ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL E DIMINUIÇÃO DE EMISSÕES

27/08/2018

 

No caso de não termos percebido ainda, muitos fabricantes de automóveis agora oferecem transmissões com oito, nove e até dez marchas à frente. Esta tem sido uma das maiores mudanças desde a década passada, onde transmissões de quatro, cinco e seis velocidades dominavam o mercado.

 

A necessidade de mais marchas é, principalmente, devido à demanda aumentada de maior economia de combustível, onde os fabricantes de automóveis são desafiados a alcançar um consumo médio de combustível de até 23 quilômetros por litro em meados de 2025.

 

Apenas como referência, a taxa média de consumo em 2011 era de 10,5 quilômetros por litro. Os requisitos para se atingir 23 quilômetros por litro parecem muito difíceis de ser alcançados, porém não é um número inatingível. Existe uma fórmula avançada para se calcular este objetivo de consumo, iniciando-se com os veículos ano modelo 2012 e finalizando com os carros ano modelo 2025, a qual envolve a economia de combustível dos veículos atuais e sua “pegada” ou tamanho.

 

De qualquer maneira, estes requisitos para maior economia de combustível fazem com que os fabricantes de veículos quebrem a cabeça para produzir transmissões que podem posicionar o motor na faixa de rotação mais eficiente para máxima economia de combustível.

 

Este esforço dos fabricantes se soma aos demais que vemos na indústria hoje, tais como veículos híbridos e elétricos, motores turbinados, injeção direta de combustível, compressão variável (NISSAN) e mesmo motores MAZDA de ignição e compressão diretas.

 

Para melhorar a eficiência energética através das transmissões, os fabricantes automotivos estão utilizando transmissões continuamente variáveis (CVTs), transmissões de dupla embreagem (DSGs), e transmissões com muitas marchas disponíveis. Em algumas destas transmissões, a embreagem do conversor de torque pode acoplar mesmo em marchas muito baixas, de maneira que a energia do motor não é gasta através de geração de calor desnecessária no conversor de torque.

 

Mas quanto a maior quantidade de marchas e estratégias de mudança tem afetado a economia de combustível dos veículos atuais? E quanto a maior quantidade de marchas tem afetado a confiabilidade e o estresse dos componentes internos da transmissão? Temos sido curiosos quanto a este assunto desde que a LEXUS (divisão TOYOTA) ofereceu a primeira transmissão de oito velocidades no ano de 2007 com o LS460.

 

Uma coisa a ser considerada é que a fonte de informação para este artigo não é muito científica. Utilizamos aqui os dados publicados de um site governamental para determinar as mudanças na economia de combustível quando comparamos modelos com diferentes opções de transmissão.

 

Tentamos aqui escolher veículos que simplesmente tiveram alguma mudança na transmissão, embora muitos fabricantes tenham alterado totalmente o conjunto moto-propulsor em novos modelos lançados. Assim, mesmo que cada exemplo possua a mesma motorização, não há garantias que o resto do carro não tenha sido mudado, afetando desta maneira a economia de combustível de maneira significativa.

 

Falando em confiabilidade, é difícil prever a taxa de falhas de uma transmissão baseada no número de marchas e quão frequentemente as embreagens, solenoides e válvulas ciclam entre ligado e desligado. Mas olhamos para a atividade entre as embreagens e os solenoides nas marchas mais baixas e altas nas transmissões multimarchas. Talvez esta informação forneça uma visão de quanto as mudanças adicionais de uma transmissão e atuação hidráulica influenciam no desgaste e quebra de seus componentes internos.

 

Primeiro, vamos comparar a transmissão de seis velocidades da Fiat/Chrysler RFE comparada com a transmissão ZF de oito velocidades: (Tabela 1)

A Fiat/Chrysler começou a substituir gradualmente a transmissão 65RFE, aplicada na pick up RAM de ½ tonelada em 2014, em favor da transmissão ZF 8HP70. Incidentalmente, a ZF produz cerca de 50 por cento (50%) de toda a linha de montagem da Fiat/Chrysler para seus veículos ano/modelo 2017. Como resultado, introduziram mais de 3,5 milhões de transmissões ZF na estrada desde 2013!

