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La caja de cambios que se diseñó para funcionar de forma automática, sin intervención del conductor, tiene tecnologías específicas para; la transformación del par motor, la inserción de las diferentes relaciones y la conexión con el motor.
La transformación del par motor se hace mediante engranajes epicicloidales, coronas dentadas por el interior, que contienen grupos de piñones que engranan con la corona y con otro piñón central.
La inserción de las relaciones se hace acoplando la corona con los grupos de piñones o bloqueando el giro de la corona.
Los acoplamientos se desarrollan mediante discos en baño de aceite, los embragues, y los bloqueos de la corona también con discos en baño de aceite, que en este caso son los frenos.
La conexión de la caja de cambios automática con el motor se realiza con el convertidor de par, es un conjunto de turbinas en un cárter con aceite a presión que transmiten del par desde el motor a la caja de cambios automática sin contacto físico, se hace por torbellinos de aceite.
Desde ralentí hasta más o menos 2.500 RPM se produce en el interior del convertidor un efecto de multiplicación del par motor, de donde toma el nombre.
El hecho de que la transmisión de par se haga por torbellinos de aceite, implica que con el motor en marcha y palanca de cambios en posición de movimiento el coche tienda a desplazarse, se evita pisando el pedal de freno, es el efecto arrastre.
Por el hecho de que el convertidor multiplica el par motor, las primeras cajas automáticas tenían menos relaciones, pues la función de 1ª la hacia el convertidor.
Para reducir consumos ha ido evolucionando la caja de cambios automática con convertidor, hasta el punto que puede lograr consumos menores que la caja manual por un conductor medio.
Hay otros tipos de cajas automáticas con tecnologías específicas que pueden ofrecer, al menos teóricamente, infinitas relaciones, son las transmisiones de variación continua CVT.
Aunque la caja de cambios automática con convertidor selecciona la relación más adecuada sin que intervenga el conductor, se incluyen posiciones en la palanca de cambios para limitar la intervención de las relaciones que el conductor considere, así se puede circular en descensos con el apoyo a los frenos de la retención del motor.
Concepto de caja de cambios automática con convertidor de par
Imagen 18.1
La caja de cambios automática tradicional se ha diseñado con el objetivo de que el paso de las relaciones sea sin intervención del conductor, tiene tecnologías específicas para la inserción de las marchas y conexión con el motor, ambas diferentes a las de la caja de cambios manual o robotizada/pilotada.
La conexión con el motor es mediante convertidor de par y la inserción de las relaciones es con discos en baño de aceite (embragues y frenos) en vez de sincronizadores.
Las cajas automáticas con convertidor han ido evolucionando con mejoras en todos los aspectos, un menor consumo y más agilidad de actuación son dos muy valorables.
Se puede confundir con la caja de cambios pilotada pues esta dispone de un programa automático para el paso de las relaciones, posición D.
La palanca de la caja de cambios automática con convertidor tenía distintas posiciones, pero con la evolución de su tecnología actualmente son las mismas que en la caja pilotada.
La caja de cambios automática con convertidor de par tiene estas cinco particularidades que se presentan para explicarlas después.
Dispone la caja de cambios automática de una bomba de aceite interna para su funcionamiento, está movida por el motor, no se ve en esta imagen, pero si en otras más adelante.
Convertidor de par CVP
- Está a la salida del motor y sustituye al embrague, no hay pedal.
- Pasa el par motor a la caja de cambios automática por torbellinos de aceite sin contacto mecánico entre las partes que intervienen, multiplicándolo a bajas RPM y de este hecho viene su denominación.
- Se identifica su ubicación y se ve cerrado y abierto.
Trenes de engranajes epicicloidales EGEP
- La transformación del par motor se realiza con grandes engranajes dentados por el interior (coronas) en donde engranan habitualmente grupos de tres piñones que a su vez engranan con otro central, el conjunto es un tren epicicloidal y suele haber varios.
- Se identifica su posición en la caja de cambios automática y se ve en detalle un tren epicicloidal EGEP.
Inserción de las relaciones
- Se hace asociando unos piñones con otros por embragues en aceite EBDA y frenando las coronas con el interior de la caja de cambios, mediante frenos en baño de aceite FRDA.
- Los embragues y frenos se componen de discos en baño de aceite que pueden estar libres o a presión.
- Según sea la posición de los embragues y frenos los efectos de transformación del par varían, dando las diferentes relaciones.
- Con varios trenes epicicloidales y sus correspondiente embrague y frenos se obtienen más relaciones.
