O câmbio automático é um sistema empregado em automóveis e motocicletas para troca de marchas realizada pelo sistema de transmissão do automóvel, que detecta a relação entre a velocidade (km/h) e a rotação do motor (rpm) para decidir pela troca automática da marcha, desta forma o sistema se propõe a manter a rotação do motor quase constante e o câmbio automaticamente faz a troca das marchas. Nos sistemas modernos com câmbio automático a troca das marchas está quase imperceptível ao motorista.
Nos Estados Unidos desde a década de 1950 quase todos os veículos utilizam-se deste sistema. Este sistema se opõe ao sistema de câmbio mecânico ou câmbio manual mais comum no Brasil.
Funcionamento:
Ao contrário do sistema de câmbio manual onde se trabalha com engrenagens de tamanhos diferentes e engatadas individualmente, no câmbio automático utiliza-se o sistema de engrenagens planetárias, elas possuem tamanhos diferentes, mas todas elas estão sempre engatadas entre si, a relação da força é dada de acordo com a ordem que essas engrenagens estão conectadas.
Vantagens e desvantagens:
Vantagens: facilidade, conforto, segurança, maior durabilidade do motor e de todos os componentes da transmissão (caixa, eixos, diferencial, etc).
Desvantagens: maior consumo (na tecnologia convencional de conversor de torque e engrenagens planetárias; novas tecnologias como a CVT ou sistemas de embreagem automática não apresentam aumento no consumo em relação ao câmbio manual) e custo elevado em relação ao câmbio mecânico (essencialmente pela baixa procura; observa-se o oposto em países nos quais a popularidade do cambio automático é maior que a do câmbio manual, como nos Estados Unidos).
Câmbio automático
Normalmente o câmbio automático apresenta as seguintes opções:
P - Park: para estacionar, recomendado para dar a partida e desligar o motor do automóvel. Bloqueia as rodas de tração.
R - Reverse: marcha-a-ré.
N - Neutral: ponto morto. Posição que pode ser usada ao dar a partida e desligar. Não bloqueia as rodas de tração.
D - Drive: para movimentar o veículo para frente, usado na maior parte do tempo de direção.
4 - 3 - 2 - 1: Posições que permitem o bloqueio das marchas 4, 3, 2 e 1. O bloqueio é usado em situações extremas quando o veículo troca várias vezes de uma marcha para outra. Por exemplo, em um aclive acentuado, ao se colocar na posição 2, impede-se o veículo de automaticamente trocar para a posição 3. Dessa forma bloqueia-se uma posição de marcha específica e não ocorre a troca automática entre elas. O mesmo procedimento é usado no freio motor.
Tendências:
A tendência do mercado internacional de automóveis de uso geral é pela extinção do câmbio mecânico, que proporciona menor segurança e maior desgaste dos componentes dos veículos, principalmente pela diversidade nos modos de direção dos usuários.
Essa tendência também se observa na medida em que novas tecnologias venham a substituir o componente trator dos veículos (motor), atualmente a combustão interna, por motores elétricos de alto rendimento. Diferentemente do motor à combustão, as tecnologias de chaveamento elétrico conseguem fornecer ao motor elétrico características de torque constante em quase todos os regimes de rotação. Logo, não existe a necessidade da caixa de transmissão; o próprio motor opera em uma única marcha em qualquer velocidade.
Caixa de velocidades:
caixa de câmbio automático da RenaultUma caixa de câmbio ou caixa de velocidades de um automóvel serve para desmultiplicar a rotação do motor para o diferencial ou diretamente para as rodas, por forma a transformar a potência do motor em força ou velocidade, dependendo da necessidade.
De uma forma geral e simplificada, quanto maior a rotação do motor em relação à rotação do eixo, maior será a força e, quanto menor a rotação do motor em relação à rotação do eixo, maior será a velocidade. Note-se que o eixo não gira à mesma rotação nem da cambota, nem da saída do diferencial (semi-eixos). Em suma, a cada marcha ou velocidade da caixa a proporção rotação do motor/rotação do eixo varia solidariamente. Normalmente esta proporção expressa-se tecnicamente por 10:1, 9:1, 1:1.05, 1:8 e assim por diante. Entenda-se, portanto, uma caixa de velocidade como multiplicador de força e/ou velocidade do motor.
