BRPI0816403B1 - Transmissão continuamente variável e unidade para uso com uma transmissão continuamente variável - Google Patents

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Christopher John Greenwood
Philip Duncan Winter
David Burt
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Allison Transmission, Inc.
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Abstract

transmissão continuamente variável e unidade para uso com uma transmissão continuamente variável a invenção diz respeito a uma transmissão continuamente variável que incorpora um variador do tipo com pelo menos duas pistas coaxiais (d1-d4) entre as quais o acionamento é transferido em uma razão do variador continuamente variável. as pistas do variador são montadas para rotação ao redor de um eixo do variador (16). a transmissão tem um eixo auxiliar (18), que é lateralmente separado do eixo do variador. ela tem duas engrenagens epicíclicas. um divisor epicíclico (14) tem um elemento de entrada, acionado a partir da entrada da transmissão (10), e dois elementos de saída, arranjados, respectivamente, para acionar o eixo auxiliar e o eixo do variador. um recirculador epicíclico tem primeiro e segundo elementos de entrada, para acoplar, respectivamente, no eixo do variador e no eixo auxiliar, e um elemento de saída do recirculador. um arranjo de embreagens é fornecido para engatar seletivamente qualquer um de pelo menos três regimes. em um regime, o elemento de saída do recirculador aciona a saída da transmissão. em um outro, o eixo auxiliar aciona a saída da transmissão. em um terceiro, o eixo do variador aciona a saída da transmissão. o arranjo dos componentes é de maneira tal que o eixo do variador seja coaxial em relação à saída da transmissão, à epicíclica do recirculador, a um primeiro acoplamento entre o elemento de saída do recirculador e a saída da transmissão, que serve para acionar a saída da transmissão no primeiro regime, e a um segundo acoplamento entre o eixo do variador e a saída da transmissão, que serve para acionar a saída da transmissão no supramencionado terceiro regime.

Description

[001] A presente invenção diz respeito a transmissões continuamente variáveis do tipo que é operável em múltiplos regimes.
[002] Tipicamente, uma transmissão continuamente variável (CVT) incorpora:
(a) um variador - um dispositivo com uma entrada rotativa e uma saída rotativa, que pode variar a razão de sua velocidade de entrada para sua velocidade de saída (a razão do variador) de uma maneira não gradual, e (b) engrenagem associada, por meio da qual o variador é acoplado entre uma fonte de energia rotativa, tal como um motor, e um ponto de uso de energia, por exemplo, as rodas acionadas de um veículo a motor.
[003] A razão de velocidade total fornecida pela transmissão como um todo (a razão da transmissão) é em função da razão do variador, mas, no geral, não é idêntica a ela, sendo modificada pela engrenagem associada.
[004] É bem conhecido incorporar na engrenagem um arranjo de engrenagem de “derivação”, tipicamente, do tipo epicíclico. Engrenagens de derivação podem servir para recircular energia, reduzindo a energia tratada pelo próprio variador, e para fornecer uma condição conhecida na tecnologia como ponto morto. Tipicamente, a derivação tem duas entradas rotativas acopladas em lados oposto do variador, e uma saída rotativa acoplada, por exemplo, na engrenagem final e, então, nas rodas do veículo. Em uma certa razão do variador (a razão do ponto morto) as duas entradas da derivação neutralizam uma à outra, deixando a saída estacionária. Esta condição é referida como ponto morto e habilita que a saída da transmissão seja levada a uma interPetição 870190006349, de 21/01/2019, pág. 7/39
2/22 rupção sem que ela seja fisicamente desacoplada do motor em movimento. Assim, uma transmissão como esta pode ser usada sem nenhum dispositivo de partida, tal como a embreagem manual ou o conversor de torque de uma transmissão automotiva convencional, usado para acoplar / desacoplar o motor e a transmissão mediante partida do veículo e mediante frenagem do veículo até o repouso. Razões do variador em relação a um lado da razão do ponto morto fornecem rotação de saída invertida e deslocamento invertido do veículo. Razões do variador em relação ao outro lado da razão do ponto morto fornecem rotação de saída direta e deslocamento direto do veículo. Quando o variador estiver na razão do ponto morto, as rodas acionadas e o veículo ficam em uma interrupção.
[005] Tipicamente, a engrenagem de uma CVT incorpora um ou mais dispositivos de embreagem, cujo engate / desengate permite que a transmissão comute entre regimes. A razão da transmissão é em função da razão do variador, mas, em cada regime, o relacionamento entre a razão do variador e a razão da transmissão é diferente. Por exemplo, transmissões de carro a motor são frequentemente desenhadas para fornecer dois regimes - alto e baixo. Regime baixo fornece engrenagens invertida, em ponto morto e direta baixa. Regime alto fornece engrenagens diretas mais altas.
[006] Razões são selecionadas na engrenagem de maneira tal que, quando o variador alcançar uma certa razão do variador (a razão síncrona) próxima do fim de sua faixa, uma mudança do regime baixo para alto não ocasione mudança na razão da transmissão. Uma mudança de regime em razão síncrona pode ser feita suavemente, sem grande descontinuidade no torque nas rodas do veículo ou mudança da velocidade do motor.
[007] O uso de múltiplos regimes é desejável em relação à eficiência de energia da transmissão. Tipicamente, o próprio variador é a parte
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3/22 menos eficiente da transmissão. Em qualquer dado regime, se a amplitude de razões fornecidas pela transmissão como um todo for maior que a amplitude de razão do variador, então, a derivação é divisão de energia. Isto é, somente parte da energia total é transmitida através do variador. Reduzir a amplitude da razão em um dado regime reduz a proporção de energia total através do variador e, então, pode melhorar a eficiência e reduzir as dimensões e a especificação necessárias do próprio variador. Por tais motivos, em alguns casos, pode ser desejável fornecer mais que dois regimes. Grandes caminhões de estrada fornecem um exemplo. Eficiência de energia é uma importante consideração para tais veículos, e seus motores criam energia e torque particularmente altos, cujo tratamento pelo variador pode ser problemático em uma transmissão de dois regimes.
