050851es caja automatic zf
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© Scania CV AB 2000, Sweden1 712 601
05:08-51Edición 2 es
Caja de cambios automática ZF
ZF 4/5HP500, 590 y 600
Descripción del funcionamiento
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Índice
Información general .................................................................................. 3
Placa de identificación de la caja de cambios .................................................................................. 4
Diseño del sistema .................................................................................. 5
Diseño de la caja de cambios .................................................................................. 6
Convertidor de par .................................................................................. 7
Trenes epicicloidales .................................................................................. 8
Ralentizador .................................................................................. 9
Engranajes angulares ................................................................................ 12
Unidad de mando ................................................................................ 13
NBS ................................................................................ 15
Selector ................................................................................ 16
Testigos de advertencia y testigos ................................................................................ 17
Interruptor de diagnosis con testigo ................................................................................ 18
Kickdown ................................................................................ 19
Control del acelerador mecánico ................................................................................ 20
Acelerador eléctrico ................................................................................ 20
Índice
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Información general
IntroducciónEsta descripción trata sobre las cajas de cambios automáticas ZF 4/5HP500, 590 y 600. Las cajas de cambios son fabricadas por ZF.
Las cajas de cambios llevan un ralentizador como equipamiento estándar.
Las cajas de cambios son de cuatro o cinco marchas e incorporan un convertidor de par. Un sistema hidráulico de control electrónico realiza los cambios de marchas. Las cajas de cambios están diseñadas con una combinación de marchas mecánicas e hidráulicas.
Una bomba integrada proporciona líquido a presión tanto al sistema hidráulico como al sistema de lubricación de la caja de cambios. El líquido se limpia mediante un filtro. Este filtro se debe sustituir regularmente. Remítase al Manual de servicio de la sección 0.
Debido a que esta descripción se refiere a varios modelos de caja de cambios muy relacionados, los componentes pueden ser distintos a los que aparecen en las ilustraciones. También puede variar la ubicación de los componentes.
Hay varias generaciones de cajas de cambios. Para averiguar a qué generación pertenece la caja de cambios remítase a la sección Placa de identificación de la caja de cambios.
Para reducir el efecto de cualquier discrepancia debido a las distintas variantes, la Descripción del trabajo y del funcionamiento se ha tratado de la forma más general posible.
Información general
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Placa de identificación de la caja de cambiosCuando se ponga en contacto con representantes de ZF, utilice el código de identificación ZF que aparece en la placa de identificación de la caja de cambios. La placa de identificación está situada en la parte superior de la caja de cambios.
La placa de identificación especifica el tipo, el número de serie, el número de pieza, el código de identificación del modelo, la desmultiplicación de las marchas y la desmultiplicación del velocímetro.
Por ejemplo:
Código de tipo Descripción4HP500N 4 velocidades con NBS
5HP600 5 velocidades sin NBS
4HP500/80 4 velocidades con NBS y engranaje angular
4HP590/80D 4 velocidades con NBS y engranaje angular con caída
La placa de identificación está situada en la parte superior de la caja de cambios.
El código de tipo también indica la generación a la que pertenece la caja de cambios.
La 2ª generación se describe en otras publicaciones.
