P= M . n 9550 - Escuela del Trabajo

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UNIDAD Nº II:
1
Transmisión
CAMBIO AUTOMÁTICO
Fundamentos: Todas las transmisiones vistas hasta ahora tienen, como principal
factor, la transformación de la energía en potencia o en velocidad por medio de
engranajes.
Las transmisiones automáticas se caracterizan porque las distintas relaciones de
cambio son seleccionadas en función de la velocidad del vehículo y del régimen
del motor, siendo el medio auxiliar técnico para convertir las fuerzas del motor en
las mas variadas y cambiantes condiciones de funcionamiento en la marcha de un
vehículo.
Las operaciones de embragar y acoplar marchas, representan la mayor parte del
esfuerzo físico al conducir un vehículo. A fin de reducir notablemente este
esfuerzo y aumentar la seguridad activa, para orientar la capacidad de reacción
totalmente a las incidencias del tráfico, se utilizan los cambios automáticos sin
que el conductor intervenga en la elección de la relación requerida en cada
momento, ni realice ninguna operación. Es decir que estos cambios, descargan al
conductor de la atención en la conducción, por lo que las hace más cómodas y
seguras, a la vez flexible, sin interrupciones de la fuerza de tracción.
El principio de esta idea, había sido empleada en los cambios de velocidades más
primitivos, aunque la realización final de un cambio verdaderamente útil y bien
resuelto, se debe a un militar ingles (J. WILSON ), que en la primera guerra
mundial (1914) construyo el primer cambio de engranajes epicicloidales, para los
carros de combate de aquella época, constituyendo el ingenioso mecanismo un
verdadero acierto para la época en que fue diseñado, y que es el precedente de las
actuales transmisiones modernas.
Los adelantos de la electrónica hacen posible enlazar funciones electrónicas e
hidráulicas, consiguiéndose así una conducción automática de alto rendimiento.
Por esta razón, cada vez se emplean más este tipo de cambios en los vehículos
actuales.
CONVERSIÓN DE FUERZA
El motor proporciona la potencia para la propulsión de un vehículo y el
accionamiento de los grupos auxiliares como por ejemplo servodirección, compresor del A/A, etc.
P= M . n
La potencia P es el resultado calculatorio del par motor M
multiplicado por el número de revoluciones n, dividido por el
9550
factor numérico 9550*. La unidad de medida es el KW.
La potencia crece con el número de revoluciones y el par motor.
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2
¿Que nos dice el concepto “par motor”?
El par motor describe la
transmisión de fuerza mediante un
eje o piñón.
Se designa con el signo de fórmula
M y se forma a partir de la fuerza
F, que actúa en el contorno de la
pieza giratoria, multiplicada por r
de ésta.
Con número de revoluciones
encontramos la velocidad angular
en 1/s.
La unidad de medida del par motor
es Nm (newton-metro). En el
cambio son las ruedas dentadas que
poseen un determinado brazo de palanca “ R ”.
Sin embargo, los motores de combustión sólo se
pueden hacer funcionar entre el régimen de
ralentí ( entre 700 y 900 1/min ) y el régimen
máximo ( que puede variar entre 6000 a 7000
1/min ).
El par máximo se alcanza solo en un margen
estrecho de revoluciones, aumentando hasta un
valor máximo y vuelve a disminuir en el margen
del número de revoluciones nominal.
Por lo tanto, a fin de adaptar este margen
limitado de revoluciones al amplio margen de
requerimiento de fuerza de tracción, en el
vehículo se necesita un convertidor. Este es el
cambio.
Teóricamente, para esta adaptación al
requerimiento de fuerza de tracción se
necesitaría un cambio con un número de
ilimitado de escalones. Esto no es realizable. Por
esta razón, se intenta una aproximación al curso
ideal de la curva de fuerza de tracción mediante
varios escalones ( desmultiplicaciones acoplables )
(*El factor numérico 9550 resulta de la conversión de todas las magnitudes calculatorias
cuando en la ecuación entran los valores numéricos para n en 1/min y para M en Nm.
P resulta en KW.)
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3
El cambio manual
Por lo tanto, una caja de cambio se puede considerar un dispositivo para convertir
pares motor.
El número de revoluciones n y el par
motor M están en una relación
inversamente proporcional, es decir, un par
motor introducido en le entrada del cambio
vuelve a aparecer reforzado en la salida
del cambio. Sin embargo, al ganar en par
motor se pierde en número de
revoluciones. La potencia del motor no varía
a causa del cambio.
El cambio manual tiene, por regla general, la
estructura de un cambio con árbol
intermediario, donde el flujo de fuerza parte
del árbol primario, pasa por una combinación
fija de piñones al árbol secundario y se dirige
al mando de semiejes.
Los piñones móviles en el árbol secundario
giran sueltos y solo se acoplan a este
mediante coronas desplazables, al efectuar un
cambio de marcha.
Los cambios manuales trabajan, por lo tanto
en arrastre de forma, al contrario de los
cambios automáticos, que trabajan en arrastre
de fuerza.
Los pares motor se comportan en función de la relación de desmultiplicación “ i ”
n1
I = ----- =
n2
núm. de revoluciones del piñón impulsor
núm. de revoluciones del piñón impulsado
M de salida = M de entrada . I
Importante: En el cambio manual, al arrancar y cambiar de marcha hay que
interrumpir el flujo de fuerza del motor al cambio. Como ya es sabido, bajo carga
es imposible acoplar marchas. Para ello se requiere de un dispositivo (el
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4
embrague de separación), transmitiendo cuando está embragado el par motor al
cambio y piñones motrices y, estando desembragado interrumpe el flujo de
fuerza.
En los últimos años se ha perfeccionado mucho el funcionamiento de los cambios
manuales:
– acoplamiento simplificado de marchas mediante la auto-sincronización
– funcionamiento silencioso mediante piñones de dentado oblicuo
– Adaptación de la desmultiplicación a la potencia del motor y óptima
configuración de los requerimientos de fuerza de tracción entre las marchas
– configuración de los cambios para coches de turismo, mayormente con 5
marchas.
También se han mejorado los embragues, especialmente con respecto a la
reducción de las fuerzas a aplicar al pedal.
El flujo de fuerza es similar en ambas cajas
Motor – embrague – cambio – diferencial – ejes – tren de rodaje
Embrague mecánico de separación, de Con el vehículo parado, el convertidor
accionamiento manual.
de par separa automáticamente el
motor en marcha del cambio parado,
pero tiene tareas adicionales y también
puede considerarse como cambio
hidráulico.
Cambio
manual
con
árbol Engranaje planetario
intermediario
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Mando en arrastre de forma (mediante
palanca, horquilla de mando, coronas
desplazables) para transmitir el par
motor.
5
Proporciona la condición previa para
poder introducir un mando automático
y transmitir automáticamente el par
motor en arrastre de fuerza mediante
acoplamientos y frenos
El conductor participa en el Se alivia al conductor de esfuerzos, los
acoplamiento de la marcha. La vista y sensores absorben las resistencias de
el oído perciben la situación de marcha marcha. El mando electrónico del
cambio procesa esta información para
seleccionar una marcha, la cual se
forma mediante elementos hidráulicos
y otros elementos del cambio.
Interrupción del flujo de fuerza al
acoplar la marcha. Por regla general, el
vehículo rueda de 1 a 2 segundos sin
propulsión
(dependiendo
del
conductor) al acoplar la marcha.
Los cambios automáticos no conocen
ninguna interrupción del flujo de fuerza
y aceleran ininterrumpidamente. Con
respecto a la aceleración, no hay ya
mucha diferencia con las cajas
manuales.
Mayor requerimiento físico del Aumenta el confort de marcha,
conductor, total concentración en las disminuye el estrés y, en general, se
situaciones de marcha.
incrementa la seguridad.
Por tanto, los cambios automáticos se encargan por sí mismos de
- hacer arrancar el vehículo
- seleccionar la desmultiplicación y
- acoplar la marcha seleccionada.
Como elemento para el arranque del vehículo actúa exclusivamente un
convertidor hidrodinámico.
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Determinación del punto de acoplamiento del cambio
Para efectuar los procesos automáticos de acoplamiento de marchas, es decir, la
conversión del par
motor de acuerdo con las situaciones de marcha que se presenten, además de la
concepción puramente
mecánica del cambio (engranaje planetario) hay tres cuestiones de interés
1 ¿Cómo reconoce el mando automático de la curva característica?
cambio el momento en que se debe acoplar
adaptativa de
una marcha?
acoplamiento.
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2 ¿Quién proporciona a la unidad de control
las informaciones para ello?
Sensores
3 ¿Cómo se accionan los acoplamientos de
marchas?
Hidráulicamente
Mediante actores/
válvulas magnéticas.
La lógica de acoplamiento de marchas la calcula digitalmente un ordenador en la
unidad de control.
El mando electrónico del cambio repite constantemente el registro de las señales
de sensor, el cálculo de la decisión de acoplar marchas y la emisión a los
elementos actuadores. Este ciclo se calcula en 20 ms.
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Determinación del punto de acoplamiento del cambio
Curva convencional de acoplamiento
El acoplamiento entre dos marchas lo efectúa
el mando electrónico del cambio en
base a una curva de acoplamiento. Esta
tiene en cuenta la velocidad de marcha y la
posición del pedal acelerador.
Para acoplar una marcha superior es válida
otra curva característica que para acoplar
una marcha inferior.
En función de la velocidad de marcha y de
la posición del pedal acelerador, para cambio
de marcha hay memorizada una curva característica de acoplamiento.
Esta selección del punto de acoplamiento es relativamente rígida, pues las
marchas
se acoplan siempre en los mismos puntos según la posición del pedal acelerador y
de la velocidad de marcha.
En el diagrama sólo se representa el acoplamiento 3ª - 4ª marcha.
Curva característica deportiva
Curva característica económica
En los primeros tiempos del mando electrónico del cambio, sólo se programaban
curvas características fijas de acoplamiento.
En el posterior desarrollo del mando electrónico
del cambio ya se podía elegir entre
dos programas:
- uno deportivo y
- uno económico
La conmutación la efectuaba el
Conductor mediante un conmutador aparte,
dispuesto en la palanca selectora. Un
posterior perfeccionamiento automatizaba la
conmutación.
Esta tenía lugar según la velocidad de accionamiento en el pedal acelerador.
Seguía tratándose, como anteriormente, de una decisión absoluta:
“ECO" o "SPORT
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Curvas características adaptivas
Los modernos mandos electrónicos del cambio, determinan un desplazamiento de
la curva característica a partir de un gran número de informaciones que describen
permanentemente la situación momentánea de funcionamiento y marcha.
Esta curva característica de acoplamiento adaptada individualmente y no rígida se
utiliza en la unidad de control para la decisión del acoplamiento de marchas.
Se habla de una curva característica adaptiva.
El programa de acoplamiento en función de la resistencia al avance reconoce
las resistencias al avance, tales como recorridos por pendientes cuesta arriba y
cuesta abajo, servicio con remolque y viento en contra.