 

Quando se revê o aumento na economia de combustível na tabela 1, um modesto meio quilômetro por litro na cidade e um quilômetro por litro na estrada não parece ser muito, mas mesmo que a economia do veículo não apareça logo no início de seu movimento, as melhorias chegam a 7 e 9%, respectivamente.

 

Quando se compara a transmissão 65RFE com a ZF 8HP, a frequência de utilização dos elementos de atrito (embreagens) aumenta 29%, o que é esperado, em virtude das marchas adicionais. A frequência de ciclos dos elementos das embreagens é simplesmente o número de vezes que as embreagens executam mudanças de liberadas a aplicadas ou de aplicadas a liberadas, na sequência de mudanças desde a 1ª marcha até a última.

 

O número de ciclos das embreagens é dividido pelo número de embreagens na transmissão. Assim, no caso de uma transmissão de seis velocidades, existem cinco embreagens que ciclam um total de 10 vezes, numa taxa de ciclagem de 2,0. Já na transmissão ZF de oito velocidades suas cinco embreagens são cicladas 14 vezes numa taxa de ciclagem de 2,8 vezes. As tabelas 2 e 3 mostram os valores de referência para estas duas transmissões. (Tabelas 2 e 3)

 

 

Prestando-se atenção à atividade hidráulica e eletrônica, podemos ter a mesma abordagem pesquisando-se a atividade dos solenoides e quão frequentemente a eletrônica e as válvulas são cicladas de ON para OFF e vice-versa.

 

Conforme vemos nas tabelas 4 e 5, desde que ambas as transmissões ZF e FIAT/CHRYSLER utilizam solenoides que controlam os elementos de fricção, a atividade dos solenoides é a mesma que a relação de ciclagem das embreagens. A única exceção a isto é o solenoide que controla a embreagem de L/R (Baixa e Ré) na transmissão 65RFE que também é utilizado para aplicar a embreagem do conversor de torque a partir da segunda até a sexta marchas. Esta atividade não é computada na relação de ciclagem do solenoide. (Tabelas 4 e 5)

 

A TOYOTA Highlander viu um upgrade da transmissão U-660E de seis velocidades, tração dianteira, para a transmissão UA80E de oito velocidades, tração dianteira. Esta transmissão é chamada de transmissão de engates diretos: não confunda com a transmissão de dupla embreagem, tais como a encontrada nos veículos VW/AUDI, que também é chamada de DIRECT SHIFT GEARBOX ou DSG.

 

Uma comparação de economia de combustível, mostrada na tabela 6, não bem justa. Mesmo que ambos os veículos possuam um motor V6 de 3.5 litros, o motor ano 2017 equipado com a transmissão de oito velocidades possui um ligeiro aumento da taxa de compressão, injeção direta e sistema avançado de comando de válvulas variável (VVT-iW), permitindo até 75 graus de retardo da válvula de admissão, simulando o ciclo Atkinson’s e possibilitando que a válvula de admissão permaneça aberta por mais tempo para aumentar a eficiência do motor. (Tabela 6)

 

Conforme podemos notar na tabela 6, a economia de combustível aumentou ligeiramente.

 

Uma verificação nas tabelas de referência 7 e 8 para estas duas transmissões mostra que a taxa de ciclagem das embreagens para a transmissão U660-E é de 2,25 ciclos por embreagem, levando-se em conta as cinco embreagens nas mudanças ascendentes da primeira até a sexta marchas.

 

A transmissão UA80-E possui 2,6 ciclos através das seis embreagens nas mudanças ascendentes de primeira até oitava marchas, o que é cerca de 13% maior em termos de atividade que a transmissão de seis velocidades.