Na caixa de velocidades típicas existem duas séries principais de carretos:
a do veio principal, que recebe do volante do motor a rotação do motor por intermédio da embreagem,
e a do veio secundário (de saída), que transmite um submúltiplo dessa rotação ao eixo.
Os carretos do veio principal encontram-se em rotação livre, o que permite que, em ponto morto (i.e., sem nenhuma velocidade engatada), não ocorra a transferência da rotação. No entanto, os carretos do veio secundário (à excepção de um carreto isolado, o de marcha-atrás) encontram-se firmemente ligados ao veio secundário. A cada carrego do veio primário corresponde um outro carreto, devidamente engatado, do veio secundário. São as dimensões dos carretos (e o princípio da alavanca) que especificam a proporção da (des)multiplicação desejada — obedecendo a leis triviais da física.
Aguardando a seleção de uma mudança, é engatado um carreto ao veio principal por meio de um bloqueador (do movimento livre do carreto para o veio) que, nos dias de hoje, desempenha a função de sincronizador. Com um funcionamento semelhante ao da embraiagem (transmissão por acoplagem), embora os carretos disponham de dentes que facilitam o encaixe do sincronizador, a força do veio principal transmite-se do carreto bloqueado para o carreto correspondente do veio secundário.
No caso da marcha atrás, entra em contacto um carreto suplementar do bloco secundário responsável pela mudança de direcção da rotação do eixo (e, consequentemente, da marcha). Este carreto (e aquele onde engrena respectivamente no veio primário) é de dimensões tipicamente semelhantes ao da primeira velocidade, o que permite ao automóvel dispor de força para realizar manobras em superfícies íngremes.
Conversor de torque
É um dispositivo usado para transferir a força de rotação de um elemento motor (motor térmico, elétrico, etc) para um eixo de carga, ou movido. Conversor de torque é um tipo de modifição do sistema de fluido de acoplamento (embreagem hidráulica) e é comumente usado em automóveis de transmissão automática em substituição à embreagem manual, por fricção.
É composto por três elementos: bomba, estator e turbina. A bomba é permanentemente conectada ao motor, propriamente dito; o estator é a parte fixa, responsável por direcionar o fluxo do fluido; a turbina é a parte movida, permanentemente conectada à caixa de velocidades, por exemplo. Não existe contato entre a bomba e a turbina.
O câmbio semiautomático ou câmbio automatizado é um sistema que usa computadores e sensores para executar trocas de marchas, esse sistema foi projetado por montadoras de automóveis a fim de dar uma melhor experiência de dirigibilidade, principalmente em cidades onde se há uma grande troca de marchas pelo motorista.
Funcionamento:
Ao contrário do câmbio automático onde se usa o sistema de engrenagens planetárias que estão sempre engatadas entre si, no modelo semi-automático é utilizado o mesmo sistema do modelo manual, com cada engrenagem representando uma marcha e sendo engatadas individualmente.
Também ao contrário do câmbio automático que usa o conversor de torque no lugar da embreagem para mudar a posição das engrenagens (mudando assim a marcha do carro), no modelo semi-automático utiliza-se um equipamento eletrônico para controlar a embreagem (eliminando a necessidade de utilização do pedal) que também tem a função de ajustar o timing e o torque para fazer as trocas de marchas serem rápidas e suaves.
A posição das marchas pode ser do modelo do tradicional H do câmbio manual, contudo esse tipo de modelo raramente é usado, na maioria dos carros costuma-se usar o modelo de câmbio sequencial que pode estar localizada no mesmo local onde é colocado o câmbio manual, ou atrelado à direção (os chamados paddle shifts ou "borboletas").
Atualmente muitos sistemas de câmbio semi-automático também podem operar como câmbio automático, deixando o computador de transmissão fazer as trocas de marchas automaticamente, esses sistemas eletrônicos são aperfeiçoados a cada dia, alguns sistemas tem a função de diminuir as marchas automaticamente em freagens mesmo no modo manual, alguns também tem a função de se adaptar ao modo de dirigir do motorista.