En base a la velocidad de marcha, posición de la válvula de mariposa, número de
revoluciones del motor y aceleración del vehículo, la unidad de control calcula la
resistencia al avance y fija según esos datos los puntos de acoplamiento.
La determinación del punto de acoplamiento en función del conductor y marcha
se efectúa según el principio de la "fuzzy logic" (lógica borrosa).
Mediante la velocidad de pedal acelerador (accionado rápida o lentamente), el
conductor consigue un factor deportivo que se determina mediante la "fuzzy
logic".
Con ayuda del factor deportivo tiene lugar una determinación flexible del punto
de acoplamiento entre una concepción del mismo orientada al consumo o a la
potencia.
De este modo, entre la curva característica de acoplamiento "ECO" y la "SPORT"
son posibles muchos puntos de acoplamiento.
Así se consigue una reacción mucho más sensible a los requerimientos
de marcha individuales.
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¿Que significa “fuzzy logic”?
Este concepto nos lo encontramos ya en muchos aparatos de uso cotidiano.
Las lavadoras, aspiradoras, videocámaras o máquinas de afeitar eléctricas
funcionan con ayuda de la "fuzzy logic".
La palabra fuzzy proviene del idioma inglés y
significa aproximadamente "borrosidad aplicada
sistemáticamente".
Mediante la "fuzzy logic" se eliminan los clásicos
estados de acoplamiento duros, pues una
distribución dura no permite ningún margen de
tolerancia en la asignación de cantidades.
Distribución clásica
Con el siguiente ejemplo se quiere mostrar la clásica dosificación dura de
cantidades de un ordenador sin "lógica fuzzy":
Un ordenador ha de distinguir entre muy caliente y frío. Para ello hay que
comunicarle una valor límite fijo (en el ejemplo, 80°C).
En base a los estados de acoplamiento, el ordenador puede decidir ahora entre
muy caliente y frío.
Sin embargo, esta distribución dura no le permite al ordenador ningún margen de
tolerancia en la dosificación de cantidades.
Sin embargo, además de los enunciados absolutos "muy caliente" y "frío" se han
de tomar a menudo decisiones que se encuentran entre estos enunciados.
La "fuzzy logic" tiene en cuenta una borrosidad deseada que no trabaja con dos
valores, sino con cantidades resultantes.
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De este modo pueden resultar infinitos valores intermedios como "casi frío",
"fresco", "tibio" o "demasiado caliente".
El límite superior "muy caliente" y el límite inferior "frío", así como todos los
valores intermedios están asignados a temperaturas exactas.
En base a las superficies originadas a partir de los interfaces
- superficie azul a superficie roja -, la "fuzzy logic" reconoce
la asignación a los valores intermedios
prefijados exactamente.
Así, 19°C, de la superficie total se asigna un 88 % a la
superficie azul = frío y un 12 % a la superficie rojo = muy
caliente.
La "fuzzy logic" reconoce "tibio".
Aceite de cambio automático = ATF (Automatic Transmission Fluid)
El aceite en el cambio automático ha de cumplir en su circuito, diferentes
requerimientos.
Tiene que:
– transmitir fuerzas (en el convertidor de par)
– efectuar acoplamientos (en los elementos hidráulicos del
cambio).
– establecer valores de fricción (en los embragues y frenos de
discos, en el embrague de anulación del convertidor de par)
– engrasar piezas (todas las piezas rotatorias del cambio)
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– evacuar calor
– transportar residuos de abrasión.
Estas tareas las tiene que realizar el aceite en un margen de temperatura de -30°C
a 150°C (puntos de medición de la temperatura en el cárter de aceite del cambio).
Durante el cambio de marchas, en los embragues y frenos de discos se pueden
alcanzar por un breve tiempo temperaturas de 250°C a 400, debiendo cumplir
todas las tareas en cualquier condición.
En especial, se mejora el índice de viscosidad para garantizar un líquido
constantemente espeso en todo el margen de temperaturas.
En todo el mundo se reconocen los estándares establecidos con tal fin por General
Motors (ATF, Dexron) y Ford (ATF Mercon).
Nota:
Utilizar únicamente el aceite autorizado por el fabricante
del vehículo.
Otros aceites o aditivos poseen propiedades
modificadas y resultan desventajosos para el
funcionamiento y la vida útil del cambio.
Especialmente perturbadores para el
funcionamiento
son los componentes acuosos en el aceite
del cambio.
A fin de mantener limpio el aceite, se aspira éste
del cárter a través de un filtro.
Un potente imán permanente dispuesto en el
cárter de aceite acumula los residuos metálicos
de abrasión.
Nivel y temperatura del aceite
El nivel y la temperatura del aceite influyen enormemente sobre el perfecto
funcionamiento de un cambio automático.
Por esa razón, los cambios automáticos poseen un termosensor, que mide la
temperatura del aceite, y un radiador de aceite.
El siguiente gráfico nos aclarará las interrelaciones al respecto.
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Ya un pequeño sobrepaso de la temperatura modifica el nivel de aceite. La
expansión del aceite no tiene lugar en los canales de aceite, sino que surte efecto
en el cárter de aceite. Especialmente el calentamiento en el convertidor impele el
aceite al cárter.
Un nivel demasiado alto de aceite produce espuma y hace salir aceite por el
conducto de rebose.
Atender especialmente a la temperatura de comprobación del aceite si se ha de
restablecer el nivel del mismo.
La temperatura de comprobación se ha de medir con el aparato de diagnóstico y
se ha de ajustar a la temperatura indicada.
En la comprobación del nivel de aceite se debe proceder según el Manual de
Reparaciones de la caja de cambio en cuestión.
Con una cantidad correcta de aceite, el mando electrónico del cambio contrarresta
regulando la variación de viscosidad causada por el aumento de temperatura a
consecuencias de variar la presión del aceite, a fin de asegurar una calidad
uniforme de acoplamiento de marchas.
Atención:
El llenado erróneo de un cambio automático puede dar lugar a
perturbaciones de funcionamiento y daños del cambio.
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Engranajes planetarios o Epicicloidales
En el cambio manual se efectúa el acoplamiento de
las marchas, como ya se sabe, del modo siguiente:
– se desencastra la corona desplazable, se
interrumpe el flujo de fuerza.
– se lleva el piñón al mismo número de revoluciones.
– seguidamente, se encastra la corona desplazable
seleccionada y vuelve a establecerse el
flujo de fuerza.
En el acoplamiento automático de las marchas, tal
como se desea en el cambio automático, no existe
posibilidad de interrumpir el flujo de fuerza.
La unidad de control automática no puede deducir
de la situación del tráfico si sería favorable una
interrupción del flujo de fuerza.
Piñón de marcha
Cambio manual
Acoplamiento de
las marchas
Cambio autom.
Para cambios automáticos son apropiados, por tanto, sólo cambios que también
puedan acoplar marchas sin interrupción del flujo de fuerza.
Este es el caso con engranajes planetarios. De este modo, ellos constituyen la base
inicial de diseño de casi todos los cambios automáticos.
Por razón de su tipo de construcción, los engranajes planetarios también se
denominan engranajes epicicloidales.
Un engranaje planetario se compone de dos a
cuatro trenes epicicloidales.
Estos se encuentran fijamente enlazados entre
sí o mediante acoplamientos.
El funcionamiento se puede explicar ya en un
tren epicicloidal.
Un tren epicicloidal se compone
– de un piñón central ( 1 )
– de varios satélites (de tres a seis) - 2 – del porta satélites - 3 – de una corona exterior de dentado interior - 4 Todas las parejas de piñones dentados están permanentemente engranados.
No se necesitan coronas desplazables, no hay que sincronizar los números de
revoluciones de los piñones.
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En el interior, el piñón central - 1 - gira en torno de un eje central.
Los satélites - 2 - engranan en el dentado del piñón central.
Los satélites pueden girar tanto en torno de
su propio eje como también en un circuito
alrededor del piñón central.
Los satélites se alojan con sus ejes en el
porta satélites - 3 -.
El porta satélites inicia el movimiento
rotatorio de los satélites alrededor del piñón
central; con ello, lógicamente, también en
torno del eje central.
La corona - 4 - engrana con su dentado
interior en los satélites y encierra todo el
tren epicicloidal.
El eje central es también centro de giro para
la corona.
La corona, el porta satélites y el piñón central tienen cada uno unión con un eje.
Con un tren epicicloidal se consiguen tanto desmultiplicaciones grandes como
más pequeñas hacia lento o hacia rápido, si se retiene uno de los elementos del
engranaje y los otros dos se encargan de la impulsión y salida de fuerza.
Al retener el porta satélites, tiene lugar una inversión del sentido de marcha.
Si se retienen dos elementos, se bloqueará el engranaje planetario y la
desmultiplicación será de 1:1.
A
B
A - Corona fija, el piñón central impulsa.
Desmultiplicación grande hacia lento.
B - Piñón central fijo. La corona impulsa
Desmultiplicación pequeña hacia lenta.
C
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C - porta satélites fijo. El piñón central impulsa.
Inversión del sentido de giro.
B
Otra de las opciones posibles de combinar en estos
grupos de engranajes (D) es fijando el eje porta satélites,
de manera que los satélites no giren, y el movimiento
transmitido a la corona será igual al del planetario y
en idéntico sentido (directa) 1:1
C
Además se pueden combinar distintas combinaciones
de de elementos bloqueados aumentando las posibilidades
de relaciones de desmultiplicación, (E, F)
F
E
D
Como se puede observar, que, como con una
sencilla combinación de pocos engranajes, nos
da la posibilidad de realizar seis variantes, de las
que
resultan
diferentes
velocidades.
Combinando además, diferentes trenes
epicicloidales entre sí, la capacidad de estas
variantes aumenta.
Todos estos mecanismos, cuando son
G
accionados por conductos hidráulicos,
regulados por relee eléctricos y con una
participación cada vez mayor de la electrónica, constituyen las modernas cajas
automáticas actuales.
En el siguiente esquema (Fig.), se aprecia en perspectiva, un conjunto completo de
este grupo de engranajes.
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Por tanto los elementos del tren epicicloidal
se han de frenar o impulsar desde el exterior.
A fin de que esto funcione, los árboles de los
elementos en cuestión se han de conducir
hacia afuera y unir con contraárboles.
Esto se soluciona mediante árboles huecos
encajados.
Estos tienen por fuera una forma acampanada
(campanas de embrague) y , según la
activación, se unen en arrastre de fuerza con
los contraárboles de forma similar. Las
campanas de embrague llevan por su parte
para ello los embragues y frenos.
Al frenar, los embragues se apoyan contra la
caja del cambio.
Para los cambios automáticos en el vehículo se disponen sucesivamente varios
trenes epicicloidales.
Entonces, a partir de esta combinación se pueden establecer los necesarios
escalones del cambio.
Las diferentes combinaciones y configuraciones técnicas estándar toman el
nombre de sus inventores.
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Se compone de 3 trenes epicicloidales.
La primera corona, el segundo porta satélites y la
tercera corona están fijamente unidos entre sí
Además, hay un segundo y tercer piñón central fijamente
unidos entre sí.
La impulsión en las marchas adelante se efectúa
mediante este piñón central doble.
