Cajas de cambio: principales tipos y diferencias

La caja de cambios es un elemento de los automóviles que permite gestionar el par del motor para mover de manera eficiente las ruedas del vehículo. El rendimiento de un motor de combustión interna no es lineal ni mucho menos en términos de potencia, par y rendimiento, por ello se hace necesario un sistema que modifique la relación de velocidad entre las ruedas y el cigüeñal para mantener el régimen del motor en aquella zona donde mejor rinde, independientemente de la velocidad de los neumáticos.

Para lograrlo se hace uso de un sistema de engranajes entre motor y ruedas que, una vez acoplados entre ellos y según su tamaño, modifican la velocidad de salida con respecto a la de entrada y multiplican el par desarrollado por la mecánica según las necesidades, como por ejemplo, a la hora de arrancar y emprender la marcha.

A lo largo de la historia del motor se han diseñado varios tipos de cajas de cambio con el mismo principio que se ha mencionado antes pero de distinto funcionamiento, las cuales, si generalizamos, se pueden englobar en dos grupos: manuales y automáticas. La diferencia entre ellas es obvia con sólo atender a sus nombres pero, además, los fabricantes han desarrollado varias clases de cajas automáticas por lo que, en cómputo global, el mercado actual ofrece un abanico de cuatro tipos diferenciados de cajas de cambio que vamos a conocer a continuación.

CAJAS DE CAMBIO MANUALES

Son las más habituales y generalizadas hasta el día de hoy. Su principal característica, como su propio nombre indica, es que no puede actuar por sí sola, sino que necesita de la acción del conductor para ello.

Su construcción consta de tres ejes: uno de entrada que recibe el par directamente del motor a través del embrague y hace girar al eje intermedio que, a su vez, impulsa al eje principal. Éste se encuentra desacoplado hasta que se inserta una marcha mediante el pomo del cambio, el cual, a través de unos selectores, desplazan adelante y atrás los piñones del eje principal, según sea la relación escogida, para ser movidos por la fuerza del eje intermedio.

La mayor ventaja de las manuales es su relativa sencillez, lo que viene bien al bolsillo tanto para su compra como para su reparación. Los más puristas, además, sostendrán que para una conducción 'auténtica', este es el tipo de cambio de marchas a elegir. Por el contrario, requiere mayor atención y esfuerzo por parte del conductor.

CONVERTIDOR DE PAR

Las cajas de cambio por convertidor de par tienen la característica de no contar con el típico disco de embrague de funcionamiento por fricción entre motor y transmisión. En su lugar se ubican dos rodetes, uno de bomba y otro de turbina. El primero, como su nombre indica, actúa como una bomba al recibir la energía directamente del motor y mover el aceite que hay en su interior. El segundo rodete, o turbina, se mueve debido a la fuerza centrífuga del fluido ejercida en sus álabes, lo que le permite transmitir el movimiento a la caja de cambios. El concepto es el mismo que si colocamos dos ventiladores enfrentados y encendemos uno de ellos.

Pero, ¿por qué éstas se denominan 'convertidor de par'? El hecho es que estas transmisiones cuentan con un elemento más denominado reactor o estátor que se ubica entre bomba y turbina. En caso de no existir éste elemento, el aceite que impulsa la turbina afectaría al que es movido por la bomba y reduciría el rendimiento. Por ello, el reactor actúa como un deflector a la salida de los álabes de la turbina y devuelve el aceite hacia éstos para que ejerzan esfuerzo de nuevo. Así, se consigue un mayor par ejercido sobre la turbina y consecuentemente sobre la transmisión –del orden de unas tres veces el que se lograría a sin el elemento–.

A su favor cuenta con el hecho de ser una transmisión muy suave que mitiga las posibles vibraciones del motor y se obtiene más empuje a bajas revoluciones. Por el contrario, es un elemento más caro, que eleva el consumo y solo puede utilizarse en transmisiones automáticas debido a que nunca hay una desconexión entre motor y caja de cambios, ni siquiera a ralentí, por lo que no se puede implementar un embrague. Se trata de una transmisión utilizada por fabricantes 'premium' como BMW, Land Rover, Jaguar o Rolls-Royce entre otros y es, además, la que más visos de futuro presenta.

CAJA DE CAMBIOS PILOTADA O ROBOTIZADA

En este caso, se trata de un tipo de transmisión que trata de aunar la tradición del uso del cambio manual con los beneficios de incorporar algunos elementos automatizados y que se puso de moda en los años 90. No presenta ningún cambio en la estructura típica de una caja de cambios manual, pero emplea actuadores eléctricos o hidráulicos en partes como el embrague o la propia caja de cambios. De esta manera, el conductor puede enfocarse solo a acelerar o frenar y es el sistema electrónico el que se encarga de actuar para cambiar de marcha en el momento adecuado.

Su gran ventaja es que, si así lo desea, el conductor puede cambiar a modo manual ya sea a través de las levas tras el volante o por el propio pomo de cambio según fabricante y modelo. Además, se trata de la automatización más barata y puede disminuir el consumo de según qué tipo de conductores. Por otra parte, no cuenta con la suavidad típica de una auténtica caja automática y se nota el corte entre marchas. Actualmente, los baluartes de este tipo de cambio son Volkswagen con su DSG y Audi con el S Tronic, así como deportivos como Lamborghini o Aston Martin.

VARIACIÓN CONTINUA O CVT

Hasta el momento, todas las transmisiones mencionadas utilizan una caja de engranajes dentados para modificar las relaciones de transmisión. Para ello, a la hora de cambiar entre marchas es necesario que éstos se desacoplen, se desplacen y encajen con otro, un proceso que, si bien es rápido, conlleva unos instantes y hace perder algo de prestaciones y eficiencia.

Esto es precisamente lo que pretenden evitar las transmisiones de variación continua. El principio es el mismo, la diferencia de giro entre dos ruedas solidarias de distinto diámetro modificará la velocidad de salida y multiplicará el par, pero en este caso la unión entre ambas no es directa, sino que cuenta con dos poleas unidas por una correa.

Pero, ¿cómo se logra cambiar la relación de diámetro sin interrumpir el movimiento y sin crear tirones? La clave de todo ello está en el hueco o hendidura de las poleas donde se coloca la correa, cuya forma es cónica en lugar de recta. De esta manera, al acercar o alejar las paredes de las poleas, la hendidura con forma cónica hace desplazar hacia fuera o hacia dentro la correa, lo que modifica el diámetro efectivo y, por ende, la relación de transmisión. Así, se puede decir que un cambio CVT consta de infinitas marchas.

En definitiva, éstas ofrecen una mejora en la eficiencia de la mecánica y una mayor suavidad a la hora de acelerar. Su desventaja característica es sin embargo perceptiva, pues bastantes usuarios de este tipo de cambio denotan una sensación de llevar el motor sobradamente revolucionado en comparación con la velocidad que llevan en ese momento. Toyota y Nissan, ambas japonesas, son las marcas que comercializan sus modelos con caja de cambio CVT.