Transmisión continuamente variable (CVT)

Transmisión continuamente variable (CVT)

La Transmisión continuamente variable (CVT) es una máquina de transformación cinemática capaz de modificar la relación entre la velocidad angular del motor y la velocidad de salida sin limitarse a un número discreto de marchas. En su arquitectura automotriz más difundida, la variación se obtiene mediante dos poleas de diámetro efectivo ajustable unidas por una correa metálica de empuje o por una cadena de tracción. La posición radial del elemento transmisor cambia de manera coordinada sobre ambas poleas, generando una sucesión prácticamente continua de relaciones comprendidas entre una reducción máxima y una sobremarcha máxima.

A diferencia de una caja manual o de una automática planetaria escalonada, el variador no necesita seleccionar alternativamente pares de engranajes con relaciones fijas. La transmisión adapta los radios de contacto mientras el torque continúa fluyendo. Esta continuidad permite mantener el motor cerca de la región de revoluciones que ofrece la mejor eficiencia, el torque más conveniente o la potencia máxima requerida por el conductor.

La aparente simplicidad de dos poleas y una correa oculta un sistema sometido a exigencias tribológicas excepcionales. La potencia se transmite mediante contacto friccional entre acero y acero, sin dientes positivos que impidan geométricamente el deslizamiento. Las superficies cónicas deben ejercer fuerzas axiales muy elevadas, el fluido debe conservar simultáneamente fricción y lubricación, y el sistema hidráulico debe responder con gran rapidez para impedir que una variación transitoria de torque supere la capacidad de pinzamiento.

La CVT automotriz es, por tanto, una síntesis de cinemática, hidráulica, metalurgia y control electrónico. Sus relaciones se originan en radios variables; su capacidad de torque depende del producto entre coeficiente de fricción y fuerza normal; su estabilidad necesita presión hidráulica continua; y su aceptación subjetiva ha llevado al software a reproducir artificialmente algunas sensaciones propias de las transmisiones escalonadas.

Fundamentos de la variación continua

En una transmisión escalonada, cada marcha está definida por un número determinado de dientes en dos engranajes. La relación solo puede cambiar cuando el flujo de potencia se transfiere hacia otro par. En una CVT de poleas, la relación se modifica desplazando el punto donde la correa describe su trayectoria sobre las caras cónicas.

Cada polea está formada por dos semipoleas enfrentadas. Una de ellas suele permanecer axialmente fija, mientras la otra puede desplazarse mediante un pistón hidráulico. Las superficies interiores forman una garganta en V.

Cuando las caras se aproximan, el espacio disponible para la correa disminuye. Como el elemento transmisor no puede penetrar indefinidamente en la garganta, es empujado hacia una región de mayor radio. Cuando las caras se separan, desciende hacia el centro y trabaja sobre un radio menor.

Las dos poleas deben actuar de manera complementaria. Si la primaria aumenta su radio efectivo, la secundaria debe reducirlo para admitir la misma longitud de correa. El variador conserva así una trayectoria cerrada sin necesitar un tensor independiente equivalente al de una correa auxiliar convencional.

La relación geométrica puede expresarse como:

i = ωentrada/ωsalida = Rsecundaria/Rprimaria

donde Rprimaria es el radio efectivo de la correa sobre la polea de entrada y Rsecundaria el radio sobre la polea de salida. Esta expresión procede de igualar aproximadamente la velocidad tangencial en ambas poleas:

v = ωprimaria·Rprimaria = ωsecundaria·Rsecundaria

Cuando la correa trabaja cerca del centro de la primaria y cerca del perímetro de la secundaria, la salida gira lentamente y el torque se multiplica. Esta condición equivale funcionalmente a una primera marcha. Cuando el radio primario aumenta y el secundario disminuye, la salida se acelera y la relación puede descender por debajo de uno, produciendo sobremarcha.

El sistema no posee literalmente una cantidad infinita de relaciones matemáticas, porque los radios están limitados por el diámetro de las poleas, la anchura del elemento transmisor, la separación entre ejes y las tensiones admisibles. Sin embargo, dentro de ese intervalo puede seleccionar un número tan grande de posiciones intermedias que su comportamiento se considera continuo.

Geometría de variación continua

El radio efectivo no coincide exactamente con el radio geométrico exterior de la polea. Se define por la línea de paso o región cinemática donde se transmite el movimiento. La posición depende de la apertura de las semipoleas, del espesor de la correa, de la deformación elástica y del contacto real entre sus flancos.