Se compone de 2 trenes epicicloidales con un piñón
central común.
el porta satélites de un tren, la corona del otro y el
árbol primario están fijamente unidos entre sí.
La impulsión de las marchas adelante se efectúa
siempre mediante las coronas.
Este tipo se utilizó frecuentemente en el tiempo de
los cambios automáticos de tres marchas.
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Cambio Wilson
Cambio Simpson
Se compone de 2 trenes epicicloidales con un porta satélites
común.
El porta satélites lleva dos juegos de satélites:
- satélites cortos de diámetro grande, que
engranan en un piñón central pequeño
- satélites largos de diámetro pequeño, que
engranan en un piñón central grande y en los
satélites cortos.
El cambio Ravigneaux posee sólo una corona, que
comprende los satélites cortos.
Mediante la corona tiene lugar siempre la salida de
fuerza. Con los cambios Ravigneaux se pueden
diseñar 4 marchas adelante y una marcha atrás.
Por razón de su tipo se construcción compacto, es
especialmente apropiado para vehículos de tracción
delantera.
Cambio Ravigneaux
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Embrague de discos
Cada marcha posee un elemento del cambio,
como mínimo, el cual establece el flujo de fuerza
mediante fricción.
Se utilizan embragues de discos para establecer
el flujo de fuerza del eje de turbina al tren
epicicloidal.
Poseen discos interiores y exteriores, ambos
unidos con piezas rotatorias. Están encajados
unos con otros. Sin accionamiento, hay entre
ellos un intersticio y están llenos de aceite, de
modo que puedan girar libremente.
El conjunto de discos es comprimido por un
émbolo hidráulico, que gira simultáneamente
junto con su llenado de aceite, el cual actúa por
detrás sobre el émbolo.
Por ello, la alimentación de aceite se efectúa
mediante un árbol hueco. Al desembragar, se
descarga el embrague de discos mediante
resortes (muelles de compresión, también muelles
de platillo).
Unas válvulas de bola (en parte en el émbolo en parte, en el portadiscos) se
encargan de que, sin accionamiento, se elimine rápidamente la presión y pueda
salir el aceite.
Los portadiscos, tanto en el elemento interior como en el
exterior, alojan los discos mediante salientes, resultando
una unión en arrastre.
Los discos exteriores son de acero.
Los discos interiores son de plástico altamente
resistente.
Cumplen al mismo tiempo la función del forro de
fricción.
La armazón de apoyo es de celulosa.
La resistencia a temperaturas elevadas se consigue
mediante un aditamento de fibras de arámida,
material plástico de alta resistencia.
A fin de influir sobre el valor de fricción se añaden minerales para unir la resina
fenólica. El número de discos varía mucho según la ejecución del cambio.
El juego entre los discos es de importancia para el funcionamiento del
acoplamiento automático de las marchas y está predeterminado en el diseño.
Se ajusta por separado al efectuar el montaje.
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Frenos de discos
Los frenos de discos se utilizan para retener un
elemento del tren epicicloidal. Son similares a
los embragues de discos y poseen asimismo
discos interiores y exteriores.
Los discos interiores también están unidos con
el elemento giratorio mediante salientes, mientras
que los discos exteriores están fijos, apoyados
en la caja del cambio.
En la activación, un émbolo hidráulico comprime
el conjunto de discos.
Al contrario del embrague de discos, el émbolo
hidráulico se encuentra fijo.
También en el freno de discos es de importancia
el juego entre los discos para un funcionamiento
perfecto del acoplamiento de marchas, por lo
que se ajusta por separado.
Frenos de cinta
Otra posibilidad de diseño para retener los elementos
de un juego de planetarios lo ofrece el freno de cinta.
La forma exterior del árbol es similar a la de un
tambor de freno.
Como elemento de freno, una cinta de acero
abraza estrechamente ese tambor de freno, el
cual se mueve libremente en estado inactivo.
La cinta de freno se apoya en un extremo contra
la caja del cambio.
Al tener lugar la activación hidráulica, en el otro
extremo actúa la fuerza del émbolo y frena el
tambor hasta la parada.
Una desventaja del freno de cinta es que sobre
la caja del cambio actúan grandes fuerzas radiales.
Cruzamiento
En el acoplamiento electrohidráulico de marchas, un elemento del cambio se abre
y otro se cierra.
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Este proceso tiene lugar en fracciones de segundo. Durante este proceso
disminuye el par transmitido del elemento que se abre y aumenta el del
elemento que se cierra. La nueva marcha engrana en el momento en que el par en
el elemento que se acopla es mayor que el par en el elemento que se desacopla.
Este proceso se designa como cruzamiento.
En caso del denominado cruzamiento cero, el elemento que se acopla absorbe
tanto par como el que cede el elemento que se desacopla. En total, se conserva el
par.
El mando del cruzamiento sólo se efectúa mediante acoplamientos hidráulicos,
activados por la Unidad Electrónica.
El elemento que se acopla recibe toda la presión de trabajo.
Adicionalmente al cruzamiento cero hay cruzamientos negativos y positivos que
se aplican convenientemente para determinados estados de funcionamiento.
Cruzamiento negativo
El elemento que se acopla toma el par demasiado tarde, es decir en caso de
cambiar a una marcha superior de tracción/marcha inferior de freno, la
disminución de presión del primer elemento tiene lugar demasiado pronto o en
caso de cambiar a una marcha inferior de tracción/marcha superior de empuje, el
aumento de presión del elemento que se acopla tiene lugar demasiado tarde.
En el funcionamiento bajo carga del motor, el número de revoluciones aumenta a
causa de la separación.
En el funcionamiento por empuje, el número de revoluciones disminuye.
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Cruzamiento positivo
El elemento que se acopla toma el par demasiado pronto, (es decir, en caso de
cambiar a una marcha superior de tracción/marcha inferior de freno, la
disminución de presión en el elemento que se desacopla tiene lugar demasiado
tarde o en caso de cambiar a una marcha inferior de tracción/marcha superior de
empuje, el aumento de presión del elemento que se acopla tiene lugar demasiado
pronto. Se produce por breve tiempo el bloqueo del cambio y, con ello, la caída
del par.
Esto puede ser conveniente si se quiere llevar el motor rápidamente de un
régimen elevado a otro bajo.
Piñón libre
El mando del cruzamiento se puede simplificar con ayuda de piñones libres.
El piñón libre transmite un par sólo en un sentido. En sentido contrario, gira
libremente.
Se utiliza a fin de simplificar el despliegue técnico para un acoplamiento de
marchas sin interrupción de la fuerza de tracción, es decir que permite una
transición exacta al acoplar marchas sin requerir nada especial del mando del
elemento que se acopla.
Con régimen en deceleración del vehículo, se invierte el flujo de fuerza. De este
modo, el piñón libre se abriría y no permitiría ningún efecto del freno motor
(análogamente al piñón libre en las bicicletas).
Por esta razón, al piñón libre van acoplados paralelamente los frenos o
embragues.
Piñón libre de rodillos
En los intersticios entre el anillo interior y exterior se encuentran rodillos.
En el sentido de bloqueo, éstos se colocan en los
intersticios que van estrechándose.
De este modo se unen los anillos interior y exterior.
Unos muelles oprimen los rodillos en el
intersticio, a fin de conseguir un bloqueo seguro.
Piñón libre con cuerpos de apriete
Es de técnica más costosa que el piñón libre de
rodillos, pero para un mismo tamaño permite
una mayor transmisión de pares.
En una jaula de muelle dispuesta entre los anillos
interior y exterior se encuentran cuerpos de
apriete en forma de aletas.
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23
Por acción de la fuerza elástica están
permanentemente
aplicados. En el sentido de marcha
libre, los cuerpos de apriete se abaten, sin
impedir la marcha libre. En el sentido de
bloqueo, se levantan.
Simplificando se puede decir que, en un cambio
automático moderno, participan cuatro
componentes en la lógica y ejecución del
mando.
Conductor: decide cuándo, adónde y con qué rapidez, deportividad o economía.
De ello se encargan el pedal acelerador y la palanca selectora.
Estados de funcionamiento: las resistencias al avance influyen: si se recorre una
pendiente cuesta arriba/cuesta abajo, si se utiliza remolque, si hay viento
contrario, si se conduce bajo carga o con empuje. Los sensores envían las
informaciones a la unidad de control.
Electrónica: efectúa evaluaciones, se encarga del trabajo mental, regula el
dispositivo hidráulico del cambio.
Hidráulica se encarga de configurar las presiones de mando y recorridos de
acoplamiento.
No eran así los primeros cambios automáticos. La lógica de la selección de
marchas se realizaba hidráulicamente.
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Los estados de funcionamiento se registraban mediante elementos constructivos
hidráulicos, neumáticos y eléctricos, se convertían en presiones, con lo que se
activaba la selección de marchas (véase también “elementos de mando totalmente
hidráulico”)
En el curso del desarrollo de la electrónica aplicada a la técnica automovilística,
estos elementos constructivos se sustituyeron por los correspondientes
componentes electrónicos.
El mando hidráulico del cambio se convirtió en mando Electrónico del cambio.
Los elementos del cambio los activa la electrónica, el mando hidráulico del
cambio se convirtió en mando electrohidráulico.
El mando electrónico del cambio se convirtió en el elemento central de la lógica y
ejecución de mando.
Los puntos de acoplamiento del cambio se forman a partir de un gran número de
informaciones que describen la situación momentánea de funcionamiento y
marcha (véase también "Determinación del punto de acoplamiento del cambio").
Excepciones
No obstante, las posiciones más importantes de la palanca selectora - P - R - N D - siguen transmitiéndose como antes, adicionalmente por medios mecánicos, de
la palanca selectora a la corredera selectora en el dispositivo hidráulico de
acoplamiento de marchas.
Esto asegura la disponibilidad de funcionamiento del cambio automático también
en caso de fallar la unidad de control electrónica.
Relación de sistemas de un cambio automático
La unidad de control se encuentra siempre separada en el vehículo y no dispuesta
en el cambio.
El lugar de montaje varía según el tipo de vehículo (p. ej., en la caja de aguas, en
el vano motor, en el espacio reposa-pies).
La unidad de control determina la lógica del acoplamiento de marchas mediante
operaciones calculatorias permanentes.
En base a ello, regula los elementos actuadores del mando electrónico del cambio,
entre los que se cuentan, en primer lugar, las válvulas magnéticas, las cuales se
encuentran en el dispositivo hidráulico del cambio.
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Ventajas del mando electrónico del cambio frente al convencional
hidráulico:
– Sin gran despliegue técnico adicional se pueden procesar señales adicionales.
– La regulación de la hidráulica es más exacta.
– Los efectos de desgaste se pueden compensar mediante el mando de presión
adoptivo.
– Las curvas características de acoplamiento de marchas se puede configurar de
modo más flexible.
– La electrónica protege más fácilmente contra manejo erróneo.
– Las averías presentadas se pueden evadir hasta cierto punto, asegurando así la
disponibilidad de servicio del vehículo.
– Las averías presentadas quedan registradas en la correspondiente memoria
para el servicio.