[008] Um exemplo conhecido de uma CVT operável em três ou mais regimes é fornecido no pedido de patente internacional publicado WO 94/24.462, em nome de Torotrak (Development) Limited. Sua contraparte nos Estados Unidos é US 5.643.121. A transmissão em questão usa duas engrenagens de derivação epicíclicas. Uma destas é referida neste documento como a epicíclica divisora de energia, em virtude de ela receber energia do motor e a dividir entre os primeiro e segundo eixos, acomodando mudanças em suas velocidades relativas. O próprio variador tem sua entrada conectada no primeiro eixo e sua saída conectada no segundo eixo, então (para uma velocidade fixa do motor), um aumento na razão do variador faz com que o segundo eixo acelere e o primeiro eixo desacelere, enquanto que uma diminuição na razão do variador faz com que o segundo eixo desacelere e o primeiro acelere. Cada eixo pode ser seletivamente acoplado nas rodas do veículo por meio de pelo menos um arranjo de embreagem / engrenagem. Considere o que acontece à medida que a razão da transmissão aumenta. Inicialmente, diga-se, o primeiro eixo é conectado nas rodas por meio
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4/22 de um primeiro arranjo de embreagem / engrenagem. O segundo eixo é desconectado e, então, rodas livremente. O variador é varrido através de sua faixa de razão para aumentar a velocidade do primeiro eixo e a velocidade das rodas acionadas. Consequentemente, o variador alcança o fim de sua faixa de razão, e uma mudança de regime síncrona é iniciada, desconectando o primeiro eixo e conectando o segundo eixo nas rodas através de um segundo arranjo de embreagem / engrenagem. Neste ponto, a direção da mudança da razão do variador é invertida. Então, o variador é revarrido através de sua faixa de razão, aumentando a velocidade do segundo eixo e das rodas acionadas. Quando ele alcançar a extremidade oposta de sua faixa de razão, uma mudança para um regime ainda mais alto pode ser feita pela desconexão do segundo eixo e conexão do primeiro eixo nas rodas através de um terceiro arranjo de embreagem / engrenagem. Em princípio, pelo fornecimento de cada eixo com múltiplos arranjos de embreagem / engrenagens para acionar as rodas em diferentes razões, qualquer número de regimes pode ser fornecido.
[009] A segunda das engrenagens de derivação é referida em WO 94/24.462 como a epicíclica recirculadora de energia, e serve para fornecer um regime baixo, que contém o ponto morto. Suas entradas são conectadas através do variador e sua saída é conectável, por meio de uma embreagem, nas rodas acionadas. No regime baixo, tanto o primeiro quanto o segundo eixos são desconectados das rodas que, em vez disto, são acionadas pela saída da epicíclica do recirculador de energia.
[0010] O desenho e esquema de uma transmissão como esta são problemáticos. WO 94/24462 mostra arranjos nos quais as duas derivações epicíclicas são coaxiais uma em relação à outra e em relação à entrada da transmissão, mas o próprio variador é lateralmente deslocado do seu eixo geométrico comum. Isto não é sempre conveniente a
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5/22 partir do ponto de vista de acondicionamento, nem permite, necessariamente, que o número de engrenagens nos caminhos de transferência de energia seja minimizado, e engrenagem adicional é indesejável, já que ela aumenta a dissipação da energia da transmissão.
[0011] Uma transmissão que opera em princípios essencialmente similares, mas com um esquema diferente, é divulgada no pedido de patente internacional publicado WO94/16.244, novamente, em nome de Torotrak (Development) Limited. Sua contraparte nos EUA é US 5.564.998. Nesta transmissão, os dois arranjos de engrenagem epicíclica são coaxiais em relação ao variador, e em cada lado dele, mas a saída da transmissão é feita através de um eixo auxiliar, que é deslocado do eixo geométrico do variador, e isto também pode ser problemático em relação ao acondicionamento.
[0012] As designações entrada e saída foram usadas anteriormente e serão usadas repetidamente a seguir em relação aos eixos ou outro elementos rotativos através dos quais componentes, tais como o variador - e, de fato, a própria transmissão -, se acopla em outros componentes. Trata-se de uma nomenclatura útil para distinguir um lado do componente do outro, mas entende-se que, na maioria dos casos, a designação é essencialmente arbitrária, e que o fluxo de energia (embora ele seja considerado do motor até as rodas na discussão a seguir) não será, necessariamente, sempre da entrada para a saída.
[0013] Um primeiro aspecto da presente invenção é projetado para fornecer uma transmissão multirregime que é eficiente em relação à energia e/ou econômico para fabricar e/ou conveniente para acondicionar.
[0014] De acordo com o primeiro aspecto do presente invenção, é fornecida uma transmissão continuamente variável que tem uma entrada da transmissão e uma saída da transmissão, e é adaptada para
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6/22 transferir acionamento entre elas em uma razão da transmissão continuamente variável, a transmissão compreendendo adicionalmente um variador com pelo menos duas pistas do variador entre as quais acionamento é transferido em uma razão do variador continuamente variável, as pistas do variador sendo montadas para rotação ao redor de um eixo geométrico definido por um eixo do variador; um eixo auxiliar lateralmente separado do eixo do variador; engrenagem epicíclica divisora com um elemento de entrada divisor, arranjado para ser acionado a partir da entrada da transmissão, e dois elementos de saída divisores, arranjados para acionar, respectivamente, o eixo auxiliar e o eixo do variador; engrenagem epicíclica do recirculador, com primeiro e segundo elementos de entrada do recirculador, arranjada para ser operativamente acoplada no eixo do variador e no eixo auxiliar, respectivamente, e um elemento de saída do recirculador; e um arranjo de embreagem para engatar seletivamente:
(a) um regime no qual o elemento de saída do recirculador aciona a saída da transmissão;
(b) um regime no qual o eixo auxiliar aciona a saída da transmissão; e (c) um regime no qual o eixo do variador aciona a saída da transmissão; o eixo do variador sendo coaxial em relação a:
a saída da transmissão; a epicíclica do recirculador;
um primeiro acoplamento, entre o elemento de saída do recirculador e a saída da transmissão, que serve para acionar a saída da transmissão no regime (a); e um segundo acoplamento, entre o eixo do variador e a saída da transmissão, que serve para acionar a saída da transmissão no regime (c).