La relación total disponible se denomina ratio coverage y representa el cociente entre la relación más corta y la más larga. Ampliarla permite combinar una salida intensa desde reposo con bajas revoluciones durante el crucero.

Una cobertura amplia exige una gran diferencia entre los radios máximo y mínimo de cada polea. Sin embargo, reducir demasiado el radio mínimo incrementa la curvatura y las tensiones de flexión sobre los anillos o eslabones. Aumentar el radio máximo agranda el diámetro de la carcasa y puede obligar a separar más los ejes.

Los desarrollos modernos reducen el paso de las cadenas, optimizan la sección de los elementos y acercan la trayectoria al borde exterior de la polea. De este modo amplían la cobertura sin hacer crecer proporcionalmente el conjunto. JATCO ha documentado sistemas donde el radio de envoltura utiliza una porción muy alta del diámetro exterior de las poleas, acompañado de bombas hidráulicas combinadas para controlar las pérdidas energéticas.

La posición de la correa tampoco cambia mediante una traslación puramente radial. Los elementos entran y salen del contacto siguiendo una trayectoria tridimensional, experimentan pequeñas deformaciones y redistribuyen sus cargas a lo largo del arco de envoltura.

El control debe coordinar la presión primaria y secundaria. Una de las poleas establece principalmente la relación; la otra conserva la fuerza de pinzamiento necesaria para transmitir torque. Alterar solo una presión sin compensar la otra podría cambiar simultáneamente la relación y la reserva frente al deslizamiento.

Dinámica de reducción y sobremarcha

En la relación corta, la polea primaria presenta un radio pequeño y la secundaria uno grande. El torque de salida ideal puede aproximarse mediante:

Tsalida = Tentrada·i·η

donde η representa la eficiencia global. Al aumentar i, crece el torque disponible en la salida mientras disminuye su velocidad angular.

Durante la aceleración inicial, la transmisión mantiene esta configuración hasta que la velocidad y la demanda permiten avanzar hacia relaciones más largas. El movimiento de la semipolea primaria hace ascender la correa; simultáneamente, la secundaria permite que descienda.

En una sobremarcha, el radio primario supera al secundario. La polea de salida gira entonces más rápido que la de entrada. La reducción final del diferencial continúa disminuyendo la velocidad antes de las ruedas, por lo que estas no necesariamente giran más rápido que el cigüeñal.

La ventaja de esta continuidad es que la relación no tiene que coincidir con un escalón prefabricado. Puede situarse exactamente en el valor necesario para producir la fuerza solicitada con el régimen seleccionado por el controlador.

Durante una subida, el sistema puede acortar progresivamente la relación sin esperar una orden de cambio. En una desaceleración puede recuperar una relación baja antes de detener el vehículo, asegurando que exista suficiente multiplicación de torque para la siguiente salida.

Esta última operación requiere presión hidráulica aun cuando el motor reduzca su régimen o se detenga por un sistema start-stop. Algunas transmisiones incorporan bombas eléctricas o válvulas de retención que conservan el llenado de los pistones, porque una pérdida de presión impediría reposicionar el variador antes de volver a acelerar.

Metalurgia de correas y empuje cinético

La llamada push-belt no es una correa flexible convencional fabricada con caucho y fibras. Está compuesta por centenares de elementos metálicos de forma trapezoidal montados sobre varios anillos continuos de acero de alta aleación.

Cada elemento presenta superficies laterales inclinadas que contactan con las caras cónicas de las poleas. Los anillos mantienen alineada la sucesión de elementos, guían el conjunto y soportan tensiones asociadas con la trayectoria cerrada.

La característica que da nombre al sistema es que una parte esencial de la fuerza tangencial se transmite mediante compresión entre los elementos metálicos. La polea conductora empuja los bloques situados en el tramo activo; estos transmiten la carga sucesivamente hacia la polea conducida.

En una correa convencional, la potencia se comunica principalmente por diferencia de tracción entre un ramal tenso y otro menos cargado. En el push-belt, los elementos actúan como una columna articulada que transmite fuerza compresiva alrededor del circuito, aunque los paquetes de anillos continúan soportando tensiones, guiando la estructura y manteniendo su cohesión.

La composición exacta varía con la capacidad requerida. El ancho de los elementos y la cantidad de anillos pueden aumentarse para admitir más potencia. Bosch especifica versiones de diferentes anchuras y números de lazos, utilizadas incluso en configuraciones híbridas.

