miércoles, 8 de febrero de 2012

Motores TSI y Cajas DSG / Paul Alderete


Motores TSI y Transmisiones DSG

Los ingenieros alemanes de Volkswagen son una de las referencias en lo que a innovación tecnológica en el mundo de los motores se refiere. Si ya dieron ese paso que cambió por completo la concepción de los motores diesel, al añadir el turbocompresor a los antiguos SDI y sustituirlos por los ya globalizados TDI, ahora han revolucionado también el mundo de los motores de gasolina con su nueva tecnología TSI.

Si la evolución que han mostrado los TDI en su corto periodo de existencia ha sido espectacular, llegando a sacar de un motor de 1.900 cc hasta 150 caballos de potencia, el camino que se presenta para los TSI no es menos atractivo, ya que, sin ir más lejos, el Golf GT que monta un motor de 1.390cc TSI, da, nada más y nada menos, que 170 CV. Una potencia específica de unos sorprendentes 122 CV por litro. Y tampoco son menos sorprendentes los 240 Nm de par que garantiza este motor entre las 1.750 y las 4.500 rpm. ¿Pero de dónde salen esos caballos? ¿Cómo funcionan los motores TSI para estar a ese nivel de prestaciones?

El principio de funcionamiento es tan básico como lógico: siguiendo la filosofía ya empleada en los motores TDI, y en cualquier motor sobrealimentado en general, la idea consistía en ser capaz de extraer más potencia de cada ciclo motor. Por otro lado, y con las reducciones de las emisiones de CO2 en la lista de objetivos de todas las marcas, se tenía que reducir el consumo. De entrada, y si seguimos la cadena lógica, parece que la misión era complicada: menos consumo, menos combustible, menos energía liberada en la combustión… menos potencia. Pero Volkswagen tiró de ingenio para dar con la solución. Para empezar, un motor de pequeña cilindrada tendría un consumo necesariamente menor. ¿Y las prestaciones? Pues se tiraría de sobrealimentación para mejorarlas. Y en este punto es donde encontramos la principal diferencia de los TSI con cualquier otro motor sobrealimentado.

Volkswagen analizó las ventajas e inconvenientes de la sobrealimentación de motores mediante los dos métodos tradicionales (compresor volumétrico y turbocompresor), y entendió que combinando los dos sistemas en un mismo motor, los harían funcionar en harmonía armonía para que en el sistema global sólo entraran en juego las ventajas de cada uno de ellos individualmente. Sin duda, evidente. Los turbocompresores apenas se utilizaban en motores de gasolina porque su funcionamiento óptimo requería unas altas revoluciones en el motor que los de gasolina no justificaban. Complementarlos con un compresor volumétrico era una idea evidente. Pero nunca nadie lo había intentado antes en coches destinados a la venta al público.

De esta forma, y partiendo de la base del motor FSI de inyección directa, se diseñó un nuevo bloque de fundición gris de alta resistencia para que el motor fuera capaz de aguantar las altas presiones a las que la sobrealimentación lo iba a someter. En este sentido, la relación de compresión lograda de 10:1 (sí, sí, dispone de intercooler, no os asustéis) es una cifra a tener muy en cuenta. Pensemos que el TSI cuenta, a ralentí, con una presión de admisión de 1,8 bar, y dispone de una presión de sobrealimentación máxima de 2,5 bar. Eso y otros tantos retoques, como una nueva válvula de inyección de alta presión (aumentada hasta 150 bar) de 6 orificios, que permite una mayor variabilidad en el flujo de combustible inyectado en cámara, dieron como resultado el primer motor TSI.

Una centralita electrónica es la encargada de decidir cuando entra en acción el compresor y cuando el turbocompresor se vale por sí mismo para garantizar la presión de sobrealimentación necesaria para la demanda de potencia (por encima de 3.500 rpm, el turbo se vale por sí solo), gobernando una mariposa de regulación que reparte el aire de admisión entre un camino y otro. Pero de entrada, y conociendo los puntos débiles de cada uno de los sistemas, es evidente cómo funciona el motor: a bajas rpm, cuando el turbo no gira a suficientes vueltas como para hacer efectivo el trabajo del compresor asociado, el encargado de meter más aire en el motor es el compresor volumétrico. Cuando se alcanzan velocidades de giro tales que permiten que el turbocompresor trabaje en su punto óptimo, se desactiva el compresor volumétrico, que consume potencia del motor.

Pero no sólo este innovador sistema de sobrealimentación es el responsable del nivel de estos motores. La otra parte de la ecuación es el sistema de inyección directa de gasolina, ya empleado en los motores FSI de la marca alemana. Con la inyección directa en la cámara de combustión, como ya pasara en su día con los motores diesel, se obtiene una gestión del combustible óptima, mejorándose tanto los consumos como el rendimiento de la combustión.

