Los 4 tipos de caja de cambios (I)

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La caja de cambios transforma la fuerza del motor (par); multiplicándola para poder iniciar la marcha, subir pendientes y llevar peso en el automóvil.

Esto se va produciendo en las marchas cortas para invertirse en las largas.

El objetivo es poder adaptar la fuerza (par) del motor a las condiciones de marcha y reducir consumo y contaminación.

Los cuatro tipos de caja de cambios

En la sección “Curso de tecnología del automóvil” se explicarán con detalle los cuatro diferentes tipos de caja de cambios; manual en “H”, pilotada/robotizada, automática (con convertidor) y transmisión de variación continua (CVT), siguiendo el orden del programa del libro del mismo título.

En esta ocasión propongo diferenciar los cuatro tipos desde el punto de vista de la utilización por el conductor.

Caja de cambios manual

Se utiliza la silueta de un Mercedes 300 SLR con estos detalles en la animación:

Implantación técnica con motor delantero longitudinal y propulsión
Nº en la caja de cambios manual C._cm indica que cuenta con un número determinado de relaciones
El accionamiento del embrague es mecánico desde su pedal E._am
Se presenta un panel de 5 relaciones más marcha atrás y se ve el desplazamiento de la palanca de cambios manual en forma de “H” P._mH

El número de relaciones Nº fue aumentando, actualmente se llega a 7
Un detalle a tener en cuenta para entender el manejo de las demás cajas de cambios es como se realizan las maniobras en espacios justos
En esta caja de cambios manual se hace así; con el acelerador se mantiene la fuerza motriz (par) necesaria y con el embrague en su zona media de patinamiento se ajusta la velocidad de aproximación
Parece difícil pero una vez adquirida la destreza resulta fácil por lo habitual

Caja de cambios pilotada o robotizada

Vamos a ver las explicaciones de este tipo de caja de cambios sobre la silueta de un Ferrari Testarossa según este orden:

La implantación es motor longitudinal central y propulsión
No hay pedal de embrague, pero si embrague E._ap de accionamiento pilotado
El número Nº de relaciones es de 6, 7, ….,
Hay un control electrónico para el embrague y la caja de cambios C._e con informaciones de los pedales de freno, acelerador, palanca de cambios y otras funcionales del motor y desplazamiento del automóvil (RPM, km/h, …)
Se ve la plantilla de posiciones de la palanca de cambios:
- “P”; aparcamiento, “R”; marcha atrás, “N”; punto muerto
- “D”; funcionamiento automático, las relaciones hacia adelante se van insertando sin intervención del conductor
- “S”; secuencial; un “toque” hacia adelante o atrás en la palanca da la orden de subir o bajar una relación, la palanca retorna al centro. Subir y bajar puede ser como se ve en la imagen o a la inversa según marcas. Estas acciones se puede hacer también con mandos desde el volante según modelos

E._ap; es el embrague con accionamiento pilotado por el control electrónico C._e
C._cp; es la caja de cambios pilotada, como una caja manual en la que la “H” la hace el control electrónico C._esegún las posiciones de la palanca de cambios:
- P._SD; posiciones secuencial S y automática D
- E._ap; es el embrague con accionamiento pilotado por el control electrónico C._e
Las maniobras de aparcamiento requieren atención hasta coger el hábito pues se ha de controlar la velocidad necesaria y el acoplamiento del embrague simultáneamente con muy ligeros movimientos del acelerador, que actúa sobre el motor y el embrague, este último a través del control electrónico C._e

En la imagen se ha representado un embrague normal, con accionamiento pilotado.

Lo más habitual en la caja de cambios pilotada/robotizada es utilizar dos embragues, uno para las relaciones impares y otro para las pares, en seco o baño de aceite.

El funcionamiento puede se electrohidráulico o totalmente electrónico.

Caja de cambios automática con convertidor de par

La silueta del automóvil de la imagen es un Bentley Continental y la animación sigue este orden:

La implantación es de motor delantero longitudinal y 4×4
No hay embrague ni pedal; en su lugar está el convertidor de par C._p
El número de relaciones llega ya hasta 9
El control electrónico de la caja de cambios C._e, cuenta con informaciones de freno, acelerador, palanca de cambios y las demás funcionales del automóvil

