A ideia de que você não pode ensinar novos truques a um cachorro velho é um mito. A transmissão continuamente variável (CVT) prova isso. Leonardo da Vinci esboçou o conceito há mais de cinco séculos. Hoje, esta ideia antiga está substituindo a automação planetária em muitos veículos. General Motors, Audi, Honda e Nissan constroem seus sistemas de transmissão em torno dessa tecnologia. A primeira patente do CVT toroidal chegou aos livros em 1886. Os engenheiros a refinaram desde então.
Precisamos ver como esse sistema funciona em uma configuração de tração traseira. We also need to answer some pressing questions. Como isso difere de uma automática padrão? Quais são suas vantagens e desvantagens específicas? Isso muda a sensação de dirigir? Quais modelos de carros o utilizam? É usado em outro lugar?
Noções básicas de transmissão
Uma transmissão automática tradicional usa um conjunto fixo de marchas. O motor se conecta às rodas através de uma série de conjuntos de engrenagens planetárias. O computador alterna entre essas marchas. A velocidade do motor aumenta. O motorista sente cada mudança. Um CVT não possui marchas fixas. Ele usa um sistema de polias. Dois cones ficam frente a frente. Um cinto ou corrente passa entre eles. O sistema altera o diâmetro efetivo dos cones. Isso altera a relação de transmissão. The change is continuous. Não há etapas. O motor pode permanecer na velocidade mais eficiente. This is the core difference. Não é mágica. É uma mecânica simples.
Por que os CVTs parecem diferentes
Você já conhece o funcionamento básico de uma automática padrão. Ele troca relações entre o motor e as rodas. Sem ele, você ficaria preso a uma marcha. Imagine um carro apenas com a primeira marcha. It launches hard but hits a wall at 30 mph. Ou um com apenas terceira marcha. Ele voa na rodovia, mas não consegue nem sair da garagem. A transmissão preenche essa lacuna. Ele usa marchas baixas para torque e marchas altas para velocidade.
As automáticas tradicionais usam engrenagens físicas. Os conjuntos de engrenagens planetárias criam essas quatro ou cinco relações de avanço. Você sente a mudança. Um choque. Uma mudança no passo do motor. É mecânico. É tangível.
Depois, há a Transmissão Continuamente Variável (CVT). Isso quebra as regras.
O sistema de polias explicado
Um CVT não tem marchas. Zero. Sem rodas dentadas. Sem proporções fixas.
Em vez disso, ele depende de um sistema de polias. Duas polias conectadas por uma correia ou corrente. Uma polia está presa ao motor. O outro para a saída de transmissão.
Cada polia possui duas metades cônicas que podem se aproximar ou se separar. Isso altera o diâmetro efetivo da polia.
- Aproxime as metades: o cinto fica mais alto. O diâmetro aumenta.
- Deslize as metades: a correia desce mais. O diâmetro diminui.
Ao ajustar esses diâmetros, a transmissão altera a relação de transmissão. Imediatamente. Suavemente. Sem etapas.
É assim que um CVT atinge variabilidade infinita. Sem mudanças discretas. Sem solavancos. Apenas um aumento linear nas RPM do motor.
Como isso afeta a direção
As transmissões tradicionais saltam. 2º ao 3º ao 4º. A rotação do motor cai. O carro sacode ligeiramente.
Uma transmissão CVT mantém o motor em sua rotação de potência máxima. Ele se mantém estável. O carro acelera continuamente. O motor grita. A velocidade aumenta.
É por isso que os carros CVT parecem estar escorregando. O motor gira alto, mas a velocidade aumenta suavemente. Não há choque de mudança. Sem interrupção no fornecimento de energia.
Isso é melhor? Depende do que você deseja.
- Automóvel Tradicional : Engajamento. Sentir. Mudanças.
- CVT : Eficiência. Suavidade. Aceleração linear.
Para dirigir na cidade, um CVT costuma ser mais suave. Menos paradas e partidas. Menos mudança.
Para um cruzeiro em rodovias, pode parecer pouco natural. O motor permanece barulhento. O carro não “se acomoda” em uma marcha.
A mecânica por trás da suavidade
A correia ou corrente em um CVT deve suportar alto torque. Está sob tensão constante. As polias devem ajustar-se com precisão. A pressão hidráulica move os cones. Sensores monitoram a velocidade. A unidade de controle ajusta a proporção em tempo real.
Este sistema elimina a necessidade de um conjunto complexo de engrenagens planetárias. Menos peças móveis. Menos peso. Muitas vezes melhor economia de combustível.