Calculador electrónico y distribuidor hidráulico CE + DH
- Las relaciones se insertan por la presión de aceite repartida por el distribuidor hidráulico DH según instrucciones del calculador electrónico CE acoplando o desacoplando los embragues y frenos.
Palanca de cambios
- Se ve el sistema de corredera original PCCR antes de evolucionar, estas son las posiciones;
- “P”; aparcamiento, un trinquete bloquea el giro de las ruedas motrices al encajar en una corona dentada BP.
- “R”; marcha atrás.
- “N”; punto muerto.
- “D”; automático en todas las marchas.
- “3, 2, y 1”; funcionamiento automático hasta la relación del número.
- Habitualmente la caja tiene tantas relaciones como el mayor número +1, en este caso son cuatro, excepto si equipa over drive como se verá.
El convertidor de par
Imagen 18.2
Transmite el par motor a la caja de cambios automática, y al hacerlo hasta medias RPM multiplica el par de salida del motor.
En el interior del convertidor de par CVP están estos elementos; impulsor que gira con el motor IMMT, turbina que da movimiento a la caja de cambios automática TBCA y reactor RC con rueda libre RRL que multiplica el par motor.
La turbina está en el lado del motor (izquierda en las imágenes) y el impulsor en el opuesto (derecha), el impulsor está integrado en el cárter del convertidor que este acoplado al volante motor.
Así funciona el convertidor de par;
Bomba de aceite de la caja de cambios automática BACA
- Desde el motor un eje acciona la bomba de aceite de la caja de cambios automática y así tener la presión de aceite necesaria para su funcionamiento, en la inserción de las velocidades comprimiendo los discos de embragues y frenos, y para el funcionamiento del convertidor de par CVP que está lleno de aceite a presión.
- La bomba está en el interior de la caja de cambios automática.
Impulsor IMMT
- El impulsor, que es una turbina, gira con el volante motor y envía el aceite a presión con fuertes turbulencias de giro hacia la turbina de la caja automática TBCA.
- El impulsor y la turbina está muy juntos, pero sin tener contacto físico.
Turbina TBCA
- Recibe el aceite del impulsor con fuertes turbulencias de giro, siendo arrastrada por la fuerza hidráulica y girando también en el mismo sentido, al girar su eje lleva el movimiento a la caja de cambios automática CA.
- La transmisión de movimiento y par entre el impulsor y la turbina se hace por la fuerza hidráulica de los torbellinos de aceite, sin contacto físico.
Reactor RC
- El aceite que retorna de la turbina al impulsor cambia de sentido al incidir sobre los álabes del impulsor en sentido contrario a su giro, frenándole.
- La función del reactor, con álabes inclinados, es redirigir el flujo de aceite que va de la turbina al impulsor de forma que incida sobre el impulsor en el mismo sentido que gira, esta fuerza hidráulica se suma al par motor aumentando su valor, es el efecto de convertidor de par.
- Según sube el motor de RPM el aceite incide cada vez con menor inclinación hasta que en el entorno de 2.000 a 2.500 RPM lo hace en sentido opuesto lo que implicaría que el flujo de aceite llegaría en sentido contrario al giro del impulsor.
- Se evita mediante el rodamiento de rueda libre RRL sobre el que gira el reactor, este rodamiento solamente permite el giro en un sentido, en el opuesto se bloquea (como el de la corona de la bicicleta).
- Cuando el aceite incide sobre el reactor en sentido opuesto al giro del impulsor está el rodamiento bloqueado, produciéndose el efecto de multiplicación del par, pero cuando incide el aceite sobre el reactor en el mismo sentido de giro del impulsor (desde el entorno de 2.000/2.500 RPM) el rodamiento permite el giro del reactor evitando que el flujo de aceite frene el impulsor, desde estas RPM se transmite el par motor sin conversión.
Caja de cambios automática CA
- El par motor llega desde la turbina TBCA a la caja automática por el eje CA.
- El hecho de que a bajas RPM se multiplique el par motor es una de las razones que las cajas automáticas tuviesen menos relaciones que las manuales, pues el mayor par motor facilitaba el inicio de la marcha, además el deslizamiento del convertidor no supone desgaste mecánico como en el embrague, aunque si más consumo de combustible.
Por el funcionamiento del convertidor al insertar con la palanca de cambios alguna posición de movimiento, cualquiera menos “P” o “N”, el automóvil se mueve, es el efecto arrastre que facilita las maniobras de aparcamiento.
