As configurações do sistema de transmissão dos automóveis com motor de combustão interna

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Além de possuir variações com relação aos mecanismos de seleção e engate, o sistema de transmissão dos automóveis com motor de combustão interna também possuem variações com relação a sua configuração junto àquele. Denominado trem de força, ou em inglês powertrain, o conjunto cambio e motor pode ser posicionado e fixado no chassi ou monobloco de diversas formas. Portanto, os sistema de transmissão possuem variações no quesito configuração e estas serão abordadas neste artigo.

Configurações

Basicamente existem três configurações de rodas motrizes, são as chamadas tração dianteira, traseira e nas quatro rodas. Entretanto, a forma como o sistema de transmissão vai entregar o torque as rodas tem quantidade de tipos de pelo menos o dobro dos tipos de tração. São elas:

  • Front-longitudinal (north-south) and rear wheel drive ([glossary]RWD[/glossary]);
  • Front-transversal (east-west) and front wheel drive ([glossary]FWD[/glossary]);
  • Front-longitudinal;
  • Front-longitudinal, rear transaxle and RWD;
  • All longitudinal mid-rear and RWD;
  • All transverse mid-rear and RWD;
  • All longitudinal rear and RWD.

Front-longitudinal (north-south) and rear wheel drive ([glossary]RWD[/glossary])

A mais tradicional configuração de transmissão dos automóveis, porém rouba bastante do espaço interno. Isso requer uma tubulação para a árvore de transmissão do motor para o diferencial. Este, aliás, requer um espaço a mais que é subtraído do porta-malas.

Esse é a mais tradicional configuração do trem de força automobilístico, motor na dianteira em posição longitudinal ou norte-sul, cambio diretamente acoplado, eixo de transmissão (ou eixo cardã) que se acopla no diferencial. Deste partem os semi-eixos, que se conectam as rodas traseiras. Essa forma é também chamada de transmissão ortogonal, pois o fluxo de torque para as rodas em relação ao motor ocorre em 90°. Esse sistema tem como principal característica um relevo que dever ser feito no assoalho para passagem do eixo cardã, o chamado “túnel”. Além disso, o sistema possui juntas para que o eixo de transmissão seja articulado, assim anula-se qualquer reação destrutiva no eixo. Por outro lado, requer mais pontos de fixação para o motor, cambio e diferencial, uma vez que o trem de força, neste caso, é dividido nessas três partes. Isso resulta em mais reações ao torque motriz aplicado nas rodas traseiros, o que faz o motor subir e provoca uma inércia adicional ao sistema.

Front-transversal (east-west) and front wheel drive ([glossary]FWD[/glossary])

A configuração de motor e transeixo transversal otimizou ao máximo package do veículo, de forma que veículos diminutos como o Austin Mini tivesse um espaço interno impensável para aquela época (anos 60).

Se o trem de força anterior é considerado o mais tradicional, este é o mais utilizado na indústria automotiva. Nele o motor encontra-se em posição transversal, ou também chamada de leste-oeste, acoplado a caixa de transmissão formando um conjunto compacto. A caixa de marchas nesse caso engloba o diferencial, motivo pela qual é chamada de transaxle. Uma característica desse sistema é que todas as árvores (eixo que transmite potência) encontram-se paralelos, diferente do exemplo acima, onde há uma transmissão ortogonal. Dessa forma possível alojar todo o trem do força na dianteira à frente do eixo dianteiro. Assim todo o espaço restante da carroceria é destinado aos passageiros e bagagem (em inglês, payload). Por outro lado, não é um eixo adequado para transmissão de alta potência. Em geral carros de tração dianteira raramente chegam aos 400 cv.

Front-longitudinal and FWD

O Audi Quattro foi bastante conhecido não só pelo sistema de transmissão, mas também pela configuração do posicionamento do motor, longitudinal. Não é preciso muito conhecimento para reparar, que essa configuração facilita a inclusão de um sistema de tração nas quatro rodas.

Nessa configuração o trem de força também se localiza na dianteira e está à frente do eixo dianteiro, porém possui, ambos, motor e caixa de marcha montados na longitudinal. Dessa forma, é um arranjo que conserva as mesmas características do trem de força longitudinal com tração traseira, exceto está última. Ou seja, é um sistema robusto, com fluxo de torque ortogonal e capaz de receber um sistema de tração nas quatro-rodas. Embora ainda em uso, suas aplicações ocorrem em menor número e raramente em veículos com apenas tração dianteira. Na maioria dos veículos que ainda utilizam essa arquitetura, a tração nas quatro rodas por demanda é aplicada. O motivo está no espaço ocupado pelo trem de força, que deixa a dianteira alta, o que prejudica o espaço interno, e a caixa de marchas que invade a região do habitáculo, sendo necessário o túnel.

