Pedeorelha | Como funcionam os pneus autoinfláveis

Cameron Merritt
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Linhas Hummer CTIS. Foto cedida por Manny's Hummer Swampers

James Bond os tem, os Hummers os tem, a maioria dos caminhoneiros os tem e os militares os têm há anos. Os pneus auto-infláveis permitem que o veículo se ajuste ao terreno atual para desempenho ideal e segurança nessas condições.

Atualmente, muitos veículos de consumo são equipados com sistemas de monitoramento de pressão, mas não há como o motorista fazer nada a respeito sem uma fonte externa de ar. Existem muitos sistemas de pneus auto-infláveis no mercado, mas a maioria deles está disponível apenas para aplicações comerciais e militares. A exceção, claro, é o sistema CTIS no Hummer.

Neste artigo, vamos aprender sobre alguns dos sistemas de inflação de pneus que existem e ver quando pode haver um no mercado para nós, pessoas comuns que dirigem carros comuns.

Foto cedida pela Goodyear

De acordo com a AAA, cerca de 80% dos carros nas estradas estão rodando com um ou mais pneus com pressão insuficiente. Os pneus perdem ar durante a direção normal (especialmente depois de atingirem buracos ou calçadas), permeação e mudanças sazonais de temperatura. Eles podem perder um ou dois psi (libras por polegada quadrada) por mês no inverno e ainda mais no verão. E você não pode dizer se eles estão devidamente inflados apenas olhando para eles. Você tem que usar um medidor de pressão dos pneus. Não só a pressão baixa é ruim para os pneus, mas também para o consumo de combustível, afeta a forma como o carro se comporta e geralmente não é segura.

Quando os pneus estão vazios, a banda de rodagem se desgasta mais rapidamente. De acordo com a Goodyear, isso equivale a 15 por cento a menos de milhas que você pode dirigir para cada 20 por cento de pressão insuficiente. Pneus com pressão insuficiente também superaquecem mais rapidamente do que pneus com pressão adequada, o que causa mais danos aos pneus. As áreas desbotadas abaixo indicam áreas de desgaste excessivo do piso.

Como os pneus são flexíveis, eles se achatam na parte inferior quando rolam. Este remendo de contato retorna à sua forma original quando não está mais em contato com o solo. Este rebote cria uma onda de movimento junto com algum atrito. Quando há menos ar no pneu, a onda é maior e o atrito criado é maior - e o atrito cria calor. Se calor suficiente for gerado, a borracha que mantém as cordas do pneu juntas começa a derreter e o pneu quebra. Veja como funcionam os pneus para saber mais.

Por causa da resistência extra que um pneu com pressão baixa tem ao rolar, o motor do seu carro tem que trabalhar mais. As estatísticas AAA mostram que os pneus com pressão insuficiente em apenas 2 psi reduzem eficiência do combustível em 10 por cento. Ao longo de um ano dirigindo, isso pode chegar a várias centenas de dólares em compras extras de gasolina.

Os sistemas de enchimento de pneus têm três objetivos gerais:

Detectar quando a pressão de ar em um pneu específico cai - Isso significa que eles precisam monitorar constantemente (ou intermitentemente) a pressão de ar em cada pneu.
Notificar o motorista do problema
Inflar aquele pneu de volta ao nível adequado - Isso significa que deve haver um suprimento de ar, bem como uma válvula de retenção que abre apenas quando necessário.

Embora os sistemas de enchimento de pneus disponíveis variem em design, eles compartilham alguns elementos comuns.

Todos eles usam algum tipo de válvula para isolar pneus individuais para evitar o fluxo de ar de todos os pneus quando um está sendo verificado ou inflado.
Eles têm um método para detectar a pressão dos pneus. Isso é resolvido na maioria dos casos com sensores centrais que transmite informações para uma unidade de controle eletrônico e, em seguida, para o motorista.

