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Caja de cambios automtica

La caja de cambios es la encargada de transmitir el para motor y adaptarlo a las condiciones de carga ymarcha del vehculo. En las cajas de cambio automticas esto se realiza sin necesidad de que el conductoracte directamente sobre los mecanismos del cambio, si bien el conductor puede intervenir, con distintasactuaciones, en el funcionamiento de la caja de cambios automtica.

Constitucin

Veamos la caja de cambios automtica HydraMatic

1 conjunto regulador

2 plato regulador almenado de bloqueo

3 embrague de una va

4 freno de cinta anterior

5 embrague anterior

6 embrague posterior y toma directa

7 freno de cinta posterior

8 convertidor ( formado por Impulsor (o bomba), reactor y turbina)

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9 bomba hidrulica

10 servo del freno de cinta posterior

11 caja comandada (vlvulas limitadoras de presin, electrovlvula de modulacin, vlvula manual, vlvulade progresividad, vlvulas de secuencia, vlvula de corte)

12 membrana de presin

13 servo del freno anterior

CONVERTIDOR DE PAR: (Convertidor hidrulico)

Las cajas de cambio automticas se prescinde del embrague que se usa en las manuales, y su funcin la realizaahora un convertidor hidrulico. De este modo, como se ver, el conductor no se encarga de embragar odesembragar como sucede en los cambios manuales.

La idea de funcionamiento de un convertidor hidrulico se entiende muy bien si nos imaginamos dosventiladores enfrentados, si conectamos uno de ellos, produce viento que acta sobre las palas del segundo

ventilador y lo hace girar segn el sentido de inclinacin de sus palas. En este caso se ha producido unacoplamiento fluido entre los dos ventiladores y el fluido utilizado es el aire.

Si reducimos la distancia entre los dos elementos y los ponemos hermticamente cerrados o muy juntosmejoramos la eficiencia de este tipo de acoplamiento.

Basndonos en esta idea cogemos dos elementos, como medias rosquillas huecas partidas por la mitad, encuyo interior haya unas aletas con la inclinacin adecuada.

Las enfrentamos una con otra de forma que hagan una rosquilla y llenamos su interior de aceite , al hacer giraruna de las dos mitades, el aceite tambin gira transportado por las aletas y al describir este movimiento derotacin, el aceite, por causa de la fuerza se va hacia el exterior lejos del eje, es decir que el aceite se muevesegn una banda circular, como se ve en las flechas del dibujo.

De esta manera el aceite que est siendo arrastrado junto con el elemento motriz , penetra en el elementoconducido, (la media rosquilla que tiene en frente) con un ngulo que depende de la inclinacin de las paletas,y de este modo el aceite al chocar contra las aletas del conducido con un cierto ngulo de incidencia, letransmite un par.

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En principio, cuanto mas deprisa gira el elemento motriz respecto al conducido, ms fuerte es el impacto delaceite sobre las aletas y por lo tanto transmite un mayor par.

A medida que la velocidad del conducido se aproxima a la del elemento motriz disminuye la fuerza efectivadel aceite sobre las aletas de aqul. Si los dos miembros se mantiene a la misma velocidad no pasa aceite deuno a otro, y no se transmite energa a travs del acoplamiento, por lo que esta condicin de igual velocidadde las dos partes no se produce cuando el motor est en marcha.

Si la velocidad del motor se reduce de manera que sea el coche el que mueva el motor sucede que habr unpunto en que ambos elementos giren a la vez y a partir de este punto el conducido se convertirtemporalmente en el elemento motriz y el que normalmente es el motriz pasa a ser conducido, con lo que seproduce el efecto de freno motor.

Este sistema a la hora de llevarlo a la prctica tiene el inconveniente de que las turbulencias que se forman enel aceite en su interior provocaran un estado de movimiento violento e irregular en ciertas condiciones y seformaran remolinos en todas las direcciones, en especial en las secciones centrales con lo que se reduciranotablemente su eficacia, para solucionar este problema se incorpora un anillo gua que es como una rosquillahueca que ocupa la parte central, est dividido en dos mitades, una corresponde a la parte del elemento motriz,y otra al elemento conducido.

