A bíblia do carro-
Manutenção Automotiva
1 Motor
O motor é a fonte de energia do automóvel. Converte a energia calorífica produzida pela combustão da gasolina em energia mecânica, capaz de imprimir movimento nas rodas. O carburante, normalmente constituído por uma mistura de gasolina e ar (a mistura gasosa), é queimado no interior dos cilindros do motor.
A mistura gasosa é formada no carburador ou calculada pela injeção eletrônica, nos motores mais modernos, e admitida nas câmaras de explosão. Os pistões, que se deslocam dentro dos cilindros, comprimem a mistura que é depois inflamada por uma vela de ignição. À medida que a mistura se inflama, expande-se, empurrando o pistão para baixo.
O movimento dos pistões para cima e para baixo é convertido em movimento rotativo pelo virabrequim ou eixo de manivelas o qual, por seu turno, o transmite às rodas através da embreagem, da caixa de câmbio, do eixo de transmissão e do diferencial. Os pistões estão ligados ao virabrequim pelas bielas. Uma árvore de cames, também conhecida por árvore de comando de válvulas, movida pelo virabrequim, aciona as válvulas de admissão e escapamento situadas geralmente na parte superior de cada cilindro.
A energia inicial necessária para por o motor em movimento é fornecida pelo motor de arranque. Este engrena numa cremalheira que envolve o volante do motor, constituído por um disco pesado, fixado à extremidade do virabrequim ou árvore de manivelas.
O volante do motor amortece os impulsos bruscos dos pistões e origina uma rotação relativamente suave ao virabrequim. Devido ao calor gerado por um motor de combustão interna, as peças metálicas que estão em contínuo atrito engripariam se não houvesse um sistema de arrefecimento.
Para evitar desgastes e aquecimento excessivos, o motor inclui um sistema de lubrificação. O óleo, armazenado no cárter sob o bloco do motor, é obrigado a circular sob pressão através de todas as peças do motor que necessitam de lubrificação. O
2 Introdução
3 Básico
A estrutura do motor deve ser suficientemente rígida para poder suportar as elevadas pressões a que estão sujeitos os mancais do virabrequim e as demais peças internas. É constituída basicamente por duas partes ligadas por meio de parafusos: a superior chamada de cabeçote do motor e a inferior chamada de bloco do motor, que contém o virabrequim. Tanto o cabeçote como o bloco podem ser de ferro fundido, embora também se utilize o alumínio na sua fabricação por ser mais leve e permitir uma melhor dissipação do calor.
Atualmente, quase todos os motores apresentam as válvulas no cabeçote. No cabeçote do motor existe, para cada cilindro uma câmara de explosão, um coletor de admissão, um coletor de escapamento, uma válvula de escapamento, uma válvula de admissão e um orifício com rosca para o alojamento da vela.
O motor recebe a mistura gasosa através das válvulas de admissão e expele os gases resultantes da combustão através das válvulas de escapamento. O mecanismo de abertura e fechamento das válvulas situa-se normalmente na parte superior do cabeçote do motor.
No bloco do motor encontram-se os cilindros e os mancais do virabrequim, no qual estão ligadas as bielas que, por sua vez, estão ligadas aos pistões. O bloco do motor pode ainda alojar a árvore de comando o qual comanda o abrir e o fechar das válvulas.
Às vezes, a árvore de comando está alojada no cabeçote do motor. Tanto o cabeçote como o bloco do motor contém uma série de dutos denominados câmaras de água nos quais circula a água de arrefecimento.
4 Sistema de Alimentação
A função da carburação – A carburação desempenha um papel essencial ao permitir que o motor do automóvel arranque facilmente, tenha uma boa e progressiva aceleração, funcione economicamente, dê o máximo rendimento e não morra.
Em resumo, a sua função consiste em misturar homogeneamente uma determinada quantidade de gasolina com outra de ar formando uma mistura gasosa e fornecendo uma proporção adequada desta mistura pulverizada ou atomizada a cada cilindro para sua combustão. O processo completo da carburação tem início quando a gasolina se mistura com o ar e termina quando ocorre a sua combustão (explosão) nos cilindros. Assim os carburadores, o coletor de admissão, as válvulas de admissão e mesmo as câmaras de explosão e os pistões intervêm na carburação.
Na alimentação do carburador interferem os seguintes elementos: um tanque de combustível colocado à distância, uma bomba que aspira a gasolina do tanque e a envia ao depósito de nível constante, ou “cuba”, do carburador e vários filtros montados no circuito que impedem a entrada de impurezas, que teriam interferência, não só no carburador como na bomba.
Relação da mistura ar-gasolina – Regra geral, a completa combustão da mistura é assegurada quando a sua relação em peso é de quinze partes de ar para uma de gasolina – a mistura correta.
Contudo, esta relação em peso ar-combustível não proporciona a potência máxima nem, em geral, a máxima economia. O arranque, em tempo frio, poderá exigir uma mistura composta por uma parte de ar para uma parte de gasolina enquanto que, para obter o máximo de economia e uma velocidade constante e não excessiva –velocidade cruzeiro –, é necessária uma mistura menos rica, como seja a dezesseis partes de ar para uma de gasolina, o que se supõe a máxima economia possível para tal velocidade. A mistura deverá satisfazer as várias condições de funcionamento do motor, ou seja: rica, para o arranque; menos rica para pequenas velocidades e ralenti; pobre, para um funcionamento econômico a velocidade moderada; mais rica para acelerações e velocidades elevadas.
Os produtos resultantes da combustão da mistura gasosa incluem o monóxido de carbono (altamente tóxico), o anidrido de carbônico, hidrocarbonetos e óxidos de azoto. A proporção destes nos gases de escapamento depende da mistura.
5 Mecânica
O sistema mecânico utiliza um dispositivo de lançadeira para regular o fornecimento da gasolina, em vez da bomba do pistão existente na maioria dos sistemas mecânicos. Uma bomba elétrica, montada perto do tanque de gasolina, aspira o combustível através do filtro de papel e fornece-o a uma pressão de cerca de 7kg/cm² à unidade de controle ou ao distribuidor-dosador. A pressão mantém se constante, graças à existência de uma válvula de descarga que devolve o excesso de combustível ao tanque. O fornecimento do combustível é regulado por um cilindro ou por rotor - acionado pelo motor e girando dentro do distribuidor dosador– que apresenta entrada e saídas do combustível.
No cilindro existem orifícios dispostos radialmente que permitem a comunicação com o seu interior, onde uma lançadeira se move entre dois batentes, um fixo e o outro ajustável. Como o cilindro gira a metade do número de rotações do motor, os seus orifícios alinham-se com a entrada do combustível e permitem que a pressão deste empurre a lançadeira de um lado para outro, entre dois batentes, fornecendo o combustível alternadamente a cada injetor.
A posição do batente ajustável é determinada por um excêntrico acionado pela depressão do coletor do motor, que resulta na variação do curso máximo de lançadeiras e, portanto, na quantidade de combustível injetado.
À partir do distribuidor-dosador, o combustível é fornecido alternadamente a cada injetor no preciso momento e em quantidades cuidadosamente reguladas.
6 Eletrônica
A injeção eletrônica foi inventada em 1912 pela Robert Bosch e colocada em linha de produção nos Estados Unidos em 1957 pela Chevrolet mais precisamente no Corvette. Apesar de oferecer mais performance e economia de combustível, foi deixada de lado pelos fabricantes por economia e credibilidade. Quando o governo americano começou a estabelecer limites de eficiência, níveis máximos de emissão de poluentes e a avançada tecnologia eletrônica, os fabricantes de veículos começaram a olhar mais de perto a injeção eletrônica. No Brasil ela apareceu em 1989 no Gol GTI e hoje equipa todos os carros produzidos no Brasil. O carburador drena combustível baseado na demanda do vácuo. Baixo vácuo - mais combustível. Alto vácuo - menos combustível.
