¿Te has preguntado alguna vez cuál es el principio de una caja de cambios automática? ¿Por qué se ha ido el pedal del embrague?
¿Qué sucede en la caja cuando el desviador está en Drive? ¿Qué significa P R N D? En este artículo, nos propusimos responder a estas preguntas y explicar en detalle cómo funciona una caja de cambios automática.
Nota importante: la transmisión automática fue creada por Gogu Constantinescu, un inventor rumano, y montada por primera vez en un automóvil en 1923.
Debido a su bajo rendimiento, no se fabricó en serie. General Motors, sin embargo, logró ofrecer la caja de cambios Hydramatic en 1939. Esta fue la primera transmisión automática que pudo producirse en serie.
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¿Cuál es el propósito de una caja de cambios automática?
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El objetivo principal de una caja de cambios automática es trabajar en conjunto con el motor, cambiando de marcha sin necesidad de que el conductor intervenga. Dado que, para que funcione correctamente, un motor debe girar a una determinada velocidad, la transmisión es la que aumenta o disminuye la potencia del motor según la necesidad.
La computadora electrónica de la caja de cambios es la que puede verificar y realizar todos los cambios debido al sensor de velocidad del automóvil, la velocidad del motor, la posición del pedal del acelerador, etc.
En primer lugar, la transmisión es un elemento muy importante en la parte mecánica de un automóvil. Sin él, los automóviles tendrían solo una relación de velocidad, basada en la velocidad máxima deseada. Por ejemplo, para una velocidad de 90 km / h, esta relación sería similar a la tercera marcha en una caja de cambios manual. Así, el coche saldría del lugar con extrema dureza y giraría a toda velocidad a gran velocidad, dejándolo inutilizable.
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En general, las marchas de la caja de cambios permiten un uso correcto y eficiente del régimen del motor y, al mismo tiempo, optimizan su régimen de funcionamiento. En el caso de la transmisión automática, a diferencia de la manual, el engranaje planetario es el que produce las distintas relaciones de velocidad. Veremos más adelante qué representa esto.
¿Cuántos tipos de cajas de cambios automáticas existen?
Tipos de cajas de cambios automáticas
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Cada fabricante de automóviles opta por utilizar un determinado tipo de transmisión automática, según el modelo de automóvil que quiera montar, etc. Presentaremos aquí cinco de las muchas variaciones de este tipo de caja:
Con doble embrague
Considerado el más potente de todos los tipos de caja de cambios automática, este modelo tiene un principio de funcionamiento extremadamente sencillo, basado en dos embragues. Específicamente, funcionan sincrónicamente, cada acoplamiento un paso a la vez.
La caja de cambios automática con doble embrague consta, en la base, de dos cajas de cambios manuales montadas en paralelo, una con pasos impares y otra con pasos pares. Aquí tenemos dos tipos:
Con embragues secos, de un solo disco, controlados eléctricamente
Con embragues de discos múltiples húmedos controlados hidráulicamente
Los fabricantes de automóviles que han optado por este tipo de caja son:
Volkswagen (Borg Warner) - DSG (caja de cambios de cambio directo)
Audi - S-Tronic
Porsche (ZF) - PDK (Porsche Doppel Kupplunggetriebe)
Asiento
Renault (Getrag) - EDC (embrague doble eficiente)
Ford (Getrag) - PowerShift
Fiat (FPT) - DDCT (Transmisión de doble embrague seco)
Mercedes-Benz (Getrag) - SpeedShift
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Mitsubishi (Getrag) - TC-SST (Transmisión de cambio deportivo de doble embrague)
Con convertidor de par
Una caja utilizada por la mayoría de los fabricantes de automóviles, como:
BMW
Mercedes-Benz
Jaguar
Se sabe que la nueva generación de esta transmisión automática (la de 9 velocidades es la última versión) es muy cómoda de usar, cambia de marcha sin ningún impacto e incluso reduce el consumo de combustible.
