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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
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
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
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
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:
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
D u p l a e m b r e a g e m
Figura 18
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
D u p l a e m b r e a g e m
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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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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