Las posiciones de la palanca de cambios son estas, aunque parecen como las de la caja pilotada el funcionamiento técnico es muy diferente:
- “P”; aparcamiento, la caja queda bloqueada, “R”; marcha atrás, “N”; punto muerto
- “D”; funcionamiento automático
- “S”; secuencial; un “toque” hacia adelante o atrás en la palanca da la orden de subir o bajar una relación, la palanca retorna al centro. Puede haber también mandos en el volante según modelos
C._p; convertidor de par, es la conexión entre el motor y la caja de cambios. Se trata, de forma simple, de dos turbinas muy próximas entre sí, una está unida al motor y la otra a la caja de cambios. Están en un cárter con aceite a presión. Al girar la turbina del motor arrastra a la de la caja con cierto deslizamiento. Su funcionamiento es hidráulico, no hay contacto físico. Entre ambas turbinas hay otra con geometría específica que multiplica la fuerza (par) del motor hasta medias RPM, de este hecho deriva el nombre de convertidor de par C._p
C._ca; caja de cambios automática, la tecnología de inserción de las relaciones es mediante discos en baño de aceite y se hace con control electrónico actualmente C._esegún las posiciones de la palanca de cambios
P._Ds posiciones automática D y secuencial S; por concepto la caja automática se diseño para circular en “D”, después ha ido evolucionando con más posibilidades. Según marcas y modelos desde la posición secuencial S se puede seleccionar una relación o limitar hasta esa marcha la actuación automática
Las maniobras de aparcamiento son sencillas pues el efecto arrastre del convertidor C._p mueve el automóvil al soltar el pedal del freno, basta con insertar “D” o “R” y con el pedal de freno controlar el movimiento
Antes de disponer del la posibilidad de uso secuencial S, las cajas de cambio automático tenían un panel de posiciones diferente, que denomino de corredera y se ve al final de la animación, estas son las posiciones y explicación:
- “P”, “R”, “N” y “D”; son las mismas que se han explicado antes, con la particularidad de que en “D” actúan de forma automática todas las relaciones, que suelen ser una más que el siguiente número, 4 en la imagen por lo que la caja seria de 5 velocidades
- Las demás posiciones de la “4” a la “1”, indican hasta que relación se autoriza el funcionamiento automático; en “4” no entraría la 5º, en “3” sería automática hasta la 3ª y en “1” se circularía permanentemente en 1ª
- Los mandos “W” y “S” se utilizan para seleccionar respectivamente las posiciones invierno o hielo (“winter” = invierno) y prestacional. En “W” se inicia la marcha en 2ª o 3ª y se hacen los cambios con extrema suavidad. En “S” funciona el motor a más RPM y reduce antes de marcha al decelerar

El hecho de necesitar más posiciones además de la “D” para circular es principalmente para poder reducir la velocidad con eficacia en bajadas prolongadas, bien sea con la palanca de corredera o en posición secuencial.

Algunas cajas automáticas de corredera disponen del botón o mando de «over drive», OD.

Permite anular el funcionamiento automático de la última relación al pulsarle.

No tiene nada que ver con el «over drive» utilizado en la caja de cambios manual.

Caja de cambios de variación continua CVT

Para este tipo de caja de cambios voy a utilizar la silueta del Subaru XV con este orden de animaciones:

La implantación es con motor delantero longitudinal y 4×4
No hay embrague ni pedal; en su lugar está el convertidor de par E._cp

El número de relaciones es infinita pues hay una variación continua de la más corta a la más larga sin transiciones
Actualmente el control es electrónico C._e,con informaciones de freno, acelerador, palanca de cambios y las demás funcionales del automóvil
Las posiciones de la palanca de cambios son estas:
- “P”; aparcamiento, la caja queda bloqueada, “R”; marcha atrás, “N”; punto muerto
- “D”; funcionamiento automático, se va aumentando la velocidad del automóvil sin que el incremento de RPM del motor sea proporcional. Al acelerar más el motor sube de RPM y se sigue el proceso de variación continua desde esas RPM
- “S”; selección de un número pre determinado de relaciones (6, 7, 8, …), simulando una caja de cambios con accionamiento secuencial. Esta posibilidad no existía en las primeras cajas de variación continua
E._cp; es el sistema de conexión entre el motor y la caja de cambios. En la imagen se representa el convertidor de par E._cp, el más utilizado. También se puede hacer con embrague pilotado o electromagnético
CVT; caja (transmisión) de variación continua
- P._D(infinitas); con la palanca en “D” se dispone de infinitas relaciones continuas
- P._S(ppf);simulación de accionamiento secuencial con posiciones prefijadas del sistema de variación continua
Las maniobras de aparcamiento dependen del sistema de conexión entre el motor y la caja CVT; con convertidor se ha explicado en la caja automática y con embrague pilotado en la caja de cambios pilotada/robotizada, con embrague electromagnético sería similar a esta última

Inicialmente la caja CVT tenía las posiciones P – N – R – D – L; esta última implica más RPM del motor para aceleración, subidas y bajadas prolongadas.

Video resumen Los 4 tipos de caja de cambios (I)

Otros enlaces

Los cuatro tipos de caja de cambios