UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIA DE LA INGENIERIA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
“ELABORACIÓN DE BANCO DIDÁCTICO DE UNA CAJA DE
CAMBIOS AUTOMÁTICA, PARA EL DIAGNÓSTICO DE
ELEMENTOS ELÉCTRICOS, ELECTRÓNICOS Y DE CONTROL
PARA EL LABORATORIO DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ”
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
DIEGO PATRICIO CABRERA PAZMIÑO
DIRECTOR: ING. JULIO CESAR LEGUISAMO MILLA
DECLARACIÓN
Yo DIEGO PATRICIO CABRERA PAZMIÑO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ Diego Patricio Cabrera Pazmiño
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Elaboración de Banco Didáctico de una Caja de Cambios Automática, para el Diagnóstico de Elementos Eléctricos, Electrónicos y de Control para el Laboratorio de Ingeniería Automotriz”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Diego Cabrera, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
__________________________
Ing. Julio Cesar Leguisamo Milla
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
A mis padres, por su apoyo incondicional en todo momento, además de su amor, cariño y esfuerzo.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
ÍNDICE DE CONTENIDOS i
ÍNDICE DE TABLAS vi
ÍNDICE DE FIGURAS vii
ÍNDICE DE ANEXOS xi
RESUMEN xii
ABSTRACT xiii
1. INTRODUCCIÓN 1
2. MARCO TEÓRICO 5
2.1 TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA 5
2.1.1 GENERALIDADES 5
2.1.2 ELEMENTOS CONTITUYENTES 6
2.1.3 CONVERTIDOR DE PAR 9
2.1.3.1 Alimentación de aceite para el convertidor de par 11
2.1.4 BOMBA DE ACEITE 12
2.1.5 TIPOS DE BOMBAS DE ACEITE 13
2.1.5.1 Bomba de rotor 13
2.1.5.2 Bombas de engranajes externos 13
2.1.5.3 Bomba de engranajes interiores 14
2.1.6 PALANCA DE MANDO 15
2.1.7 ENGRANAJE PLANETARIO 17
2.1.7.1 Relaciones de transmisión de un tren epicicloidal 18 2.1.7.2 Fórmulas para cuando uno de los piñones se encuentra
frenado 20
2.1.8 ELEMENTOS MECÁNICOS DE MANDO 20
2.1.8.1 Embragues 20
2.1.8.1.1 Embragues de la transmisión 4L60E 21
2.1.8.2.1 Frenos de la transmisión 4L60E 22
2.1.8.3 Rueda libre 23
2.1.8.4 Rueda de aparcamiento 23
2.1.9 CAJA DE VÁLVULAS 24
2.2 FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO Y MECÁNICO DE LA
TRANSMISIÓN 4L60E 28
2.2.1 PARK 28
2.2.2 REVERSA 31
2.2.3 NEUTRAL 34
2.2.4 PRIMERA MARCHA 37
2.2.5 SEGUNDA MARCHA 40
2.2.6 TERCERA MARCHA 43
2.2.7 CUARTA MARCHA 46
2.3 FUNCIONAMIENTO ELECTRÓNICO DE LA TRANSMISIÓN
AUTOMÁTICA 4L60E 49
2.3.1 DESCRIPCIÓN DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA
4L60E 49
2.3.2 CENTRALITA ELECTRÓNICA O MÓDULO 50
2.3.3 COMPONENTES ELÉCTRICOS 51
2.3.4 ENTRADAS Y SALIDAS EN EL CONTROL DEL CAMBIO
AUTOMÁTICO 52
2.3.5 SEÑALES DE ENTRADA 54
2.3.5.1 Sensor de velocidad del vehículo (VSS) 54
2.3.5.2 Conmutador de corta 4WD 55
2.3.5.3 Sensor de posición del acelerador (TPS) 55 2.3.5.4 Conjunto de conmutadores de marcha (PSA) 55 2.3.5.5 Sensor de temperatura del fluido de la transmisión (TFT) 58
2.3.5.6 Velocidad de entrada (Motor) 59
2.3.5.7 Sensor MAP 60
2.3.5.8 Sensor ECT 60
2.3.5.9 Interruptor de la señal de aire acondicionado (A / C) 60
2.3.5.11 Conmutador de freno 60
2.3.6 SEÑALES DE SALIDA 61
2.3.6.1 Solenoide del embrague del convertidor de par 62
2.3.6.2 Solenoide de control de presión 63
2.3.6.3 Solenoides de cambio 1-2 y 2-3 64
2.3.6.4 Solenoide de control 3-2 65
2.3.6.5 Solenoide PWM TCC 66
2.4 DELIMITACIÓN DE CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA PARA EL DESARROLLO
DEL BANCO DIDÁCTICO 69
2.4.1 ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS PARA LA
ELABORACIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO 69
2.4.2 SENSORES Y ACTUADORES 70
2.4.2.1 Rpm motor – Rpm salida 71
2.4.2.2 Sensor de temperatura del fluido de la transmisión (TFT) 73 2.4.2.3 Sensor de temperatura del motor (ECT) 74
2.4.2.4 Conmutador de freno 75
2.4.2.5 Conmutadores de marchas 75
2.4.2.6 Solenoide 1-2(A), 2-3 (B) 76
2.4.2.7 Solenoide de control 3-2 76
2.4.2.8 Solenoide de control de presión (PCS) 76
2.4.2.9 Solenoide TCC 77
2.4.2.10 Solenoide PWM TCC 77
2.4.3 DIAGRAMA DEL CONTROL DE LA CAJA DE CAMBIOS
AUTOMÁTICA 78
2.4.4 VALORES DE VOLTAJE AL QUE TRABAJAN LOS
ELEMENTOS 79
2.4.5 ACCIONAMIENTO ELECTRÓNICO DE LA CAJA
AUTOMÁTICA 80
2.4.6 ACCIONAMIENTO DE LA PARTE MECÁNICA DE LA CAJA
2.5 ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS UTILIZADOS
EN LA ELABORACION DEL BANCO DIDACTICO 82
2.5.1 LENGUAJE C 82
2.5.2 MICROCONTROLADOR 83
2.5.3 RESISTENCIAS 84
2.5.4 POTENCIÓMETROS 85
2.5.5 OSCILADOR 86
2.5.6 CAPACITORES 86
2.5.7 PANTALLA LCD 87
2.5.8 TRANSISTOR 88
2.5.8.1 Transistor Darlington 89
2.5.8.2 Transistor como interruptor 90
2.5.8.3 Transistor como amplificador 90
2.5.9 RELÉ O RELEVADOR 91
2.5.10 LUZ PILOTO 92
2.5.11 SWITCH 92
2.5.12 DIODOS LED 93
3. METODOLOGÍA 94
3.1 DISEÑO Y ELABORACIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO 94
3.1.1 PARTE MECÁNICA 94
3.1.1.1 Consideraciones preliminares 94
3.1.1.2 Materiales 96
3.1.1.3 Ensamblaje 97
3.1.2 PARTE ELECTRÓNICA 99
3.1.2.1 Diagrama de flujo del banco de pruebas 99 3.1.2.2 Elementos utilizados en la elaboración del banco
didáctico 100
3.1.2.3 Desarrollo del lenguaje de programación 101 3.1.2.4 Diseño en Proteus del banco didáctico 101
3.1.2.5 Diseño de la placa de impresión 104
3.2 BANCO DIDÁCTICO 106
3.2.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO EN EL BANCO
DIDÁCTICO 107
3.2.3 MANUAL DE FUNCIONAMIENTO DEL BANCO
DIDÁCTICO 119
3.3 GUÍAS DE LABORATORIO 125
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 141
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 145
5.1 CONCLUSIONES: 145
5.2 RECOMENDACIONES: 146
GLOSARIO DE TÉRMINOS 147
BIBLIOGRAFÍA 148
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Fórmulas de piñones frenados 20
Tabla 2. Conmutador de marchas – Activación 57
Tabla 3. Conmutador de marchas – Voltaje 57
