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Nueva edición de un clásico

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Tags: CeroEmisiones, Movilidadeléctrica, Eficiencia

En adelante, el motor de combustión interna seguirá siendo muy usado. Con la cuarta generación de transmisión automática de 8 velocidades, ZF presenta una transmisión que ofrece un impresionante desempeño, sobre todo en vehículos eléctricos híbridos.
Johannes Winterhagen, septiembre 10, 2019
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Johannes Winterhagen Cuando las cosas se complican de verdad, el periodista especializado en energía y movilidad se encuentra en su elemento natural. Prefiere conocer a los ingenieros en el laboratorio.
La transmisión automática de 8 velocidades de ZF para automóviles de pasajeros ha gozado de un ascenso de cuento de hadas, ya que el número de unidades vendidas desde su lanzamiento al mercado en 2009 alcanzó la franja superior de dos dígitos de millones de unidades. Desde su presentación, los ingenieros de ZF revisaron dos veces esta transmisión del convertidor de torque, que ha recibido grandes elogios tanto por parte de los usuarios como de los periodistas de la industria automotriz, para que pueda ser instalada longitudinalmente. Con cada revisión, la transmisión se torna aún más fácil de usar y, al mismo tiempo, más eficiente. La cuarta generación de la transmisión de 8 velocidades está ahora esperando entre bastidores.

Extraordinario: diseñado desde el principio como una transmisión híbrida

Extraordinario: diseñado desde el principio como una transmisión híbrida

Esta transmisión comenzará a producirse en 2022. Lo único que tiene en común la nueva transmisión con los modelos anteriores es que sigue teniendo ocho velocidades; aparte de eso, el nuevo modelo tiene muchas características nuevas. "Por primera vez, hemos diseñado una transmisión automática para el segmento prémium desde el principio como una transmisión híbrida", manifestó Stephan von Schuckmann, antes de añadir: "Esto dio lugar a un sistema modular compuesto por módulos eléctricos, hidráulicos y mecánicos, entre los que cada cliente puede elegir para crear el accionamiento ideal para su automóvil". Von Schuckmann dirige la división Car Powertrain Technology de ZF.
La cuarta generación de la transmisión automática de 8 velocidades de ZF es plenamente apta para su uso en todos los conceptos híbridos.

La nueva transmisión como respuesta a las nuevas exigencias legislativas

La nueva transmisión como respuesta a las nuevas exigencias legislativas

¿Por qué se eligió un concepto modular? La razón de ello son los límites de emisión de CO2 más estrictos establecidos por los legisladores, que los fabricantes de automóviles tendrán que cumplir en los próximos diez años. Puesto que en la actualidad solo se tienen en cuenta las emisiones generadas por el propio vehículo ("y no, por ejemplo, las emisiones generadas durante la producción del vehículo"), casi todos los fabricantes intentan elevar el número de ventas de los vehículos eléctricos a batería. Los vehículos eléctricos, sin embargo, no son adecuados para todos los clientes ni para todas las aplicaciones. "Por consiguiente, suponemos que alrededor del 70 por ciento de los automóviles nuevos en 2030 seguirán equipándose con un motor de combustión interna", aclaró von Schuckmann. Con el objetivo de reducir el consumo de combustible y, a su vez, las emisiones de estos vehículos, en la próxima década se popularizarán muchos tipos diferentes de hibridación.

Perfectamente equipado para cualquier aplicación híbrida

Perfectamente equipado para cualquier aplicación híbrida

El primer concepto que conviene mencionar aquí es el potente accionamiento híbrido enchufable. Los vehículos equipados con estas unidades pueden alcanzar velocidades de hasta 130 km/h y tienen una autonomía de 80 a 100 kilómetros, alimentados únicamente por electricidad. En ZF, este tipo de accionamiento se denomina EVplus, un accionamiento eléctrico apoyado por un motor de combustión interna.
En el otro extremo del espectro de características se sitúan los sistemas híbridos suaves de 48 voltios. Con estos accionamientos, el motor eléctrico se usa para entregar potencia adicional cuando el automóvil arranca por primera vez y durante la aceleración, y también convierte en electricidad la energía generada en los procesos de frenado, que luego se almacena en la batería. La nueva transmisión automática de 8 velocidades es perfectamente adecuada para su uso en todos estos conceptos híbridos y puede alcanzar potencias eléctricas máximas de entre 24 y 160 kilovatios.
Esto explica por qué la cantidad de trabajo que fue necesario realizar en la nueva transmisión era algo más que un ajuste técnico. Para cumplir con los requisitos de los nuevos modelos de vehículos híbridos enchufables, fue preciso integrar un potente motor eléctrico en el espacio de instalación limitado dentro de la caja de transmisión (campana del convertidor de torque).
"Por primera vez, hemos diseñado una transmisión automática para el segmento prémium desde el principio como una transmisión híbrida."
— Stephan Von Schuckmann dirige la división Car Powertrain Technology de ZF.