A mistura da razão ar/combustível muda conforme a mudança da borboleta do carburador que regula o fluxo de ar. Ao se fechar a borboleta do carburador, há uma diminuição da razão ar/combustível pelo fato da queda do fluxo de ar e simultaneamente do aumento de vácuo. Este sistema funcionou bem por vários anos, mas a falta de um sistema de controle preciso de combustível para os motores modernos passou a ser uma necessidade. Os sistemas de injeção eletrônica de combustível possuem um microprocessador eletrônico (módulo de injeção) que é responsável pelo controle de todo o sistema.
O módulo analisa as informações vindas dos vários sensores distribuídos pelo motor, processa e retorna ações de controle nos diversos atuadores, de modo a manter o motor em boas condições de consumo, desempenho, dirigibilidade e emissões de poluentes. Alguns sistemas “avisam” o motorista se há defeito em algum sensor ou atuador do sistema de injeção eletrônica. Os defeitos apresentados ficam armazenados na memória do computador (apenas no caso de injeções digitais) para posterior verificação com equipamentos apropriados.
Alguns sistemas possuem ainda estratégia de atualização de parâmetros, permitindo a correção automática dos principais parâmetros (tempo de injeção, avanço da ignição, marcha-lenta, etc.) em função de variações como: envelhecimento do motor, qualidade do combustível e forma de condução do veículo. Os sistemas de injeção eletrônica oferecem uma série de vantagens em relação ao carburador:
* Melhor atomização do combustível (injeção sob pressão)
* Redução do efeito “retorno de chama” no coletor de admissão
* Controle da mistura (relação ar/combustível)
* Redução da emissão de gases poluentes pelo motor
* Eliminação de ajuste de marcha lenta e mistura
* Maior economia de combustível
* Eliminação do afogador
* Facilidade de partidas a quente e frio do motor
* Melhor dirigibilidade
7 Sensores
A bomba elétrica de combustível aspira do tanque um volume de combustível superior ao que é necessário para injeção. A bomba se localiza dentro do tanque, no módulo de combustível ou em certos tipos de sistemas de injeção fora do tanque, mas próximo ao mesmo. O combustível aspirado pela bomba em excesso retorna ao tanque através de um regulador de pressão. Os injetores ou injetores com o combustível sob pressão, se mantêm fechados sob a ação de molas e são abertos por solenóides.
8 Transmissão
A transmissão comunica às rodas a potência do motor transformada em energia mecânica. Num automóvel convencional, com motor dianteiro, a transmissão tem inicio no volante do motor e prolonga-se através da embreagem, da caixa de câmbio, do eixo de transmissão e do diferencial até as rodas de trás. Os automóveis com motor à frente e com tração dianteira ou com o motor atrás e tração nas rodas de trás dispensam o eixo transmissão sendo, neste caso, o movimento transmitido por meio de eixos curtos.
A embreagem, que se situa entre o volante do motor e a caixa de cambio, permite desligar a energia motriz da parte da parte restante da transmissão para libertar esta do torque quando as mudanças são engrenadas ou mudadas.
Função da caixa de câmbio – Um automóvel, quando se movimenta ou sobe uma encosta, necessita de um torque superior àquele de que precisa quando se desloca a uma velocidade constante numa superfície plana. A caixa de câmbio permite ao motor fornecer às rodas a força motriz apropriada a todas as condições de locomoção. Assim, quanto maior for o número de rotações ao virabrequim em relação ao número de rotações das rodas, maior será a força motriz transmitida às rodas, verificando-se, ao mesmo tempo, uma proporcional redução da velocidade do automóvel. Várias engrenagens são utilizadas para permitir uma ampla gama de desmultiplicações, ou reduções.
A transmissão final, ou conjunto do eixo traseiro inclui um mecanismo – o diferencial – que permite às rodas girarem a diferentes velocidades. A energia mecânica é finalmente transmitida às rodas motrizes por meio de um semieixo existente em cada um dos lados do diferencial.
Transmissão automática – Os automóveis apresentam, geralmente, uma embreagem acionada por um pedal e uma alavanca de mudanças. Existem, contudo, outros sistemas de transmissão: transmissão semiautomática ou totalmente automática. No primeiro caso, o motorista apenas tem de selecionar as mudanças; já no segundo caso, as mudanças são selecionadas mudadas por meio de um mecanismo de comando que funciona de acordo com a velocidade do automóvel e com a utilização do acelerador.
Além da disposição de motor dianteiro e tração traseira, existem outros sistemas que dispensam o eixo de transmissão pelo fato de incluírem um motor que forma conjunta com a caixa de cambio e o diferencial.
Tal conjunto pode ser montado longitudinal ou transversalmente em relação ao chassi e mover as rodas, quer seja a da frente, quer seja a de trás. Quando o motor é montado transversalmente, não é necessária qualquer alteração (90º) da direção do movimento, pois todos estão paralelos aos eixos das rodas. O diferencial faz parte integrante da caixa de cambio ou está ligado a esta que, por sua vez, está fixa ao chassi. Desta forma, num piso regular, as rodas podem subir e descer em relação ao diferencial.
Todos os automóveis com tração à frente e também alguns com tração traseira, apresentam cardans ou homocinéticas nas extremidades dos semi eixos. Nos automóveis com tração dianteira estas homocinéticas suplementares são necessárias para que as rodas possam girar quando se muda de direção.
9 Embreagem
A embreagem destina-se a desligar o motor das rodas motrizes quando se efetua uma mudança de velocidade ou quando se arranca. Torna-se assim possível engatar suavemente uma nova engrenagem antes da transmissão voltar a ser ligada, ou quando houver um novo arranque, permitindo que o motor atinja as rotações suficientes para deslocar o automóvel.
O desembrear faz-se separar três partes do conjunto da embreagem: o volante do motor, o disco e o platô, ou placa de pressão da embreagem. O volante do motor está fixado por meio de parafusos ao virabrequim e roda solidário com este; o disco de embreagem encaixa, por meio de estrias, no eixo primário da caixa de cambio e, assim, roda com este; o platô da embreagem fixa o disco de encontro ao volante do motor.
Quando se diminui a pressão do platô (carregando no pedal da embreagem), o virabrequim e o eixo primário da caixa de cambio passam a ter movimentos independentes. Quando o motorista soltar o pedal, aqueles tornam-se solidários. Ambas as faces do disco da embreagem, um disco fino de aço de elevada tenacidade, estão revestidas com um material de fricção (a guarnição da embreagem).
Quando o disco da embreagem está fixado de encontro ao volante do motor por meio do platô da embreagem, a força de aperto deverá ser suficientemente grande para evitar qualquer deslizamento – patinagem – sempre que o motor transmite o binário motor (torque) máximo ao volante.
As expressões “embreagem de diafragma” e “embreagem centrífuga” derivam dos processos segundo os quais a carga é aplicada aos revestimentos de fricção. Numa embreagem de molas, o platô é impelido por um certo número de molas helicoidais e aloja-se, juntamente com estas, numa tampa de aço estampado, fixa ao volante do motor. As molas apoiam-se nesta tampa e exercem pressão sobre ela. Nem o disco da embreagem, nem o platô estão ligados rigidamente ao volante do motor, podendo ambos aproximar-se ou afastar-se deste.