Los aceros necesitan elevada resistencia a la fatiga, dureza superficial y precisión dimensional. Cada elemento atraviesa millones de ciclos de compresión, contacto y cambio de curvatura. Las desviaciones microscópicas producirían una distribución desigual de carga, concentrando presión sobre una fracción del conjunto.

Los anillos se fabrican como bandas delgadas superpuestas. La construcción multicapa permite flexión repetida alrededor de radios relativamente pequeños y distribuye las tensiones. El tratamiento térmico y el acabado superficial resultan críticos para evitar que una grieta iniciada en una capa se propague rápidamente.

Cadenas metálicas de tracción

No todas las CVT utilizan una correa de empuje. Algunas emplean cadenas formadas por eslabones y pasadores oscilantes cuyas cabezas contactan con las poleas. En estos sistemas, la fuerza se transmite principalmente por tracción a través de los eslabones.

La cadena puede trabajar con radios pequeños y ofrecer alta capacidad de torque, pero presenta su propia dinámica de contacto. Los pasadores ingresan secuencialmente en las superficies cónicas y producen excitaciones acústicas cuya frecuencia depende del paso y de la velocidad.

La diferencia entre push-belt y cadena no es meramente terminológica. Cambian las rutas internas de fuerza, las tensiones predominantes, la eficiencia, la textura de las poleas y los requerimientos del fluido.

Ambas arquitecturas comparten la dependencia fundamental de la fricción acero-acero. Ninguna cuenta con dientes que formen una unión positiva entre polea y elemento transmisor. La presión axial y la química interfacial deben mantener la adherencia suficiente en todo el arco de contacto.

Mecánica de contacto en las poleas

La fuerza axial aplicada a las semipoleas se transforma en una gran fuerza normal sobre los flancos de la correa debido a la geometría en V. Si el semiángulo del cono es pequeño, una carga axial produce una componente normal considerable.

El torque transmisible puede expresarse de manera conceptual como:

T = Σ(μ·N·r)

donde μ es el coeficiente de fricción local, N la fuerza normal aplicada a cada elemento y r su radio instantáneo.

Esta expresión muestra que la capacidad no depende exclusivamente de la presión total. La distribución de fuerza, el radio, la deformación de las poleas y el coeficiente de fricción cambian a lo largo del arco.

La presión de contacto puede alcanzar valores muy altos en zonas pequeñas. Aunque ambas superficies sean de acero endurecido, existe deformación elástica microscópica y se forma una película lubricante extremadamente delgada.

El funcionamiento no corresponde a una fricción seca. El CVTF separa parcialmente las asperezas, reduce desgaste y transporta calor, pero debe permitir suficiente tracción tangencial. El régimen se encuentra entre la lubricación límite, la mixta y formas locales de lubricación elastohidrodinámica.

Una presión axial insuficiente reduce la capacidad y permite macrodeslizamiento. Una presión excesiva aumenta las pérdidas por flexión, la fricción de cojinetes, el consumo de la bomba y la fatiga superficial. El control busca la fuerza mínima compatible con un margen seguro de torque.

Capacidad de torque y límites tribológicos

El variador es una transmisión limitada por fricción. En un engranaje, los dientes forman una barrera geométrica que transmite fuerza normal incluso con un coeficiente lubricado relativamente bajo. En una CVT metálica, la fuerza tangencial máxima está ligada directamente al producto μ·N.

Cuando el torque aumenta, el sistema debe elevar la presión hidráulica, ampliar la anchura de la correa, incrementar el radio de contacto o mejorar la fricción del fluido y la textura superficial. Cada solución añade masa, pérdidas o tensión sobre los materiales.

Esta dependencia limita la densidad de torque de las CVT de poleas frente a transmisiones con engranajes positivos en aplicaciones de fuerza extrema. No significa que sean intrínsecamente débiles ni incapaces de trabajar con motores sobrealimentados. Existen variadores convencionales adaptados a varios cientos de newton-metro y cadenas de elevada capacidad.

El límite surge cuando la fuerza de pinzamiento necesaria produce más pérdida, deformación y fatiga de la que la arquitectura puede tolerar. A partir de cierto nivel, aumentar la presión deja de producir una ganancia proporcional porque cambian los radios reales, se flexionan las poleas y la carga se distribuye de manera menos uniforme.

