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Cajas de cambio

Indice del curso

 

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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