Tabla 4. Estado de solenoides de cambio 65
Tabla 5. Rangos de Cambios en RPMs - 4L60E 70
Tabla 6. Rangos de RPMs Reales 72
Tabla 7. Rangos de RPMs a Simular 72
Tabla 8. Rangos de RPMs de Reversa 73
Tabla 9. Rangos de Temperatura del Sensor TFT 74
Tabla 10. Conmutador de Marchas 75
Tabla 11. Accionamiento de Solenoides de Cambio 76
Tabla 12. Voltajes de Trabajo del Control Electrónico 79
Tabla 13. Accionamiento Electrónico de la Transmisión 80
Tabla 14. Accionamiento Mecánica de la Transmisión 81
Tabla 15. Código de colores 85
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA Figura 1. Estructura de la Transmisión Automática 5
Figura 2. Partes de la Transmisión Automática 8
Figura 3. Partes del Convertidor de Par 9
Figura 4. Funcionamiento del Convertidor de Par 11
Figura 5. Alimentación de aceite al convertidor de par y radiador de
enfriamiento 12
Figura 6. Bomba de Rotor 13
Figura 7. Bomba de Engranajes Externos 14
Figura 8. Bomba de Engranajes Interiores. 15
Figura 9. Palanca de Mando 17
Figura 10. Tren Epicicloidal 17
Figura 11. Esquema y sección de un engranaje epicicloidal 19
Figura 12. Mecanismo de dos engranajes epicicloidales 19
Figura 13. Partes del embrague 21
Figura 14. Cinta de freno de caja de cambios 22
Figura 15. Rueda libre 23
Figura 16. Rueda de aparcamiento 24
Figura 17. Despiece del cuerpo de válvulas 26
Figura 18. Flujo de potencia – Park 29
Figura 19. Funcionamiento - Park 29
Figura 20. Circuito hidráulico - Park 30
Figura 21. Flujo de potencia - Reversa 32
Figura 22. Funcionamiento - Reversa 32
Figura 23. Circuito hidráulico - Reversa 33
Figura 24. Flujo de potencia – Neutral 35
Figura 25. Funcionamiento - Neutral 35
Figura 26. Circuito hidráulico - Neutral 36
Figura 27. Flujo de potencia - Primera 38
Figura 28. Funcionamiento - Primera 38
Figura 30. Flujo de potencia - Segunda 41
Figura 31. Funcionamiento - Segunda 41
Figura 32. Circuito hidráulico - Segunda 42
Figura 33. Flujo de potencia - Tercera 44
Figura 34. Funcionamiento - Tercera 44
Figura 35. Circuito hidráulico - Tercera 45
Figura 36. Flujo de potencia - Cuarta 47
Figura 37. Funcionamiento – Cuarta 47
Figura 38. Circuito hidráulico - Cuarta 48
Figura 39. Módulo electrónico 50
Figura 40. Partes de la transmisión automática 4L60E 52
Figura 41. Esquema General de Control Electrónico - 4L60E 53
Figura 42. Sensor de velocidad 54
Figura 43. Conmutadores de marchas 56
Figura 44. Lógica de los switchs 58
Figura 45. Sensor TFT 59
Figura 46. Señales de salida de la transmisión 61
Figura 47. Solenoide TCC 63
Figura 48. Solenoide de control de presión 64
Figura 49. Solenoide de cambio 1-2, 2-3 65
Figura 50. Solenoide de control 3-2 66
Figura 51. Ciclos de trabajo del TCC PWM 68
Figura 52. Partes de la transmisión automatica 4L60E - Banco didáctico 69
Figura 53. Transmisión Automática - Entradas y Salidas 71
Figura 54. Ciclos de Trabajo TCC PWM 78
Figura 55. Esquema de la parte electrónica de la transmisión automática 78
Figura 56. Programación en lenguaje C 82
Figura 57. Microcontrolador 83
Figura 58. Símbolo de resistencia variable 85
Figura 59. Cristal 86
Figura 60. Capacitores 87
Figura 62. Transistor 89
Figura 63. Transistor darlington 89
Figura 64. Transistor como amplificador 90
Figura 65. Relés 91
Figura 66. Luz piloto 92
Figura 67. Switchs 93
Figura 68. Diodo led 93
Figura 69. Estructura Banco de Pruebas 94
Figura 70. Estructura, Vista Superior 95
Figura 71. Estructura, Vista Lateral 95
Figura 72. Estructura, Vista Frontal 96
Figura 73. Corte del Tubo para la Estructura 97
Figura 74. Soldada de la Estructura 98
Figura 75. Forrado con MDF de la Estructura 98
Figura 76. Instalación de elementos electrónicos 99
Figura 77. Programación en PIC C 101
Figura 78. Simulación en ISIS de Proteus 102
Figura 79. Simulacion en protoboard 103
Figura 80. Diagrama Final 104
Figura 81. Diseño del PCB - 18F452 105
Figura 82. Diseno de la PCB - Potencia 105
Figura 83. Diseño de la PCB - 18F4550 106
Figura 84. Circuito electrónico instalado 107
Figura 85. Inicio del banco didáctico 108
Figura 86. Prueba de variación de temperatura 108
Figura 87. Prueba de switch de encendido, palanca de cambios 109
Figura 88. Prueba switch de freno, rango 4 marcha 4 109
Figura 89. Prueba de variación de revoluciones 110
Figura 90. Rango 4 - marcha 1 110
Figura 91. Rango 4 - marcha 2 111
Figura 92. Rango 4 - marcha 3 111
Figura 94. Rango park y rango neutro 112
Figura 95. Rango reversa 113
Figura 96. Rango overdrive 113
Figura 97. Rango 3 114
Figura 98. Rango 2 114
Figura 99. Rango 1 115
Figura 100. Prueba multímetro - S(1-2) 115
Figura 101. Prueba multímetro - S(2-3) 116
Figura 102. Prueba multímetro - SC(3-2) 116
Figura 103. Prueba multímetro – PCS 117
Figura 104. Prueba multímetro - TCC 117
Figura 105. Prueba multímetro - Conmutador de marcha 1 118
Figura 106. Prueba multímetro - Conmutador de marcha 2 118
Figura 107. Prueba multímetro - Conmutador de marcha 3 119
Figura 108. Partes generales del banco didáctico 120
Figura 109. Parte posterior del banco didáctico 121
Figura 110. Partes del tablero de pruebas 121
Figura 111. Partes del tablero de control 122
Figura 112. Partes del tablero de observación 122
Figura 113. Switch de palanca de cambios 141
Figura 114. Potenciómetro industrial 142
Figura 115. Fuente de poder 143
Figura 116. Placa PCB 1 143
Figura 117. Placa PCB 2 144
Figura 118. Placa PCB 3 144
Figura 119. Suelda Smaw 151
Figura 120. Taladro DEWALT 152
Figura 121. Compresor Porten 153
Figura 122. Circuito impreso 174
Figura 123. Perforación de la placa 175
Figura 124. Colocación de los elementos en la placa 175
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
Anexo I 151
Instrumentos utilizados para la elaboración de la estructura del banco didáctico.
Anexo II 154
Programación del PIC 18F452.
Anexo III 168
Programación del PIC 18F4550
Anexo IV 174
Fabricación de la PCB.