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7/22 [0015] Um problema diferente relacionado a transmissões multirregime diz respeito às viabilidades de fabricação. Diferentes veículos têm diferentes exigências em relação ao número de regimes a ser fornecidos pela transmissão. Um grande número de regimes permite que a energia tratada pelo variador seja reduzida, da forma supraexplicada. Por outro lado, transmissões que fornecem até quatro diferentes regimes podem ser volumosas e relativamente onerosas para fabricar. Será desejável tornar possível usar amplamente os mesmos componentes e ferramentas para duas diferentes transmissões, uma com a capacidade de fornecer mais regimes que a outra. Isto pode ser alcançado pelo uso de uma única transmissão básica que fornece o número mais baixo de regimes, com componentes adicionais opcionais para fornecer um regime adicional (ou regimes).
[0016] De acordo com um segundo aspecto do presente invenção, o resultado de incorporar os componentes adicionais é uma transmissão continuamente variável que é operável em pelo menos quatro regimes e que tem uma entrada da transmissão e uma saída da transmissão final e que é adaptada para transferir acionamento entre elas em uma razão da transmissão continuamente variável, a transmissão compreendendo adicionalmente um variador com pelo menos duas pistas do variador entre as quais acionamento é transferido em uma razão do variador continuamente variável, as pistas do variador sendo montadas para rotação ao redor de um eixo geométrico definido por um eixo do variador; um eixo auxiliar lateralmente separado do eixo do variador; engrenagem epicíclica divisora com um elemento de entrada divisor, arranjado para ser acionado a partir da entrada da transmissão, e dois elementos de saída divisores, arranjados para acionar o eixo auxiliar e o eixo do variador, respectivamente; engrenagem epicíclica do recirculador com primeiro e segundo elementos de entrada do recirculador, arranjados para ser operativamente acoplados no eixo do variador e no eixo auxiliar,
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8/22 respectivamente, e um elemento de saída do recirculador; um elemento de saída compartilhado, arranjado para ser acoplado e desacoplado, de forma seletivamente operativa, na saída da transmissão final por meio de um primeiro arranjo de embreagem, e arranjos de embreagem adicionais para:
(a) acoplar o elemento de saída do recirculador no elemento de saída compartilhado e, através dele, na saída da transmissão final, para fornecer um regime;
(b) acoplar o eixo auxiliar no elemento de saída compartilhado e, através dele, na saída da transmissão final, para fornecer um outro regime;
(c) acoplar o eixo do variador no elemento de saída compartilhado e, através dele, na saída da transmissão final, para fornecer um outro regime; e (d) acoplar tanto o eixo auxiliar quanto o eixo do variador na saída da transmissão final, por meio de um caminho separado que não inclui o elemento de saída compartilhado, enquanto que o elemento de saída compartilhado é desacoplado da saída da transmissão final para fornecer um outro regime.
[0017] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção, os componentes adicionais necessários para fornecer o segundo regime podem ser formados como uma unidade, para anexar em uma transmissão hospedeira continuamente variável, a fim de fornecer à transmissão um regime adicional, a unidade compreendendo uma saída da transmissão final rotativa, uma primeira entrada rotativa engatável em uma primeira saída da transmissão hospedeira, uma segunda entrada rotativa engatável em uma segunda saída da transmissão hospedeira, e um arranjo de engrenagem e embreagens para conectar seletivamente a saída da transmissão final em pelo menos uma das primeira e segunda entradas rotativas.
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Tipicamente, as embreagens usadas para selecionar um regime ou um outro são dispositivos de atrito, por exemplo, do tipo placa molhada. Embora muito amplamente disponíveis e efetivas, há certas desvantagens associadas com o uso deste tipo de embreagem. Por sua natureza, ela é sujeita ao desgaste e, portanto, à renovação periódica. A embreagem escolhida deve poder tratar o torque esperado e, já que isto pode ser substancial em veículos, tais como caminhões, as exigências da embreagem pode ser severas. Também há a despesa de embreagens tipo placa molhada a ser considerada.
[0018] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é fornecida uma transmissão multirregime continuamente variável que compreende um variador que fornece uma razão do variador continuamente variável, a engrenagem definindo pelo menos dois caminhos de acionamento seletivamente engatáveis entre uma entrada da transmissão e uma saída da transmissão, ambos os caminhos de acionamento incorporando o variador, de forma que, em ambos, a razão da velocidade de entrada da transmissão pela velocidade de saída da transmissão seja em função da razão do variador, e um arranjo de embreagem de mudança de regime, a transmissão sendo caracterizada em que o arranjo de embreagem de mudança de regime compreende uma ou mais embreagens de garras para mudar do engate de um caminho de acionamento para o engate do outro, e em que a transmissão compreende adicionalmente pelo menos um dispositivo de engate por atrito que, quando sujeito a torque em excesso, pode deslizar e, assim, permitir uma divergência entre a razão do variador e a razão da velocidade de entrada da transmissão pela velocidade de saída da transmissão. [0019] As embreagens de garras não podem deslizar e, então, não podem acomodar uma divergência entre as velocidades de entrada e saída da transmissão. Na ausência do dispositivo de engate por atrito, isto pode levar à carga excessiva em outras partes da transmissão, tal
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10/22 como o variador, no caso de aumentos inesperados de torque, por exemplo, criados por frenagem muito intensa pelo motorista. Em tais condições, o dispositivo de engate adicional por atrito pode deslizar e, então, fornecer a transmissão com a proteção necessária.
[0020] Modalidades específicas da presente invenção serão agora descritas, a título de exemplo somente, em relação aos desenhos anexos, nos quais:
a figura 1 é uma ilustração em perspectiva altamente simplificada dos componentes principais de um variador de tração por rolamento de pista toroidal adequado para uso na implementação da presente invenção;
a figura 2 mostra o mesmo variador, novamente, de forma altamente simplificada, vista ao longo de uma direção radial;
a figura 3 é uma representação esquemática de uma CVT de três regimes que incorpora a presente invenção;
a figura 4 representa a mesma transmissão com mais detalhes;
as figuras 5a-5c correspondem à figura 4, exceto em que, em cada uma, os componentes incluídos no caminho de energia para um respectivo regime são destacados em negrito, outros componentes sendo mostrados em impressão fraca;
a figura 6 representa a mesma CVT vista nas figuras 3 e 4 com engrenagem adicional e componentes relacionados para fornecer um quarto regime;
a figura 7 representa a transmissão da figura 6 com mais detalhes;
a figura 8 representa uma transmissão que é um desenvolvimento daquela vista na figura 7, sendo, em alguns aspectos, mais simples para fabricar;
a figura 9 representa a mesma transmissão vista na figura 8 com engrenagem adicional e componentes relacionados para fornecer
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11/22 um quarto regime.
