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Así funciona una caja de cambios automática CVT

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Tiempo atrás os contamos las ventajas de una caja de cambios automática con respecto a una caja de cambios manual, y también os hablamos de los cuatro tipos principales de cambios automáticos. Uno de ellos es el cambio conocido como CVT o transmisión continuamente variable, también llamada a veces de variador continuo.

Un automóvil con motor de combustión interna que tiene que funcionar en un rango de velocidades muy amplio, desde muy baja velocidad hasta muy alta, necesita imprescindiblemente una caja de cambios que permita adaptar el giro que está produciendo el motor con el giro que estamos demandando en las ruedas.

Dicho de otra manera: cuando queremos ir despacio, la velocidad de giro de las ruedas del automóvil debe ser baja, y por tanto también debería ser baja la velocidad de giro del motor, y viceversa cuando queremos que la velocidad se alta.

Sin embargo, en un motor de combustión interna no podemos hacer esto de manera directa, pues nos encontramos con momentos en los que el motor apenas entregará par y potencia (cuando gira muy despacio y "se nos queda sin fuerza"), y otros momentos en los que el motor giraría tan rápido (a altas revoluciones), que el consumo, ruido y desgaste serían muy altos.

Es por eso que hay que jugar con las relaciones de cambio, que multiplican o desmutiplican el giro del motor. Por ejemplo, cuando queremos ir a muy baja velocidad, nos interesa que el motor gire más rápido que las ruedas, para tener suficiente potencia. En cambio, cuando queremos ir a alta velocidad, nos interesa que el motor gire más o menos a la misma velocidad que las ruedas, o incluso en algunos casos, ligeramente menos.

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Un motor de combustión necesita una caja de cambios

Lo tradicional es emplear una caja de cambios donde tenemos un eje que gira con el motor y un eje que gira con las ruedas. Entre ambos la transmisión del giro se realiza a través de un par de ruedas dentadas de diferente diámetro, una que gira con el eje del motor y otra que gira con el eje de las ruedas.

De manera muy resumida: si la rueda dentada que gira con el motor es de diámetro muy pequeño y la rueda dentada que se acopla ("se engrana") y gira con las ruedas es de diámetro muy grande, la primera girará más vueltas por minuto que la segunda. Es decir, se consigue que mientras que el motor gira muy rápido las ruedas giren muy despacio. Podría ser, por ejemplo, con una relación de 3 a 1.

De manera análoga, si ambas tienen el mismo diámetro girarán a la misma velocidad, y la relación sería de 1 a 1. Y si es al revés, es decir que la rueda dentada que gira con el motor es de mayor diámetro que la rueda dentada que gira con las ruedas, giraría más despacio que las ruedas (por ejemplo 0,8 a 1).

Para poder tener diferentes relaciones de cambio es por lo que una caja de cambios tiene diferentes ruedas dentadas de distintos diámetros, que conforman lo que se conoce como marchas o velocidades. En una caja de cambios, para cambiar de una relación a otra, hay que cambiar de una rueda dentada a otra, y es lo que se conoce como cambiar de marcha, para lo que hay que interrumpir temporalmente la transmisión con el motor, por ejemplo con el embrague, para poder quitar una marcha y poner otra. Según el diseño de la caja de cambios puede haber más o menos velocidades o marchas (y por tanto relaciones de cambio distintas).

Esto implica una discontinuidad en la transmisión, una interrupción en la aceleración y una ligera pérdida de rendimiento y eficiencia, y también la posibilidad de experimentar pequeños tirones o sacudidas cuando se desengranan y engranan las marchas.

Las cajas de cambio CVT o continuamente variables se utilizan en los automóviles para evitar esto. En general su funcionamiento es eficiente (más que en una caja de cambios automática tradicional de convertidor hidráulico de par) y muy suave.

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Transmisión continuamente variable

Las cajas de cambio continuamente variables emplean el mismo principio de relación de cambio que acabamos de explicar, relacionado con la diferencia de diámetro entre una rueda dentada y otra (y por tanto diferencia en la velocidad de giro), y además otro principio que se conoce desde hace siglos de transmisión del giro entre dos ruedas que giran, a través de una cuerda o correa, en lugar de mediante el contacto directo o engranaje de las ruedas. Una transmisión continuamente variable de hoy en día suele emplear una correa metálica o una cadena.

Tenemos igualmente un eje que gira con el motor y otro eje que gira con las ruedas del vehículo. El eje del motor es el que se conoce como entrada y hace girar una polea dentada que "envía la fuerza" (que a veces es llamada polea conductora o primaria). El eje que transmite el giro a las ruedas del automóvil se conoce como salida y gira gracias al giro de otra polea dentada que "recibe la fuerza" (y que a veces también se puede llamar polea conducida o secundaria).

Entre una polea y la otra está la cadena que transmite el giro de una a la otra (de manera muy parecida a como funciona la cadena de una bicicleta entre el plato del pedalier y el piñón). Lo que sucede es que si el diámetro de las poleas es siempre el mismo, solo tendríamos una relación de cambio, pero como hemos dicho antes necesitamos diferentes relaciones de cambio para poder utilizar mejor el motor y para poder circular en un rango muy amplio de velocidades.

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En una transmisión continuamente variable no hay diferentes ruedas dentadas ni se cambia de una rueda dentada a otra. Su propio nombre lo indica: la transmisión es continua, y por tanto no se interrumpe nunca, y es a la vez variable. La variabilidad se consigue haciendo que el diámetro efectivo de las poleas cambie en tiempo real.

Para ello se recurre a un diseño de la polea ingenioso: se divide en dos partes que se pueden alejar o acercar ligeramente, normalmente con un sistema hidráulico, y las paredes de cada parte, que sirven de calle para la cadena, no son verticales, sino cónicas.

De este modo cuando las paredes se acercan y la calle se estrecha, aumenta el diámetro de la polea y la cadena "sube". Cuando las paredes se alejan y la calle se ensancha, el diámetro de la polea se reduce y la cadena "baja".

Así, al variar el diámetro de la polea conductora y el de la polea conducida, se tienen múltiples relaciones de cambio (podríamos decir que casi infinitas). El sistema de control electrónico del cambio se ocupa de elegir la relación de cambio más adecuada en cada momento dependiendo de diferentes factores, como la velocidad que lleva el coche, el nivel de presión sobre el acelerador, el esfuerzo que tiene que hacer el motor, el modo de conducción seleccionado, etcétera.

En Espacio Toyota

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