Embreagem centrífuga – À medida que o conjunto da embreagem roda com o motor, os contrapesos são impelidos para a periferia pela força centrífuga, o que obriga as pastilhas da embreagem a exercer uma maior pressão sobre o platô. Quanto mais elevado for o número de rotações do motor, maior será a força exercida.
O sistema de embreagem centrífuga pode ser utilizado em vez do sistema de molas ou como suplemento deste. Componentes de uma embreagem de molas – O platô está montado na tampa que, por seu lado, está fixada por parafusos ao volante do motor, pelo que estas três peças se movem de forma conjunta. As molas de encosto, apoiando-se contra a tampa, apertam o disco entre o platô e o volante.
Funcionamento do anel embreado – As molas mantêm o disco apertado entre o platô e o volante do motor, mas quando a pressão sobre o pedal, através da placa de impulso, faz com que as pastilhas puxem para trás o platô. Componentes de uma embreagem de diafragma – A mola cônica do diafragma pode ser fletida de modo a inverter o sentido em que é exercida a pressão. A embreagem de molas veio a ser suplantada pela embreagem de diafragma, que exige menor pressão sobre o pedal. Esta última consiste numa mola cônica, com fendas que irradiam do centro. A mola é montada quase plana, de modo que, ao tentar readquirir a sua forma cônica inicial, exerce uma pressão uniforme, ao longo do seu rebordo, sobre o platô. O anel de impulso, atuando sobre o diafragma, fá-lo fletir em sentido contrário, libertando assim o platô.
Como o pedal atua sobre a embreagem - No sistema hidráulico, a pressão do pedal força o óleo a penetrar no cilindro mestre o qual aciona o cilindro servo que, por sua vez, aciona o anel de impulso. No sistema mecânico, o pedal está ligado à embreagem por meio de tirantes e alavancas ou pôr um cabo e alavancas.
10 Embreagem eletrônica
O sistema de acionamento automático da embreagem, foi concebido para proporcionar total conforto ao dirigir, principalmente em condições onde a troca de marchas é muito exigida, como nos grandes centros urbanos.
A embreagem eletrônica é um sistema conjugado ao câmbio manual convencional, equipado com platô e sem pedal de embreagem. Oferece as vantagens de conforto da transmissão automática, porém com menor custo de instalação e manutenção e menos consumo de combustível.
Seu funcionamento se dá por meio de sensores instalados em diversos pontos do veículo, que transmitem informações para o módulo eletrônico que as analisa e envia instruções para o atuador, o qual efetua o acionamento da embreagem.
Os sensores são fixados nos seguintes pontos do veiculo e identificam, respectivamente:
· Alavanca de câmbio, sensor de intenção de troca de marchas.
· Motor, sensor de posição da borboleta da injeção eletrônica.
· Motor, sensor de rotação, para o cálculo do RPM.
· Câmbio, sensor de velocidade, para cálculo da velocidade.
Além do conforto ao dirigir, o sistema ainda oferece:
· Acompanhamentos mais progressivos, com baixo pico de rotação do motor e desacoplamentos sem ruídos ou oscilações nas trocas de marcha.
· Controle de amortecimento das vibrações causadas por variações de torque.
· Bom controle e fácil dosagem do torque do veiculo na arrancada.
11 Volante de dupla massa
A massa do volante convencional foi dividida em duas. Uma das partes permanece pertencendo à massa de inércia do motor. A outra, no entanto, passa a integrar a massa de inércia da transmissão.
As duas massas são ligadas por um sistema de amortecedor com molas especiais. Um disco de embreagem sem sistema de amortecedor torcional permite o acoplamento entre a massa secundaria e a transmissão. Este volante bi massa, permite absorção das vibrações, isola os ruídos, conforto no engate da transmissão, etc.
Esta solução veio atender à necessidade de diminuição as fontes de ruído, dos pistões que geram vibrações torcionais, com o processo de detonação periódico e rotações mais baixas.
12 Caixa de câmbio
A velocidade máxima de um automóvel depende da potência máxima do seu motor, desenvolvendo-se, está próximo do número máximo de rotações do motor. As rodas do tipo médio, porém, apenas necessitam de girar à velocidade de 1000 r. p. m. , para percorrerem 110 km/h. , pelo que não podem ser ligadas diretamente ao motor. Deverá existir, portanto, um sistema que permita às rodas dar uma rotação completa enquanto o motor efetua quatro, o que se consegue por meio de uma desmultiplicação, ou redução, no diferencial.
É comum a relação de transmissão de 4:1 , entre a velocidade de rotação do motor e das rodas. Enquanto o automóvel se desloca a uma velocidade constante numa via plana, esta redução é suficiente. Contudo, se o automóvel tiver de subir uma encosta, a sua velocidade diminuirá e o motor começara a falhar. A seleção de uma velocidade mais baixa (relação mais baixa) permite que o motor trabalhe a um maior número de rotações em relação às rodas, multiplicando-se assim o torque (binário motor).
Determinação das relações de desmultiplicações, ou redução – A desmultiplicação, ou redução, mínima numa caixa de cambio deverá elevar o torque o suficiente para que um automóvel, com a carga máxima, possa arrancar numa subida íngreme. Um automóvel de pequenas dimensões necessita de uma desmultiplicação, em primeira velocidade, de 3,5:1 e, normalmente, quando apresenta 4 velocidades, de 2:1 em segunda, 1,4:1 em terceira e 1:1 em Quarta, ou prise. Se estas relações forem multiplicadas por 4;1 , isto é, pela relação de transmissão entre a engrenagem do eixo do motor e a do trem fixo, as reduções resultantes entre as rotações do motor e as das rodas motrizes serão, respectivamente, 14:1, 8:1, 5,6:1 e 4:1.
O mesmo automóvel, se for equipado com um motor mais potente, não necessitará de uma primeira velocidade tão baixa, pelo que as reduções da caixa de cambio poderão ser reguladas para 2,8:1, 1,8:1, 1,3:1 e 1:1. Quanto mais próximas forem as reduções numa caixa de cambio, mais fácil e rapidamente entrarão as mudanças. Por outro lado, um motor mais potente poderá estar concebido de modo a permitir uma condução mais fácil., evitando que se tenham de mudar com frequência as mudanças. Esse efeito pode ser conseguido com uma caixa de 3 marchas mas não mais utilizado atualmente.
Engrenagem indireta – Nos automóveis que apresentam o motor e as rodas motrizes sobre o mesmo eixo, o diferencial situa-se normalmente entre o motor e a caixa de cambio para poupar espaço. A energia mecânica é transmitida à caixa de cambio por um eixo que passa acima do diferencial e transmitida a este por um eixo paralelo. As engrenagens necessárias para se obterem as diferentes reduções encontram-se montadas nestes dois eixos.
Como se processa a mudança de marchas – Numa caixa de câmbio mudanças em que as engrenagens se encontram permanentemente engatadas, estas não podem estar todas fixas aos seus eixos pois, nesse caso, não seria possível o movimento.. Normalmente, todas as engrenagens de um eixo estão fixas a este, podendo as engrenagens dos outros eixos girarem à volta do seu próprio eixo até que se selecione uma desmultiplicação. Então, uma das engrenagens, torna-se solidária com o eixo, passando a transmitir a energia mecânica.
A fixação das engrenagens a um eixo processa-se por meio de sincronizadores estriados existentes neste último. Neste processo, cada sincronizador gira com o eixo podendo, contudo, deslizar ao longo deste para fixar as engrenagens, entre as quais está montado, ou permanecer solto, permitindo que as engrenagens girem livremente.