Anexo V 176
Diagrama de flujo del funcionamiento de la electrónica de la caja de cambios automática.
RESUMEN
El avance a pasos agigantados de la tecnología ha impulsado a tener un andar más confortable, seguridad y ahorro de combustible.
En la actualidad los automotores conjuntamente con partes mecánicas y sistemas hidráulicos, llevan a bordo un módulo electrónico que controla las diferentes partes de vehículo, un mecanismo implementado en los vehículos sobre todo en los livianos ha sido la caja de cambios automática controlada a través de un módulo electrónico (PCM) que toma en cuenta la forma de conducción del vehículo.
El presente trabajo tiene como finalidad satisfacer las necesidades de realizar prácticas sobre la caja de cambios automática que ha sido un tema complejo de su entendimiento por falta de material didáctico donde apoyarse para mejor comprensión del tema.
Los conocimientos obtenidos durante toda la carrera han servido de apoyo para el desarrollo de este tema de tesis, como la materia en sí de Transmisiones Automáticas, entre otras.
El banco didáctico se desarrolló sobre una estructura metálica previamente diseñada de acuerdo a las necesidades presentadas, la estructura se forró con MDF para una mejor apariencia, sobre esto se colocó el tablero de control, tablero de pruebas y tablero de observación.
ABSTRACT
The advance in technology has driven of improvement the drivability of cars, the fuel economy and safety.
Currently the motor together with of mechanical parts and hydraulic systems, carried on board a electronic control system which controls the different parts of vehicle, a mechanism implemented especially in the light vehicles is electronic control system that commanded the automatic transmission which takes into account the way of driving.
This work aims to meet the needs of do internships about the automatic transmissions because that have been a complex topic of understand without material, where do internships for better understanding of the theory taught by teachers.
The knowledge gained throughout the progress has supported the development of this topic, like matter itself on Automatic Transmissions.
The didactic panel developed previously on a metal structure designed according to the needs presented, is the lining MDF for a better appearance because in this structure is placed the boards as the control board, the test board and the observation board.
La tecnología avanza a pasos agigantados, en seguridad, calidad, confort, rendimiento, efectividad todo esto avalado por la industria automotriz. Así mismo ha hecho con la caja de cambios automática, este sistema de transmisión que es capaz por sí mismo de seleccionar todas las marchas o relaciones sin necesidad de la intervención directa del conductor. El cambio de una relación a otra se produce en función tanto de la velocidad del vehículo como del régimen de giro del motor, por lo que el conductor no necesita el pedal de embrague.
El simple hecho de pisar el pedal del acelerador provoca cambio de relación conforme el motor varía el régimen de giro. El resultado que aprecia el conductor es el de un cambio cómodo que no produce tirones y le permite prestar toda su atención a la conducción. Por lo tanto el cambio automático no sólo proporciona más confort, sino que aporta al vehículo mayor seguridad activa.
El tipo predominante de la caja de cambios automática es la que funciona hidráulicamente, usando un convertidor de par y un conjunto de engranajes planetarios para proporcionar una multiplicación del par.
El convertidor de par consta de una bomba que lanza el aceite hidráulico y una turbina que lo recibe. La bomba lanza el fluido con una determinada fuerza y la turbina recibe de la bomba gran parte de la fuerza mecánica del mismo, alrededor de un 90%, siendo ese porcentaje incluso del 100% cuando el convertidor dispone de un embrague de convertidor o puenteo hidromecánico.
mando puede ser tanto mecánico como hidráulico, electrónico o una combinación de ellos.
Precisamente el control electrónico es la mayor innovación que disponen los cambios automáticos actuales dando al conductor la posibilidad de elegir entre varios programas de conducción (económico, deportivo, invierno) mediante una palanca de selección, llegando actualmente a existir sistemas de control que pueden seleccionar automáticamente el programa de cambio de marchas más idóneo a cada situación concreta de conducción.
El módulo de control del tren de potencia (PCM) es la computadora que funciona como el cerebro de la caja de cambios automática controlada electrónicamente. El PCM recibe entradas electrónicas de varios sensores del vehículo y procesa esta información para determinar las condiciones de operación del vehículo.
Dependiendo de ciertas condiciones de operación el PCM controla: los cambios ascendentes y descendentes operando un par de solenoides de cambios en una secuencia ON/OFF, así mismo controla la calidad de cambio de la transmisión automática accionando electrónicamente al solenoide de control de presión (PCS) el cual ajusta la presión de línea, otro aspecto que controla es el tiempo de aplicación y liberación del embrague del convertidor de par a través del solenoide del embrague del convertidor de par (TCC).
El control electrónico de operación de la caja de cambio automática proporciona calidad, puntos de cambios consistentes y precisos, dependiendo de las condiciones de operación del vehículo.
La presente investigación tiene como objetivo principal elaborar un banco didáctico de una caja de cambios automática, para el diagnóstico de los elementos eléctricos, electrónicos y de control. La realización de este trabajo tiene como finalidad que el taller de Ingeniería Automotriz cuente con el material adecuado y brinde a los estudiantes una correcta capacitación respecto al tema.
La elaboración del material didáctico es indispensable para la realización de prácticas de estudiantes en el taller, debido a la necesidad y actualmente la implementación en muchas versiones de vehículos con lo que se ha visto pertinente tener materiales que faciliten el entendimiento de este tipo de mecanismos, por medio de la simulación y además de realizar el diagnóstico de los elementos eléctricos, electrónicos y control de una caja de cambios automática se logrará en los estudiantes una correcta comprensión de la parte teórica impartida por los docentes, y así el taller de Ingeniería Automotriz contará con material didáctico para servicio de la comunidad universitaria.
La teoría combinada con la práctica afianzan el aprendizaje impartido por los docentes en las aulas, la información escrita que se redacta es de vital importancia para este tema que es conocido por los estudiantes pero un poco confuso cuando no se tiene fuentes de información claras y precisas.
En el trabajo se utiliza el método analítico y práctico, para tener claro el funcionamiento de todo el conjunto porque se necesitan todas las condiciones de funcionamiento, por otra parte ya claro el funcionamiento se procede a pasar a la práctica plasmando la información en un banco didáctico funcional.
En las diferentes secciones de este trabajo se muestra la teoría del funcionamiento de todo el control electrónico de una caja de cambios automática, además de la metodología para la elaboración del banco didáctico en la que se puede realizar prácticas para tener una mayor compresión del tema.
2.1 TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA
2.1.1 GENERALIDADES
Para transformar el par y obtener las distintas velocidades, este tipo de cajas trabajan con trenes epicicloidales, el cambio de marchas se logra aplicando frenos y embragues dependiendo de la velocidad informada a la PCM.
Estas cajas de cambios utilizan el convertidor de par como el embrague de acoplamiento entre el motor y el eje de entrada a la transmisión. El cambio de las respectivas velocidades se logra mediante el control electrónico lo cual consiste en sensores que controlan el andar del vehículo y envían la información a la PCM, de esta manera se controla los actuadores que comanda el circuito hidráulico tanto de frenos como de los embragues alojados en el interior de la caja, en la figura 1 se observa la estructura de la de este tipo de caja de cambios. (Valbuena Rodríguez y Oscar, 2008).
Figura 1. Estructura de la Transmisión Automática
El cambio automático combina los circuitos electrónicos, hidráulicos y mecánicos, la combinación de estos da como resultado las distintas velocidades de la transmisión.