Eles têm um fonte de ar, que geralmente é uma fonte existente a bordo, como sistemas de freio ou pneumáticos. Ao usar um sistema existente, no entanto, eles devem garantir que não prejudiquem sua função original. Por esse motivo, há verificações de segurança para garantir que haja pressão de ar suficiente para o uso principal da fonte antes de puxar o ar para a inflação do pneu.
Tem que haver uma maneira de pegue o ar da fonte de ar para os pneus, que geralmente é através do eixo. Os sistemas usam um eixo de cubo vedado com uma mangueira do cubo até a válvula do pneu ou então passam tubos pelo eixo com o eixo atuando como um conduíte.
Tem que haver um respiradouro de alívio de pressão para ventilar o ar do pneu sem arriscar danificar o cubo ou as vedações do eixo traseiro.

Agora, vamos ver como cada um dos principais sistemas de pneus auto-infláveis do mercado usa esses elementos para fazer o sistema funcionar, começando com o Sistema de Inflação Central de Pneus (CTIS).

Sistemas de monitoramento de pressão e auto-inflável vs. Run-flat

Existem muitas tecnologias de pressão de pneus atualmente no mercado e algumas em breve. Por causa da Lei TREAD, todos os veículos em breve terão que ter um sistema de monitoramento de pressão dos pneus para que todos os motoristas saibam quando os pneus de seus carros estão perdendo pressão..

Esses tipos de sistemas de monitoramento de pressão existem há décadas e já são padrão em alguns modelos de automóveis. Eles simplesmente monitoram a pressão do ar em cada um dos pneus do carro e notificam o motorista se um pneu cair abaixo de um ponto de pressão ideal pré-estabelecido.

Nossos pneus não são o que carrega o peso de nossos carros e caminhões - é o ar dentro dos pneus. Os pneus run-flat usam um material de parede lateral forte que dá sustentação ao carro, mesmo que não haja ar em um ou mais pneus. Isso torna possível chegar aonde você está indo mesmo se um pneu estiver furado e vazio. Os pneus run-flat são construídos com camadas alternadas de cabo resistente ao calor e borracha e, geralmente, cunhas em forma de meia-lua de material de suporte de peso, reforçando as paredes laterais para evitar que dobrem quando não há pressão de ar.

Os pneus auto-infláveis, por outro lado, são projetados para manter constantemente a pressão do pneu no nível adequado. Os sistemas de autoinflação são projetados mais para vazamentos lentos e para otimizar o desempenho e a segurança do que para manter um veículo em movimento com um pneu que não vai mais reter o ar.

A ideia por trás do CTIS é fornecer controle sobre a pressão do ar em cada pneu como uma forma de melhorar o desempenho em diferentes superfícies. Por exemplo, reduzir a pressão do ar em um pneu cria uma área maior de contato entre o pneu e o solo e torna a condução em solo mais macio muito mais fácil. Também causa menos danos à superfície. Isso é importante em locais de trabalho e em campos agrícolas. Ao dar ao motorista controle direto sobre a pressão do ar em cada pneu, a capacidade de manobra é muito melhorada.

Outra função do CTIS é manter a pressão nos pneus se houver vazamento lento ou furo. Neste caso, o sistema controla a inflação automaticamente com base na pressão selecionada que o motorista definiu.

Existem dois fabricantes principais do CTIS: a Dana Corporation, dos Estados Unidos, e a Syegon, da França (uma divisão da GIAT). A Dana Corporation tem duas versões, o CTIS para uso militar (desenvolvido pela PSI) e o Sistema de Controle de Pressão dos Pneus (TPCS) para uso comercial em maquinário pesado.

CTIS: Inside

Aqui está uma visão geral do sistema:

UMA válvula de roda está localizado em cada extremidade da roda. Para rodas duplas, as válvulas são normalmente conectadas apenas à roda externa para que a pressão entre os dois pneus possa ser equilibrada. Parte da função da válvula da roda é isolar o pneu do sistema quando não estiver em uso, para liberar a pressão da vedação e estender sua vida útil. A válvula da roda também permite a inflação sob demanda e a deflação dos pneus.