4 HP-500 1ª generación
4 HP-502 2ª generación
Placa identificativa
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Diseño del sistema
1 Selector
2 Unidad de mando de la caja de cambios
3 Unidad de mando del ralentizador
4 Unidad de mando del acelerador eléctrico
5 Testigo de la temperatura del líquido
6 Interruptor del ralentizador. El interruptor puede estar ubicado también en la unidad eléctrica central.
7 Palanca del ralentizador
8 Sensor de aceleración en el motor, en el caso de control de acelerador mecánico.
9 Conexión eléctrica para las válvulas solenoide y sensor de frecuencia en la caja de cambios (Conector Cannon)
10 Válvula solenoide V502 del acumulador
11 Sensor del pedal del acelerador D35 con interruptor de kickdown
12 Válvula de freno de servicio con potenciómetro D37
13 Válvula solenoide V503 del ralentizador
14 Válvula solenoide V504 del ralentizador
15 Regulador de presión, fase 1
16 Regulador de presión, fase 2
17 Regulador de presión, fase 3
18 Válvula solenoide V501 del ralentizador
Diseño del sistema
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Diseño de la caja de cambios
1 Eje de entrada
2 Ralentizador
3 Estátor
4 Rotor
5 Embrague A
6 Embrague B
7 Embrague C
8 Tren epicicloidal 1
9 Tren epicicloidal 2
10 Tren epicicloidal 3
11 Eje de salida
12 Brida de acoplamiento
13 Eje de turbina
14 Embrague de bloqueo
15 Convertidor de par
16 Bomba de aceite
17 Sensor de frecuencia de la turbina
18 Embrague D
19 Embrague E
20 Embrague F
21 Sensor de frecuencia del eje de salida
Diseño de la caja de cambios
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Convertidor de par
Un convertidor de par hidráulico transmite el par del motor a la caja de cambios. El convertidor de par aumenta el par motor al arrancar y proporciona una transmisión de potencia regular.
El rendimiento de un convertidor de par hidráulico es menor que el de una transmisión mecánica. Por lo tanto, es necesario un embrague que bloquee el eje de la turbina del convertidor de par con el eje del rodete de la bomba tan pronto como el motor alcance un determinado régimen en primera, segunda o marcha atrás. Entonces el par se transmite mecánicamente. Esto se conoce como la posición de bloqueo. En marchas largas, este embrague siempre está acoplado, lo que implica que el par se transmite de la misma forma que en una caja de cambios mecánica.
El convertidor de par está compuesto por tres piezas, el rodete de la bomba, el estátor y la turbina. El rodete de la bomba está situado en el eje de entrada y funciona como una de las mitades del embrague. El rodete de la bomba tiene forma cóncava y se compone de varios álabes curvados.
El rotor de la turbina tiene el mismo diseño que el rodete de la bomba, pero está situado en el eje de salida. El rodete y rotor cóncavos están situados con sus aberturas una frente a otra. En el espacio entre ambos se encuentra el estátor, que también es un rodete con álabes curvados.
Cuando el rodete de la bomba comienza a girar desplaza el líquido entre la bomba y los rotores de la turbina. La fuerza centrífuga del líquido transmite el par del rodete de la bomba al rotor de la turbina. El estátor, que va montado en una rueda libre, proporcionará par adicional al eje de la turbina cuando exista una diferencia importante en la velocidad de giro entre el rodete de la bomba y el rotor de la turbina.
1 Rodete de la bomba
2 Rotor de la turbina
3 Estátor
4 Eje de entrada
5 Embrague de bloqueo
Convertidor de par
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Trenes epicicloidalesLa caja de cambios tiene tres trenes epicicloidales. Están conectados a los ejes de la caja de cambios y entre sí, por medio de embragues de disco. Acoplando y desacoplando distintas combinaciones de embragues de disco, el par del motor es transmitido mediante los trenes epicicloidales de diferentes maneras, y por lo tanto a multiplicaciones distintas.
1 Tren epicicloidal 1
2 Tren epicicloidal 2
3 Tren epicicloidal 3
Trenes epicicloidales
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RalentizadorLa caja de cambios está equipada con un ralentizador.
El ralentizador está compuesto por un estátor y un rotor, y su principio de funcionamiento es el mismo que el del convertidor de par. El rotor siempre gira al mismo régimen que el motor. El ralentizador frena cuando se introduce líquido hidráulico a presión en el mismo. Esto hace que se frene el rotor y el eje de salida. Cuando se solicita que frene el ralentizador, con el pedal de freno o la palanca del ralentizador, la válvula solenoide del acumulador se abre y un pistón neumático introduce el líquido en el ralentizador. Para regular la potencia de frenado del ralentizador, hay una válvula de control para controlar la presión del ralentizador.