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En el caso de esta caja de cambios, a baja velocidad, el motor desacopla la transmisión. El embrague se ha sustituido por un hidrotransformador de par que actúa como mensajero del movimiento a la caja de cambios con ayuda del aceite de transmisión.
CVT (con variación continua)
Este tipo de transmisión lo utilizan principalmente los fabricantes de automóviles asiáticos, por ejemplo:
Nissan
Toyota
Subaru
La CVT también se conoce como transmisión de una sola velocidad o ininterrumpida debido a su principio de funcionamiento diferente. Más precisamente, consigue aumentar la potencia del movimiento de rotación de un motor basado en una cadena o una correa que cambia permanentemente de forma.
Como breve historia interesante, podemos decirles que el primer intento de caja CVT lo realizó Leonardo da Vinci en 1490, y en 1926, George Constantinescu logró modificar este tipo de caja en una fórmula muy cercana a la actual.
Robot
Esta transmisión automática es la más barata de todas, estando presente en los modelos creados por Dacia y Opel. Fue creado en base a la caja de cambios manual y, por esta razón, muchos no la consideran una caja de cambios automática en el verdadero poder de la palabra.
Su principio de funcionamiento se basa en el clásico mecanismo de caja de cambios manual. Además, se ha sustituido el mecanismo de dirección de la caja de cambios por un sistema de servomecanismos electrohidráulicos o eléctricos que también controla el embrague.
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El cambio de marchas se realiza automáticamente mediante una unidad de control electrónico, pero también puede hacerlo manualmente, por parte del conductor, accionando las levas del volante o el desviador.
Secuencial
La caja de cambios secuencial apareció por primera vez entre 1970 y 1980, como resultado de la idea de cambiar de marcha mucho más rápido que a través de la caja de cambios manual. Como sugiere su nombre, esta caja de cambios cambia de marcha secuencialmente y muy rápidamente, por lo que no puede cometer errores u omitir ninguna marcha.
Este tipo de caja de cambios también se basa en una caja de cambios manual (más embrague con plato, disco y cojinete), pero el pedal del embrague y el volante han sido reemplazados por sistemas electrónicos o hidráulicos específicos. Así, las marchas pueden ser cambiadas de forma automática o manual, por el conductor, sin retrasos ni errores.
A continuación, ¿cuáles son los componentes de una caja de cambios automática en general?
Componentes de una caja de cambios automática
La transmisión automática se compone, en primer lugar, de tres partes principales:
Hidrotransformador o convertidor de par
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Engranajes / mecanismos planetarios, junto con frenos y embragues multidisco
Computadora de caja electrohidráulica (mecatrónica)
Además, cada uno está dividido en varios subconjuntos, ejemplificados en una caja de cambios 7G-tronic de 7 velocidades, de Mercedes-Benz:
Convertidor de par / hidrotransformador
Turbina
Estator
Rotor
Válvula de ventilación de la caja de la caja
Bomba de aceite: ayuda a generar presión según la velocidad del motor
Freno multidisco B1
Embragues multidisco K1
Mecanismo planetario de Ravigneaux
Freno multidisco B3
Embragues multidisco K2
Mecanismo planetario simple
Freno multidisco BR
Embragues multidisco K3
Freno multidisco B2
Pin de estacionamiento para el modo de estacionamiento
Anillo guía del sensor de velocidad
Palanca selectora de programas - módulo de control electrohidráulico
Anillo magnético del sensor de velocidad N2
Módulo de control electrohidráulico, con electroválvulas, sensores y mecatrónica
Anillo magnético del sensor de rotación
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Válvulas solenoides (solenoide): accionan los frenos y los embragues multidisco
Embrague deslizante controlado que bloquea el hidrotransformador
Y3 / 8n4 - Módulo de mando y control electrónico / mecatrónico / ordenador de la caja de cambios
Ahora explicaremos el papel de cada una de las tres partes principales:
Hidrotransformador o convertidor de par
La razón por la que un automóvil puede detenerse incluso con el motor en marcha es la discontinuidad del flujo de potencia entre él y la transmisión. En una caja de cambios manual, por ejemplo, esto se puede hacer presionando el pedal del embrague. En el caso de la transmisión automática hay un hidrotransformador o convertidor de par que “se encarga” de este aspecto. Este componente se coloca en la parte delantera de la caja, exactamente donde se crea la conexión directa con el motor.
