La caja de cambios transforma la fuerza (par) del motor para adaptarla a las condiciones de circulación y orografía; iniciar la marcha, uso urbano, subir y bajar pendientes, uso extraurbano, llevar más ocupación y equipaje, etc.
El número de relaciones de cambios son las posibilidades/relaciones de transformación de la fuerza (par) del motor, en principio cuantas más posibilidades/relaciones mejores resultados.
En los comienzos del automóvil se utilizaban 2 relaciones, enseguida se pasó a 3 y después 4 y se siguen aumentando.
Vamos a explicar porque este incremento del número de relaciones y para entenderlo las curvas de par y potencia son muy útiles, en mayor medida la de par.
Caja de cambios de 4 relaciones
En la animación siguiente se va a representar el diagrama de una caja de cambios de 4 velocidades, pero antes unas explicaciones sobre el par y la potencia, que es como se inicia la animación:
- La curva de par representa la “fuerza” (par) que ofrece el motor, comienza en valores bajos y va aumentando hasta su máximo, 3.000 RPM en este caso que propongo, y desde este valor máximo va descendiendo según suben las RPM
- El par motor es proporcional a la respuesta al acelerador y se encuentra en los automóviles de turismo en la zona media de RPM
- La mejor respuesta en el caso que estamos viendo es a 3.000 RPM
- Se representa la curva de par en color verde y en este mismo color transparente su zona de influencia, entendiendo como se ha comentado que la mejor respuesta del motor está en el entorno del valor máximo de par, a 3.000 RPM en la imagen
- La curva de potencia aparece a continuación y su valor máximo está en la zona alta de RPM, 6.000 en este caso
- La potencia es proporcional a la “aceleración” y “velocidad”, pues se ha de subir el motor de RPM para que se manifieste
- La curva de potencia está en rojo y en color claro su zona de influencia
- Aparecen los desarrollos de las 4 relaciones; km/h a 1.000 RPM en cada una
- Seguidamente se traza el diagrama de las 4 relaciones según sus respectivos desarrollos
- Como forma de entenderlo sin entrar en detalles técnicos se observa en la imagen como hay solamente cuatro velocidades en las que el automóvil circula a 3.000 RPM; la mejor respuesta, se da; en 1ª 27 km/h, en 2ª 51 km/h, en 3ª 72 km/h y en 4ª 108 km/h, es decir el abanico va desde 27 a 108 km/h y con bastante separación entre las cuatro
- Comparando este resultado con las cajas de cambios de más relaciones que vamos a ver se aclararan las cosas
- Para circular a 120 Km/h en 4ª el motor gira a 3.333 RPM
Caja de cambios de 6 relaciones
Para la comparación de la caja de 4 relaciones con las que vienen, se mantienen las curvas de par y potencia explicadas.
Este es el orden de la animación en una caja de cambios de 6 relaciones:
- Se indica el número de relaciones y los desarrollos de cada una
- Se ve el diagrama de las 6 relaciones según sus desarrollos
- En este caso se dispone de seis diferentes velocidades para circular a 3.000 RPM; la mejor respuesta, se da; en 1ª 24 km/h, en 2ª 42 km/h, en 3ª 63 km/h, en 4ª 84 km/h, e 5ª 105 km/h y en 6ª 123 km/h
- Comparando este resultado con la caja de 4 relaciones se observa que el abanico para circular a 3.000 RPM es más amplio; de 24 (27 con 4) a 123 (108 con 4) y además están las relaciones más próximas entre ellas lo que permite más utilización del par motor, el par está “más lleno de relaciones”
- A 120 Km/h en 6ª el motor gira a 2.927 RPM, menos que con 4 relaciones (3.333 RPM), lo que supone en circulación extraurbana menos consumo, contaminación, ruido mecánico y desgastes del motor
Caja de cambios de 8 relaciones
Vamos ahora a ver en la animación una caja de cambios con 8 relaciones:
- Se ve el diagrama de las 8 relaciones según sus desarrollos
- Ahora contamos con ocho distintas velocidades para circular a 3.000 RPM; la mejor respuesta, se da; en 1ª 21 km/h, en 2ª 36 km/h, en 3ª 54 km/h, en 4ª 66 km/h, e 5ª 87 km/h, en 6ª 111 km/h, en 7ª 132 km/h y en 8ª 165 km/h
- Comparando este resultado con las cajas de 4 y 6 relaciones se observa:
- Con la caja de 4 V;el margen para circular a 3.000 RPM es de 27 (21 con 8) a 108 (165 con 8) sensiblemente más amplio con 8 y, además están las relaciones mucho más próximas lo que permite más utilización del par motor, el par está bastante “más lleno de relaciones”
- Con la caja de 6 V;el abanico para circular a 3.000 RPM es de 24 (21 con 8) a 123 (165 con 8) más amplio con 8 y además están las relaciones más próximas, lo que permite más utilización del par motor, el par está “más lleno de relaciones”
- A 120 Km/h en 8ª el motor gira a 2.181 RPM, menos que con 4 relaciones (3.333) y con 6 (2.927); menos consumo, contaminación, ruido mecánico y desgastes del motor
La idea de reducir las RPM del motor en circulación extraurbana tiene casi la edad del automóvil con motor térmico.