El resultado es un motor de gasolina capaz de subir hasta las 7.000 vueltas en su versión de 1.4, y con una curva de par prácticamente plana que hace de la conducción una tarea mucho más sencilla para cualquier conductor. Así, sin necesidad de cambiar de marcha para que el motor suba de vueltas y proporcione par inmediato, los motores TSI tienen unas cifras de recuperación a marchas altas que son para quitarse el sombrero. Y no sólo eso, sino que los consumos son un 20% menores a los que tendría un motor atmosférico de potencia y par similar (claro, tenemos que irnos a los de más de 2 litros para igualar las prestaciones de los TSI). Y pese a la potencia, las altas presiones y los elevados regímenes de giro, los TSI prometen ser tan duraderos como cualquier motor con el sello Volkswagen.

Y las transmisiones DSG, son la cereza de la torta…

Los cambios automáticos no han tenido mucho éxito entre los conductores en general debido a su mayor consumo con respecto a un cambio manual y por la falta de dinamismo en la conducción. El grupo Volkswagen desarrolló un innovador cambio automático denominado DSG (Direct Shift Gearbox o caja de cambios directa) y lo incorporó como primicia mundial en el Golf R32 a finales del año 2002.


Esta caja de cambios se caracteriza porque combina las ventajas de una manual y las de un cambio automático, es decir, menor consumo, buena relación entre velocidad y par motor, confort de conducción, dinamismo, la comodidad de un cambio automático, fácil de usar y protección ante posibles errores en el uso.


El DSG es una caja de cambios mecánica de accionamiento automático, montada transversalmente, que se caracteriza por un sistema de engranaje anticipado y el doble embrague. Además, este sistema no utiliza convertidor de par, al contrario que los cambios automáticos.

Consta de dos transmisiones parciales independientes, cada una posee una estructura de funcionamiento similar a un cambio manual y tiene asignado su propio embrague multidisco, denominados K1 y K2. El embrague K1 se hace cargo de las marchas 1ª, 3ª, 5º y marcha atrás y el embrague K2 se encarga de la 2ª, 4ª y 6ª. Siempre existe arrastre de fuerza en una de las transmisiones parciales, mientras que en la otra ya se encuentra preseleccionada la siguiente marcha.

El módulo de control electrónico Mechatronic es el encargado de abrir y cerrar estos embragues, determinar la marcha preseleccionada en función de la velocidad, el régimen del motor y su variación en los últimos microsegundos e incluso del propio estilo del conductor.
Esto conlleva a que durante el cambio de marcha no hay interrupción de la fuerza de tracción porque el cambio se hace en centésimas de segundo consiguiendo un gran dinamismo al momento de conducir, sin tirones ni cambios bruscos.


Si el coche circula en tercera, la cuarta velocidad ya está engranada en K2, aunque no activada. En el momento en se alcanza el régimen de giro adecuado para el cambio, el embrague de la tercera marcha se abre, mientras que el otro se cierra, activando la cuarta marcha. Es un proceso de apertura y cierre de los dos embragues que se realiza al mismo tiempo, por lo que el cambio se hace en centésimas de segundos de una forma directa y muy suave. El módulo Mechatronic determina que el conductor ‘decide’ pasar de tercera a cuarta y no reducir a segunda.


El cambio DSG puede actuar en modo automático engranando la velocidad adecuada en cada momento o en modo Tiptronic, donde la velocidad se selecciona manualmente usando la palanca selectora o mediante los pulsadores situados tras el volante, como en la Fórmula 1 sin perder prestaciones.


Este cambio DSG cumple la norma europea de emisiones EU4 tanto para motores Diesel como para motores de gasolina, equiparándose los niveles de consumo con respecto a los cambios manuales.

El único mantenimiento que conlleva esta transmisión es el cambio del aceite y filtro cada 60.000 kilómetros y su vida útil es la misma que la del vehículo. El objetivo del fabricante es mejorar el sistema para que no sea necesario cambiar el aceite y aumentar más el dinamismo de la conducción para llegar al nivel máximo


Recientemente, Volkswagen ha presentado la evolución de su caja de cambios DSG que ahora está disponible con 7 velocidades y presenta mejores prestaciones y consumo que su predecesora.

La principal diferencia con la anterior DSG de 6 velocidades, consiste en que el embrague no está bañado en aceite, sino que trabaja en seco, y por lo tanto, puede prescindir de elementos tales como el filtro de aspiración o el refrigerador de aceite. Al no necesitar aceite para refrigerara sus discos, el único lubricante que precisa esta nueva caja DSG es el que debe lubricar y refrigerar el sistema dentado y los cojinetes, reduciendo el gasto de aceite a tan sólo 1,7 litros.


Está diseñada para motores de hasta 250 Nm de par, y mejora dinámica de arranque y el rendimiento del motor así como las prestaciones. Además a todo esto hay que sumar un reducido consumo de combustible y menores emisiones de CO2.


En suma, el grupo Volkswagen ha logrado superarse a si mismo. Con la combinación de los modernos motores TSI y la caja de cambios DSG tenemos asegurado un rendimiento de primera, con una potencia más que aceptable, conducción súper deportiva y a la vez cómoda (sin pedal de embrague) y un bajo consumo de combustible. Mejor no podíamos pedir, ya que es bueno, bonito aunque no tan barato.

Paul Alderete
U900266

No hay comentarios:

Publicar un comentario