lunes, 8 de julio de 2013

Cajas de cambio 5ta parte


Caja de cambios de "variador continuo" CVT (Continuously Variable Transmission)


El variador continuo para la transmisión es muy utilizado en los ciclomotores. También se esta empezando a utilizar en los automóviles desde los años 60, aunque no ha tenido mucho éxito hasta ahora. En teoría, las cajas de cambio de variación continua son la transmisión ideal, ya que varían la relación de velocidades continuamente, por lo que podemos decir que es una transmisión automática con un numero infinito de relaciones. Esta característica nos permite movernos en la curva de potencia máxima, algo imposible con las cajas automática o manuales, en las que se produce un escalonamiento o salto entre las diferentes velocidades.




Un variador continuo es un sistema de transmisión que cuenta con dos poleas cuyo diámetro interior efectivo es variable. La transmisión entre las dos poleas se realiza mediante una "correa" elaborada con eslabones metálicos de forma que al variar el diámetro de las poleas se va variando progresivamente la relación de desmultiplicación. Al ser la correa un elemento inextensible, la apertura de una de las poleas implica la reducción del diámetro de la otra, aun asi, se consigue un número infinito de desarrollos consiguiendo una variación continua de la marcha. De ahí que a este sistema también se le denomine cambio automático de transmisión continua.



En la figura inferior se muestra la disposición de estas dos poleas. Si la cara desplazable de la polea conductora que transmite el par del motor se acerca a la otra cara, el diámetro efectivo de la polea se hace mayor. La correa al tener una longitud prácticamente constante gira en la polea conducida en diámetros efectivos menores como consecuencia de la apertura de la polea mediante el desplazamiento de una de sus caras por lo que la desmultiplicación será menor.
El cambio de anchura de poleas y por tanto de diámetro efectivo se realiza mediante un control hidráulico que distribuye la cantidad de aceite a presión adecuada en cada instante. El control hidráulico tiene en cuenta en todo momento parámetros como la posición del acelerador, condiciones de utilización, velocidad del vehículo, régimen del motor y relación de desmultiplicación. Este mismo aceite a presión sirve además para lubricar todo el conjunto y para mantener tensada la correa de arrastre aplicando la justa presión sobre la polea conducida.



Actualmente la correa, transmite los esfuerzos por compresión, empujando el eslabón que le precede, en lugar de por tracción, como trabaja una correa convencional. Por tanto la tensión de la correa es un dato importante en el funcionamiento correcto de este sistema de cambio continuo. La tensión depende tanto del par motor que hay que transmitir en cada momento como de la relación de transmisión.

Al principio este tipo de cambio se utilizaba en automóviles de baja cilindrada, ya que la cadena solo resistía los esfuerzos producidos por motores de bajo par. En la actualidad se han conseguido cadenas o correas mas resistentes, que soportan mejor los valores de par de los automóviles de alta cilindrada.




Multitronic
Se trata de una transmisión CVT (Continuously Variable Transmission) fabricada por la empresa Luk, actualmente la más elaborada, sofisticada y eficaz del mercado. Audi es la marca que esta utilizando esta transmisión en sus vehículos.
Audi con su novedosa transmisión ha logrado doblar la frontera de los 15 kgm de par, situándolo en los 30 kgm. La clave principal de esta superación está en el elemento de transmisión. El Multitronic no monta una correa metálica sino una cadena, cuya configuración rompe por completo con las correas utilizadas hasta el momento. La cadena funciona en tensión en un baño de aceite entre dos pares de ruedas cónicas de diámetro variable.
El diseño y el peso reducido de este cambio reducen el consumo de combustible. Al igual que en el cambio Tiptronic de 5 velocidades, está disponible el modo de selección de marcha manual, pudiéndose seleccionar hasta seis etapas de marcha simuladas. En el modo automático del multitronic que calcula la relación de transmisión óptima con ayuda de un programa de regulación dinámico (DRP) según la carga del motor, las preferencias del conductor y las condiciones de marcha.
Una ventaja básica del variador en el sistema multitronic es la amplia relación entre la mayor y la menor desmultiplicación posible en la transmisión (1: 2,1 hasta 1:12,7) siendo, de este modo, superior a 6, lo cual representa casi un caso ideal para la transmisión que hasta ahora apenas sobrepasaba un valor de 5.
Gracias a esta característica, por una parte, se puede acelerar de forma deportiva y dinámica, debido a la mayor desmultiplicación posible y, por otra parte, se puede aprovechar completamente la menor desmultiplicación para potenciar el ahorro del combustible.



Las características de este cambio permite un doble manejo:

Automático. Se ha desarrollado una gestión con cierta capacidad adaptativa. Reconoce la forma de conducir y el perfil de la carretera, escogiendo los desarrollos más adecuados en cada momento. Audi lo llama DRP (Programa Dinámico de Regulación).

Secuencial. Mediante palanca tradicional o con mandos al volante. Para ello se fijan seis posiciones concretas de las poleas del variador.





El elemento de transmisión (cadena) es fuertemente presionada por las paredes de los conos. Las poleas aprietan a los eslabones con una presión de hasta 6,6 toneladas. Esta cadena es especialmente importante, ya que transmite la carga total de uno de los ejes de la transmisión al otro y, lo que es más, sin existir fuerzas de tracción. Tan sólo su fricción sobre las superficies cónicas de ambas poleas es capaz de transportar la carga. Audi se ha decidido por la cadena de láminas en lugar de por la correa articulada, habitual en las transmisiones
continuas CVT. El deslizamiento resultante entre cadena y poleas es tan reducido que los pernos, durante la vida de la transmisión, tan sólo se desgastan como máximo de una a dos décimas de milímetro.





