BRPI0904193A2 - variador planetário contìnuo de rotação e torque para motores propulsores de veìculos automotores e outros fins - Google Patents

Abstract

VARIADOR PLANETáRIO CONTìNUO DE ROTAçãO E TORQUE PARA MOTORES PROPULSORES DE VEìCULOS AUTOMOTORES E OUTROS FINS, que possibilita a variação da relação de transmissão do motor ocorra de forma contínua e não escalonada como nas caixas de cambio tradicionais ou nas transmissões hidramáticas ou automáticas que tem também a variação por etapas. Ela substitui com inúmeras vantagens o sistema de variação contínua por correlas, pois realiza o mesmo serviço aplicando unicamente engrenagens em banho de óleo.

Description

"VARIADOR PLANETÁRIO CONTINUO DE ROTAÇÃO E TORQUEPARA MOTORES PROPULSORES DE VEÍCULOS AUTOMOTORESE OUTROS FINS"

Campo de Aplicação

A presente Patente de Invenção descreve um inovador"VARIADOR PLANETÁRIO CONTINUO DE ROTAÇÃO E TORQUEPARA MOTORES PROPULSORES DE VEÍCULOS AUTOMOTORESE OUTROS FINS", que possibilita construir um mecanismo inéditopara ajustar a rotação e o torque de um motor veicular, com a rotaçãona roda de tração do veículo, liberando a potência do motor narotação e torque necessários para operar o veículo em cada condiçãode estrada, de peso do veículo, velocidade e aceleração desejadapelo condutor, mas limitada pela potência disponível no motor, pelascondições das estradas que o veículo trafega, pela carga e peso doveículo, de modo a possibilitar o uso otimizado da energia mecânicadisponível do motor, aplicando um variador planetário inovador, maissimples, compacto, com menos componentes e com vantagenstécnicas sobre as soluções hoje aplicadas.

Estado da Técnica

No atual estado da técnica, os veículos com motores acombustão, fabricados e comercializados no mercado, são de doistipos: os motores de ciclo Otto, de quatro tempos e ignição à faísca(gasolina, álcool) ou motores de ciclo Diesel (ou biodiesel) de quatrotempos. Os pneus de tração do veiculo transferem para o pavimentoou estrada a energia mecânica rotativa necessária para tracionar oveículo. Os motores Otto são hoje aplicados nos veículos leves e osmotores Diesel, aplicados em veículos de maior porte, como os decarga, ônibus ou tratores.Para o veículo começar a movimentar, ele necessita de baixarotação e alto torque no pneu que promove a tração. Se existir umarampa íngreme a vencer, o veículo necessita de mais potência etorque. Se o condutor deseja maior aceleração e/ou maior velocidade,necessita enviar mais potência motora e mais rotação ao pneu.

Entre o motor e os pneus de tração, existem, nos veículosautomotores, os mecanismos de transmissão. Nos primeiros veículosautomotores há mais de um século eles foram elaborados com osseguintes mecanismos básicos: embreagem, caixa de transmissão(ou caixa de câmbio) e o diferencial, que possibilitaram operar oveículo automotor de forma adequada.

A caixa de transmissão é o equipamento fundamental paraenviar energia mecânica produzida no motor a combustão até o pneu,ajustando a rotação e o torque pelo condutor que a opera o veículo,que envia a rotação e o torque necessário em cada momento deoperação. Possibilita variar a rotação e o torque através de váriasmarchas de velocidades, geralmente cinco, utilizando pares deengrenagens que possibilitam o veiculo trafegar em várias situaçõesde carga, estrada, inclinação, velocidades, ou até em marcha à ré,desejadas pelo condutor.

Além disso, o condutor opera o acelerador, de forma a suprir apotência do motor e o nível desejado na rotação ao pneu, e aembreagem desconecta o motor da caixa de transmissão durante otempo da troca de marcha de velocidade, de forma a possibilitar queum par de engrenagens seja substituído por outro par, que liberarotação e torque diferentes ao pneu.

