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Cajas de cambio
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Cambio automático de 5 marchas Tiptronic
Esta caja de cambios de
5 marchas, esta adaptada para vehículos con el motor montado en posición
transversal. Es utilizada por vehículos de la marca Audi-Volkswagen y
fabricada por la marca "Jatco".
La escasez de espacio en el vano motor en estos vehículos ha hecho necesario
disponer tres engranajes planetarios a dos niveles.
En el árbol de salida del convertidor de par están dispuestos
directamente los engranajes planetarios I y II. Debajo se encuentra el engranaje
planetario III en un árbol por separado.
Los engranajes planetarios I y II están comunicados con el engranaje
planetario III a través de los piñones cilíndricos A y
B.
La salida de par se realiza siempre a través del piñón
de salida sobre el árbol del engranaje planetario III. A partir del piñón
de salida, el par se transmite hacia el grupo diferencial y los
semiejes.
Este cambio se caracteriza por los siguientes componentes y funciones:
Selección de marchas
En la figura inferior podemos ver el esquema interno de todos los componentes que forman esta caja de cambios.
Convertidor
de par
El convertidor de par está equipado con un embrague anulador, que a regímenes
superiores transmite el par del motor directamente al árbol primario
del cambio sin resbalamiento por parte del convertidor. El embrague anulador
del convertidor de par cierra de forma regulada por la unidad de control de
cambio.
Teniendo en cuenta
el régimen y el par del motor, la unidad de control del cambio decide
que resulta más económico cerrar el embrague anulador, lo efectúa
excitando la electroválvula. La electroválvula abre la cámara
de aceite ante el embrague anulador, de modo que se pueda descargar la presión
del aceite. Debido a ello predomina la presión de aceite detrás
del embrague, haciendo que éste cierre.
Si la electroválvula cierra el caudal de paso se vuelve a presurizar
el aceite ante el embrague, haciendo que abra.
Bomba
de aceite ATF (Automatic Transmission Fluid)
La bomba de aceite ATF es impulsada por la rueda de bomba del convertidor de
par. Asume la función de aspirar el aceite ATF del depósito, generar
presión de aceite y suministrar el aceite a presión a la caja
de cambios. El aceite ademas de producir trabajo para impulsar los distintos
elementos del cambio también sirve para lubricar la caja de cambios y
el el grupo diferencial. El aceite ATF está previsto para toda la vida
útil del cambio, esta caja en concreto lleva una cantidad de 9 litros
El engranaje
planetario
También llamado engranaje epicicloidal consta de tres conjuntos planetarios
parciales, a través de los cuales se conectan las cinco marchas adelante
y la marcha atrás.
Actuadores
Abriendo y cerrando los embragues y frenos se impulsan o retienen componentes
del engranaje planetario, conectándose así las diferentes marchas.
A través de los embragues K1, K2 y K3 y los frenos B1 y B2 se conectan
las marchas de 1ª a 4ª y la marcha atrás.
El par del motor se apoya contra las ruedas libres de los engranajes planetarios
I y III al iniciar la marcha.
La V marcha se conecta por medio del embrague K4 en el engranaje planetario
III. El freno B3 está cerrado en todas las marchas, excepto en la V.
Uniones
solidarias
Los engranajes planetarios I y II están unidos mecánicamente a
través de la corona interior perteneciente al conjunto planetario I y
el portasatélites del conjunto planetario II. A través
del portasatélites II también se realiza la entrega de par hacia
el piñón cilíndrico A.
En el engranaje planetario III también existen uniones mecánicas
fijas. El piñón cilíndrico B está unido solidariamente
a la corona interior del conjunto planetario y el portasatélites gira
a su vez solidariamente con el árbol secundario.
Embragues
Los embragues reciben el aceite ATF a presión procedente del distribuidor
hidráulico. Estando cerrados impulsan componentes específicos
del engranaje planetario, transmitiendo así el par del motor hacia el
grupo diferencial.
Los frenos
En el cambio automático asumen la función de establecer las transmisiones
de las marchas a base de retener componentes específicos en el conjunto
planetario. En el cambio automático de 5 marchas se implantan diversos
tipos de frenos:
Los frenos multidisco: funcionan básicamente igual que los embragues de discos múltiples. Constan asimismo de dos paquetes de discos, que se comprimen por fuerza hidráulica. Contrariamente a los embragues, que impulsan componentes móviles del conjunto planetario, los frenos multidisco frenan estos componentes.
Su funcionamiento se basa: en el caso del freno B1, un paquete de discos se encuentra comunicado con las carcasa del cambio y el otro con el portasatélites del grupo planetario I. Si el freno ha de retener al portasatélites, la unidad de control envía aceite ATF a presión a través del distribuidor hidráulico hacia el paquete de discos múltiples.
