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Nova edição de um clássico

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Tags: ZeroEmissões, Mobilidadeelétrica, Eficiência

No futuro, os motores de combustão interna ainda serão bastante utilizados. Com a 4ª geração da caixa de câmbio automática de 8 marchas, a ZF apresenta uma linha de transmissão com uma performance incrível, sobretudo em veículos elétricos híbridos.
Johannes Winterhagen, Setembro 10, 2019
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Johannes Winterhagen Quando tudo fica realmente complexo, o jornalista especializado em energia e mobilidade começa a se sentir à vontade. É no laboratório que ele prefere encontrar os engenheiros.
A caixa de câmbio automática de 8 marchas da ZF para veículos de passeio tem realizado um fantástico percurso. Tendo o número de unidades vendidas desde seu lançamento no mercado, em 2009, atingiu a faixa superior de dois dígitos de milhões. Desde o seu lançamento, os engenheiros da ZF revisaram duas vezes essa caixa de câmbio com conversor de torque, que recebeu numerosos elogios de motoristas e jornalistas automotivos porque pode ser instalada longitudinalmente. Com cada revisão, a caixa de câmbio se tem tornado ainda mais fácil de usar e ao mesmo tempo ainda mais eficiente. A quarta geração da caixa de câmbio de 8 marchas já está esperando nos bastidores.

Extraordinário: projetada desde o início como uma caixa de câmbio para veículos híbridos

Extraordinário: projetada desde o início como uma caixa de câmbio para veículos híbridos

A produção dessa caixa de câmbio começará em 2022. A única coisa que a nova linha de transmissão tem em comum com os modelos anteriores é o fato de ainda ter oito marchas; tirando isso, o novo modelo possui muitas novas características. "Pela primeira vez, projetamos uma caixa de câmbio automática para o segmento premium logo desde o início como uma caixa de câmbio para veículos híbridos", relatou Stephan von Schuckmann, antes de acrescentar: "Isso deu origem a um sistema modular composto por módulos elétricos, hidráulicos e mecânicos , a partir do qual cada cliente pode escolher o que quiser para criar a unidade ideal para o respectivo veículo." Von Schuckmann chefia a divisão Car Powertrain Technology da ZF.
A quarta geração da caixa de câmbio automática de 8 marchas da ZF é completamente adequada para uso em todos os conceitos híbridos.

A nova caixa de câmbio como resposta às novas exigências legislativas

A nova caixa de câmbio como resposta às novas exigências legislativas

Porque foi escolhido um conceito modular? Tal se deve aos limites mais rigorosos para as emissões de CO2 estabelecidos pelos legisladores, com os quais as montadoras terão de cumprir nos próximos 10 anos. Como atualmente apenas as emissões geradas pelo próprio veículo são levadas em consideração – e não, por exemplo, as emissões geradas na produção do veículo – quase todas as montadoras estão tentando aumentar seu volume de vendas para veículos elétricos a bateria. Contudo, os veículos elétricos não são adequados para todos os clientes ou aplicações. "Portanto, estamos partindo do princípio que cerca de 70% dos carros novos em 2030 ainda terão um motor de combustão interna", explicou Von Schuckmann. Com o objetivo de reduzir o consumo de combustível e, por sua vez, as emissões nesses veículos, na próxima década muitos tipos diferentes de hibridização serão popularizados.

Equipados de forma ideal para todas as aplicações híbridas

Equipados de forma ideal para todas as aplicações híbridas

O primeiro conceito que vale a pena mencionar aqui é a potente propulsão híbrida plug-in. Os veículos equipados com esses sistemas de propulsão podem atingir velocidades de até 130 km/h e ter uma autonomia de 80 a 100 quilômetros, alimentados exclusivamente por eletricidade. Na ZF, esse tipo de propulsão é chamado EVplus: um sistema de propulsão elétrica suportado por um motor de combustão interna.
No outro extremo do espectro de desempenho estão os sistemas híbridos leves de 48 volts. Com esses sistemas de propulsão, o motor elétrico é usado para fornecer energia adicional no momento da partida inicial do veículo e durante a aceleração, além de converter a energia gerada nos procedimentos de frenagem em eletricidade, que é armazenada na bateria. A nova caixa de câmbio automática de 8 marchas é completamente adequada para uso em todos esses conceitos e consegue alcançar excelentes performances elétricas entre 24 e 160 quilowatts.
Assim é possível compreender por que razão o volume de trabalho que precisava ser realizado na nova caixa de câmbio era mais do que apenas uma afinação técnica. Para atender aos requisitos dos novos modelos de veículo híbrido plug-in, teve que ser integrado um potente motor elétrico ao espaço de instalação limitado dentro da carcaça da caixa de câmbio (capa seca do conversor de torque).
"Pela primeira vez, projetamos uma caixa de câmbio automática para o segmento premium logo desde o início como uma caixa de câmbio para veículos híbridos."
— Stephan Von Schuckmann chefia a divisão Car Powertrain Technology da ZF