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La carcasa del convertidor se fija con los pernos del volante del motor y su movimiento de rotación se produce a la misma velocidad que el motor. Las principales funciones del hidrotransformador son:
Interviene en la transferencia de potencia del motor al eje de entrada de la caja de cambios.
Aumenta el par motor
El hidrotransformador funciona sobre la base de la potencia hidráulica debida a un fluido de transmisión (ATF). Su principio de funcionamiento se puede explicar en detalle a través de sus componentes:
Bomba
Este subconjunto centrífugo está montado directamente en la carcasa del hidrotransformador que también está unido al volante del motor, como dije anteriormente.
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Mientras gira a la misma velocidad que el motor, la bomba envía el fluido hacia afuera mientras crea un vacío que atrae una gran cantidad de fluido a su centro y luego a la turbina. El diseño de la bomba se parece al de un ventilador.
Estator
Está ubicado entre la bomba y la turbina. La función del estator es enviar el aceite de la caja de cambios de la turbina a la bomba, aumentar el par del motor para que pueda mover las ruedas del automóvil y reducir este par cuando el automóvil aumenta la velocidad. El estator parece la hélice de un avión.
Turbina
La turbina se coloca dentro del hidrotransformador y se asemeja a la forma de la bomba. Está conectado directamente al eje de entrada de la caja de cambios, pero no a la bomba. Esto le permite girar a una velocidad diferente, por lo que el motor podrá funcionar de manera diferente a los demás componentes de la transmisión.
Embrague de bloqueo
Debido a la dinámica de los fluidos, la potencia se pierde durante la transmisión del aceite entre la bomba y la turbina. En este caso, la turbina tendrá un movimiento de rotación menor que la bomba, situación que no molesta cuando el automóvil sale del lugar. En cambio, cuando el automóvil está en movimiento, sentirá una disminución en la potencia.
Para resolver este problema, los convertidores de par modernos también tienen un embrague de bloqueo conectado a la turbina. Comienza a funcionar, a través de una computadora, cuando la máquina alcanza una cierta velocidad y tiene la función de ajustar la velocidad de rotación de la turbina con la de la bomba.
En el caso de las cajas de cambios automáticas de última generación, el hidrotransformador funciona solo en caso de salida del lugar, hasta una velocidad máxima de 25 km / h, y en caso de cambios de marcha. De lo contrario, se atasca porque, de esta manera, puede aumentar la eficiencia de la transmisión.
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Engranajes / mecanismos planetarios, frenos multidisco y embragues
Cuando el automóvil alcanza una velocidad más alta, se necesitará menos torque para mantener el nivel de velocidad. Normalmente, la transmisión puede aumentar o disminuir el par necesario para mover las ruedas en función de las relaciones de transmisión.
Por lo tanto, cuando la relación es mayor, el par será menor y viceversa. En el caso de una caja de cambios automática, las relaciones de velocidad aumentan y disminuyen automáticamente debido a mecanismos planetarios.
Los tres componentes de los engranajes planetarios son:
Engranaje central (engranaje solar): ubicado en el centro del engranaje planetario
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Engranajes planetarios pequeños más un soporte: el engranaje central está conectado por tres o cuatro ruedas más pequeñas colocadas a su alrededor y sostenidas por un soporte. Cada rueda tiene su propio eje giratorio, que está conectado al soporte. Al mismo tiempo, todas estas ruedas giran alrededor del engranaje central.
Corona dentada: rueda exterior con dientes interiores. Esto está en conexión permanente con los engranajes planetarios, abarcando todo el conjunto anterior.