O engate móvel de dentes facilita a troca de marchas – Os sincronizadores tornam-se solidários com as rodas dentadas permanentemente engatadas pôr meio de um mecanismo designado pôr união de dentes. Quando os dois conjuntos engatam, em consequência do deslizamento do sincronizador ao longo do eixo estriado, a engrenagem passa a girar solidária com aquele.
O sincronizador tem, normalmente uma série de dentes em cada face, de modo a poder engatar com as engrenagens dispostas de cada um dos seus lados. Num ponto intermédio o sincronizador não engata com nenhuma das duas rodas, pelo que estas podem girar livremente sem transmissão do movimento. Numa caixa de câmbio de prise direta existe ainda uma união de dentes móvel para ligar o eixo primário e o eixo secundário e permitir a transmissão direta do movimento às rodas, quando em prise.
No tipo mais simples de caixa de câmbio de engrenagens sempre engatadas –atualmente já obsoleto – a mudança de velocidades fazia-se ruidosamente com esticões. Para que esta se processe mais suave e silenciosamente, os dois conjuntos de dentes devem atingir a mesma velocidade, de modo a poderem deslizar prontamente e sem se entrechocarem. Esta sincronização obtinha-se com uma breve parada no ponto morto quando se mudava de velocidade. Essa pausa em ponto morto permitia que o atrito e a resistência do óleo igualassem a velocidade de rotação do eixo primário e a da engrenagem ligada às rodas através da parte restante da transmissão.
Para encaixar uma mudança mais baixa, conseguia-se a sincronização por meio de uma dupla embreagem; isto é, passando para o ponto morto, acelerando o motor a fim de aumentar as rotações da engrenagem e desembreando novamente para engatar a velocidade apropriada.
Atualmente, os motoristas já não precisam de recorrer a uma dupla, graças à introdução de um dispositivo de sincronização nos colares deslizantes da caixa de cambio. Este dispositivo sincronizador existe, normalmente, para todas as velocidades, exceto a marcha ré. Alguns automóveis, contudo, não o possuem para a primeira velocidade.
O funcionamento do sistema sincronizador é idêntico ao de uma embreagem de fricção. Quando o sincronizador é forçado a deslizar de encontro à engrenagem na qual deve engrenar, um anel cônico existente na engrenagem, em frente dos dentes, entra em contato com a superfície de um orifício cônico – existente no sincronizador -, à qual se ajusta. O atrito resultante do contato das superfícies cônicas eleva ou reduz a velocidade da engrenagem livre até torna-la igual a velocidade do eixo primário.
Os mecanismos sincronizados atuais incluem um dispositivo que impede o movimento do sincronizador e não permite que os dentes engatem antes de se obter uma sincronização perfeita
Se as peças em rotação não girarem à mesma velocidade, por a embreagem não estar devidamente desembreada, a alavanca de mudanças resistirá aos esforços do motorista para muda-la de posição.
Atualmente, são utilizados três sistemas diferentes que produzem todos eles os mesmos efeitos. Um deles recorre a um anel retardador que mantém separados os dois conjuntos de dentes até que aqueles girem à mesma velocidade.
13 Transmissão CVT
Continuosly variable transmission ou transmissão continuamente variável, trabalha com correias e polias. O principio é simples embora ocorram pequenas variações entre os sistemas utilizados pelas diferentes montadoras. Os componentes básicos são duas polias cônicas ligadas por uma correia em V, em alguns modelos utiliza-se uma corrente metálica de elos de placa.
Estas polias são bipartidas e suas metades se afastam ou se aproximam de acordo com a necessidade. Com esse movimento, elas aumentam ou diminuem o diâmetro de atuação da correia e alteram a relação de transmissão de uma polia em relação a outra. Isto significa, na pratica alongar ou encurtar as marchas em infinitas combinações, respeitando é claro o intervalo entre os diâmetros mínimo e máximo do conjunto.
Assim, conforme o motor do veiculo vai sendo acelerado, num sistema hidráulico comanda simultaneamente a largura adequada das duas polias, ajustando instantaneamente a relação de transmissão para a solicitação do momento.
Além da extensa combinação de relações de transmissão, a CVT traz outras vantagens na comparação com os câmbios automáticos tradicionais. Consumo de combustível inferior e ganho na aceleração são dois exemplos. Outra característica
é o funcionamento suave e continuo do conjunto, sem trancos ou buracos entre uma marcha e outra.
14 Transmissão automática
A função de uma transmissão automática ou hidráulica consiste em atuar, como uma embreagem automática, entre o motor e a caixa de mudanças. Permite que o motor trabalhe com o automóvel parado e começa a transmitir suave e progressivamente a energia mecânica quando o motorista acelera o motor, comprimindo o acelerador.
Este sistema compõe-se de duas partes rotativas principais: um impulsor – a bomba – acionado pelo motor, e uma turbina que aciona a caixa de mudanças. Cada uma destas partes tem a forma de uma calota esférica e contém um certo número de divisórias radiais, as pás. As duas calotas estão alojadas, voltadas uma para a outra, num cárter cheio de
óleo e separadas por um pequeno espaço para evitar qualquer contato entre si.
A forma básica de transmissão hidráulica, conhecida como embreagem hidráulica, é utilizada em vez das embreagens de fricção, em automóveis com caixas de cambio pré seletivas. Consiste, essencialmente, numa bomba e numa turbina entre as quais o óleo circula enquanto o motor está em funcionamento.
Quando o motor trabalha ao ralenti, o óleo é expelido pela bomba, devido à força centrífuga. Este óleo é atirado pelas pás para a turbina, que permanece parada, visto a força do óleo não ser suficiente para move-lo. Quando o motorista acelera, a velocidade da bomba aumenta e o torque resultante do movimento mais rápido do óleo torna-se suficientemente elevado para vencer a resistência da turbina, que começa a rodar e põe o automóvel em movimento. Após ter transmitido energia à
turbina, o óleo volta à bomba, repetindo-se então o ciclo.
Se a velocidade do motor continuar a aumentar, a diferença entre as velocidades de rotação da bomba e da turbina diminuirá gradualmente até se reduzir o escorregamento a cerca de 2%. Numa embreagem hidráulica o torque aplicado à turbina nunca pode exceder o que é transmitido à bomba, o que constitui uma limitação.
Os automóveis com transmissão automática utilizam, na sua maioria, um conversor do torque. Um aumento do torque equivale a uma mudança para uma velocidade mais baixa; um conversor do torque constitui, assim, um redutor de velocidade que age como um conjunto extra de engrenagens, antes de a ação do motor se fazer sentir na caixa de mudanças.
Tal como a embreagem hidráulica, o conversor apresenta uma bomba acionada pelo motor e uma turbina que está ligada ao eixo primário da caixa de câmbio. Pode fornecer um torque mais elevado do que o gerado pelo motor, já que apresenta também, entre a bomba e a turbina, uma pequena roda com pás designada por reator ou estator. Um dispositivo de engate de um só sentido fixa o reator ao cárter da caixa de câmbio quando o número de rotações é baixo.
Numa embreagem hidráulica, o óleo procedente da turbina tem tendência a diminuir a velocidade da bomba. No conversor, porém, as pás do reator, quando este está engatado, dirigem o óleo segundo uma trajetória mais favorável.