[0021] Um variador V adequado para uso na implementação da presente invenção será descrito primeiro em relação às figuras 1 e 2. O variador em questão é conhecido pelos versados na técnica, e é do tipo tração por rolamento de pista toroidal. Outros tipos de variadores podem ser usados em transmissões que incorporam a invenção. O variador V tem primeira e segunda pistas de entrada D1, D2 com respectivas faces semitoroidalmente rebaixadas 200, 202. Entre as pistas de entrada D1, D2, ficam as primeira e segunda pistas de saída D3, D4, e estas também têm respectivas faces semitoroidalmente rebaixadas 204, 206, de forma que, entre as primeiras pistas de entrada e de saída D1, D3, seja formada uma primeira cavidade toroidal 208, e entre as segundas pistas de entrada e de saída D3, D4, seja formada uma segunda cavidade toroidal 210. As pistas têm um eixo geométrico rotacional comum (o eixo geométrico do variador) definido por um eixo do variador 212 ao redor do qual elas rotacionam.
[0022] Cada cavidade 208, 210 contém um respectivo conjunto de rolamentos 214, 216. Tipicamente, cada conjunto consiste em três rolamentos. Cada rolamento é montado para rotação ao redor de um eixo geométrico do rolamento e corre sobre as faces toroidais de suas pistas de entrada e de saída associadas para transferir acionamento de um para o outro. Cada um dos rolamentos 214, 216 pode se mover contra e a favor ao longo de uma direção circunferencial ao redor do eixo do variador geométrico. Ele também pode preceder. Isto é, o eixo geométrico do rolamento pode girar, mudando a inclinação do eixo geométrico do rolamento em relação ao eixo geométrico do variador. No exemplo ilustrado, estes movimentos são fornecidos pela montagem rotativa de cada rolamento 214, 216 em um respectivo suporte 220 acoplado por uma haste 222 em um pistão 228 de um atuador 230. Uma linha 232 do centro do pistão 228 até o centro do rolamento 216 constitui um eixo
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12/22 geométrico de precessão ao redor do qual todo o conjunto pode girar. A precessão do rolamento resulta em mudanças dos raios dos caminhos traçados sobre as pistas, tais como D2, D4, pelo rolamento, tal como 216, e, portanto, em uma mudança da razão de acionamento do variador.
[0023] Note que, neste exemplo, o eixo geométrico de precessão 232 não fica precisamente em um plano perpendicular ao eixo geométrico do variador, mas, em vez disto, é inclinado em relação a este plano. O ângulo de inclinação é rotulado CA no desenho, e é conhecido como o ângulo de inclinação vertical do eixo de esterção das rodas. À medida que o rolamento se move contra e a favor, ele segue um caminho circular centralizado no eixo geométrico do variador. Além do mais, a ação das pistas sobre o rolamento cria um momento de direção que tende a mantê-lo em uma inclinação tal que o eixo geométrico do rolamento faz interseção com o eixo geométrico do variador. Esta interseção dos eixos geométricos pode ser mantida, apesar do movimento do rolamento contra e a favor, ao longo de seu caminho circular, em virtude do ângulo de inclinação vertical do eixo de esterção das rodas. À medida que o rolamento se move ao longo do seu caminho, ele também é direcionado pela ação das pistas, fazendo com que ele preceda tal como para manter a interseção dos eixos geométricos. O resultado é que a posição do rolamento ao longo do seu caminho corresponde a uma certa inclinação do rolamento e, portanto, a uma certa razão de acionamento do variador.
[0024] O atuador 230 recebe pressões de fluido hidráulico opostas através das linhas 234, 236. A força assim criada pelo atuador 230 impele o rolamento ao longo do seu caminho circular ao redor do eixo geométrico do variador e, em equilíbrio, ele é balanceado pelas forças exercidas sobre o rolamento pelas pistas. A força exercida pelas pistas é proporcional à soma dos torques externamente aplicados nas pistas
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13/22 do variador. Esta soma - o torque de entrada do variador mais o torque de saída do variador - é o torque líquido que deve ser reagido pelas montagens do variador, e é referido como o torque de reação. Pelo ajuste das pressões nas linhas 234, 236, o torque de reação criado pelo variador é diretamente controlado.
[0025] Uma transmissão que incorpora o variador V será agora descrita. Os princípios de operação da presente transmissão podem ser mais bem entendidos em relação à figura 3, que mostra seus componentes funcionais principais em uma forma puramente esquemática. O eixo de entrada 10 é acionado por uma fonte de energia rotativa 12 que, no presente exemplo, é um motor a diesel, embora, em princípio, ela possa ser qualquer tipo de máquina de combustão interna, motor - elétrico ou de outro tipo - motor de combustão externa ou outro acionador rotativo. Uma epicíclica divisora 14 tem três elementos rotativos que são conectados, respectivamente, em (i) o eixo de entrada 10, (ii) um primeiro eixo intermediário 16, e (iii) um segundo eixo intermediário 18. A última destas conexões é por meio da engrenagem R1. A entrada de energia do motor para a epicíclica divisora 14 é direcionada para os eixos intermediários 16, 18, mas a divisão desta energia entre os dois eixos intermediários e suas velocidades relativas não são determinadas pela epicíclica divisora.
[0026] O variador V é conectado através dos primeiro e segundo eixos intermediários. Especificamente, a entrada rotativa do variador é conectada no primeiro eixo intermediário 16 e sua saída é conectada, por meio da engrenagem R2, no segundo eixo intermediário 18. Assim, a razão de velocidade do primeiro pelo segundo eixos intermediários é igual à razão do variador multiplicada pela razão da engrenagem R2. Uma mudança da razão do variador - em velocidade constante do eixo de entrada 10 - faz com que um dos eixos intermediários desacelere e o outro acelere.
