¿Cómo funciona la caja de cambios ideal? Cambio CVT: historia, funcionamiento, ventajas e inconvenientes

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Contenido

  • Un poco de historia…
  • Funcionamiento
  • El variador continuo de par según Nissan
  • Ventajas e inconvenientes
  • Denominaciones comerciales

Siguiendo con esta serie de artículos técnicos sobre los diferentes tipos de cajas de cambio nos toca hablar de las de variador continuo de par o CVT (Continuosly Variable Transmission). Una caja que cuenta con infinitas relaciones de transmisión y que técnicamente, al menos en teoría, se antoja como la caja de cambios ideal. De esta forma se consigue trabajar siempre en el rango óptimo de giro del motor acorde a la situación actual de conducción. Esto permite obtener unos consumos menores que empleando un cambio manual u otro tipo de cambio automático, así como unas aceleraciones bastante mejores.

Un poco de historia…

Cambio Cvt Variador Continuo Williams Fw15c Prost
Sin embargo, a pesar de lo ideal que se antoja este tipo de cambio, ya en 1490 Leonardo DaVinci había teorizado sobre este sistema en una fase incipiente en uno de sus bocetos, y en 1879 Milton Reeves inventó un sistema similar de transmisión de velocidad variable para sierras de madera, el cual se usaría en su primer coche en 1896.

No fue hasta las década de los 60 cuando este sistema empezó a tener cierta relevancia en pequeños utilitarios económicos como el DAF 600, siendo 1987 un punto de inflexión con la presentación del Subaru Justy ECVT en el Salón de Tokio, y unos meses después del Ford Fiesta y Fiat Uno, llegando al apogeo de estas cajas de cambio en el 2000 cuando Audi lanzó la Multitronic de primera generación. Por otro lado, las cajas de variador continuo se encuentran presentes en casi el cien por cien de los scooters que circulan hoy en día, dada su sencillez y pequeño tamaño.

También en el mundo de la competición se ha coqueteado con ellas. En 1993 el equipo de Fórmula 1 Williams realizó varios test con un FW15C equipado con este tipo de transmisión pilotado por un joven David Coulthard, llegando a conseguir tiempos de hasta 3 segundos más rápido por vuelta gracias a la CVT, aunque la FIA prohibió el uso de estas cajas y jamás se llegaron a usar en carrera.

Funcionamiento

Audi Multitronic; Variator With Link Plate Chain
El principio básico en el que se basa una caja CVT es en el de dos poleas, una conectada al motor (polea conductora) y otra conectada a las ruedas (polea conducida), que varían progresivamente sus diámetros efectivos, de forma que mientras uno aumenta, el otro disminuye, y viceversa, ya que estas poleas están unidas por una correa o cadena cuya longitud permanece constante. Es así como se consigue un número infinito de relaciones de transmisión acotado por una relación mínima y otra máxima.

En una caja CVT nos encontramos con los siguientes elementos:
• Un elemento de embrague, que según el fabricante de la caja puede ser un convertidor de par (como las Hypertronic y Extroid de Nissan) o un embrague multidisco húmedo (en el caso de las Multitronic de Audi).
• Un inversor para poder cambiar el sentido de giro en la salida y accionar la marcha atrás. Este inversor suele consistir en un tren de engranajes epicicloidal accionado hidráulicamente.
• Una bomba de aceite que proporciona presión hidráulica para accionar los distintos sistemas de la caja y que gira solidariamente al motor, estando conectada al primario de la caja (eje de entrada que viene del motor).
Sistema electrónico que comanda la caja, siendo muy importante en los cambios CVT, ya que debe de adecuar en todo momento la relación de transmisión usada a la velocidad y carga puntual para asegurar que se trabaja en el régimen de giro del motor óptimo. En el caso de cajas con embragues multidisco, y sobre todo en las Multitronic que emplean un sistema de micropatinamiento accionado hidráulicamente (podría decirse que es como una especie de segundo embrague) el peso de la electrónica es mucho mayor que en las que emplean un convertidor de par como elemento de embrague, ya que deben controlar a la perfección la fase de acoplamiento y desacoplamiento del motor.
Sistema de relación de transmisión, con lo que nos queremos referir a esas dos poleas de diámetro cambiante, la cadena, y demás elementos que hacen posible transmisión de movimiento. En general, la mayoría de estos cambios consta de dos ejes, uno conductor y uno conducido, donde se montan las correspondientes poleas homónimas. Estas poleas se componen a su vez de dos “caras cónicas”, una fija y otra que desliza sobre el eje por medio de unas estrías y accionada por presión hidráulica.

Así, cuando las caras de una de estas poleas se acercan, la cadena que las une “sube”, ya que se estrecha la garganta interior, aumentando el diámetro efectivo de la misma. En la otra polea sucede justamente lo contrario. La cadena que une ambas poleas suele estar compuesta por múltiples láminas de acero (Multitronic) o incluso una correa como en los cambios más simples y pensados para motores menos potentes o scooters. Esta cadena trabaja a fricción con las caras cónicas de las poleas, de ahí que sea especialmente importante la lubricación de la misma y estado del aceite.

El variador continuo de par según Nissan

Cambio Cvt Variador Continuo Nissan Extroid
Caso especial en su funcionamiento son las Extroid de Nissan, que aunque se basan en el principio del variador continuo de par, la forma de obtener esa variación es diferente a las Multitronic y demás competidoras. Esta caja cuenta con dos poleas cóncavas y conectadas por medio de unas ruedas toroidales. Estas ruedas toroidales son accionadas por presión hidráulica, cambiando su inclinación y transmitiendo el movimiento de una polea a otra de nuevo por fricción. Así, al inicio de la marcha estas ruedas conectan la zona de menor diámetro de la polea conductora con la zona de mayor diámetro de la conducida, y a medida que el vehículo gana velocidad, estas ruedas cambia su posición hasta conectar la zona de mayor diámetro de la conductora con la de menor diámetro de la conducida, tal y como se muestra en la imagen.
Cambio Cvt Variador Continuo Esquema Xtroid

Ventajas e inconvenientes

La gran ventaja de este tipo de cajas de cambio es el hecho de que permiten usar siempre el motor un su régimen ideal, por los que se consigue un consumo menor y unas mejores prestaciones. Además, son unas cajas relativamente compactas, por lo que requieren menos espacio y reducen el peso.

Por el contrario, presentas dos grandes desventajas. La primera de ellas es que no puede transmitir un par elevado, por lo que solo se encuentra presente en utilitarios y vehículos con motores pequeños. Con la llegada de la Multitronic de Audi y su cadena formada por láminas de acero este par límite se aumentó en torno a los 400 Nm.

La segunda gran desventaja radica en las sensaciones que transmite al conductor, ya que en los vehículos que equipan estas cajas el régimen de giro del motor no acompaña con la velocidad a la que se circula, por lo que se produce una sensación extraña. Además, el hecho de no existir varias relaciones de transmisión concretas, es decir, varios escalonamientos, tampoco ayuda a mejorar la experiencia. Para intentar paliar este problema algunos fabricantes han implementado electrónicamente varios escalonamientos, de forma que las caras de las poleas se mueven de unas posiciones determinadas a otras, y así transmitir esa sensación de número discreto de velocidades o relaciones de transmisión.

Denominaciones comerciales

Llegados a esta altura del artículo, ya sabrás que Audi, y en definitiva VW, denominan a su caja CVT Multitronic. Sin embargo, este tipo de cajas ha tenido una mayor acogida en Japón, con las Lineartronic de Subaru; las Hypertronic, Extroid y Xtronic de Nissan o las CVT de Toyota.

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