Como as Transmissões Automáticas Funcionam: Conversores de Torque, Engrenagens e Mudanças Explicadas

Os motoristas que nunca tocaram em um pedal de embreagem ainda dependem de uma série de peças mecânicas e hidráulicas que atuam toda vez que o carro sai ou muda de velocidade. No cerne de qualquer caixa de câmbio automática existem duas tarefas: permitir que o motor funcione em marcha lenta sem desligar o carro e alterar a relação entre a velocidade do motor e a velocidade das rodas sem o motorista selecionar uma marcha.

O conversor de torque faz o trabalho da embreagem

No tipo mais comum de automático, uma embreagem mecânica é substituída por um invólucro selado e cheio de fluido chamado conversor de torque. De acordo com o site de referência de mecânica de carros How a Car Works, ele contém três partes principais: um impulsor aparafusado ao volante do motor, uma turbina conectada ao eixo de entrada da caixa de câmbio e um reator central equipado com uma embreagem unidirecional.

Conforme o impulsor gira com o motor, ele lança fluido de transmissão para fora na turbina, que gira o eixo de entrada da caixa de câmbio. Em baixa velocidade do motor, o reator fica parado e redireciona o fluido de volta ao impulsor, o que amplifica o torque e ajuda o carro a sair do repouso. Uma vez que a velocidade do motor aumenta, o reator funciona livremente e o conversor simplesmente atua como um volante de fluido, explica How a Car Works.

A publicação australiana CarsGuide relata que esse acoplamento fluido é o motivo pelo qual os automáticos de conversor de torque se movem suavemente e entregam forte potência de tração em baixas rotações. O trade-off, historicamente, tem sido uma eficiência menor do que uma ligação mecânica direta, razão pela qual a maioria das unidades de conversor de torque modernas adicionam uma função de 'lock-up' quando o carro está em movimento, unindo mecanicamente o impulsor e a turbina para reduzir a perda de potência, de acordo com CarsGuide.

Engrenagens planetárias alteram a relação sem trocar de marcha

Uma vez que a potência chega à caixa de câmbio, ela passa por um ou mais conjuntos de engrenagens planetárias (epicíclicas). How a Car Works descreve estas como uma engrenagem solar central, uma engrenagem anelar externa com dentes internos e um conjunto de engrenagens planetárias menores que se engrenam com ambas. Todas as três partes estão sempre em contato, portanto a transmissão nunca precisa engrenar ou desengrenar fisicamente um par de engrenagens como uma caixa manual faz.

Em vez disso, fitas de freio operadas hidraulicamente e embreagens multi-disco mantêm diferentes partes do conjunto de engrenagens paradas ou as deixam girar livremente. How a Car Works lista as combinações básicas: travar a engrenagem solar enquanto a transportadora move as planetárias produz um aumento de velocidade; travar a engrenagem anelar e movimentar a engrenagem solar produz uma redução de velocidade; enviar potência para a engrenagem solar enquanto freia a transportadora de planetárias produz marcha ré; e travar as engrenagens solar e anelar juntas produz transmissão direta, uma relação de um para um.

Um único conjunto planetário usado dessa forma já pode fornecer várias relações. Emparelhar dois conjuntos epicíclicos, o layout clássico mais simples, pode produzir três velocidades para frente, observa How a Car Works; fabricantes combinam mais conjuntos e embreagens para alcançar transmissões de cinco, seis, oito, nove e dez velocidades comuns nos carros de hoje.

Hidráulica e eletrônica decidem quando fazer mudanças

A sequência de travamento dentro da caixa de câmbio é acionada pela pressão hidráulica atuando nas fitas de freio e embreagens, roteada através do que How a Car Works chama de um arranjo complexo de válvulas hidráulicas. Em designs mais antigos, essas válvulas respondem mecanicamente à carga do motor, velocidade da estrada e posição do acelerador; um mecanismo de 'kickdown' força um rebaixamento para aceleração extra quando o acelerador é pressionado totalmente. Em carros modernos, sensores eletrônicos e um computador de controle realizam o mesmo trabalho, abrindo e fechando válvulas solenoides para cronometrar cada mudança.

Três formas diferentes de construir um automático

Nem toda caixa de câmbio de autotransmissão funciona do mesmo jeito. CarsGuide agrupa automáticos modernos em três famílias principais, mais um quarto tipo mais antigo, em grande parte descontinuado.

• Automático com conversor de torque — usa o acoplamento fluido descrito acima; forte torque em baixa velocidade e mudanças suaves, encontrado em marcas como Mazda e Lexus, segundo CarsGuide.
• Transmissão de dupla embreagem (DCT) — efetivamente duas caixas de câmbio manuais compartilhando um cárter, cada uma com sua própria embreagem; uma marcha é pré-selecionada enquanto a outra está engrenada, portanto o sistema troca embreagens para trocar de marcha em milissegundos com perda mínima de torque. CarsGuide cita o Volkswagen DSG, Nissan GT-R, Ferrari 488 GTB e McLaren 650S como exemplos.
• Transmissão continuamente variável (CVT) — não possui marchas fixas; uma correia ou corrente funciona entre duas polias cujo diâmetro efetivo muda, dando, nas palavras de CarsGuide, uma ação 'como uma fita de borracha em um cone de trânsito' e um número teoricamente ilimitado de relações para máxima eficiência de combustível.
• Automático de embreagem única — um design mais antigo no qual um computador opera uma embreagem em uma caixa de câmbio manual convencional; CarsGuide descreve suas mudanças como entrecortadas e atrasadas e diz que o tipo agora é em grande parte obsoleto.

Para comparação, CarsGuide observa que caixas de câmbio manuais convencionais típicas têm seis velocidades para frente, com alguns carros esportivos como o Porsche 911 oferecendo sete.

Por que importa para a condução do dia a dia

O tipo de automático sob o chão afeta como um carro se sente, em vez de simplesmente se tem ou não um pedal de embreagem. O acoplamento fluido de um automático com conversor de torque é o que permite um carro avançar lentamente em marcha lenta sem que o motor desligue, um traço que How a Car Works atribui diretamente ao design do conversor de torque. As duas embreagens de um DCT são o que permitem que carros de desempenho troquem de marcha sem a brecha momentânea de potência sentida em automáticos mais antigos, de acordo com CarsGuide. A ausência de relações fixas de um CVT é o que permite que o motor fique perto de sua velocidade mais eficiente independentemente da velocidade da estrada, que CarsGuide lista como sua principal vantagem, compensada por um zumbido constante e não tradicional do motor que alguns motoristas notam.