Con este sistema el aceite no puede hacer turbulencias y se encuentra mucho mejor guiado.

Las aletas en este sistema no son planas, sino que tienen unas aletas curvadas con un diseo muy estudiadopara optimizar la circulacin de aceite y que permite que el aceite cambie de direccin bastante gradualmentecuando pasa del miembro propulsor a propulsado, y sobre todo evitar el efecto rebote que se puede producircuando el elemento motriz gira bastante ms deprisa que el conducido y el aceite es impelido sobre las aletasde este con un fuerza considerable, al chocar contra ellas rebota contra e elemento motriz producindose unaprdida de par.

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Con las aletas que utiliza el convertidor de par el resultado es que cuando existe una gran diferencia develocidad entre los elementos motriz y conducido, el par no disminuye, sino que por el contrario, en elconvertidor de par el momento se multiplica.

Al elemento conductor se le llama impulsor o bomba , porque es el que recibe el movimiento del motor, alque est unido, e impulsa el aceite contra el conducido.

El elemento conducido se llama turbina , y va acoplada a la caja de cambios.

Pero el convertidor de par incluye un tercer elemento que viene a mejorar las condiciones de funcionamientoen la circulacin del aceite, se trata del esttor .

Est montado sobre un mecanismo de rueda libre que le permite desplazarse libremente cuando los elementosdel convertidor giran a una velocidad aproximadamente igual.

Sin embargo cuando tiene lugar un incremento del par, que conlleva una reduccin de la velocidad, el esttorpara y acta como un elemento de reaccin, es decir que el aceite se desva en los bordes de salida de laturbina a una direccin ms favorable antes de que se introduzca en la bomba. Gracias a esto el aumentomximo del para producido es algo superior al doble.

El aspecto final que presentara un convertidor de par hidrulico sera como este:

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El funcionamiento del sistema es el siguiente:

Cuando se mantiene fijo uno de los tres miembros, y hay otro que gira se producen una serie de situacionessegn sobre que elemento actuemos, las distintas posibilidades se presentan en el siguiente cuadro:

Situaciones 1 2 3 4 5 6

Corona D T H H T DSoporte T D D T H HPlanetario H H T D D TVelocidad I L L I I/R L/R

D Impulsado L Reduccin de velocidad

H Fijo R Inversin del sentido de marcha

I Incremento de velocidad T Motriz

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Como vemos, fijando uno de los elementos del sistema planetario de engranajes puede obtenerse unareduccin de velocidad, una multiplicacin (segn el elemento que se fije), o una inversin del sentido de giro(marcha atrs, si el soporte de los piones planetarios se mantiene estacionario y se hace girar la corona o elengranaje planetario central, aquellos actan como piones inversores locos), y tambin si se bloquean doselementos contiguos del conjunto obtendramos una relacin directa.

Los sistemas que se utilizan son dos: un embrague de platos mltiples y una banda de freno con tambor .

Banda de freno con tambor . Se emplean para el control de los piones planetarios y causan a travs dela misma, un cambio en la relacin de transmisin. Esta fabricada con acero y tiene un forro de materias deasbesto resistente aplicado a l.. La banda de freno se ajusta holgadamente alrededor de un tambor que formaparte de la corona. La banda de freno se aplica bajo ciertas condiciones para detener la corona.

La banda de freno se aplica mediante el denominado servo. Con este mecanismo conseguimos producir unaaccin mecnica a partir de la presin hidrulica. Actuando en un cilindro cuyo vstago se aplica sobre labanda del freno por lo que incrementando la presin hidrulica puede hacer que el tambor deje de girar, poseeun muelle para que retorne cuando disminuye la presin. Como quiera que el sistema de servo dispone de doscmaras en las que se mueve el pistn, enviando presin a una o a otro conseguimos la accin deseada, frenaro liberar.

Embrague de platos mltiples . Son accionados hidrulicamente para conectar o separar un miembrogiratorio del sistema planetario de engranajes. Poseen una serie de discos mltiples unidos, alternativamente, auna carcasa exterior o tambor y aun cubo interior. Cuando el embrague est desembragado , los dos miembrospueden girar independientemente unos del otro.