Nuevo motor eléctrico eficiente en uso

Nuevo motor eléctrico eficiente en uso

Este motor eléctrico se fabrica con un proceso innovador de la división E-Mobility de ZF. El desempeño de un motor eléctrico depende de la "relación de llenado de cobre" del rotor, es decir, de la relación entre el material conductor y el volumen total. Para maximizar esta relación, los ingenieros de ZF ya no están usando bobinados de alambre de cobre para las variantes de alto desempeño, sino que ahora emplean barras de cobre que se insertan y se sueldan entre sí.

Electrónica de potencia: ahora integrada en la caja de la transmisión

Electrónica de potencia: ahora integrada en la caja de la transmisión

Otra novedad es el lugar en el que se aloja la electrónica de potencia.
En todos los vehículos híbridos de serie, la electrónica de potencia se instalaba previamente en una caja separada en algún lugar del vehículo, ya que el espacio en el compartimento del motor era muy escaso. Como resultado, con frecuencia se podían encontrar cables que medían metros que iban desde la electrónica de potencia hasta la transmisión. Esto ya no es necesario con la nueva transmisión, ya que toda la electrónica de potencia está integrada en la caja de la transmisión. Esto supuso un gran reto para el equipo de desarrolladores dirigido por Michael Ebenhoch. "Por un lado, teníamos que liberar espacio en la caja y, por otro, teníamos que diseñar la electrónica de potencia de forma que fuera lo más pequeña posible", explicó el jefe de desarrollo de la división Car Powertrain Technology. Sin embargo, la reducción de escala de la electrónica de potencia tenía límites.

Nuevos enfoques para la refrigeración, la conmutación y el circuito de aceite

Nuevos enfoques para la refrigeración, la conmutación y el circuito de aceite

A pesar de que el semiconductor de potencia en sí no es muy grande, conmuta altas corrientes. Como parte de este proceso, los semiconductores generan muchos kilovatios de potencia térmica, que es necesario disipar. En vez de enfriar la electrónica de potencia con aceite de transmisión, los semiconductores se conectan al circuito de refrigeración del sistema de aire acondicionado del vehículo. Durante sus intentos por encontrar espacio suficiente para la electrónica de potencia en la caja de transmisión, el equipo de ingenieros de Ebenhoch analizó todos los componentes de los actuadores hidráulicos implicados en el proceso de cambio de velocidades. Las válvulas electromagnéticas de cambio directo son ahora las que ejecutan esta tarea. A diferencia de los actuadores de presión eléctricos que se usaban con anterioridad, estas válvulas electromagnéticas de cambio directo no requieren pistones ni casquillos adicionales. Al reemplazar estos actuadores, el espacio de instalación necesario para la unidad de control hidráulico se redujo de 3.1 litros a 1.8 litros.
Todos los demás componentes del nuevo kit de construcción de la transmisión también fueron diseñados de forma inteligente para la operación híbrida. Esto es especialmente evidente en el circuito de aceite. Previamente, se usaban dos bombas de aceite: una bomba de celda de paletas muy eficiente accionada directamente por el motor de combustión interna y una segunda bomba eléctrica o memoria de pulsos para la operación eléctrica. La nueva transmisión automática de 8 velocidades está equipada con una sola bomba de potencia dividida. Cuando el motor de combustión interna está apagado, la bomba es impulsada por un pequeño motor eléctrico.

Mecánica nuevamente mejorada para una mayor eficiencia

Mecánica nuevamente mejorada para una mayor eficiencia

Aparentemente no parecen haberse realizado cambios en la mecánica de la transmisión de cuarta generación: dos frenos y tres embragues siguen conmutando los cuatro juegos de engranajes planetarios. "Sin embargo, hemos revisado cada detalle y, sobre todo, hemos reducido considerablemente las pérdidas por fricción", afirma Ebenhoch. La recompensa por todo su trabajo: al optimizar la mecánica, la cantidad de CO2 emitida por cada kilómetro en el que se usa el motor de combustión interna ha disminuido en un gramo.
Los trabajos en la cuarta generación de la transmisión automática de 8 velocidades se hallan en una fase muy avanzada. BMW y Fiat Chrysler ya se decidieron a usar esta transmisión en sus vehículos. Las primeras pruebas en carretera se llevarán a cabo a finales de este año y la planta de transmisiones de ZF en Saarbrücken ya se está preparando para su industrialización.

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