El circuito electrónico se compone de distintos sensores (sensor de temperatura del motor, sensor de temperatura del fluido de transmisión, sensor de velocidad de entrada y de salida, apertura de la aleta de aceleración entre otras señales). La PCM recibe las señales que son procesadas para activar con señales eléctricas las electroválvulas de los circuitos hidráulicos, que a su vez, accionan los frenos y los embragues. El circuito hidráulico dispone de todos los elementos de un circuito (bomba de presión, electroválvulas, válvulas limitadoras de presión, cilindros actuadores, acumuladores, entre otros), este circuito se encarga de lubricar todas las partes móviles de la caja y mandar el caudal de aceite que necesita el convertidor de par, además, actúa sobre los embragues de los trenes epicicloidales y los frenos.
El conjunto mecánico es el encargado de transmitir y transformar el par motor. Consta de trenes epicicloidales, rodamientos, frenos y embragues de discos y cinta bañados en aceite, ruedas libres. (Ferrer J. y Domínguez, 2008).
2.1.2 ELEMENTOS CONTITUYENTES
provoca el cambio de relación conforme el motor varía de régimen de giro.
(Aficionados a la mecanica, 2013).
La transmisión automática depende de válvulas o sensores electrónicos combinados con una computadora para identificar el momento y programar el cambio. En ese momento, los embragues y bandas internas se deslizan y los pistones empujan discos dentro de un juego de engranajes planetarios para cambiar la relación de torque y velocidad. (Widman, 2007).
En los autos con caja de cambios manual el embrague es mecánico y se acciona mediante un pedal que hace que el eje motor y transmisión se desconecten. En los automóviles que poseen transmisión automática la operación de embrague es hidráulica.
Figura 2. Partes de la Transmisión Automática
(General Motors, 1992)
23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12
2.1.3 CONVERTIDOR DE PAR
Es el elemento fundamental de una caja de cambios automática, este tipo de dispositivo sirve para amplificar el par de entrada a cambio de reducir la velocidad.
El convertidor de par es un embrague hidráulico que basa su funcionamiento en la transformación de energía mecánica en hidráulica y viceversa.
El convertidor consta de tres elementos que forman un solo cuerpo, en cuyo
interior está el aceite en la figura 3 se observa las partes del convertidor de
par:
Figura 3. Partes del Convertidor de Par
(José Manuel, 2001)
El impulsor o bomba va unido al motor, con forma de disco y unas acanaladuras interiores en forma de aspa para dirigir el aceite
La turbina, tiene una forma similar y va unida al cambio de marchas El reactor o estator, está en el interior y también es acoplado al
cambio de marchas.
Cuando el automóvil está parado, las dos mitades principales del convertidor
giran independientes. Pero al empezar a acelerar, la corriente de aceite se
hace cada vez más fuerte, hasta el punto de que el impulsor y la turbina es
decir, motor y cambio, giran solidarios arrastrados por el aceite.
(Universidad Catolica del Norte, s.f.)
Al girar la bomba accionada directamente por el movimiento del cigüeñal, el aceite se impulsa hasta la turbina. A la salida de ésta el aceite tropieza con los alabes del reactor que tienen una curvatura opuesta a los de las ruedas de bomba y turbina. Esta corriente de aceite empuja al reactor en un giro de sentido contrario al de la bomba y la turbina y como está diseñado para no poder realizar ese giro, esta reacción se transmite a través del aceite sobre la Bomba y este a su vez es transmitido de nuevo sobre la turbina.
(Aficionados a la mecanica, 2013).
Cuanto mayor sea la diferencia de giro entre turbina y bomba mayor será la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, conforme disminuye la diferencia de velocidad va disminuyendo la desviación de la corriente de aceite y por lo tanto el empuje adicional sobre la turbina con lo que la relación de par entre salida y entrada va disminuyendo progresivamente.
Figura 4. Funcionamiento del Convertidor de Par (José Manuel, 2001)
2.1.3.1 Alimentación de aceite para el convertidor de par
La alimentación de aceite del convertidor de par se realiza continuamente a través de un circuito hidráulico alimentado por una bomba de engranajes. Este circuito refrigera el aceite a través de un intercambiador de calor refrigerante-aceite, como se muestra en la Figura 5.
La presión hidráulica se controla por unas electroválvulas, a través de la unidad de control del cambio que gestionan el embrague anulador y el convertidor de par. (Ferrer J. y Domínguez, 2008).
Para la regulación se recurre a los siguientes parámetros: Régimen y par del motor
Régimen de la turbina Régimen de salida Temperatura
Figura 5. Alimentación de aceite al convertidor de par y radiador de enfriamiento
(Ferrer J. y Domínguez, 2008)
2.1.4 BOMBA DE ACEITE
Es la encargada de hacer circular el aceite por el interior de la caja de cambios y el convertidor de par. Lubrica y realiza el control de los elementos que intervienen en los cambios.
La bomba más utilizada es la de caudal constante con engranes rectos, la cual dispone de una rueda con dentado interior, y otra, con dentado exterior, con una leva separadora entre las dos.
válvula reguladora de presión que se localiza en la centralita hidráulica.
(Ferrer J. y Domínguez, 2008).
2.1.5 TIPOS DE BOMBAS DE ACEITE
Existen diferentes tipos de bombas que varían en su estructura y composición. Las construcciones más frecuentes son:
2.1.5.1 Bomba de rotor
Esta bomba de rotor se compone de un cuerpo de bomba, rotor exterior, rotor excéntrico, entrada y salida de aceite, el rotor exterior es arrastrado por el rotor excéntrico el cual recibe el movimiento de un eje exterior, en cada vuelta el rotor interior le va ganando un hueco al exterior que es donde se comprime el aceite. Con este tipo de construcción se logra la generación de presiones altas con elevado caudal, en la figura 6 se ve este tipo de bomba.
(Ceac, 2003).
Figura 6. Bomba de Rotor
(Ceac, 2003)
2.1.5.2 Bombas de engranajes externos
en otros, éstos impiden que el aceite vuelva al cárter, como se muestra en la figura 7. (Universidad Tecnológica del Perú, s.f.).
Figura 7. Bomba de Engranajes Externos
(Ceac, 2003)
2.1.5.3 Bomba de engranajes interiores
Este tipo de bombas se utiliza en elementos que no necesitan de altas presiones. En las bombas de engranajes interiores, el rotor es una corona, mientras que el piñón es la parte que se desplaza. Esto asegura el cierre de las cámaras de trabajo en donde se genera una succión del líquido lubricante, en la figura 8 se puede observar este tipo de bomba.
Figura 8. Bomba de Engranajes Interiores.
(Ceac, 2003)
2.1.6 PALANCA DE MANDO
Las transmisiones automáticas suponen la desaparición del pedal del embrague, pero no de la palanca de cambio, si bien ésta tendrá otro tipo de función, como se muestra en la figura 9.
Las posiciones que puede ocupar la palanca son:
P (aparcamiento y posición de arranque): En esta posición, la rueda de aparcamiento se encarga de enclavar el eje de salida del movimiento. Es equivalente al freno de mano de las transmisiones manuales: sólo se emplea con el vehículo totalmente parado, para evitar que se desplace, y permite accionar el motor de arranque. R (marcha atrás): En cuanto se accione el acelerador el coche
N (punto muerto y posición de arranque): El posible movimiento del motor no se transmite a las ruedas.
D (directa): En cuanto se selecciona esta posición la caja de velocidades queda en posición de primera velocidad. Al accionar el acelerador y comenzar la marcha es la propia caja la que gestiona los cambios necesarios en la relación de marchas. Puede ser seleccionada tanto a vehículo parado como en marcha.