Mas há uma compensação. O cinto pode escorregar. Se não for bem projetado, ele se desgasta. O efeito “elástico” é real. As rotações do motor aumentam antes que o carro o alcance.
Quando escolher um CVT
Se você prioriza eficiência de combustível e condução suave na cidade, um CVT é uma boa opção. Os CVTs modernos são confiáveis. Eles lidam bem com o torque. Eles são eficientes.
O jogo dos nomes: por que ainda dizemos “engrenagens”
Parece contraditório, não é? Você está olhando para uma transmissão que rejeita explicitamente os conjuntos de marchas tradicionais, mas o manual continua dizendo para você mudar para “marcha”. A palavra persiste porque, funcionalmente, uma engrenagem é apenas uma relação. Especificamente, é a relação entre a velocidade do virabrequim do motor e a velocidade de rotação do eixo motor. Um CVT não possui etapas fixas. Ele desliza entre as proporções infinitamente. Mas os humanos precisam de âncoras. Precisamos conceituar o limite inferior para torque e o limite máximo para cruzeiro. Portanto, chamamos esses pontos finais de “marcha baixa” e “marcha alta”. É uma terminologia desleixada, claro. Mas fica.
Uma rápida história de poder contínuo
A ideia não nasceu em um laboratório moderno. É antigo. Mais antigo que o próprio motor de combustão interna.
- 1490 : Leonardo da Vinci esboça um conceito para uma transmissão contínua. Ele está desenhando em um pergaminho; a tecnologia ainda não existe.
- 1886 : Alguém registra uma patente para um CVT toroidal.
- 1935 : Adiel Dodge obtém a patente dos EUA para seu design toroidal.
- 1939 : General Motors apresenta o Hydra-Matic. É totalmente automático, mas depende de engrenagens planetárias. A indústria gira fortemente em direção à complexidade.
- 1958 : Daf (Fábrica Automotiva Holandesa) coloca um CVT de correia e polia em um carro de produção. É pequeno, eficiente e amplamente ignorado pelos chefões americanos.
- 1989 : Subaru lança o Justy GL no mercado dos EUA. É o primeiro carro fabricado ou vendido nos Estados Unidos a oferecer um CVT. Sem alarde. Apenas um pequeno hatchback peculiar.
- 2002 : Saturno estreia o Vue. Primeiro Saturno a oferecer um CVT. É um experimento de eficiência de meados dos anos 2000.
- 2004 : A Ford começa a colocar CVTs em modelos como o Focus e o Escape. A onda começa a subir.
CVTs baseados em polias: o design dominante
Quando as pessoas pensam em um CVT, quase sempre pensam no sistema baseado em polias. É a configuração mais comum em automóveis de passageiros modernos. Por que? Porque funciona. Majoritariamente.
O mecanismo é elegantemente simples. Você tem duas polias de diâmetro variável. Um está conectado ao eixo de entrada do motor e o outro ao eixo de saída do eixo. Um cinto de metal (geralmente um cinto feito de elementos de aço e botões, não uma alça de borracha) passa entre eles.
Ao alterar a largura das ranhuras da polia, o sistema força a correia a ficar mais alta ou mais baixa no cone.
– Inferior no cone = menor diâmetro efetivo.
– Maior no cone = maior diâmetro efetivo.
Mude o equilíbrio e você mudará a proporção. Sem etapas. Sem barulhos. Apenas uma subida suave, embora às vezes barulhenta, da rotação do motor à medida que a velocidade aumenta.
Este design domina porque é leve e relativamente barato de fabricar em comparação com as alternativas. Mas tem limites. As correias de aço escorregam sob alto torque. É por isso que você raramente verá um CVT baseado em polia em um caminhão pesado ou em um carro esportivo de alto desempenho sem reforço significativo. O cinto é o elo mais fraco.
A anatomia da simplicidade
Olhe dentro de uma transmissão automática planetária e você estará diante de um emaranhado mecânico. Malha de engrenagens. Braçadeira de freio. As embreagens engatam. Dispositivos governamentais gerenciam o caos. É uma engenharia complexa.
Agora observe uma transmissão continuamente variável (CVT). É um estudo de minimalismo.
A maioria dos CVTs depende de apenas três componentes principais para funcionar. É assim que uma transmissão CVT atinge sua faixa de relação exclusiva:
- Um cinto de metal ou borracha de alta resistência
- Uma polia “condutora” de entrada variável
- Uma polia de saída “acionada”
Existem microprocessadores e sensores envolvidos. A eletrônica gerencia os pontos de mudança. Eles monitoram a temperatura e a carga. Mas essa é a equipe de apoio. Os três itens listados acima são os atores principais. Eles são os elementos-chave que permitem que a tecnologia funcione.