Los frenos de cinta:
en el cambio automático asumen la misma función que los frenos
de discos múltiples. Sin embargo, en este caso no se comprimen los paquetes
de discos múltiples, sino que se aprieta una cinta de freno por la acción
de un cilindro hidráulico.
En la figura se puede apreciar, que al estar apretada la cinta de freno se retiene
el planeta del engranaje planetario.
Los frenos multidisco que participan en el funcionamiento del cambio son los siguientes:
Acumuladores
de presión
En los circuitos hidráulicos de los embragues K1, K3 y K4, así
como del freno multidisco B2 se encuentra respectivamente un acumulador de presión.
Hay otros dos acumuladores de presión instalados en la caja de selección
y dos en la carcasa del cambio. Asumen la función de conferir características
suaves al cierre de los embragues y del freno mencionados.
Funcionamiento
Como ejemplo teniendo las siguientes condiciones: primera marcha, palanca selectora
en posición «D». Si ha de cerrar uno de los embragues mencionados
en la introducción a este tema o si ha de cerrar el freno, fluye aceite
ATF a presión simultáneamente desde el distribuidor hidráulico
hacia el acumulador de presión y hacia el embrague o freno que ha de
cerrar.
En el acumulador de presión, el aceite oprime en contra de un émbolo
sometido a presión de aceite y fuerza de muelle. De esa forma, una parte
de la presión del aceite se «consume» para trabajar contra
la fuerza del muelle y la presión del aceite que se opone, de modo que
en el embrague no quede aplicada la plena presión del aceite. El embrague
no cierra todavía por completo.
Sólo cuando el émbolo ha alcanzado su posición final, es
cuando actúa toda la presión sobre el embrague, haciendo que cierre
por completo. Esta operación se desarrolla en la misma forma en el caso
de los embragues K3 y K4, así como del freno B2 y se repite con cada
cambio de marcha.
El control
hidráulico
Desempeña la función de gestionar al momento preciso de activar
los cambios automáticos para subir o bajar de marchas según sea
la necesidad. Consta de los siguientes componentes:
El distribuidor hidráulico:
asume la función de adaptar la presión de la bomba del aceite
ATF a la presión de conmutación y distribuirla hacia todos los
órganos de conmutación o cambio.
Las electroválvulas:
están dispuestas en el distribuidor hidráulico. Sus funciones
son gestionadas por la unidad de control. A través de ellas se realizan
todas las modificaciones de la presión del aceite en sus conductos y
se suministra el aceite a presión para los embragues y frenos.
El selector manual: se acciona por medio de la palanca de cambios. Con su ayuda selecciona el conductor la gama de marchas que desea poner en vigor. La cuarta marcha y la marcha atrás las conecta directamente sin intervención de la unidad de control.
Funcionamiento de la caja de cambios para las distintas velocidades y elementos que intervienen en la selección.
Nota: En la I marcha del modo Tiptronic se cierra adicionalmente el freno B1. De esa forma se puede utilizar el freno motor.
Unidad de control
La unidad de control para cambio automático es el cerebro del cambio.
Previo análisis de la información de entrada procedente de los
sensores, gestiona las señales de salida para las funciones de los actuadores.
Programas de conducción
La unidad de control tiene implementado un programa supeditado a las características
de la conducción y de las condiciones momentáneas de la marcha,
basado en el proceso de la
información a través de una lógica difusa «fuzzy
logic».
Otro programa detecta y considera la resistencia que se opone a la marcha, p.
ej. en subidas o bajadas, pero también las influencias tales como el
viento contrario o la conducción con un
remolque acoplado.
Marcha de emergencia
Si se avería la unidad de control del cambio, sigue siendo posible conectar
la cuarta marcha y la marcha atrás. Estas marchas se conectan mecánicamente
en la caja de selección por medio de la palanca selectora y el selector
manual.
Señales de entrada y salida a la unidad de control
Señal de par de
la unidad de control del motor
En todos los vehículos
con acelerador electrónico, la magnitud de entrada principal para la
unidad de control del cambio es la señal de par procedente de la unidad
de control del motor. Esta señal la recibe la unidad de control del cambio
a través del CAN-Bus. Viene a sustituir a la señal del potenciómetro
de la mariposa, que se empleaba en los cambios
automáticos precedentes.
Con la nueva estructura de funciones en las unidades de control del motor, basadas
en el par del motor como la magnitud de referencia principal, está dado
ahora el caso que la señal
de la unidad de control del motor guarda una referencia directa con respecto
al par momentáneo. Esto permite que la unidad de control del cambio pueda
adaptar de una forma bastante más exacta las presiones de cambio al par
momentáneo, configurando así los cambios más precisos y
suaves.
