Nuevas Tecnologías: Cajas de velocidades, hay una para cada necesidad

septiembre 26, 2017
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La caja de velocidades es una de las partes más importantes de un auto. Hoy se puede elegir entre varias opciones, desde las clásicas manuales hasta las robotizadas, pasando por las automáticas tradicionales o las secuenciales y las de doble o triple embrague. Hay una para cada necesidad. Es por eso que en la sección Nuevas Tecnologías te contamos todo lo que tenes que saber para poder elegir la que más te convenga.

La caja de velocidades es un mecanismo capaz de variar la relación entre el número de revoluciones del motor y el de las ruedas motrices del auto. Pero ¿cómo nacieron las cajas de velocidades?

El ingeniero alemán Karl Benz fue el primero en preocuparse del problema del cambio en la relación de velocidades para poder salvar cuestas pronunciadas. Benz ideó el dispositivo de cambio denominado “kripto”, el cual se componía de un tren de engranajes epicicloidales que proporcionaba dos combinaciones: una de reducción y otra de transmisión directa, además de la marcha atrás.

La introducción en el campo automovilístico de la primera caja de engranajes corredizos se debe a Gotlieb Daimler y a Whihelm Maybach. Esta caja tuvo una extraordinaria difusión desde 1894 hasta 1896, especialmente en los automóviles Panhard & Lavassor propulsados por motores Daimler.

Luego de esta breve introducción histórica, te contamos cuáles son las opciones que se ofrecen actualmente en materia de cajas de velocidades.

Las cajas manuales son las más usadas en la mayoría de los automóviles en todos los países, savlo en Estados Unidos, donde domina desde hace décadas la transmisión automática.

Esta opción es la solución más liviana, compacta y barata, y que menos energía extrae del motor. En la caja manual las velocidades se introducen mediante la palanca de cambio. Este proceso funciona a través de una serie de cables bowden o palancas, las cuales las piezas encargadas de engranar cada marcha.

Todos sabemos que para cambiar de marcha hay que pisar el embrague, pero no siempre es así. Otra opción de las cajas manuales son las robotizadas. En este caso,  el embrague y los selectores de cambio son accionados por un sistema robotizado electro-hidráulico instalado sobre la caja manual. El pedal de embrague y la clásica palanca de cambios en “H” desaparecen. La suavidad y la rapidez dependen de la calidad de la caja y del sistema robotizado.

Pasemos ahora a las cajas de transmisión automática. Éstas pueden ser convencionales o con bloqueador de convertidor de par. En este tipo de cajas, el sistema hidráulico y el convertidor de par, más una serie de embragues de láminas y engranajes planetarios, son los que se encargan de realizar el cambio de velocidades automáticamente. Hay una transmisión del tipo secuencial de control electrónico y otras que bloquean el convertidor de par para ahorrar combustible bajo determinadas condiciones de marcha.

Estas cajas disponen de un embrague que permite “saltear” la turbina hidráulica que conecta el motor a la caja en todas las marchas. Esto se produce gracias a la “función de bloqueo del convertidor”.  Estas cajas son capaces de ir a cualquier marcha sin pasar por las intermedias, e incluso engranar dos marchas al mismo tiempo durante un breve instante para aumentar su rapidez.

Se puede decir que esta caja automática es un mix entre las automáticas y las manuales. Combina la rapidez y la respuesta instantánea del acelerador de las cajas manuales con la suavidad clásica de la transmisión automática.

Las transmisiones automáticas pueden llegar a ser de 10 y 11 velocidades. La pick up Ford F 150 tiene 10, al igual que el Chevrolet Camaro ZL 1. El NSX de Honda es uno de los modelos que presenta una caja de 11 relaciones hacia adelante con triple embrague. Esta caja fue  diseñada por el ingeniero Izumi Masao. Con tantas velocidades se pretende eliminar por completo la pérdida de par que aún se verifica en las transmisiones de doble embrague. Además aportan mayor rapidez, suavidad y eficiencia.

Las cajas automáticas actuales traen incorporado en algunos de sus modelos un sistema eléctrico  de alternador-motor de arranque. Este sistema es controlado por microprocesador. Estas cajas son las llamadas “transmisiones híbridas” y representan el futuro, sobre todo cuando el sistema eléctrico de 48 voltios se haga popular.

Otra opción disponible en el mercado es la caja de doble embrague. Esta transmisión cuenta con  dos cajas de velocidades que funcionan juntas. Una funciona para las marchas pares y otra para las impares. Si bien hay dos cajas, solo una de ellas está conectada y transmite la fuerza del motor a las ruedas en todo momento. La otra “espera” con la velocidad conectada o “preseleccionada” a que llegue el momento en que se realice el cambio. Esta tarea es encomendada a dos embragues, uno por caja, de ahí su nombre.

En este diseño el empuje no se interrumpe al cambiar. Si bien no es el tipo de caja más rápida, es muy efectiva y tanto las subidas como las bajadas de velocidades las hace con suficiente suavidad. La caja de doble embrague consume poca  energía, ocupa poco especio y es mucho más liviana que una transmisión automática convencional. Esta caja se popularizará rápidamente.

Por último, hay una opción de transmisión variable continua. Esta caja tiene más de medio siglo de vida, y a lo largo del tiempo ha adoptado diversas formas. La transmisión Variomatic de la compañía holandesa DAF fue la que sentó las bases técnicas de transmisión variable continua.

En esta disposición el movimiento se transmite mediante dos poleas de diámetro variable que están unidas por una correa metálica o una cadena en vez de engranajes. De esta manera, la relación de transmisión aumenta continuamente a medida que crece el diámetro de las poleas. Las relaciones de transmisión son infinitamente variables.

En la actualidad, la transmisión variable continua es utilizada en varios de los modelos japoneses  y europeos, así como en modelos de Jeep y Dodge de los Estados Unidos. Honda desarrolló su propia tecnología, utilizando el concepto de polea y correa de acero, y ha llegado un poco más lejos al adoptar un sistema de embrague “húmedo” de discos múltiples para el inicio de la marcha desde la posición de detenido.

La opción más sofisticada del mercado es la Multitronic de Audi. La clave principal de esta caja está en el elemento de transmisión. En vez de utilizar correas metálicas, la Multitronic utiliza una cadena, la cual funciona en tensión en un baño de aceite entre dos pares de poleas cónicas de diámetro variable. La cadena es presionada fuertemente por las paredes de los conos. Las poleas aprietan a los eslabones con una presión de hasta 6,6 toneladas.  Esta caja tiene además una función secuencial que permite seleccionar seis posiciones en las poleas del variador mediante una palanca tradicional o a través de comandos en el volante. De este modo el conductor puede influir en la forma de respuesta de la caja según sus preferencias de manejo.

La transmisión Extroid de Nissan utiliza unidades toroidales gemelas de transmisión variable continua. En este caso, la transmisión es repartida entre las distintas unidades para lograr que el conjunto sea más delgado.

Mazda también presentó una ingeniosa transmisión.  Ésta combina dos unidades de transmisión variable continua  con forma semi-toroidal y un tren de engranajes epicicloidales de dos velocidades, más dos embragues automáticos. Para arrancar, los trenes epicicloidales reducen la relación total para aumentar el par motor de salida. Cuando la velocidad es alta, la propulsión se toma directamente de la salida de unidad toroidal.

Como conclusión podemos afirmar que nunca como hasta ahora se ha podido elegir entre tantos tipos de cajas de velocidad. Un claro beneficio para los automovilistas porque pueden optar por el modelo que más le conviene o agrada.

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