sistema e para eliminação das

desvantagens, em comparação com

outros conceitos de transmissão e

também em relação à transmissão

com dupla embreagem seca.

A maior parte das perdas no

bombeamento é causada pela

bomba hidráulica, que, por um lado,

deve fornecer grandes quantidades

de óleo refrigerante para resfriar

as embreagens e, por outro, gerar

pressão operacional para fechá-

las. Esse conflito de interesses

requer o uso de bombas de

maiores tamanhos, com mais altas Figura 17

Page 15: Download (PDF, 3.01 MB)

15

pressões nos sistemas, que hoje são

encontradas no mercado. Estudos

mostraram que, a uma velocidade

constante de 50 km/h, as perdas

no bombeamento influenciaram o

consumo de combustível de uma

minivan de 250Nm a diesel em

aproximadamente 7%. No ciclo

misto, esse valor foi de 7 a 8 %.

Existe aqui um enorme potencial de

melhora. A embreagem acionada

por alavanca, em combinação

com um sistema de acionamento

eletromecânico ou eletro hidráulico

e uma bomba de circulação

exclusiva para o óleo refrigerante,

oferece boas condições para

essa melhora. As perdas elétricas

no conjunto de potência eletro

hidráulico, nos motores elétricos do

sistema de acionamento mecânico

ou na válvula de controle de sucção

controlada eletricamente, ocorrem

na mesma grandeza que as perdas

das numerosas comutações, PWM

e solenóides proporcionais nas

clássicas unidades de controle

hidráulico. Portanto, é permissível

que nos concentremos apenas

na comparação das perdas

no bombeamento.

Perdas no bombeamento, de

circulação praticamente sem

pressão, estão aproximadamente

1% acima no caso dos 50 km/h e

no ciclo misto. Portanto, podem

ser constatados benefícios de

aproximadamente 6 a 7% em

comparação com o “estado da

arte” (figura 18). Mesmo usando-

se conceitos hidráulicos clássicos,

otimizados com um jato-bomba,

podem ser obtidos benefícios de

consumo na ordem de 5% ou mais.

Com base nessas observações, fica

claro que a embreagem úmida não

pode ser responsabilizada pelo

consumo maior de combustível, pois

os conceitos de acionamento e de

resfriamento é que são decisivos

para o consumo. Se as perdas

forem reduzidas ativamente e bem

exploradas as vantagens, tais como

as forças mais baixas de inércia e

lubrificação de óleo em esguicho, os

valores de consumo chegarão bem

próximos aos dos sistemas secos.

O uso de acionadores elétricos

para o acionamento de embreagem

e câmbio oferece boas condições

para a capacidade de hibridização

de transmissões com dupla

embreagem. É possível economizar

o custo extra de um conjunto de

potência adicional nos clássicos

sistemas de controle hidráulico,

que visam assegurar o enchimento

prévio das embreagens, enquanto

o motor de combustão interna é

desligado. Essa economia pode ser

obtida com o uso de acionadores

elétricos independentes do motor de

combustão interna.

Como resultado, esse conceito de

acionamento, em combinação com

uma embreagem úmida acionada

por alavanca, atende às exigências

do futuro.

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Figura 18

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16

As duplas embreagens úmidas e

secas têm vantagens e desvantagens

específicas quando são analisadas

suas condições gerais: capacidade

de torque, espaço axial, consumo de

combustível, vida útil, aptidão para

lidar com situações de alta energia e

custos. Dependendo da ponderação

e filosofia do cliente, podem ocorrer

decisões diferentes na escolha de

uma dessas embreagens.

É a força do mercado que

determinará se a transmissão

com dupla embreagem quebrará

barreiras ou será um produto de

nicho de mercado. Atualmente, as

transmissões de dupla embreagem

ainda têm algum potencial em

termos de consumo de combustível

e custos, quando comparadas aos

CVTs e às melhores transmissões

automáticas escalonadas [6-10].

Em todos os conceitos de

transmissão automática, também

deve ser dada atenção à questão

da hibridização. Com princípios

simples de ajuste de desgaste e

de maior robustez em situações de

alta energia, as duplas embreagens

secas também se tornaram uma

importante alternativa para torques

de motores moderados e altos.

