Las transmisiones automáticas prosperan bajo presión

Las transmisiones automáticas prosperan bajo presión

Aunque se hicieron varios intentos para diseñar una transmisión que seleccionara las marchas automáticamente, no fue hasta 1939 que los ingenieros de General Motors encontraron una solución satisfactoria; el dispositivo se llamó HydraMatic, y fue la primera transmisión de automóvil de pasajeros completamente automática en llegar a producción, y se vendieron alrededor de 25,000 Oldsmobiles equipados con ellos.

Casi veinticinco años después, en 1963, Earl A. Thompson, que había estado a cargo del grupo de ingenieros de GM que desarrolló el HydraMatic, recibió el Premio Sperry, en reconocimiento a “una contribución de ingeniería distinguida que, a través de la aplicación, demostró en servicio actual, ha avanzado el arte del transporte ya sea por tierra, mar o aire “.

Durante los siguientes 75 años, la transmisión automática (A / T) ganó otras cinco (o incluso seis) velocidades, se controló electrónicamente y se redujo de tamaño. Pero después de todos estos años, la A / T todavía depende de la presión de la línea hidráulica para funcionar.

La presión de la línea hidráulica controla el comportamiento de la transmisión automática 

El cuerpo de la válvula es el centro de control de la transmisión automática. Contiene un laberinto de canales y pasajes que dirigen el fluido hidráulico a las numerosas válvulas que luego activan el paquete de embrague apropiado o el servo de banda para cambiar a la marcha correcta para cada condición de conducción sin problemas.

Cada una de las muchas válvulas en el cuerpo de la válvula tiene un propósito particular y se llama así por esa función. Por ejemplo, la válvula de cambio 2-3 activa el cambio ascendente de 2ª a 3ª, o la válvula de sincronización de cambio 3-2 que determina cuándo debe ocurrir un cambio descendente.

La válvula más importante es la válvula manual que está directamente conectada a la palanca de cambios y cubre y abre varios pasajes dependiendo de la posición en la que se coloque la palanca de cambios. Cuando está en Drive, por ejemplo, la válvula manual dirige el fluido al paquete de embrague (s) que activa la 1ª marcha. También está configurado para monitorear la velocidad del vehículo y la posición del acelerador para que pueda determinar el tiempo y la fuerza óptimos (Dependiendo de la carga y velocidad del motor) para el cambio 1 – 2.

En las transmisiones controladas por computadora, se instalan solenoides eléctricos en el cuerpo de la válvula que dirigen el fluido a los paquetes de embrague apropiados o bandas bajo el control de la computadora para controlar con mayor precisión los puntos de cambio.

La presión generada por la bomba de aceite se canaliza a las válvulas de presión de la línea principal, del regulador y del acelerador para controlar y lubricar la transmisión. Algunos de estos han sido reemplazados o funcionan junto con controles electrónicos.

  • La presión del regulador aumenta con la velocidad del vehículo. Las transmisiones más antiguas tenían reguladores mecánicos que consistían en resortes, pesos centrífugos y una válvula de carrete para controlar esta presión. La presión del regulador determina el cambio ascendente de la transmisión, mientras que la presión del acelerador decide el cambio descendente. Las transmisiones de hoy usan solenoides para sincronizar los cambios.
  • La presión del acelerador indica la carga del motor. Algunas transmisiones utilizan un modulador de vacío o un enlace del acelerador para controlar la válvula del acelerador. Los vehículos de último modelo utilizan solenoides eléctricos para lograr los mismos resultados.

Las transmisiones cambian de marcha moviendo las válvulas de cambio. La presión del regulador funciona en un extremo de la válvula y la presión del acelerador con la ayuda de un resorte opera en el otro. Cuando un vehículo acelera por primera vez desde una parada, la presión del acelerador es más alta que la presión del regulador, por lo que el automóvil permanece en primera velocidad. A medida que aumenta la velocidad del vehículo, la presión del regulador (afectada por la velocidad del vehículo) aumenta hasta que supera la presión del acelerador y provoca un cambio ascendente.

Se produce un cambio descendente cuando la presión del acelerador supera la presión del regulador. Esto se debe a la mayor carga del motor. Estas dos presiones controlan el movimiento de la válvula de cambio. Las válvulas de cambio controlan los dispositivos reaccionarios (embragues y bandas) que impulsan y sujetan los miembros del conjunto de engranajes planetarios.

Para lograr un cambio de marcha suave sin un “deslizamiento” excesivo no es tarea fácil: la presión, bloqueando un juego de bandas y soltando otro, no solo tiene que ser sincronizado correctamente, sino que debe aplicarse de una manera que dé un cambio firme sin conmoción. Todo esto se controla mediante la presión de la línea hidráulica.