Assim como o exemplo prévio da Pick Up Chrysler RAM 1500, os solenoides são responsáveis pela aplicação de pressão nas embreagens, assim a taxa de ciclagem dos solenoides também aumentou na mesma proporção. (Tabelas 7 e 8)

 

 

 

A fabricante HONDA explorou diferentes opções de transmissões durante os anos passados. O HONDA Odyssey pode ser encontrado com transmissões de seis, nove e dez velocidades disponíveis para o ano modelo 2018. Todas opções são equipadas com motor 3.5 litros V6 e surpreendentemente existe pouca diferença em economia de combustível entre os diferentes modelos. (Tabela 9)

 

Podemos notar na tabela 9, a economia de combustível na cidade não se alterou de maneira nenhuma entre as transmissões de 6, 9 e 10 velocidades, e houve somente uma melhoria de 4% no consumo em estrada.

 

Estas três transmissões trabalham de maneira completamente diferente uma da outra. A transmissão HONDA de seis velocidades possui o projeto HONDA tradicional com engrenagens helicoidais de engrenamento constante e conjunto de embreagens que travam as engrenagens aos seus respectivos eixos. A transmissão ZF 9HP é uma transmissão de conjunto planetário de engrenagens, possuindo duas embreagens DOG que fazem com que a transmissão se mantenha num tamanho relativamente pequeno, ainda que ofereça nove marchas.

 

 

A nova transmissão HONDA de 10 marchas possui quatro conjuntos planetários. Sim, você leu corretamente. A HONDA construiu sua própria transmissão de conjuntos planetários que é um grande avanço, considerando que a única outra transmissão construída pela HONDA utilizando conjuntos planetários no passado foi sua transmissão CVT, e somente para operação em Ré. Em breve, estaremos estudando esta transmissão surpreendente.

 

A transmissão HONDA de seis velocidades parece ser muito robusta quando comparada à transmissão HONDA de 10 velocidades (figura 1), falando-se apenas em termos de tamanho e peso. Alguém poderia esperar uma melhoria na economia de combustível. O sistema hidráulico da transmissão de 6 velocidades foi dramaticamente simplificado quando comparado com a transmissão HONDA de 5 velocidades, que é comum nas oficinas de reparação, tal como a transmissão BAYA.

 

 Figura 1: Transmissão Honda de 6 velocidades

 

A transmissão de 6 velocidades utiliza três (3) solenoides de controle de pressão (CPC) para aplicar pressão hidráulica a cada embreagem das engrenagens. A única marcha que não muda ativamente é a 1ª marcha, desde que ela receba pressão de linha diretamente da válvula manual e pode ficar aplicada todo o tempo devido à ação da roda livre.

 

Conforme podemos observar na tabela 10, os três solenoides operam as cinco embreagens remanescentes das engrenagens com os solenoides A e B, disparando as válvulas de mudança para permitir que o solenoide CPC A controle tanto a embreagem da 2ª ou 5ª marcha, e o CPC B controle as embreagens da 3ª e 6ª marchas. A taxa de ciclagem das embreagens é da ordem de 1,67 e a taxa de ciclagem dos solenoides CPC lineares fica em torno de 1,5. 

 

A transmissão ZF 9HP é basicamente a mesma unidade utilizada nos veículos das linhas JEEP, CHRYSLER e LAND ROVER. Seguindo as tendências das eletrônicas mais modernas, ela também utiliza solenoides que controlam a pressão de suas respectivas embreagens, conforme mostra a tabela 11.

 

Os solenoides CPC são proporcionais e aplicam pressão às embreagens quando energizados. Os solenoides SS A e SS B movimentam as válvulas e assim os solenoides CPC A e B podem aplicar duas embreagens diferentes. A 1ª marcha está sempre aplicada através de um conjunto de roda livre. Os solenoides são proporcionais. Quando energizados aplicam as embreagens. 