Con cajas de cambios de 3 y 4 relaciones se ofrecía en automóviles de gama alta el “over drive”; es como disponer de dos cajas de cambio con dos conjuntos de relaciones.
Con más número de relaciones el “over drive” no tiene razón de ser (no confundir con el utilizado en caja automática pues no tienen nada que ver a pesar del mismo nombre).
A esta tendencia de reducir el régimen de giro del motor se suele denominar, como no, en inglés “down speedy”, más o menos disminución de velocidad (RPM del motor)
Un detalle a tener en cuenta es que para lograr las ventajas de más número de relaciones es necesario saber cuándo utilizarlas, y no es fácil para todos los conductores.
Se soluciona en las cajas de cambio manuales incluyendo en el cuadro información de la relación óptima en tiempo real, así cualquier conductor podrá obtener las ventajas de más número de relaciones.
Queda valorar la atención que se ha de prestar para ir siguiendo las indicaciones y la necesidad de cambios muy frecuentes en tráfico discontinuo.
Con caja de cambios manual lo más habitual es tener de 5 a 6 relaciones, en Porsche ya cuentan con 7.
Con caja de cambios pilotada o automática al disponer de la posición “D” de la palanca de cambios, es decir inserción automática de las relaciones, será el control electrónico quien se encargue de ir seleccionándolas con las informaciones de actuación sobre el acelerador y respuesta del motor, lo que indica si se está subiendo, bajando, en llano y el peso transportado.
Las cajas pilotadas tienen actualmente entre 6 y 7 relaciones y las automáticas suelen contar con 5, 6, 7, 8 y próximamente 9.
Caja de cambios de infinitas relaciones
Terminamos este artículo con la caja de cambios más eficiente, al menos en teoría, pues dispone de infinitas relaciones con variación continua; además de poder circular con la relación ideal en cada caso se van variando sin saltos de forma continua, de aquí viene su denominación; Transmisión de Variación Continua, CVT.
Continuando con el esquema de las anteriores animaciones vamos a ver la siguiente de la caja CVT:
- Infinitas relaciones con relación variable continua de 6 a 60 km/h
- El abanico de velocidades de circulación a 3.000 RPM va de 18 a 180 km/h bastante más amplio que en las cajas de cambio anteriormente vistas y sin saltos
Esta caja de cambios parece la opción ideal y de hecho está aumentando su utilización.
Al conducir se pueden apreciar sensaciones que llaman la atención, pues no hay la habitual relación proporcional entre las RPM del motor y velocidad del automóvil debido a la variación continua de los desarrollos.
Para compensar este detalle y ofrecer más posibilidades de conducción se suele incluir una posición de accionamiento secuencial en la palanca de cambios, que ofrece de 6 a 8 relaciones fijas simulando las sensaciones de una caja pilotada o automática en esta posición de la palanca.
Este capítulo tiene relación con el de “Los cuatro tipos de cajas de cambios” en el bloque de “Evolución de órganos y elementos”, si te ha gustado este, consulta aquel como complemento.
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