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14/22 [0027] A transmissão tem um eixo de saída rotativa 20 que, no caso de uma transmissão do veículo, é tipicamente acoplado, por meio da engrenagem final, nas rodas do veículo. No exemplo ilustrado, há três rotas disponíveis para transferência de energia para o eixo de saída 20, cada uma delas engatável por meio de uma respectiva embreagem M1, M2, M3, e cada uma delas fornecendo um diferente regime de transmissão.
[0028] O regime mais baixo fica ativo quando a embreagem M1 for engatada e as outras embreagens desengatadas. No exemplo ilustrado, a embreagem M1 é, realmente, um freio que age sobre o suporte planetário de uma engrenagem epicíclica de acoplamento 22. Esta epicíclica em particular serve simplesmente como um acoplamento e não desempenha nenhuma função de mistura. Quando a embreagem M1 estiver engatada, ela transfere acionamento para o eixo de saída 20 e fornece uma razão de engrenagem fixa. Quando a embreagem M1 for desengatada, a engrenagem epicíclica de acoplamento 22 roda livremente e não transmite energia significativa. Neste contexto, uma engrenagem epicíclica tem a vantagem de que suas entrada e saída são coaxiais, o que é conveniente do ponto de vista construtivo.
[0029] Energia é transferida para a engrenagem epicíclica de acoplamento 22 por meio da engrenagem epicíclica de recirculação 24 que tem uma primeira entrada 26, conectada no primeiro eixo intermediário 16, uma segunda entrada 28, conectada por meio da engrenagem R3 no segundo eixo intermediário 18, e uma saída 30, que leva para a engrenagem epicíclica de acoplamento 22. É em virtude da engrenagem epicíclica de recirculação 24 que a transmissão pode fornecer ponto morto. Na razão do ponto morto do variador, as velocidades das suas primeira e segunda entradas 26, 28 neutralizam uma à outra, e sua saída 30 é, consequentemente, estacionária, independente da velocidade
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15/22 do motor 12, apesar de ser mecanicamente acoplada no motor. Em algumas modalidades, razões do variador em relação a um lado da razão do ponto morto fornecem a rotação de saída invertida (movimento invertido do veículo) e razões do variador em relação ao outro lado do ponto morto fornecem rotação de saída direta (movimento direto do veículo). [0030] Uma mudança do regime mais baixo - o primeiro - para o segundo regime é realizada pelo desengate da embreagem M1 e pelo engate da embreagem M2. Isto é feito em razão síncrona, de forma que não resulte nenhuma mudança instantânea na razão da transmissão. Então, a engrenagem epicíclica de acoplamento 22 e a engrenagem epicíclica de recirculação 24 rodam livremente e são efetivamente removidas do caminho de suprimento de energia. Em vez disto, o eixo de saída 20 é acionado a partir do segundo eixo intermediário 18 por meio da engrenagem R4.
[0031] Uma mudança do segundo para o terceiro regime é realizada pelo desengate da embreagem M2 e pelo engate da embreagem M3, que é novamente realizado em razão síncrona. Então, o caminho para suprimento de energia é feito através de um acoplamento direto do primeiro eixo intermediário 16 no eixo de saída 20.
Note que, à medida que a transmissão atravessa toda sua faixa de razão, a razão do variador é varrida, primeiro, através da sua faixa no primeiro regime, então, de volta através de sua faixa - na direção oposta - no segundo regime, então novamente de volta através de sua faixa na primeira direção - no terceiro regime. A escolha das razões da engrenagem R é de maneira tal que o primeiro, segundo e terceiro regimes forneçam razões gerais de transmissão sucessivamente mais altas isto é mais revoluções de saída por revolução de entrada.
[0032] As figuras 4 e 5 representam uma modalidade prática da mesma transmissão vista na figura 3. Aqui, o primeiro eixo intermediário
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16/22 é formado pelo eixo principal de um variador V tipo tração por rolamento de pista toroidal do tipo supradescrito. O segundo eixo intermediário 18 é formado como um eixo auxiliar lateralmente deslocado do variador. As pistas externas do variador D1, D2 são montadas no primeiro eixo intermediário 16 para rotacionar juntamente com ele, de forma que o acionamento seja diretamente transferido das pistas para o eixo (ou vice-versa - a direção do fluxo de energia pode ser em ambas as direções). O acionamento das pistas internas do variador D3, D4 é tomado através de uma primeira engrenagem de correia 32 entre elas, que aciona uma segunda engrenagem de correia 34 no segundo eixo intermediário 18 através de uma correia (não mostrada), formando a engrenagem R2 da figura 3. Outros arranjos de transferência de acionamento lateral podem ser usados neste contexto, tal como engrenagens diretamente combinadas.
[0033] A epicíclica divisora 14 é coaxial em relação às pistas do variador D1-D4. Na modalidade ilustrada ele fica disposto entre o eixo de entrada 10 e o variador V. O eixo de entrada 10 porta o suporte planetário Spc da epicíclica divisora 14. Os planetas 36 portados por este combinam com a engrenagem solar Ss, que é montada no primeiro eixo intermediário 16, e, também, com a engrenagem tipo anel internamente dentado Sr, que também é dentado no seu exterior para engatar com uma primeira engrenagem do eixo auxiliar 38, montada no segundo eixo intermediário (eixo auxiliar) 18. Os dentes externos da engrenagem tipo anel Sr e a primeira engrenagem do eixo auxiliar 38, juntos, formam a engrenagem R1 da figura 3.