Comunicación con otros sistemas del vehículo
El mando electrónico del cambio no es ningún sistema que trabaje aisladamente.
Este se comunica con otros sistemas electrónicos del vehículo a fin de minimizar
el despliegue técnico de sensores, optimizar el confort del acoplamiento de
marchas y aumentar la seguridad del tráfico.
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Electrónica del motor:
Numerosas señales de las electrónicas del motor y cambio se utilizan
conjuntamente, tales como, p. ej., el número de revoluciones del motor, la señal
de carga y la posición del pedal acelerador.
A fin de suavizar las presiones de acoplamiento durante el accionamiento de los
elementos del cambio (p. ej., embragues de discos, frenos de discos), se comunica
a la unidad de control del motor el momento del acoplamiento de una marcha.
Para ello, la unidad de control para el cambio automático está enlazada por una
línea directa con la unidad de control del motor.
Durante el momento de acoplar la marcha, se varía brevemente el punto de
encendido en sentido de retardo, con lo cual se suprime el par motor en ese
tiempo.
Electrónica del tren de rodaje:
En algunos sistemas de mando electrónico del cambio se efectúan intercambios
de informaciones con los diferentes sistemas del vehículo.
En caso de una intervención reguladora de un sistema de control de estabilidad
(por ejemplo., control electrónico de tracción o bloqueo electrónico del
diferencial), el mando electrónico del cambio impide que se efectúen
acoplamientos de marchas.
En caso de una intervención reguladora durante el arranque del vehículo (sistema
de tracción antideslizante), el mando electrónico del cambio utiliza la segunda
marcha para reducir el par motor.
En caso de recorrer una curva cerrada, un sensor registra la aceleración
transversal y la transmite al mando electrónico del cambio. En este momento se
impiden procesos de acoplamiento de marchas.
Sistema de aire acondicionado:
Si se necesita disponer de todo el par motor para acelerar fuertemente, se
desconectará el acoplamiento magnético del compresor.
Las informaciones para ello las envía el mando electrónico del cambio a la unidad
de control para el sistema de aire acondicionado tan pronto se acciona el
interruptor de sobregás (kick-down).
Programa de emergencia/autodiagnóstico:
El mando electrónico del cambio contiene estrategias en caso de fallos de
señales = programa de emergencia.
Si falla una señal de entrada, p. ej., a causa de rotura del cable, se intentará
desviar a una señal sustitutiva, a fin de mantener la marcha de modo seguro.
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Ejemplo:
La temperatura de aceite del cambio se mide mediante un termosensor.
Si falla éste, se podrá utilizar un valor empírico "cambio a temperatura de
servicio, 70°C". Como señal sustitutiva también se
puede utilizar la temperatura
del líquido refrigerante del motor..
Las averías que se presentan en el programa de
emergencia las registra el mando del cambio apto
para diagnóstico en la memoria de averías.
Esta se puede leer con un aparato lector de averías
mediante el interfase de diagnóstico.
De este modo, en el sector de Servicio se pueden
sacar conclusiones sobre la causa de la perturbación.
Una avería volátil aparece sólo brevemente para
volver a desaparecer.
Según el tipo de avería se utilizan diversas estrategias:
– el mando del cambio permanece en el programa de emergencia aunque ya no
aparezcan averías,
– el mando del cambio vuelve al funcionamiento normal si la avería ya no ha
vuelto a presentarse después de varios arranques del motor.
No obstante, la información permanece registrada en la memoria de averías.
Nota:
Por esa razón, al efectuar el Servicio trabajos en un cambio automático, hay
que leer siempre primero la memoria de averías antes de efectuar trabajos.
Marcha de emergencia
Una marcha de emergencia se inicia si fallan señales absolutamente necesarias o
el mando eléctrico mismo del cambio.
En tal caso, se pone en funcionamiento un sistema netamente hidráulico.
A fin de poder mover el vehículo en la marcha de emergencia, la palanca
selectora sigue acoplada como antes mecánicamente a la corredera selectora.
Según la posición de la palanca selectora, el cambio automático se encuentra en la
posición N, R o en una marcha adelante D.
Además, en esta situación se desconecta también el embrague de anulación del
convertidor de par.
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Sistema hidráulico
Circuito/bomba de aceite:
En el cambio automático, el convertidor, la electrónica y el engranaje planetario
están convenientemente completados con la hidráulica.
En el cambio automático, el medio de trabajo
definitivo es el aceite. Por ello, el aceite tiene
también especial importancia en el cambio
automático, pues sin aceite se pierden todas las
funciones (para la importancia del aceite.
El aceite adquiere presión por efecto de una
bomba por separado y recorre el circuito de
aceite.
En casi todos los cambios automáticos, como
bomba de aceite se utiliza una bomba
meniscal.
La acciona el motor del vehículo al régimen del
mismo.
Las bombas en forma de menisco son robustas, de funcionamiento seguro y
generan la necesaria presión de trabajo (hasta unos
25 bares).
Ellas aseguran el suministro de aceite
– a los elementos del cambio
– al mando del cambio
– al convertidor de par hidrodinámico
– a todos los puntos de lubricación del cambio.
El aceite se enfría en un pequeño circuito aparte
mediante el líquido refrigerante del motor.
En el dispositivo hidráulico del cambio (dispuesto
usualmente debajo del mismo) tiene lugar la regulación y distribución de la
presión.
Dispositivo hidráulico del cambio
Este dispositivo hidráulico representa la central de mando para la presión del
aceite.
En él se regula la presión del aceite, con arreglo a las señales del mando
electrónico del cambio y se distribuye a los elementos del cambio.
Por regla general, el dispositivo hidráulico se compone de varias carcasas de
válvula.
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Una carcasa de válvulas representa el cuerpo para todas las válvulas que se
encuentran allí (válvulas de conmutación,
válvulas magnéticas de regulación, válvulas
reguladoras de presión).
Además, contiene los canales de aceite de
acuerdo con el esquema hidráulico.
Los canales de aceite en la carcasa de
válvulas están conducidos sin cruzamiento.
Los cruzamientos necesarios se diseñan
mediante orificios dispuestos en un bloque
intermedio.
De este modo se pueden formar vías de aceite
en diferentes carcasas de válvulas que se
encuentran superpuestas.
Las válvulas activadas eléctricamente por la
unidad de control electrónica (válvulas
magnéticas) están caladas desde el exterior en las carcasas de válvulas.
De este modo, son fácilmente accesibles y cambiables para trabajos del Servicio.
El dispositivo hidráulico del cambio, además
de sus enlaces eléctricos con la unidad de
control electrónica, está unido mecánicamente
con la palanca selectora mediante una
corredera manual.
El dispositivo hidráulico suele estar montado
debajo del cambio. En tal caso, la caja del
cambio contiene parte de los canales de
aceite.
Los canales de aceite también pueden estar
dispuestos en una placa aparte.
Esquema hidráulico
El presente esquema hidráulico es un extracto simplificado del esquema
hidráulico de un cambio automático.
Sobre este sistema queremos explicar el complicado laberinto del mando
hidráulico.
Se representan dos elementos del cambio. Según el diseño del cambio, en un
moderno cambio de cuatro marchas pueden ser de seis a ocho elementos de
fricción (embragues y frenos).
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Las presiones en el sistema hidráulico
En el sistema hidráulico se necesita el aceite en diferentes escalones de presión.
Las válvulas reguladoras de presión y las válvulas magnéticas de regulación se
utilizan para generar los necesarios escalones de presión.
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Presión de trabajo
La presión de trabajo es, con 25 bares, la más alta
en el sistema hidráulico.
Se genera mediante la bomba de aceite y también se
aplica directamente detrás de la misma.
Mediante una salida para presión cero controlada, la
presión de trabajo se controla con la válvula
reguladora de dicha presión.
La regulación de la presión se efectúa en función de
los impulsos del mando electrónico del cambio.
Según la marcha a acoplar, se distribuye la presión
de trabajo a uno a varios elementos del cambio.
La distribución se efectúa mediante una válvula de conmutación. Con una marcha
acoplada, la presión de trabajo se aplica al correspondiente elemento del cambio.
Las presiones en el sistema hidráulico
Presión de válvula de conmutación
Presión de válvula reguladora
La presión de válvula de conmutación se ajusta a 3 hasta 8 bares mediante una
válvula reguladora de presión.
Esta presión alimenta las válvulas magnéticas de mando eléctrico.
¡Importante!
Las válvulas magnéticas de conmutación
regulan, con la presión de la válvula de
conmutación, las válvulas de conmutación
pospuestas, las cuales regulan por su parte los
elementos del cambio (véase también el
ejemplo de funcionamiento).
La presión de la válvula de regulación se
ajusta asimismo mediante una válvula
reguladora de presión y es de 3 a 8 bares.
Alimenta como presión de mando, mediante
una válvula magnética de regulación, una
válvula reguladora de presión pospuesta, por
ejemplo, para el embrague de anulación del convertidor de par.
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Presión moduladora
La presión moduladora del motor es proporcional al par
motor, es un espejo de la carga del motor.
Según las informaciones de la electrónica del
motor, la válvula de modulación (una válvula
magnética de regulación) es activada por el
mando electrónico del cambio y genera la
presión de modulación. Esta es de 0 a 7 bares.
La presión moduladora llega a la válvula
reguladora de presión de trabajo, influyendo así
sobre la altura de la presión de trabajo.
Presión de mando
Presión de engrase
La presión de mando es de 6 a 12 bares. Se
utiliza, durante el cambio de marcha, en el
elemento a acoplar.
La presión de mando la ajusta el mando
electrónico del cambio mediante una válvula
magnética de regulación y una válvula
reguladora de presión.
Al finalizar el acoplamiento de la marcha, la
presión de mando se sustituye en el elemento
del cambio por la presión de trabajo.
La presión de engrase es de 3 a 6 bares. Ella alimenta el convertidor de par.
El aceite fluye a través del convertidor, del radiador de aceite y de todos los
puntos de lubricación del cambio automático.
Presión para embrague de anulación del
convertidor de par
La presión se ajusta mediante una válvula
magnética de regulación y una válvula
reguladora de presión y se regula mediante el
mando electrónico
del cambio.
La presión se ajusta según el par motor a
transmitir.
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Elementos hidráulicos del cambio
En el cambio automático de mando electrónico se utilizan válvulas magnéticas
como elementos hidráulicos (válvula magnética de conmutación, válvula
magnética de regulación). Además encuentran aplicación válvulas de
conmutación que solo trabajan hidráulicamente.
Las válvulas magnéticas de conmutación conducen
la presión del aceite a una válvula de conmutación
O reduciendo dicha presión. Por tanto,
conectan o desconectan y dan lugar a conmutaciones
de los elementos del cambio, P. ej., se inicia
el proceso del cambio de marchas.
En el cambio automático de mando electrónico se
utilizan válvulas magnéticas como elementos
hidráulicos (válvula magnética de conmutación,
válvula magnética de regulación).
Además encuentran aplicación válvulas de
conmutación que sólo trabajan hidráulicamente.