Como a correia CVT realmente se move
As polias de diâmetro variável são o coração mecânico de uma transmissão continuamente variável. Cada unidade consiste em dois cones com um ângulo de 20 graus, um de frente para o outro, com um espaço entre eles. Um cinto fica nessa lacuna. Se a correia for de borracha, quase sempre é uma correia em V. Você conhece o tipo. A seção transversal é em forma de V. Essa forma aumenta a aderência por fricção. Não é apenas para mostrar.
Quando os cones se afastam, o diâmetro da polia aumenta efetivamente. A correia afunda mais profundamente na ranhura. O raio do loop diminui. É uma mudança geométrica simples. Quando os cones se aproximam, o diâmetro diminui. O cinto sobe mais alto nos cones. O raio do loop se expande. Essa mudança constante é o que torna a transmissão única.
Como o sistema se move? Não é mágica. É física. A pressão hidráulica, a força centrífuga ou a tensão da mola geram a força necessária para ajustar as metades da polia. Um mecanismo ou outro empurra os cones. O cinto segue. A proporção muda. Suavemente. Sem etapas.
Entrada e saída: a dança da polia
Você não pode operar um CVT com apenas uma polia. Eles devem vir em pares.
A primeira unidade é a polia motriz. Alguns chamam isso de polia motriz. Ele se conecta diretamente ao virabrequim do motor. É também a polia de entrada. É aí que a energia do motor entra no sistema de transmissão. O motor gira. A polia gira.
A segunda unidade é a polia acionada. A primeira polia gira. É a polia de saída. A partir daí, a energia é transferida para o eixo motor. O poder avança. Toda a montagem depende deste loop contínuo. Um lado puxa. O outro lado segue. O cinto nunca para de se mover.
“A correia afunda mais profundamente na ranhura à medida que os cones se espalham, diminuindo o raio do laço.”
Este não é um quebra-cabeça complexo. É uma transferência direta de força. O motor fornece a energia. A polia de entrada o captura. O cinto transporta essa energia através da lacuna. A polia de saída entrega-o às rodas.
Não há engrenagem para encaixar no lugar. Nenhuma mudança repentina no RPM. Apenas um ajuste contínuo. Os ângulos do cone permanecem fixos. A posição do cinto muda. A proporção se adapta. Está sempre acontecendo. Mesmo quando você não está pensando nisso.
O cinto permanece esticado. Os cones empurram. O raio é ajustado. O carro se move.
Como a mecânica CVT realmente funciona
Puxe uma polia mais larga e a outra encolhe. O cinto permanece apertado. Este movimento cria relações de transmissão infinitas. Não há cliques. Sem etapas. Apenas uma faixa contínua de baixo a alto.
Pense no raio de inclinação. Se a polia motriz for pequena e a polia acionada for grande, a polia acionada gira mais lentamente. Você obtém uma marcha mais baixa. Vire. Polia motriz grande. Pequeno conduzido. A polia acionada gira mais rápido. Engrenagem mais alta.
Um CVT pode atingir qualquer relação em qualquer velocidade. Rotação do motor? Não importa. Velocidade do veículo? Irrelevante. Ele apenas encontra a proporção certa.
Além do automóvel de passageiros
Essa simplicidade contínua não se aplica apenas aos sedãs. Ferramentas elétricas os utilizam. As furadeiras contam com eles. Tratores. Motos de neve. Motonetas. Em todos os lugares você precisa de torque variável sem mudança.
Mas há um problema. Essas transmissões geralmente usam correias de borracha de alta densidade. Eles escorregam. Eles se esticam. Com o tempo, esse desgaste prejudica a eficiência. É uma troca entre suavidade e durabilidade.
Os CVTs tradicionais acionados por correia tinham limites. Os cintos de borracha escorregaram. Eles se desgastaram. Eles não conseguiam lidar com o torque dos motores modernos de desempenho. A indústria precisava de algo mais difícil.
Digite cintos de metal. Estas não são as correias em V do seu pai. Estamos falando de tiras finas de aço de alta resistência. Normalmente nove ou doze deles. Eles unem peças de metal em forma de gravata borboleta.
O resultado? Nenhum deslize. Alta durabilidade.
Essas correias metálicas transferem torque com muito menos perdas. Eles também funcionam mais silenciosamente. Você para de ouvir aquele guincho de borracha sob forte aceleração. O CVT simplesmente… funciona.
CVTs toroidais
Mas os cintos de metal ainda têm teto. Digite o CVT toroidal.