Después de analizar la señal de par, la unidad de control del
cambio define las presiones que son necesarias para los cambios. El desarrollo
cronológico del ciclo de cambio está configurado de modo que la
unidad de control del cambio señalice primeramente a la unidad de control
del motor la intención de cambiar de marcha. A raíz de ello, la
unidad de control del motor reduce el par, de modo que la unidad de control
del cambio pueda cerrar los embragues aplicando una presión leve. De
ese modo se obtienen cambios suaves y exentos de tirones.
Efectos en caso de ausentarse
la señal:
Los cambios se manifiestan más secos, porque la unidad de control del
cambio no puede adaptar la presión para los cambios.
Transmisión directa de datos a la unidad de control (sin pasar por el CAN-Bus)
Sensores de régimen
El cambio automático incluye tres sensores de régimen. Los tres
están alojados en el propio cambio y no están accesibles por fuera.
Son sensores inductivos de idéntico diseño.
El transmisor de temperatura
del aceite de transmisión
Este sensor va situado asimismo en la parte interior de la carcasa del cambio.
Detecta continuamente la temperatura del aceite ATF y transmite sus señales
correspondientes a la unidad de control del cambio.
La unidad de control del cambio emplea la señal de temperatura del aceite
ATF para calcular un programa de cambios en la fase de calentamiento, con el
que se regulan las presiones de cambio en función de la temperatura del
aceite de transmisión.
Expresado de forma simplificada, se puede decir, que teniendo el aceite bajas
temperaturas se trabaja con una alta presión de cambio y que a medida
que aumenta la temperatura del aceite ATF se va reduciendo gradualmente la presión.
Para evitar el calentamiento excesivo del aceite ATF, si éste tiene una
temperatura superior a los 150° centígrados, se procede a mantener
engranada cada marcha durante más tiempo y
se cierra más frecuentemente el embrague anulador del convertidor de
par. Con estas medidas se reduce la fricción y se enfría el aceite.
En caso de avería si se ausenta la señal del transmisor de temperatura,
deja de estar disponible el programa de cambios en la fase de calentamiento,
de modo que la transmisión cambia las marchas aplicando presiones superiores.
Hasta los 70 °C, la unidad de control emplea la señal del transmisor
de temperatura del líquido refrigerante. A partir de esa temperatura
trabaja con un valor fijo de 110 °C.
El conmutador multifunción
El conmutador multifunción detecta la posición de la palanca cambio
y retransmite esta información a la unidad de control del cambio. Según
la posición del conmutador multifunción,
la unidad de control pone en vigor los cambios correspondientes y excita el
relé para el bloqueo de arranque, si la palanca selectora se encuentra
en las posiciones «P» o «N».
Este conmutador va fijado exteriormente a la carcasa del cambio. Se acciona
con el cable de mando de la palanca de cambios. En las transmisiones automáticas
precedentes se empleaban conmutaciones mecánicas en el conmutador multifunción.
Estas conmutaciones mecánicas han sido sustituidas ahora por transmisores
Hall. Estos conmutadores sin contacto físico no están sujetos
a desgaste.
En caso de avería del conmutador multifunción, sólo es
posible arrancar el motor con la palanca de cambios en posición «P».
Si se avería durante la marcha, la unidad de control pasa automáticamente
a la posición «D» de la palanca selectora.
En ambos casos, la unidad de control deja de aceptar posiciones seleccionadas
por el conductor con la palanca selectora para marchas adelante. Conecta eléctricamente
todas las marchas adelante y sólo la marcha atrás tiene que ser
conectada por el conductor.
El conmutador para Tiptronic
Esta situado en el mecanismo de la palanca de cambios. Si el conductor lleva
la palanca selectora a la pista de selección de la derecha, se acciona
este conmutador y el cambio automático se encuentra entonces en el modo
operativo Tiptronic.
En función de estas señales, al tocar brevemente la palanca selectora:
En en caso de avería
deja de ser posible utilizar el modo Tiptronic.
El conmutador de presión de freno
Está integrado en el circuito de frenos. Suministra una señal
a la unidad de control del cambio automático al estar presurizado el
sistema de frenos.
La señal del conmutador de presión de freno es utilizada por la
unidad de control del cambio para gestionar el desacoplamiento del cambio con
el vehículo parado. El desacoplamiento en parado sólo se implementa
actualmente en vehículos equipados con motor diesel.
El desacoplamiento en parado suprime la tendencia al desplazamiento del vehículo
y reduce así el consumo de combustible y las emisiones de escape. Estando
el vehículo parado (p. ej. ante un semáforo), la unidad de control
extrae la marcha seleccionada del cambio.