[0034] A epicíclica do recirculador 24 é coaxial em relação às pistas do variador D1-D4. Na modalidade ilustrada, ele fica no lado oposto do variador a partir da epicíclica divisora de energia 14. A epicíclica do recirculador 24 compreende uma engrenagem solar REs montada no priPetição 870190006349, de 21/01/2019, pág. 22/39
17/22 meiro eixo intermediário (eixo do variador) 16, que combina com as engrenagens planetárias 40 portadas sobre um suporte planetário REpc. As engrenagens planetárias 40 também combinam com uma engrenagem tipo anel internamente dentado REr da epicíclica do recirculador 24, e esta engrenagem tipo anel também é externamente dentada para combinar com uma segunda engrenagem do eixo auxiliar 42 montada no segundo eixo intermediário (eixo auxiliar) 18. Os dentes externos da engrenagem tipo anel REr e a segunda engrenagem do eixo auxiliar 42 formam a engrenagem R3 da figura 3.
[0035] O acoplamento epicíclico 22 fica adjacente à epicíclica recirculador 24, e do lado de fora dele. Sua engrenagem solar CEs é diretamente acoplada no suporte planetário REpc da epicíclica do recirculador e combina com os planetas 44 portados em um suporte planetário CEpc. Os planetas 44 também combinam com uma engrenagem tipo anel CEr do acoplamento epicíclico 22, que é, ele próprio, diretamente acoplado no eixo da saída da transmissão 20. Nesta modalidade em particular, a embreagem do primeiro regime M1 é formada como um freio, cujo engate trava o suporte planetário do acoplamento epicíclico CEpc em relação à rotação e habilita o acoplamento epicíclico 22 a transmitir energia do suporte planetário REpc da epicíclica do recirculador 24 para o eixo da saída da transmissão 20. Liberar a embreagem / freio M1 permite que o suporte planetário CEpc rode livremente, e impede tal transferência de energia, desacoplando efetivamente o suporte planetário REpc do eixo de saída 20.
[0036] A embreagem do segundo regime M2 serve para acoplar / desacoplar o eixo de saída 20 em uma engrenagem de saída 46, que é coaxial em relação ao eixo de saída 20 e que combina com uma terceira engrenagem do eixo auxiliar 48 montada no segundo eixo intermediário (eixo auxiliar) 18, estas engrenagens, juntas, fornecendo a razão R4 da figura 3.
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18/22 [0037] O primeiro eixo intermediário (eixo do variador) 16 é coaxial em relação ao eixo da saída da transmissão 20, e a embreagem do terceiro regime M3 fica disposta diretamente entre os dois para seletivamente acoplar / desacoplar os mesmos.
[0038] Os caminhos para transmissão de energia nos três regimes podem ser percebidos nas figuras 5a-c, nas quais a embreagem engatada e os componentes ativos - aquelas servindo para transferir energia - são mostrados em negrito para os três diferentes regimes.
[0039] A supradescrita transmissão fornece três regimes. Para alguns veículos, pode ser desejável fornecer ainda mais regimes. Aumentar o número de regimes pode permitir que a energia tratada pelo variador seja reduzida e, então, permitir que a eficiência seja melhorada, como exposto. Ela também pode ser usada para fornecer uma amplitude de razão especialmente ampla que é desejável, por exemplo, para caminhões, que podem ser operados por longos períodos em velocidade predominantemente constante em estradas rápidas. Em tais condições, uma engrenagem com sobreacionamento muito alto pode permitir que o motor seja operado em sua condição mais eficiente. Por outro lado, transmissões que fornecem quatro ou mais regimes não são necessariamente desejáveis para outros veículos. Elas podem ser excessivamente onerosas para fabricar e/ou muito volumosas para serem acomodadas no veículo. A fabricação de duas transmissões inteiramente diferentes, para satisfazer estas exigências conflitantes, é economicamente não atrativa.
[0040] Entretanto, um regime adicional - quarto - pode ser fornecido, simplesmente, pela adição de embreagens e engrenagens adicionais na transmissão das figuras 3 a 5, sem modificação substancial dela. A figura 6 ilustra o princípio e corresponde à figura 3 (as partes idênticas sendo dados os mesmos números de referência), exceto em que uma
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19/22 quarta rota para transmissão de energia para a saída é fornecida através da engrenagem Rs, acoplada no segundo eixo intermediário 18, e através de uma embreagem de quarto regime M4. Nesta modalidade em particular, a velocidade do eixo da saída da transmissão existente 20 também é modificada pela engrenagem de razão fixa, formada como uma epicíclica 101, e transmitida para um eixo de saída final 100, desse modo, mudando as faixas de razão fornecidas nos regimes 1 - 3.
[0041] A figura 7 mostra uma modalidade prática da transmissão da figura 6. Neste exemplo, os componentes adicionais que fornecem o quarto regime são formados em uma unidade de regime separada 102 que é anexada no alojamento de transmissão principal (não mostrado). O eixo da saída da transmissão existente 20 se estende para o interior da unidade de regime 102, e assim faz o segundo eixo intermediário (eixo auxiliar) 18.
[0042] Nos primeiro, segundo e terceiro regimes, energia é transmitida do eixo de saída 20 existente, por meio da engrenagem de razão fixa 101, para o eixo de saída final 100. A engrenagem de razão fixa 101 compreende um sol 104 portado no eixo de saída 20 existente, engrenagens planetárias 106 combinando com o sol 104 e com uma engrenagem tipo anel fixa 108, e um suporte planetário 110 montado no eixo de saída final 100. A engrenagem epicíclica é aqui usada como uma maneira conveniente e coaxial para fornecer uma razão de engrenagem fixa.
[0043] No quarto regime, a energia é transmitida do segundo eixo intermediário (eixo auxiliar) 18, por meio de uma quarta engrenagem do eixo auxiliar 112, de uma segunda engrenagem de saída 114 e da embreagem M4 (engatada), para o eixo de saída final 100. A quarta engrenagem do eixo auxiliar 112 e a segunda engrenagem de saída 114, juntas, formam a engrenagem R5 da figura 6.
[0044] A figura 8 mostra uma transmissão de três regimes que é
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20/22 similar àquela das figuras 3 até 5, mas é projetada para ser mais econômica para fabricar e mais eficiente. Todos a epicíclica divisora de energia 14, o variador V, os primeiro e segundo eixos intermediários (eixo do variador e eixo auxiliar) 16, 18, as engrenagens de correia 32, 34 e a epicíclica do recirculador 24 correspondem àqueles descritos em relação às figuras 3 a 5, e não serão novamente descritos. O acoplamento epicíclico 22 da figura 3 foi prescindido. A engrenagem tipo anel REr da epicíclica do recirculador 24 é, na modalidade da figura 8, operativamente acoplada no segundo eixo intermediário (eixo auxiliar) 18, por um acionamento de correia através das engrenagens 200, 202 (a correia sendo omitida do desenho), no lugar das engrenagens diretamente combinadas da modalidade anterior.