En posición de reposo, están cerradas por acción
de la fuerza elástica de muelle. El inducido está
unido con el taqué de válvula. En la activación
mediante la unidad de control electrónica, el
inducido es arrastrado venciendo la fuerza elástica
del muelle.
El taqué deja libre el paso de P a A para la presión
de la válvula de conmutación y cierra la
salida para presión cero.
Las válvulas magnéticas de conmutación se regulan
con señal de mando digital (con. - descon.).
La presión de válvula de conmutación actúa como
presión de mando sobre la válvula de conmutación.
La válvula de conmutación es una válvula de
funcionamiento netamente hidráulico. Sirve para
distribuir la presión entre los elementos del cambio.
Por regla general, posee sólo dos posiciones de
conmutación, que se acoplan mediante una o dos presiones de mando.
En la posición de reposo, el empalme de trabajo está unido con la salida para
presión cero, por lo que los elementos del cambio están sin presión.
En la posición de trabajo, la presión de mando actúa en el empalme X; la presión
P tiene paso al empalme A y la salida para presión cero está bloqueada.
La salida L sirve sólo de orificio de expansión.
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Las válvulas de conmutación son mayormente válvulas de corredera, por lo que a
menudo se designan como correderas de conmutación.
Ejemplo de funcionamiento de válvula magnética de conmutación y válvula
de conmutación - representación esquemática
Este ejemplo nos muestra que un elemento del cambio no recibe presión de
trabajo mediante la válvula magnética.
Posición de reposo
La válvula magnética de conmutación no está
activada.
En la válvula de conmutación no actúa
ninguna
presión de mando (presión de válvula de
conmutación). La salida para presión cero está
abierta.
Posición de trabajo
La válvula magnética de conmutación la activa
la unidad de control electrónica del cambio
automático, es accionada eléctricamente.
El imán atrae un taqué de válvula y deja libre el flujo para la presión a la válvula
de conmutación. Seguidamente, el émbolo (empujador) se mueve hidráulicamente
en la válvula de conmutación.
Con ello se bloquea la salida para presión cero y se deja libre el empalme para la
presión de trabajo.
Ahora, la presión de trabajo actúa plenamente sobre el elemento del cambio
(embrague o freno, según la lógica de mando).
Válvulas magnéticas
Las válvulas magnéticas de regulación regulan una presión progresiva del aceite.
Son válvulas de cierre contra la presión cero, pretensadas mediante fuerza elástica
de muelle. Al activarse, se arrastra el inducido venciendo la fuerza elástica de
muelle y el taqué de válvula, abre la salida para presión cero.
De este modo, la presión de aceite disminuye en A, a saber, tanto más cuanto
mayor sea la intensidad de la corriente de activación, por lo tanto, se trata de una
activación progresiva.
Intensidad baja de corriente = presión alta
Intensidad alta de corriente = presión baja
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Las válvulas magnéticas de regulación se
utilizan siempre en combinación con un
estrangulador y se alimentan con presión de
válvula de regulación.
No regulan directamente la presión de aceite de
un elemento del cambio, sino que suministran
la presión de mando que, a través de A, actúa
sobre una válvula reguladora de presión
pospuesta (P. ej. presión moduladora).
Elementos de mando totalmente hidráulicos (transmisión convencional)
Regulador: En la fig (j), se puede apreciar en forma esquematizada, la serie de
conductos de paso de aceite que componen este mecanismo. Por el conducto (A) el
regulador recibe el aceite a presión, el cual desemboca en una corredera (1) la
cual, según en las condiciones que se encuentre, puede devolver el aceite al cárter
por medio del conducto de alivio
(B) o dirigirlo por el conducto (C)
hasta el distribuidor, empujando al
émbolo (2).
Por medio del engranaje (T),
que recibe movimiento
directamente
desde
la
transmisión, el regulador
gira entre dos discos (3 y 4)
que lo sostienen, creándose
en el émbolo (1) un
desplazamiento tanto mayor
cuanto mayor sea la
velocidad de giro.
Según sea éste desplazamiento, será también mayor o menor la presión con que el
aceite será mandado al distribuidor, lo que ocasionará la posibilidad de conectar
una u otra reducción del cambio según sea la presión proyectada por el fabricante.
El regulador consta en la practica (fig.K ), de dos contrapesos, uno en cada
extremo, de diferente tamaño en el extremo de cada una de las válvulas
correderas. El contrapeso (C) que se desplaza con gran facilidad a un número
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relativamente bajo de revoluciones (aproximadamente 1300 RPM ), deja paso por
el conducto
Cuando el número de revoluciones
aumenta (está calculado que llegue
hasta las 3000 RPM aproximadamente)
El contrapeso (D) de la segunda
válvula corredera, sufre los efectos del
aumento de giro del regulador por
medio de la fuerza centrífuga,
desplazándose en el sentido indicado
por la flecha, conectando un nuevo
conducto, el (B), que aumenta la
presión que ya proporcionaba la
válvula (C), dando ocasión al cambio
de 2º a 3º velocidad, o si el giro es aun
Fig K
superior a la máxima abertura de ambas
válvulas, en cuyo caso se conecta la 4º
velocidad.
Fundamentalmente, el mecanismo de regulador está construido para dar al
distribuidor en la cara del émbolo (2 de
la figura J), una presión de aceite en todo
Fig L
momento, proporcional a la velocidad
de desplazamiento del vehículo.
En el esquema de la (fig. L), se puede
apreciar el aspecto exterior real del
regulador.
El retardador: La misión del retardador, es fundamentalmente, la de servir de
antagonismo a la presión que el distribuidor ejerce sobre el regulador. El
retardador actúa, de acuerdo con la mayor o menor abertura de la mariposa del
acelerador. Esto se logra por medio de la uña (A) fig (LL) en la cara opuesta del
émbolo por donde actúa el regulador por medio del conducto (H), cuya abertura
con respecto al punto(P) depende de la presión que la uña (A) ejerce sobre el
émbolo que a su vez también está de acuerdo con el pedal del acelerador.
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FIG.(LL)
El aceite que circula por la cañería en el
punto (P), es recogido del conducto general
proporcionado por la bomba, y lo hace a una
presión que oscila entre los 5, a 6Kg.
Cuando la uña se coloca en la posición de la
(fig.LL), el paso del aceite no se hace posible
por tapar el punto (P) la cara cilíndrica del
émbolo. En este caso, el pedal del acelerador
se halla en reposo, por lo que el vehículo no
recibe aceleración.
A medida que el pedal se oprime y al mismo
tiempo que el motor se acelera, se logra que
la posición de la uña (A) varíe, de tal forma
que empuje al émbolo en el sentido como
muestra la fig.(M).
Este desplazamiento del émbolo deja libre al
aceite, el cual se halla en condiciones de
inundar la cámara © y por medio del
conducto (H) ofrecer una contrapresión a la
cara opuesta del émbolo distribuidor.
En estas condiciones, el distribuidor posee un émbolo que actúa movido por una
fuerza que es, en definitiva, el resultado del antagonismo entre la presión ofrecida
por el regulador y la presión ofrecida por el retardador. Recordemos que, el
regulador aumenta su presión de acuerdo con el giro de la transmisión, o sea, con
la velocidad del vehículo. El retardador, lo hace de acuerdo con el giro del motor.
El distribuidor: El distribuidor es la válvula mas completa de todo el conjunto
hidráulico, ya que ella es la encargada de distribuir la presión de aceite que
Recibe de la o las bombas hacia los frenos de cinta y los embragues, y por lo tanto,
es el mecanismo encargado del buen funcionamiento de todo el automatismo de
este variador de velocidad.
En la figura (N) se puede apreciar el conjunto del distribuidor compuesto de tres
émbolos que actúan, como se muestran, para los pasos a las diferentes velocidades.
Cada uno de estos émbolos está en contacto por una parte (conducto A ) con el
regulador, otra con el retardador, y finalmente, por un conducto (F) que lo conduce
al depósito de freno y embrague cuando toda la cámara (P) se inunde de aceite.
Funcionamiento: Por el conducto (1) penetra el aceite a presión, siempre y cuando
el émbolo destape su conducto. Para que esto se realice es preciso que el émbolo
reciba una presión considerable por parte del regulador, presión que el regulador
sólo entrega cuando consigue un giro considerable debido a que el motor gira a
muy altas revoluciones. En este caso la abundante entrada de aceite por (A)
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desplaza el émbolo corredera (2) hacia la derecha y descubre la entrada del aceite
a presión por (1).
FIG.
NN
FIG
FIG Ñ
FIG. Ñ
Cuando esto se realiza, el aceite asciende
rápidamente por el conducto (F) hasta la válvula de mando produciendo el
desfrenado de la banda de una corona al mismo tiempo, acciona el embragado del
otro conjunto.
Esto pone en funcionamiento un automatismo que conecta una nueva reducción.
Esta nueva reducción disminuye el giro del motor, lo cual es acusado por el
regulador, cuya presión por el conducto (A) es menor pero sostenida hasta que el
giro disminuye mucho, en cuyo caso la presión del muelle antagonista (3) o la
producida desde el conducto del retardador logra desplazar la corredera hacia la
izquierda. El émbolo (4) tapa el conducto (1) mientras el (2) descubre el conducto
de rebose. De esta forma se vacía la cámara de mando (P) y el conjunto queda
como en la (fig. Ñ), la cinta vuelve a quedar frenada, mientras el embrague se
desembraga en virtud de la fuerza de represión antagonista de la del aceite que
ejercen los muelles.
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Caja de cambio Wilson: A
engranaje planetario
C corona. D caja de satélites. E
embrague. En esta figura no se
han dibujado los frenos de cinta.
Forma de producirse la
inversión de la marcha
Cambio automático
moderno de 7 marchas
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CAJAS AUTOMÁTICAS TIPO CVT
INTRODUCCIÓN
Hasta ahora las transmisiones de los automóviles eran básicamente de dos tipos:
por un lado la más aplicada, la
manual con engranajes montados
en ejes paralelos y embrague a
fricción, y por otro lado la
automática, de engranajes
epicicloidales y convertidor
hidráulico de par.
Elegir una u otra tiene
ventajas y desventajas: la
manual se presta a una
gratificante
conducción
deportiva y a mantener un
mayor control sobre el
coche pero sugiere dominar
difíciles
técnicas
de
conducción. Sin embargo la
automática es mucho más
suave y nos permite olvidarnos
de elegir constantemente el
cambio adecuado, la conducción es
más relajada y confortable, y puede
ser más segura. Los mayores
inconvenientes de la transmisión automática son su mayor costo de fabricación y
mantenimiento así como las pérdidas que tiene el convertidor de par, que reducen
las prestaciones y aumentan los consumos.
También es un hecho aceptado, que las transmisiones de tipo automático no
tienen gran aceptación en nuestro mercado, aunque actualmente se venden
muchos mas automóviles con cambio automático que hace unos años. No ocurre
así en algunos mercados europeos, y muchísimo menos en Estados Unidos donde
representan más del 90%, país donde es impensable comercializar un automóvil
sin cambio automático.
De todos modos, el auge que vive el cambio automático en países europeos como
Suiza (21,5% del mercado) o Alemania (13%), ha animado a fabricantes e
importadores a ofrecer transmisiones automáticas en sus nuevas gamas de
turismos e incluso en vehículos todo terreno.