A unidade de controle eletrônico (ECU) montado atrás do banco do passageiro é o cérebro do sistema. Ele processa os comandos do motorista, monitora todos os sinais em todo o sistema e diz ao sistema para verificar a pressão dos pneus a cada 10 minutos para garantir que a pressão selecionada está sendo mantida. A ECU envia comandos para o unidade de controle pneumático, que controla diretamente as válvulas das rodas e o sistema de ar. A unidade de controle pneumático também contém um sensor que transmite leituras de pressão dos pneus para a ECU.

A painel de controle do operador permite que o motorista selecione os modos de pressão dos pneus de acordo com as condições atuais. Este painel montado no painel exibe as pressões atuais dos pneus, modos selecionados e status do sistema. Quando o motorista seleciona uma configuração de pressão do pneu, os sinais do painel de controle viajam para a unidade de controle eletrônico para a unidade de controle pneumático para as válvulas de roda.

Quando os veículos estão se movendo mais rápido (como em uma rodovia), a pressão dos pneus deve ser mais alta para evitar danos aos pneus. O CTIS inclui um sensor de velocidade que envia informações de velocidade do veículo para a unidade de controle eletrônico. Se o veículo continuar se movendo em uma velocidade mais alta por um determinado período de tempo, o sistema insufla automaticamente os pneus para uma pressão apropriada para essa velocidade.

Esse tipo de sistema usa ar do mesmo compressor que fornece ar para os freios. UMA interruptor de pressão garante que o sistema de freio tenha prioridade, evitando que o CTIS retire ar do tanque de abastecimento até que o sistema de freio esteja totalmente carregado.

Sistema de pneus autoinfláveis Hummer: ao volante

Um olhar mais atento

Aqui está o que acontece na estrada: A unidade de controle eletrônico diz à unidade de controle pneumático para verificar a pressão atual e encher ou esvaziar o pneu com a pressão selecionada pelo motorista. Se o sistema determinar que a inflação é necessária, ele primeiro verifica se as reservas de pressão do freio estão onde deveriam estar; se estiverem, ele aplica uma leve pressão na válvula da roda para permitir a inflação. Se os pneus estão cheios demais, o sistema aplica um leve vácuo à válvula da roda. Quando a unidade de controle pneumático lê que a pressão apropriada foi atingida, a válvula fecha.

Nesta ilustração, você pode ver o caminho que o ar percorre para inflar ou esvaziar quando chega à roda. A tubulação vai do compressor de ar do veículo, passando pelo cubo da roda e, em seguida, até a válvula do pneu. O "encaixe de desconexão rápida" permite que o pneu seja separado do sistema CTIS para remoção ou manutenção. (Este diagrama também mostra o recurso de run-flat do Hummer, que permite que o pneu continue sustentando o veículo mesmo quando ele não vai segurar o ar.)

CTIS inicial

Já em 1984, a GM ofereceu o CTIS em blazers e pickups CUCV. CUCV significa Commercial Utility Cargo Vehicle, e esses caminhões têm sido usados pelos militares dos EUA desde meados da década de 1980. Eles são essencialmente Chevrolet Blazers e pick-ups em tamanho real que possuem equipamento especial adicionado para aplicações militares.

O Tyre Maintenance System (TMS) da Dana Corporation é um sistema "inteligente" para reboques de trator que monitora a pressão dos pneus e os enche conforme necessário para manter a pressão no nível certo. Ele usa o ar do tanque de abastecimento do freio do trailer para encher os pneus.

O sistema tem três componentes principais:

o conjunto de mangueira de pneu fornece a rota aérea para encher o pneu e tem válvulas de retenção de modo que as linhas de ar e vedações não precisem ser pressurizadas quando o sistema não estiver verificando ou enchendo os pneus. Isso reduz o desgaste das vedações.
o junta rotativa é composto de vedações de ar e óleo e rolamentos e conecta a mangueira de ar do eixo não rotativo à calota rotativa. Suas vedações de ar evitam vazamentos e a vedação de óleo evita contaminação. O cubo rotativo também tem uma ventilação para liberar a pressão do ar na tampa do cubo.
o múltiplo aloja a válvula de proteção de pressão, que garante que o sistema não extraia ar se o suprimento de ar dos freios estiver abaixo de 80 psi. Ele também abriga um filtro de entrada para manter o ar limpo, um sensor de pressão para medir a pressão dos pneus e solenóides que controlam o fluxo de ar para os pneus.

