BRPI0905067A2 - transmissão automática contìnua otimizada reversìvel - Google Patents

Abstract

TRANSMISSãO AUTOMáTICA CONTìNUA OTIMIZADA REVERSìVEL. Essa invenção é caracterizada por uma transmissão continuamente variável, para frente e para trás, com, apenas, uma engrenagem (porém podem ser mais de uma trabalhando em conjunto), sendo esta engrenagem formada por duas engrenagens acopladas (fixas uma na outra) e concêntricas de tamanhos diferentes e com eixo livre para girar e orbitar, pois este giro vai ajudar fornecer a componente da velocidade na direção do movimento para alterar as relações de marcha sem haver nenhuma troca de engrenagens. E mais duas estruturas concêntricas e aletadas que completarão a funcionalidade do sistema. Não há a necessidade de troca de marchas; pode ser utilizada em veículos automotores, em quaisquer motores onde haja transferência de torque, motocicletas ou até em bicicletas. Esse câmbio simula infinitas marchas, otimizando o movimento através de uma engrenagem satélite orbitando em tomo dos eixos motor e movido. As engrenagens estão sempre engatadas, não existe a necessidade de polias, correias, parafemálias eletrónicas ou equipamentos de funcionamento complicado, dando mais confiança em sua durabilidade. Tamanho reduzido. Custo reduzido. Poucos componentes e simples de se fabricar. Seguro e durável.

Description

TRANSMISSAO AUTOMATICA CONTINUA OTIMIZADA REVERSÍVEL

A presente invenção tem por objetivo um modelo de transmissão continuamentevariável revolucionário, porém antes de descrever o invento veremos quais os tipos maiscomuns de transmissões utilizadas em veículos automotores.Transmissões existentes:

Existem basicamente três tipos de transmissões/câmbios no mercado.

1 - Câmbio Manual: Esse câmbio é o mais conhecido, pois as trocas de marchas sãofeitas manualmente. Temos 4 ou 5 marchas para frente e uma para trás. As vantagenssão: Preço mais em conta, direção mais esportiva, bem aceita no mercado.

Desvantagens: Possui embreagem, a troca de marcha é manual, tornando o dirigir maiscansativo, e possui tamanho e peso consideráveis.

2 - Câmbio automático: Esse tipo de câmbio não possui embreagem, funcionando noseu lugar o conversor de torque, que tem papel parecido com a embreagem em câmbiosmanuais. A diferença fundamental entre uma caixa manual e uma caixa automática éque a manual engata e desengata diferentes conjuntos de engrenagens da árvore de saídapara conseguir várias relações de marcha, enquanto que na caixa automática, um mesmoconjunto de engrenagens produz diferentes relações de marcha. O conjunto planetáriode engrenagens é o dispositivo que torna isso possível na caixa automática.

Ao observar o interior de uma caixa automática, encontramos grande variedade decomponentes em um espaço relativamente pequeno. Alguns deles são:Um engenhoso conjunto de engrenagens planetárias.

- Um conjunto de cintas que trava algumas partes do conjunto de engrenagens.

- Um conjunto de três embreagens em banho de óleo que trava outras partes doconjunto de engrenagens.

Um sistema hidráulico que controla as marchas e as cintas.

- Uma bomba de engrenagem que faz circular o fluido hidráulico da caixa.

O centro das atenções desse câmbio é o conjunto de engrenagens planetárias, uma peçaúnica capaz de criar todas as relações de transmissão que o câmbio pode produzir.Todos os outros componentes do câmbio estão ali para ajudá-la a realizar seu trabalho.Uma caixa automática contém dois conjuntos completos de engrenagens planetáriasformando um único componente.

Assim, este conjunto de engrenagens pode produzir todas as relações de marcha semprecisar engatar ou desengatar marchas. Com dois desses conjuntos de engrenagenscombinados temos as quatro marchas para frente e ré de que a caixa precisa.

Vantagens desse tipo de câmbio: Temos um dirigir mais confortável, pois não temosque trocar as marchas e nem temos que pisar na embreagem.

Desvantagens: Câmbio com muitas peças e relativamente caro, tem um número restritode relações de marchas, problemas ao esticar marchas para ultrapassagens e/ou reduçõesde marchas, sentimos um pequeno tranco na troca das marchas.

3 - Câmbio CVT (Transmissão Continuamente Variável): Diferente das caixasautomáticas tradicionais, as do tipo continuamente variáveis não possuem uma caixa demudança com certo número de marchas, o que significa a ausência das rodas dentadasque se interligam. O tipo mais comum de CVT funciona com um engenhoso sistema depolias, que permite uma infinita variabilidade entre a marcha mais alta e a mais baixasem degraus discretos ou mudanças de marchas.