Durante o arranque, o conversor chega a duplicar o torque aplicado à caixa de câmbio. À medida que o motor aumenta de velocidade, este aumento de 2:1 do torque vai sendo reduzido até que, à velocidade de cruzeiro, não se verifica qualquer aumento. O óleo faz então girar o reator à mesma velocidade da turbina, passando o conversor a atuar como uma embreagem hidráulica, com o reator girando como “roda livre” e sem qualquer efeito de aumento de torque.
Nem a embreagem hidráulica e nem o conversor podem ser desembreados pelo motorista. Por conseguinte, são normalmente utilizados em conjução com vários tipos de transmissão epicicloidal, que permitem efetuar as mudanças de velocidade sem desengatar o motor.
Mudanças de velocidades sem pedal de embreagem – As caixas de mudanças automáticas baseiam-se, na sua maioria, num conjunto de engrenagens designado por trem de engrenagens epicicloidais ou planetárias. Este trem é composto por uma roda central, ou panetário, à volta da qual rodam engrenagens satélites, um suporte destas e uma coroa exterior dentada no interior.
A engrenagem planetária está montada no centro. Na engrenagem epicicloidal simples, um par de satélites gira em eixos que se apoiam no suporte, em forma de U, das engrenagens satélites, o qual está montado num eixo cujo este eixo corresponde ao da engrenagem planetária. À medida que o suporte roda, as engrenagens satélites giram nos seus eixos, em volta da roda central, na qual estão engrenadas.
As engrenagens satélites estão também engrenadas nos dentes do interior da coroa circular, a qual pode girar à volta da roda central e das engrenagens satélites, também em torno do mesmo eixo. Mantendo imóvel uma destas engrenagens, as restantes podem ser rodadas de modo a permitir obter as diferentes reduções conforme as dimensões das engrenagens.
Para obter o número necessário de combinações de engrenagens, uma caixa de mudanças automática inclui dois, três ou quatro trens epicicloidais. Algumas partes de cada um dos conjuntos estão permanentemente ligadas entre si; outras são ligadas temporariamente ou são detidas por um sistema de cintas de frenagens e embreagens selecionadas por válvulas hidráulicas de mudanças, situadas na parte inferior da caixa de mudanças.
O óleo, sob pressão, para acionar as cintas de frenagem e as embreagens, é fornecido pôr uma bomba alimentada com óleo de lubrificação da caixa de mudanças. Pôr vezes utilizam-se duas bombas movidas a partir da extremidades dos eixos primário e secundário da caixa de mudanças. O seletor de mudanças comanda diretamente as válvulas hidráulicas, a menos que se selecione a marcha automática para frente. Neste caso, o funcionamento das válvulas é comandado pela abertura da borboleta do acelerador e pela velocidade do automóvel.
Quando a borboleta se encontra aberta, a pressão do óleo é reduzida e as engrenagens permanecem numa posição de velocidade baixa. Quando o automóvel atinge a uma velocidade pré selecionada, um regulador anula o comando pôr abertura da borboleta, o que permite a passagem para uma velocidade mais elevada.
15 Cardan
Na maioria dos casos, a energia mecânica é transmitida da caixa de mudanças para o diferencial por meio do eixo de transmissão. Este consiste num tubo metálico, suficientemente resistente para transmitir a potência total do motor multiplicada pelo sistema de engrenagens.
A extremidade anterior do eixo de transmissão está ligada à caixa de câmbio, que é parafusada ao chassi ou à estrutura monobloco do automóvel, enquanto a outra extremidade está ligada ao pinhão de ataque do diferencial.
Quando o automóvel circula num piso irregular, o conjunto do eixo traseiro sobe e desce conforme as molas da suspensão fletem, pelo que o eixo de transmissão deverá apresentar cardans nas suas extremidades para que possa oscilar, durante o seu movimento de rotação. Como o movimento do conjunto do eixo traseiro modifica constantemente a distância entre a caixa de câmbio e a união com diferencial, o comprimento do eixo de transmissão deve poder variar na mesma proporção.
Os automóveis de tração à frente e os de motor e tração atrás não necessitam de eixos de transmissão, sendo, neste caso, a energia mecânica transmitida do diferencial existente na caixa de mudanças para as rodas motrizes.
Os semieixos apresentam cardans – que permitem os movimentos da suspensão e direção – e uniões deslizantes para tornar possíveis as variações de comprimento.
Liberdade de movimento – Quando o eixo sobe e desce segundo a flexão das molas traseiras, os cardans existentes em cada extremidade do eixo de transmissão permitem a oscilação deste. A amplitude da oscilação do eixo diverge da amplitude da oscilação do eixo de transmissão, pelo que o comprimento deste tem de variar para compensar a diferença. Uma união deslizante existente numa das extremidades do eixo torna possível esta variação.
Componentes de um eixo de transmissão típico
Os cardans existentes em ambas as extremidades do eixo de transmissão permitem que o ângulo deste varie enquanto o eixo secundário da caixa de câmbio e o eixo do pinhão de ataque do diferencial permanecem sensivelmente paralelos. O eixo de transmissão é fabricado de modo que o seu peso se distribua uniformemente em torno do seu eixo, a fim de evitar qualquer desequilíbrio que daria origem a vibração capaz de danificar os rolamentos da caixa de câmbio e do diferencial.
Transmissão do movimento por meio de “cardans” – Os cardans mais utilizados nos automóveis atuais são do tipo HOOK. Este tipo de cardan consiste em duas forquilhas articuladas numa peça central em forma de cruz – cruzeta -, formada por dois pinos que se interceptam em ângulo reto.
As forquilhas, uma no eixo motor e outra no eixo de saída, estão ligadas à cruzeta de modo a formarem ângulo reto entre si. Este tipo de união permite aos eixos rodarem solidários, mesmo que os seus eixos não estejam em linha reta.
Quando os eixos ligados por uma cardan do tipo HOOK giram formando entre si um determinado ângulo, a velocidade do eixo secundário flutua. Quanto maior for este ângulo, maior será a flutuação em velocidade. Num automóvel de motor dianteiro e tração traseira a flutuação em velocidade não é considerável, já que o cardan, pelo fato de o eixo de transmissão ser muito comprido, forma ângulos tão pequenos que a velocidade não varia de modo significativo.
Além disso, como o eixo motor e o secundário são sensivelmente paralelos, as flutuações nos cardans de cada uma das extremidades do eixo de transmissão anulam-se entre si.
Os automóveis com motor e tração dianteira e os de motor e tração traseira não apresentam eixos de transmissão necessitando, contudo, de cardans para os movimento de suspensão. Nestes modelos, os semieixos que transmitem o movimento às rodas motrizes têm cardans montados ao lado do diferencial. Os automóveis de tração dianteira possuem também cardans de velocidade constante ou homocinéticas, montados nas extremidades dos semieixos correspondentes às rodas motrizes, para permitir os movimentos da direção, bem como os movimentos verticais originados pela suspensão.
16 Homocinética
O impacto resultante do arranque de um automóvel de motor dianteiro e tração nas rodas traseiras é amortecido pelo eixo de transmissão, bastante longo, torce ligeiramente, retornando depois à sua posição original. Nos automóveis de tração dianteira e nos modelos com motor e tração na traseira, os semieixos transmitem o movimento, sendo demasiado curtos, não torcem, pelo que o choque é amortecido pôr cardans existentes em ambas as extremidades do diferencial.
Existem dois tipos de cardans, num deles, uma cruzeta com buchas de borracha está fixada às forquilhas. A borracha comprimida faz de amortecedor. No segundo tipo, uma almofada sextavada de borracha absorve o choque da transmissão e permite a articulação.
Em alguns casos, a elasticidade de almofada de borracha permite ligeiras variações no comprimento do semieixo, tornando desnecessária a existência da ligação estriada deslizante.
