Transmisión automática con convertidor de torsión: disposición y características

No se desmaye, aquí no hay nada complicado. Se lo explicaremos todo ahora. Pero primero, aclaremos la terminología. El hecho es que mucha gente llama erróneamente a una transmisión automática dos unidades conectadas entre sí: la propia caja de cambios y el convertidor de torsión.

El convertidor de torsión consta de dos máquinas con paletas: una bomba de hélice y una turbina centrípeta. Hay un aparato de guía, un reactor, entre ellos. El impulsor está conectado rígidamente al cigüeñal del motor, la turbina al eje de la caja de cambios. El reactor, dependiendo del modo de funcionamiento, puede girar libremente o puede bloquearse con la ayuda de un embrague de rueda libre.

La transmisión de torsión  desde el motor a la caja de cambios se realiza mediante flujos de fluido de potencia (aceite) que es arrojado por las palas del impulsor sobre las palas de la turbina. Se proporcionan espacios mínimos entre el impulsor y la turbina, y sus álabes reciben una geometría especial que forma un círculo continuo de la circulación del fluido de potencia. Entonces, resulta que no hay una conexión rígida entre el motor y la transmisión. Esto asegura que el motor funcione y el automóvil se detenga con la marcha engranada, y también contribuye a la transmisión suave de la fuerza de tracción.

El embrague hidráulico puede simplemente transmitir la torsión  sin transformar su valor. Para cambiar la torsión, se introduce un reactor en el diseño del convertidor. Esta es la misma rueda con palas, pero al tener la conexión con una carcasa de la caja de cambios, no gira (hasta cierto punto). Las palas del reactor están ubicadas en el camino por el que el aceite regresó de la turbina a la bomba y tienen un perfil especial. Cuando el reactor está inmóvil (un modo de convertidor de torsión), aumenta el caudal del fluido de potencia que circula entre las ruedas. Cuanto mayor sea la velocidad del movimiento del fluido, mayor será su energía cinética y mayor será el impacto que tiene en la rueda de la turbina. Gracias a este efecto, la torsión desarrollada en el eje de la rueda de la turbina se puede aumentar significativamente.

Imagínese una situación estándar: la marcha ya está engranada y estamos parados y presionando el pedal del freno. ¿Qué pasa en este caso? La rueda de la turbina está estacionaria y la torsión es entre una y media y dos veces mayor (según el diseño) de lo que desarrolla el motor a estas revoluciones. Por cierto, cuanto mayor sea la velocidad del motor, mayor será la torsión en el eje de salida del convertidor de torsión. Simplemente suelta el pedal del freno y el coche arranca. La aceleración continuará hasta que la torsión en las ruedas sea igual a la de la resistencia de la carretera.

Cuando la rueda de la turbina se acerca a la velocidad de rotación de la rueda de la bomba, la rueda del reactor se suelta y comienza a girar junto con dos “socios”. En este caso, dicen que el convertidor de torsión ha cambiado al modo de embrague hidráulico. Esto reduce las pérdidas y aumenta la eficiencia del convertidor de torsión.

Y dado que no es necesario convertir la torsión y la velocidad en algunos casos, el convertidor de torsión se puede bloquear por completo en ciertos momentos con la ayuda de un embrague de fricción. Este modo ayuda a llevar la eficiencia de la transmisión a casi uno, el deslizamiento entre las ruedas de paletas es, por definición, imposible en este caso.

Pero imagine una situación así. Conduce en línea recta y de repente comienza a subir. La velocidad del automóvil comenzará a disminuir y la carga sobre las ruedas motrices aumentará. El convertidor de torsión responderá inmediatamente a este cambio. Tan pronto como la velocidad de rotación de la turbina disminuya, la rueda del reactor disminuirá automáticamente, como resultado, la velocidad de circulación del fluido de potencia aumentará, lo que conducirá automáticamente a un aumento en la torsión que se transmitirá al eje desde la rueda de la turbina (piense en las ruedas). En algunos casos, la torsión aumentada es suficiente para subir una pendiente sin cambiar a una marcha más baja.

Dado que el convertidor de torsión no puede convertir la velocidad de rotación y la torsión transmitida dentro de un amplio rango, se le adjunta una caja de cambios de varias velocidades que, además, puede proporcionar rotación inversa (en otras palabras, marcha atrás). Las cajas que funcionan en conjunto con los convertidores de torsión suelen incluir varios engranajes planetarios y tienen mucho en común con las cajas de cambios manuales que nos son familiares.

En una caja de cambios manual, los engranajes están en constante acoplamiento, mientras que los impulsados ​​giran libremente en el eje secundario. Al cambiar a cualquier marcha, bloqueamos mecánicamente la marcha correspondiente en el eje impulsado. El funcionamiento de la transmisión automática se basa en el mismo principio. Pero los engranajes reductores planetarios tienen algunas características interesantes. Incluyen varios elementos: un portador de piñón, piñones, engranajes solares y anulares.

