«Se instala un variador continuamente variable en el automóvil»: muchos de nosotros nos hemos encontrado con esa frase al hojear los catálogos de automóviles. O podrías ver esta combinación de palabras en una tabla de características técnicas. Todo el mundo sabe lo que es una transmisión manual (excepto los estadounidenses), todos también han estado acostumbrados a una caja de cambios automática durante mucho tiempo (especialmente los estadounidenses). Un variador es relativamente desconocido, pero no es una novedad.
Te sorprenderá saber que este invento no pertenece a Honda ni a Mercedes. ¡La patente del variador se emitió a finales del siglo XIX! Además, el primer variador se inventó en 1490. El bonachón barbudo Leonardo da Vinci fue su autor.
Sin embargo, el primer automóvil viable con este tipo de transmisión no apareció en el Renacimiento, sino más tarde, unos quinientos años después, en la década de 1950. El variador se instaló comercialmente en automóviles DAF (en ese momento, no solo se producían camiones, sino también automóviles de pasajeros bajo esta marca). Luego, Volvo comenzó a producir algo similar, pero los variadores se han generalizado realmente únicamente ahora.
De hecho, el variador (también transmisión continuamente variable) es, perdonen la tautología, una variación de una transmisión automática. Y a primera vista, el automóvil equipado con él no se confunde de ninguna manera: solo hay dos pedales y una palanca de cambio de modo de transmisión: P, R, N, D, la misma que la de un automóvil con transmisión automático convencional. Todo es familiar, pero el variador funciona de una manera completamente diferente. No hay cambios fijos de primera, segunda o décima en él. Intenta imaginar cuántas estrellas hay en nuestro universo o cuántos granos de arena hay en todas las playas de la Tierra juntas: el variador todavía tiene muchos más cambios. Y el «cambio de marcha» es suave e imperceptible.
Es por eso que no hay tirones al arrancar y «cambiar». Y no en vano escribimos esta palabra entre comillas: no hay turnos como tales. El variador cambia de forma continua y suave la relación de transmisión a medida que el automóvil acelera o desacelera.
Existen varios tipos de variadores: de correa trapezoidal con poleas regulables, de cadena, toroidales… El primer tipo es el más común. Vamos a ver cómo funciona. Aquí hay un buen ejemplo: tomemos dos lápices (cilindros) paralelos a cierta distancia uno del otro. Los juntamos con una banda elástica y comenzamos a girar uno de ellos. El segundo comienza a girar inmediatamente, a la misma velocidad. Pero si los lápices son de diferentes diámetros, es una historia bastante diferente, mientras que uno de ellos, que es más grande, dará una vuelta, el segundo, digamos, – dos.
El variador se ve así, pero el diámetro de los «lápices» cambia constantemente. Tiene dos poleas, cada una de las cuales está hecha en forma de un par de conos uno frente al otro con extremos puntiagudos. Y una correa en V está sujeta entre las poleas.
Ahora, si cada uno de los pares de conos puede moverse entre sí y hacia atrás, obtendremos poleas con un diámetro variable. Después de todo, cuando los conos se separan, la correa que está en contacto con ellos con sus nervaduras caerá al centro de la polea y la rodeará a lo largo de un pequeño radio. Y cuando se acercan los conos, a lo largo de un radio grande.
Solo queda proporcionar a ambas poleas un sistema (por regla general, es hidráulico, pero también puede haber algún otro servo), que cambiará estrictamente de manera sincronizada las mitades de la primera polea y empujará las mitades de la segunda. Y si una polea está en el eje de transmisión (que va desde el motor) y la segunda está en el eje de transmisión (que va a las ruedas), es posible organizar un cambio en la relación de transmisión dentro de un rango muy amplio.
Todo lo que queda es agregar una unidad que se encargue de cambiar la dirección de rotación del eje de salida (para la marcha atrás), y esto puede ser, digamos, un engranaje planetario ordinario. Y la caja de cambios del variador está lista.
Por cierto, hay una pregunta interesante: ¿qué tipo de correa se usa aquí? Por supuesto, una correa ordinaria hecha de caucho y tela, como las que hacen girar los generadores y otros accesorios, no duraría ni mil kilómetros aquí. Los variadores de correa en V tienen una disposición compleja.
Puede ser una cinta de acero con un cierto revestimiento o un conjunto de cuerdas de acero (cintas) con una sección compuesta, en las que se ensartan una gran cantidad de delgadas placas transversales de acero de forma trapezoidal, cuyos bordes se acoplan a las poleas. De hecho, de esta manera fue posible crear una correa de empuje que transmite potencia no solo a la mitad de la misma que va desde la polea conducida a la motriz, sino también a la opuesta. Una correa ordinaria, al tratar de transmitir una fuerza de compresión, simplemente se pliega, y una de acero ensamblada adquiere rigidez.