Durante el desarrollo de la línea del puerto de A / T, las presiones se miden en tiempo real y se comparan con las normas de diseño para confirmar que se cumplen los parámetros de diseño. Al mismo tiempo, los tiempos de turno y la calidad se miden y evalúan subjetivamente para garantizar que se logren los objetivos de conducción y rendimiento. Esto solo se puede hacer a través de transmisores de presión de alta precisión y calidad , como los producidos por STS.

Estas mediciones registradas durante el desarrollo son críticas, no solo para establecer cambios de calidad sino también para desarrollar especificaciones únicas relacionadas con la transmisión en particular. Se utilizan para el diagnóstico de averías en los talleres de reparación.

Siguiendo el ritmo de los tiempos

Dado que las regulaciones de emisiones juegan un papel importante en el desarrollo de vehículos modernos, los fabricantes continúan repensando el diseño, con miras a mejorar la eficiencia sin restar valor al rendimiento.

En uno de estos desarrollos emprendidos por el fabricante coreano KIA, se patentaron 143 nuevas tecnologías durante el diseño del compacto 8AT. Esta nueva transmisión permite una aceleración suave desde parado, así como una mayor eficiencia de combustible, características NVH mejoradas y una aceleración más decisiva a altas velocidades que una transmisión automática con menos marchas.

Para mejorar la economía de combustible de la transmisión automática de ocho velocidades, los ingenieros de KIA redujeron significativamente el tamaño de la bomba de aceite (la principal fuente de pérdida de potencia en una transmisión automática) y simplificaron la estructura del cuerpo de la válvula. Con la bomba de aceite más pequeña de todas las transmisiones de producción de su clase, la 8AT es capaz de utilizar aceite hidráulico de forma más eficiente, distribuyéndolo uniformemente por toda la unidad en todo momento.

Los equipos de desarrollo de KIA también incorporaron un cuerpo de válvula de control directo para permitir el control por solenoide del embrague directamente, en lugar de a través de varias válvulas de control. Esto permitió a KIA reducir el número de válvulas de control de 20 a 12, lo que resultó en cambios de marcha más rápidos, un enlace mecánico más directo con el motor y un empaque mejorado.

El desafío de este enfoque revolucionario fue asegurar que la bomba más pequeña fuera capaz de suministrar volúmenes suficientes de fluido hidráulico a presiones de hasta aproximadamente 20 bar a los diversos componentes necesarios para el funcionamiento de la A / T.

Durante las pruebas de desarrollo, las presiones de la línea principal se midieron en condiciones de ralentí y de aceleración completamente abierta, con la unidad a temperatura de funcionamiento, para garantizar que la bomba más pequeña estuviera a la altura de la tarea. Una vez más, debido a la naturaleza crítica de los resultados obtenidos de estas pruebas, solo se utilizaron transmisores de presión certificados por laboratorio de alta calidad .

La medición precisa de la presión es fundamental para el desarrollo seguro y rentable de vehículos de motor

La medición precisa de la presión es fundamental para el desarrollo seguro y rentable de vehículos de motor

El principio de la energía hidráulica para realizar trabajos ha existido desde la época del antiguo Egipto, pero a medida que los sistemas han evolucionado, también lo han hecho las herramientas necesarias para diseñar y desarrollar estos circuitos sofisticados, a menudo críticos.

Desde el primer manómetro inventado por Evangelista Torricelli en el siglo XVII hasta el manómetro mecánico Bourdon y finalmente hoy, el transductor de presión piezorresistivo , los desarrolladores siempre han buscado el mejor equipo para medir presiones y optimizar el diseño. Y en los últimos tiempos, los ingenieros automotrices, en particular, han llegado a confiar en estos sensores de presión precisos y de alta calidad cuando realizan pruebas y desarrollo de vehículos.

Estos transductores de presión actuales son típicamente capaz de grabar deflexiones a gran escala de aproximadamente 350 mbar a 700 bar bajo temperaturas sostenidas que van desde -40 O C a 150 ° C; y lo mejor de todo, los sensores de calidad, como los producidos por STS, son capaces de una histéresis y repetibilidad de alrededor del 0,001%.

Imagen 1: Transmisor de presión ATM.1ST de alta precisión con una precisión de hasta 0,05% FS

Los sensores de presión de alta calidad se utilizan en el desarrollo de sistemas automotrices clave.

Este nivel de repetibilidad es fundamental en el diseño y desarrollo de sistemas de refrigeración y suministro de combustible, entre otros. Durante el desarrollo, los diseñadores confían en un equipo de medición de presión estable para registrar la información con precisión, de modo que se pueda documentar el efecto de incluso los cambios de diseño más pequeños sin preocuparse de que el sensor sea incapaz de obtener resultados repetibles.