É uma fera completamente diferente. Sem polias. Sem cintos. Em vez disso, ele usa discos e rolos elétricos.
Pense desta forma: um sistema de correia e polia, mas construído com superfícies planas e esferas rolantes. A matemática é a mesma. O resultado é o mesmo. Razão variável. Entrega de energia suave.
Aqui está a anatomia do caminho do torque:
- Disco de entrada : Conecta-se diretamente ao virabrequim do motor. Atua como a polia motriz.
- Disco de saída : Conecta-se ao eixo de transmissão. Atua como a polia acionada.
- Rolos motorizados : Sentem-se entre os dois discos. Eles transmitem força. Eles alteram o raio efetivo mudando de posição.
Este design suporta cargas mais altas. É mais compacto. E elimina totalmente o problema de estiramento da correia.
“O sistema toroidal substitui a flexibilidade pelo contato giratório rígido.”
Por que isso importa?
Porque a capacidade de torque aumenta. Com correias, você fica limitado pelo atrito e pela resistência à tração. Com toroides, você fica limitado pela dureza e lubrificação do material. Esse é um teto muito mais alto.
A Mercedes usou isso no C-Class CVT da década de 1990. Ele falhou. Principalmente devido à complexidade de fabricação. Mas o conceito era sólido.
Hoje, à medida que a ciência dos materiais avança, os CVTs toroidais estão ressurgindo silenciosamente. Não em carros econômicos. Em híbridos de alto desempenho. Onde a eficiência encontra a densidade de torque.
A mudança da correia para o disco não é apenas incremental. É estrutural.
E se você está se perguntando qual montadora está apostando alto nisso… bem, eles não estão falando muito. Ainda.
Mas a lógica da engenharia se mantém. Nenhum deslize. Sem alongamento. Apenas rolando fricção.
É mais limpo. É mais difícil. É o próximo passo lógico depois dos cintos de metal.
Ele substituirá os CVTs de correia de pressão?
Provavelmente não em sedãs do mercado de massa. Muito caro para fazer. Mas em aplicações onde o espaço e o torque são importantes? Já está ganhando.
A mecânica das mudanças suaves na proporção
As rodas não giram apenas. Eles giram em torno de um eixo horizontal enquanto se inclinam para dentro ou para fora em torno de um eixo vertical. Esse movimento duplo é o que permite que as rodas toquem diferentes partes dos discos motrizes e acionados. A geometria determina a relação de transmissão.
Quando as rodas tocam o disco motriz próximo ao centro, elas devem encontrar o disco acionado próximo ao seu aro. Esta configuração cria uma redução na velocidade e um aumento no torque. Pense nisso como uma marcha baixa.
Inverta a inclinação. Agora as rodas entram em contato com o disco de acionamento próximo ao aro. Eles atingiram o disco acionado próximo ao seu centro. A velocidade aumenta. Quedas de torque. Isso é overdrive.
Uma simples inclinação muda tudo. A relação de transmissão muda gradativamente. O resultado são mudanças de proporção suaves e quase instantâneas. Sem idiotas. Sem interrupções.
CVTs hidrostáticos
CVTs de fricção, como polia e correia em V ou sistemas toroidais, funcionam alterando o raio onde dois objetos se tocam. Mas há outra fera. O CVT hidrostático.
Este sistema não depende apenas do atrito. Ele usa bombas de deslocamento variável para controlar o fluxo de fluido em motores hidrostáticos. A física é diferente. O resultado é semelhante.
O movimento rotacional do motor aciona uma bomba hidrostática no lado de entrada. A bomba transforma a rotação em fluxo de fluido. Então, um motor hidrostático no lado de saída pega a energia do fluido e a converte novamente em movimento rotacional.
É um circuito fechado de pressão e fluxo. Sem cintos. Sem cones. Apenas fluido se movendo sob pressão.
“Uma simples inclinação das rodas, então, altera gradativamente a relação de transmissão, proporcionando mudanças de relação suaves e quase instantâneas.”
Este método lida melhor com cargas de alto torque do que muitos projetos baseados em fricção. Também permite variabilidade infinita. O motor pode permanecer em sua faixa de potência enquanto o veículo acelera ou sobe.
A complexidade está nas vedações e no gerenciamento da pressão. Mas o princípio é simples. Fluido para dentro. Rotação para fora. A bomba controla o volume. O motor controla a velocidade.
Algumas máquinas modernas usam essa configuração. Tratores. Sopradores de neve. Equipamentos industriais pesados. Não é comum em automóveis de passageiros, mas a tecnologia existe. Isso prova que nem toda transmissão precisa de dentes ou correias.