Enquanto o sistema de transmissão clássico dos veículosautomotores utiliza embreagem, caixa de transmissão ou caixa decâmbio e diferencial, que permaneceu sem mudanças conceituais atéhoje nos veículos de carga, por serem mais robustos e duráveis. Acaixa de câmbio tradicional é constituída de vários pares deengrenagens, que permitem diferentes rotações nos pneus quetracionam o veículo. Geralmente, as caixas de câmbio atuais têmcinco marchas ou velocidades para frente e uma para ré.

Surgiu no mercado, há cerca de cinco décadas, a transmissãohidramática, um mecanismo inovador que substituiu a embreagem ea caixa de câmbio, eliminando o pedal de embreagem. Estatransmissão foi amplamente aplicada nos veículos de passageiros,que são muito mais leves e ágeis, e a engenharia desenvolveusistemas que privilegiaram o conforto e a facilidade para dirigir,mesmo com perda de eficiência mecânica de transmissão.

Surgiam há cerca de três décadas, as transmissões comembreagem automática, que desconectam o motor da caixa detransmissão, possibilitando realizar a troca de marchas sem aplicar opedal de embreagem, para simplificar e tornar a condução do veículomais fácil, sem a perda de eficiência das embreagens hidramáticas.

Finalmente surgiu há uma década, os sistemas de variaçãocontínua de rotação e o torque do motor, com correias variadoras derotação para automóveis. As correias variadoras são aplicadas hámais de 50 anos em ciclomotores e motonetas leves, elassimplificaram e eliminaram as tradicionais troca de marchas porengrenagens. Com a melhoria dos materiais flexíveis e das fibras dealta resistência, as polias e correias variadoras passaram a seraplicáveis em potências maiores, nos automóveis. A variaçãocontínua é um dos melhores meios de facilitar e melhorar adirigibilidade de um veículo automotor, quando combinadas com asembreagens automáticas.Assim, no atual estado da técnica, os veículos automotorespossuem quatro formas básicas para realizar a tração mecânica comalgumas variações construtivas conforme cada fabricante:

1. Embreagem + cambio (tradicional)

2. Hidramático (transmissão hidramática)

3. Embreagem automática + cambio

4. Embreagem automática + correia variadora contínua.

De uma forma geral, cada um dos quatro sistemas hojeutilizados tem seus pontos positivos e negativos, no entanto, a nossover, todos são mecanismos complexos com muitos componentes queelevam o custo dos veículos ou tem perda de eficiência detransmissão se comparadas com a transmissão tradicional. Noentanto, os ganhos obtidos no Hidramático, foram facilidade deoperação com perda de eficiência e aumento na complexidadeconstrutiva. A embreagem automática foi uma importante evolução nafacilidade de dirigir. A correia variadora em automóveis ocorreu graçasà melhoria dos materiais das correias variadoras flexíveis, que podemsuperaquecer e sua eficiência de transmissão é inferior aos dasengrenagens em banho de óleo. Para veículos de carga e maiorpotência, como caminhões e ônibus, as evoluções dos automóveisnão puderam ser aplicadas, por falta de confiabilidade e durabilidadeem uso pesado.

Objetivos da Invenção

Tendo em vista os problemas e a complexidade construtiva dossistemas tradicionais de transmissão do estado da técnica acimadescritos, desenvolvemos um sistema simplificado e contínuo paravariar a rotação e o torque de um motor, introduzindo um inovadormovimento rotativo na engrenagem coroa de um redutor planetário,para conseguir que a engrenagem sol (central), as engrenagensplanetárias e a coroa de um redutor planetário se transformem numacaixa de câmbio com variação contínua da relação de rotação, o"VARIADOR PLANETÁRIO CONTINUO DE ROTAÇÃO E TORQUEPARA MOTORES PROPULSORES DE VEÍCULOS AUTOMOTORESE OUTROS FINS", desta Patente de Invenção, simplifica e reduzsignificativamente os mecanismos, o número de componentesaplicados, as dimensões e, por conseqüência, aumenta a eficiência ereduz os custos dos veículos automotores, seja de passageiros oucarga, em veículos automotores leves ou pesados, incorporando asmelhorias e facilidades de dirigir, com robustez, simplicidadeconstrutiva, simplicidade de manutenção, baixos custos de aquisiçãoe operação, tanto em veículos leves quanto nos veículos pesados,objetivo perseguido pelos construtores e usuários de veículosautomotores.