Como o CTIS, este sistema também possui um unidade de controle eletrônico que executa todo o sistema. Ele realiza verificações para garantir que o sistema está operacional, notifica o motorista por meio de uma luz de advertência no trailer (visível pelo espelho retrovisor) se a pressão de um pneu cair mais de 10 por cento abaixo de sua pressão normal e realiza diagnósticos do sistema.

O sistema executa uma verificação de pressão inicial e adiciona ar a qualquer pneu que precise. As válvulas de retenção em cada mangueira do pneu garantem que os outros pneus não percam pressão enquanto um deles está sendo inflado. Após uma verificação de pressão inicial, o sistema despressuriza para aliviar a pressão das vedações. A cada 10 minutos, o sistema pressuriza as linhas e verifica novamente as pressões dos pneus.

O sistema mede a pressão dos pneus usando uma série de pulsos de ar nas linhas de ar. Se a pressão alvo na linha não for atingida após um certo tempo, o sistema começa a encher o (s) pneu (s) até que a pressão correta seja alcançada.

AIRGO System

O sistema AIRGO é um sistema de monitoramento constante que utiliza uma série de válvulas de retenção para detectar uma perda na pressão do ar.

Ao contrário de alguns dos outros sistemas, AIRGO não usa o ar do sistema de frenagem do veículo. Quando a infiltração de ar ocorre em qualquer um dos vários pontos do sistema (1), o sistema retira ar (2) do veículo sistema pneumático (não mostrado) e o envia por meio dos eixos do veículo (3) - pelos próprios eixos se estiverem pressurizados ou por meio de tubos se não estiverem - por meio do conjunto da calota (4) e para dentro do pneu exigindo inflação.

UMA luz de aviso, localizado no trailer, mas visível através do espelho retrovisor do motorista, acende quando o sistema inflou um pneu.

Uma vez que este é um sistema de monitoramento constante, que coloca muito desgaste nas vedações, AIRGO usa grafite-carbono e aço cementado em suas vedações, em vez de borracha.

Outros Sistemas

PressureGuard: O sistema PressureGuard direciona o ar do suprimento de ar do trailer através dos eixos, para os cubos e, em seguida, para as válvulas dos pneus. (Para obter mais informações, consulte PressureGuard.)
TIREMAAX: O sistema TIREMAAX usa o suprimento de ar do trailer para manter um nível específico de enchimento do pneu. Quando detecta a pressão baixa dos pneus, ele sinaliza ao operador e direciona o ar do tanque de ar do trailer para o pneu que precisa ser enchido. (Para obter mais informações, consulte Henrickson TIREMAAX.)

O Sistema de inflação de pneus Meritor (MTIS) foi projetado para uso em reboques de trator. Ele usa ar comprimido do trailer para encher qualquer pneu que caia abaixo de sua pressão apropriada. O ar do suprimento de ar do trailer existente é encaminhado para uma caixa de controle e, em seguida, para cada eixo.

As linhas de ar passam pelos eixos para transportar o ar por meio de um conjunto de união rotativa na extremidade do fuso, a fim de distribuir o ar para cada pneu. Se houver perda significativa de pressão do ar, uma luz indicadora informa o motorista.

O sistema geral é composto por um conjunto de terminal de eixo e um módulo de controle.

Conjunto de ponta de eixo

O conjunto da extremidade da roda inclui um Mangueira flexível com válvulas de retenção. o válvulas de retenção só permitir que o ar flua para dentro cada pneu; isso garante que enquanto um pneu está sendo inflado, os outros pneus não perdem a pressão do ar.

Este conjunto também incorpora um estator (uma peça não rotativa) dentro do fuso do eixo e um tee flow-through que está conectado à calota. O T de fluxo direto tem uma vedação dinâmica para permitir a rotação, evitando a perda de pressão quando o ar pressurizado passa do eixo para o cubo, o que ocorre por meio de um tubo que vai do estator para o T.