Ao observar uma caixa automática planetária, você verá um mundo complexo dedispositivos, como engrenagens, cintas, embreagens e governadores. Em comparação,uma caixa continuamente variável é mais simples. A maioria das CVTs têm somentetrês componentes básicos:

- uma correia de metal ou borracha;

- uma polia de entrada "condutora" variável;

- uma polia de saída "conduzida" também variável.

As CVTs também possuem vários microprocessadores e sensores, mas os trêscomponentes descritos acima são os elementos-chave que permitem que a tecnologiafuncione.

As polias com diâmetro variável são o coração da CVT. Cada polia é composta de doiscones, um de frente para o outro e capazes de se aproximarem ou se afastarem entre si.Uma correia passa no canal entre os dois cones. Quando os dois cones da polia estãoafastados (diâmetro pequeno), a correia passa na parte do canal que ficou mais baixa,fazendo com que o raio da correia em torno da polia diminua. Quando os conesestão juntos (diâmetro grande), a correia passa pela parte do canal que ficou maisalta e o raio fica maior. As CVTs podem usar pressão hidráulica, força centrífuga outensão por meio de molas para criar a força necessária para ajustar as metades daspolias. Quando as polias estão separadas, a correia passa mais baixo e o raio diminui.Quando as polias estão próximas, a correia passa mais alto e o raio aumenta. Arelação dos passos de raios entre a polia condutora e a conduzida é o que determina arelação de uma marcha.

As CVTs têm sido usadas há anos em máquinas-ferramenta e furadeiras debancada. Também são utilizadas em diversos veículos, incluindo tratores, veículos paraneve com esteiras e scooters. Em todos esses casos, as caixas têm contato com correiasde borracha de alta densidade, as quais podem patinar e afrouxar, reduzindo assim suaeficiência.

Existem outros tipos de câmbio CVT, mas todos têm o mesmo princípio.Vantagens: Aceleração constante, sem degraus, desde a imobilidade até a velocidade decruzeiro, elimina o "choque da troca" e deixa o rodar mais suave. Funciona para mantero carro na sua melhor faixa de potência, independentemente da velocidade em que ocarro está andando e leva a um menor consumo de combustível. Melhor resposta àsmudanças de condições, como acelerador e velocidade, elimina a caça de marchasconforme a velocidade diminui, desacelera especialmente subindo serras.Uma desvantagem é que quando pisamos no acelerador de um carro com caixacontinuamente variável (CVT), o motor aumenta as rotações até atingir a de maiorpotência e fica lá, mas o carro não reage imediatamente. Momentos depois, a caixacomeça a agir, acelerando o carro lentamente, de forma constante e sem nenhumamudança.

As CVTs são igualmente eficientes nas subidas. Não existe a "procura de marchas",porque a CVT passa direto e sem degrau para uma marcha mais apropriada para aqueladeterminada condição. Uma caixa de marcha automática reduz e sobe marcha diversasvezes até achar a marcha mais adequada, o que é menos eficiente.Com todas essas vantagens, as CVTs possuem algumas deficiências. Tradicionalmente,CVTs com correias são limitadas na quantidade de torque que podem suportar, além deserem maiores, mais pesadas e mais caras do que suas correspondentes automáticas emanuais.

Problema existente nas transmissões atuais:

O problema é que sempre desejamos uma direção confortável, tranqüila e segura, com ocarro respondendo rápido a nossos comandos. No câmbio manual existe a necessidadeda troca de marchas e a direção torna-se cansativa, apesar de termos respostas rápidasdo carro; e se tivermos um carro com câmbio automático ou CVT não temos respostasrápidas, porém temos um dirigir mais confortável. Ou seja, ou temos um carro comdirigir confortável, mas sem respostas rápidas, ou temos um carro desconfortável comrespostas rápidas.

Com esse novo sistema proposto, além da inexistência de troca de marchas temos asegurança de uma relação força/velocidade otimizada, mais segura, mais econômica,confortável e com respostas rápidas, além de ser muito mais barato.

Objetivos e novidades da patente pretendida:

Na figura 1 temos um exemplo com 3 engrenagens satélites (3) e (5) e com a parte doeixo movido com vista explodida.

