Hispanopedia WikiUna transmisión de relación cerrada describe una transmisión de vehículo con una diferencia menor a la media entre las relaciones de marcha . Se utilizan con mayor frecuencia en autos deportivos para mantener el motor en su rango óptimo de potencia .
Descripción general
Una transmisión de relación cerrada se describe en relación con otra transmisión del mismo modelo de vehículo. Esta relatividad se aplica únicamente a las transmisiones ofrecidas para una misma marca y modelo; es decir, no existe un valor umbral específico ni un estándar industrial aceptado que determine si los pasos entre marchas constituyen una transmisión normal o de relación cerrada. Lo que un fabricante describe como una transmisión de relación cerrada no necesariamente implica relaciones más cercanas que las de una transmisión manual normal de otro fabricante.
Con frecuencia, los fabricantes utilizan el término "relación de cambio cerrada" cuando ofrecen una o más alternativas a la transmisión instalada de serie: por ejemplo, una transmisión opcional más deportiva que ofrece relaciones de cambio más cerradas que la estándar, como la que Porsche ofreció con las tres transmisiones que se enumeran a continuación para el 911 de 1967 a 1971.
Matemáticamente, la "cercanía" de una transmisión se puede caracterizar a partir del espaciado promedio acumulado entre engranajes , o promedio geométrico de los mismos. Esto se define como la raíz ( n -1)-ésima de los productos de cada relación de transmisión, que se simplifica al rango total de relaciones de transmisión y al número de velocidades (hacia adelante):
![{\displaystyle {\overline {\mathrm {spacing} }}\equiv \left(\prod _{i=1}^{n-1}{\frac {R_{i+1}}{R_{i}}}\right)^{\frac {1}{n-1}}={\sqrt[{n-1}]{\frac {R_{n}}{R_{1}}}}={\sqrt[{n-1}]{\frac {R_{hi}}{R_{lo}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3922dea5695c617b04ab7261ea32a9ac9e2ae278)
dónde
En general, la mayoría de las transmisiones tienen aproximadamente el mismo rango total entre la marcha más alta y la más baja, por lo que cuantas más marchas tenga una transmisión, más juntas estarán. Esto es evidente en la expresión anterior: comoA medida que aumenta la relación de transmisión, el espaciado promedio también aumenta. Una transmisión continuamente variable (CVT) tiene una cantidad casi infinita de relaciones de transmisión entre su relación más alta y la más baja, lo que significa que la CVT tiene pasos infinitesimalmente pequeños entre las relaciones de transmisión. Sin embargo, dado que las CVT no tienen relaciones de transmisión específicas (fijas) a menos que se programen como tales, no se considerarían transmisiones de relación cerrada.
Consideraciones sobre la curva de potencia del motor
Los motores de combustión interna que se encuentran en los automóviles de pasajeros son capaces de operar en un rango de velocidades relativamente amplio: el rango de ralentí a la línea roja para los motores de gasolina es de aproximadamente 700 a 6500 RPM o más; sin embargo, la banda de potencia , que es el rango óptimo de velocidades del motor considerando el consumo de combustible, el par y la potencia de salida, suele ser más pequeña. [ 1 ] La transmisión automotriz se utiliza para mantener la velocidad del motor dentro de la banda de potencia mientras se opera el vehículo en un amplio rango de velocidades legales.
Durante la aceleración, cuando la velocidad del vehículo aumenta hasta el punto en que la velocidad del motor supera la velocidad a la que se desarrolla la potencia máxima, el conductor o la transmisión cambian a una marcha superior (relación numéricamente menor), lo que reduce la velocidad del motor, manteniéndola en su rango óptimo de potencia y permitiendo una aceleración continua. Es posible que la siguiente relación de marcha superior sea mucho menor que la anterior, de modo que el cambio a una marcha superior reduzca excesivamente la velocidad del motor, provocando que esta caiga fuera de su rango óptimo de potencia; para una aceleración máxima, la velocidad del motor de un automóvil debe mantenerse dentro de este rango. Una transmisión de relación amplia requiere que el motor funcione en un rango mayor de velocidades, pero requiere menos cambios y permite un rango más amplio de velocidades de salida (del vehículo).