Na montagem da calota, há um respirar para garantir que a pressão não se acumule na ponta do eixo. UMA escudo defletor evita que contaminantes como sujeira e água entrem na ponta do eixo.

Para eixos com fusos ocos, um pressione o plugue sela o interior do eixo pressurizado da extremidade da roda, a fim de proteger o estator.

Sistema de controle

Controles

O módulo de controle do sistema tem um válvula de corte para impedir que o ar seja enviado ao sistema, bem como um filtro para remover umidade e contaminantes. o petcock libera a pressão do sistema para que a manutenção possa ser realizada. Como alguns dos outros sistemas que usam suprimentos de ar a bordo, este sistema tem um válvula de proteção de pressão de modo que não puxará o ar se o suprimento de ar estiver abaixo de 80 psi.

UMA botão de ajuste de pressão do sistema permite ajustes na pressão de ar geral do sistema. UMA interruptor de detecção de fluxo ativa o luz indicadora para que o motorista saiba se uma quantidade significativa de ar está sendo bombeada para dentro de um pneu, o que indicaria um possível furo.

A Michelin está trabalhando com várias outras empresas para desenvolver um sistema ativo de gerenciamento de pressão chamado TIPM (Tire Intelligent Pressure Management), que deve estar disponível em 2005. Este sistema possui um compressor que ajusta automaticamente a pressão de cada pneu enquanto o veículo está em operação para compensar vazamentos e furos lentos. O motorista poderá ajustar a pressão de acordo com o modo de direção desejado: conforto, esportivo, todo-o-terreno ou sobre-obstáculos.

Existem pelo menos dois outros sistemas nos estágios iniciais de desenvolvimento que são orientados para o mercado de consumo - o Inteira sistema e o ciclóide Bomba de ar sistema.

O sistema de pneu auto-inflável EnTire usa uma válvula que puxa o ar da atmosfera. Em seguida, ele bombeia o ar para o pneu com pressão insuficiente, usando uma ação de bomba peristáltica. O objetivo é manter constantemente uma pressão específica.

O sistema de enchimento de pneus AutoPump da Cycloid tem uma pequena bomba montada no cubo da roda que é acionada pelo giro das rodas. Quando o monitor do sistema detecta uma queda na pressão de 2 a 3 psi, ele bombeia ar para o pneu com pressão insuficiente. AutoPump tem um sistema de alerta que é ativado quando há um furo.

Para mais informações sobre pneus auto-infláveis e tópicos relacionados, confira os links na próxima página.

Mais ótimos links

Pneus de bicicleta autoinfláveis Nakano
ArvinMeritor MTIS
Vídeos da GM Goodwrench

Fontes

Inteira
Tem ar? O clima maluco paga as desgraças dos pneus
Tendências no Japão: construindo uma bicicleta melhor
Lynch Hummer: inflação do pneu central
Roadranger: Sistema de inflação do pneu central Goodyear Investor Relations: Relatório anual de 2001
Meritor Tire Inflation Systems (MTIS) por P.S.I
Sistemas de gerenciamento de pneus Dana Spicer
CM Automotive Systems: CTIS Specs
Departamento de Transporte dos EUA: 49 CFR Parte 571
CarandDriver.com: The Anti-Geneva Show
Transporte pesado: ar aparente
LandLine: sistemas de monitoramento e enchimento de pneus
Página Hummer de Gerald: Sistema de inflação central de pneus
The Groves: Caminhões do Exército dos EUA apresentarão nova tecnologia da Dana Corp.
Inovação Michelin em eletrônica de pneus
"Rutting superficial de pavimentos finos e estradas de cascalho sob pressão de inflação padrão e reduzida dos pneus", por Ahmed Shalaby e Alan Reggin, Canadian Journal of Civil Engineering, 29, 679-691, 2002.
"Under (Controlled) Pressure," por Carol Ludorf, Transportation Communications, Fleet Equipment, agosto de 2002.
"Air as Needed", de David Cullen, proprietário da frota, setembro de 2003.
Publicação integrada: Sistema de inflação central de pneus
Forester.net: Respirando vida nova em seus pneus

Como funcionam os pneus autoinfláveis