LA CAJA
DE CAMBIOS de DOBLE EMBRAGUE
Hoy voy a cambiar el
tema para saltar al mundo de las aficiones, y más concretamente a la “Caja de
Cambios” o cambio de marchas en los automóviles.
El cambio de marchas de
un automóvil, constituye el mecanismo básico que sirve para acomodar la
velocidad de giro del motor y su correspondiente entrega de par y potencia, con
la propia velocidad del automóvil en cada momento o circunstancia. La
diversidad de circunstancias resulta obvia pensando en el inicio de la marcha, la
diferencia entre incrementar velocidad o mantenerla constante, o el súbito
incremento para realizar adelantamientos con seguridad. Por otro lado la
disponibilidad de potencia y par motor resulta diferente según que el régimen
de giro, sea más alto o más bajo.
El “cambio de
marchas” lógicamente se encuentra muy relacionado con la “destreza” del
conductor ya que durante este proceso, es necesario “estimar con cierta
antelación” el margen de par y potencia con las que el automóvil puede
responder, ya sea en el próximo adelantamiento, al subir una pendiente o en la
salida de la próxima curva.
Tradicionalmente se han
desarrollado un par de sistemas diferentes para resolver el problema. Por un
lado las transmisiones o “cajas de cambio” con accionamiento manual, y en
contraposición las transmisiones o cambios automáticos.
La diferencia entre ambos tipos de mecanismos
siempre ha sido bastante clara, con independencia de la formación o
conocimientos técnicos de cada usuario. Los “cambios manuales”, requieren un
accionamiento directo por parte del conductor, lo que implica un cierto nivel
de destreza y mayor complejidad en la conducción, y en cambio los “cambios
automáticos” responden por sí mismos en cada situación, y por tanto el
conductor ya no tiene que intervenir. Esto motiva que los sistemas automáticos
se asocien a confort y comodidad, y los manuales con un espíritu más deportivo
y de capacidad de control sobre el comportamiento dinámico del coche.
Esta diferencia cualitativa además de servir
para distinguir ambos sistemas, ha contribuido a marcar un determinado “sesgo” bastante
subjetivo y estereotipado, que se refuerza con el marketing comercial, y no
siempre responde a la racionalidad de sus características técnicas. Este
panorama se complica últimamente con las nuevas cajas de “doble embrague” que
comparten características de ambos sistemas, pero cuya promoción comercial como
sistema novedoso, induce a confundirlo con sistemas automáticos, enfatizando ciertas
características parciales como “cambio secuencial”, o “levas en el volante”, que
enseguida son canibalizadas por la promoción comercial del cambio automático
tradicional.
En mi opinión la mejor forma de establecer
con claridad la diferencia entre los distintos sistemas, es revisar primero las
características fundamentales que diferencian el cambio manual respecto al
automático, para luego analizar con respecto a la “utilización funcional” de un
cambio manual, las diferencias que se añaden con los nuevos cambios de doble embrague.
El
Cambio Manual
Se trata del primer sistema históricamente
desarrollado, que se basa en la idea de disponer una serie de “pares de
engranajes”, colocados entre dos ejes paralelos anclados dentro de una caja.
Cada “pareja de engranajes” se corresponde a una de las velocidades o
relaciones del cambio de marchas.
Cada uno de los dos engranajes que forman el
par, tiene distinto diámetro, aunque la suma de ambos se mantiene fija, de
acuerdo con la separación entre los ejes. La proporción entre el número de
dientes de cada engranaje de la pareja, es precisamente la “relación” del
cambio que corresponde a cada una de las “marchas”. La transmisión del
movimiento se realiza impulsando uno de los dos ejes desde el motor, y mediante
la conexión, exclusivamente de una sola pareja de engranajes en cada momento,
el otro eje es “arrastrado” con la desmultiplicación establecida por la
proporción entre el número de dientes de cada uno.
El “cambio” para pasar a otra marcha
diferente, se realiza por el conductor, accionando con la mano una “palanca de
cambios” mediante la que conecta otra pareja de engranajes distinta, siempre
con la condición necesaria, de haber separado previamente la que estaba
conectada.
Para realizar esto, también es necesario desconectar
momentáneamente el impulso de arrastre del motor, mediante un “embrague” que se
sitúa por delante de la caja de cambios, y se acciona pisando un pedal. Este se
mantiene pisado hasta que se termina de acoplar la nueva marcha y al soltarse,
vuelve a reponer el impulso del motor.
Los dos ejes en la caja se distinguen con la
denominación de “primario” y “secundario”, siendo el primario,
el que realiza la salida del movimiento ya desmultiplicado sobre la transmisión
y las ruedas, y secundario el que recibe el impulso desde el motor y el
embrague.
El
Cambio Automático
Este tipo de cambio se desarrolla en torno a
los años 50s en USA, y supone por un lado mayor sencillez y comodidad de
conducción ya que no es necesario manejar el cambio de marchas, pero por otra
parte es un sistema más complejo pesado y caro. A pesar de estas
características, el desarrollo económico del mercado americano de la época, el
nivel medio de tamaño y potencia de los coches, y el acceso al “uso” del automóvil
de un extenso público femenino, poco dado a valorar las destrezas de conducción
por encima del sentido práctico de facilitar el desplazamiento, aseguran un “éxito
comercial” que se generaliza inicialmente por los coches más grandes o caros incrementando
paulatinamente la presencia aunque menos frecuente, por los coches más compactos
y económicos.