En un rediseño reciente de un sistema de enfriamiento del motor para aprovechar las pérdidas parásitas reducidas que son posibles gracias a la electrificación, el equipo de ingeniería de un OEM de lujo se enfrentó inicialmente con una caída de presión en la bomba de alrededor de 250 kPa. Antes de que fuera posible un rediseño de la nueva bomba eléctrica, era necesario registrar mediciones de presión precisas, lo que permitía a los ingenieros la oportunidad de identificar el problema. Después de estudiar los resultados registrados por la matriz de sensores de presión, se modificó el diseño, reduciendo la caída a menos de 100 kPa y recortando las pérdidas parásitas en 500 W.

Y aunque la electrificación y los controles electrónicos están desempeñando un papel cada vez más importante en los sistemas de los vehículos, todavía se confía en la presión hidráulica para garantizar el buen funcionamiento de muchos circuitos críticos.

A modo de ejemplo, durante el desarrollo de una  transmisión automática , las presiones de la línea del puerto deben medirse en tiempo real y luego compararse con las normas de diseño para confirmar que se cumplen los parámetros de diseño. Al mismo tiempo, los tiempos de turno y la calidad se miden y evalúan subjetivamente para garantizar que la capacidad de conducción y el rendimiento cumplan con los requisitos del cliente.

A pesar del valor de los sensores de presión de alta calidad para registrar datos valiosos durante las pruebas y el desarrollo, al industrializar las tecnologías futuras, estas herramientas también pueden reducir significativamente los costos de diseño.

Los sensores de presión garantizan que las tecnologías futuras estén a la altura de las expectativas.

En un intento por mejorar el rendimiento de los motores severamente reducidos, los fabricantes están aprovechando la potencia adicional que ofrece la electrificación de 48V, reemplazando el turbocompresor por un sobrealimentador eléctrico .

Al ser una tecnología en proceso de maduración, los ingenieros que deseen optimizar los supercargadores eCharge no disponen de muchos datos de investigación y pruebas. Aunque la dinámica de fluidos y la ingeniería eléctrica proporcionan una plataforma sólida desde la que construir, sigue siendo vital que las teorías se validen en condiciones de prueba del mundo real.

Para lograr esto, se deben mapear las presiones del colector para optimizar el rendimiento del motor y maximizar la energía recuperada de los gases de escape. Para esto, se requieren sensores de presión extremadamente precisos que brinden lecturas precisas en una amplia gama de presiones y temperaturas de refuerzo del colector. Estos sensores también deben ser resistentes a la vibración y la degradación química.

Y mientras los fabricantes de todo el mundo continúan investigando sobre vehículos eléctricos, varios grupos están considerando formas de aprovechar el hidrógeno para generar electricidad en lugar de depender de las baterías de almacenamiento.

Las celdas de combustible de hidrógeno que emplean membranas de intercambio de protones, también conocidas como celdas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM) (PEMFC), ya han tenido una producción en serie limitada en vehículos como el Mirai de Toyota.

Aunque las celdas de combustible PEM pequeñas funcionan normalmente a una presión de aire normal, las celdas de combustible de mayor potencia, de 10 kW o más, suelen funcionar a presiones elevadas. Al igual que con los motores de combustión interna convencionales, el propósito de aumentar la presión en una pila de combustible es aumentar la potencia específica extrayendo más potencia de la celda del mismo tamaño.

Normalmente, la pila de combustible PEM funciona a presiones que van desde casi la atmosférica hasta aproximadamente 3Bar, y a temperaturas entre 50 y 90 ° C. Si bien las densidades de potencia más altas son posibles al aumentar la presión de funcionamiento, la eficiencia neta del sistema puede ser menor debido a la potencia necesaria para comprimir el aire; de ahí la importancia de equilibrar la presión con los requisitos de la celda de combustible particular.

Al igual que con las presiones de refuerzo ICE, esto solo se puede hacer tomando medidas de presión precisas utilizando sensores de presión de alta calidad. Estas medidas se comparan luego con las salidas de la pila de combustible para minimizar las pérdidas parásitas mientras se optimizan las ganancias en la salida eléctrica.

Por lo tanto, independientemente del curso que elija la industria automotriz para las tecnologías futuras, los sensores de presión precisos seguirán siendo clave para el desarrollo de vehículos seguros y eficientes.

Suscríbete a nuestro boletín

Suscribase a nuestra lista de correo para recibir las últimas noticias y actualizaciones de nuestro equipo.

¡Te has suscripto satisfactoriamente!