A idéia principal desta inovação é a utilização de, apenas uma (mas podem ser 2, 3 oumais engrenagens para dar melhor equilíbrio ao sistema; se forem duas devem estaropostas diametralmente, e se forem três em ângulos de 120 graus fixos, devendo estarfixas de modo que o conjunto gire como um todo) engrenagem entre a engrenagem (2)do eixo motor (1) e a engrenagem (6) do eixo movido (7), que leva potência para asrodas, sendo esta(s) engrenagem(ns) formada(s) por duas engrenagens acopladas detamanhos diferentes e concêntricas (3) e (5), que funcionam tipo satélites com eixolivre, entre as duas engrenagens dos eixos (1) e (7). Estas engrenagens estão contidasem uma estrutura/engrenagem circular (4) maior com dentes para dentro e aletas parafora, que por sua vez está envolvida por uma estrutura circular (8) maior ainda comaletas para dentro e com movimento solidário ao eixo (7), porém sem contato diretocom (4). A interação entre (4) e (8) é através de fluidos hidráulicos (também pode serpor magnetismo). Este sistema de engrenagens permite que a força seja transmitida deacordo com a necessidade, e possibilita uma transmissão continuamente variável,simulando infinitas marchas entre a primeira marcha, que é definida pela diferença detamanho entre as engrenagens, e a última marcha, que é quando o eixo movido (7) tem amesma rotação do eixo motor (1), relação 1:1. Não existe a necessidade de troca demarchas. A diferença principal entre esse sistema e os outros é que, nesse sistema o eixomotor (1) e o eixo movido (7) têm uma "relação mais íntima", pois, o eixo movido (7) érotacionado pelo eixo motor (1) e pelo próprio eixo movido (7), através da estrutura (8),atuando sobre a estrutura/engrenagem (4), ou seja, o eixo movido (7), também é umeixo motor.

Com este sistema torna-se possível uma transmissão continuamente variável otimizadade forma muito mais simples e barata, sem utilização de correias, sensores e outrasparafernálias eletrônicas.

As principais vantagens em relação aos métodos atuais são: Uma direção segura,confortável e com resposta rápida, sem a necessidade de troca de marchas. Pois hojetemos direção confortável ou direção com resposta rápida e segura, mas não os doisjuntos, e com este novo sistema vamos poder ter os dois simultaneamente. Transferênciade potência otimizada, pois o veículo vai estar se movendo na melhor relação demarchas de acordo com a inércia instantânea e a necessidade de movimento, e por issomais econômico. Dois veículos idênticos, um equipado com câmbio manual e o outroequipado com esse novo sistema, o sistema novo vai atingir a marca de 0 a 100 Km/hmais rapidamente do que o seu "irmão gêmeo" com câmbio manual. Tamanho reduzido.

Custo reduzido. Durável, pois temos a total ausência de peças frágeis e não há anecessidade de "engate" entre as engrenagens toda hora, pois elas estão sempre"engatadas". Poucos componentes e simples de se fabricar.

Claims (4)

1.

TRANSMISSÃO AUTOMÁTICA CONTÍNUA OTIMIZADA REVERSÍVELNa figura 1 temos um esquema do sistema (com 3 engrenagens dentadas satélite (3),mas podem ser uma ou mais de uma trabalhando em conjunto (formando umaestrutura), dispostas em ângulos equidistantes, e com eixo de giro livre).

Asengrenagens satélite (3) são formadas por duas engrenagens acopladas econcêntricas (3) e (5), uma de diâmetro menor (5), e outra de diâmetro maior (3).Essas relações de medidas de configuração podem ser variadas de acordo comodesejado em projeto, com as características do veículo que vai ser instalado, comopor exemplo: Potência, relação de marchas desejada, peso, velocidade final, rotaçãomáxima do motor, etc.As engrenagens satélite (3) possuem seus eixos livres e estas além de girarem nopróprio eixo, orbitam em torno dos eixos motor (1) e movido (7), através da rotaçãoimposta pela engrenagem dentada (2) do eixo (1), as engrenagens satélite (3), alémde terem o eixo livre de giro, possuem mais um grau de liberdade em seumovimento, o de orbitar em torno dos eixos (1) e (7), descrevendo a órbita das setas(10), que para as engrenagens satélite (3), são um único eixo que forma o centro deseu movimento circular.