[0045] Nas modalidades supradescritas, as embreagens de regime M1-M4 eram dispositivos de atrito, tais como as embreagens tipo placa molhada que podem deslizar - isto é, acomodar uma divergência de velocidades entre suas entradas e suas saídas enquanto parcialmente engatado e, nesta condição, transmitir algum torque. Em princípio, deslizamento pode ocorrer durante o processo de engate / desengate, e/ou em resposta à excessiva carga de torque sobre as embreagens. Ao contrário da modalidade da figura 8, as embreagens de regime M1-M3 são embreagens grampo. Isto é, elas podem transmitir torque, não em virtude do atrito, mas da interferência entre as partes mecanicamente engatadas. Muitas formas diferentes de embreagem grampo são conhecidas na tecnologia, e podem ser adotadas na presente modalidade. Uma embreagem grampo não pode acomodar deslizamento enquanto engatada. Portanto, ela não é sujeita ao desgaste por atrito e é provável que raramente exija renovação. Embreagens de garras também são bem adequadas para lidar com grandes torques.
[0046] Na modalidade da figura 8, um único atuador é usado para controlar as embreagens M1, M3 tanto para o primeiro quanto para o
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21/22 terceiro regimes. Estas embreagens têm respectivos elementos de entrada 200, 202 e um elemento de saída da embreagem comum 204, que é axialmente móvel para seletivamente (i) engatar no elemento de entrada 200 da embreagem M1, para engatar no primeiro regime, (ii) desengatar de ambos os elementos de saída, e (iii) engatar no elemento de entrada 202 da embreagem M3, para engatar no terceiro regime. O elemento de saída da embreagem 204 é acoplado no eixo da saída da transmissão 20. O uso de um único atuador para duas embreagens melhora potencialmente a confiabilidade e reduz os custos de fabricação. [0047] A figura 9 ilustra um desenvolvimento da transmissão da figura 8 fornecendo quatro regimes. Como a transmissão de quatro regimes da figura 7, ela tem uma engrenagem epicíclica de razão fixa 101 disposta entre o eixo de saída 20 e o eixo de saída final 100, e uma embreagem de quarto regime M4 para acoplar o eixo de saída final 100 no segundo eixo intermediário (eixo auxiliar) 18, por meio da engrenagem 112, 114.
[0048] Nesta modalidade, as embreagens de segundo e quarto regimes M2, M4 são controladas por um único atuador e formadas como uma única unidade. Elas têm respectivos elementos de entrada da embreagem 210, 212, mas compartilham um elemento de saída da embreagem comum 214, que é acoplado no segundo eixo intermediário (eixo auxiliar) 18. Movendo o elemento de saída da embreagem 214, o atuador pode engatar ambas as embreagens M2, M4, ou desengatar ambas. [0049] Na modalidade da figura 9, uma embreagem de atrito 220 é fornecida entre a entrada da transmissão eixo 10 e a fonte de energia rotativa 12. Esta embreagem pode ser usada para fornecer a transmissão / motor com proteção contra torque excessivo, pelo deslizamento quando excessivamente carregada. Por exemplo, a embreagem de atrito 220 pode ser uma embreagem tipo placa molhada hidraulicamente atuada, cuja pressão de controle hidráulico - e consequente capacidade
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22/22 de torque - é constantemente ajustada de maneira tal que a embreagem possa transmitir o torque esperado, mas deslizará em resposta a um aumento de torque imprevisto criado, por exemplo, por frenagem de emergência. Esta função protetora poderia ter sido fornecida pelas embreagens de regime M1 - M4 caso elas fosse do tipo de engate por atrito engate como nas modalidades anteriores.

Claims (21)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Transmissão continuamente variável, a qual tem uma entrada da transmissão (10) e uma saída da transmissão (20) e é adaptada para transferir acionamento entre elas em uma razão da transmissão continuamente variável, caracterizada pelo fato de que a transmissão compreende adicionalmente um variador (V) com pelo menos duas pistas do variador (D1, D2, D3, D4) entre as quais acionamento é transferido em uma razão do variador continuamente variável, as pistas do variador sendo montadas para rotação ao redor de um eixo geométrico definido por um eixo do variador (16);
    um eixo auxiliar (18) lateralmente separado do eixo do variador (16), em que o acoplamento do eixo auxiliar (18) à saída de transmissão é realizado através de uma disposição de engrenagens (46, 48) que proporciona uma inversão da direção de rotação;
    engrenagem epicíclica divisora (14) com um elemento de entrada divisor (Spc) arranjado para ser acionado a partir da entrada da transmissão e dois elementos de saída divisores (Sr, Ss) arranjados para, respectivamente, acionar o eixo auxiliar e o eixo do variador;
    engrenagem epicíclica do recirculador (24) com primeiro e segundo elementos de entrada do recirculador (REs, REr), arranjados para ser operativamente acoplados, respectivamente, no eixo do variador e no eixo auxiliar, e um elemento de saída do recirculador (REpc); e um arranjo de embreagem para seletivamente engatar:
    (a) um regime no qual o elemento de saída do recirculador aciona a saída da transmissão;
    (b) um regime no qual o eixo auxiliar aciona a saída da transmissão; e (c) um regime no qual o eixo do variador aciona a saída da transmissão;
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  2. 2/6 sendo que o eixo do variador é coaxial em relação a: a saída da transmissão; a engrenagem epicíclica do recirculador; um primeiro acoplamento (M1, 22), entre o elemento de saída do recirculador e a saída da transmissão, que serve para acionar a saída da transmissão no regime (a); e um segundo acoplamento (M3), entre o eixo do variador e a saída da transmissão, que serve para acionar a saída da transmissão no regime (c).
    2. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um dos primeiro e segundo acoplamentos compreende uma camisa ou outro elemento (CEs) que é coaxial em relação ao eixo do variador, e rotaciona ao redor dele.