2 ó S (segunda impuesta): En esta posición el cambio es también automático, pero nunca se pasa de segunda, por lo que resulta útil en circulación por montaña. Puede seleccionarse tanto en marcha, si se circula en posición D y con la tercera engranada el cambio a la posición 2 sólo será posible por debajo de cierta velocidad del motor. 1 ó L (primera impuesta): En esta posición sólo está disponible la
primera velocidad, y no está disponible a velocidades superiores a los 50 km/h. Las posiciones P, R y 1 requieren el desbloqueo de un seguro que evita que sean seleccionadas durante la marcha accidentalmente. (José Manuel, 2001).
Cuando la palanca de mando está en alguna de las posiciones automáticas, los cambios de velocidad se producen con arreglo a tres factores: la velocidad del vehículo, la posición de la palanca selectora y la solicitación del acelerador o régimen del motor.
Figura 9. Palanca de Mando
(Ceac, 2003)
2.1.7 ENGRANAJE PLANETARIO
También llamado tren epicicloidal, son utilizados por las cajas de cambio automáticas. Estos engranajes están accionados mediante sistemas de mando normalmente hidráulicos o electrónicos que accionan frenos y embragues que controlan los movimientos de los distintos elementos de los engranajes, poseen tres componentes el planeta, porta satélites y la corona, como se muestra en la figura 10.(Thomson, 1985).
Figura 10. Tren Epicicloidal
C: corona
P: piñón planetario PS: porta satélites S: satélite
2.1.7.1 Relaciones de transmisión de un tren epicicloidal
Para poder calcular las velocidades de salida y las relaciones de transmisión se debe tomar en cuenta el número de dientes del planetario y el número de dientes interiores de la corona. La fórmula de Willys relaciona las velocidades y el número de dientes de los elementos, así:
Dónde:
Figura 11. Esquema y sección de un engranaje epicicloidal
(Ceac, 2003)
Figura 12. Mecanismo de dos engranajes epicicloidales
2.1.7.2 Fórmulas para cuando uno de los piñones se encuentra frenado
Tabla 1. Fórmulas de piñones frenados
(Ferrer J. y Domínguez, 2008)
2.1.8 ELEMENTOS MECÁNICOS DE MANDO
Son las partes necesarias para la relación de velocidades que ofrece el mecanismo de una caja automática. Son los elementos principales.
2.1.8.1 Embragues
Se emplean embragues multidisco en baño de aceite, accionados por un circuito hidráulico.
FIJO ENTRADA SALIDA RELACION DE TRANSMISIÓN
1 3 2
1 2 3
2 1 3
2 3 1
3 1 2
3 2 1
TREN EPICICLOIDAL
Enganaje Principal = 1
Corona = 2
Planetarios = 3 1
2 3
𝑅 = 1 1 + 1
2
𝑅 = 1 + 1
2
𝑅 = 1 + 2
1
𝑅 = 1 1 + 2
1
𝑅 = − 2
1
𝑅 = − 1
Consiste en una serie de placas la mitad de las cuales están fijadas en el anillo exterior, llamado tambor de embrague que tiene la misión de enlazar rígidamente dos componentes de los trenes planetarios, para lograr una determinada relación de marcha, como se muestra en la figura 13.
(Brejcha M, 1978).
Figura 13. Partes del embrague
(Ceac, 2003)
2.1.8.1.1 Embragues de la transmisión 4L60E
Embrague de rodillos del estator. Embrague de corta inversa. Embrague 3-4.
Conjunto de embragues de rodillos de corta. Embrague de avance.
Embrague de sobre-aceleración. Embrague de entrada inversa.
(General Motors, 1992).
2.1.8.2 Frenos
La única diferencia entre frenos y embragues es que unos de los discos no giran con el eje de entrada a la caja, sino que está fijados a la carcasa. Por lo demás la tecnología y el concepto de funcionamiento son los mismos. También pueden encontrarse frenos que emplean para detener el elemento giratorio la fricción de una cinta que lo rodea como en la figura 14 en donde A es el elemento a frenar y B es la cinta de freno. (José Manuel, 2001).
Figura 14. Cinta de freno de caja de cambios
(José Manuel, 2001)
2.1.8.2.1 Frenos de la transmisión 4L60E
Conjunto de cinta de freno 2-4.
2.1.8.3 Rueda libre
Se trata de un dispositivo que actúa sobre algún elemento del tren impidiendo su giro en uno de los sentidos, también es conocido como embrague de patín.
El elemento fijo A es una corona solidaria a la carcasa del cambio, mientras que la corona D está vinculada al porta satélites, como se muestra en la figura 15. La rotación anti horaria comprime los muelles al arrastrar los rodillos B. La rotación horaria arrastra los rodillos hacia el otro lado, en el cual quedan acuñados y sin posibilidad de giro. Por tanto, la corona D tampoco puede girar y la transmisión no gira. (José Manuel, 2001).
Figura 15. Rueda libre
(José Manuel, 2001)
2.1.8.4 Rueda de aparcamiento
Se trata de un mecanismo de enclavamiento que se emplea para estacionar el vehículo impidiendo cualquier movimiento de éste.
rueda de aparcamiento girará y un muelle que actúa sobre el dedo hará efectivo el bloqueo. (José Manuel, 2001).
Figura 16. Rueda de aparcamiento
(José Manuel, 2001)
2.1.9 CAJA DE VÁLVULAS
Es el mecanismo que gestiona el control hidráulico de la caja de cambios. Formado de un cuerpo de aluminio fundido con canalizaciones hidráulicas que unen diferentes electroválvulas, como se observa en la figura 17. El conjunto permite anclar las electroválvulas y la válvula de accionamiento manual. Los distintos elementos que dispone dependen del tipo y modelo de la caja.
Consta principalmente de:
Válvula reguladora de presión
Válvulas de cambio con solenoide y muelle
Válvulas de accionamiento manual sincronizada con la palanca selectora
Válvula del convertidor
Válvula del embrague del convertidor Válvula de bloqueo
Amortiguador del embrague trasero
Amortiguador del freno de marcha hacia atrás Válvula del freno de la rueda libre del planeta Válvula de paso de primera a segunda
Válvula de paso de segunda a tercera
Amortiguador del freno de la rueda libre del planeta Válvula del freno de marcha atrás
Válvula del embrague trasero
Válvula de bloqueo de segunda a primera Válvula de selección manual
Figura 17. Despiece del cuerpo de válvulas
(Ceac, 2003)
Las válvulas de la transmisión automática son de corredera y son accionadas por solenoides controlados por el módulo del cambio.
El control electrónico controla el mando hidráulico por medio de la unidad de control PCM.
A través de sensores, se determina las revoluciones del motor, las revoluciones de salida, la carga del motor. También, se registra la posición de la palanca selectora, el selector de programa, enviándose todos estos datos a la unidad electrónica de control, en forma de magnitudes eléctricas.
(Ceac, 2003).
Control del punto de cambio de marcha: La selección de marcha se realiza en forma automática, dependiendo de la velocidad tanto de entrada como de salida y de la carga del motor. La selección de marchas se realiza por medio de 2 actuadores.
Control de la presión de modulación: Depende de la señal de carga, la presión de modulación actúa por medio de un regulador electrohidráulico de presión, sobre la presión principal y el accionamiento de los embragues. Su intervención es decisiva para la calidad del cambio de marchas.
Control del convertidor de par: En tercera como en cuarta se produce un puente mecánico directo desde el convertidor de par, lo que permite suprimir las pérdidas hidráulicas en este último. El embrague es controlado mediante un actuador conocido como el TCC, dependiendo de diversas condiciones.