Os cardans que permitem o movimento do volante de direção nos automóveis de tração dianteira têm de permitir ângulos de 30º , ou mais, entre os eixos primários e secundários. Neste caso, recorre-se a uniões homocinéticas, ou seja de velocidade constante, já que as flutuações de velocidade em cardans do tipo HOOKE, a tais ângulos, não permitiriam uma condução suave. Assim, o eixo secundário roda, constantemente, à mesma velocidade do eixo motor.
União homocinética Birfield – A união Birfield, que permite velocidades sem flutuações nos eixos primários e secundários, numa vasta gama de ângulos, pode ser apresentada como um dos mais bem sucedidos modelos de uniões homocinéticas.
Um dos eixos apresenta, numa das extremidades, uma esfera oca (alojamento esférico) onde existem seis ranhuras alinhadas com o seu eixo. O outro eixo está unido por estrias a outra esfera com ranhuras semelhantes e que se aloja no interior da esfera oca.
Entre estas duas peças encontra-se uma aranha de aço contendo seis esferas, também de aço, que encaixam em ambos os conjuntos de ranhuras. O movimento é transmitido de um para outro eixo pôr intermédio das esferas. Quando os eixos saem do alinhamento devido ao movimento da direção ou da suspensão, as esferas deslocam-se nas ranhuras.
Em constante busca de melhores condições de conforto e de condução, os fabricantes passaram a adotar a suspensão independente à frente e, alguns modelos a suspensão independente atrás. Existem várias disposições de diferencial em que a suspensão é independente, Variando estas conforme são motrizes as rodas da frente ou de trás ou até mesmo conforme o motor seja montado, longitudinal ou transversalmente. Se o motor estiver montado paralelamente ao eixo longitudinal do automóvel, é usual que o diferencial se encontre entre o motor e a caixa de câmbio de modo a obter-se um conjunto compacto.
Utiliza-se então o tipo normal de engrenagens cônicas hipoídes, alojadas, porém, no mesmo cárter da caixa de cambio. Com o motor montado transversalmente, o diferencial situa-se paralelo à árvore de manivelas, sendo utilizadas engrenagens de dentes helicoidais em vez de cônicas.
17 Diferencial
Na última fase do seu percurso até as rodas motrizes, a energia proveniente do motor passa através do diferencial. Este destina-se a reduzir a velocidade do eixo de transmissão para a velocidade exigida pelas rodas para permitir que, numa curva, a roda de dentro rode mais lentamente do que a de fora e, exceto nos automóveis de motor transversal, para permitir que a rotação do motor se transmita às rodas segundo um ângulo de 90º.
O volante do motor de um automóvel de dimensões médias gira a velocidades que atingem 6000 r.p.m., enquanto a de um veículo esportivo atinge a 7500 r.p.m. Tais velocidades têm de ser grandemente reduzidas antes que a energia mecânica seja transmitida às rodas motrizes que, mesmo a 110 km/h, giram apenas a uma velocidade entre 750 e 1150 r.p.m., isso conforme o seu diâmetro.
Em prise, a desmultiplicação proporcionada pela redução do diferencial oscila entre 6,5:1 3:1, isto é, tomando como exemplo a relação 3:1, o eixo de transmissão completa três rotações por cada rotação das rodas.
A redução obtém-se por meio de um conjunto designado por roda de coroa e pinhão de ataque. Este pinhão, ou engrenagem, existente no eixo de transmissão, faz girar uma engrenagem – a roda de coroa - montada no centro da bainha do diferencial.
A redução de velocidade depende do número de dentes existentes na roda de coroa e no pinhão de ataque. Se, por exemplo, o pinhão tiver 10 dentes e a roda de coroa 40, o eixo de transmissão completa quatro rotações enquanto a roda de coroa e as rodas motrizes completam uma só, o que corresponde a uma redução de 4:1.
Juntamente com a roda da coroa, gira um conjunto de engrenagens – planetários e satélites – que permite diferenças de velocidade de rotação entre as rodas motrizes quando o automóvel faz uma curva. A roda de coroa e o pinhão de ataque imprimem ao eixo da rotação um desvio de 90º, graças às suas engrenagens cônicas, cujos eixos formam entre si um ângulo reto.
Existem três tipos de engrenagens cônicas: de dentes direitos, de dentes helicoidais e de dentes hipóides. Os dentes direitos são paralelos aos eixos dos eixos, enquanto os helicoidais são curvos. Embora as engrenagens hipóides apresentem também dentes curvos, os eixos das engrenagens não ficam no mesmo plano, o que significa que a linha de eixo do pinhão de ataque pode ficar abaixo do centro da roda de coroa, do que resulta o abaixamento do eixo de transmissão. Assim, o túnel existente no piso do automóvel e que aloja o eixo de transmissão, pode ter menor altura ou mesmo ser eliminado.
Quando um automóvel faz uma curva, as rodas do lado de dentro percorrem uma trajetória menor do que a percorrida pelas rodas do lado de fora. Se ambas as rodas motrizes estivessem rigidamente fixas a um único eixo, acionado pela roda de coroa, teriam de rodar à mesma velocidade, o que levaria à derrapagem da roda que percorre o menor trajeto. A fim de evitar este inconveniente, o eixo apresenta-se dividido em dois semieixos, cada um dos quais é movido independentemente pelo diferencial para que, quando a roda interior diminui de velocidade, a exterior acelere, girando a roda de coroa à velocidade média das rodas.
Diferenciais com limitação de deslizamento contrariam a patinagem das rodas O diferencial apresenta o inconveniente de permitir que uma roda incapaz de aderir a um piso escorregadio gire a uma velocidade dupla da roda de coroa, enquanto a outra permanece imóvel, o que deriva do fato de o diferencial aplicar sempre um esforço igual a cada roda motriz. Assim, se uma roda patinar (não produzindo, portanto, tração), a outra ficará imóvel.
Em alguns automóveis de elevada potência este problema é resolvido mediante o recurso a um diferencial com limitação de deslizamento, ou seja, autoblocante.
Um dos tipos mais comuns de diferencial autoblocante apresenta embreagens cônicas entre os planetários do diferencial e o seu alojamento. Molas existentes entre os planetários mantêm em contatos as superfícies cônicas, criando uma resistência por atrito a qualquer diferença que possa existir entre as velocidades dos planetários e do seu alojamento. Esta resistência não é suficiente para impedir a ação do diferencial quando o automóvel faz uma curva, mas aumenta quanto maior o binário/motor (torque) aplicado ao diferencial.
O binário/motor tende a afastar os planetários, somando-se assim à força exercida sobre os cones e aumentando a resistência destes às diferenças de velocidade entre os semieixos evitando que uma das rodas motrizes patine.
Os veículos de dimensões médias com motor na frente e tração na roda traseira apresentam, na sua maioria, um eixo traseiro rígido. Os conjuntos dos semieixos e do diferencial estão alojados num cárter rígido que contém rolamentos para o apoio das peças rotativas.
Normalmente, automóveis com tração traseira ou os modelos com tração dianteira e que, portanto, não possuem diferencial atrás, têm suspensão independente nas rodas traseiras.
Existem dois tipos de alojamento do eixo traseiro. Num deles o eixo do tipo banjo forma uma unidade, estando o conjunto do diferencial contido num cárter independente, fixado por parafusos à bainha do semi eixo. No outro, o conjunto do diferencial encontra-se num cárter central, tendo de cada lado um tubo bainha que aloja o semieixo.