Este tipo de mecanismo, dispone también de
una “caja con engranajes” y un sistema previo denominado “convertidor de par”
que puede evocar un embrague, pero ambos sistemas son radicalmente distintos
entre sí. Los cambios automáticos son transmisiones en general más robustas y
pesadas que las de tipo manual y una de sus diferencias básicas, es que las
cajas manuales transmiten la potencia y el movimiento de una forma “rígida”, y
sin embargo en las automáticas hay un acoplamiento “hidráulico” que tolera
cierto grado de deslizamiento.
Esta característica está también vincula con su
origen, ya que las transmisiones hidráulicas proceden y resultan
indispensables, en el mundo de la maquinaria “pesada”, canteras y obras públicas
en general, ya que “detener” o “impulsar” vehículos de cientos de toneladas,
con potencias de miles de caballos, que pueden producir tirones bruscos con
cierta facilidad, asegurarían la “rotura” de cualquier sistema “rígido” de
transmisión.
Esa falta de “rigidez en el acoplamiento de
la transmisión se debe al “convertidor de par”, que es un mecanismo que
intercepta el movimiento de giro procedente del motor, y lo transmite a la caja
de engranajes posterior. El mecanismo internamente está configurado por una
especie de “turbina” hidráulica, que consiste en un par de rotores con álabes o
paletas de geometría muy ajustada y precisa, que a su vez forman una cámara
“toroidal” (rosquilla), llena de un líquido hidráulico cuyo movimiento de giro
en forma de espiral enrollada a lo largo de la rosquilla, “arrastra” al segundo
rotor, y transmite la “potencia” en función de la velocidad de giro del
torbellino y la inclinación particular de los álabes o paletas.
Evidentemente cuando la velocidad de giro es
lenta, ese torbellino “transmite” muy poca fuerza, y es posible mantener un
vehículo detenido aunque el motor se encuentre girando, pero a medida que se
incrementa su velocidad, la “fuerza” que transmite el torbellino es capaz de
desplazar el vehículo con normalidad y a plena potencia del motor.
Lógicamente en este punto radica una de las
características más peculiares sobre este tipo de caja de cambios, y hace que
en el mundo de la competición o de los aficionados a conducir, esta transmisión
se valore con cierto desdén, ya que si lo analizamos cuidadosamente, enseguida
se comprende que cuando un coche se está desplazando a cierta velocidad y
queremos que “acelere” con toda la fuerza o potencia disponible, primero se “pisa”
el acelerador, y en respuesta el motor incrementa bruscamente su “par motor” o “fuerza
del giro” que luego se convierte paulatinamente en un aumento de la velocidad.
Cuando la transmisión es de tipo “rígido”
como en un cambio manual, el conductor puede “sentir” de forma inmediata ese
incremento brusco en la “fuerza del motor” respondiendo a su acción sobre el
acelerador, pero sin embargo cuando la transmisión es hidráulica, para que haya
un incremento de fuerza apreciable, primero tiene que aumentar la velocidad de
giro dentro del convertidor de par, para que este pueda generar el incremento
de “fuerza” sobre las ruedas, y esto supone un relativo “desfase” desde que se
acciona el acelerador, hasta que el conductor pueda “sentir” la respuesta.
A continuación del convertidor de par, se
encuentra propiamente la “caja de engranajes”, pero en este caso ya no se
utilizan los pares de engranajes propios de la caja manual, sino que se
disponen varios conjuntos de engranajes “epicicloidales”, que se combinan entre
sí a lo largo de un eje único. Estos conjuntos de engranajes están formados por
un engranaje central denominado “planetario” que gira sobre el eje. Sobre este
engranaje se colocan otros tres o cuatro engranajes más pequeños que lo rodean
engranados sobre él formando un conjunto combinado que se denominan
“satélites”. Sobre el contorno exterior de los satélites, se dispone a su vez
una “corona” engranada sobre ellos, de forma que todo el conjunto puede admitir
distintas combinaciones de movimiento según se vayan bloqueando unos elementos
u otros.
En un caso podemos “bloquear” el planetario
central, y entonces al aplicar un giro a la corona exterior, se arrastra el
conjunto de satélites que quedan obligados a rodar sobre el planetario inmóvil.
Si bloqueamos el movimiento de la corona exterior, un giro del conjunto de
satélites, produce el arrastre del planetario central y viceversa. Así mismo si
se bloquea el giro del conjunto de satélites, el impulso del planetario
arrastra la corona en sentido inverso o viceversa.
Cuando se combinan entre sí de forma adecuada
varios conjuntos epicicloidales, y se actúa selectivamente bloqueando las
combinaciones posibles, junto con la configuración de sus tamaños y número de
dientes, se consiguen distintas “relaciones” de desmultiplicación, que son
controladas con un sistema de válvulas hidráulicas que actúan en función de velocidad
y presión, de una forma completamente automática.
El
cambio de doble embrague
Este es a grandes rasgos el panorama de los
sistemas de cambios de marchas, tradicionales, hasta que se han empezado a
generalizar los de doble embrague. Este tipo de sistemas en cuanto al uso, se
parecen al “automático” porque desaparecen el pedal de embrague y la palanca de
cambios. Sin embargo aparecen una “levas” en el volante con las que se pueden
cambiar las marchas o bien dejar que el sistema opere de forma automática.
A pesar de esa apariencia similar a un cambio
automático tradicional, y que la moda de “levas en el volante” se ha exportado
a los cambios automáticos tradicionales, el mecanismo interno no tiene nada que
ver con ellos, ya que se trata de cajas con un sistema de “pares de engranajes” y “embragues”
de fricción, lo que supone una transmisión “rígida”, que ha conquistado el mundo de la competición de forma casi exclusiva.
Dada la extensión del tema prefiero aplazar
el resto, para desarrollar en la próxima entrada una explicación más completa.
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