A transmissão continuamente variável (CVT), imaginada por Leonardo da Vinci há mais de 500 anos, vem sendo usada em substituição às
caixas automáticas de engrenagens planetárias, ou seja, as tradicionais, em alguns automóveis. Desde que a primeira
patente de CVT toroidal foi registrada, em 1886, a tecnologia foi refinada e aprimorada. Hoje em dia, diversos fabricantes de carros, incluindo a General Motors, Audi e Nissan (no Brasil, a Honda, com o Fit) estão produzindo modelos equipados com CVTs.
Quais as semelhanças entre a CVT e a caixa automática planetária?Neste artigo, vamos explorar o funcionamento da CVT em um carro com motor dianteiro e tração traseira, e responder algumas perguntas, como:
- Como ela se divide e como estas partes funcionam?
- Quais as vantagens que as CVTs têm sobre as caixas automáticas convencionais? Quais as desvantagens?
- Como é dirigir um carro com câmbio CVT?
- Quais os fabricantes e modelos que usam as CVTs?
- Além de automóveis, existem outras utilidades para as CVTs?
Vamos começar com algumas instruções básicas sobre transmissões.
Se você leu sobre a estrutura e funcionamento das transmissões automáticas em
Como funcionam os câmbios automáticos, então já sabe que a função da caixa é mudar a relação da rotação entre o motor e as rodas do automóvel. Em outras palavras, sem o câmbio os carros só teriam uma marcha, que seria a marcha que permitiria ao carro viajar na velocidade máxima desejada. Imagine dirigir um carro que só tivesse a primeira marcha, ou um que só tivesse a terceira. O primeiro carro sairia da inércia de forma eficiente e seria capaz de subir uma ladeira íngreme, mas sua velocidade máxima seria limitada a alguns poucos quilômetros por hora. Porém, o outro carro andaria a 130 km/h numa estrada, mas não teria quase aceleração ao sair de parado e não seria capaz de subir ladeiras.
O câmbio usa uma escala de marchas, da mais baixa para a mais alta para ter um melhor aproveitamento do torque do motor, conforme as condições de utilização do veículo encontradas. As marchas podem ser trocadas manual ou automaticamente
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Introdução à CVTEm uma caixa automática tradicional, as marchas são literalmente
engrenagens: rodas dentadas que se interligam e ajudam a transmitir e modificar sentido de rotação e torque. A combinação de engrenagens cria todas as diferentes
relações de marchas que a caixa pode produzir; normalmente quatro marchas a frente e uma a ré. Quando nesse tipo de câmbio as marchas vão sendo trocadas, o motorista pode sentir um tranco a cada troca.
Diferente das caixas automáticas tradicionais, as do tipo continuamente variáveis não possuem uma caixa de mudança com um certo número de marchas, o que significa a ausência das rodas dentadas que se interligam. O tipo mais comum de CVT funciona com um engenhoso
sistema de polias, que permite uma infinita variabilidade entre a marcha mais alta e a mais baixa sem degraus mesmo discretosou mudanças de marchas.
e Ford Motor Se você está se perguntando por que a palavra "marcha" ainda aparece na explicação da CVT, lembre-se, de uma maneira ampla, uma marcha se refere a uma relação de rotação entre o virabrequim e árvore de transmissão. Ainda que as CVTs mudem essa relação sem utilizar um conjunto de marchas planetárias, elas ainda são descritas como tendo "marchas" baixas e altas por questão de convenção.
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Sem engrenagens: a cronologia da inovação da CVT
- 1490 - Da Vinci faz um esboço de uma transmissão contínua variável sem degraus.
- 1886 - registrada a primeira patente de CVT toroidal.
- 1935 - Adiel Dodge recebe a patente da CVT toroidal.
- 1939 - introduzido o sistema de caixa totalmente automática baseado em engrenagens planetárias.
- 1958 - Daf (da Holanda) fabrica um carro com câmbio CVT.
- 1989 - o Subaru Justy GL é o primeiro carro vendido nos EUA com câmbio CVT.
- 2002 - o Saturn Vue com uma CVT estréia; é o primeiro Saturn que oferece tecnologia CVT.
- 2004 - a Ford começa a oferecer uma CVT.
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CVTs baseadas em polias
Ao observar uma caixa automática planetária, você verá um mundo complexo de dispositivos, como engrenagens, cintas, embreagens e governadores. Em comparação, uma caixa continuamente variável é um exemplo de simplicidade. A maioria das CVTs tem somente três componentes básicos:
- uma correia de metal ou borracha para alta potência;
- uma polia de entrada "condutora" variável;
- uma polia de saída "conduzida" também variável.
As CVTs também possuem vários microprocessadores e sensores, mas os três componentes descritos acima são os elementos-chave que permitem que a tecnologia funcione.
