Convertidor de par bloqueable

Antes de entrar en el tema, mencionar algunos comentarios sobre cajas de cambios automáticas.

Actualmente hay diferentes cajas de cambio que cuentan con programas de paso automático de las relaciones sin que intervenga el conductor, con la palanca en posición “D” (“drive”).

Que generalmente la palanca tenga las mismas posiciones no indica el tipo de tecnología en cuestión de la caja automática de ese automóvil.

Según las tecnologías utilizadas en las cajas automáticas, los sistemas para desarrollar el funcionamiento automático de paso de relaciones y conexión con el motor son bastante diferentes, por lo que decir que un coche tiene caja automática es incompleto.

La primera caja automática montada en grandes series fue con convertidor de par sustituyendo al embrague, engranajes epicicloidales y la inserción de las relaciones se hacía mediante discos en baño de aceite.

Esta caja se diseñó para el funcionamiento automático y después se ha complementado con selección manual/secuencial de las relaciones.

Otra caja con funcionamiento automático es la pilotada o robotizada, se basa en una caja manual con embrague y acoplamiento de las relaciones mediante sincronizadores.

Se incorpora un sistema electrohidráulico (o electrónico) para la inserción de las marchas y accionamiento del embrague, por lo que no hay pedal.

Es habitual que se utilicen dos embragues, en seco o baño de aceite, uno para las marchas impares y otro para las pares y marcha atrás, para agilizar y suavizar el paso de las relaciones.

Esta caja de cambios se desarrolló para utilización secuencial desde la palanca, al contar con control electrónico se añade el programa de paso automático de las marchas.

Una caja automática más es la CVT, transmisión de variación continua, se basa en que una correa o cadena de transmisión acopla en dos conjuntos de poleas cónicas, al aproximarse o separarse estas poleas van cambiando de forma continua la relación de transmisión.

La conexión con el motor suele ser con convertidor de par o embrague pilotado.

Al final del artículo se proponen otros enlaces al blog relacionados, en estos no se incluye la caja automática CVT Extroid que es bastante peculiar, tanto que le dedicaremos un próximo artículo.

El convertidor de par

Sobre la imagen de un automóvil en planta con motor longitudinal delantero de 6 cilindros en V y propulsión (tracción trasera), se identifican estos componentes de la caja automática con convertidor de par:

  • Volante motor
  • Convertidor de par
  • Caja de cambios automática
  • Detalle ampliado:
    • Se identifican en la imagen ampliada; volante motor, convertidor de par y caja automática
    • Estas son las posiciones de la palanca de cambios;
      • P (“Parking”) aparcamiento; se bloquean las ruedas motrices
      • R (“Reverse”) marcha atrás
      • N (“Neutral”) punto muerto
      • D (“drive”) automático; al actuar sobre el acelerador se van insertando automáticamente las relaciones
      • + y – accionamiento secuencial; para subir o bajar relaciones manualmente. Puede ser a la inversa, – y +. También se suele contar con mandos en el volante para las mismas funciones
    • Se ve a continuación el funcionamiento del convertidor de par;
      • El impulsor está conectado con el volante motor y recibe el par girando a las mismas RPM. Tiene álabes en su interior con determinada geometría
      • La turbina está frente al impulsor sin contacto. También tiene álabes en su interior
      • Entre el impulsor y la turbina hay otro elemento, en azul en la imagen, que se explica más adelante
      • El conjunto está en una cámara o cárter con aceite a presión
      • Así transmite el par el convertidor a la caja de cambios automática;
        • El aceite sale con fuerza y dirección desde el impulsor a la turbina que es arrastrada en el giro
        • El aceite retorna desde la turbina al impulsor repitiendo el ciclo
        • Las RPM de la turbina son menores que las del impulsor, es decir hay deslizamiento
      • Con el motor en marcha y la palanca en cualquier posición de movimiento el convertidor induce el efecto arrastre, por la presión de aceite dirigida desde el impulsor a la turbina. Para que no se desplace el automóvil se pisa el pedal de freno
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Ya se ha comentado que el elemento entre el impulsor y la turbina se explica seguidamente, como anticipo, este elemento es el que da el nombre de convertidor de par, de no ser por él sería el sistema explicado un turbo-embrague.

Detalles del convertidor de par

Se ve ahora el automóvil con caja automática de lado, motor longitudinal delantero y propulsión (tracción trasera):

  • El motor de 4 cilindros en línea con distribución OHC está en marcha
  • Funcionamiento del convertidor de par con imagen ampliada
  • Aparece junto a la imagen del coche el cuenta RPM y la palanca de cambios en P
  • Se pasa a D automático
  • Hasta unas 2.500 RPM
    • Desliza el convertidor de par; gira más rápido el impulsor que la turbina
    • El elemento que está entre ambas es el reactor; redirecciona el flujo de aceite para que retorne al impulsor en su mismo sentido de su giro aumentando el par motor. Sin reactor el flujo de aceite llegaría al impulsor en sentido opuesto reduciendo el par, sería un turbo-embrague
  • Tecnología de la caja de cambios automática con convertidor de par
    • Los engranajes son epicicloidales; unas coronas dentadas por el interior integran grupos de engranajes
    • Inserción de las relaciones por discos en baño de aceite; cuando estos discos acoplan grupos de piñones se denominan embragues, y si bloquean el giro de las coronas son frenos
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El accionamiento de los embragues y frenos se hace por la presión de aceite controlada por el calculador electrónico de la caja automática.