Muito da tecnologia em embreagens

secas foi repassado aos sistemas

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Conclusão

de embreagens úmidas. Agora, já

é possível unir as vantagens dos

acionadores elétricos combinados

com bomba de circulação, com as

vantagens em situações de alta

energia e espaços axiais restritos,

especialmente em altos níveis

de potência.

A decisão a favor das duplas

embreagens úmidas ou secas

depende das exigências específicas

do cliente, dos parâmetros do

veículo e do sistema de transmissão,

como torque do motor, relação da

transmissão e peso do veículo,

bem como espaço axial e condições

de resfriamento. A decisão variará

em função da categoria do

veículo [11] (figura 19). Um utilitário

tipo pickup, de 880 Nm, ainda pode

ser equipado com dupla embreagem

seca, enquanto que uma van com

motor de 400Nm poderá requerer

embreagem úmida.

Em ambos os casos, poderá ser

considerado vantajoso um sistema

de acionamento eletromecânico ou

eletro hidráulico, com o objetivo

de chegar a um consumo de

combustível favorável – comparado

ao ideal – ou criar condições

para hibridização. As soluções

apresentadas aqui mostram que isso

não precisa estar, necessariamente,

associado a soluções complexas e

custos adicionais.

Desde que embreagens úmidas

ou secas acionadas por alavanca

tenham a mesma interface para

receber o sistema de acionamento,

Figura 19

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17

ou seja, os rolamentos de

embreagem, é possível chegar

a um conceito modular [5, 11]

(figura 20). Em transmissões

idênticas, com acionamento de

câmbio eletromecânico ou eletro

hidráulico, as embreagens úmidas

e secas podem ser posicionadas

no compartimento de embreagem,

utilizando um sistema de

acionamento idêntico. Todas as

adaptações necessárias, tais como

montagem adicional da bomba de

circulação e válvula de controle de

sucção para as duplas embreagens

úmidas, podem ficar restritas ao

compartimento de embreagem,

que deve, na maioria dos casos, ser

adaptado aos padrões de montagem

dos diferentes flanges de motor.

O resultado é que a mesma

transmissão básica, incluindo

os acionamentos, pode ser

facilmente combinada com as

exigências diferenciadas dos

clientes, atendendo futuramente a

necessidades específicas.

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Figura 20

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[1] Berger, R.; Meinhard, R.; Bünder, C.: Das Parallel-Schalt-Getriebe PSG – Doppelkupplungsgetriebe mit Trockenkupplungen, 7. LuK Kolloquium 2002

[2] Kimmig, K.-L.: Die selbsteinstellende Kupplung SAC der 2. Generation, 6. LuK Kolloquium 1998

[3] Reik, W.; Kimmig, K.-L.: Selbsteinstellende Kupplungen für Kraftfahrzeuge, VDI Bericht 1323 (1997), S. 105-116

[4] Reik, W.: Die selbsteinstellende Kupplung, 5. LuK Kolloquium 1994

[5] Reik, W.; Friedmann,O.; Agner, I.; Werner, O.: Die Kupplung – das Herz des Doppelkupplungsgetriebes, VDI-Berichte Nr. 1824, Getriebe in Fahrzeugen 2004

[6] Katalog 2005 der “Automobil Revue”, Bern (Schweiz), Seiten 121-135, 138-152, 232-243, 335-357, 397-411, 433-437, 526-546

[7] DSG-Anwendungen in www.volkswagen.de und www.audi.de vom 16.02.2006

[8] Multitronic®-Anwendungen aus Preisliste A4, Audi AG, Stand 01.01.2006 und Preisliste A6, Audi AG, Stand 01.01.2006

[9] Autotronic®-Anwendungen in www.mercedes-benz.de vom 16.02.2006

[10] Mäder, K. M.: Continuously Variable Transmission: Benchmark, Status & Potentials, Folie 19, Dokumentation 4. Internationales CTI-Symposium, Innovative Fahrzeug-Getriebe, 2005

[11] Wagner, U.; Berger, R.; Friedmann, O.; Esly, N.: Elektromotorische Automatisierung für Doppelkupplungsgetriebe,

VDI-Berichte Nr. 1824, Getriebe in Fahrzeugen 2004

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Bibliografia

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