Al frenar con el ralentizador se produce bastante calor. El calor se elimina mediante un intercambiador de calor conectado al sistema de refrigeración del motor.
Cuando el ralentizador no se usa se descarga el líquido y se almacena en un acumulador.
El ralentizador puede producir un par de frenado muy alto. Para evitar que se produzcan situaciones de frenado críticas o que las ruedas se bloqueen, la unidad de mando de la caja de cambios reduce la potencia del ralentizador al ajuste 1 cuando se conduce en primera o segunda marcha.
Si el vehículo está equipado con ABS y una de las ruedas está a punto de bloquearse, la unidad de mando del ABS mandará una señal a la unidad de mando del ralentizador para que deje de mandar señales de frenado al ralentizador. Esto se produce incluso si el pedal de freno o la palanca del ralentizador están activados.
1 Ralentizador
Ralentizador
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Activación del ralentizador
El pedal de freno activa el ralentizador cuando el interruptor está conectado.
Interruptor S525
118
822
Interruptor S52611
8 820
El interruptor puede estar ubicado en la unidad eléctrica central S525 o en el cuadro de instrumentos S526.
1 Potenciómetro de ajuste para B1 + B2
2 Potenciómetro de ajuste para B4
3 Potenciómetro de ajuste para B3
El ralentizador tiene una unidad de mando separada en la unidad eléctrica central. La unidad de mando del ralentizador recibe una señal analógica del potenciómetro D37 de la válvula de freno cuando se pisa el pedal de freno. La unidad de mando convierte está señal en tres señales digitales que son transmitidas a la unidad de mando de la caja de cambios E502 y luego a las válvulas solenoide V501 del ralentizador, fase 1, V503, fase 2 y V504, fase 3.
La potencia de frenado aumenta en relación con la fuerza con la que se pisa el pedal de freno. Tan pronto como se aplican los frenos de las ruedas, el ralentizador proporciona la potencia máxima de frenado.
Ralentizador
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El vehículo también puede tener una combinación de accionamiento manual y automático. La solicitud de potencia máxima de frenado se puede obtener, por ejemplo, con la palanca del ralentizador en la posición 1 y pisando a fondo el pedal de freno a la vez, lo que provoca que el ralentizador frene a toda potencia.
Las posiciones 3 y 4 de la palanca del ralentizador proporcionan la fuerza de frenado de la posición 3, es decir, la fuerza de frenado de las dos posiciones es la misma.
El freno auxiliar es muy potente y actúa sólo sobre las ruedas motrices. En vehículos sin ABS, puede ser inapropiado, e incluso muy peligroso en algunos casos, utilizar este freno en carreteras con superficies resbaladizas.
Ralentizador
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Engranajes angulares
Para ahorrar el máximo de sitio posible al montar los motores y las cajas de cambios, hay varios diseños para los engranajes angulares. El engranaje con caída permite bajar el árbol de transmisión unos 200 mm aproximadamente.
Engranaje angular
El engranaje angular cambia el ángulo 80º en el caso de un motor y caja de cambios montados transversalmente.
Engranaje angular, 80º
Engranaje angular con caída
El engranaje con caída cambia el ángulo 80º, lo que permite bajar el árbol de transmisión unos 200 mm en el caso de un motor y caja de cambios montados transversalmente.
Engranaje angular con caída, 80º
Engranajes angulares
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Unidad de mando
La unidad de mando E502 de la caja de cambios está compuesta por un microprocesador programado para supervisar y controlar la caja de cambios para que los cambios se produzcan en el momento correcto.
En los vehículos equipados con acelerador eléctrico, la unidad de mando de la caja de cambios se comunica con la unidad de mando del acelerador eléctrico.