  3. 3. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um dos primeiro e segundo acoplamentos compreende uma engrenagem epicíclica de acoplamento (22) que é coaxial em relação ao eixo do variador.
  4. 4. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a engrenagem epicíclica de acoplamento compreende um elemento de entrada (CEs), um elemento de saída (CEr) conectado na saída da transmissão, e um elemento adicional (CEpc) que é associado com uma primeira embreagem (M1) para seletivamente:
    impedir a rotação do elemento adicional, fazendo com que o acoplamento epicíclico transfira acionamento em uma razão fixa, e permitir que o elemento adicional rode livremente e, então, desacople efetivamente os elementos de entrada e de saída.
  5. 5. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a engrenagem epicíclica de acoplamento tem um elemento de saída (CEr) conectado em uma
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    3/6 embreagem (M2) para seletivamente acoplar / desacoplar o elemento de saída na/a partir da saída da transmissão.
  6. 6. Transmissão continuamente variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizada pelo fato de que a engrenagem epicíclica de acoplamento serve para acoplar seletivamente o elemento de saída do recirculador na saída da transmissão.
  7. 7. Transmissão continuamente variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o segundo acoplamento é feito através de uma embreagem (M3) montada no eixo geométrico do eixo do variador, o engate da embreagem acoplando diretamente o eixo do variador na saída da transmissão.
  8. 8. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende um arranjo de embreagem que tem um elemento de saída da embreagem, acoplado na saída da transmissão, e dois elementos de entrada da embreagem, um acoplado na saída do recirculador e o outro acoplado no eixo do variador, o elemento de saída da embreagem sendo seletivamente engatável em ambos os elementos de entrada da embreagem para engatar os regimes (a) e (c).
  9. 9. Transmissão continuamente variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o acoplamento do eixo do variador na saída da transmissão é feito seletivamente através de uma embreagem (M3) montada coaxialmente em relação ao eixo do variador, de forma que o engate desta embreagem engate o regime (c).
  10. 10. Transmissão continuamente variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o variador compreende um par de pistas de saída (D3, D4) dispostas entre um par de pistas de entrada (D1, D2), e no qual as pistas de saída são acopladas no eixo auxiliar através de uma correia ou acionamento
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    4/6 engrenado (32, 34).
  11. 11. Transmissão continuamente variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a engrenagem epicíclica divisora é coaxial em relação ao eixo do variador e fica no lado oposto do variador a partir da engrenagem epicíclica do recirculador.
  12. 12. Transmissão continuamente variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que fornece pelo menos quatro regimes, a transmissão tendo uma saída final (100), um primeiro arranjo de embreagem adicional para seletivamente acoplar a saída da transmissão na saída final, e um segundo arranjo de embreagem adicional para seletivamente acoplar a saída final em um do eixo do variador e do eixo auxiliar.
  13. 13. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a saída final é coaxial em relação à saída da transmissão.
  14. 14. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o acoplamento seletivo da saída final na saída da transmissão é feito através de um segunda engrenagem epicíclica de acoplamento (101), cujo travamento de um elemento faz com que ele transmita energia e cuja liberação do mesmo elemento o impede de transmitir energia.
  15. 15. Transmissão continuamente variável de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que tem uma saída da transmissão final (100) e é adaptada para transferir acionamento entre a entrada da transmissão (10) e a saída da transmissão final (100) em uma razão da transmissão continuamente variável, a transmissão compreendendo adicionalmente um elemento de saída (20) compartilhado, arranjado para ser acoplado e desacoplado de forma seletivamente operativa na saída da
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    5/6 transmissão final, por meio de um primeiro arranjo de embreagem (M4) e arranjos de embreagem adicionais, para:
    (a) acoplar o elemento de saída do recirculador no elemento de saída compartilhado e, através dele, na saída da transmissão final, para fornecer um regime;
    (b) acoplar o eixo auxiliar no elemento de saída compartilhado e, através dele, na saída da transmissão final, para fornecer um outro regime;
    (c) acoplar o eixo do variador no elemento de saída compartilhado e, através dele, na saída da transmissão final, para fornecer um outro regime; e (d) acoplar tanto o eixo auxiliar quanto o eixo do variador na saída da transmissão final por meio de um caminho separado que não inclui o elemento de saída compartilhado, enquanto que o elemento de saída compartilhado é desacoplado da saída da transmissão final, para fornecer um outro regime, sendo que a transmissão é operável em pelo menos quadro regimes.
  16. 16. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que é formada como duas unidades separáveis, uma das quais compreende a saída da transmissão final e o primeiro arranjo de embreagem e a outra das quais compreende o outro dos ditos componentes da transmissão.
  17. 17. Unidade para uso com uma transmissão continuamente variável, como definido na reivindicação 1, a fim de fornecer a transmissão com um regime adicional, caracterizada pelo fato de que a unidade compreende uma saída da transmissão final rotativa (100), uma primeira entrada rotativa engatável em uma primeira saída (20) da transmissão hospedeira,
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    6/6 uma segunda entrada rotativa engatável em uma segunda saída (18) da transmissão hospedeira, e um arranjo de engrenagem (R5) e pelo menos uma embreagem (M4) para conectar seletivamente a saída da transmissão final em pelo menos uma das primeira e segunda entradas rotativas.
  18. 18. Unidade, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente engrenagem para fornecer uma mudança de velocidade entre pelo menos uma das entradas e a saída da transmissão final.
  19. 19. Unidade, de acordo com a reivindicação 17 ou18, caracterizada pelo fato de que a primeira entrada rotativa fica constantemente conectada na primeira saída da transmissão e a segunda entrada rotativa é seletivamente conectável na saída da transmissão final por meio de uma embreagem (M4)·
  20. 20. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizada pelo fato de que a primeira entrada rotativa e a saída da transmissão final são epicíclicas, e um arranjo de engrenagem epicíclica (101) é fornecido para acoplá-las operativamente.
  21. 21. Unidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizada pelo fato de que a segunda entrada rotativa e a saída da transmissão final são deslocadas uma da outra, e um arranjo de engrenagem (112, 114) é fornecido para acoplá-las operativamente.
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