La capacidad debe incluir un margen dinámico. El torque del motor no es perfectamente continuo; cada combustión introduce pulsos y las maniobras producen transitorios. Una calibración ajustada exactamente al torque medio podría deslizar durante los picos.

La TCM utiliza el torque informado por la ECU, la relación actual, las velocidades y la temperatura del fluido para calcular la presión requerida. También considera tolerancias y envejecimiento, porque el coeficiente y las fugas hidráulicas cambian a lo largo de la vida del conjunto.

Hidráulica de alta presión y química CVTF

La polea móvil funciona como un pistón anular. El fluido presurizado ingresa en una cámara y produce una fuerza axial:

Faxial = P·A

Una presión de varios megapascales aplicada sobre una gran área genera fuerzas de decenas de kilonewtons. Estas cargas son necesarias para comprimir los flancos metálicos con intensidad suficiente y evitar que el torque supere la fricción disponible.

La bomba hidráulica alimenta las cámaras de las poleas, el cuerpo de válvulas, el convertidor de par, los embragues, la lubricación y el enfriador. Su capacidad debe cubrir el caudal requerido durante cambios rápidos de relación y, simultáneamente, compensar fugas internas.

La bomba mecánica suele girar con el motor. Algunos diseños modernos añaden una bomba eléctrica que se activa cuando se requiere un caudal transitorio elevado o cuando el motor de combustión se encuentra detenido.

El control hidráulico utiliza solenoides lineales o de fuerza variable. La TCM regula la corriente y modifica la presión piloto sobre carretes que distribuyen el flujo hacia las poleas.

La presión primaria interviene principalmente en el desplazamiento de la relación. La secundaria conserva la carga de sujeción. La interacción puede invertirse o variar según la arquitectura, pero siempre existe una coordinación entre posición radial y capacidad de torque.

La respuesta debe ser rápida, aunque no abrupta. Una variación excesivamente veloz de presión puede excitar la correa y los ejes; una respuesta lenta permite que el torque llegue antes que la fuerza de pinzamiento.

Propiedades químicas del CVTF

El CVTF no es simplemente un ATF teñido con otro color. Su formulación debe proporcionar una combinación poco habitual: alta fricción acero-acero, protección contra desgaste, estabilidad al cizallamiento, compatibilidad con embragues húmedos y comportamiento hidráulico preciso.

En una transmisión automática escalonada, el aceite suele estar formulado para reducir el desgaste de engranajes y controlar la fricción entre papel y acero en los embragues. Una CVT añade la necesidad dominante de transmitir potencia en un contacto acero-acero lubricado.

El fluido debe evitar que la película sea tan lubricante que permita a la correa deslizar sobre las poleas. Al mismo tiempo, no puede elevar la fricción de manera indiscriminada, porque produciría desgaste adhesivo, calentamiento y vibración.

La formulación ajusta la relación entre tracción y deslizamiento mediante modificadores de fricción, agentes antidesgaste, dispersantes, antioxidantes y mejoradores de viscosidad. La superficie de las poleas y el fluido se diseñan como una pareja tribológica.

La expresión de que el CVTF incrementa la “fuerza de cizalle” debe interpretarse con precisión. No convierte el líquido en un adhesivo sólido; proporciona una respuesta friccional que permite transmitir un esfuerzo tangencial alto en la interfaz sin perder la película protectora.

La estabilidad al cizallamiento es esencial porque la bomba y los contactos someten a los modificadores de viscosidad a grandes gradientes. Si las moléculas poliméricas se rompen, la viscosidad disminuye y cambian las fugas, la lubricación y el control de presión.

La resistencia a la oxidación también es crítica. La fricción de las poleas, el convertidor y los embragues genera calor. Un fluido oxidado forma barnices y altera el movimiento de las válvulas hidráulicas.

El CVTF debe liberar rápidamente el aire. Una mezcla espumosa aumenta la compresibilidad, reduce la capacidad de la bomba y vuelve inestable la presión de las poleas. Esta propiedad vincula directamente la química del fluido con la seguridad mecánica del variador.

Control de la presión de pinzamiento

Aplicar siempre la presión máxima impediría gran parte de los deslizamientos, pero reduciría la eficiencia. La bomba consumiría más potencia y los contactos soportarían cargas innecesarias.

El algoritmo calcula una presión objetivo cercana al mínimo seguro. Durante crucero con poco torque, reduce el pinzamiento. Cuando el conductor acelera, anticipa el aumento de torque y eleva la presión antes de que la carga alcance las poleas.