La unidad de mando determina que marcha debe utilizar recopilando la información de los sensores de la caja de cambios, del selector, del régimen del motor y de la aceleración. También interviene en el frenado del ralentizador. La unidad también controla todo el proceso de cambio de marchas y supervisa el sistema de mando de la caja de cambios.
La unidad de mando controla continuamente los cambios de régimen mediante varios sensores y los compensa para alcanzar un confort de cambio alto.
Nota: Todos los cables deben estar conectados a la unidad de mando nueva antes de conectar la alimentación con la llave de encendido.
Cuando se ponga en contacto con representantes de ZF, refiérase a la unidad de mando como EST 18, como figura en la etiqueta de la unidad de mando.
Unidad de mando
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Cambio de marchasLos cambios a una marcha más larga o más corta se realizan acoplando o desacoplando los embragues mediante presión hidráulica. La unidad de mando manda señales a las válvulas solenoide del sistema hidráulico de la caja de cambios para cambiar de marcha o activar el ralentizador.
La unidad de mando también supervisa el tiempo de deslizamiento, es decir, el tiempo que los discos de embrague están en deslizamiento al cambiar de marcha. Si el tiempo de deslizamiento es demasiado corto, los cambios son duros, mientras que si es demasiado largo, los discos se desgastarán rápidamente. El tiempo de deslizamiento es regulado por una presión de modulación.
Si el tiempo de deslizamiento es demasiado largo, por ejemplo, porque el nivel de líquido de la caja de cambios es insuficiente, el botón pulsado del selector parpadeará.
Programas de cambio de marchas
Hay dos programas de cambio de marchas, uno de prestaciones altas y otro económico. La unidad de mando funciona según el programa de prestaciones altas si el terminal 34 está conectado a +24v.
En los vehículos fabricados a partir de abril de 1998, el programa de prestaciones altas se ajusta como estándar. Conectando o desconectando las dos conexiones del conector C874 en la unidad eléctrica central delantera se puede cambiar el programa de cambio de marchas.
Unidad de mando
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NBSAlgunas variantes de las cajas de cambios automáticas ZF tienen una función que se llama NBS (punto muerto en las paradas). Está función desacopla las partes en movimiento de la caja de cambios del eje de salida siempre que:
• esté seleccionada la primera marcha
• el pedal del acelerador esté en la posición de ralentí
• el freno de pie o el freno de parada estén aplicados
• la velocidad del autobús sea inferior a 30 km/h.
Sólo es necesario pisar el freno de servicio ligeramente, 0,8 bares, par que se active el NBS.
El objetivo de la función NBS es la de reducir el consumo de combustible, especialmente en tráfico urbano donde las paradas son frecuentes. Las cajas de cambios con NBS se pueden identificar mirando el código de 10 dígitos en la placa de identificación de la caja de cambios. Si el tercer dígito por el final es un 5 (xxxx xxx 5xx), la caja de cambios tiene la función NBS.
NBS
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Selector
El selector S520 informa a la unidad de mando de la caja de cambios sobre la marcha o programa de cambios de marcha seleccionado por el conductor.
• R = Marcha atrás
Nota: La marcha atrás sólo se puede seleccionar con el vehículo parado.
• N = Punto muerto. Debe estar seleccionado al arrancar el motor, para paradas largas y cuando se aparca el vehículo.
Nota: No seleccione punto muerto cuando el vehículo está en movimiento. Si lo hiciera podría dañar la caja de cambios.
• D = Posición normal para la conducción hacia delante. Se utilizan todas las marchas.
• 2 = Posición normal para la conducción hacia delante. Se utilizan todas las marchas menos la más larga.
• 1 = Posición normal para la conducción hacia delante. Sólo se utiliza la marcha más corta.
Si pulsa el botón 1 ó 2 al conducir, la caja de cambios reduce de forma normal cuando se reduce la velocidad del vehículo. No cambiará a una marcha más larga al acelerar.
Algunos tipo de selectores sólo tienen los botones R, N y D.