Al girar algunos elementos y fijar otros, dichos engranajes reductores pueden cambiar las relaciones de transmisión, es decir, la velocidad de rotación y la fuerza transmitida a través del engranaje planetario. Los engranajes planetarios se impulsan desde el eje de salida del convertidor de torsión, y sus elementos correspondientes se fijan con bandas de fricción y paquetes de fricción (en una caja de cambios mecánica, este papel lo desempeñan los sincronizadores y embragues de bloqueo).

La transmisión se acopla de la siguiente manera. El embrague es presionado por un taqué hidráulico, que a su vez es accionado por la presión del fluido de potencia, el que se usa en el convertidor de torsión. Esta presión es creada por una bomba especial, y se distribuye entre los correspondientes embragues de engranajes bajo el firme control de la electrónica mediante el uso de un sistema especial de electroválvulas electromagnéticas de acuerdo con el algoritmo de la caja.

Una diferencia significativa entre las transmisiones automáticas y las transmisiones manuales convencionales es que las marchas en las primeras se cambian casi sin una interrupción en la entrega de torsión. Uno está comprometido, el otro se desconecta casi en el mismo momento. Las sacudidas fuertes durante la conmutación casi se eliminan, ya que son amortiguadas por el convertidor de torsión ya mencionado anteriormente. Aunque, debe tenerse en cuenta, las cajas de cambios modernas con un ajuste deportivo no pueden presumir de un funcionamiento suave. Las sacudidas durante su funcionamiento son causadas por un cambio de marchas más rápido: esta disposición permite ahorrar una cierta cantidad de tiempo durante la aceleración, pero conduce a un desgaste acelerado de los embragues. Esto también afecta negativamente a la transmisión y al chasis en su conjunto.

Los sistemas de control eran íntegramente hidráulicos en transmisiones automáticas de primera generación. Más tarde, la hidráulica se mantuvo solo como una parte ejecutiva del sistema de control. Gracias a él, es posible implementar varios algoritmos para el funcionamiento de la caja: aceleración fuerte, deportivo, económico, modos de invierno …

En el modo deportivo, por ejemplo, el empuje del motor se usa al cien por cien. El acoplamiento de cada engranaje subsiguiente se produce en las frecuencias del cigüeñal a las que se desarrolla la torsión máxima. Con una mayor aceleración, la velocidad de rotación del cigüeñal se lleva a los valores máximos a los que el motor desarrolla la máxima potencia. Etcétera. En este caso, el automóvil desarrolla aceleraciones significativamente mayores en comparación con las realizadas durante el funcionamiento de los programas económicos y normales.

En la mayoría de los automóviles modernos con transmisión automática, ciertos algoritmos de control se activan según el estilo de conducción. La electrónica adapta el funcionamiento del tándem motor-transmisión por sí misma. La computadora, analizando la información de numerosos sensores, toma la decisión de cambiar de marcha en ciertos momentos, dependiendo de la naturaleza requerida de los cambios. Si la conducción es moderada y suave, el controlador realiza las correcciones adecuadas en las que el motor no funciona en los modos de potencia, lo que tiene un efecto positivo en el consumo de combustible. Tan pronto como el conductor “se pone nervioso” y comienza a pisar el acelerador con más frecuencia y bruscamente, la inteligencia artificial comprende de inmediato que el exceso de velocidad y la aceleración deben hacerse más rápido, y la unidad de potencia comenzará a funcionar inmediatamente de acuerdo con el programa deportivo. Si el conductor pedalea con suavidad, la electrónica “inteligente” cambiará la caja de cambios y el motor al funcionamiento normal.

Un número cada vez mayor de automóviles está equipado con cajas de cambios en las que, junto con el modo automático, se proporciona un modo de control semiautomático. Aquí, el conductor da los comandos para cambiar de marcha y el sistema de control proporciona los interruptores. Pero esto no significa que la electrónica le permita volverse loco. La velocidad de cambio de una marcha a otra a menudo aumenta en este modo, pero muchos fabricantes mantienen el tiempo de conmutación igual que en el modo automático, cuidando la vida útil de la unidad de potencia. Los fabricantes de automóviles llaman a estos sistemas de diferentes maneras: Autostick, Steptronic, Tiptronic.

Por cierto, recientemente se pueden sintonizar algunas transmisiones automáticas. Y esto fue posible gracias a la reprogramación de las unidades de control del motor y la caja de cambios. En aras de la velocidad de aceleración, los momentos de cambio de marchas en el programa de control de la transmisión automática se modifican y el tiempo de conmutación se reduce significativamente.