Los motores de alto rendimiento suelen estar optimizados para ofrecer la máxima potencia en un rango de revoluciones aún más estrecho. Las transmisiones de relación cerrada están diseñadas para permitir que el motor se mantenga dentro de este rango relativamente limitado de revoluciones y, por lo general, se ofrecen en coches deportivos , donde se espera que el conductor disfrute cambiando de marcha con frecuencia para mantener el motor en su rango de potencia óptimo.
Ejemplo (Porsche 911)
Esta tabla compara las relaciones de transmisión de tres transmisiones ofrecidas para los vehículos Porsche 911 de 1967 a 1971: la transmisión estándar 901/75, la transmisión 901/76 denominada "Para subidas de montaña" y la transmisión 901/79 denominada "Relación Nürburgring". Incluye el salto entre relaciones sucesivas; por ejemplo, el salto de tercera a cuarta marcha para la transmisión 901/76 es del 85%, lo que significa que la velocidad del motor en cuarta marcha es el 85% de la de tercera marcha a velocidades equivalentes del vehículo.
Para la transmisión estándar de Porsche (901/75) que se describe aquí, la relación de cada marcha sucesiva es, en promedio, el 75% de la de la marcha anterior:
Según cálculos similares, la transmisión Hill Climb tiene relaciones de transmisión sucesivas que, en promedio, representan el 81 % de la marcha anterior, mientras que la transmisión Nürburgring tiene relaciones de transmisión sucesivas que representan el 77 % de la marcha anterior. Por lo tanto, las marchas de la transmisión Hill Climb tienen una relación numérica más cercana a la marcha anterior que las de la transmisión estándar o la de Nürburgring, lo que la convierte en una transmisión de relación cerrada.
Cabe destacar que el cambio de 1.ª a 2.ª marcha en la transmisión de Nürburgring es el mayor cambio individual de las tres transmisiones, pero los cambios sucesivos de 2.ª a 5.ª marcha son relativamente pequeños; esta transmisión está diseñada para un funcionamiento sostenido a alta velocidad en lugar de para la aceleración desde parado.
Banda de poder
El Porsche 911 S de 1967 estaba equipado con un motor de seis cilindros opuestos de 2.0 L que producía 160 hp (120 kW) a 6600/min y 179 N⋅m (132 lbf⋅ft) de par a 5200/min. [ 3 ] Usando las relaciones de transmisión estándar anteriores, cuando el conductor cambia de 2.ª a 3.ª marcha a 6600/min, la velocidad del motor caería a 4890 /min (que es 6600 × 1.32 / 1.78). En este caso, cambiar a 3.ª marcha hace que la velocidad del motor sea ligeramente inferior a la velocidad a la que se produce el par máximo. Al utilizar una caja de cambios de relación cerrada, como el ejemplo de Hill Climb mencionado anteriormente, cambiar a la tercera marcha reduciría la velocidad del motor a 5120 rpm (6600 × 1,55 / 2,00), lo que casi coincide con el par máximo del motor.
Asimismo, la caja de cambios Nürburgring mencionada anteriormente tiene una relación numérica ligeramente más cercana que la caja de cambios estándar, lo que la hace más útil para aplicaciones deportivas. Sin embargo, la especificación Nürburgring tiene una relación de quinta marcha más larga (numéricamente menor) que la caja de cambios para subidas de montaña, lo que permite alcanzar las velocidades máximas necesarias para este circuito de carreras más rápido.
La transmisión estándar, con su quinta marcha numéricamente inferior, permitirá velocidades del motor aún más bajas a velocidades de autopista, reduciendo así el ruido del motor y el consumo de combustible, pero compromete el rendimiento de la aceleración a velocidades muy altas.