Por cierto, una cadena de acero de placa ancha también se puede usar como correa trapezoidal, tocando los conos con sus bordes. Es un «cinturón» de este tipo que funciona en los variadores de los automóviles Audi.
Curiosamente, para lubricar la cadena se utiliza un líquido especial, que cambia su estado de fase bajo una fuerte presión que surge en el punto de contacto con la polea. Gracias a esto, la cadena puede transmitir una fuerza significativa, casi sin resbalar, a pesar de tener un área de contacto muy pequeña.
La forma en que el variador cambiará la relación de transmisión durante la aceleración depende del programa de control seleccionado. Cuando aceleramos en un automóvil convencional, aceleramos el motor en cada marcha, luego cambiamos a la siguiente, y así sucesivamente. Cuando un coche con variador acelera, el motor permanece en las mismas revoluciones (digamos, en las revoluciones correspondientes a un par máximo), pero la relación de transmisión cambia suavemente.
Esto crea una sensación algo extraña. Presionas el acelerador a fondo, el motor va a altas revoluciones y permanece en ellas durante toda la aceleración, aullando como una aspiradora. Pero la tasa de aceleración es alta y no se pierde tiempo cambiando de marcha.
Sin embargo, en algunos casos, el variador se ajusta para que la aceleración con él se asemeje más a un aumento de velocidad con una caja de cambios convencional, con un aumento gradual de la velocidad del motor.
Por supuesto, cuando intenta subir una colina o reducir la velocidad del automóvil, el variador inteligente no dejará la marcha alta, a pesar de presionar el pedal del acelerador. Las poleas se moverán rápidamente hacia atrás para un asalto de altura seguro, para aumentar el par en la salida de la caja de cambios.
Y en algunos automóviles, también puede elegir un modo con varias marchas “virtuales” (con 6 o incluso 8) configuradas electrónicamente. Engranajes, entre los cuales el variador saltará bruscamente, como una transmisión automática clásica. En este caso, también puede cambiar de «marcha» a voluntad. Como en una caja de cambios automática con modo secuencial manual.
Por lo tanto, el variador tiene muchas ventajas. Pero también hay inconvenientes. Por ejemplo, una potencia de motor «digerida» relativamente pequeña, según los estándares modernos. No en vano, tales cajas de cambios comenzaron su marcha alrededor del mundo en automóviles de clase pequeña. E incluso ahora, los automóviles potentes suelen estar equipados con cajas de cambios mecánicas, automáticas clásicas o semiautomáticas.
Sin embargo, hay progreso. Y aquí, es imposible no recordar a los poseedores de récords. Por ejemplo, el variador de correa trapezoidal Multitronic (con cadena) del Audi A4 2.0 TFSI hace frente a un flujo de 200 “caballos” sin ningún problema.
Se podría argumentar que la Clase D no lo es todo. 200 HP ya no pueden llamarse una cantidad tan grande para autos ejecutivos y de clase ejecutiva, y especialmente para un SUV grande. Pero los logros de los variadores más modernos no se limitan a esto. Entonces, el crossover Nissan Murano con un V6 de 3.5 litros con una capacidad de 234 HP está equipado con el variador de correa trapezoidal X-Tronic. Este es uno de los modelos más grandes y pesados equipados con un variador. ¿Y qué pasará mañana?
La segunda desventaja de los variadores es el mantenimiento y la reparación relativamente costosos, líquido de transmisión especial y, por lo tanto, no barato. Los variadores de correa pueden requerir el reemplazo de la correa cada 100-150 mil kilómetros. Al mismo tiempo, el aceite cuesta un poco más que uno para una transmisión automática, pero se puede reemplazar con un poco menos de frecuencia, aproximadamente después de 40-50 mil kilómetros para diferentes modelos de automóviles.
Y, sin embargo, los variadores se están volviendo cada vez más comunes en automóviles de varias clases, además, suelen ser más baratos que las buenas cajas de cambios automáticas del tipo clásico.
Dado que los variadores tienen infinidad de marchas, permiten que el motor funcione en los modos más favorables, ya sea que necesitemos la máxima potencia (en carreras de semáforos), o, por el contrario, suavidad y el menor consumo de combustible (cuando se conduce con calma). Por lo tanto, los modelos con variadores se distinguen, en igualdad de condiciones, por una alta eficiencia combinada con una dinámica no menos decente.
Por cierto, recientemente ha habido una tendencia hacia un aumento en el número de marchas en las cajas de cambios automáticas clásicas. En los últimos modelos, ya hay 8 marchas (observemos, en un automóvil de pasajeros). Y esto se hace precisamente por la combinación de alta dinámica y eficiencia. ¿Veremos pronto cajas de cambios automáticas de diez o incluso doce marchas? Pero los variadores ya están allí, donde nunca llegarán las transmisiones automáticas ordinarias con sus juegos de engranajes planetarios conmutables. Después de todo, el número de marchas en el variador es infinito.
Esta es una traducción. Puede leer el original aquí: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e32e2.html