En los cambios de variador de Nissan, Fiat y MG, al pisar el acelerador el motor elige un régimen de giro y lo mantiene mientras el coche gana velocidad. Esto, denominado "efecto goma", Audi lo evita optando por que la subida de régimen se produzca de forma progresiva, para evitar un ruido excesivo.

En resumen, las ventajas que proporciona el Multitronic son:

El resbalamiento es menor y no hay tantas pérdidas por intercambio térmico ya que no dispone de convertidor de par. Tiene un embrague multidisco gobernado electrónicamente.
Controla el resbalamiento de modo que si se está parado con el motor en marcha, el resbalamiento es mayor para que el motor no haga fuerza en vano. También es capaz de reconocer cómo arranca el conductor y, en función de eso, adecuar el resbalamiento. El embrague actúa entre 1000 y 3000 rpm.
Suave y rápido en modo automático con un kick-down muy marcado (reduce hasta 3 marchas si es necesario).
Amplia relación entre la mayor y la menor desmultiplicación que permite una mejor adaptación a las condiciones de conducción.
Se elimina el "efecto goma" de otros CVT. Esto se consigue con un doble pistón en el variador y la separación del flujo de aceite de alta presión y los circuitos de refrigeración, con lo que se consigue que la bomba de salida del circuito hidráulico sea más suave que una convencional.
Muy rápido en modo manual. Más rápido que ningún otro automático con posibilidad de manejo manual (sólo el Hypertronic del Primera se le aproxima). Suavidad exquisita tanto en aceleración como en reducción. Más rápida que la Tiptronic, pero con una sensación similar.

Para llegar a ser perfecto debería salvar los siguientes defectos:

Sonido alto y desagradable que da la sensación de un embrague patinando.
El funcionamiento en modo automático dista bastante de la eficacia mostrada por los cambios de Renault y PSA. Sobre todo, por la tendencia que tiene de buscar la marcha más larga a poco que se alivia la presión sobre el pedal del acelerador.
Tiene función kick-down en modo manual.
La electrónica se entromete cuando se llega a la zona roja.

El embrague de discos múltiples
Audi se ha decidido por el embrague de discos múltiples regulado electrónicamente y refrigerado por aceite en lugar del convertidor hidráulico de par utilizado en muchas otras transmisiones continuas CVT (de modo similar a como se utiliza con los cambios automáticos y, tanto en unos como en los otros, sufre pérdidas de potencia hasta que se bloquea el convertidor).



A favor de este tipo de embrague encontramos, junto con el mejor grado de efectividad, la capacidad de posibilitar las características de arranque más diversas. Esto significa que el embrague de discos múltiples se puede gestionar de tal modo que en caso de arranques especialmente suaves sobre una calzada resbaladiza son posibles todos los procesos de arranque pensables y éstos son libremente seleccionables por la electrónica.

Este embrague reconoce, por ejemplo, dependiendo del movimiento del pedal del acelerador, si el conductor desea iniciar la marcha pensando en el consumo o en la deportividad y adapta el régimen del motor de una forma absolutamente suave o bien lo regula rápidamente en el margen del par de motor más alto. El embrague gestionado electrónicamente puede realizar incluso un programa de calentamiento para que el catalizador se caliente con el aumento del régimen dependiendo de la temperatura del motor en el momento de embragar.

Gracias a las posibilidades del tipo de embrague seleccionado es posible también, por ejemplo, escoger un tipo definido de comportamiento de la transmisión (función de deslizamiento), ya que éste tipo de comportamiento se valora positivamente en los cambios automáticos con convertidor de par hidráulico. Pero con la clara diferencia de que el comportamiento de transmisión en el caso del multitronic permanece siempre igual independientemente de las influencias exteriores y del estado de funcionamiento. Esto significa que la gestión electrónica equilibra el juego del embrague, la calidad del forro y el aceite así como las oscilaciones de temperatura.
Sin embargo, al pisar el pedal de freno, por ejemplo, al detenerse ante un semáforo se produce una disminución clara del par motor transmitido, hecho que descarga el motor y reduce el consumo. El conductor lo percibe como una ayuda importante a la hora de mantener frenado el vehículo.

Dado que el embrague de discos múltiples evita, por una parte, todas las pérdidas de potencia que se producen en los embragues hidráulicos de otras transmisiones, por otra parte, no puede servir como convertidor de par de arrancada. Pero este hecho lo equilibra el variador con su gran amplitud de la banda de relaciones que ofrece junto con las infinitas variantes de desmultiplicación. Gracias a una mayor desmultiplicación se reduce el par mínimo del motor para la arrancada. Dado que se aprovecha el mismo y único variador también para la marcha atrás, un segundo paquete de discos retoma la función de dicha marcha y un juego de planetarios relacionado con éste invierte el sentido de giro.

El caudal de aceite es el responsable de la refrigeración para asegurar la capacidad de rendimiento del embrague con los dos paquetes de discos. Dado que el aceite de refrigeración llega exclusivamente al paquete de discos que esté funcionando para la marcha adelante o la marcha atrás, trabaja, por lo tanto, experimentando unas pérdidas de potencia extremadamente reducidas.

El embrague multidisco regulado electrohidráulicamente presenta las siguientes ventajas en comparación con un convertidor de par:

Peso bajo
Dimensiones compactas
Adaptación de las características de iniciación de la marcha a las condiciones de la conducción
Adaptación del par de la marcha lenta de fuga a las condiciones de la conducción
Función de protección contra sobrecarga o uso indebido


Etapa reductora
Se encuentra situada entre el embrague de discos multiples y la polea conductora del variador continuo de la caja de cambios. Esta formada por un conjunto planetario (ravigneaux) y tiene la misión de reducir el numero de revoluciones que entra en la caja de cambios y que acciona después acciona la polea conductora del variador.