Então as engrenagens satélite (3) além de terem umarotação no próprio eixo, imposta pelo eixo (1), vão ter uma órbita em volta dos eixos(1) e (7). Além disso, a estrutura/engrenagem (4) possui seus dentes para dentrofazendo com que as engrenagens (3) descrevam a órbita das setas (10). Aengrenagem (4) é travada para girar somente em um sentido (tipo um sistema dechave catraca, para não deixar a estrutura (4) girar para o sentido oposto aomovimento, com isso otimizando seu funcionamento) e esse sentido é o sentido degiro do eixo (1), sentido da seta (9) na figura 1. A estrutura/engrenagem (4) possuidentes na parte de dentro e aletas na parte externa (11). A estrutura circular (8) é lisapor fora e possui aletas na parte de dentro (12). A estrutura (8) ficará fixa (terá ummovimento solidário, que é a principal característica do sistema) ao eixo (7), istofará as relações de marcha serem proporcionais ao eixo motor (1) e ao eixo movido(7). Essas aletas deverão funcionar como algum tipo de conversor de torque ou algoparecido, para mover a engrenagem (4) através da força de arrasto (esta força podeser também por meios magnéticos). Entre as engrenagens (4) e (8) terá um fluidoque vai ser movido pelas aletas da estrutura (8) e que vai mover aestrutura/engrenagem (4). A pressão e viscosidade desse fluido, assim como adistância entre (4) e (8) e a inclinação e/ou tipo de aletas, deverá ser tal que, a forçade arrasto que (8) fará em (4) seja otimizada, e isto vai depender de parâmetros doveículo, tipo: peso, potência etc. Esta força de arrasto poderá ser tal que, o sistemasempre esteja tentando levar a relação de marchas para 1:1, porém a relação demarchas que o veículo se encontra vai depender das condições instantâneas doveículo, como, aceleração e inércia. A pressão do fluido poderá ser única e constanteou variada através de alguma bomba de óleo. Como a estrutura (8) vai ter a mesmarotação do eixo (7), se o eixo (7) estiver com pouca rotação, a estrutura (8) vaitransmitir pouca rotação à estrutura/engrenagem (4), se caso contrário vai transmitirmuita rotação, através da força de arrasto.Com o veículo começando a se mover, a estrutura/engrenagem (4) vai estar parada,eqüivalendo à primeira marcha, com o início do movimento a estrutura/engrenagem(4) vai começar a se rotacionar, devido à força de arrasto gerada pela rotação daestrutura (8) (que está ligada ao eixo (7)), começando a avançar as marchas, com arotação da estrutura/engrenagem (4) aumentando até atingir a mesma do eixo (1),chegando à relação 1:1. O sistema estará sempre querendo ir para a relação 1:1(rotação do eixo movido (7) = rotação do eixo motor (1)), mas o que vai definir arelação real é a inércia instantânea do veículo, a rotação do eixo movido (7) e arotação do eixo motor (1). Essa variação de rotação da estrutura/engrenagem (4) éque vai fornecer a outra componente da velocidade para haver a mudança detransferida pelo eixo motor (1) para a engrenagem satélite (3) e (V2) é a velocidadede rotação transferida pela engrenagem satélite ao eixo movido (7). (V2) terá 3componentes de velocidade, a V2(i} imposta pelo eixo motor (1) através daengrenagem (2) e proporcional ao eixo motor (1), V2(2) existente devido à rotaçãodos satélites através das setas (10) e proporcional ao eixo motor (1), V2(3)componente devido à rotação da estrutura/engrenagem (4) exercida pela estrutura(8) e proporcional ao eixo motor (1) e ao eixo movido (7), e essa soma develocidades que fornece o segredo do sistema e que vai fazer o sistema funcionar.Essa inovação é caracterizada pela rotação livre de engrenagens satélite, acopladas econcêntricas, com tamanhos diferentes, ao redor dos eixos motor (1) e movido (7), ecom esta engrenagem satélite fazendo a ligação dos movimentos dos dois eixos (1) e(), com mais duas engrenagens/estruturas auxiliares externas para complementar afuncionalidade do sistema. A variação das relações de marcha se dará pela rotação etranslação das engrenagens satélite no sentido do movimento devido à estrutura (8)estar ligada (fixa) ao eixo (7) e ao mesmo tempo estar fazendo o movimento daestrutura (4), através da força de arrasto. Ou seja, o eixo motor (1) rotaciona o eixomovido (7), que rotaciona a estrutura (8), que rotaciona a estrutura (4), que faz comque a velocidade V2(3) aumente e rotacione o eixo movido (7), fazendo à relação demarchas ser proporcional ao eixo motor (1) e ao eixo movido (7).A rotação da estrutura/engrenagem (4) pode ser imposta de outras formas, como porexemplo, pela adição de um motor elétrico com velocidade de rotação variável deacordo com a rotação de (7) para movê-la, porém