Los frenos de discos múltiples se crean a partir de metal revestido con material de fricción orgánico y su función es detener el engranaje o la corona si es necesario. Están controlados por un sistema hidráulico específico.
Además, una caja de cambios automática tiene una serie de embragues conectados en diferentes puntos de los engranajes planetarios. Creados a partir de varios discos de fricción y de metal, pueden operar el embrague cuando se presionan.
Un solo embrague tiene la capacidad de cambiar el estado de un engranaje planetario, convirtiéndolo en un engranaje de entrada o estacionario. Los embragues son accionados automáticamente por un mecanismo mecánico, eléctrico e hidráulico al mismo tiempo.
Computadora de caja electrohidráulica (mecatrónica)
Este componente es responsable del accionamiento hidráulico de los acoplamientos y transmisiones parciales. El término “mecatrónico” se compone de las nociones mecánico y electrónico porque se compone de:
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El sistema electrónico que controla la transmisión es responsable de seleccionar la marcha correcta y calcula el tiempo exacto para cambiar la velocidad según la información recibida de: velocidad y programa de funcionamiento, velocidad del motor y posición del pedal del acelerador.
Sensores
Sistema de control hidráulico: actúa sobre los controles del acoplamiento a través de una serie de acciones complejas realizadas en perfecta coordinación.
En términos más técnicos, la mecatrónica consiste en un grupo de válvulas que están conectadas por un camino hidráulico y que ponen en funcionamiento las horquillas que accionan los piñones.
¿Qué significa P R N D?
A diferencia de la caja de cambios manual que tiene los engranajes marcados en la cubierta ornamental montada en la tuerca de la caja de cambios, la automática generalmente tiene las letras P R N D. ¿Qué representan?
P (estacionamiento): el modo de estacionamiento que bloquea las ruedas motrices, pero no reemplaza el freno de estacionamiento y no está conectado a él. Cuando detiene el automóvil, el selector cambia a P para que pueda detener y luego reiniciar el motor.
R (Reversa) - marcha atrás o marcha atrás. Solo se puede usar cuando el automóvil está completamente parado. Por lo general, se puede seleccionar con solo tocar un botón.
N (Neutral): modo neutral, al igual que la caja de cambios manual. Cuando se selecciona, el coche no puede salir. Se utiliza, por ejemplo, cuando está parado durante más de 20 segundos para no desgastar los embragues (para cajas de cambios de doble embrague) o durante el remolque.
D (Drive): modo de conducción, que se utiliza para poner el automóvil en movimiento y conducir. Permite el uso de todas las marchas, excepto la marcha atrás.
Además, existen varios programas opcionales:
S (Sport): algunos automóviles también tienen este módulo que ofrece un cambio de marchas a velocidades más altas para una mayor deportividad.
E (Eco): modo económico, utilizado para un bajo consumo de combustible.
A (Adaptable): la computadora de transmisión automática tiene la posibilidad de deducir el estilo de conducción del conductor en función de la información recibida del pedal del freno, la aceleración y la velocidad del automóvil. Dependiendo del resultado, selecciona el modo más adecuado entre Sport y Eco.
Botón de invierno: cuando se activa, le permite salir del lugar directamente en la segunda marcha y limita la tracción de las ruedas al cambiar de marcha a la velocidad más baja.
Conclusión
En los últimos años, la transmisión automática ha ganado mucho terreno en comparación con la manual debido a sus múltiples ventajas, tales como:
Cambios de marcha rápidos y correctos
Transmisión de parejas mayores
Comodidad al conducir, especialmente en el tráfico o en largas distancias.
Amplificación de par motor
El principio de funcionamiento de dicha caja es muy complejo, como se ve durante este artículo, pero el resultado es extraordinario. Además, la llegada de las cajas de cambios automáticas ha revolucionado el mercado del automóvil desde los primeros intentos.
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Fuentes de las fotos: mercom.ro, auto-bild.ro, cars.ro, 4tuning.ro, constructionmanuals.tpub.com, micro-tronik.com, artofmanimony.com, e-automobile.ro, motorstory.ro