Sensor de par
Este nuevo elemento es el responsable de que el variador trabaje de un modo prácticamente automático. Un sensor de par, que trabaja de modo similar a una válvula de limitación de presión, se torsiona de tal modo a través del momento variable de entrada que cierra o abre los taladros de alimentación de la hidráulica de mando.
Así, se genera automáticamente un equilibrio entre el par motor que se transmite y la fuerza de presión. Este hecho supone un requisito esencial para la reacción extraordinariamente rápida del variador sobre todas las modificaciones de tracción así como una prevención ante el aumento inmediato de la presión de empuje, por ejemplo, en caso de golpes en el tren motriz, convirtiéndose de este modo en un mecanismo de seguridad ante irregularidades de todo tipo.





La cadena
Esta correa es especialmente importante, ya que transmite la carga total de uno de los ejes de la transmisión al otro y, lo que es más, sin existir fuerzas de tracción. Tan sólo su fricción sobre las superficies cónicas de ambas poleas es capaz de transportar la carga. Audi se ha decidido por la cadena de láminas en lugar de por la correa articulada, habitual en las transmisiones continuas CVT. Dicha cadena está realizada en acero, y a pesar de ello es casi tan flexible como una correa trapezoidal. La cadena de láminas se ha efectuado de modo tan robusto que puede transmitir pares de motor más altos y fuerzas más elevadas que otras correas. Esta cadena se ha mostrado durante los muchos años de pruebas como extremadamente fiable y tiene garantizada una larga vida.



Montada de modo similar como otras cadenas, sólo con varias capas unas junto a otras y especialmente más robusta, está compuesta por segmentos unidos por pernos en sus puntos de articulación transversales. Los frontales de los pernos presionan contra las superficies cónicas de las poleas. La fuerza motriz de la cadena se transmite a los puntos de apoyo resultantes sobre las poleas del variador. El deslizamiento resultante es tan reducido que los pernos, durante la vida de la transmisión, tan sólo se desgastan como máximo de una a dos décimas de milímetro.




Esta cadena de láminas ofrece, además, la ventaja de que su recorrido puede ser inferior al de otras correas articuladas. Incluso al recorrer el más pequeño diámetro de enlace, posee la facultad de transmitir las fuerzas máximas y los pares de motor. En ese momento, solamente hay nueve pasadores en contacto con las superficies interiores de las poleas, pero la presión específica es tan grande que también en caso de una gran carga no resbalará. Un engranaje consigue la correspondiente reducción de régimen al comprobarse que el variador muestra su mejor grado de efectividad siendo accionado con un par de motor grande.

Sus características son:

Peso: 1,8 kg.
Longitud: 715 mm.
Ancho: 37mm,
Formada por 1025 eslabones planos (de los cuales tiran 28 en paralelo) en varias capas, unas junto a otras, y unidos por 75 pernos en sus puntos de articulación transversales.
Los eslabones son de acero de diferentes durezas y tamaños.

Sistema hidráulico
En los cambios de variador continuo "convencionales" existentes solo hay un sistema hidráulico. El Multitronic los tiene separados. Así, la variación del diámetro es más rápida y requiere menos energía.

El sistema hidráulico tiene dos funciones:

Presionar suficientemente las poleas contra la cadena para evitar el resbalamiento.
Variar el diámetro de las poleas.

El sistema hidráulico es un sistema complejo, que genera la presión de empuje que actúa sobre los discos cónicos que forman las poleas. Mientras que, por una parte, ésta presiona los discos cónicos de forma que se produce una transmisión de fuerza con el escaso resbalamiento deseado, por otra parte, debe ejercer una presión adicional para separar entre sí los discos cónicos, modificando de éste modo la relación entre los diámetros de las poleas y por lo tanto la desmultiplicación final del variador. Por esta causa, los ingenieros de Audi han distribuido desde un principio la hidráulica de su variador en dos áreas.



Como se desprende de la distribución de funciones, ésta trabaja sobre ambos pares de los discos cónicos del variador según el principio de doble émbolo. Mientras que el émbolo empujador con la mayor superficie operante impide que la cadena de láminas resbale, el émbolo empujador con la menor superficie ejerce fuerza adicional sobre el disco correspondiente cuando ha de ser modificada la desmultiplicación. Los sistemas hidráulicos de ambos pares de discos se pueden relacionar entre sí por medio de la bomba de aceite y las válvulas de regulación, de modo que solamente se deben desplazar de una parte a otra volúmenes reducidos de aceite y únicamente se necesita aplicar la diferencia de presión correspondiente. Este es el motivo por el cual el variador Audi reacciona instantáneamente ante cualquier orden de gestión, lo que no sucede en las transmisiones CVT "convencionales".



El Multitronic no posee una única bomba hidráulica grande sino dos más pequeñas adaptadas al sistema: una bomba de engranaje interior produce la presión para el empuje de los discos cónicos así como la fuerza adicional para variar la transmisión y una segunda bomba eyectora proporciona a los discos del embrague la cantidad de aceite necesaria con solamente la presión suficiente para llegar al lugar de la refrigeración (el cambio cuenta con un circuito de refrigeración del aceite). Esta trabaja según el llamado principio "Venturi" y toma la cantidad necesaria de aceite por medio de un eyector conformado especialmente para cumplir dicha función, sin consumir mucha energía para el aumento de presión.
La bomba de engranajes es comparativamente pequeña ya que solamente debe desplazar de un lado para otro el pequeño volumen de aceite que se halla en las cámaras de presión. La presión a la que está sometido dicho aceite va desde 20 bares (funcionamiento normal) hasta 60 bares (máximo). En general, este sistema de bombas requiere una potencia que es
aproximadamente la mitad de la necesitada tradicionalmente.