Apoio dos semi eixos - A classificação dos eixos depende do modo como os semieixos e os cubos das rodas estão apoiados. Em todos os tipos de eixos, as extremidades interiores dos semieixos estão ligadas aos planetários do diferencial. No eixo semiflutuante cada um dos semieixos é apoiado, na sua extremidade interior, por um rolamento que também serve de apoio ao diferencial. Na extremidade exterior encontra-se um rolamento entre o eixo e o interior da bainha ao diferencial. N
O semieixo tem de suportar os esforços de flexão impostos pelo peso do automóvel e transmitir o torque. O eixo ¾ flutuante apresenta também um rolamento no interior da bainha do diferencial; contudo, o rolamento exterior encontra-se entre o cubo da roda e a bainha do eixo, de maneira a poder suportar o peso do automóvel. O semieixo fica sujeito à flexão apenas quando o automóvel descreve uma curva.
Num eixo totalmente flutuante, existem dois rolamentos entre cada cubo e a bainha do semieixo, que suportam o peso do automóvel e as forças geradas quando este descreve uma curva. Este tipo de eixo é raramente utilizado em automóveis. Reação ao torque (binário/motor) - Quando se transmite esforço de rotação ao eixo de trás por meio de um eixo de transmissão descoberto, a reação ao respectivo torque tende a torcer o eixo nas suas suspensões. Evita-se esta torção introduzido o eixo de transmissão numa bainha de reação que constitui uma extensão rígida da bainha do diferencial.
Seleção das mudanças nos diferentes sistemas – Uma transmissão automática seleciona e muda as marchas, conforme necessário, sem intervenção do motorista. Quer dizer: para conduzir um automóvel com câmbio automático, basta selecionar o movimento para frente ou para trás e acelerar. Num automóvel com este sistema de mudanças existem, portanto, apenas dois pedais, um para acelerar e outro para frear.
Os diferentes sistemas de transmissão automática apresentam uma grande variedade de bloqueio das engrenagens, sendo a sua seleção comandada, por meio de uma alavanca.
Em todos os sistemas, a alavanca de comando pode adaptar-se a diferentes posições: N, para ponto morto; P, na maioria dos modelos, para estacionamento, posição que inclui um dispositivo de bloqueio (por questões de segurança apenas se pode pode dar a partida nomotor numa dessas posições); R para marcha ré: D, para a marcha à frente, e L para manter uma velocidade baixa. Um batente mecânico evita a inadequada seleção das posições de marcha ré ou de estacionamento.
PRNDL é a sequência mais usual. Colocando a alavanca na posição D, obtém-se toda gama de mudanças da mais alta à mais baixa, utilizando todas as velocidades que imprimem movimento para frente. A seleção das mudanças depende não só de um regulador comandado pela velocidade, mas também da posição do pedal do acelerador.
Com o acelerador a fundo obtém-se a utilização máxima de cada mudança até a mais elevada velocidade possível dentro dos limites de segurança do motor, por outro lado, acelerando ligeiramente, o motorista permite a seleção gradual das mudanças (da primeira para a Segunda e da Segunda para a prise) a variedades bastante mais baixas. Existe ainda um interruptor de fim de curso (acionado quando se carrega a fundo no pedal do acelerador) que inicia imediatamente a mudança para uma velocidade mais baixa se a velocidade de deslocação do automóvel permitir.
Por exemplo, pode-se, por meio do interruptor, passar da prise para Segunda a 90 km/h.; o comando automático, porém, poderá impedir essa passagem se a velocidade de deslocamento do automóvel for superior. Em alguns dos mais utilizados modelos de transmissões automáticas de três velocidades da marca Borg Warner a alavanca seletora apresenta a sequência, PRND21 de posições.
Colocando a alavanca na posição 2, o motorista obtém mudanças automáticas, da primeira para a Segunda velocidades e vice-versa, ficando, contudo, a prise excluída. Se a alavanca for colocada na posição 1, o motorista obtém a primeira velocidade. Esta disposição destina-se permitir a travagem máxima do motor em descidas íngremes. Numa transmissão automática as velocidades são selecionadas por pressão hidráulica.
D4321NR. Na sequência da alavanca seletora da transmissão da Automotive Products, a posição D permite mudanças completamente automáticas, enquanto as posições 4321 e R são selecionadas manualmente. A alavanca em N dá-se o ponto morto. Assim, o motorista pode optar entre as mudanças totalmente automáticas ou manuais.
Os automóveis DAF têm um sistema de transmissão por correias, denominado variomatc, que assegura mudanças totalmente automáticas, de acordo com as condições do tráfego e da faixa de rodagem. No arranque o movimento é
transmitido automaticamente a uma embreagem centrífuga que, por sua vez, faz mover dois tambores por meio de uma caixa redutora de engrenagens cônicas. Os diâmetros dos tambores variam de acordo com as velocidades de rotação destes, por meio de massas centrífugas e, de acordo com a posição do acelerador, por meio de uma câmara de vácuo. Duas correias trapezoidais dentadas rodam entre dois tambores pressionados um de encontro ao outro por meio de molas. Com aceleração baixas, o sistema proporciona automaticamente uma redução elevada.
18 4x4
Os automóveis, na sua maioria, têm duas rodas motrizes (o motor aciona ou as rodas traseiras ou as dianteiras). Quando a neve, o gelo ou a lama tornam o piso escorregadio, as rodas motrizes podem não aderir suficientemente, pelo que uma ou ambas podem derrapar, mesmo quando o veículo apresenta um diferencial auto blocante.
Se a tração for nas quatro rodas, os pneus aderem melhor ao pavimento escorregadio, já que todo peso do automóvel é utilizado na tração. A tração nas quatro rodas é usual em veículos próprios para terreno acidentados, tais como o Jeep, o Land Rover e algumas viaturas militares. Em estradas em boas condições de circulação, estes veículos funcionam com tração nas rodas traseiras, já que a tração nas quatro rodas não é aconselhável para trajetos longos. A tração nas quatro rodas pode ser engatada, quando necessário, por meio de uma alavanca (mudança extra).
Esta solução é inadequada para um automóvel de passageiros de elevada potência e capaz de atingir grandes velocidades. Alguns modelos estão equipados com tração das quatro rodas que funciona continuamente. O sistema de transmissão deste veículo leva em conta as diferenças de velocidade entre as rodas dianteiras e as traseiras. Esta variação de velocidade é permitida por um diferencial principal, que também divide o torque: 37% para as rodas da frente e 63% para as rodas traseiras.
Tração nas quatro rodas (fórmula ferguson)
19 Freios
Um freio funciona graças ao atrito resultante do contato entre um elemento não rotativo do veículo e um disco ou tambor (polia) que gira com a roda. O atrito produz a força necessária para reduzir a velocidade do automóvel ao converter em calor que se dissipa no ar a energia mecânica do veículo. Durante muitos anos, a parte rotativa do freio constituiu num tambor ao qual podiam ser aplicados dois tipos de mecanismo de atrito: uma cinta exterior que se contraía à volta do tambor ou sapatas interiores que se expandiam contra a superfície interior do tambor. Um revestimento (lona) resistente ao calor, contendo amianto, estava fixo à cinta ou as sapatas.
Os freios de tambor com expansão interior são ainda utilizados em grande quantidade de automóveis; por vezes, apenas nas rodas traseiras, caso em que se recorre aos freios de discos nas rodas dianteiras. Nos sistemas mais atuais, o pedal do freio está ligado a quatro rodas, enquanto o freio de mão bloqueia apenas as rodas traseiras, a alavanca do freio de mão esta equipada com um sistema de serrilha que permite manter o automóvel travado, mesmo quando se encontra estacionado.
