HERNANDEZ HERNANDEZ BERNABE 5-AMM PROF: LUIS VEGA CORTEZ
• Principios de Hidráulica
La hidráulica está basada en unos principios simples:
Los líquidos no tienen forma propia.
Los líquidos son prácticamente incompresibles.
Los líquidos transmiten en todas direcciones la presión que se les aplica.
Los líquidos permiten multiplicar la fuerza aplicada.
Los líquidos no tienen forma propia
Adquieren la forma del recipiente que los contiene. Gracias a esta condición el aceite de cualquier sistema hidráulico puede circular en cualquier dirección y a través de tuberías y canalizaciones de cualquier diámetro o sección.
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Los líquidos son prácticamente incompresibles
La figura ilustra esta condición. Si empujáramos hacia abajo el corcho de la botella herméticamente cerrada, el líquido en la botella no se comprimiría. Primero se rompería la botella. (NOTA: Los líquidos se comprimen ligeramente bajo presión, pero para nuestro objetivo son incompresibles.)
Los líquidos transmiten en todas las direcciones la presión que se les aplica.
En la figura anterior vimos cómo la botella se rompe al no poder comprimir el líquido y demuestra que la presión ejercida sobre el líquido es transmitida a todas partes. Si conectamos dos cilindros a través de una tubería y colocamos pistones iguales en cada cilindro, al presiónar un pistón se tranferiría la presión hacia el otro pistón, causando que éste suba.
Ley de Pascal:
La presión en un fluido confinado es transmitida igual en todas las direcciones y actúa con igual fuerza en áreas iguales.
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Los Líquidos Permiten Multiplicar la Fuerza Aplicada
En este ejemplo utilizaremos dos cilindros, de diámetro y largo diferentes. Al ejercer una fuerza de 100 lbs sobre el pistón de menor diámetro, ésta aumenta a 900 lbs, sobre el pistón de mayor diámetro. Para entender un poco más, definamos las variables dentro de la ecuación:
Fuerza: Capacidad para mover algo o alguien que tenga peso o haga resistencia.
Area: Superficie comprendida dentro de un perímetro.
Area de un cilindro = Pi(π=3.1416) X radio2
Presión: Magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un cuerpo sobre la unidad de superficie.
También es importante notar para poder mover 1 pulgada el cilindro de diámetro mayor, es necesario mover el cilindro menor por 3 pulgadas.
Reserva de Fluido
Puesto que la mayoría de los líquidos son casi incompresibles, el sistema hidráulico necesita líquido para funcionar correctamente. El depósito o el colector de aceite es un almacén para el líquido hasta que lo necesita el sistema. En algunos sistemas, (también en la transmisión automática), donde hay una circulación constante del líquido, el depósito ayuda también a refrescar el líquido por medio de transferencia térmica con el aire exterior por la cubierta que contiene el líquido. El depósito es realmente una fuente de fluido para el sistema hidráulico. El depósito tiene una línea de respiradero, línea de presión y una línea de retorno. Para que la bomba del aceite funcione correctamente, el líquido debe ser llevado desde el depósito a la bomba.
El propósito de la línea de respiradero es permitir la entrada de presión atmosférica en el depósito. Mientras la bomba rota, se crea un área de baja presión hacia el depósito vía la línea de presión. La presión atmosférica entonces empujará el aceite o el líquido hasta la bomba debido a una diferencia de la presión que existe en el sistema.
La línea de retorno es importante porque con un sistema que esté funcionando constantemente, el líquido tiene que ser devuelto al depósito para la recirculación a través del sistema.
Bomba
• La bomba crea flujo y aplica la fuerza al líquido. Es importante recordar que el flujo es necesario para crear la presión en el sistema. La bomba crea solamente flujo. Si el flujo no tiene resistencia, se le conoce como flujo libre, por lo que no se genera presión. Debe haber resistencia al flujo para crear la presión.