Você pode sentir a diferença na suavidade. Ou você não pode. Porque parece que não há transmissão alguma. Apenas poder.
A entrega de energia nem sempre envolve clicar nas engrenagens. Às vezes, trata-se de combinar forças.
Uma transmissão hidrostática raramente funciona sozinha. Os engenheiros o combinam com um conjunto de engrenagens planetárias e embreagens. O resultado é uma configuração híbrida. Chamamos isso de transmissão hidromecânica. Ele transfere a potência do motor para as rodas usando três métodos distintos.
Baixas velocidades? A transmissão fica hidráulica. Altas velocidades? Fica mecânico. No meio? Ele usa ambos.
Essa complexidade não é desperdiçada. É por isso que você vê esses sistemas em cavalos de trabalho pesados. Os tratores agrícolas contam com eles. Os veículos todo-o-terreno dependem deles. Eles lidam com a tensão onde as engrenagens padrão falhariam.
O caso das transmissões continuamente variáveis
Os CVTs estão ganhando terreno por razões válidas. Os motoristas gostam da sensação. Os ambientalistas gostam da eficiência.
Aqui está o que os motiva.
Como funcionam
- A aceleração é contínua e constante. Você não sente os saltos.
- O motor permanece na faixa de potência ideal. Não importa se você está rastejando ou navegando.
- Eles reagem mais rapidamente às entradas do acelerador.
- Há menos perda de energia em comparação com uma automática típica.
- Os motoristas obtêm controle preciso sobre a faixa de velocidade do motor a gasolina.
- Podem trabalhar com embreagens mecânicas automatizadas.
Por que eles são importantes
- Sem “choque de mudança”. O passeio é tranquilo.
- A eficiência do combustível melhora.
- Você para de caçar engrenagens. Isto é especialmente perceptível ao desacelerar em uma subida.
- A aceleração parece mais forte.
- As emissões são mais fáceis de controlar.
- Eles geralmente substituem conversores de torque fluidos ineficientes.
Dirigindo um CVT
Os CVTs são padrão na Europa há anos. Demorou mais para a tecnologia se popularizar nos Estados Unidos.
A paciência valeu a pena. O primeiro carro de produção a oferecer CVT nos EUA foi o Subaru Justy.
O Subaru Justy vendido de 1989 a 1993 nunca capturou realmente a imaginação americana. Estava quieto. Esquecível. Mas pergunte-se o que mudou quando você se senta ao volante de um Saturn Vue, de um Audi A4 ou A6, de um Nissan Murano ou mesmo do Honda Insight. A resposta não está nos folhetos. Está na forma como o carro se move.
Pise no acelerador em um carro moderno com transmissão continuamente variável e a diferença é instantânea. O motor atinge seu pico de potência e simplesmente fica parado. O carro não avança. Isso espera. Então entra em ação. A aceleração é suave. Estável. Sem mudanças. Apenas movimento para frente.
A teoria diz que uma transmissão continuamente variável deve atingir 60 mph 25% mais rápido do que um carro idêntico com caixa de câmbio manual. Por que? Porque o CVT mapeia toda a curva operacional do motor para a sua própria. Cada ponto da faixa de potência possui uma relação de transmissão correspondente. Sem lacunas. Sem desperdício de energia.
Observe a curva de potência de uma automática tradicional. Você vê o pico. O tacômetro salta para cima e para baixo a cada mudança. Você sente esses choques. São momentos de perda de impulso. O CVT evita totalmente essa armadilha.
Hills também não os confunde. Não existe “caça de equipamentos”. A transmissão encontra continuamente a relação exata necessária para a classe. Uma automática convencional salta para frente e para trás, caçando o ponto ideal, queimando eficiência no processo.
Mas esses sistemas não são perfeitos. Nos EUA, eles ainda lutam contra um fantasma. O Subaru Justy deu-lhes uma má fama. Era visto como um microcarro covarde. Os primeiros projetos de transmissão por correia lutavam com o torque. Eles eram volumosos. Pesado. Superado pelos manuais e automáticos tradicionais.
A tecnologia mudou o campo de batalha. O Nissan Murano CVT possui um V6 de 3,5 litros que produz 245 cavalos de potência sem suar a camisa. A tecnologia está aí. O desempenho é real. Mas as primeiras impressões grudam como lama.
Você consegue realmente abalar a percepção de uma transmissão “fraca” quando as versões modernas podem superar suas contrapartes alteradas? Os números dizem que sim. O mercado ainda está descobrindo como acreditar nisso.
“Para mais informações sobre transmissões continuamente variáveis e tópicos relacionados, confira os links a seguir.”