As polias com diâmetro variável são o coração da CVT. Cada polia é composta de dois cones de 20 graus um de frente para o outro e capazes de se aproximarem ou se afastarem entre si. Uma correia passa no canal entre os dois cones. Correias em Vsão recomendadas no caso de serem feitas de borracha. Elas têm esse nome pelo fato de terem uma seção transversal em forma de V, o que aumenta a aderência da correia devido ao atrito.
Quando os dois cones da polia estão afastados (diâmetro pequeno), a correia passa na parte do canal que ficou mais baixa, fazendo com que o raio da correia em torno da polia diminua. Quando os cones estão juntos (diâmetro grande), a correia passa pela parte do canal que ficou mais alta e o raio fica maior. As CVTs podem usar pressão hidráulica, força centrífuga ou tensão por meio de molas para criar a força necessária para ajustar as metades das polias.
Polias de diâmetro variável devem vir sempre em pares. Uma das polias conhecida como polia condutora é ligada ao virabrequim do motor. A polia condutora também é chamada de polia de entrada, porque é por onde a força do motor entra no câmbio. A outra polia é chamada de polia conduzida, porque é acionada pela condutora. Como polia de saída, a polia conduzida transfere potência para a árvore de transmissão (lembre-se que estamos falando de um carro de tração traseira).
A distância entre o centro das polias até onde a correia entra em contato com o canal é chamado de passo de raio de distância. Quando as polias estão separadas, a correia passa mais baixo e o raio diminui. Quando as polias estão próximas, a correia passa mais alto e o raio aumenta. A relação dos passos de raios entre as polias condutoras e as conduzidas é o que determina a relação de uma marcha.
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Quando uma polia aumenta o seu raio, a outra o diminui para manter a correia tensionada. Quando as duas polias mudam seus raios entre elas, criam um número infinito de relações de marchas da mais baixa até a mais alta e qualquer uma entre elas. Por exemplo, quando o passo de raio é menor na polia condutora e maior na polia conduzida, a rotação da polia conduzida diminui, tendo como resultado uma "marcha" mais baixa (curta). Quando o raio de distância é maior na polia condutora e menor na polia conduzida, a velocidade de rotação da polia conduzida aumenta, tendo como resultado uma "marcha" mais alta (longa). Assim dizendo, em teoria, uma CVT tem um número infinito de "marchas" que podem ser utilizadas a qualquer momento, em qualquer motor ou velocidade.
A simplicidade e a inexistência de degraus entre marchas das CVTs fazem delas o câmbio ideal para uma gama de máquinas e dispositivos, não apenas carros. As CVTs têm sido usadas há anos em máquinas-ferramenta e furadeiras de bancada. Também são utilizadas em diversos veículos, incluindo tratores, snowmobiles (veículos para neve com esteiras) e scooters. Em todos esses casos, as caixas têm contato com correias de borracha de alta densidade, as quais podem patinar e afrouxar, reduzindo assim sua eficiência.
A introdução de novos materiais faz com que as CVTs sejam ainda mais confiáveis e eficientes. Um dos maiores avanços é a criação e desenvolvimento de correias metálicas para unir as polias. Essas correias flexíveis são compostas de diversas (algo entre nove ou doze) bandas de aço, que mantêm juntas finas e resistentes peças de metal em forma de laço.
Desenho da correia de metal
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As correias de metal não patinam e são altamente duráveis, possibilitando às CVTs adequação a motores de mais torque. Elas também são mais silenciosas do que as CVTs de correias de borracha
CVT Toroidal
Outra versão da CVT o sistema CVT toroidal substitui as correias e polias com discos e roletes de potência.
Foto cortesia de Nissan Global
A CVT toroidal Extroid da Nissan
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Ainda que tal sistema pareça drasticamente diferente, todos os seus componentes são parecidos com o sistema de polia e correia e levam aos mesmos resultados uma caixa continuamente variável. É assim que funciona:
- um disco conecta-se ao motor. É equivalente à polia condutora;
- outro disco conecta-se à árvore de transmissão. Este é equivalente à polia conduzida;
- roletes, ou rodas, localizados entre os discos agem como a correia, transmitindo energia de um disco para o outro.
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Essas rodas podem girar em dois eixos. Elas giram em torno do eixo horizontal e se inclinam para dentro ou para fora em torno do eixo vertical, permitindo que as rodas toquem os discos em áreas diferentes. Quando as rodas estão em contato com o disco condutor próximo ao centro, elas precisam entrar em contato com o disco conduzido perto da borda, resultando numa redução de rotação e um aumento do torque (ou seja, marcha baixa, curta). Quando as rodas encostam no disco condutor próximo à borda, elas precisam entrar em contato com o disco conduzido próximo ao centro, resultando em um aumento de rotação e uma diminuição do torque (ou seja, sobremarcha, marcha bem longa). Uma simples inclinação das rodas muda de maneira incremental a relação de marcha, proporcionando mudanças praticamente instantâneas e suaves.