• Las bombas pueden ser el tipo de pistón reciprocante (como en un distribuidor de freno) o, pueden ser del tipo rotatorio. Hay tres tipos de bomabas utilizadas en las transmisiones automaticas: Bombas de Engranaje, Bombas de Rotor y Bombas de Aspas. En Hyundai utilizamos las bombas del tipo de Engranajes interior.
• Bomba de Engranajes Tipo Exterior: Cuando los engranajes internos rotan, estos rotan hacia la salida, generando una baja presión en el lado de admision. Esta baja presión pone en movimiento el fluido, el cual pasa atraves de la camara de bombeo, entre los dientes de los engranajes hacia la salida.
• Bomba de Engranajes Tipo Interior: Su diseno compacto conserva espacio y reduce la compeljidad del sistema. La bomba de engranajes interna consiste de un engranaje recto el cual engrana con un engranaje interno dentro de la cubierta de la bomba. El engranaje recto, el cual es conducido por el motor conduce el engranaje interior. Un sello de media luna se extiende hasta la camara de bombeo. Este sella los lados de admision y salida. A medida que el engranaje rota, se aleja de la admision, generando una succion que permite la entrada de aceite. El aceite es llevado por los dientes hacia el punto de salida.
• Bomba de Rotor: En la bomab de rotor el arreglo de rotores interno y externos(aro de rotor) se asemejan al sello de media luna en la bomba de engranajes del tipo interior. La pequena tolerancia de holgura entre rotores forman el sello en el centro de la camara de bombeo.
• Bomba de Aspas: La bomba de aspas es comunmente utilizada en transmisiones modernas para el aumento de kilometros por galon. El fluido es succionado por el lado de admision de la bomba. Este fluido es llevado entre las aspas y descargado en el lado de salida de la bomba.
Cuerpo de válvulas:
• El Cuerpo de válvulas es el responsable de regular la presión de aceite y dirigir el aceite hacia los componentes en el momento indicado.
• Hoy día se incorporan válvulas solenoides, las cuales son contrladas por la computadora permitiendo o evitando el paso de aceite hacia las válvulas para la aplicación de los componentes.
• Tipos de válvulas:
• Válvula de Control de Presión: esta válvula es responsable de controlar la presión de línea de la cja automática. Esta contiene un tornillo el cual puede ajustar la presión de línea, si el tornillo se gira a favor de las manecillas reloj la presión baja, por el contrario si se gira encontra de las manecillas del reloj, la presión sube. Refierase al manual de servicio para verificar el valor de presión y cuanto es el cambio de presión por cada vuelta del tornillo.
• Válvula Manual: esta válvula esta mecanicamente conectada a la palanca de cambios. Es responsable de dirigir la presión de línea a las válvulas de control de cambio, dependiendo del cambio seleccionado.
• Válvula de Reducción: la funcion de la válvula de reducción es mantener una presión constante la cual esta por debajo de la presión de línea. Con esta presión como la fuente de presión hidráulica, la válvula solenoide de control de presión, controla la presión de línea atraves de la válvula reguladora.
• Válvulas de Falla Segura: estas son responsable de aplicar los elementos necesarios en una condición de falla segura donde la computadora no tiene control de las válvulas solenoides o le falta una señal importante para el control adecuado de la caja.
Mecanismo Actuador
Una vez el líquido haya pasado a las líneas, las válvulas, la bomba, etc., terminará en el mecanismo de actuación. Éste es el punto donde la fuerza hidráulica empujará un pistón, el cual causará que el pistón haga una cierta clase de trabajo mecánico. Este mecanismo es realmente el callejón sin salida que el flujo de la bomba del aceite finalmente encontrará en el sistema. Este callejón sin salida causa el aumento en presión en el sistema.
La presión trabaja contra una cierta área superficial (pistón) y causa una aplicación de fuerza. En hidráulica y tecnología de la transmisión, el mecanismo de actuación también se llama un servo.
Un servo es cualquier dispositivo donde ocurre una transformación de la energía causando un trabajo consecuentemente. Los montajes de embrague encontrados en la transmisión automática de la Alpha son realmente servos, pero se llaman "embrague " para la facilidad de la identificación.