El control predictivo utiliza la posición del pedal, la solicitud de torque y la dinámica del motor. El lazo de realimentación compara las velocidades primaria y secundaria con la relación calculada. Una discrepancia revela que existe deformación, deslizamiento o error de posición.

Debe distinguirse el microslip funcional del deslizamiento destructivo. En todo contacto friccional deformable existen pequeños movimientos relativos y creepage que permiten transmitir fuerza. El daño aparece cuando el deslizamiento se convierte en una diferencia macroscópica sostenida entre la velocidad cinemática de la polea y la de la correa.

El margen de presión se adapta a la temperatura. Un CVTF frío posee mayor viscosidad, modifica las pérdidas y responde de manera diferente en los conductos. En caliente disminuye el espesor de película y aumentan las fugas internas.

Los modelos avanzados incorporan la flexibilidad de las poleas y la trayectoria real de la correa. A grandes cargas, asumir que todos los elementos trabajan sobre un radio idéntico conduce a errores en la capacidad calculada.

Cavitación, aireación y estabilidad hidráulica

La bomba necesita recibir un flujo líquido continuo. Si la presión en su entrada cae por debajo de la presión de vapor del fluido, se forman cavidades que colapsan al alcanzar regiones de mayor presión. Este fenómeno se denomina cavitación.

Las burbujas reducen el volumen efectivo bombeado, generan pulsaciones y pueden erosionar las superficies internas. La entrada de aire por un nivel insuficiente, una junta o una turbulencia excesiva produce aireación, fenómeno relacionado pero no idéntico.

El aire es compresible. Cuando existe dentro de la línea, parte del desplazamiento de la bomba se consume comprimiendo burbujas en lugar de mover los pistones de las poleas. La presión tarda más en establecerse y puede oscilar.

Una caída breve de presión durante bajo torque puede ser absorbida por el margen del sistema. Bajo carga intensa, la misma caída reduce la fuerza normal y permite que la correa supere el límite de adherencia.

El deslizamiento a alta velocidad genera una potencia térmica aproximada de:

Q̇ = T·Δω

Incluso una diferencia angular pequeña bajo torque elevado puede producir una densidad de calor enorme sobre una región muy reducida.

La película se rompe, las asperezas se sueldan y se arrancan, y la superficie de la polea desarrolla scoring, rayado o transferencia de material. Una vez alterada la textura, la distribución de presión deja de ser uniforme y el nuevo relieve daña sucesivamente los elementos metálicos.

El evento no destruye obligatoriamente la transmisión en un único instante, pero puede hacerlo con extrema rapidez cuando se combinan alta velocidad, torque elevado y pérdida importante de pinzamiento. Las marcas formadas modifican permanentemente las tolerancias y pueden iniciar una realimentación de deslizamiento, calor y desgaste.

Por esta razón, el circuito incluye sensores, válvulas reguladoras y estrategias de reducción de torque. La ECU puede cerrar la mariposa o limitar la combustión si la TCM no consigue asegurar la presión solicitada.

Desgaste superficial y fatiga de contacto

El daño de una polea no se limita a surcos visibles. Las presiones repetidas producen tensiones subsuperficiales capaces de iniciar grietas por fatiga.

Las capas endurecidas soportan millones de contactos, pero una inclusión, una raya o una región sobrecalentada actúa como concentrador. Las grietas pueden crecer paralelas a la superficie y liberar pequeñas escamas.

Los elementos de la correa experimentan desgaste en sus flancos y contacto entre sí. Los anillos soportan flexión cíclica y tensiones variables mientras atraviesan los radios de ambas poleas.

La temperatura acelera la degradación. El acero conserva gran parte de su resistencia, pero los tratamientos superficiales y la microestructura pueden alterarse si una zona alcanza valores extremos durante un deslizamiento severo.

El fluido transporta las partículas desprendidas. El filtro y los imanes retienen una parte, pero los residuos finos pueden circular por solenoides y válvulas, extendiendo una alteración tribológica hacia el sistema hidráulico.

La textura de la polea no debe ser completamente lisa. Microestrías controladas ayudan a administrar la película y el coeficiente de fricción. Una superficie pulida por desgaste puede comportarse de manera distinta de una superficie correctamente rectificada.