Breve Descrição da Invenção

Os inventores do objeto desta Patente de Invençãodesenvolveram uma original criação de um novo "VARIADORPLANETÁRIO CONTÍNUO DE ROTAÇÃO E TORQUE DE MOTORPROPULSOR DE VEÍCULOS AUTOMOTORES E OUTROS FINS",que possibilita a variação da relação de transmissão do motor ocorrade forma contínua e não escalonada como nas caixas de câmbiotradicionais ou nas transmissões hidramáticas ou automáticas, quetambém possuem a variação por etapas. Ela substitui, com inúmerasvantagens, o sistema de variação contínua por correias, pois realiza omesmo serviço aplicando unicamente engrenagens em banho de óleo.

Para alcançar este objetivo, os inventores modificaram umredutor planetário tradicional, que tem uma engrenagem centraldenominada engrenagem sol, engrenagens satélites que giram sobrea engrenagem sol e uma engrenagem de dentes internos denominadaengrenagem coroa. Foi criada uma nova construção ao mecanismotradicional de redução planetária de velocidades, permitindo suautilização de forma inédita, obtendo um resultado inovador. Aointroduzir uma rotação na coroa, o redutor muda a relação de rotaçãona saída do eixo planetário.

Desta forma, o redutor planetário tradicional, pode sertransformado num variador contínuo da relação de redução ouampliação de velocidades, que é muito útil para transmitir a rotação desaída em rotações diferentes da rotação de entrada, com a variaçãoocorrendo de forma contínua como, por exemplo, numa correiavariadora, sem troca de marcha.

Breve Descrição das Figuras

Para melhor entendimento da presente invenção, anexamosFiguras do seu objeto, em diferentes vistas e concretizações, sendoque:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um conjunto moto-propulsor completo com o objeto da presente invenção instalado;

A Figura 2 é uma vista superior do mesmo conjunto moto-propulsorda Figura 1;

A Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma possível formade concretização da presente invenção com acionamento auxiliar pormotor elétrico ou hidráulico;

A Figura 4 é uma vista em perspectiva de outra possívelconcretização alternativa da presente invenção com acionamentoauxiliar por rosca sem fim;

A Figura 5 é uma vista em perspectiva de outra possívelconcretização alternativa da presente invenção, com acionamentoauxiliar por correntes de transmissão.Descrição Detalhada da Invenção

As figuras 1. e 2. mostram um motor esquemático (1) que estáacoplado a uma embreagem (2) que pode ser manual ou automática,ou também um conversor hidramático de torque, que aciona o eixo(3) com a engrenagem central sol, acionando as três engrenagensplanetárias (4), que estão ao mesmo tempo engrenadas com aengrenagem interna coroa (5). As engrenagens planetárias (4)acionam o braço triplo com eixo de saída (6), que aciona o par deengrenagens cônicas (7) que, por sua vez, acionam as quatroengrenagens cônicas do diferencial (8), que acionam os semi-eixosesquerdo e direito (9), que acionam os pneus de tração do veiculoautomotor.

As Figuras 3, 4, e 5 mostram três alternativas construtivas pararealizar a variação de rotação no eixo de saída (6), para introduziruma rotação variável na coroa (5), transformando o redutor planetáriono "VARIADOR PLANETÁRIO CONTÍNUO DE ROTAÇÃO ETORQUE", objeto desta patente de invenção.

Na Figura 3, na engrenagem interna (5), criamos outraengrenagem externa, que é acionada por um motor auxiliar (10) derotação variável, que introduz através da engrenagem (11) a rotaçãovariável na condição da coroa (5). O referido motor auxiliar (10) podeser elétrico ou hidráulico, por exemplo. Quando a coroa (5) estiverparada, o conjunto funciona como um redutor planetário tradicional,com a relação de redução idêntica ao do redutor. Ajustamos, porexemplo, esta redução à primeira marcha do veículo, a mais reduzida.