CVTs Hidrostáticas
Tanto a CVT com polia e correia em V como a CVT toroidal são exemplos de CVTs de atrito, que trabalham variando o raio do ponto de contato entre dois objetos que giram. Existe um outro tipo de CVT, conhecida como CVT hidrostática, que utiliza bombas de deslocamento variável para variar a corrente de fluidos para os motores hidrostáticos. Nesse tipo de câmbio, o movimento rotativo do motor opera uma bomba hidrostática no lado condutor. A bomba converte movimento rotativo em fluxo de fluido. Então, com o motor hidrostático localizado no lado conduzido, o fluxo de fluido é convertido de volta em movimento rotativo.
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Freqüentemente, a caixa hidrostática é combinada a um conjunto de engrenagens planetárias eembreagens para criar um sistema híbrido conhecido como caixa hidromecânica. A caixa hidromecânica transfere energia do motor para as rodas em três diferentes modos. Em baixa velocidade, a potência é transmitida hidraulicamente, e em velocidade alta, a transmissão da potência é mecânica. No meio desses extremos, a caixa utiliza meios hidráulicos e mecânicos para transmitir a potência. Caixas hidromecânicas são ideais para serviços pesados, motivo para serem usadas em tratores agrícolas e outros tipos de veículo todo-terreno.
As caixas continuamente variáveis estão ficando mais populares por uma boa razão. Elas apresentam diversas vantagens que as fazem atraentes tanto a motoristas quanto ambientalistas. A tabela abaixo descreve algumas das características e benefícios mais importantes das CVTs.
Vantagens das CVTs
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| Característica | Benefício |
| Aceleração constante, sem degraus, desde a imobilidade até a velocidade de cruzeiro. | Elimina o "choque da troca" - deixa o rodar mais suave. |
| Funciona para manter o carro na sua melhor faixa de potência, independentemente da velocidade em que o carro está andando. | Menor consumo de combustível. |
| Melhor resposta a mudanças de condições, como acelerador e velocidade. | Elimina a caça de marchas conforme a velocidade diminui, desacelera especialmente subindo serras. |
| Menor perda de potência com uma CVT do que com uma caixa automática convencional. | Melhor aceleração. |
| Melhor controle da faixa de rotação num motor a gasolina. | Melhor controle de emissões. |
| Pode incorporar versões automatizadas de embreagens mecânicas. | Substitui ineficientes conversores de torque hidráulicos. |
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Carros com CVTs são comuns na Europa há anos, mas demorou um pouco para que a tecnologia colocasse um pé nos Estados Unidos. O primeiro automóvel com CVT vendido nos Estados Unidos foi o Subaru Justy.
Foto cortesia de Subaru France
Subaru Justy
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Vendido entre os anos de 1989 e 1993, o Justy nunca chamou a atenção dos motoristas americanos. Então, o que há de diferente nos novos carros com CVT - carros como o Saturn Vue, o Audi A4 e A6, o Nissan Murano e o Honda Insight? A melhor maneira de responder essa pergunta é fazer um "teste" com um desses carros. A animação abaixo, que compara a aceleração de um carro com CVT com a de outro sem, dá uma boa idéia do que esperar.
Quando você pisa no acelerador de um carro com caixa continuamente variável, sente a diferença imediatamente. O motor aumenta as rotações até atingir a de maior potência e fica lá, mas o carro não reage imediatamente. Momentos depois, a caixa começa a agir, acelerando o carro lentamente, de forma constante e sem nenhuma mudança. Em teoria, um carro com CVT deveria atingir 100 km/h 25% mais rápido do que o mesmo carro com o mesmo motor e câmbio manual [
ref]. Isso acontece porque a CVT transforma todos os pontos da curva de operação do motor em pontos correspondentes da sua própria curva de operação.
Se você olhar para o comportamento do motor de um carro sem a CVT, verá que é verdade. Repare que o conta-giros nesse caso indica o motor subindo e descendo de rotação a cada mudança de marcha, que é claramente visto como uma interrupção de aceleração (é quando o motorista sente algo como uma sacudida).
As CVTs são igualmente eficientes nas subidas. Não existe a "caça de marchas", porque a CVT passa direto e sem degrau para uma marcha mais apropriada para aquela determinada condição. Uma caixa reduz e sobe marcha diversas vezes até achar a marcha mais adequada, o que é menos eficiente.
Com todas essas vantagens, as CVTs possuem algumas deficiências. Nos Estados Unidos ainda se tenta superar um problema com a imagem. O Subaru Justy, por exemplo, ficou conhecido como um microcarro sem graça. Tradicionalmente, CVTs com correias eram limitadas na quantidade de torque que podiam suportar, além de serem maiores e mais pesadas do que suas correspondentes automáticas e manuais. Avanços tecnológicos colocaram as CVTs em igualdade de competição, a CVT do Nissan Murano suporta seus 3,5 litros, um motor V6 de 245 cv, mas a primeira impressão é difícil de superar.