Funcionamiento de Embragues: Alpha / Beta
Placas: Son de metal y tienen ranuras las cuales engranan con el retenedor del embrague.
Discos: Los discos son de metal pero tienen material de fricción en ambos lados. Este material de fricción es el responsable de retener el aceite para enfriamiento y limpieza. Un disco satinado, debe ser reemplazado ya que este no podrá retener aceite. La manera de verificar la retención de aceite es presiónando sobre la superficie de fricción, si el este retiene aceite vera que el area donde presióno esta seca, si no cambia es que no esta reteniendo aceite.
En las cajas Alpha/Beta el embrague trabaja de la siguiente manera: para aplicar, el cuerpo de válvulas dirige el aceite hacia el pistón del embrague, la presión hidráulica sobre el pistón vence el resorte de retorno, presiónando asi a las placas y discos.
Debido a las placas estan engranadas con el retenedor y los discos engranan con el cubo, al estar presiónados la rotacion del retenedor es transferida al cubo el cual se conecta a un piñon.
En el enbrague hay una válvula de una via, el propósito de esta es aun cuando no hay presión hidráulica sobre el pistón, siempre queda aceite en la camara, debido a las fueza centrifugas, estas hacen que el aceite empuje el pistón, como no hay presión hidraáulica la válvula de una via deja pasar el aceite para crear un equilibrio entre ambas fuerza centrifugas (sobre el pistón y sobre el resorte), cancelando ambas y evitnado que el pistón se mueva.
Funcionamiento de Embrague: HIVEC
Cámara de Balance Centrifugo
Al desaplicar el embrague, la presón hidráulica sobre el pistón es libereada, pero siempre queda un remanente de aceite. Debido a la rotación de los componentes y las fuerza que se generan, este remanente de aceite podría aplicar el embrague. Para prevener que esto suceda, se aplica la cámara de balance centrífugo, la cual siempre tiene aceite. La mismas fuerza que se generan en la cámara de presión hidraulica del pistón, se generará en la cámara de balance centrifuga, pero en la dirección opuesta, cancelandose una a otra, evitando que aplique el embrague.
Funcionamiento de Frenos
El propósito de los frenos de las cajas automáticas es detener la rotación de un engranaje. Para esto los frenos deben aplicar contra una parte estacionaria de la caja automótica, por ejemplo la carcaza.
Hay dos tipos de frenos comunes, utilizados en las cajas aumtomáticas de Hyundai:
1. Frenos contra la caja
2. Frenos de bandas
Frenos contra la caja:
En la figura se muestra un ejemplo de un freno contra la caja. Como se puede ver el pistón cuando aplica presionaró los disco los cuales engranan con un engranaje (anular o cubo), contra las placas, las cuales estan engranadas contra la caja. Deteniendo asi la rotación del engranaje. La placa de presión es selectiva para corregir por el desgaste normal de la caja de la tranmisión, este juego debe ser siempre medido antes y despues de armar la caja para estar en tolerancia. Un juego excesivo creará golpes al aplicar el cambio.
Funcionamiento de Frenos
Frenos de Banda :
El otro tipo de freno untilizado en Hyundai es el freno de banda. El propósito de este es el aplicar una banda sobre un tambor, el cual sujeta un engranaje o cubo, para detener la rotación. Esto se lleva acabo utilizando un pistón y un soprte fijo al otro extremo. Cuando la presión hidráulica acuta sobre el pistón, este cierra la banda sobre el tambor, deteniendo asi el engranaje que esté acopaldo. Este sistema tiende a ser menos eficiente que el freno contra la caja, por el desgate que sufre la banda. Por esta razón la banda debe ser ajustada, para compensar por el desgaste.
El propósito del interruptor es como señal de retroalimentación a la TCM indicado que la banda se movio.