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Los cambios automáticos actuales están controlados por computadoras y
presentan pautas de funcionamiento inteligente. Además, estos vehículos se
conducen con mayor facilidad y con una suavidad o conducción deportiva igual o
superior a la de los manuales.
Recientemente los fabricantes han empezado a vender transmisiones automáticas
en la clase turismo y todo terreno con sistemas innovadores y distintos a los
convencionales, como la trasmisión variable continua o las cajas secuenciales.
Estos sistemas ofrecen una gran variedad de ventajas tanto en la conducción
como en la economía de combustible.
Por lo tanto se vuelve fundamental estar al tanto de los cambios tecnológicos
sufridos por las trasmisiones automáticas como parte de la vigilancia tecnológica.
En el mercado se están ofreciendo actualmente las transmisiones variables
continuas (CVT), transmisiones variables infinita (IVT) y cajas secuenciales
(DSG).
Estos diseños pueden cambiar las relaciones dentro de un rango en lugar de entre
un conjunto de relaciones fijas. A pesar que los prototipos de estos sistemas de
transmisión existen desde hace décadas, es ahora cuando están alcanzando la
viabilidad comercial. Este tipo de transmisión deriva de la transmisión de fricción
de las primeras décadas del siglo 20. El desarrollo reciente se originó en un
emprendimiento de NSK en la década de 1980. Posteriormente se agrego Nissan,
que junto a NSK y una importante compañía de lubricantes japonesa lograron
resultados satisfactorios. Se la denomina también transmisión toroidal. Una
transmisión variable continua o infinita continua es un tipo de transmisión
automática que puede cambiar la relación de cambio a cualquier valor arbitrario
dentro de sus límites. La transmisión variable no está restringida a un pequeño
número de relaciones de cambio, como las convencionales o automáticas clásicas
que poseen 4 a 6 relaciones, típicas de automóviles de la década pasada. La
centralita electrónica que controla la transmisión variable continua simula a
menudo cambios de marcha abruptos, especialmente a bajas velocidades, porque
la mayoría de los conductores esperan las bruscas sacudidas típicas y rechazarían
una transmisión perfectamente suave por su aparente falta de potencia.
La transmisión secuencial es el cambio con el que basta presionar unos mandos
en el volante o mover una palanca hacia delante y hacia atrás para seleccionar el
cambio y no se puede seleccionar una marcha cualquiera saltándose las otras, sino
que obliga a pasar por todas las intermedias.
Este tipo de transmisiones combina a la perfección la conducción deportiva del
cambio manual con la comodidad experta del cambio automático. Gracias a la
ayuda de la electrónica se ofrece al mismo tiempo un rendimiento manual sin
sobresaltos y una selección directa con programas de selección automática de
marchas.
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42
Tanto las transmisiones variables como las secuenciales promulgan un menor
consumo de combustible y mayores prestaciones de velocidad y aceleración en
los vehículos.
Teóricamente el ahorro de combustible sería de alrededor de 35 % y se tardaría
un 25% menos de tiempo en acelerar de 0 a 100 km/h.
HISTORIA
Las cajas de cambio de última generación tienen antepasados muy lejanos. Desde
1490 Leonardo Da Vinci conceptuó la transmisión continuamente variable,
principio que
fue
evolucionando
dentro de la
industria
y
posteriormente
adaptado
al
automóvil.
Entre 1906 y
1920 apareció
un variador por
fricción (hoy
nombrado
CVT)
que
estaba
compuesto por
un disco plano
que trasmite la fuerza del motor y una rueda sujeta a un eje por donde sale la
fuerza hacia las ruedas. Desplazando la rueda sobre su eje para variar el ángulo de
contacto con el disco, era posible variar gradualmente la relación de la
transmisión, tanto hacia delante como hacia atrás.
Por otra parte, el neutro se obtiene tirando el disco hacia atrás para interrumpir su
contacto con la rueda.
El dispositivo logra las funciones de embrague, caja de cambios con reversa y de
diferencial. No se considero un sistema automático porque su regulación era
controlada por el conductor y su uso se abandono debido al desgaste excesivo de
los componentes de la transmisión.
Luego a mediados de los años 50 compañías como Van Doorne, DAF y VOLVO
producían una CVT para vehículos pequeños y económicos. El sistema tubo
muchos inconveniente con la transmisión de fuerza, pues era a través de una
correa en V de hule, lo que provocaba muchas perdidas de potencia y era muy
propensa a fallas mecánicas pues se había instalado esas poleas, una a la salida
del motor y otra en el eje motriz de modo que las cintas giraran a todo lo largo del
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coche, funcionando de forma desprotegida. Además, había decidido fabricarlas en
un material textil recubierto con caucho que hacía que estas cintas tuvieran una
vida relativamente limitada (unos 30.000 kilómetros) en el caso de que alguna
piedra pisada por el vehículo no las rompiera antes. La reparación, en aquella
época, era muy sencilla y económica, pero no dejaba de ser una molestia.
Fiat retomo este diseño y lo modifico. Primero lo denomino de variación
continua, lo que se tradujo en las siglas CVT. Coloco la correa mas corta entre las
poleas, también hizo que una polea fuera accionada por el mismo eje del motor y
la otra estuviera unida a la salida del eje de transmisión. Todo esto protegido
dentro de un pequeño cárter.
Además, Fiat desarrolló una cinta flexible, metálica, de alta resistencia, que hacía
prácticamente ilimitada su duración, pero manteniendo ciertos problemas que mas
tarde fueron siendo solucionados en gran medida por otras terminales
automotrices.
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Los cambios secuenciales han estado funcionando desde los años 20 en distintos
medios de transporte. Varios automóviles japoneses de los años 70, tenían
motores de motocicleta y sus transmisiones eran secuenciales.
A mediados de los noventa estas transmisiones se vuelven famosas debido al uso
en Ferrari. Su sistema, la versión más actual de que se llama “F1-Superfast”, se
diseña especialmente para los requerimientos de fórmula 1.
Esta tecnología se adapta al mercado con nuevas y económicas variantes según el
gusto de los conductores. Alfa Romeo con la transmisión Selespeed fue uno de
los primeros en proporcionar transmisiones secuenciales en un turismo.
Fabricantes como BMW, Mercedes Benz, Toyota, Mitsubishi, Honda entre otros
han adaptaron la tecnología de cajas secuenciales en sus modelos de producción.
El cambio automático se impondrá en el mercado de la mano con la tecnología y
el ahorro de combustible y los fabricantes trabajan en diferentes soluciones
técnicas sobre las que no se han puesto de acuerdo. Unos de los motivos se refiere
a utilizar el cambio CVT o el cambio secuencial, tal es el caso de los alemanes,
algunos están adoptando la CVT a sus vehículos mientras que otros lo abandonan.
Como ejemplo el Grupo Volkswagen, a través de Audi, lanzó el cambio
Multitronic, sin embargo están abandonando esta tecnología a favor de las cajas
de cambio con gestión electrónica que son cajas de cambio manuales equipadas
de un mando gestionado electrónicamente que impone los cambios de forma
automática y siguiendo los requerimientos del conductor que actúa sobre
pulsadores en el volante, como en los Fórmula 1.
El cambio CVT es apreciado por su poco tamaño, poco peso del conjunto de la
transmisión, por que había conseguido una buena fiabilidad y permitía menores
consumos. Sin embargo este ahorro no es tanto cuando se acopla a motores
diésel, y además, digiere mal la mayor potencia de estos motores en los arranques
y en las compresiones. Sin embargo, el CVT, como se puede apreciar, sigue
teniendo adeptos y en particular los fabricantes japoneses.
En cualquier caso, lo que se puede decir es que el funcionamiento es muy fino y
los consumos bajos.
TRANSMISIÓN CONTINUAMENTE VARIABLE
CVT POR CORREA:
Esta transmisión controlada electrónicamente, consiste en una correa articulada
que transmite el movimiento entre dos poleas. Una polea impulsora transmite la
fuerza del motor mientras que la polea impulsada traspasa la fuerza a las ruedas.
Estas poleas tienen la particularidad de cambiar su diámetro para variar la
relación de cambio. Puede utilizar un convertidor de par o un embrague de disco
múltiples para el arranque o la separación de fuerza del motor y un engranaje
planetario para la marcha atrás.
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La CVT proporciona marchas hacia adelante sin escalonamientos y por supuesto
la marcha atrás. La unidad entera se coloca en línea con el motor. La CVT puede
venir equipada con un convertidor de par o un volante de doble masa que
proporciona un efecto de reducción en las vibraciones de la transmisión, esto da
lugar a una operación más suave y confortable.
Posee cuatro ejes paralelos:
- el eje de la entrada,
- el eje de la polea impulsora,
- el eje de la polea impulsada,
- el eje de engranaje secundario.
El eje de entrada está en línea con el cigüeñal del motor.
El eje de la polea impulsora y el eje de la polea impulsada contienen las poleas
móviles y fijas.
Ambas poleas son ligadas por la correa de acero.
La correa es de acero de alta calidad, de longitud fija y consiste en cientos de
láminas metálicas transversales que se adhieren a las poleas y longitudinales que
sostienen a las transversales y soportan la tensión entre ambas poleas.
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Bomba de aceite movida por cadena
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Las poleas y los embragues reciben el líquido de sus respectivos tubos de
alimentación, y el freno de reversa recibe el líquido por medio de un circuito
hidráulico interno.
Este tipo de bombas generan dos veces mayor que las bombas convencionales,
alrededor de 250 pis o 1700 kPA.
La PCM controla el radio de las poleas por medio de los solenoides, mientras
recibe señales de varios sensores e interruptores situados en el vehículo.
La PCM actúa sobre la válvula de control de velocidad y la válvula de cambio
para variar la presión de control, esta presión se aplica a las poleas de impulsión y
a las poleas impulsadas para seleccionar la relación adecuada.
FUNCIONAMIENTO:
La CVT esta diseña con un modo a prueba de averías con un funcionamiento
puramente hidráulica en caso de una falla del control electrónico.
Las poleas de impulsión son impulsadas, proporcionando los diámetros variables
y una presión lateral óptima en la correa de acero, transfiriendo la energía.
La polea impulsora empuja la correa de acero, arrastrando la polea impulsada que
a su vez conduce el embrague de arranque.
Cada polea consiste en una superficie fija y una superficie desplazable. En ambas
poleas existen unos resortes que aplican la presión a las superficies desplazables
forzándola hacia las superficies fijas. Cuando se aplica tórque a la correa de acero
esta intenta separar las superficies de las poleas.
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La presión hidráulica que se aplica a los compartimientos de control hidráulicos
de las poleas resiste la acción de separación de la correa de acero. Aumentando la
presión se logra que las superficies de las poleas se junten, variando el diámetro
de la polea.
Con menos presión hidráulica, la acción de la correa de acero forzará superficies
de las poleas a apartarse, dando por resultado una variación en el diámetro.