Nomenclatura:
Apesar do câmbio semiautomático ser um padrão de sistema de troca de marchas, muitos fabricantes de automóveis usam sistemas diferentes de detecção para troca de marchas em seus computadores, muitas fabricantes mantém em segredo seus sistemas e patenteando seus nomes como Dualogic (Fiat), Easytronic (Chevrolet), I-Motion (Volkswagen), Durashift (Ford), Quickshift (Renault), 2-Tronic (Peugeot), I-Shift (Honda), ou SMT (Toyota). Mas quem pensa que essa tecnologia é de hoje, está enganado, pois nos anos de 1961 até 1967, a DKW oferecia o seu câmbio semiautomático Saxomat para toda a linha, só que o seu sistema funcionava por contrapesos e centrífuga. A própria Fiat no final dos anos 90 já lançara também o Citymatic para o Fiat Palio, mas não obteve sucesso.
Utilização:
A utilização do câmbio semi-automático vem ganhando preferência em relação ao câmbio automático em principalmente em veículos de pequeno e médio porte.
Vantagens:
O câmbio semiautomático vem ganhando preferência devido ao custo de fabricação mais barato em relação ao câmbio automático, também por dar a comodidade ao motorista de poder alternar entre o modo automático e manual e por diminuir o desgaste dos freios já que quando o motorista pisa no freio o sistema desengata as engrenagens.
O sistema eletrônico também é projetado para minimizar o impacto do engate das marchas aumentando a vida útil das engrenagens em relação ao câmbio manual, também consegue diminuir o consumo de combustível já que o equipamento sabe a hora certa de passar a marcha seguinte.
Desvantagens:
Caso o sistema eletrônico apague torna-se impossível a troca de marchas.
Podem existir alguns incômodos como alguns trancos na hora do engate de algumas marchas (principalmente em altas rotações), também existem algumas reclamações sobre incertezas do dispositivo eletrônico em saber qual a marcha que deve ser engatada, principalmente em mudanças bruscas de aceleração ou inclinação do terreno. No modo de troca manual também podem existir reclamações de atrasos para se mudarem as marchas. Todas essas desvantagens dependem muito do modelo do carro e do modo de dirigir do motorista sendo muito importante a realização do test drive para avaliação desses pontos.
Configuração:
Geralmente o câmbio semi-automático apresenta as opções abaixo, lembrando que é sempre recomendável que na troca dessas opções o motorista esteja pisando no freio:
N (Neutral): Posição neutra de ponto morto que deve ser usada ao dar a partida e desligar. Não bloqueia as rodas de tração.
R (Reverse): Marcha-a-ré.
A/M (Automatic/Manual) ou D/M (Drive/Manual): Alterna entre o modo de troca de marchas automático feito pelo computador; ou manual, feito pelo motorista.
S (Sport): Botão que ativa o modo esportivo, usado para acelerações rápidas onde as marchas são mudadas a altas rotações (serve apenas para o modo automático).
+ e -: Utilizados para aumentar ou diminuir a marcha de modo sequencial, é usada apenas para o modo manual, também podem estar dispostos próximos a direção do motorista (os chamados paddle shifts).
CVT
CVT Continuously variable transmission (CVT) é um tipo de transmissão que simula uma quantidade infinita de relações de marcha, uma vez que funciona com um sistema de duas polias interligadas de tamanhos diferentes, ao invés de engrenagens com determinados tamanhos. O conceito do CVT foi idealizado por Leonardo da Vinci em 1490, contudo a primeira patente do sistema foi registrada 1886.
É usado principalmente em pequenos veículos como motos, jet skis, aceleras, karts e carros de golfe, tem vindo a ser incorporado a veículos maiores como carros de passeio e pickups, é também considerado um tipo de câmbio automático, apesar de seu funcionamento ser diferente.
Nos carros além da aceleração contínua, o sistema CVT, proporciona economia de combustível em relação a todos os outros sistemas anteriores. Sejam sistemas automáticos ou manuais.