Os freios de tambor são desenhados e fabricados de modo que a chuva, a neve, o gelo ou as impurezas de estradas de terra, já que a umidade reduz, substancialmente, o atrito entre o revestimentos das sapatas e o tambor. Contudo, a blindagem que protege o tambor não é estanque em caso de imersão na água, pelo que, após a passagem através de um pavimento inundado, o motorista deverá aplicar o uso dos freios para que o atrito e o calor os sequem.
O sobre aquecimento diminui, contudo, a eficácia dos freios de tambor e, quando excessivo, inutilizará para sempre as suas lonas. Pode também se suceder uma perda temporária de eficácia durante uma frenagem prolongada, tal como acontece numa longa descida. Os freios a disco estão mais expostos ao ar e dissipam o calor mais rapidamente do que os freios de tambor, sendo por conseguintes, mais eficazes em caso de sobre aquecimento ou utilização prolongada.
Na maioria dos automóveis de elevada potência, os freios de disco são utilizados, usualmente, somente nas rodas dianteiras.
Um freio a disco funciona como um freio de bicicleta, que é constituído por um bloco de frenagem de cada lado da roda, os quais as apertam. O freio a disco de um automóvel também apresenta um par de placas de atrito, as pastilhas; estas, contudo, em vez de atuarem diretamente sobre a roda, atuam sobre duas faces de um disco metálico que gira solidário com ela.
O tempo que o motorista demora para parar o seu automóvel depende da rapidez dos seus reflexos e do tempo necessário para que os freios imobilizem o veículo. Durante o período de tempo em que o motorista reage ao estímulo – cerca de dois terços de segundo na maioria dos casos -, o automóvel percorre uma determinada distância, a distância de reação.
O quadro mostra as distâncias percorridas, durante os tempos de reação e de frenagem, por automóveis de dimensões médias, equipados com freios de 60% e 80% de eficácia e a uma velocidade de deslocamento de 50 km/h, 80 km/h e 110 km/h.
A eficiência dos freios devidamente regulados e em boas condições deverá ser, pelo menos, de 80%; contudo, para obter as distâncias de frenagem indicadas, os pneus devem aderir devidamente à estrada. Normalmente é difícil avaliar a possibilidade de aderência ao pavimento apenas pelo aspecto deste e, por isso, é sempre aconselhável utilizar cuidadosamente os freios em condições de chuva ou gelo.
Teoricamente, o esforço de frenagem deveria ser distribuído entre as rodas dianteiras e as traseiras, de acordo com o peso que elas suportam. Esta distribuição varia de acordo com o modelo do automóvel (de motor na frente ou na parte traseira do veículo, por exemplo), com o número de seus ocupantes e com a quantidade de bagagem.
Contudo, em conseqüência da frenagem, uma parte do peso é transferida para frente e acrescentada à carga que estão sujeitas às rodas da frente, reduzindo-se assim a carga sobre as de trás.
Quando se aplicam os freios a fundo, a transferência de peso é maior, tendendo as rodas de trás a bloquear-se, o que, freqüentemente, provoca derrapagem lateral da parte de trás do automóvel. Se as rodas da frente ficarem imobilizadas primeiro, o automóvel deslocar-se-á em linha reta, perdendo-se, contudo, o domínio da direção.
Em pavimentos escorregadios, é mais provável que as rodas fiquem bloqueadas em consequência de uma travagem a fundo e, nessas condições, o motorista deverá sempre utilizar cautelosamente os freios.
Ao projetar o automóvel, os engenheiros equilibram o efeito da frenagem entre as rodas da frente e as de trás, tendo em conta a distribuição de peso nas condições médias de utilização. Perda de rendimento – O aquecimento excessivo dos freios, em conseqüência de frenagens repetidas ou prolongadas, pode provocar a perda da eficácia destes. O calor origina alterações temporárias nas propriedades de fricção do material utilizado nas pastilhas e nas lonas de freios, tornando estes menos eficazes à medida que aquecem.
Se um freio for sujeito a maiores esforços que os restantes poderá perder mais rapidamente a sua eficiência, do que resulta uma frenagem desigual, capaz de provocar uma derrapagem.
Os sistemas hidráulicos baseiam-se no fato de os líquidos serem praticamente incompressíveis. Uma pressão aplicada em qualquer ponto de um fluído transmitese uniformemente através deste. Um dispositivo de pistão e cilindro acionado por um pedal pode ser utilizado para gerar pressão numa extremidade de um circuito hidráulico, num sistema de freios de um automóvel. Esta pressão do fluído pode assim mover outro pistão situado na extremidade oposta do sistema e acionar o freio.
Em geral, a maior parte do esforço de frenagem atua sobre as rodas da frente, já que o peso do veículo é deslocado para a frente quando os freios são acionados. Por conseguinte, são utilizados nos freios da frente os pistões de diâmetro maior.
Em todos os automóveis atuais, o pedal do freio aciona hidraulicamente os freios. A ligação mecânica por meio de tirantes ou cabos ou por meio de ambos está reservada para o sistema de freio de mão, normalmente utilizado apenas após a parada do automóvel. Um sistema hidráulico de freio apresenta várias vantagens sobre um sistema acionado mecanicamente. É silencioso, flexível e auto lubrificado e assegura a aplicação de forças de frenagem automaticamente igualadas em ambos os lados do automóvel.
O pedal de freio está ligado, por meio de uma haste curta ao cilindro mestre. Quando o motorista pressiona o pedal, a haste faz mover o pistão no interior do cilindro mestre, empurrando o fluido hidráulico e forçando-o, através dos tubos, passar para os cilindros do freio das rodas, que aciona os freios. Uma válvula de retenção existente na extremidade de saída cilindro mestre mantém-se sempre uma ligeira pressão no circuito dos freios, a fim de impedir a entrada do ar.
Quando se deixa de exercer pressão sobre o pedal, o cilindro mestre entra em ligação com um depósito de onde o fluído flui pela ação da gravidade, o que não só compensa qualquer perda de fluído, mas também permite a sua expansão e contração devido às variações de temperatura. É importante verificar, de vez em quando, o nível do fluído no reservatório.
Alguns automóveis possuem circuitos hidráulicos independentes para as rodas da frente e para as de trás, tendo cada um dos circuitos o seu cilindro mestre. Assim, se ocorrer alguma falha de pressão num dos circuitos, o outro continuará funcionando.
A força exercida pelo motorista no pedal do freio é aplicada ao pistão do cilindro mestre depois de multiplicada por efeito de alavanca e, em seguida, transmitida pelo fluído até aos pistões dos cilindros do freio, onde é novamente multiplicada, em virtude de o diâmetro destes ser superior ao diâmetro do cilindro mestre.
Neste diafragma, onde as dimensões aparecem aumentadas para melhor compreensão, o curso do pedal é 3,5 vezes superior ao pistão do cilindro mestre que, por seu turno,é 1,25 e 2,5 vezes maior do que os cursos dos pistões dos cilindros do freio. Assim, estes pistões aplicam uma força maior percorrendo, contudo, um curso menor. Funcionamento conjunto dos cilindros – A pressão necessária para acionar os freios hidráulicos é gerada no cilindro mestre. Uma haste, movida pelo pedal dos freios, obriga o pistão a avançar.
O fluído passa então através da válvula de retenção e dos tubos para os cilindros do freio, onde os pistões, acionados pela pressão, atuam sobre os freios. A pressão de frenagem é igual e simultânea em todas as rodas.