Sin embargo, cuando se embraga, los platos se empujan unos contra otros y el rozamiento que se produceentre ellos bloquea los dos miembros, lo cual obliga a que giren solidariamente. La accin de embragar seconsigue mediante la presin de aceite que empuja un pistn anular, el cual a su vez presiona los platos. Elpistn anulasr denominado tambin conjunto retn del embrague, es un anillo que se ajusta al borde interiordel conjunto del tambor de embrague. El pistn se ajusta mediante su reborde al tambor pegado a la superficieinterior del mismo con un sello deslizante.

Control del cambio. Ahora que ya sabemos el mecanismo por el cual se efecta el cambio pasamos a conocerel mecanismo de control del cambio, pues el cambio de una marcha a otra tiene que estar controlado para queslo se efecte en las condiciones adecuadas.

Hay dos factores principales a controlar: Velocidad del coche y abertura del paso de combustible (posicin dela mariposa ).

Estos dos factores producen dos presiones de aceite diferentes que actan contra extremos opuestos de lavlvula de cambio. Una presin procede del regulador y depende de la velocidad del coche . La otra viene dela vlvula moduladora y est mandada por el colector de entrada de vaco.

Presin del regulador . El regulador tiene un rotor movido por el eje de salida de la caja de cambios. En elinterior de la carcasa hay una vlvula reguladora, sobre la cual actan dos fuerzas opuestas, la fuerzacentrfuga debida a la rotacin y presin de la bomba de aceite.

Cuando el coche va a baja velocidad tambin va a baja velocidad el regulador , la vlvula se sita cerca delcentro de la carcasa, dejando pasar slo una presin de aceite pequea. Cuando la velocidad del cocheaumente, la carcasa del regulador gira ms rpidamente, lo cual hace que la fuerza centrfuga se incremente,desplazando la vlvula hacia l exterior. De manera que la presin de aceite que pasa al extremo de la vlvulade cambio es ms elevada.

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Presin de la vlvula de control de cambio . La vlvula de control de cambio est controlada a su vez porla vlvula moduladora. Esta lleva un fuelle mandado por el colector de entrada de vaco del motor. Cuandoeste est bajo , es decir , mientras el paso de combustible est parcial o totalmente abierto, el fuelle adquieresu mayor longitud , desplazando la vlvula moduladora, en esta posicin la presin de aceite pasa a travs della vlvula a un extremo de la vlvula de control de cambio, desplazndola y haciendo que la presin de labomba pase a un lado de la vlvula de cambio. De esta manera, esta vlvula se mantiene desplazada hacia laderecha, cerrando el paso de aceite al servo y al pistn del embrague.

Cambio a una marcha ms larga. Cuando el vehculo ha alcanzado la velocidad necesaria se cierragradualmente el paso de combustible. Cuando ocurre la vlvula moduladora se desplaza cortando el paso deaceite a la vlvula de control del cambio, que bloquea la entrada de aceite a la vlvula de cambio por uno desus lado. Al mismo tiempo se ah incrementado la presin del regulador. La combinacin de una presin bajaen un extremo de la vlvula de cambio y una presin elevada en el otro hace que sta se mueva hacia un ladode manera que pasa presin de aceite al pistn del embrague y servo. El servo libera la banda de freno y elpistn del embrague hace que ste se acople. Con la banda de freno libre y el embrague acoplado, el sistemaplanetario de engranajes cambia a un acoplamiento directo.

Vlvula de cambio manual . Esta vlvula est controlada por el conductor mediante el movimiento de unapalanca de cambios situada en la barra de direccin o en la consola. Cuando la vlvula manual se desplaza,

abre y cierra varias lneas que llevan aceite a presin a las vlvulas de la caja de cambios.

Es fundamental utilizar el fluido para la caja de cambios recomendado por el fabricante pues el empleo de otrodistinto puede modificar las condiciones de trabajo de la caja de cambios y originar averas.

Esta es una idea muy bsica del principio de funcionamiento de una caja de cambios automtica, el sistema seva complicando con los distintos sistemas y circuitos hidrulicos que cada tipo de caja particular incorpora.