Cada polea tiene un compartimiento cancelador enfrente del compartimiento
hidráulico del control, este compartimiento cancelador es necesario porque el
compartimiento hidráulico del control siempre esta lleno de aceite, aun cuando no
tiene presión aplicada.
Durante el funcionamiento se aplica baja presión a las poleas cuando el vehículo
esta detenido, se incrementa la presión durante la aceleración o se aplica la
presión completa durante las condiciones normales de conducción.
La válvula de control de presión de la polea se utiliza para controlar la cantidad
de presión lateral aplicada a la correa de acero.
Bajo altas situaciones de la carga, la válvula permite que se aplique alta presión
lateral para prevenir el resbalamiento de la correa.
En situaciones más bajas de carga, se reduce la cantidad de presión lateral con el
fin de reducir la fricción y de mejorar la economía de combustible.
La válvula de cambio de la velocidad opera la válvula de cambio para determinar
la cantidad de presión que debe ser aplicada a los compartimientos hidráulicos de
la polea impulsora y de la polea impulsada. Esto determina la relación exacta del
cambio.
Cuando se mueve la
palanca selectora, la
válvula manual en
cuerpo de válvulas
principal es movida
por medio de un cable
de acero. El sistema
permite mover la
palanca selectora a la
posición de modo
secuencial
moviéndola hacia una
ranura especial en el
interruptor
selector
marcha, montado en
la base de la palanca
selectora palanca.
Palanca selectora
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El interruptor selector de marcha envía una señal al PCM para indicar la posición
de la palanca selectora, además el PCM utiliza esta señal para controlar las
válvulas apropiadas y determinar el punto apropiado del cambio.
Las posiciones del cambio se logran de la siguiente manera:
“P” (parking)
Las ruedas están bloqueadas por el trinquete del engranaje de parque, situado en
el eje de la polea impulsada, además todos los embragues están liberados y la
válvula manual bloquea toda la presión hidráulica, en esta posición se permite el
arranque del motor.
“R” (reversa)
La presión hidráulica es dirigida al freno de reversa para acoplar el freno de
reversa. El interruptor de la luz de marcha atrás, incorporado en interruptor
selector de la palanca, permite que las luces de reversa funcionen.
“N” (neutro)
Todos los embragues están liberados. El interruptor de neutro, incorporado en
interruptor selector de la palanca, permite el arranque del motor. Toda la presión
hidráulica es bloqueada por la válvula manual.
“D” (conducción)
La caja de cambios ajustas automáticamente la relación de cambio más eficiente
según la velocidad y el régimen del motor. La presión hidráulica es enviada al
embrague de avance.
“S” (segunda)
La caja de cambios cambia a relaciones de cambio más bajas para una aceleración
mejor e incrementar el freno de motor. Se utiliza para una aceleración rápida. La
presión hidráulica se dirige al embrague de avance.
“L” (punto bajo)
La caja de cambios cambia a la relación de cambio más baja para incrementar la
fuerza al momento de transitar en las colinas y para el freno de motor. La presión
hidráulica se dirige al embrague de avance.
CVT DE CADENA
INTRODUCCIÓN:
El principio de funcionamiento es el mismo que el de las CVT de correa, pero la
correa articulada ha sido sustituida por una cadena de láminas que puede soportar
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mayores esfuerzos. Sólo existe un modelo en la actualidad, pertenece a Audi y
recibe el nombre de Multitronic.
COMPONENTES:
La cadena está formada por varias capas
de segmentos unidos por pernos en sus
puntos de articulación transversales. Los
frontales de los pernos presionan contra
las superficies cónicas de las poleas
transmitiéndose la fuerza motriz. El
deslizamiento que tiene lugar es casi nulo
y durante la vida de la transmisión los
pernos se desgastan como máximo 2
décimas de milímetro.
FUNCIONAMIENTO:
Al igual que la CVT de correa,
genera la presión de empuje que
actúa sobre los discos cónicos
de las poleas los cuales
presionan a la cadena de
forma que se transmite la
fuerza motriz con un
mínimo de resbalamiento y
también ejerce una presión
adicional para separar o
juntar entre sí los discos
cónicos para variar la
relación entre los diámetros
de las poleas.
Audi también está ofreciendo la
posibilidad de bloquear seis marchas en
su función manual secuencial y conseguir una mayor conducción deportiva.
Comparando el ahorro de combustible en los dos modelos en los que se ha
instalado la CVT, el Audi A6 y el A4, el consumo es idéntico en carretera que el
que se consigue con el cambio manual de cinco marchas, y algo menor en
utilización ciudadana.
Los resultados de ahorro de combustible y mejoras de prestaciones superan las
expectativas. Otra ventaja de la Multitronic respecto a las CVT de correa es que
Audi asegura que esta cadena de láminas no precisa ni mantenimiento ni
sustitución. Esto significa que la vida útil de la cadena sobrepasa a la del
automóvil en que esté instalada la caja de cambios.
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Este tipo de CVT también es más barata, pequeña y ligera que una automática. A
su vez es igual de rápida y de consumo similar a una manual.
Como inconvenientes hay que recalcar que el par admisible es todavía limitado.
Funcionamiento de la Multitronic
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CVT TOROIDAL
INTRODUCCIÓN:
Esta tecnología compite con la transmisión de la CVT de correa y cadena.
Está compuesta por dos discos concéntricos enfrentados que tienen una cavidad
toroidal. Su funcionamiento es simple y sus piezas presentan menos desgaste.
Estos giran en sentidos contrarios al estar conectados por ruedas que según el
ángulo en que estén situadas hacen variar la relación de transmisión.
La idea fue patentada en 1877 por Charles Hunt y hoy día los modelos más
desarrollados son Extroid y Torotrak.
EXTROID
INTRODUCCIÓN:
Se trata de una CVT introducida al mercado por Nissan desde 1999 y tiene la
posibilidad de disponer de seis velocidades de manera secuencial. Se basa en una
variante del sistema toroidal usando solo la mitad de un toroide.
Puede soportar pares mas elevados que la CVT de cadena y se afirma que mejora
un 15% en consumo de combustible en comparación con una caja automática
convencional. Además de ser compacta es más suave y silenciosa que las CVT y
no necesita de altas presiones para transmitir grandes cantidades de par.
COMPONENTES:
El toroide esta compuesto por un disco de entrada unido al eje de entrada y un
disco de salida unido al eje de salida. Entre los dos se encuentran unos rodillos
transmisores que hacen contacto permanente entre los discos y su giro es
controlado hidráulicamente.
Las superficies de los discos y los rodillos están compuestos de molibdeno y
manganeso están micro-pulidas y tratadas térmicamente.
Se utiliza un fluido de tracción con capas, capaz de transmitir el troqué y evitar el
contacto metal con metal.
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FUNCIONAMIENTO
Los rodillos, con forma troncocónica, pueden desplazarse por medio un sistema
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electrohidráulico y variar la relación de transmisión entre los discos. Basta con
girar los satélites para obtener diferentes puntos de contacto entre estos y los
discos, según la distancia que separe los puntos del eje así se obtendrán las
diferentes
desmultiplicaciones.
La curvatura de los
discos y los rodillos
permiten el paso de
marchas
continuamente de
una manera suave
silenciosa.
Para
reorientar
los
rodillos se aplica
una mínima presión
hidráulica ya que el
giro de los propios
discos asiste al
desplazamiento
hidráulico.
Para obtener sincronía entre ambos rodillos hace falta una hidráulica precisa, que
recibe instrucciones adicionales de operación de una unidad de control
electrónica.
Una parte muy importante
del contacto entre los
rodillos y los discos del
variador toroidal se debe a
la capacidad del aceite de
tracción para transmitir la
potencia (línea roja).
Este forma una película de
entre
0.05
y
0.4
micrómetros de espesor
entre las dos
superficies de forma que
no se produce contacto
entre metal y metal y se
minimiza su desgaste.
Los aceites de tracción
están hechos de moléculas de cadena muy larga para que
interactúen entre las superficies metálicas cuando hay una presión ejercida entre
ellas, convirtiéndose en un fluido muy viscoso bajo grandes presiones.
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Con objeto de aumentar los puntos de contacto y poder soportar más par, la caja
de cambios EXTROID cuenta con una pareja de toroides trabajando en paralelo.
Debido a los pares tan elevados que maneja sus partes se construyen con acero al
carbono de alta calidad.
Para lograr una
desmultiplicación hacia
marcha lenta los rodillos
hacen contacto con el
diámetro menor del disco
de entrada y con el
diámetro mayor del disco
de salida, esto es
equivalente a un piñón
pequeño que conduce a un
piñón grande.
Para una desmultiplicación
hacia marcha rápida los
rodillos deben girar sobre
sus ejes para que hagan
contacto entre el diámetro
mayor del disco de entrada y el
diámetro menor del disco de salida. Esto crea una infinidad de relaciones de
cambio dentro de un mínimo y un máximo.
Las CVT, tanto de correa como toroidal, utilizan fluidos especiales que ayudan a
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transmitir el esfuerzo de torsión, dichos aceite son de alto rendimiento e incluyen
aditivos específicos como modificantes de la fricción, detergentes, dispersores,
inhibidores de la oxidación, promotores del índice de la viscosidad, inhibidores
de la corrosión, y agentes anticongelantes.
Estos aceites lado, aumentan su viscosidad fuertemente bajo presión y transmiten
el troqué sin que exista ningún contacto entre las piezas del metal, por medio de
una película de 0.05 a 0.4 micrones de grueso (el diámetro de un pelo está de la
orden del 100µ).
CAJA DE CAMBIOS DE DOBLE EMBRAGUE
INTRODUCCIÓN:
Se trata de un nuevo sistema de transmisión automática de doble embrague
(DSG) heredado de la competición, que permite cambios de velocidad mucho
más rápidos, más suaves y con menor gasto energético. Es el resultado de unión
de una caja de cambios automática
secuencial y de una caja de
cambios manual de seis
velocidades.
Esta caja permite de
manera
totalmente
automática que los
cambios se den sin
interrupción
alguna de la
potencia. En
consecuencia,
los cambios de
marcha son
extremadamente
suaves y apenas
perceptibles para los
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pasajeros, esto tiene ventajas apreciables en términos de prestaciones y ahorro de
combustible.
El cambio se realiza de forma más rápida y directa de lo que es posible con
cualquier tipo de caja, manual o automática.
Adicionalmente se pueden cambiar las marchas manualmente a través de una
función Secuencial.
COMPONENTES:
El sistema no utiliza un convertidor de par. En cambio cuenta con dos embragues
que se encuentran unidos a dos ejes de entrada. Un eje engrana la 1ª, 3ª, 5ª marcha
y la marcha atrás mientras que el otro eje se encarga de la 2", 4ª y 6ª marchas.
El eje externo es hueco y se encarga de las marchas pares y el eje interno conduce
las marchas impares. Así el sistema de control puede preseleccionar el engranaje
siguiente mientras que el motor está en la tracción. El cambio es realizado bajo
carga simplemente desuniendo un embrague mientras que simultáneamente se
embraga el otro. Todo esto se realiza por medio de controles electrónicos.