Unidad electrónica de control
La unidad electrónica del cambio, que se encuentra en la transmisión como un componente directamente junto a la hidráulica, es el responsable de accionar rápidamente un auténtico arsenal de válvulas hidráulicas. Los datos memorizados son la base para su accionamiento y están a disposición de los procesos, dependiendo de los parámetros interiores como temperatura de funcionamiento e influencias exteriores, como el movimiento del pedal del acelerador. El software memorizado aquí hace realidad una serie de procesos de regulación en parte completamente nuevos con la ayuda de los cuales se realizan funciones de transmisión complejas que hasta ahora no existían.






Adaptación progresiva de las revoluciones
Especialmente esta función es la que distingue principalmente al multitronic de las transmisiones CVT convencionales. En los cambios CVT convencionales, primeramente, ascendía el régimen del motor al acelerar y, solamente después, seguía la respuesta de la transmisión. Este hecho conducía al principal punto de crítica, el efecto "resbalamiento" o "fricción del embrague" o "efecto goma". El multitronic, por el contrario, regula tanto el régimen del motor como la respuesta del cambio de tal modo que resulta un comportamiento de régimen similar al de una transmisión automática convencional durante la conducción.

La adaptación progresiva de las revoluciones gestionada electrónicamente se desarrolla en tres fases:

1 Al pisar el pedal del acelerador, el variador cambia a un desarrollo menor (desarrollo corto). El motor gira espontáneamente a un régimen algo alto, lo que al contrario a la transmisión automática convencional se lleva a cabo sin sacudidas y de forma desapercibida. A continuación sigue

2 la adaptación progresiva de las revoluciones propiamente dicha, con la que el régimen del motor sigue subiendo de forma continua con una velocidad ascendente según una estrategia fija.

3 En la última fase, la electrónica de la relación de transmisión realiza correcciones con objeto de conseguir una prestación óptima de conducción o consumo según el deseo específico del conductor, que dicha electrónica ha estudiado y memorizado justo antes de iniciar dicho proceso, basándose en el comportamiento del conductor.

Si el conductor quita, a continuación, el pie del acelerador, la electrónica cambia en dirección a un mayor desarrollo (desarrollo largo), lo cual tiene lugar de nuevo de una forma completamente exenta de sacudidas.
Gracias a esta adaptación progresiva de las revoluciones se experimenta la confortable conducción como algo dinámico e incluso muy deportivo. El hecho más importante reside en que el multitronic no realiza ninguna modificación de los desarrollos o de adaptación progresiva de las revoluciones que no sea ocasionada por el conductor a través de un movimiento del pedal del acelerador.

El reconocimiento del CONDUCTOR del "programa dinámico de regulación DRP"
En los últimos años se han impuesto programas autoadaptativos (como el tiptronic con DSP de Audi) con la exigente transmisión automática que memorizan el deseo del conductor por medio de los movimientos del pedal del acelerador y lo traducen en una orden de marcha actual. Exactamente esta técnica es la que aprovecha Audi también con el multitronic, que puede cambiar desde una marcha mayor a menor y viceversa, mejor que una transmisión automática (sin sacudidas) cumpliendo las exigencias más diversas. Esta gestión se basa por lo tanto, en campos característicos completamente diferentes que representan una forma de conducción especialmente económica o deportiva. La electrónica selecciona continuamente el punto óptimo que se adapte a la situación de conducción.
De es te modo, el tipo de funcionamiento Economy (económico), que tiende al menor consumo posible de combustible, está caracterizado por una gran zona de utilización con desarrollos largos. Esta zona de desarrollos largos comienza ya a los 60 km/h.
Cuando el conductor pisa el acelerador al máximo (kick-down), la gestión cambia enseguida al tipo de funcionamiento deportivo, amplia la desmultiplicación y consigue el régimen alto de revoluciones necesario para desarrollar la potencia máxima. Por ello, el tipo de funcionamiento deportivo orientado a desarrollar una gran potencia está caracterizado por una gran zona de utilización con desarrollos cortos.
En todas las situaciones de conducción restantes, la electrónica busca la desmultiplicación adecuada con motivo de los últimos datos del conductor memorizados así como de la orden de marcha actual y regresa, en cualquier caso, al tipo de funcionamiento del más favorable consumo cuando el conductor reduzca la presión del pie sobre el pedal del acelerador.

El reconocimiento del ENTORNO del "programa dinámico de regulación DRP". Así como el multitronic reconoce el estilo de conducción deseado por el conductor y lo toma como magnitud interior, este sistema tiene en cuenta factores externos con sus reacciones, como, por ejemplo, tramos en ascenso, tramos en descenso y utilización de remolque.
Si el conductor, por ejemplo, acelera, de forma continuada, por uno de los tres motivos mencionados anteriormente, más de lo que sería normal, en una carretera en línea recta, la electrónica reconoce una carga adicional a ser generada por ella y reacciona con una elevación del régimen del motor. Esta compensación de carga automática es experimentada de una forma muy satisfactoria y confortable por el conductor durante el ascenso o con la conducción con remolque.