La relación entre rugosidad y fricción es compleja. Una superficie demasiado áspera concentra presión y desgasta; una excesivamente pulida puede conservar demasiado fluido o reducir el mecanismo de tracción previsto. La manufactura define una textura específica para trabajar con el CVTF aprobado.

Acoplamientos interfaciales y psicoacústica

El variador no puede proporcionar por sí solo todas las funciones requeridas por el vehículo. Necesita un medio para permitir que el motor permanezca encendido mientras las ruedas están detenidas y un mecanismo capaz de invertir el sentido de giro.

Muchas CVT utilizan un convertidor de par hidrodinámico en la entrada. Otras emplean un embrague multidisco húmedo, un embrague electromagnético o una combinación híbrida. Por ello, el convertidor es frecuente, pero no universal.

En una CVT con convertidor, el impulsor acelera el fluido y la turbina recibe su momento angular. El deslizamiento hidrodinámico permite iniciar la marcha de manera suave y absorbe parte de las oscilaciones del motor antes de que alcancen las poleas.

Esta interfaz reduce la necesidad de que el variador administre toda la diferencia de velocidad existente desde la inmovilidad. El vehículo comienza a moverse mediante el fluido y, una vez estabilizada la rotación, el sistema puede aplicar el embrague lock-up.

El lock-up bloquea mecánicamente la carcasa del convertidor con la turbina y elimina la mayor parte del deslizamiento. En CVT modernas puede aplicarse poco después de iniciar la marcha para reducir pérdidas.

El control debe equilibrar suavidad y eficiencia. Mantener el convertidor abierto durante demasiado tiempo genera calor; cerrarlo con excesiva rapidez transmite vibraciones y cambios de torque hacia la correa.

Marcha adelante y reversa

Cambiar los radios de las poleas modifica la magnitud de la velocidad, pero no invierte su dirección. La correa hace que las poleas primaria y secundaria giren siempre en sentidos geométricamente determinados entre sí.

La marcha atrás requiere un mecanismo adicional. En muchas CVT se instala un tren planetario de avance y reversa antes del variador. Embragues multidisco seleccionan dos rutas cinemáticas distintas.

Para avanzar, un embrague puede bloquear dos componentes del planetario, haciendo que el conjunto gire como una unidad y transmita movimiento sin inversión. Para retroceder, otro elemento mantiene estacionario un miembro y obliga a la salida a girar en sentido contrario.

La disposición exacta depende del fabricante. Algunas utilizan un conjunto planetario simple; otras incorporan una transmisión auxiliar con varias relaciones que amplía la cobertura total.

El mecanismo de reversa demuestra que la variación continua y la inversión de giro son funciones separadas. Las poleas proporcionan una magnitud variable; el tren epicicloidal establece el signo de la velocidad.

La entrada también incluye embragues que separan el motor durante Park y Neutral. El sistema hidráulico debe llenar sus pistones y coordinar su aplicación con la presión de las poleas.

El efecto de banda elástica

Durante una aceleración intensa, la estrategia ideal puede llevar rápidamente al motor hasta el régimen donde desarrolla su potencia máxima. Después mantiene las revoluciones cerca de ese valor mientras el vehículo continúa aumentando su velocidad mediante una variación progresiva de la relación.

El motor no se encuentra “estancado térmicamente”. Opera a una velocidad angular casi estacionaria, mientras su torque se transforma a través de una relación que cambia de manera continua.

La aceleración del vehículo puede continuar aunque el tacómetro permanezca prácticamente inmóvil. Desde el punto de vista de la potencia, esta estrategia es coherente: el motor trabaja donde puede entregar la máxima energía por unidad de tiempo, y la transmisión adapta continuamente esa potencia a la velocidad de las ruedas.

Sin embargo, la percepción humana ha sido condicionada por transmisiones escalonadas. En ellas, la velocidad del motor aumenta, ocurre un cambio y las RPM caen. La repetición de este patrón se asocia subjetivamente con la aceleración.

En una CVT lineal, el sonido del motor sube rápidamente y permanece constante mientras la velocidad continúa aumentando. Algunos conductores interpretan esta ausencia de caídas como deslizamiento o falta de conexión, aunque la transmisión esté operando correctamente.

Esta disonancia entre señal auditiva y aceleración recibe popularmente el nombre de efecto banda elástica o rubber-band effect. No procede necesariamente de elasticidad física excesiva, sino de la diferencia temporal entre el régimen del motor y la velocidad del vehículo.