FUNCIONAMIENTO:
El conductor puede accionar el cambio manualmente o permitir que los cambios
de marcha tengan lugar automáticamente. En el modo automático se puede
escoger entre el ajuste de cambio estándar, extremamente suave y bien
equilibrado, y un modo de cambio con un carácter mucho más deportivo. Los
cambios manuales se realizan mediante la palanca selectora o accionando las
levas de cambio o los pulsadores situados en el volante.
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Flujo de fuerza en las diferentes marchas
La transmisión de par en el cambio se lleva a cabo ya sea a través del embrague
exterior K1 o bien a través del embrague interior K2.
Cada embrague impulsa a un árbol primario.
El árbol primario 1 (interior) es impulsado por el embrague K1 y el árbol
primario 2 (exterior) lo impulsa el embrague K2.
La retransmisión de la fuerza hasta el grupo diferencial se realiza a través de:
– el árbol secundario 1 para las marchas 1, 2, 3, 4 y
– el árbol secundario 2 para las marchas 5, 6 y marcha atrás.
Al realizarse un cambio de marcha, la siguiente marcha ya está preseleccionada,
pero aún no engranada. Bastan tan sólo de tres a cuatro centésimas de segundo
para que un embrague engrane mientras el otro desembraga. Esto permite realizar
los cambios de marcha sin que el conductor lo perciba siquiera, y sin interrupción
alguna del flujo de potencia.
Dependiendo del estilo de conducción preferido, el control electrónico permite un
ahorro de combustible de hasta el 10 por ciento en comparación con un cambio
manual de 6 velocidades.
Un control hidráulico y electrónico inteligente permite que la marcha siguiente
siempre esté colocada y lista para ser activada de forma inmediata. Los ejes, uno
dentro del otro, se encuentran conectados a un embrague de discos doble.
En la primera marcha un embrague y un eje se conectan con el motor, la horquilla
selectora tiene el engranaje de primera conectado con el engranaje del primer eje
de entrada lo que produce que el vehículo se mueva. Al mismo tiempo en el
segundo 46 eje de entrada, el engranaje de segunda se encuentra conectado, en el
punto en que la caja necesita cambiar de marcha, simplemente acciona el segundo
embrague en el mismo momento que desune el primer embrague y el eje
secundario ahora se está conectado con el motor.
Mediante esta acción no se produce ningún retraso en la transmisión de fuerza al
cambiar de marcha. Una vez que el segundo engranaje se conecta, el eje externo
une el tercer engranaje en el primer eje de salida y así sucesivamente.
CONCLUSIONES:
La llegada de este tipo de transmisiones ha resultado ser una auténtica revolución
en los cambios automáticos. En este tipo de transmisiones, la sofisticación en el
control electrónico ha provocado una adaptación plena entre las actuaciones del
cambio y las necesidades del conductor en cada momento.
La electrónica aplicada a estas transmisiones ha logrado cambios más
económicos, precisos y eficientes.
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CAJAS DE VELOCIDAD ROBOTIZADAS
1. GENERALIDADES
La caja Dualogic de FIAT, es un sistema de transmisión mecánica robotizada que
utiliza la caja mecánica C510 accionado por un “robot” o comando
electrohidráulico. Todo el sistema está gerenciado por una unidad electrónica o
centralita TCU (Transmission Control Unit) y trae, como principales ventajas, la
mejoría del confort al manejar el vehículo y además una mejoría en el
rendimiento de los componentes de la transmisión.
El conjunto electrohidráulico del cambio Dualogic está instalado directamente
sobre la caja de cambio y actúa:
· En el cambio de marchas;
· En el accionamiento del embrague;
· En la solicitud de tórque al motor.
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Los vehículos equipados con la caja Dualogic poseen una
palanca de comando de tipo joystick y no poseen pedal
de embrague.
La caja Dualogic tiene dos modalidades de
funcionamiento:
MODO MANUAL: en la cual el conductor solicita
directamente el cambio de marcha a través del
accionamiento del joystick o de los interruptores
(opcionales) colocados en el volante.
MODO AUTO: en la cual el sistema decide cuando
efectuar el cambio de marcha.
VENTAJAS DEL SISTEMA:
· Disponibilidad de modo MANUAL y AUTO.
· Incremento del nivel de seguridad en la conducción a través de un control que
evita los errores del conductor e impide el accionamiento
incorrecto del sistema de transmisión;
· Disminución del consumo de combustible en hasta un 5% cuando se opera en
modo AUTO (ciclo urbano);
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· Reducción en las emisiones;
· Confort en la conducción
El kit electrohidráulico es un conjunto formado por 2 partes principales:
1) Grupo de Potencia:
Constituído por el depósito de aceite, la electro bomba y el acumulador de
presión. Posee la función de generar y mantener la presión hidráulica necesaria
para el funcionamiento del sistema.
2) Grupo de las Electro válvulas:
Posee la función de transformar la energía hidráulica (presión generada por el
grupo de potencia) en movimiento a través del grupo de pistones de selección y
acople de marchas.
Estos pistones
actúan
directamente
sobre el eje de
comando caja.
El grupo de potencia tiene como función proveer energía hidráulica para el
accionamiento del embrague y el cambio de marchas.
Los valores de presión de línea de trabajo del sistema están comprendidos entre
35 bar y 50 bar (a 20°C).
Componentes:
1. electro bomba de engranajes;
2. Acumulador de Presión;
3. Depósito de aceite;
4. Tubo de envío de alta presión;
5. Tubo de retorno de aceite;
6. Soporte de Fijación;
7. Aceite.
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El sistema Dualogic usa un sistema hidráulico cerrado y no necesita
reabastecimiento o cambio de aceite durante su período de vida. Solamente será
necesario reponer aceite cuando se efectúe la substitución de algún componente.
En el Depósito de aceite están presentes las marcas de nivel máximo y mínimo,
que deben ser verificadas cuando se efectúen tareas de mantenimiento o
reparación.
La electro-bomba está compuesta por una bomba de engranajes movida por un
motor eléctrico de corriente continua. La electro bomba se activa cuando la
presión del sistema está por debajo del valor mínimo y se desactiva cuando la
presión supera el valor máximo.
El acumulador posee la función de mantener una reserva de energía hidráulica
(presión) para el funcionamiento de los actuadores aunque la electro bomba no
esté en funcionamiento. Esto evita que el electro bomba se encienda cada vez que
haya un cambio de marchas.
GRUPO DE LAS ELECTROVÁLVULAS:
Este subsistema posee las siguientes funciones:
· Controlar el actuador del embrague.
· Controlar la selección, acople y desacople de las marchas.
ELECTROVÁLVULAS EV1 y EV2:
Poseen la función de controlar la presión del aceite hacia las dos cámaras del
actuador de acople / desacople de las marchas.
Son válvulas del tipo proporcional de presión, o sea, la presión de aceite en la
salida de la válvula
depende del valor
de
corriente
eléctrica
de
accionamiento.
Así es posible
controlar
la
fuerza ejercida
por el actuador
de
acople
controlando la
presión
de
aceite
hidráulico que
llega hasta él.
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El siguiente gráfico muestra la curva característica de la válvula de control
proporcional de presión.
CARACTERÍSTICA.
· La corriente de comando varía de 0 a 2,5 A y es controlada directamente por la
centralita.
· Tiene una capacidad máxima de caudal de 7 l/min. con diferencial de presión de
10 bar.
· La resistencia eléctrica del bobinado es de 2,5W +/-6% a 20°C.
FUNCIONAMIENTO:
Cuando la Electroválvula EV1 es accionada, el aceite presurizado se direcciona
hacia
la
cámara
derecha del actuador
de
acople,
provocando
su
movimiento en el
sentido
del
acoplamiento de las
marchas impares.
Cuando
la
Electroválvula EV2
es accionada, el
aceite presurizado se
direcciona hacia la cámara izquierda del actuador de acople, provocando su
movimiento en el sentido de acoplamiento de marchas pares.
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ELECTROVÁLVULAS EV3 y EV4:
Poseen la función de controlar el flujo del aceite hacia el actuador de selección de
marchas. Son válvulas del tipo on/off, o sea, sólo direccionan el
flujo de aceite sin ningún control sobre su caudal o sobre su presión.
CARACTERÍSTICAS:
· Tienen una capacidad máxima de caudal de 1,4 l/min. con diferencial de presión
de 10 bar.
· Se comandan con 12V directamente de la centralita y consumen alrededor de 2ª.
· La resistencia eléctrica de la bobina es de 5,1W +/-6% la 20°
FUNCIONAMIENTO:
Si las dos electro válvulas estuvieran desactivadas, el actuador de selección
retorna a la posición 3ª/4ª por acción de las resortes del eje de comando de la caja.
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Si la electroválvula EV3 se accionara, el flujo de aceite se direcciona hacia la
cámara superior del actuador, forzándolo a la posición 1ª/2ª.
Si la electroválvula EV4 se accionara, el flujo de aceite se direcciona hacia la
cámara inferior del actuador, forzándolo a la posición 5ª/R.
ELECTROVÁLVULA EV0:
Posee la función de controlar el flujo de aceite hacia el actuador del embrague.
CARACTERÍSTICAS:
· Es del tipo proporcional de caudal, o sea, además de direccionar el flujo del
aceite también controla su caudal en función de la corriente de comando.
· La corriente de comando va de 0 a 2A controlada directamente por la centralita.
· Tiene una capacidad máxima de caudal de 10 l/min. con diferencial de presión
de 10 bar.
· La resistencia eléctrica de la bobina es de 2,5W +/-6% a 20°C.
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Funcionamiento:
Si la corriente aplicada a la Electro-válvula es de 1A, ésta mantiene el flujo de
aceite cerrado tanto en el sentido P-A (presión-salida) como en el sentido A-T
(salida-tanque). El actuador de embrague mantiene entonces la posición en la que
se encuentra.
Para corrientes menores a 1A, el flujo de aceite se libera hacia el tanque
(depósito). Esto provoca el retorno del actuador y el acoplamiento del embrague.
Para corrientes mayores a 1ª, el flujo de aceite se direcciona hacia el actuador de
embrague, avanzándolo y desacoplando el embrague.
A través del control del caudal, es posible controlar con precisión la cantidad de
aceite que entra en el actuador de embrague. Esto permite moverlo con la
precisión necesaria para el control del embrague.
ACTUADOR DEL EMBRAGUE CSC (CLUCTH SLAVE CYLINDER)
El embrague es accionado por el correspondiente actuador en función de la
presión de aceite existente en el conector 2. En el actuador de
embrague está montado el sensor de posición, que informa a la central electrónica
de control acerca del desplazamiento del embrague.
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COMPONENTES:
1. Conector del sensor de posición del
embrague.
2. Conexión hidráulica con el grupo de las
electro-válvulas.
3. Sensor de posición del embrague.
4. Actuador del embrague.
VISTA INTERNA DEL GRUPO DE ELECTROVÁLVULAS
La siguiente figura muestra los componentes principales del grupo de electroválvulas. Es importante recalcar que el cilindro de los actuadores está
maquinado dentro del soporte o carcaza del grupo de las electro-válvulas.
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CIRCUITO HIDRÁULICO COMPLETO
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