Una transmisión de relación cerrada describe una transmisión de vehículo de motor con una diferencia menor que el promedio entre las relaciones de transmisión . Se utilizan con mayor frecuencia en automóviles deportivos para mantener el motor en la banda de potencia .
Una transmisión de relación cerrada es aquella que se describe en relación con otra transmisión para el mismo modelo de vehículo. La relatividad se aplica únicamente a las transmisiones ofrecidas para una sola marca y modelo; es decir, no existe un valor umbral específico ni un estándar industrial aceptado que determine si los pasos entre engranajes constituyen una transmisión normal o de relación cerrada. Lo que un fabricante describe como una transmisión de relación cerrada no tiene necesariamente relaciones más cercanas que las de la transmisión manual normal de otro fabricante.
A menudo, los fabricantes utilizan el término "relación cerrada" cuando ofrecen una o más alternativas a la transmisión instalada como equipo estándar: por ejemplo, una transmisión opcional más deportiva que ofrece relaciones más estrechas que la estándar, como la que Porsche ofrece con las tres transmisiones enumeradas. a continuación para el 911 de 1967 a 1971.
Matemáticamente, la "cercanía" de una transmisión se puede caracterizar a partir del espacio promedio acumulado entre engranajes o el promedio geométrico de los engranajes. Esto se define como la raíz n-1 de los productos de cada relación de transmisión, que se simplifica al rango general de relaciones de transmisión y el número de velocidades (de avance):
dónde
En general, la mayoría de las transmisiones tienen aproximadamente el mismo rango total entre las marchas más altas y más bajas, por lo que cuantas más marchas tenga una transmisión, más juntas estarán. Esto se desprende de la expresión anterior: a medida que aumenta, el espaciado promedio aumentará. Una transmisión continuamente variable (CVT) tiene un "número" casi infinito de relaciones de transmisión entre sus relaciones más altas y más bajas, lo que significa que la CVT tiene pasos infinitamente pequeños entre las relaciones de transmisión. Sin embargo, debido a que las CVT no tienen relaciones de transmisión específicas (fijas) a menos que estén programadas como tales, no se consideraría una transmisión de relación cerrada.
Los motores de combustión interna que se encuentran en los automóviles de pasajeros son capaces de funcionar en un rango relativamente amplio de velocidades: el ralentí hasta 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, suele ser menor. [1] La transmisión automotriz se utiliza para mantener la velocidad del motor dentro de la banda de potencia mientras se opera el vehículo en una amplia gama de velocidades legales.
Durante la aceleración, cuando la velocidad del vehículo aumenta hasta el punto que la velocidad del motor excede la velocidad a la que se desarrolla la potencia máxima, el conductor o la transmisión cambia a una marcha más alta (relación numéricamente más baja), lo que reduce la velocidad del motor, manteniéndola en su estado óptimo. banda de potencia y permite una aceleración continua. Es posible que la siguiente relación de transmisión más alta sea mucho más baja que la relación anterior que el cambio ascendente reduzca excesivamente la velocidad del motor, lo que hace que la velocidad del motor caiga fuera de su "banda de potencia"; para una aceleración máxima, la velocidad del motor de un automóvil debe mantenerse en esta banda de potencia. Una transmisión de relación amplia requiere que el motor funcione en un rango mayor de velocidades, pero requiere menos cambios y permite una gama más amplia de velocidades de salida (del vehículo).
Los motores de alto rendimiento a menudo están ajustados para obtener la máxima potencia en un rango aún más estrecho de velocidades de funcionamiento. Un tipo de transmisión de relación cerrada está diseñado para permitir que un motor permanezca en este rango relativamente estrecho de velocidades de operación y generalmente se ofrece en autos deportivos , en los que se puede esperar que el conductor disfrute cambiando con frecuencia para mantener el motor en su banda de potencia. .
Esta tabla compara las relaciones de tres transmisiones ofrecidas para los vehículos Porsche 911 de 1967 a 1971, siendo la primera la transmisión estándar 901/75, la segunda la transmisión 901/76 denominada "Para subidas de colinas" y la tercera la 901/ 79 transmisión denominada "relaciones de Nürburgring". Incluye el paso entre ratios sucesivos; por ejemplo, el paso de 3.ª a 4.ª marcha para la transmisión 901/76 es del 85%, lo que significa que la velocidad del motor en 4.ª marcha es el 85% de la de 3.ª marcha a velocidades equivalentes del vehículo.
Para la transmisión Porsche estándar (901/75) descrita 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 son el 81% de la marcha anterior, en promedio, y la transmisión de Nürburgring tiene relaciones de transmisión sucesivas que son 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 la de la transmisión estándar o Nürburgring, lo que la convierte en una transmisión de relación cerrada.
Tenga en cuenta que el paso del 1.º al 2.º para la transmisión de Nürburgring es el cambio individual más grande para cualquiera de las tres transmisiones, pero los cambios de paso sucesivos del 2.º al 5.º son relativamente pequeños; Esta transmisión está diseñada para un funcionamiento sostenido a alta velocidad en lugar de una aceleración desde una parada.