Ao iniciarmos o giro da coroa (5) e aumentarmos gradativamente avelocidade de rotação da engrenagem coroa (5), o eixo de saída (6)vai aumentando de forma contínua sua rotação de saída e diminuindoseu torque, de forma a possibilitar mais velocidade ao veiculo emenos torque, numa faixa que eqüivaleria da primeira marcha até aquinta marcha, sem necessidade de promover as trocas de marcha,apenas variando a rotação do motor auxiliar (10).

Na figura 4, temos uma outra concretização da presenteinvenção com a rotação da engrenagem coroa (5) sendo realizadatambém por uma rosca sem fim (12), que pode ser acionada por ummotor elétrico, pelo próprio semi-eixo de saída (9) ou por qualqueroutra maneira presente na técnica, de forma que à medida que avelocidade do veículo aumente, a desmultiplicação da redução dovariador se desloque de uma marcha equivalente a 1a marcha para a5a marcha, gradativa e continuamente. No caso da fonte motoraauxiliar vier do próprio eixo (9), será necessário introduzir um pequenovariador adicional de rotação para otimizar a relação de variação derotações ao desejo do condutor.

Na figura 5, a rotação da engrenagem coroa (5) pode serrealizada alternativamente por uma corrente (14) que movimenta acoroa (5) por meio da coroa dentada para corrente (13), parapromover a desmultiplicação da redução do variador assim concebido.

É relevante notar que a potência necessária para provocar arotação da coroa (5) é reduzida. Tanto o motor auxiliar (10), a fontemotora da rosca sem fim (12) ou da corrente (14) necessitam apenasintroduzir rotação à coroa (5) de maneira que só permitam a coroa (5)rodar em sentido favorável.

Introduzindo uma rotação na coroa (5) de um redutor deengrenagens planetárias, foi desenvolvida a possibilidade de variar arelação de redução de um redutor planetário tradicional. Este é oprincípio e a forma inédita para obtenção do novo "VARIADORPLANETÁRIO CONTÍNUO DE ROTAÇÃO E TORQUE PARAMOTORES PROPULSORES DE VEÍCULOS AUTOMOTORES EOUTROS FINS", objeto desta patente de invenção, cujo conceitobásico possibilita simplificar a construção e simplificar a forma dedirigir um veiculo automotor, propiciando uma variação contínua develocidade com redução do número de componentes, compactandoas dimensões em relação a uma caixa de câmbio tradicional ou de umhidramático tradicional. São estas as justificativas do presente pedidode Patente de Invenção.

Modificações e ajustes podem ser introduzidos à presentepatente de invenção por conhecedores da técnica, contudo taismodificações e ajustes continuam inclusos no escopo da presentepatente de invenção, representado pelas reivindicações a seguir.

Claims (3)

1. "VARIADOR PLANETÁRIO CONTÍNUO DE ROTAÇÃO ETORQUE PARA MOTORES PROPULSORES DE VEÍCULOSAUTOMOTORES E OUTROS FINS", caracterizado por possuir, emseu conceito básico, um redutor do tipo planetário modificado, quetem o eixo-engrenagem sol (3) como engrenagem motora, asengrenagens planetárias (4) como acionadoras do eixo de saída (6), ea coroa (5) com dentes internos como engrenagem modificada paraobter a função de variação da relação de redução, quandomovimentada para ter uma rotação externa variável.

2. "VARIADOR PLANETÁRIO", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo de a rotação a ser adicionada à coroa (5) paravariar a relação de redução poder ser efetuada por um motor (10)elétrico ou hidráulico, unidirecional de rotação programável atravésda engrenagem (11), e também por rosca sem fim (12) ou coroadentada (13) e corrente (14).

3. "VARIADOR PLANETÁRIO", de acordo com asreivindicações 1 e 2, caracterizado pela possibilidade de ajuste dasrelações de redução básicas do variador pela introdução de umarotação variável, conforme as necessidades de potência, torque erotação de cada veiculo, em cada momento de sua operação.