Un efecto parecido es el que consigue el multitronic también en los descensos. El multitronic registra dicho descenso basándose en el hecho de que frente a la conducción desarrollada en un tramo en línea recta, la potencia del motor exigida es menor y valora adicionalmente el accionamiento del freno como un deseo del conductor, apoyando la deceleración del vehículo.
El multitronic modifica, basándose en este hecho, la desmultiplicación hacia una velocidad menor con un mayor régimen (desarrollos cortos) y apoya el frenado con el par de inercia del motor. Esta desmultiplicación se mantiene mientras el conductor no frene ni acelere. Así, el vehículo rueda con un desarrollo constante al igual que sucede con una transmisión manual.
Todo esto funciona también especialmente cuando un remolque dificulta la subida de un tramo montañoso o acelera durante un descenso. La especial ventaja del multitronic consiste en el último caso en el hecho de que a diferencia de una transmisión automática en situación límite entre dos relaciones de cambio, esta no pasa de una relación a otra de una forma repentina, y, por lo tanto, sin su correspondiente sacudida sino que cambia progresivamente y decelera de forma cómoda.

El modo de funcionamiento manual de 6 velocidades
Otra característica destacable de este sistema reside en la electrónica con su capacidad de poder imitar las funciones de un cambio manual según el ejemplo representado por el tiptronic. Audi se decidió por las seis marchas hacia delante que pueden ser activadas por el conductor desde la palanca de selección por medio un breve toque sobre la palanca de selección hacia delante o hacia atrás o por medio de la pulsación de un interruptor especial situado en el volante (equipamiento adicional).
Estas seis marchas están memorizadas como programas de cambio fijos. Dependiendo de que marcha sea elegida por el conductor, el variador tiene asignada una desmultiplicación correspondiente en forma de valor teórico que éste mismo ajusta y mantiene. Sin embargo, también estos procesos de cambio influenciados manualmente tienen lugar prácticamente sin transición y exentos de sacudidas con toda la deportividad deseada y también percibida, gracias a una adaptación continua.


Mas dinámica y menor consumo
El multitronic aprovecha la posibilidad existente hasta ahora solamente de modo teórico para modificar las desmultiplicaciones de tal modo que el motor trabaje siempre en el llamado "momento óptimo" del consumo. Este hecho se ve apoyado por el variador que proporciona un amplio margen de funcionamiento con desarrollos largos, durante el cual el motor pone a disposición la potencia necesaria en cada momento con un régimen bajo y un consumo moderado.
Los valores de consumo alcanzados confirman la exactitud de la reflexión teórica y de los resultados de los ensayos.
El avance alcanzado es apreciable más claramente en comparación con los valores de consumo en áreas urbanas donde la conducción está caracterizada por arrancadas numerosas, aceleraciones y frenadas. Frente a la transmisión automática, el multitronic alcanza una ventaja de consumo de 1,6 litros a los 100 kilómetros. También frente al cambio manual, el multitronic obtiene muy buenos resultados y alcanza en áreas urbanas los mismos valores. A esto contribuye entre otras cosas, que la función de "corte de combustible en deceleración" se mantiene activa durante más tiempo por medio de una regulación de desmultiplicación muy bien concebida.
En los tramos interurbanos, las diferencias no son tan claras, pero también aquí son apreciables en algunas décimas los mejores valores obtenidos por el multitronic. El Audi A6 de 2,8 litros con 193 CV alcanza, en total, un ahorro de combustible de 0,9 litros a los 100 kilómetros frente a la transmisión automática tradicional y de 0,2 litros a los 100 kilómetros frente al cambio manual.
El Audi A6 2.8 con multitronic acelera en 1,3 segundos menos que un vehículo con transmisión automática tradicional desde una posición parada hasta los 100 km/h y supera en una décima de segundo a un vehículo con cambio manual de 5 marchas cambiadas de forma óptima en lo que a la aceleración del vehículo se refiere.

Caja de Cambios D.S.G. (Direct Shift Gearbox)


El fabricante Volkswagen dio un paso importante en el desarrollo de los sistemas de transmisión automática con el lanzamiento de esta caja de cambios automática de doble embrague (engranamiento doble, DSG). Se trata de un dispositivo, heredado de la competición, que permite cambios de velocidad mucho más rápidos, más suaves y con menor gasto energético. Su manejo es una simbiosis de la facilidad de uso de una caja de cambios automática secuencial y el placer de conducción de una caja de cambios manual de seis relaciones.
Con el DSG, Volkswagen es el primer fabricante mundial en desarrollar una caja de cambios de embrague doble producida en serie. Este tipo de transmisiones ya habían sido utilizadas en competición, pero la incomodidad del cambio (por falta de medios adecuados de control mecánico y electrónico) impidieron su utilización en coches de serie. Volkswagen encontró la solución; sumados a una serie de nuevos componentes hidráulicos, se desarrolló la compleja unidad de control mecánico-electrónica (Mechatronic), que ha hecho posible la utilización del DSG en algunos modelos como el VW Golf o Touran.



Una característica significativa que diferencia al DSG de las cajas automáticas convencionales es que el nuevo sistema no utiliza el convertidor de par. La nueva caja tampoco es un desarrollo realizado a partir de una caja de cambios manual automatizada, como la utilizadas en algunos modelos como el VW Lupo 3L TDI. Los ingenieros de Volkswagen emprendieron un nuevo camino tecnológico armonizando el dinamismo de una caja manual con la facilidad de utilización de una caja automática convencional.
La caja DSG tiene ventajas apreciables en términos de prestaciones y ahorro de combustible. Con idéntica aceleración y velocidad punta, cambia con la misma suavidad que la caja automática y, adicionalmente, se pueden cambiar las marchas manualmente a través de la función Tiptronic. El cambio se realiza de forma más rápida y directa de lo que era posible hasta ahora con cualquier tipo de caja, manual o automática. Los tiempos de aceleración son menores que los obtenidos con la caja de cambios manual.