Evolución histórica
En la década de 1960, los automóviles equipados con transmisiones manuales generalmente tenían cuatro velocidades hacia adelante y una marcha superior que ofrecía una relación de 1:1. La designación de relación amplia o cerrada afectaba la relación de la marcha más baja; [ 7 ] por ejemplo, las transmisiones Muncie de cuatro velocidades ofrecidas en los vehículos de alto rendimiento de General Motors incluían la transmisión M20 de "relación amplia", que tenía una relación de primera marcha de 2,52 o 2,56:1, mientras que las transmisiones M21 y M22 de "relación cerrada" tenían una relación de primera marcha de 2,20:1. [ 4 ]
En aquel entonces, la eficiencia del combustible no era una preocupación principal y las transmisiones de "relación cerrada" generalmente se combinaban con una relación de transmisión final baja de 3.5:1 o superior para compensar la relación de la marcha más baja relativamente alta, lo que resultaba en una alta tasa de consumo de combustible. Tras las crisis del petróleo de la década de 1970, las relaciones de transmisión final se redujeron a 3:1 o menos para mejorar la economía de combustible y, para adaptarse a esto, los fabricantes de vehículos comenzaron a agregar más velocidades hacia adelante a la caja de cambios, generalmente combinando una quinta de sobremarcha con una primera marcha aún más baja, lo que resultó en lo que se habría considerado una transmisión de relación muy amplia. [ 7 ] Las transmisiones de "relación cerrada" ahora tenían relaciones de transmisión bajas de 2.64:1, mientras que las transmisiones de "relación amplia" eran de 3:1 o superiores, lo que significa que las transmisiones de "relación cerrada" producidas en la década de 1970 a menudo tenían un rango de relaciones más amplio que las transmisiones de "relación amplia" de la década de 1960. [ 7 ]
Agregar relaciones de transmisión
Una forma de crear una transmisión de relación cerrada es instalar más engranajes en la transmisión sin alterar las relaciones de engranajes más bajas y más altas. De esta manera, algunas transmisiones de seis velocidades disponibles en vehículos de consumo se etiquetan como de "relación cerrada". Nuevamente, el problema definitorio es el espaciado general de los engranajes entre la 1.ª y, en este caso, la 6.ª marcha. Como ejemplo, consideremos tres transmisiones manuales instaladas en automóviles Honda, cada una con un cambio general en las relaciones () de 0,2 a 0,3, pero con un número diferente de marchas; la transmisión de seis velocidades tiene relaciones más cercanas que la transmisión de cuatro velocidades.
Que una transmisión de seis velocidades pueda considerarse legítimamente de "relación cerrada" depende de si mantiene la marcha superior sin cambios con respecto a la de un modelo comparable de cinco velocidades, lo que provoca que el cambio de relaciones entre marchas bajas y altas se produzca en pasos más pequeños (es decir, relaciones más cerradas). Alternativamente, algunas transmisiones de seis velocidades tienen relaciones prácticamente iguales a las de una transmisión de cinco velocidades y añaden una sexta marcha aún más alta (numéricamente más baja) que permite velocidades del motor aún más bajas a velocidades de autopista. En este caso, la transmisión se consideraría una transmisión de sobremarcha "doble" , dependiendo de las relaciones de la quinta y sexta marcha. [ 11 ]
Por extensión, una transmisión automática también podría denominarse de relación cerrada. Con la llegada de las transmisiones automáticas de 6, 7 y 8 velocidades, las relaciones se vuelven cada vez más cercanas, lo que se ajusta al concepto matemático de lo que constituye una transmisión de relación cerrada.
Transmisiones de variación continua (CVT)
Antes de la década de 1970, las transmisiones manuales de los fabricantes solían tener tres o cuatro marchas. Para maximizar el ahorro de combustible, comenzaron a ofrecer transmisiones manuales de 5 y, en la década de 1990, de 6 velocidades. De igual manera, las transmisiones automáticas de 3 velocidades fueron la norma hasta hace relativamente poco, pero ahora se ofrecen transmisiones automáticas de 6, 7 y 8 velocidades.