El convertidor abierto puede intensificar inicialmente la sensación, porque añade su propio deslizamiento. Una calibración lenta de la relación o una respuesta amortiguada del acelerador también contribuyen.

Simulación electrónica de marchas

Para reproducir una experiencia más familiar, varias CVT modernas incorporan relaciones virtuales o stepped shifting. El software define posiciones predeterminadas dentro de la continuidad disponible y desplaza la relación de una a otra como si existieran engranajes.

Durante una aceleración, la TCM permite que las RPM aumenten hasta un umbral y luego ordena una relación más larga, provocando una caída perceptible del régimen. El ciclo se repite varias veces.

No se ha producido un cambio físico entre pares dentados. Las poleas continúan desplazándose de manera continua, pero su trayectoria de control ha sido programada para imitar escalones.

La motivación no es exclusivamente técnica. La aceleración perfectamente lineal puede resultar más eficiente, pero ciertos conductores prefieren una respuesta acústica y cinestésica tradicional. La programación sacrifica parte de la libertad matemática para mejorar la percepción de conexión y deportividad.

El compromiso no siempre reduce significativamente la eficiencia. La estrategia puede reservar el funcionamiento lineal para cargas moderadas y activar los pasos solo durante aceleraciones intensas o en modos deportivos.

En selección manual, las posiciones virtuales permiten al conductor solicitar una relación concreta mediante paletas. Esto mejora la retención en descensos y ofrece control sobre las RPM sin añadir engranajes.

El sistema puede definir seis, siete, ocho o más marchas simuladas. Su número no representa piezas internas; es una división informática del intervalo continuo.

Coordinación entre motor y transmisión

La ventaja teórica de una CVT aparece cuando motor y transmisión se controlan como una unidad. El conductor solicita una fuerza o una aceleración, no una relación determinada.

La ECU calcula el torque disponible y la TCM selecciona la combinación de régimen y relación que minimiza consumo o maximiza prestaciones. En crucero, puede reducir las RPM y utilizar una relación larga. Bajo carga, desplaza el motor hacia una región de mayor torque o potencia.

La potencia requerida en las ruedas puede expresarse como:

Pruedas = Ftracción·vvehículo

La CVT busca el punto del mapa del motor capaz de producir esa potencia con el criterio elegido. Una misma demanda puede satisfacerse mediante alto torque a bajas RPM o menor torque a un régimen superior.

Para economía se priorizan regiones de alta eficiencia térmica y bajas pérdidas. Para máxima aceleración se aproxima el motor al punto de máxima potencia. Para confort se limitan la velocidad de cambio de relación y el ruido.

La presión de pinzamiento se coordina con la misma solicitud. Antes de aumentar el torque, la TCM debe asegurar que la correa dispone de suficiente capacidad. En algunas transiciones, la transmisión solicita a la ECU que retrase el encendido o cierre la mariposa mientras se establece la presión.

Esta autoridad compartida protege el variador. La combustión puede cambiar su torque más rápidamente que una gran cámara hidráulica puede llenarse, por lo que el software limita temporalmente el motor hasta que la fuerza mecánica esté disponible.

Pérdidas energéticas del variador

La CVT evita interrupciones por cambios, pero no es una transmisión sin pérdidas. La bomba hidráulica consume potencia, las poleas deforman la correa, los anillos flexionan, los cojinetes soportan grandes cargas y el fluido es agitado por piezas giratorias.

La fuerza de pinzamiento elevada aumenta la resistencia de los rodamientos y la flexión de los ejes. Reducirla mejora eficiencia, pero disminuye el margen frente al deslizamiento.

La correa experimenta pérdidas por microslip, histéresis metálica, contacto entre elementos y flexión de los anillos. Las poleas generan pérdidas por deformación y fricción en sus pistones.

El convertidor añade pérdidas mientras permanece desbloqueado. El lock-up temprano reduce esta contribución, aunque exige amortiguación torsional para proteger la correa.

La viscosidad del CVTF produce arrastre. Un fluido más delgado reduce agitación y bombeo, pero debe conservar película y presión a alta temperatura.

Las transmisiones modernas utilizan bombas de menor tamaño complementadas por unidades eléctricas. La bomba mecánica cubre el uso ordinario y la eléctrica aporta caudal durante cambios rápidos, start-stop o demandas transitorias.