Una característica de diseño destacable de la caja de cambios (montada de forma transversal) son los dos embragues en baño de aceite, con control hidráulico de presión. El embrague 1 (K1) mueve las marchas impares, más la marcha atrás, y el embrague 2 (K2) las pares. Por lo tanto, a todos los efectos, debe hablarse de dos cajas de cambio paralelas. Como consecuencia de esta elaborada gestión de embrague, durante el cambio de marcha, no hay interrupción alguna de la fuerza de tracción, una acción típica de una transmisión manual automatizada. Por ello, se produce un cambio de marchas de máximo dinamismo con un alto nivel de confort. La eficiencia de esta caja de cambios es comparable a la de una transmisión manual.

Los dos embragues con ejes de entrada y de salida, están gestionados por el "Mechatronic", un control inteligente hidráulico y electrónico. Esta interconexión permite que la marcha siguiente siempre esté colocada y lista para ser activada de forma inmediata. Como ejemplo, mientras el coche circula en tercera marcha, la cuarta velocidad ya está engranada, aunque no activada. En el momento en que se alcanza el régimen de cambio, el embrague de la tercera marcha se abre, mientras que el otro se cierra, activando la cuarta marcha. El proceso de apertura y cierre de los embragues es totalmente coincidente, lo que produce el cambio directo y suave ya mencionado. Todo este proceso se realiza en centésimas de segundo.

Las características específicas del cambio automático DSG son:

Seis marchas adelante y una marcha atrás
Programa de conducción normal «D», programa de conducción deportiva «S», así como conmutador Tiptronic en la palanca selectora y en el volante de dirección (opción)
Mechatronic – una unidad de control electrónica y electrohidráulica constituye una sola unidad alojada en el cambio
Función de retención en pendientes «hillholder»; si el vehículo parado con el freno accionado sólo levemente tiende a desplazarse, el sistema aumenta la presión en el embrague y retiene el vehículo en parado
Regulación creep de la fuga lenta; permite que el vehículo se mueva en «marcha lentísima», por ejemplo al aparcar sin pisar el acelerador
Un programa de marcha de emergencia. Con la función de emergencia y según el tipo de fallo que haya ocurrido, ya sólo se puede circular en 1ª y 3ª marchas o solamente en 2ª marcha.



Datos técnicos:
Designación DSG 02E (cambio automático DSG)
Embrague dos embragues multidisco en húmedo
Par máximo 350 Nm (según la motorización)
Marchas implementadas seis marchas adelante y una marcha atrás (todas sincronizadas)
Modos operativos automático y Tiptronic
Capacidad de aceite 7,2 l; especificación aceite DSG G052 182
Peso aprox. aprox. 94 kg para tracción delantera; 109 kg para tracción 4motion

Principio conceptual
El cambio automático DSG consta, en esencia, de dos transmisiones parciales independientes. Cada transmisión parcial está estructurada como si fuera un cambio manual, en lo que respecta a su funcionamiento. Cada transmisión parcial tiene asignado un embrague multidisco. Ambos embragues multidisco trabajan en aceite del propio cambio DSG. El sistema Mecatronic se encarga de abrir y cerrar los embragues de forma regulada, en función de la marcha que se ha de conectar.

Con el embrague multidisco K1 se conecta el flujo de fuerza de las marchas 1ª, 3ª, 5ª y de la marcha atrás (M.A). El arrastre de fuerza de las marchas 2ª, 4ª y 6ª se conecta por medio del embrague multidisco K2.
Básicamente siempre hay arrastre de fuerza en una de las transmisiones parciales, mientras que en la otra ya se preselecciona la marcha siguiente, pero todavía con el embrague abierto para la marcha en cuestión.
Cada marcha tiene asignada una unidad convencional de sincronización y mando equivalente a la de un cambio manual.



Entrada de par
El par del motor es transmitido a través de un volante de inercia bimasa mediante un estriado hacia el cubo de entrada del doble embrague. Éste se encuentra comunicado con el cubo principal del embrague multidisco K1 a través de su soporte multidisco exterior. El soporte multidisco exterior del embrague K2 también se encuentra comunicado en arrastre de fuerza con el cubo principal.
A partir del doble embrague el par es transmitido, según la marcha que se encuentre en acción, ya sea hacia el árbol primario 1 o hacia el 2, y desde allí pasa al correspondiente árbol secundario (1 ó 2).
La implantación coaxial de los árboles primarios y el reparto mixto de las marchas pares e impares en ambos árboles secundarios posibilita una construcción muy compacta y una minimización del peso.
Los dos árboles secundarios transmiten, con diferente relación de transmisión, el par de fuerza hacia el piñón cilíndrico del grupo final y de allí hacia el diferencial, así como, en las versiones quattro, hacia la pareja de engranajes cónicos y de ahí a las ruedas traseras.




Embragues multidisco
El par del motor pasa a través de un estriado en el volante de inercia bimasa hacia el cubo de entrada del doble embrague. El cubo de entrada va soldado con el disco de arrastre. El disco de arrastre es solidario con el portadiscos exteriores K1 e inscribe así el par del motor en el doble embrague.
El portadiscos exteriores K1 y el portadiscos exteriores K2 van soldados ambos con el cubo principal, en virtud de lo cual siempre se encuentran en arrastre de fuerza.
El par del motor entra en ambos embragues a través del portadiscos exteriores que corresponde y se transmite hacia el portadiscos interiores del embrague que tiene arrastre de fuerza.
El portadiscos interiores K1 es solidario con el árbol primario 1 y el portadiscos interiores K2 es solidario con el árbol primario 2.



