Así

funciona
una caja de
cambios
automática
CVT

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.
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.
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 pedalear 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.
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.

https://www.motorpasion.com/espaciotoyota/asi-funciona-una-caja-de-cambios-automatica-
cvt

8.- CAMBIO AUTOMÁTICO POR VARIADOR CONTINUO

(CVT)
Las cajas de cambios explicadas anteriormente tienen un número finito de relaciones de
cambio. Mientras más relaciones de cambio se tenga, mejor se aprovechan las
prestaciones del
motor térmico. El cambio automático por variador continuo tiene una variación continua
de la
relación de cambio, es decir, infinitas relaciones de cambio.
Sean dos discos cuyos ejes son perpendiculares y
que ruedan uno sobre otro (ver figura). Si se varía el radio
del disco grande sobre el que el disco pequeño gira, se
consigue variar la relación entre sus velocidades angulares.
Si se conecta el disco pequeño al motor y el grande a las
ruedas ya se tiene una caja de cambios cuya relación de
cambio puede variar de manera continua. Al llevar a la
práctica esta idea surgen dos problemas: las grandes cargas
que deben soportar ambos discos que les da una eficacia
menor del 50% y el desgaste no uniforme que sufre el disco
grande. Sin embargo, la técnica actual permite solucionar
dichos problemas y fruto de ello es la tranmisión Taurotrak.
Aunque la idea anterior consigue una transmisión que varía continuamente la relación
de marcha, cuando se habla de CVT suele ser más habitual referirse a un sistema
formado por
dos poleas de diámetro variable unidas mediante una correa metálica. En función de las
condiciones de marcha del vehículo y de los requerimientos de la conducción, el
diámetro de las
poleas varía y con ello se logra un número de marchas infinito, es decir, una variación
continua
en la relación de marcha.
El giro del motor es transmitido a las ruedas a través de dos poleas llamadas primaria, la
del motor, y secundaria, la del eje de las ruedas. Cada polea está formada por dos
troncos de
cono cuya separación puede variarse. En la primaria unas masas de inercia controlan la
separación de los discos por la fuerza centrífuga y en la secundaria un muelle los
mantiene
unidos una distancia que depende del diámetro que tengamos en la polea primaria.
Cuando el eje primario gira las masas tienden a separarse del eje debido a la fuerza
centrífuga, esto hace que se junten los discos de la polea primaria y el diámetro que
describe la
correa aumenta (ver figura superior). Como la longitud de la correa es constante, al
aumentar el
recorrido por la polea primaria, la polea secundaria disminuye su diámetro separándose
los
discos y comprimiendo el muelle. A medida que el eje gira más rápido, las masas
tienden a
Cajas de cambio automáticas pág. 17
separarse más del eje y comprimir más los discos del primario, aumentando su diámetro
y
disminuyendo el del secundario. Así se consiguen infinitas relaciones de marcha,
minimizando
las variaciones de régimen del motor.
Cuando el vehículo está parado el resorte mantiene juntos los discos de la polea
secundaria con lo que se consigue que el diámetro de la polea sea el máximo y, por
consiguiente,
que el diámetro de la primaria sea mínimo, con esta relación de diámetros se consigue
mucho par
en el eje secundario. Una vez que está en marcha el vehículo, las masas de inercia de la
polea
primaria empujan a los discos obligando a estos a cerrarse con lo que el diámetro de la
polea
aumenta y el del secundario disminuye. Con esta nueva relación de diámetros se
consigue una
mayor velocidad de giro en el secundario. Con esto se consigue una relación adecuada
de parvelocidad
en el eje secundario, el de las ruedas, esto es, a velocidades pequeñas se le suministra
el máximo par para esa velocidad, y en los demás casos se trata de ofrecer capacidad de
alcanzar
la máxima velocidad posible.
Si la fuerza centrífuga tuviera que superar continuamente la fuerza del resorte por sí
misma, se requeriría un régimen demasiado elevado del motor y potencia, o más
combustible.
Para economizar combustible la fuerza centrífuga es asistida por el vacío del motor. Así,
la
influencia de los contrapesos centrífugos puede ser asistida o contrarrestada.
Cuando el vacío de motor favorece la fuerza centrífuga de las masas se consigue que los
discos de la polea primaria se junten más de lo que se juntarían sin este efecto o lo que
es lo
mismo, un mayor diámetro; se obtiene una relación de supermarcha que permite
mantener la
misma velocidad con un menor par motor.
Cuando se pisa el freno, el vacío del motor se opone a la fuerza centrífuga de las masas
y se consigue que los discos de la polea primaria se junten menos de lo que lo harían sin
este
efecto (menor diámetro). Se consigue una relación más baja de diámetros y así el motor
contribuye a la acción de frenado (freno motor).
Otra opción para desplazar la polea primaria es mediante actuadores oleohidráulicos en
vez de mediante la fuerza centrífuga. Aunque las poleas sean la clave de estas cajas de
cambio,
no hay que olvidar que también tienen otros elementos. Antes de la caja se necesita un
embrague
hidráulico o magnético. Además, la caja puede disponer de un tren de engranajes
paralelos con
sincronizador para conseguir dos desmultiplicaciones en el eje de salida (el desarrollo
más corto
se utilizará para recorridos de montaña y retenciones del motor). Para conseguir la
marcha atrás
hay que acoplar un tren adicional que invierta el sentido de giro.
Este tipo de cambios no ha avanzado mucho en los últimos años por su limitación para
transmitir grandes pares. Esto los ha relegado a coches de poca potencia y destinados
principalmente al uso urbano, como el Nissan Micra y el Lancia Y.