La eficiencia total varía con la relación. En radios extremos aumenta la curvatura del elemento transmisor y cambian las fuerzas de contacto. La región central suele ofrecer condiciones mecánicas más favorables.

Gestión térmica

El calor se origina en el convertidor, los embragues, las poleas, la bomba y el diferencial. El CVTF lo transporta hacia la carcasa y el intercambiador.

La potencia térmica depende del deslizamiento y de las pérdidas hidráulicas. Un convertidor abierto bajo carga puede generar más calor que el variador durante crucero. Un evento de macrodeslizamiento en las poleas concentra la energía sobre superficies mucho más pequeñas.

La temperatura modifica la viscosidad, el coeficiente de fricción y la resistencia de los sellos. Por ello, la TCM puede reducir torque o seleccionar una relación diferente cuando la temperatura supera una ventana calibrada.

El enfriador puede intercambiar calor con el refrigerante del motor. Durante el calentamiento, el motor ayuda a llevar el CVTF a una temperatura eficiente; posteriormente, el mismo intercambiador retira energía.

Un fluido demasiado frío aumenta las pérdidas y hace más lenta la respuesta hidráulica. Uno excesivamente caliente acelera la oxidación y disminuye la reserva de película. La gestión busca una temperatura intermedia, no el enfriamiento máximo permanente.

Arquitectura de protección

El sistema dispone de sensores de velocidad en las poleas o en los ejes de entrada y salida. La TCM calcula la relación real y la compara con la relación ordenada.

Si la relación se desvía bajo torque, puede aumentar la presión, reducir el torque del motor o adoptar una relación de seguridad. También supervisa temperatura, corriente de solenoides y plausibilidad de las señales.

Ante una pérdida eléctrica, las válvulas adoptan posiciones definidas por resortes y presión. Algunas CVT quedan limitadas a una relación fija o a una capacidad mínima de desplazamiento.

La protección debe evitar una situación en la que el motor entregue torque máximo sin presión suficiente. El cierre de la mariposa, la reducción de combustible y la limitación de revoluciones constituyen barreras electrónicas frente al deslizamiento.

El diseño hidráulico incluye válvulas de alivio para impedir una presión excesiva, pero también válvulas de retención destinadas a conservar el llenado de las cámaras. La seguridad requiere evitar tanto la sobrepresión como la falta de pinzamiento.

El control del fluido forma parte de esa protección. Un producto con fricción o viscosidad incorrectas altera la relación entre la presión calculada y el torque realmente transmisible. El sistema puede ordenar el valor nominal y aun así trabajar sin margen.

Integración física del sistema continuo

La CVT convierte una fuerza axial en un radio cinemático, un radio en una relación de velocidades y una presión hidráulica en capacidad de torque. Cada etapa depende de la anterior.

Las semipoleas no desplazan engranajes, sino que moldean la trayectoria de una correa metálica. Los elementos trapezoidales transmiten compresión, los anillos conservan cohesión y las superficies cónicas convierten pinzamiento en fuerza tangencial.

El fluido desempeña dos papeles aparentemente contradictorios. Debe impedir el contacto destructivo y, al mismo tiempo, proporcionar una fricción acero-acero suficientemente alta. También transmite presión, enfría componentes, acciona embragues y controla el convertidor.

La electrónica calcula una relación que puede cambiar en cada instante. Bajo aceleración máxima mantiene el motor cerca de su potencia máxima; en crucero reduce el régimen; en modos deportivos introduce pasos artificiales que recrean una experiencia acústica tradicional.

El convertidor o el embrague de arranque administra el movimiento desde reposo. El tren planetario de avance y reversa invierte el sentido cuando es necesario. El variador realiza después la transformación continua principal.

La mayor vulnerabilidad aparece cuando se rompe la correspondencia entre torque y pinzamiento. Una caída hidráulica, una aireación o una orden tardía permite que el contacto friccional pase de la adherencia controlada al deslizamiento macroscópico. A velocidades elevadas, la energía concentrada raya las poleas y altera la superficie que todo el sistema necesita para funcionar.

La Transmisión continuamente variable (CVT) no elimina las relaciones de transmisión; elimina la obligación de confinarlas a escalones. Su complejidad reside precisamente en sostener una relación geométrica cambiante mientras conserva una interfaz friccional al borde de su capacidad útil. La eficiencia, la suavidad y la durabilidad dependen de que metalurgia, presión hidráulica, química del fluido y software permanezcan coordinados como una única máquina.

Referencias