Intervención en el encendido: Dependiendo de la carga y del régimen de revoluciones del motor, se consigue, durante el proceso del cambio de marchas, una reducción del par motor por retraso del momento de encendido. Esto permite un mayor confort en el cambio de marchas y una reducción de la fricción del embrague, lo que prolonga la vida de los elementos de fricción.
Circuitos de seguridad: El sistema comprende dispositivos de bloqueo que impiden introducir la marcha atrás a velocidades superiores a 8 km/h, así como a marchas más bajas viajando a velocidades excesivas. En caso de avería, el sistema se desconecta, y la caja de cambios pasa a un estado de servicio de seguridad con características de funcionamiento de emergencia. En caso de avería se enciende un indicador.
2.2 FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO Y MECÁNICO DE LA
TRANSMISIÓN 4L60E
La 4L60-E transmisión automática Hydra-Matic requiere un suministro constante de fluido a presión para enfriar y lubricar los componentes en toda la unidad. También requiere que se aplique una fuerza de sujeción de las bandas y embragues para obtener las diferentes gamas de marcha. La bomba de aceite y los conjuntos de cuerpo de la válvula proporcionan para esta presurización y distribución de fluido. (General Motors, 1992).
2.2.1 PARK
El conjunto de convertidor de par está conectado al motor a través del volante del motor y gira a la velocidad del motor.
El rotor de la bomba de aceite es accionado a la velocidad del motor. Los discos de embrague de corta inversa se aplican y mantienen el
soporte de reacción fija a la caja de transmisión.
Con el flujo de potencia terminado en la carcasa del embrague de corta inversa no tiene ningún efecto sobre la operación de transmisión en Park.
La válvula manual están en la posición de estacionamiento (P). El bloqueo de estacionamiento se acopla con el freno de trinquete con el engranaje interno de reacción.
La válvula manual se acciona al colocar la palanca de mando en rango de Park.
En el cuerpo de válvulas el fluido acciona el embrague de corta-inversa, la presión en el sistema se mantiene a máxima presión y esto es controlado por el solenoide de control de presión.
En la figura 18, figura 19 y figura 20 se muestra el funcionamiento mecánico e hidráulico del rango Park.
Figura 18. Flujo de potencia – Park (General Motors, 1992)
Figura 19. Funcionamiento - Park
Figura 20. Circuito hidráulico - Park
2.2.2 REVERSA
En marcha reversa (R), el par del motor se transmite desde el eje de la turbina y la caja de entrada de la misma manera como en Park. El embrague de entrada inversa se aplica. (General Motors, 1992).
El trinquete de estacionamiento se desacopla y el eje de salida es libre de girar.
Todos los embragues en la caja de entrada se liberan. Embrague de entrada inversa se aplica.
Embrague de corta inversa aplicado.
El engranaje interno de reacción acciona el eje de salida en sentido antihorario para obtener inversa y una relación de transmisión de aproximadamente 2,3:1.
La válvula manual se acciona al colocar la palanca de mando el rango de Reversa.
En el cuerpo de válvulas se dirige el fluido de la trasmisión hacia el embrague de entrada inversa para que el vehículo entre en reversa. El sistema se mantiene a máxima presión y esto es controlado por el
solenoide de control de presión que recibe un voltaje de alimentación desde la PCM de 2 volts.
En la figura 21, figura 22 y figura 23 se muestra el funcionamiento mecánico e hidráulico del rango Reversa.
Figura 21. Flujo de potencia - Reversa
(General Motors, 1992)
Figura 22. Funcionamiento - Reversa
Figura 23. Circuito hidráulico - Reversa
2.2.3 NEUTRAL
El flujo de potencia en Neutral es el mismo que en el rango de Park.
El conjunto de la caja de entrada y el eje de la turbina son impulsados a la velocidad de la turbina del convertidor.
Todos los conjuntos de embrague en el conjunto de la carcasa de entrada se liberan y el flujo de energía se termina en la carcasa de entrada.
Embrague de corta inversa liberado. Trinquete de parking desactivado.
El engranaje interno de reacción y el eje de salida pueden girar libremente. Esto permite que el vehículo ruede libremente cuando la transmisión está en punto muerto.
Rango de neutro se puede seleccionar para arrancar el motor cuando el vehículo está parado o en movimiento en el camino.
La válvula manual se acciona al colocar la palanca de mando en rango Neutral.
El fluido en el cuerpo de válvulas no activa ningún mecanismo, se mantiene lubricando al sistema.
El sistema se mantiene a máxima presión y esto es controlado por el solenoide de control de presión que recibe un voltaje de alimentación desde la PCM de 2 volts.
En la figura 24, figura 25 y figura 26 se muestra el funcionamiento mecánico e hidráulico del rango Neutral.
Figura 24. Flujo de potencia – Neutral (General Motors, 1992)
Figura 25. Funcionamiento - Neutral
Figura 26. Circuito hidráulico - Neutral
2.2.4 PRIMERA MARCHA
En la primera marcha, el par del motor se multiplica a través del convertidor de par y los trenes epicicloidales de la transmisión del vehículo. Los engranajes planetarios operan en la reducción para la primera marcha con relación de transmisión de aproximadamente 3.06:1. (General Motors, 1992).
El par motor se transfiere desde el convertidor de par para el conjunto de la caja de entrada en la misma manera que durante Park, Reversa y Neutral.
El embrague de marcha adelante se aplica en todos los rangos de marcha hacia delante, luego pasa el movimiento al embrague de patín.
El embrague de rodillo de corta impide rotar el conjunto en sentido antihorario y se evita que la corona del primer tren entre en movimiento
El porta satélites de entrada, al estar estacionaria su corona hace girar el conjunto de soporte de entrada que se conecta al eje de salida en sentido horario.
Como resultado también giran otros elementos pero no afectan el flujo de potencia mecánica de la transmisión.
La válvula manual se acciona al colocar la palanca de mando el rango Drive y en primera marcha.
El fluido de aceite se dirige hacia los respectivos solenoides de cambio los cuales en la combinación adecuada permite que se accione el embrague de avance para obtener la primera marcha. El sistema se mantiene a máxima presión y esto es controlado por el
solenoide de control de presión que recibe un voltaje de alimentación desde la PCM de 2 volts.
En la figura 27, figura 28 y figura 29 se muestra el funcionamiento mecánico e hidráulico de la marcha Primera.
Figura 27. Flujo de potencia - Primera
(General Motors, 1992)
Figura 28. Funcionamiento - Primera
2.2.5 SEGUNDA MARCHA
Las señales de entrada de los diversos sensores del motor y de transmisión de información se supervisan continuamente por el módulo de control del tren motriz (PCM). A medida que aumenta la velocidad del vehículo, el PCM procesa esta información para determinar el momento preciso para poner la transmisión en la segunda marcha. En segunda, los conjuntos de engranajes planetarios operan para obtener una relación de transmisión de aproximadamente 1,63:1. (General Motors, 1992).
Se acciona el embrague de marcha adelante, luego se aplica el embrague de cuña hacia adelante que transfiere el par motor al sol de reacción de entrada y al porta satélites de entrada.
Cinta de freno 2-4 aplicada.
La corona de entrada conduce el porta satélites de entrada, portador de reacción de entrada y el eje de salida en una segunda reducción. La válvula manual se acciona al colocar la palanca de mando el rango
Drive y dependiendo de las condiciones pasa a segunda marcha. El fluido de aceite se dirige hacia los respectivos solenoides de
cambio los cuales en la combinación adecuada permite que se accione el embrague de avance y la cinta de freno 2-4, para obtener la segunda marcha.