Al reducir el intervalo entre las relaciones de transmisión gracias a un mayor número de marchas, se puede mantener la velocidad del motor dentro de un rango estrecho. Con una transmisión de 5 velocidades, el rango de potencia debe ser relativamente amplio, lo que implica sacrificar la eficiencia del motor . Con una transmisión de 8 velocidades, el rango de potencia puede mantenerse relativamente estrecho, lo que permite al ingeniero optimizar la eficiencia del motor a una velocidad determinada, y la transmisión intenta mantener el motor funcionando a esa velocidad.
(La eficiencia del motor mejora considerablemente cuando se maximiza la carga sobre el motor; por lo tanto, las transmisiones automáticas también cambian a una marcha superior siempre que sea posible en un intento de reducir la velocidad del motor lo máximo posible, lo que aumenta la carga y la eficiencia).
La reciente introducción de las transmisiones de variación continua (CVT) busca llevar esta estrategia a su máxima expresión. Esto permite una cantidad casi infinita de relaciones de transmisión, lo que implica una transmisión de relación infinitamente cerrada. Sin embargo, dado que no existen engranajes ni relaciones de transmisión específicas, en realidad no se consideraría una transmisión de relación cerrada.
Referencias
- ↑ "Potencia vs. Par motor" . x-engineer . Consultado el 10 de abril de 2024 .
- ↑ "Especificaciones de la transmisión de 5 velocidades 901" . Especialistas en cajas de cambios Porsche . Consultado el 9 de abril de 2024 .
- ↑ "Probado: Porsche 911 S de 1967" . Car and Driver . Enero de 1970. Consultado el 10 de abril de 2024 .
- 1 2 Smart, Jim (7 de agosto de 2018). "Guía de las transmisiones Muncie M20, M21 y M22 de cuatro velocidades" . Motor Trend . Recuperado el 9 de abril de 2024 .
- ↑ O'Clair, Jim (23 de septiembre de 2018). "Borg-Warner T-10 de cuatro velocidades" . Hemmings . Consultado el 10 de abril de 2024 .
- ↑ "Super T-10 Plus 4 velocidades" (PDF) . Richmond Gear . Consultado el 10 de abril de 2024 .
- 1 2 3 Cangialosi, Paul (2001). "Definición de relaciones amplias y cerradas" . 5speeds.com . Recuperado el 9 de abril de 2024 .
- ↑ "Honda Civic" (PDF) . Honda UK Ltd. 1978. Consultado el 10 de abril de 2024 .
- ↑ "Especificaciones del Acura NSX de 1991" (Comunicado de prensa). American Honda Motor Co., Inc. 3 de junio de 1990. Consultado el 10 de abril de 2024 .
- ↑ "Especificaciones y características del Honda Civic Type R 2019" (Comunicado de prensa). American Honda Motor Co., Inc. 1 de noviembre de 2018. Consultado el 10 de abril de 2024 .
- ↑ La "sobremarcha" en una caja de cambios se define técnicamente como cuando el eje de salida gira más rápido que el eje de entrada; en otras palabras, está "sobreaccionada". Por lo tanto, una verdadera relación de transmisión de sobremarcha debe ser menor que 1:1. Si tanto la 5.ª como la 6.ª marcha tienen relaciones menores que 1,00:1, entonces ambas son sobremarchas. La transmisión BMW de serie mencionada anteriormente tiene una transmisión de "5 velocidades con sobremarcha"; la transmisión opcional de relación cerrada no tiene una 5.ª marcha de sobremarcha. En el sistema de transmisión general , la "sobremarcha" es más compleja y existen varias definiciones en uso, incluida la de la caja de cambios simple. Véase Sobremarcha (mecánica) .
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