Debido a que el embrague K1 se utiliza como embrague para la fase de arrancada en 1ª marcha y en marcha atrás, está sometido a solicitaciones más intensas que el embrague K2. Por ese motivo se ha previsto el diseño del doble embrague de modo que el embrague K1 sea el exterior. Esto permite darle un diámetro mayor y ponerlo en condiciones de transmitir un par y una potencia de mayor intensidad.
De esa forma se cumplen las exigencias planteadas.

Características del doble embrague:

Par máx. 350 Nm
Presión de apriete máx. 10 bares
Potencia de fricción máx. 70 kW
Caudal del aceite de refrigeración máx. 20 l/min

Embrague multidisco K1
El embrague K1 es una versión multidisco que constituye el embrague exterior y transmite el par sobre el árbol primario 1 para establecer el arrastre de fuerza de las marchas 1ª, 3ª, 5ª y marcha atrás.
Para cerrar el embrague se aplica aceite a presión a la cámara correspondiente en el embrague K1. Debido a ello, el émbolo 1 se desplaza y comprime el conjunto multidisco del embrague K1. El par se transmite a través del conjunto multidisco del soporte interior hacia el árbol primario 1. Al abrir el embrague, el diafragma resorte oprime de nuevo el émbolo 1 a su posición inicial.



Embrague multidisco K2
El embrague K2 es una versión multidisco que viene a ser el embrague interior, destinado a transmitir el par sobre el árbol primario 2 para las marchas 2ª, 4ª y 6ª.
Para cerrar el embrague se aplica aceite a presión a la cámara K2. El émbolo K2 establece a raíz de ello el flujo de la fuerza a través del conjunto multidisco hacia el árbol primario 2. Los muelles helicoidales oprimen el émbolo 2 de nuevo a su posición inicial al abrir el embrague.



Los árboles en la caja DSG se distribuyen de la siguiente forma:



Árboles primarios
El par del motor se transmite desde los embragues multidisco K1 y K2 hacia los árboles primarios.




El árbol primario 2
El árbol primario 2 se representa ante el árbol primario 1, debido a la posición que ocupa en el cambio. El árbol primario 2 es una versión ahuecada y unida por medio de estrías con el embrague multidisco K2. Este árbol aloja los piñones con dentado helicoidal para las marchas 6ª, 4ª y 2ª. Se emplea un piñón compartido para las marchas 6ª y 4ª.
Para detectar el régimen de revoluciones de este árbol primario hay una rueda generatriz de impulsos al lado del piñón de 2ª marcha, para excitar el sensor de régimen del árbol primario 2 G502.



El árbol primario 1
Este árbol discurre a través del árbol primario ahuecado 2. Es solidario del embrague multidisco K1 a través de sus estrías. Aloja los piñones con dentado helicoidal para la 5ª marcha, el piñón compartido para 1ª marcha/marcha atrás y el piñón de 3ª marcha.
Para detectar el régimen de revoluciones de este árbol primario hay entre el piñón de 1ª/ marcha atrás y el piñón de 3ª marcha una rueda generatriz de impulsos para excitar el sensor de régimen del árbol primario 1 G501.



Árboles secundarios
Tal y como el cambio DSG monta dos árboles primarios, también son dos los árboles secundarios que incorpora.
Debido al uso compartido de los piñones para 1ª marcha y marcha atrás, así como para 4ª y 6ª marchas en los árboles primarios se ha podido optimizar la longitud de la construcción del cambio.

El árbol secundario 1
Este árbol aloja:

los piñones móviles de 1ª, 2ª y 3ª marchas con sincronización triple,
el piñón móvil de 4ª marcha con sincronización simple y
el piñón de salida para el ataque al grupo diferencial.

El árbol secundario engrana en el piñón para el grupo final del diferencial.




El árbol secundario 2
Este árbol aloja:

una rueda generatriz de impulsos para el régimen de salida del cambio
los piñones móviles de 5ª y 6ª marchas y el piñón de marcha atrás, así como
el piñón de salida para el ataque al grupo diferencial.



Ambos árboles secundarios transmiten el par a través de su piñón de salida hacia el diferencial.

Árbol inversor
El árbol inversor se encarga de invertir el sentido de giro del árbol secundario 2 y, con éste, también el sentido de giro del piñón de salida hacia el grupo final del diferencial. Engrana con el piñón compartido para 1ª marcha y marcha atrás en el árbol secundario 1 y con el piñón móvil para marcha atrás en el árbol secundario 2.



Diferencial
Ambos árboles secundarios transmiten el par a la corona del diferencial. Este transmite el par hacia las ruedas a través de los palieres.
La rueda de bloqueo de aparcamiento va integrada en el diferencial.



Bloqueo de aparcamiento
Para poder estacionar el vehículo de forma segura y de modo que no pueda rodar involuntariamente al no estar puesto el freno de mano, se integra en el diferencial un bloqueo de aparcamiento.

Así funciona:
Llevando la palanca selectora a la posición «P» se aplica el "bloqueo de aparcamiento". La uñeta de trinquete incide en los dientes de la rueda de bloqueo de aparcamiento. El muelle fiador encastra en la palanca e inmoviliza la uñeta de trinquete en esa posición. Si la uñeta coincide con un diente de la rueda de bloqueo se tensa el muelle de compresión 1.
Si el vehículo se mueve, la uñeta de trinquete ingresa en el hueco entre dientes de la rueda de bloqueo de aparcamiento, empujada al relajarse el muelle de compresión 1.
La uñeta del trinquete se aplica de forma netamente mecánica, por medio de un cable de mando instalado entre la palanca selectora y la palanca para bloqueo de aparcamiento en el cambio. El cable de mando se utiliza exclusivamente para el bloqueo de aparcamiento.