R
N
D
2
1
104
154
Selector
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Testigos de advertencia y testigos
Testigo de temperatura del aceite de la caja de cambios
Al frenar con el ralentizador se produce bastante calor. Si la temperatura sube demasiado, se enciende un testigo rojo en el cuadro de instrumentos después de un retraso de 30 segundos producido por un relé temporizador, R516.
Testigos intermitentes en el selector
La caja de cambios tiene un sistema de advertencia para avisar sobre la presencia de averías serias en la caja de cambios y sistema de mando.
En el caso de que haya una avería, el testigo de diagnosis y el botón pulsado en el selector S520 comienza a parpadear.
Testigo del ralentizador activado
Junto a la palanca del ralentizador se encuentra el testigo W505. Este testigo se enciende cuando se activa el ralentizador.
Testigos de advertencia y testigos
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Interruptor de diagnosis con testigo
Interruptor de diagnosis
118
82
1
El interruptor de diagnosis se utiliza para leer los códigos de avería que puede haber en la memoria de la unidad de mando. Los códigos de avería se indican mediante secuencias de parpadeo del testigo. El interruptor también se utiliza para borrar los códigos de avería.
El testigo de diagnosis está conectado en paralelo con el selector. Por lo que el testigo de diagnosis está encendido permanentemente en cuanto se conecta el encendido con la llave.
En el caso de una avería activa, el botón pulsado en el selector de marchas parpadea para avisar al conductor. El testigo de diagnosis también parpadea.
La memoria de códigos de avería puede almacenar un máximo de 10 códigos de avería.
Interruptor de diagnosis
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Kickdown
B25 Interruptor de aceleración (ralentí)
B26 Interruptor de kickdown
D35 Potenciómetro
104
162
B25B26D35
El interruptor de kickdown cierra el circuito justo antes de alcanzar la aceleración máxima. La señal de kickdown pasa directamente del sensor del pedal del acelerador a la unidad de mando de la caja de cambios. Esto se produce sin que intervenga el sensor de aceleración D503 o la unidad de mando electrónica. El interruptor de kickdown está siempre ubicado en el sensor del pedal del acelerador, tanto si el vehículo tiene un control de aceleración mecánico o un acelerador eléctrico. Remítase al Manual de servicio de la sección 14.
El kickdown se utiliza para reducir, por ejemplo al adelantar, pero también se puede utilizar para retrasar el cambio a una marcha más larga. Manteniendo el pedal del acelerador en la posición de kickdown evita que el motor pierda potencia al cambiar a una marcha más larga en un ascenso.
Kickdown
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Control del acelerador mecánicoSi el vehículo está equipado con un control del acelerador mecánico, también estará equipado con un sensor de aceleración D503. Se encuentra en el motor y está unido a la palanca de accionamiento de la bomba de inyección. Informa a la unidad de mando sobre la aceleración, y por lo tanto de la carga del motor. El sensor manda una señal analógica a la unidad de mando que la digitaliza.
Se debe comprobar el ajuste del sensor de aceleración:
• después de revisiones o trabajos de reparación en el motor o caja de cambios.
• cuando se produzcan cambios duros o los tiempos de deslizamiento sean demasiado largos.
IMPORTANTE Si el sensor de aceleración está ajustado incorrectamente la caja de cambios puede dañarse.
Nota: Para ajustar el interruptor de kickdown, remítase al Manual de servicio de la sección 14.
1 Sensor de aceleración
2 Bomba de inyección
3 Cable del acelerador
4 Palanca de accionamiento
104
695
12
4 3
Acelerador eléctricoSi el autobús está equipado con acelerador eléctrico, la unidad de mando del acelerador eléctrico manda una señal PWM a la unidad de mando de la caja de cambios. PWM = Modulación de amplitud de impulsos. Esto quiere decir que la amplitud del impulso de la señal es proporcional a la aceleración. Un valor analógico es transmitido por una señal digital. Remítase también al Manual de servicio de la sección 14.
Control de aceleración