Detalles del deslizamiento del convertidor de par

Se ve de frente el automóvil con suspensión Mc Pherson, el motor es longitudinal con los cilindros en V y tracción (delantera), se representan el cuenta RPM y la palanca de cambios en posición P:

  • El motor está en funcionamiento
  • Pasa la palanca a D y el convertidor de par delante para ver su funcionamiento
  • Hasta más o menos 2.500 RPM gira más rápido el impulsor (verde) que la turbina (rojo), desligando el convertidor, a partir de este régimen se igualan las velocidades
  • Por debajo de 2.500 RPM el consumo de combustible es mayor que con caja de cambios manual o pilotada, ¿se puede evitar?
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El mayor consumo ha sido una de las causas de la demora en ser aceptada la caja automática con convertidor en Europa.

En Estados Unidos y Japón, entre otros países está tan asentada que es prácticamente equipo original en los automóviles.

Este consumo más alto se produce por el deslizamiento hasta las 2.500 RPM del convertidor, y también a causa del efecto arrastre en D con el motor en marcha estando el automóvil detenido con el freno, de hecho es un hábito de los conductores pasar a N en paradas con el motor en marcha.

Esta actuación ya no es útil, pues la tecnología de la caja automática actual lo ha solucionado técnicamente como se indica en otro artículo que se cita al final.

A continuación se va a explicar cómo se soluciona el deslizamiento del convertidor a bajas y medias RPM.

Convertidor de par bloqueable

Vehículo de lado con el convertidor de par bloqueable, cuenta RPM y palanca en P:

  • Se resalta el convertidor de par bloqueable y se amplía la imagen
  • Hay un dentado interior en las guías del impulsor (motor)
  • Unos discos, dos en este caso, engranan en las guías, se pueden desplazar longitudinalmente girando a la vez que el impulsor
  • Otro disco (pueden ser varios) engrana en el eje de la turbina y gira con esta, pudiéndose desplazar longitudinalmente
  • Los discos están separados, el impulsor mueve la turbina por presión de aceite con el efecto multiplicador del reactor y deslizamiento a bajas/medias RPM
  • Unos empujadores por presión de aceite están junto al disco exterior del impulsor sin ejercer presión
  • Nada más iniciar la marcha en 1ª el embrague en baño de aceite, conformado por el conjunto de discos, bloquea el convertidor impidiendo que deslice
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El efecto de bloqueo del convertidor se produce cuando ya no es útil el deslizamiento, principalmente al iniciar la marcha y a veces al cambiar de relación.

Cómo la inserción de las marchas se hace mediante discos en baño de aceite, embragues y frenos, el convertidor se desbloquea en marcha solamente para evitar tirones ante cambios bruscos de relación, por lo que en aceleraciones suaves no interviene mucho.

Esta actuación reduce sensiblemente el consumo de combustible de la caja de cambios automática con convertidor.

Se han utilizado imágenes didácticas para las explicaciones, pues la conexión entre el impulsor y el volante motor, y los acoplamientos de los discos con el impulsor y turbina se hacen mediante ejes o árboles concéntricos.

Actuación del convertidor de par bloqueable

Se ve el vehículo de frente con la misma implantación que el anterior en esta vista, se representa el cuenta RPM y la palanca en P:

  • Con el motor en marcha se ve el impulsor, la turbina y dos discos del embrague de bloqueo, uno gira con el impulsor y el otro con la turbina
  • Al poner la palanca en D el automóvil comienza a desplazarse
  • El convertidor de par desliza, gira más rápido el impulsor que la turbina, durante el inicio de la marcha, bloqueándose a continuación.
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Para conjugar lo mejor posible el confort y agilidad en los cambios de relaciones en la caja automática con convertidor bloqueable, se suele disponer de programas de selección manual, por ejemplo; confort o eco, sport y sport +.

En confort o eco la transición entre relaciones es suave primando el confort y en D se cambia a bajas RPM (menos consumo).

En sport se pasa de relaciones más rápidamente y a más RPM aportando más prestaciones.

En la posición sport + los cambios son muy rápidos notándose un cierto tirón, es un efecto buscado, y se hacen a RPM más altas.

Caja de cambios automática con convertidor de par bloqueable

Se parte de la radiografía de una caja automática con convertidor de par bloqueable:

  • Elementos del convertidor de par bloqueable; impulsor, reactor, turbina y discos en baño de aceite
  • Identificación de estos componentes fuera y dentro de la caja automática
    • Impulsor; recibe el par motor
    • Reactor; redirecciona el retomo de aceite al impulsor en su mismo sentido de giro multiplicando el par motor hasta unas 2.500 RPM. Al bloquearse el convertidor no interviene el reactor
    • Turbina; recibe el aceite a presión desde el impulsor y con efecto de giro, siendo arrastrada a menos velocidad hasta medio régimen. Al bloquearse el convertidor se igualan las velocidades de impulsor y turbina
    • Discos en baño de aceite; conforman el embrague de bloqueo del convertidor, unos giran con el impulsor y otro/s con la turbina. Cuando se acoplan por presión de aceite se bloquea el convertidor girando simultáneamente el impulsor y la turbina
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Con el bloqueo del convertidor de par, y la eliminación del efecto arrastre en detenciones con el motor en marcha y palanca en D, el consumo de esta caja de cambios es prácticamente como en la manual o pilotada, con más confort de utilización que ambas; que la manual es evidente y con relación a la pilotada es más suave en los cambios de relación.

El hecho de que el convertidor multiplique el par motor a bajas RPM permitía que esta caja automática tuviese menos relaciones, 3 al principio para ir aumentando después, pues la multiplicación del par es una ayuda.

Al bloquearse el convertidor se elimina la multiplicación del par, pero al tener actualmente más relaciones, lo habitual es de 6 a 8, y ya hay de 9 y en breve de 10, se pueden acortar las primeras marchas compensando la menor multiplicación del par motor.

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