 

A transmissão ZF 9HP cicla suas embreagens e solenoides 2,67 vezes quando faz as mudanças entre a primeira e a nona marchas. As embreagens são 37% mais ativas e os solenoides são 44% mais ativos do que na transmissão de seis velocidades.

 

A transmissão HONDA de 10 velocidades possui 15 solenoides em sua estrutura (figura 2).

 

 

 Figura 2 : Conjunto eletrônico/hidráulico Honda 6 velocidades

 

 

Os solenoides de controle de pressão (CPC) B até G controlam a pressão das embreagens específicas, conforme podemos ver na tabela 12.

 

Esta transmissão também possui uma embreagem de duas vias que é atuada pelos solenoides de mudança A e B. A embreagem de duas vias HONDA é uma embreagem mecânica tipo catraca que utiliza uma alavanca para travar a embreagem evitando que ela gire em ambas as direções ou apenas em uma direção.

 

SSA e SSB

Os solenoides são proporcionais. Quando energizados eles aplicam as embreagens. Assim como muitas das unidades previamente estudadas, os solenoides são designados para embreagens específicas, dessa forma sua taxa de ciclagem é a mesma das embreagens, que possuem média de 2,83 ciclos quando realizam as mudanças entre a primeira e a última marchas. Isto leva a um aumento de ciclagem da embreagem e do solenoide da ordem de 41% e 47%, respectivamente. Não é mau, considerando que a transmissão de 10 velocidades possui 67% mais marchas que a transmissão de seis velocidades.

 

A FORD e a GM quebraram várias barreiras uma vez mais e se juntaram para projetar uma transmissão de 10 velocidades (figura 3). Para a pick up F150, a transmissão de 10 marchas substituiu a transmissão ZF 6HP e representa uma pequena economia de combustível, conforme indicado pela tabela 13.

 

 

 

 

A aplicação FORD para as transmissões ZF utilizam cinco embreagens e quatro solenoides para fornecer seis marchas à frente. A taxa de ciclagem dos solenoides é mais alta que a taxa de ciclagem das embreagens, porque a ZF utiliza o solenoide VFS4 para operar ambas as embreagens E e D. Da 1ª à última marchas, a taxa de ciclagem da embreagem é de 2,0 e a dos solenoides é de 2,5. A tabela 14 mostra a aplicação da embreagem e dos solenoides. Os solenoides de força variável (VFS) podem ser normalmente baixos (NL) e não aplicam pressão quando desligados, ou normalmente altos (NH) e aplicam pressão total quando desligados eletricamente.

A nova transmissão de 10 marchas utiliza seis embreagens hidráulicas e uma embreagem mecânica de uma via. Os solenoides e embreagens ciclam numa taxa média de 2,38 vezes quando realizam as mudanças da 1ª a 10ª marchas.

 

 

Seguindo na consulta da tabela, os solenoides de mudança A até F são proporcionais e controlam suas respectivas embreagens. Mesmo que a transmissão de 10 marchas possua 40% mais relações de marchas disponíveis que a transmissão de seis marchas, a atividade das embreagens somente aumentou cerca de 29% e a atividade dos solenoides aumentou somente cerca de 12%.

 

Sem dúvida, o desempenho e o marketing também exercem uma função importante no movimento para desenvolvimento de transmissões com muitas marchas, mas após rever estas melhorias modestas de economia de combustível, fica-se pensando quão difícil e caro se torna espremer um quilômetro ou dois a mais por litro adicional.

 

Este artigo também mostra a enorme tarefa para atender os requisitos impostos pelo governo para o ano de 2025. Vai ser interessante observar o que sairá da cartola dos fabricantes nos próximos sete anos à medida que a procura de maior economia de combustível continua.

 

Share on Facebook
Share on Twitter
Please reload

  • Facebook Social Icon
DESTAQUE NA REPARAÇÃO

Leia a versão digital de Dezembro da Revista Reparação Automotiva.

10/12/2019

1/3
Please reload

ÚLTIMAS NOTÍCIAS

Please reload