Uso de um novo motor elétrico eficiente

Uso de um novo motor elétrico eficiente

Este motor elétrico é fabricado em um processo inovador pela divisão E-Mobility da ZF. A performance de um motor elétrico depende do "fator de enchimento de cobre" do rotor, ou seja, a proporção de material condutor para o volume total. Para maximizar essa proporção, os engenheiros da ZF não estão mais utilizando enrolamentos de fio de cobre para as variantes de alto desempenho, empregando agora barras de cobre que são inseridas e soldadas em conjunto.

Eletrônica de potência – agora integrada na carcaça da caixa de câmbio

Eletrônica de potência – agora integrada na carcaça da caixa de câmbio

Outra nova caraterística é o local em que a eletrônica de potência está alojada.
Em todas as séries de veículos híbridos, anteriormente ela estava instalada em uma caixa separada em algum lugar do veículo, pois o espaço no compartimento do motor era escasso. Como resultado, era comum encontrar cabos com muitos metros de comprimento que percorriam o veículo desde a eletrônica de potência até a caixa de câmbio. Isso não é mais necessário com a nova caixa de câmbio, pois toda a eletrônica de potência está integrada à carcaça da caixa de câmbio. Isso provou ser um enorme desafio para a equipe de desenvolvedores liderada pelo Dr. Michael Ebenhoch. "Por um lado, tivemos que liberar espaço na carcaça e, por outro, tivemos que projetar a eletrônica de potência do menor tamanho possível", explicou o chefe de desenvolvimento da divisão Car Powertrain Technology. Todavia, a redução da escala da eletrônica de potência estabeleceu limites.

Novas abordagens para o resfriamento, comutação e circuito de óleo

Novas abordagens para o resfriamento, comutação e circuito de óleo

Embora o próprio semicondutor de potência não seja muito grande, ele comuta correntes elevadas. Como parte desse processo, os semicondutores geram muitos quilowatts de saída térmica, que precisam ser descarregados. Em vez de a eletrônica de potência ser resfriada pelo óleo da caixa de câmbio, ela é conectada ao circuito do fluido de refrigeração no sistema de ar condicionado do veículo. Durante suas tentativas de encontrar espaço suficiente para a eletrônica de potência na carcaça da caixa de câmbio, a equipe de engenheiros de Ebenhoch analisou todos os componentes nos atuadores hidráulicos envolvidos no processo de troca de marchas. As válvulas eletromagnéticas de troca direta agora realizam esse trabalho. Ao contrário dos atuadores de pressão elétricos usados anteriormente, essas válvulas eletromagnéticas de troca direta não requerem pistões e buchas adicionais. Ao substituir esses atuadores, o espaço de instalação necessário para a unidade de controle mecatrônica passou de 3,1 litros para 1,8 litros.
Todos os demais componentes do novo kit de construção da caixa de câmbio também foram projetados de maneira inteligente para operação híbrida. Isto é especialmente evidente no circuito de óleo. Anteriormente eram utilizadas duas bombas de óleo: uma de palhetas altamente eficiente, acionada diretamente pelo motor de combustão, e uma segunda bomba elétrica – ou armazenador de pulsos – para a condução no modo elétrico. A nova caixa de câmbio automática de 8 marchas vem equipada com uma única bomba de divisão de potência. Quando o motor de combustão é desligado, a bomba é acionada por um pequeno motor elétrico.

Mecânica novamente aprimorada para maior eficiência

Mecânica novamente aprimorada para maior eficiência

À primeira vista, nenhuma alteração foi feita na mecânica da caixa de câmbio da quarta geração: dois freios e três embreagens continuam comutando os quatro grupos planetários. "No entanto, verificamos todos os detalhes e, em especial, reduzimos consideravelmente a perda por atrito”, explicou Ebenhoch. E todo esse trabalho árduo foi recompensado: só a otimização da mecânica em si permitiu reduzir em um grama a quantidade de emissões de CO2 por cada quilômetro em que o motor de combustão interna está sendo utilizado.
O trabalho na quarta geração da caixa de câmbio automática de 8 marchas está já em um estágio muito avançado. A BMW e a Fiat Chrysler já decidiram usar esta caixa de câmbio em seus veículos. Os primeiros testes de estrada dos veículos serão realizados ainda este ano e a planta onde será fabricada a caixa de câmbio da ZF em Saarbrücken já está se preparando para a industrialização.

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