Sincronización
Para engranar una marcha es preciso desplazar el sincronizador sobre el dentado de mando del piñón móvil. La función de los sincronizadores consiste en unir los piñones a engranar con el árbol de transmisión (árbol secundario).
La sincronización está basada en anillos sincronizadores de latón con recubrimiento de molibdeno. Las marchas 1ª, 2ª y 3ª van dotadas de sincronización triple.
En comparación con un sistema de cono simple se dispone así de una superficie de fricción claramente más extensa. El rendimiento de la sincronización aumenta a raíz de ello, por estar disponible una mayor superficie para la transmisión del calor que resulta del trabajo de sincronización.

La sincronización triple consta de:

un anillo exterior (anillo sincronizador)
un anillo intermediario
un anillo interior (II anillo sincronizador) y
el cono de fricción en el piñón móvil / piñón de marcha



La adaptación de las grandes diferencias de regímenes entre los diferentes piñones móviles hacia las marchas inferiores sucede así de un modo más rápido. Y las marchas pueden ser engranadas aplicando una menor fuerza.
Las marchas 4ª, 5ª y 6ª tienen un sistema de cono simple. Las diferencias de regímenes para el cambio de estas marchas no son tan grandes. Por ese motivo sucede más rápidamente la adaptación de los regímenes. Debido a esta particularidad tampoco es necesario construir un sistema de sincronización tan complejo.
La marcha atrás tiene una sincronización por cono doble.

La sincronización simple consta de:

el anillo sincronizador y
el cono de fricción en el piñón móvil/piñón de marcha



Transmisión de par en el vehículo
El par del motor se transmite a través del cambio automático DSG y de aquí en las versiones de tracción delantera, los palieres transmiten el par hacia las ruedas delanteras. En el caso versiones de tracción total, el par se retransmite a través de un engranaje angular adicional hacia el eje trasero.
Un árbol cardán transmite el par hacia el embrague Haldex. En este grupo final trasero se integra un grupo diferencial para el eje trasero.




Flujo de fuerza en las diferentes marchas
La transmisión de par en el cambio se lleva a cabo ya sea a través del embrague exterior K1 o bien a través del embrague interior K2.

Cada embrague impulsa a un árbol primario.

El árbol primario 1 (interior) es impulsado por el embrague K1 y
el árbol primario 2 (exterior) lo impulsa el embrague K2.

La transmisión de la fuerza hasta el grupo diferencial se realiza a través de:

el árbol secundario 1 para las marchas 1ª, 2ª, 3ª, 4ª y
el árbol secundario 2 para las marchas 5ª, 6ª y marcha atrás.

La inversión del sentido de giro para la "marcha atrás" se lleva a cabo por medio del árbol inversor.





Mando de la caja de cambios
La palanca selectora se acciona igual que la de un vehículo con cambio automático. El cambio DSG también ofrece la posibilidad de cambiar las marchas con el sistema Tiptronic.
Tal y como se conoce en los vehículos automáticos, la palanca selectora dispone de bloqueos y del bloqueo antiextracción de la llave de contacto. La función de los bloqueos es la misma que se conoce hasta ahora.

La palanca selectora puede adoptar las siguientes posiciones:

P - Parking: p ara extraer la palanca de esta posición es preciso que el encendido esté «conectado» y e pedal de freno pisado. Aparte de ello se tiene que oprimir la tecla de desbloqueo en la palanca selectora.
R - Reversa: para seleccionar la marcha atrás hay que oprimir la tecla de desbloqueo.
N - Neutral: la transmisión se encuentra en punto muerto al hallarse la palanca en esta posición. Si la palanca selectora se encuentra en esta posición durante un tiempo relativamente prolongado se tiene que volver a pisar el pedal de freno para extraerla de la posición.
D - Drive: en esta posición (drive = conducción normal) las marchas adelante se cambian de forma automática.
S - Sport: la selección automática de las marchas se realiza de acuerdo con una curva característica para cambios «deportivos», implementada en la unidad de control.
+ y –: las funciones Tiptronic se pueden ejecutar con las levas del volante al encontrarse la palanca selectora en la pista de selección de la derecha.



La palanca selectora está compuesta por los siguientes componentes:

Unidad de control para sistema sensor de palanca selectora J587
Mediante sensores Hall en el alojamiento de la palanca selectora se detecta la posición de ésta y las señales correspondientes se transmiten al sistema Mecatronic a través del CAN-Bus.
Electroimán para bloqueo de la palanca selectora N110
Con el electroimán se bloquea la palanca selectora en las posiciones «P» y «N». Las funciones del electroimán son gestionadas por la unidad de control para sistema sensor de palanca selectora J587.
Conmutador de palanca selectora bloqueada en posición «P» F319
Si la palanca selectora se encuentra en la posición «P», el conmutador transmite la señal «palanca selectora en posición P» hacia la unidad de control para electrónica de la columna de dirección J527.
La unidad de control necesita esta señal para gestionar el bloqueo antiextracción de la llave de contacto.




El sistema de sensores de palanca selectora:

determina todas las posiciones de la palanca selectora para la gestión del cambio,
gestiona los diodos luminosos en la cubierta del mando del cambio o bien en la unidad indicadora,
gestiona el electroimán para bloqueo de la palanca selectora N110,
comunica toda la información a través del CAN Tracción hacia la unidad de control para Mecatronic J743.

No existe ninguna comunicación mecánica entre el mando del cambio y el sistema Mecatronic. Se habla de un «shift by wire» (mando por cable eléctrico). Según se ha mencionado, el cable de mando de la palanca selectora hacia el cambio solamente se utiliza para accionar el bloqueo de aparcamiento.



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