Convertidor de Par
Términos del Convertidor de Par
Al igual que los autos de transmisión manual, autos con transmisiones automáticas necesitan una manera de dejar el motor dar vuelta mientras las ruedas y los engranajes en la transmisión están detenidos. Los autos con transmisión manual utilizan un embrague, que desconecta totalmente el motor de la transmisión. Los autos de transmisión automática utilizan un convertidor de par. Un convertidor par es un tipo de acoplador por fluido, que permite girar el motor independientemente de la transmisión. Si el motor está dando vuelta lentamente, por ejemplo cuando el auto está en ralenti, la cantidad de esfuerzo de par pasando a través del convertidor par es muy pequeña, así que para mantener el auto detenido sólo se requiere una ligera presión en el pedal de freno.
Además del trabajo es muy importante permitir que el auto se detenga completamente sin apagar el motor, el convertidor de par realmente da a su auto más esfuerzo de par cuando usted acelera al salir de una parada. Los convertidores modernos pueden multiplicar el esfuerzo de par del motor por dos a tres veces. Este efecto sucede solamente cuando el motor está dando vuelta mucho más rapido que la transmisión.
A velocidades más altas, la transmisión casi alcanza la misma velocidad del motor. Fuera ideal que la transmisión se moviera exactamente a la misma velocidad que el motor, pero por pérdidas de energía existe una diferencia en velocidad. Por esta razón, los autos con transmisiones automáticas consiguen un kilometraje menor del combustible que los autos con las transmisiones manuales. Para contrarestar este efecto, algunos autos emplean un embrague amortiguador en el convertidor de par. Cuando las velocidades del abanico y de la turbina aumentan, este embrague une estas dos mitades en una sola unidad, eliminando el resbalamiento y mejorando la eficiencia.
Convertidor de Par de 3 Elementos
El convertidor de par de tres elementos consiste de un abanico, la turbina y un estator. El abanico es una pieza integral de la cubierta del convertidor par que también incluye la turbina y el estator. La turbina engrana al eje de la entrada de la Transmisión Automática.
El estator incorpora el embrague unidireccional (OWC) que engrana a una extensión de la cubierta delantera de la bomba. Esta extensión se llama el eje de reacción.
El abanico o bomba está conectado mecánicamente al motor, el cual hace girar al abanico. Este es un tipo de bomba centrífuga a medida que gira envía aceite hacia la turbina.
Turbina
La turbina es el elemento conducido o la salida del convertidor. El diseño de la turbina es similar al del abanico, excepto que las aspas de la turbina están en la dirección opuesta a las aspas del abanico.
El líquido del abanico impulsa las aspas de la turbina y hace rotar la turbina junto con el abanico, dando vuelta al eje de entrada de la Transmisión en la misma dirección que el del cigüeñal del motor.
Estator
El líquido que sale de la turbina vuelve al abanico por un tercer sistema de aspas conocidas como el estator. El estator se monta en un eje inmóvil, el cual es una pieza integral de la bomba del aceite.
El embrague de una vía permite que el estator rote solamente en la misma dirección que el abanico. El embrague traba el estator al eje para proporcionar el efecto de la multiplicación del esfuerzo de torsión.
Interacción del Estator en el Convertidor de Par
Cuando el vehículo está detenido la turbina no rota. Tan pronto comienza el motor a girar, el abanico empuja aceite hacia la turbina, e imparte energía, la cual hace girar a la turbina. El aceite que sale de la turbina golpea el estator en la parte interior de las aspas, el OWC evita que éste rote, por lo que cambia la dirección de flujo y crea un aumento en par, 2.17:1. Este es redirigido al abanico.
Al vehículo aumentar su velocidad, el aceite que sale de la turbina golpea el estator por la parte exterior de las aspas, por lo que éste comienza a girar, deja de aumentar par. En este punto el abanico y la turbina giran a igual velocidad.