El sistema se mantiene a máxima presión y esto es controlado por el solenoide de control de presión que recibe un voltaje de alimentación desde la PCM de 2 volts.
En la figura 30, figura 31 y figura 32 se muestra el funcionamiento mecánico e hidráulico de la marcha Segunda.
Figura 30. Flujo de potencia - Segunda
(General Motors, 1992)
Figura 31. Funcionamiento - Segunda
Figura 32. Circuito hidráulico - Segunda
2.2.6 TERCERA MARCHA
Cuando la velocidad del vehículo aumenta más, el PCM controla los diversos sensores de información para determinar el momento preciso para poner la transmisión en Tercera velocidad. En esta marcha ambos juegos de engranes planetarios, de entrada y de reacción, giran a la misma velocidad y ofrecen una relación de transmisión directa de 1:1 entre la turbina del convertidor y el eje de salida. (General Motors, 1992).
El embrague de marcha adelante se aplica, el embrague de cuña hacia adelante está impulsando el sol de entrada.
Cinta de freno 2-4 liberada. Embrague 3-4 aplicado.
Tanto la corona de entrada y el engranaje solar de entrada son accionados a la misma velocidad. El porta satélites de entrada impulsan el conjunto de soporte de entrada que acciona el eje de salida a la velocidad de la turbina del convertidor para el accionamiento directo de tercera marcha.
Todo el conjunto de engranajes gira como una unidad a la velocidad de turbina del convertidor.
La válvula manual se acciona al colocar la palanca de mando en rango Drive y dependiendo de las condiciones pasa a tercera marcha. El fluido de aceite se dirige hacia los respectivos solenoides de
cambio los cuales en la combinación adecuada permite que se accione el embrague de avance, accione el embrague 3-4 y libera la cinta de freno 2-4, para obtener la tercera marcha.
El sistema se mantiene a mínima presión y esto es controlado por el solenoide de control de presión que recibe un voltaje de alimentación de 5 volts.
En la figura 33, figura 34 y figura 35 se muestra el funcionamiento mecánico e hidráulico de la marcha Tercera.
Figura 33. Flujo de potencia - Tercera
(General Motors, 1992)
Figura 34. Funcionamiento - Tercera
Figura 35. Circuito hidráulico - Tercera
2.2.7 CUARTA MARCHA
Para maximizar la eficiencia del motor y el consumo de combustible, la relación de transmisión de la cuarta marcha es aproximadamente de 0.73:1.
(General Motors, 1992).
Los discos de embrague 3-4 y la cintra de freno 2-4 permanecen aplicados. Embrague del convertidor de par aplicado.
El porta satélites y los satélites giran en sentido horario al estar estacionario el engranaje solar de reacción.
La corona de engranaje interno de reacción y el eje de salida, transmiten el movimiento para la cuarta marcha.
El porta satélites de entrada gira más rápido que el embrague de marcha adelante, lo que ocasiona un resbalamiento en el embrague de cuña. Como resultado, el embrague de marcha adelante y el embrague de patín son ineficaces en cuarta macha.
La válvula manual se acciona al colocar la palanca de mando el rango Drive y dependiendo de las condiciones pasa a cuarta marcha.
El fluido de aceite se dirige hacia los solenoides de cambio los cuales en la combinación adecuada acciona el embrague de avance, el embrague 3-4, la cinta de freno 2-4, para obtener la cuarta marcha. Se activa el solenoide TCC y el fluido activa el embrague del
convertidor de par.
El TCC PWM lo controla la PCM para hacer un acoplamiento más suave del convertidor de par, esto se logra aumentando consecutivamente la presión del fluido en el cuerpo de válvulas que va hacia el embrague del convertidor de par.
El sistema se mantiene a mínima presión a través del solenoide de control de presión que recibe un voltaje de alimentación de 5 volts. En la figura 36, figura 37 y figura 38 se muestra el funcionamiento
mecánico e hidráulico de la marcha Cuarta.
Figura 36. Flujo de potencia - Cuarta
(General Motors, 1992)
Figura 38. Circuito hidráulico - Cuarta
2.3 FUNCIONAMIENTO
ELECTRÓNICO
DE
LA
TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA 4L60E
2.3.1 DESCRIPCIÓN DE LA TRANSMISIÓN AUTOMÁTICA 4L60E
La Hydra -Matic 4L60 -E es una caja de cuatro velocidades, tracción trasera totalmente automática, es controlada electrónicamente. Está formado principalmente por un convertidor de par, dos conjuntos de engranajes planetarios, una cinta de freno y embragues mecánicos y un sistema de presurización y control hidráulico. (General Motors, 1992).
El convertidor de par de cuatro elementos contiene una bomba, una turbina, una placa de presión dentado a la turbina, y un conjunto de estator. El convertidor de par actúa como un acoplamiento de fluido para transmitir sin problemas de potencia desde el motor a la transmisión. También proporciona hidráulicamente multiplicación de par adicional cuando sea necesario, cuando se aplica el embrague del convertidor de par proporciona un acoplamiento mecánico accionamiento directo del motor a la transmisión.
(General Motors, 1992).
Los dos conjuntos de engranajes planetarios ofrecen las cuatro velocidades hacia adelante y atrás, cambiar las relaciones de transmisión es totalmente automático y se realiza mediante el uso de un módulo de control (PCM), el PCM recibe y supervisa diversas entradas y utiliza esta información para poner la transmisión en el cambio óptimo. (General Motors, 1992).
El PCM controla los solenoides del cuerpo de válvulas, también la aplicación y liberación del embrague del convertidor de par que permite que el motor ofrezca la máxima eficiencia de combustible sin sacrificar el rendimiento del vehículo. (General Motors, 1992).
necesario para el accionamiento de los componentes de fricción.
(General Motors, 1992).
Los componentes de fricción utilizados en esta transmisión constan de cinco múltiples embragues de disco y una banda. Los embragues de disco se combinan con dos componentes mecánicos, un embrague de rodillos y un embrague de cuña, para entregar cinco relaciones de transmisión diferentes a través de las distintas marchas disponibles. (General Motors, 1992).
2.3.2 CENTRALITA ELECTRÓNICA O MÓDULO
El módulo de gestión del cambio es un microprocesador capaz de procesar las señales que recibe de todos los sensores y de otros módulos o centralitas de mandos, en la figura 39 se observa un módulo electrónico.
(Bosh GmbH, 2002).
Figura 39. Módulo electrónico
(Divassón, 2011)
La activación de las electroválvulas en el cuerpo hidráulico permite que se abra o cierre el paso del fluido hidráulico hacia los embragues y frenos, estos a su vez se encargan de liberar o unir los elementos de los trenes epicicloidales y obtener las distintas velocidades disponibles en la caja de cambios automática.
2.3.3 COMPONENTES ELÉCTRICOS
La transmisión automática Hydra-Matic 4L60-E incorpora controles que utilizan un módulo de control del tren motriz llamado PCM. La PCM recopila información de funcionamiento del vehículo a partir de una variedad de sensores y componentes de control ubicados en todo el sistema de propulsión tanto de Motor y transmisión, en la figura 40 se muestra las partes de la transmisión automática 4L60E. (ATSG, 1993).
El PCM procesa la información que emite el vehículo para el control adecuado de distintos aspectos:
Los cambio de marcha de la transmisión; a través de la utilización de solenoides de cambio.
Sensación de cambios de la transmisión mediante el ajuste de presión de la línea a través del uso de un solenoide de control de presión Aplicar el TCC, a través del uso de un TCC solenoide y un solenoide
PWM TCC
El cambio descendente 3-2; a través del uso de un solenoide de control 3-2
El control electrónico de la transmisión de estas operaciones proporciona características de los puntos de cambios consistentes y precisos, además de la calidad de los cambios en base de las condiciones de funcionamiento, tanto del motor y la transmisión.