La electrónica se vuelve más inteligente año tras año. Se ha enseñado a las computadoras a analizar el grado de desgaste por fricción y generar la presión adecuada requerida para acoplar cada embrague. Al registrar la presión, es posible predecir el grado de desgaste de los discos de fricción y, por tanto, de la caja de cambios en su conjunto. La unidad de control monitorea constantemente la capacidad de servicio del sistema, registrando los códigos de falla de aquellos elementos en los que ocurrieron fallas durante la operación.

La unidad de control comienza a funcionar según el programa de bypass en algunos casos de fuerza mayor. Por lo general, todos los cambios están prohibidos en la caja de cambios en modo de emergencia y, por regla general, cualquier marcha está engranada, la segunda o la tercera. En este caso, no se recomienda operar el automóvil (y no funcionará), pero el programa lo ayudará a llegar al taller de reparación por sus propios medios.

Todos los tipos de cajas de cambios pueden alegrar a los propietarios de automóviles con su servicio con una carrera de más de 200 mil kilómetros. Pero hay una cosa: el funcionamiento sin problemas es posible con un mantenimiento adecuado y una inspección calificada regular.

Modos de transmisión automática

P – Estacionamiento (Parking). En este modo, todas las marchas se desacoplan, el eje de salida de la caja de cambios y la línea de transmisión conectada a las ruedas motrices se bloquean mediante el mecanismo de bloqueo de la caja. Con el motor en funcionamiento, el limitador de velocidad del cigüeñal se activa mucho antes que durante la aceleración. Este método “infalible” no le permite forzar el motor y palear el líquido de la transmisión en vano.

R – marcha atrás (Reverse).

N – neutro. En este modo, el motor y las ruedas motrices no están conectados. El automóvil puede deslizarse, también se puede remolcar sin levantar el eje motriz.

D – marcha (Drive) le permite moverse. En este modo, las marchas se cambian automáticamente.

El modo S, Sport, PWR, Poder de Cambio es el más dinámico y el más derrochador. Durante la aceleración, el motor pasa al modo de máxima potencia. Se puede aumentar la velocidad de cambio de marcha (según el diseño y el programa). El motor en este caso siempre está tonificado, por regla general, trabajando a velocidades que no son inferiores a aquellas a las que se desarrolla al máximo. Olvídese de la economía.

Kick-down es un modo en el que se lleva a cabo el cambio descendente para una aceleración intensa, por ejemplo, al adelantar. Se produce una aceleración brusca debido al hecho de que el motor se pone en máxima eficiencia y debido a una mayor relación de transmisión del engranaje reductor. Para que la transmisión cambie a este modo, debe pisar el acelerador correctamente. En transmisiones de una generación anterior, era necesario pisar el acelerador, como dicen, “a fondo”, hasta que se escuchaba un característico clic, para activar el Kick-down.

Cuando se opera en el modo de sobremarcha u O/D, la marcha se activará con más frecuencia, poniendo el motor a una velocidad reducida. Overdrive proporciona una conducción eficiente, pero su activación puede provocar una pérdida significativa de dinámica.

Norm implementa el modo de conducción más equilibrado. Los cambios ascendentes, por regla general, se producen cuando se alcanza la velocidad media del motor y a velocidades ligeramente superiores a la media.

Si coloca el selector en “1” (L, Low), “2” o “3“, su caja de cambios no cambiará por encima de la marcha seleccionada. Los modos tienen demanda en condiciones de carretera severas, por ejemplo, al conducir en carreteras de montaña o remolcar otro automóvil. En este caso, el motor puede funcionar en el rango de cargas medias y altas sin un cambio ascendente.

W, invierno, nieve: para evitar el deslizamiento de las ruedas motrices, el automóvil arranca con la segunda marcha en este modo. Para no causar un deslizamiento innecesario, las marchas se pueden cambiar con más suavidad y a velocidades más bajas. Al mismo tiempo, es posible que la aceleración no sea demasiado dinámica.

Los signos de “+” y “-” no determinan la posición, sino la posibilidad de un cambio de marcha manual. Los diferentes fabricantes le permiten “mezclar” las marchas de diferentes maneras: con un selector de transmisión automática, botones en el volante o levas de cambio montadas en el volante. En este modo, la electrónica no le permitirá cambiar a aquellas transmisiones que, en su opinión, son inapropiadas. Cuando se opera con los signos de “+” y “-”, la velocidad del cambio de marchas no será mayor que la establecida por el programa en el modo Sport. La ventaja del modo manual es la capacidad de actuar por delante de la curva.

Esta es una traducción. Puede leer el original aquí: https://www.drive.ru/technic/4efb330d00f11713001e3660.html