utilizando-se o fluido é maissimples.Este câmbio fornece uma transmissão contínua independente se estamos nosmovendo para frente ou para trás, da mesma forma, ou seja, poderemos andar demarcha Ré nas mesmas velocidades que andamos para frente, como por exemplo, oveículo vai poder andar de marcha Ré a 100 Km/h com facilidade.A disposição das engrenagens poderá ser de outras formas, porém deverá ser de talforma que, o que vai fornecer a variação da rotação do eixo movido (7), vai ser asoma de componentes de velocidades de rotação no ponto de transmissão para oeixo movido (7), que são os pontos de contato entre a engrenagem do eixo motor (1)com as engrenagens satélite (3) (Vj) e os pontos de contato das engrenagens satélite(3) com a engrenagem do eixo movido (7) (V2).Quando a velocidade angular da estrutura/engrenagem (4) for igual a da estrutura(8), a rotação do eixo movido (7) vai ser igual à rotação do eixo do motor (1), osistema girará como um todo, ou seja, a engrenagem do eixo (1), as engrenagenssatélite, a engrenagem do eixo (7), e as duas estruturas/engrenagens auxiliares defora, se movimentarão como se estivessem soldadas umas nas outras, formando umcorpo só, e teremos uma relação de marchas de 1:1. Como o número de velocidadesangulares da estrutura/engrenagem (4) é infinito, este sistema simula infinitasmarchas, entre a relação mínima e máxima. A mínima é ditada pela diferença detamanho das engrenagens do eixo motor (1), engrenagens satélite (3) e engrenagemdo eixo movido (7), e a máxima, que é 1:1.Ultrapassagens com segurança:Um dos problemas encontrados pelos câmbios automáticos é entender que omotorista deseja fazer uma ultrapassagem, ou seja, deseja fazer uma redução demarchas para uma ultrapassagem segura. Uma solução utilizada nos câmbiosautomáticos atuais é o uso do dispositivo kick-down, que é um dispositivo que faz aredução de uma marcha abaixo para ultrapassagens. Porém, geralmente, essaredução é retardada e sentimos um tranco, dependendo da velocidade e marcha queo veículo se encontra. Com esta inovação essa redução é instantânea e otimizada,sem tranco algum. Pois, ao acelerarmos para uma ultrapassagem, a engrenagem (2)tem sua rotação aumentada, que por sua vez, aumenta a rotação das engrenagenssatélite (3), que pela diferença de tamanho entre elas, faz com que a rotação daestrutura (4) diminua no sentido do movimento, pois, ao acelerarmos o veículoaumentamos o binário de forças no giro das engrenagens (3) entre a engrenagem (2)e a estrutura (4), fazendo com que a inércia da estrutura (4) aumente, aumentandosua resistência à força de arrasto e diminuindo sua velocidade de rotação, e comisso, diminuindo instantaneamente a marcha atual, e se colocando na marcha maisadequada à ultrapassagem.Freio motor:O freio motor é automático, e na relação 1:1. Pois os eixos motor (1) e movido (7)poderão ser conectados (formando um só eixo), por uma engrenagem catraca (13),que permite o eixo (1) girar sem girar o eixo (7), mas o eixo (7) gira o eixo (1) (tipouma chave catraca que escolhemos para que lado queremos dar o torque). Porémpode haver outras formas, como por exemplo, poderemos ter algum dispositivo que"freie" a estrutura/engrenagem (4), diminuindo sua rotação e consequentemente,diminuindo as marchas para termos um freio motor mais eficiente de acordo com avelocidade.Sugestões de possibilidades de utilização deste câmbio de transmissão contínua.Podemos ter as posições, para frente (t), para trás (Ré) (I) e P (Parado).Há a necessidade da inserção de uma engrenagem intermediária, ou algo similar,entre o eixo (7) e as rodas, para inversão do movimento, fazendo o veículo se moverem sentido contrário, marcha Ré.Na posição P (Parado), equivalente ao ponto morto nos carros atuais, o motor vaifuncionar, mas não haverá transferência de potência para as rodas. Para que issoocorra deverá haver a desconexão do eixo (7) antes de chegar às rodas do veículo,por quaisquer meios de interrupção de transferência de potência (embreagem,conversor de torque ou algo do gênero). Essa desconexão poderá ser feita entre oeixo movido (7) e o eixo que leva movimento as rodas do veículo.As relações entre as engrenagens poderão ser feitas visando à otimização de todo osistema, como, por exemplo: Pouco ruído, giro do motor na rotação ideal para cadasituação, economia de combustível, etc.Por exemplo, ao começar a subir uma ladeira vindo de uma velocidaderelativamente grande, as reduções de marcha serão feitas de forma otimizada, deacordo com a combinação da velocidade imposta pelo motorista ao acionar o pedaldo acelerador e a inércia que o veículo se encontra instantaneamente.