Front-longitudinal, rear transaxle and RWD

Apesar dessa configuração ser, basicamente, a mesma da citada no começo do tópico, ela possui detalhes que mudam a dinâmica de transmissão de potência do veículo. Nessa configuração o motor encontra-se na longitudinal e posição dianteiro, porém a caixa de marchas está acoplada ao diferencial, formando um transaxle (transeixo) que é colocado no eixo traseiro. Logo o fluxo de torque é ortogonal e disposição dos componentes mais pesados do veículo sobre os eixos promove uma melhor distribuição de peso.

Conexão rígida entre motor e transeixo, o chamado Torque Tube.

Uma das variações dessa configuração utiliza uma conexão rígida entre e o motor e o transeixo. Por dentro desse tubo rígido passa a árvore de transmissão que conecta o motor a caixa de cambio. A vantagem desse configuração é a menor quantidade de suportes (pontos vermelhos) para o motor e transeixo, devido a menor quantidade de torques de reação produzida.

Sem torque tube, o sistema de transmissão requer mais suportes para lidar com maiores pontos de reações ao torque do motor.

Como pode se observar, o torque tube reduz consideravelmente a quantidade de suportes para motor, transeixo e árvore de transmissão. Na ausência do torque tube mais reações ao torque do motor são produzidas ao longo do sistema de transmissão.

All longitudinal mid-rear and RWD

Uma configuração tradicional de carros ultra alto desempenho ou de competição.

Trata-se de uma configuração na qual o motor é montado logo atrás da cabine dos ocupantes. Entretanto a transmissão é do tipo transaxle, então não há árvore de transmissão, ou pois transmissão está próxima do eixo traseiro. Essa configuração anula as restrições de altura da cabine devido ao motor. Isso é uma característica muito utilizada por carros esportivos de alto ou ultra alto desempenho, pois concede uma maior liberdade no desenho da cabine e da dianteira.

O Lamborghini Countach conhecido por seu design “futurista”, na realidade escondia diversas soluções questionáveis para sua ergonomia. O grande motor V12 com cambio a frente do motor roubava demais espaço da cabine deixando esta um pouco claustrofóbica.

Além disso, a Lamborghini também utilizou uma variação dessa configuração no Countach, porém com a transmissão posicionada a frente do motor e com os semi-eixos atrás destes.

All transverse mid-rear and RWD

O Lamborghini Miura, além do Lancia Stratos, também utilizou essa configuração de trem de força. Dependendo das dimensões do motor, a largura da traseira pode ficar grande o suficiente para prejudicar o veículo dinamicamente. Não atoa, é pouco utilizada nos veículo ultra alto desempenho atuais.

Essa configuração é similar a anterior, porém com motor transversal. Isso por si só concede algumas características inerentes a um motor na transversal, traseira curta, porém com grande chances de ser larga. O fluxo de torque é chamado paralelo, que é o esquema quando se tem uma transmissão compacta com diferencial e semi-eixos. Assim não há árvore de transmissão (conhecida com o eixo cardan, no Brasil) nem engrenagens cônicas (bevel gears). Trata-se de uma configuração muito utilizada no passado, mas que foi substituída pela all longitudinal mid-rear and rwd devido as limitações do sistema de transmissão quanto a altos torques.

All longitudinal rear and RWD

No VW Sedan o motor traseiro, que está literalmente escondido atrás de toda a cabine permitiu que esta tivesse uma espaço interno compatível para uma família pequena. Não atoa, o Fusca ou Sedan, se tornou um dos primeiros, se não primeiro, veículo global.

A tradicional configuração de motor longitudinal traseiro e tração traseira que equipou carros como VW Sedan, Fiat 500 e Porsche 911. Um transeixo é posicionado na traseira dispensando a necessidade de uma árvore de transmissão, apenas semi-eixos. Como o motor está atrás da cabine dos ocupantes, está não tem restrições quanto ao package, em outras palavras, há liberdade no projeto da cabine quanto a altura desta, posições dos assentos e ergonomia.

Referências

  • The car book, London, England, Dorling Kidersley Limited, 2011;
  • CHOLLET, H. M., Curso Prático e Profissional para Mecânicos de Automóveis: O motor e seus acessórios, Lausanne, Hemus, 1996. 402;
  • Macey, S. and Wardle, G. H POINT – THE FUNDAMENTALS OF CAR DESIGN & PACKAGING. Design Studios Press, China, 1º ed, 2009.