El Porsche 911 S de 1967 estaba equipado con un motor de seis cilindros y 2,0 L que producía 160 hp (120 kW) a 6600 rpm y 179 N⋅m (132 lbf⋅ft) de torque a 5200 rpm. [3] Utilizando las relaciones de transmisión estándar anteriores, cuando el conductor cambia de 2.ª a 3.ª velocidad a 6.600/min, la velocidad del motor caería a 4.890/min (que es 6.600 × 1,32/1,78). En este caso, cambiar a 3ª marcha hace que la velocidad del motor esté ligeramente por debajo de 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 anterior, cambiar a 3.ª velocidad reduciría la velocidad del motor a 5120/min (6600 × 1,55 / 2,00), lo que casi coincide con el par máximo del motor.
Del mismo modo, el juego de engranajes de Nürburgring anterior también está ligeramente más cerca numéricamente que el juego de engranajes estándar, lo que lo hace más útil para aplicaciones deportivas. Sin embargo, la especificación de Nürburgring tiene una relación de quinta marcha "más alta" (numéricamente más baja) que la caja de cambios Hill Climb, lo que permite velocidades máximas más altas necesarias para este circuito de carreras más rápido.
El juego de velocidades estándar, con su quinta marcha numéricamente más baja, 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 aceleración a velocidades muy altas.
En la década de 1960, los automóviles equipados con transmisiones manuales normalmente tenían cuatro velocidades de avance y una marcha máxima que ofrecía una relación de 1:1. La designación de relación amplia versus cercana afectó la relación de transmisión 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 primera relación de transmisión de 2,52 o 2,56:1, mientras que las transmisiones de "relación cerrada" M21 y M22 Tenía una relación de primera marcha de 2,20:1. [4]
En ese momento, 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 transmisión más baja relativamente alta, lo que resultaba en un gran consumo de combustible. consumo. Después de la crisis del petróleo de la década de 1970, las relaciones de transmisión final fueron de 3:1 o menos para mejorar la economía de combustible y para adaptarse a esto, los fabricantes de vehículos comenzaron a agregar más velocidades de avance a la caja de cambios, generalmente combinando una quinta sobremarcha con una primera velocidad aún más baja. resultando 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 3:1 o superiores, lo que significa que las transmisiones de "relación cerrada" producidas en la década de 1970 a menudo tenían una gama de relaciones más amplia que " ¡Transmisiones de relación amplia" de la década de 1960! [7]
Una forma de crear una transmisión de relación cerrada es instalar más engranajes en la transmisión sin alterar las relaciones de transmisión más baja y más alta. De esta manera, algunas transmisiones de seis velocidades disponibles en vehículos de consumo están etiquetadas como de "relación cerrada". Una vez más, la cuestión determinante es la separación total de las marchas 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 de relaciones ( ) de 0,2 a 0,3, pero con un número diferente de marchas; la transmisión de seis velocidades tiene relaciones más estrechas que la transmisión de cuatro velocidades.
El hecho de que una transmisión de seis velocidades pueda denominarse legítimamente "de relación cerrada" depende de si mantiene la marcha superior sin cambios en relación con la de un modelo comparable de cinco velocidades, provocando así que el cambio en las relaciones de marcha baja a alta se produzca en velocidades más pequeñas. pasos (es decir, relaciones más cercanas) entre engranajes. Alternativamente, algunas transmisiones de seis velocidades tienen relaciones esencialmente iguales a las de una transmisión de 5 velocidades y agregan 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 5ª y 6ª 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 acercan cada vez más, lo que cumple con la concepción matemática de lo que constituye una transmisión de relación cerrada.
Antes de la década de 1970, las transmisiones manuales de los fabricantes generalmente tenían tres o cuatro marchas. Para cumplir con los requisitos de maximizar la economía de combustible, los fabricantes comenzaron a ofrecer transmisiones manuales de 5 y, en la década de 1990, de 6 velocidades. Asimismo, las transmisiones automáticas de 3 velocidades eran la norma hasta hace relativamente poco tiempo, pero ahora se ofrecen transmisiones automáticas de 6, 7 y 8 velocidades.
Al reducir el espacio entre relaciones permitido al tener más marchas, la velocidad del motor de un vehículo se puede mantener en una banda estrecha. Con una transmisión de 5 velocidades, el rango de potencia debe ser relativamente amplio, lo que obliga a comprometer la eficiencia del motor . Con una transmisión de 8 velocidades, el rango de potencia se puede mantener relativamente estrecho, lo que permite al ingeniero optimizar la eficiencia del motor a una velocidad particular, y la transmisión intenta mantener el motor funcionando a esa velocidad.
(La eficiencia del motor mejora enormemente cuando se maximiza la carga sobre el motor; por lo tanto, las transmisiones automáticas también hacen cambios ascendentes siempre que sea posible en un intento de reducir la velocidad del motor tanto como sea posible, lo que aumenta la carga y la eficiencia).
La reciente introducción de transmisiones continuamente variables (CVT) intenta llevar esta estrategia a su conclusión lógica. Esto permite un "número" casi infinito de relaciones de transmisión, lo que implica una transmisión de relaciones infinitamente cercanas. Sin embargo, dado que no hay marchas ni relaciones de transmisión específicas, no se consideraría realmente una transmisión de este tipo como de relaciones cerradas.
![{\displaystyle {\overline {\mathrm {espaciado} }}\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)