Transmisión de datos a través del CAN-Bus
El régimen del
motor
E s detectado por el transmisor de régimen del motor y transmitido a
la unidad de control del motor. Esta última suministra las señales
correspondientes a través del CAN-Bus a la unidad de control del cambio
automático.
La unidad de control
del cambio emplea las señales de régimen del motor para gestionar
el funcionamiento del embrague anulador del convertidor de par y del desacoplamiento
en
parado. En caso de avería no cierra el embrague anulador del convertidor
de par y no funciona el desacoplamiento en parado.
Conmutador de luz de
freno
Por motivos de seguridad hay dos conmutadores de luz de freno instalados en
el pedal de freno. Ambos transmiten a la unidad de control del motor la información
sobre «freno accionado». Esta última transmite la señal
a través del CANBus hacia la unidad de control para el cambio automático.
Estando el vehículo parado, la unidad de control desaplica el bloqueo
de la palanca de cambio al recibir la señal del conmutador de luz de
freno.
Si se frena el vehículo en circulación estando cerrado el embrague
anulador del convertidor de par, la unidad de control del cambio se encarga
de abrir el embrague anulador.
En caso de avería, si está disponible una de las dos señales,
se conservan todas las funciones. Si se ausentan ambas señales, se puede
accionar la palanca selectora sin pisar el freno.
Conmutador kick-down F8
Sólo se emplea en vehículos sin acelerador electrónico.
Con su ayuda, el conductor informa a la unidad de control, que desea una aceleración
máxima del vehículo. La transmisión de los datos se realiza
a través del CAN-Bus.
Al solicitarse «kick-down», la unidad de control selecciona una
curva característica especial para los cambios, en los que se alargan
las marchas. Para una aceleración más rápida del vehículo,
el sistema cambia a menor, en función del régimen, al recibir
la solicitud de kick-down.
En caso de ausentarse la señal, si se ausenta la señal, la unidad
de control del motor calcula una señal supletoria analizando la posición
del pedal acelerador.
La señal de la
unidad de control ABS
Si las condiciones de la marcha requieren que la unidad de control ABS haga
intervenir la regulación antideslizamiento de la tracción (ASR)
o el programa electrónico de estabilidad (ESP), se encarga de cursar
esta información a través del CAN-Bus.
Si la unidad de control del cambio recibe la información de que los sistemas
ASR o ESP se encuentran en el ciclo de regulación, la unidad de control
suspende los cambios de las marchas durante el tiempo de la regulación.
En caso de avería, si la unidad de control del cambio automático
no recibe señales de la unidad de control ABS, sigue cambiando de marchas
incluso en el caso en que se soliciten las intervenciones de los sistemas ASR
o ESP.
Señal de posición
de la palanca selectora, para la unidad de control del motor
La señal de posición de la palanca selectora es una señal
analógica, que se pone a disposición de la unidad de control del
motor a través de un cable eléctrico.
La unidad de control del motor emplea la señal de posición de
la palanca selectora para desactivar el programador de velocidad al encontrarse
la palanca selectora en las posiciones «P», «N» y «R».
En caso de avería, el programador de velocidad deja de funcionar.
La señal del transmisor
de velocidad de marcha
Esta señal se pone a disposición de otras unidades de control
a través del CAN-Bus. La unidad de control en el cuadro de instrumentos
emplea la señal para el velocímetro.
En caso de avería, la unidad de control en el cuadro de instrumentos
calcula una magnitud supletoria interpretando la señal del transmisor
de régimen del cambio.
Electroválvulas
En el distribuidor hidráulico del cambio automático están
contenidas nueve válvulas electromagnéticas. Sus funciones para
los cambios de las marchas son gestionadas por la unidad de control del cambio
automático. Se pueden catalogar en dos diferentes tipos en lo que se
refiere a su modo de funcionar:
El electroimán
para el bloqueo de la palanca selectora
Esta situado en el mecanismo de la palanca selectora. Impide que la palanca
selectora pueda ser llevada de las posiciones P y N a cualquier otra posición.
Pisando el freno se suprime el bloqueo de la palanca selectora. El bloqueo se
activa al conectar el encendido. En caso de avería del electroimán
para bloqueo de la palanca selectora es posible llevar la palanca a una gama
de marchas sin pisar el freno.
Si se averían ambos conmutadores de luz de freno deja de ser posible
mover la palanca selectora.
El bloqueo anti-extracción
de la llave de contacto
Este dispositivo sólo permite extraer la llave de contacto estando la
palanca selectora en posición «P». De esa forma se pretende
evitar que el conductor se baje del vehículo sin haber colocado el bloqueo
de aparcamiento.
En la figura inferior tenemos el esquema eléctrico del cambio
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