Circuito hidrulico . Es la parte que se encarga de dirigir todas las operaciones, funciona por un complejosistema de vlvulas y circuitos hidrulicos con varias presiones. Tiene un laberinto de circuitos labrados, quevan controlados por vlvulas. Las principales son:

Vlvula manual : Impide o permite el paso del aceite a la presin de lnea. Selecciona marcha haciaadelante o hacia atrs.

Vlvulas de secuencia : Son 3 y van gobernadas por otras 3 electrovlvulas. Seleccionan lasvelocidades.

Vlvula de progresividad : Es la responsable del cambio de velocidades (sin

cambios bruscos).

Vlvula de modulacin de presin (EVM): Regula la presin de lnea.

Otras vlvulas, adems de las anteriores hay otras vlvulas como pueden ser las limitadoras depresin , de corte , limitadora de presin en lnea .

El sistema de mando hidrulico tiene cuatro funciones:

Sistema de creacin de presin : la bomba suministra presin a todos los mando hidrulicos y alembrague.

Vlvula de regulacin de presin : la vlvula reguladora de presin controla la presin principal a un valorque depende de la apertura de la mariposa del carburador. Esta vlvula centrfuga regula en funcin de la

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velocidad del vehculo el cambio en ambos sentidos (KickDown).Vlvula de control del circuito : Esta vlvula manual permite introducir las diferentes velocidades avoluntad del conductor, vlvula de paso de 1 a 2 y 2 a 1, y vlvula de paso de 2 a 3 y de 3 a 2.

Embragues, servos y acumuladores de presin : los dos embragues y los dos servos son desplazadoshidralicamente para accionar los embragues y apretar las bandas.

El sistema de engranajes tren epicicloidal RAVIGNAUX .

Con este sistema se pueden obtener 4 velocidades hacia delante y una hacia atrs.

Consiste en 1 Planetario, 2 coronas y 2 conjuntos de satlites. Todo integrado en un bloque muy compacto. Laentrada del movimiento puede realizarse por el primer planetario, que es el central, por el planetario segundoy por el portasatlites.

Se acopla al convertidor por tres embragues.

Los elementos de reaccin son el planetario segundo y el portasatlites que se pueden inmovilizar por dosfrenos

La salida del movimiento se efecta siempre por la corona.

1 velocidad:

Elemento Motor: planetario P1.

Elemento Reaccin: portasatlites.

Elemento Salida: Corona.

Relacin: 2,71:1

2 velocidad:

Elemento Motor: planetario P1.

Elemento Reaccin: planetario P2.

Elemento Salida: Corona

Relacin: 1,65:1

3 velocidad:

Elemento Motor: planetario P1y P2.

Elemento Reaccin: planetario P1y P2.

Elemento Salida: Corona

Relacin: 1:1

4 velocidad:

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Elemento Motor: portasatlites.

Elemento Reaccin: planetario P2.

Elemento Salida: Corona

Relacin: 0,68:1 (superdirecta)

Marcha atrs :

Elemento Motor: planetario P2.

Elemento Reaccin: portasatlites.

Elemento Salida: Corona

Relacin: 2,11:1

Nota: en la marcha atrs la presin es 2 o 3 veces mayor que en las velocidades hacia adelante.

Actuacin de la caja de cambios automtica

Se llama umbral de paso al momento en que cambia de marcha.

En ascenso de velocidades el umbral de paso se retrasa.

En descenso de velocidades el umbral de paso se adelanta.

En la posicin P (parking) se bloquea mediante un trinquete el plato regulador almenado de bloqueo paraimpedir que el vehculo se mueva.

Para arrancar el vehculo debe estar en la posicin N o P.

Intervencin del conductor Sin intervencin del conductor

Pisar acelerador a fondo y soltar(Kickdown).

Por disminuir la velocidad del vehculo.

Pisar a fondo (acelerar). Actuando en la palanca, cambiasiempre que sea posible. Acelerador levantado del todo.

Principio de funcionamiento:

Se resume esquemticamente de la siguiente manera

Ruedas motor conductor! ! !Velocidad r.p.m. acelerador! ! !

! !

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Gama de marchasseleccionada

Seleccin de la mejormarcha en funcin de lasr.p.m.

Paso a la marchasuperior o inferior

!Marcha acoplada

Pedro Herrero Gonzlez Pgina 10

Exp. 39.990

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