Acople del Convertidor
La idea del acople del convertidor (lock up) no es nueva. Sus principales ventajas son:
1. Economía de combustible.
2. Reducción de la temperatura de operación de la transmisión en alta velocidad.
3. Menores RPM del motor en alta velocidad.
La característica del acople, ha sido añadida, sin perder en absoluto la suavidad de operación que tiene normalmente la transmisión automática. En la mayoría de los modelos no se advierte el funcionamiento del acople de convertidor
ATF (Aceite de Transmisión Automática)
Cuando es nuevo, ATF (Aceite de Transmisión Automática) debe ser rojo. El tinte rojo se agrega para distinguirlo del aceite de motor o del anticongelante. Al conducir el vehículo, el líquido de la Transmisión automática comenzará a tornarse más oscuro.
El color puede aparecer eventual marrón ligero. También, el tinte, que no es un indicador de la calidad del aceite, no es permanente. Por lo tanto, no se debe utilizar el color del aceite como criterio para sustituir el líquido de la transmisión. Sin embargo, se requiere una investigación adicional de la transmisión automática si:
• El líquido es marrón o negro oscuro.
• Emite olor a aceite quemado.
También se debe verificar por partículas de metal en la varilla de medición de aceite.
Engranajes Planetarios
Engranaje Solar: Localizado en el centro del sistema
Porta Planetario: Al menos tres engranajes planetarios rotan alrededor y engranan con el solar y el engranaje anular.
Engranaje Anular: Algunas veces llamado engranaje de aro, rota y engrana sobre la parte exterior de los engranajes planetarios.
Engranaje Tipo Ravigneaux
Este es uno de los dos típos de engranajes que encontraremos en las cajas automáticas de Hyundai.
El engranaje Ravigneaux se distingue por su arreglo:
• Dos solares uno concéntrico al otro (el largo dentro del corto),
• Piñones largos y cortos, los cuales estan en un solo portaplanetario
• Un solo engranaje anular.
Engranaje del Tipo Simpson Doble
Este es otro típo de arreglo de engranaje que encontraremos en las cajas automáticas Hyundai.
El Simpson Doble se carateriza por tener la siguiente configuración:
• Dos Solares
• Dos Juegos de planetas con su pórtaplanetario
• Dos Anulares
En las cajas HIVEC, el Simpson doble engrana de la siguiente manera:
Primer Juego de Simpson:
El solar de Sub-marcha esta en el medio de los planetas de salida, los planteas de salida giran sobre el anular de baja/marcha atras (el cual pertenece al segundo juego de simpson)
Segundo Juego de Simpson:
El solar de marcha atras esta en medio de los planetas de sobre-marcha, esto planetas giran en el anular de salida (el cual pertenece al primer juego de simpson)
Operación
Todos los sistemas planetarios de engranajes funcionan aguantando un miembro, usando a otro como entrada y usando el tercero como salida. Si no se aguanta ningún miembro, los engranajes girarán todos libremente y no se transmite ninguna energía. Si vemos con detalle, encontraremos que hay seis maneras en las que se puede funcionar el sistema de engranaje. Se puede aguantar cada uno de los miembros, y utilizar dos como entrada y salida. Las combinaciones, o condiciones, dan lugar a variaciones en la dirección del recorrido y de las razones de engranaje.
Para que un vehículo se mueva hacia adelante, debe ser considerada la dirección de rotación final del eje de salida de la transmisión. En caso de la serie KM, la transmisión está situada en el lado izquierdo del motor, mirando desde la parte del frente del auto. Por esta razón es necesario instalar un engranaje secundario dentro de la transmisión para cambiar la rotación final, esto es lo que se conoce como arreglo del tipo Oeste – Este (W – E).
Por otra parte, las transmisiones Alpha y Beta están localizadas en el lado derecho del motor, por lo que no es necesario instalar un engranaje secundario, este tipo de arreglo se le conoce como del tipo Este – Oeste.
Con respecto al uso total de ejes dentro de la transmisión, ésta puede ser clasificada como del tipo de 2 ejes o del tipo de 3 ejes. El tipo de 3 ejes tiene un eje adicional debido al engranaje secundario, el cual permite el cambiar la rotación final para conducir hacia adelante. Por esto el arreglo Oeste – Este es del tipo de 3 ejes y el arreglo Este – Oeste es del tipo de 2 ejes.