Figura 40. Partes de la transmisión automática 4L60E
(General Motors, 1992)
2.3.4 ENTRADAS Y SALIDAS EN EL CONTROL DEL CAMBIO AUTOMÁTICO
Figura 41. Esquema General de Control Electrónico - 4L60E
2.3.5 SEÑALES DE ENTRADA
2.3.5.1 Sensor de velocidad del vehículo (VSS)
El sensor de velocidad del vehículo es un campo de inducción magnética para informar la velocidad del vehículo a la PCM, el VSS se encuentra en la carcasa de extensión de transmisión.
Esta señal de corriente alterna se envía a la PCM que convierte en una corriente continua (CC). Esta corriente se interpreta como la velocidad del vehículo. A medida que aumenta la velocidad del vehículo la frecuencia de la señal de corriente continua también aumenta. El PCM interpreta este incremento en la frecuencia como un aumento de la velocidad del vehículo, como se muestra en la figura 42.
(General Motors, 1992).
Figura 42. Sensor de velocidad
2.3.5.2 Conmutador de corta 4WD
Este conmutador informa al PCM de que se a modo 4WD. La señal se utiliza
para modificar la señal del sensor de velocidad de salida y responder a la
reducción de marcha que está teniendo lugar. (General Motors, 1992).
2.3.5.3 Sensor de posición del acelerador (TPS)
El TPS es un potenciómetro que indica la apertura de la aleta de aceleración dependiendo de la carga del vehículo, el PCM proporciona una señal de referencia de 5 voltios y una masa para el TPS y el sensor devuelve una señal de voltaje que cambia con la apertura de la mariposa, esta señal varia de 0 voltios a ralentí a casi 5,0 voltios a máxima aceleración. El PCM utiliza esta información para modificar el control de combustible, suavidad en el cambio y aplicación del TCC. (General Motors, 1992).
Las condiciones, a una mayor apertura del TPS se tiene lo siguiente:
• El PCM retarda los cambios ascendentes o inicia una reducción de marcha (a través de los solenoides de cambio) para aumentar la aceleración.
• El aumento de presión en la línea PCM (a través del solenoide de control de presión) para aumentar la fuerza de sujeción de las garras y / o banda.
• El PCM mantiene la TCC liberada durante aceleraciones fuertes.
(General Motors, 1992).
2.3.5.4 Conjunto de conmutadores de marcha (PSA)
Varios fluidos se encuentran en el PSA en función de la posición de la válvula manual, estos fluidos abren y se cierran los interruptores de presión de fluido en la PSA para proporcionar una señal al PCM que indica la posición de la gama seleccionada de la válvula manual, en la figura 44 se muestra la lógica de los switchs de los conmutadores de marchas. La combinación de interruptores abiertos y cerrados determina el voltaje medido en cada uno de los tres pasadores en el conector eléctrico del PSA. Un circuito abierto mide 12 voltios, mientras que un circuito conectado a tierra mide 0 voltios, como se muestra en la tabla 2 y tabla 3. (General Motors, 1992).
Figura 43. Conmutadores de marchas
Tabla 2. Conmutador de marchas – Activación
Figura 44. Lógica de los switchs
(General Motors, 1992)
2.3.5.5 Sensor de temperatura del fluido de la transmisión (TFT)
El sensor de temperatura es un termistor de tipo NPN, que proporciona la información a la PCM sobre la temperatura del fluido de la transmisión. La resistencia eléctrica interna del sensor varía en relación con la temperatura del aceite de la transmisión, como se muestra en la figura 45. (ATSG, 1993).
El rango del sensor es de 0 a 5 voltios, dependiendo de la temperatura del fluido ya que a una elevada temperatura se tiene una baja resistencia y al contrario si se tiene una baja temperatura se tiene una elevada resistencia. El PCM mide esta tensión como otra entrada para el control del TCC y la presión de línea. La aplicación de la TCC reduce la temperatura de los fluidos creados por el acoplamiento del convertidor. (ATSG, 1993).
El PCM evita la aplicación del TCC hasta que la temperatura del fluido de transmisión alcanza aproximadamente 29 ° C (84 ° F) y cuando la temperatura del fluido excede 135 ° C (275 ° F), la PCM aplica el TCC en todo momento en la cuarta velocidad. (General Motors, 1992).
Figura 45. Sensor TFT
(General Motors, 1992)
2.3.5.6 Velocidad de entrada (Motor)
La PCM utiliza la señal de las revoluciones del motor para controlar la transmisión automática, en el caso de la transmisión 4L60E de GM utiliza el sensor CKP para determinar las revoluciones por minuto. Esta información se utiliza para ayudar a determinar los patrones de cambio de marcha, la aplicación del TCC y el tiempo de liberación. (ATSG, 1993).
2.3.5.7 Sensor MAP
El sensor MAP mide los cambios relativos a la presión de múltiple de admisión que son el resultado de los cambios en la velocidad y carga del motor, Estos cambios son monitoreados por el PCM con el fin de ajustar la presión de línea y secuencia de cambio. (General Motors, 1992).
2.3.5.8 Sensor ECT
El sensor de ECT es una resistencia de coeficiente negativo, que mide la temperatura del líquido refrigerante del motor.
Este valor es indispensable para el control de la transmisión automática debido a que a bajas temperaturas del refrigerante evita la aplicación del TCC, esta condición se da cuando la temperatura del refrigerante está por debajo de aproximadamente 20 ° C (68 ° F). (General Motors, 1992).
2.3.5.9 Interruptor de la señal de aire acondicionado (A / C)
Cuando el interruptor se cierra, el PCM recibe la señal que le compresor esta encendido. El PCM utiliza esta información para ajustar la presión de la línea de transmisión, sincronización del cambio. (General Motors, 1992).
2.3.5.10 Entrada del régimen de crucero
Cuando se activa el régimen crucero una señal informa a la PCM de que se
ha seleccionado el control de crucero, con esto la PCM reduce el número de
cambios d marcha para tener una velocidad estable. (General Motors, 1992).
2.3.5.11 Conmutador de freno
PCM, esta señal se utiliza para control de la transmisión, cuando se pisa el pedal de freno se libera el TCC. (General Motors, 1992).
2.3.6 SEÑALES DE SALIDA
Figura 46. Señales de salida de la transmisión
2.3.6.1 Solenoide del embrague del convertidor de par
Es una válvula que se energiza para su activación y es normalmente abierto, al activarse obtura el paso de aceite haciendo que se cree una presión para el acoplamiento del embrague del convertidor, en la figura 47 se observa este solenoide.
Cuando este solenoide se activa, en el convertidor de par ya no se aplica el par de multiplicación y giran a la misma velocidad del el motor.
En condiciones normales de funcionamiento, el embrague del convertidor se aplica para cuarta marcha en rango Overdrive, además cuando la temperatura del fluido de la transmisión está aproximadamente superior a 135 ° C, la TCC se aplica todo el tiempo en cuarta marcha e inclusive en tercera marcha para ayudar a reducir la temperatura del fluido de transmisión.
(ATSG, 1993).
Condiciones para el funcionamiento:
• La TCC se libera cuando se pisa el pedal del freno.
• La TCC se libera en condiciones mínimas y máximas del acelerador.
• No se aplica la TCC antes que la temperatura del refrigerante del motor este por encima de 20 ° C.
• No se aplica la TCC antes que la temperatura del fluido de transmisión este por encima de 29 ° C.
(General Motors, 1992).
