David Ras
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La familia de cajas de cambio ZF 8HP en BMW
En este post hablaremos de como identificar las cajas de la familia 8HP del fabricante ZF, los modelos de BMW que las utilizan, las especificaciones de cada modelo de caja, lo que es la desmultiplicación y la relación de marchas, y la amplitud (Ratio Spread) o ratio total de una caja.
Introducción
BMW utiliza, en muchos de sus vehículos, cajas de cambio con convertidor de par de la família ZF 8HP del fabricante alemán ZF AG. Estas cajas, que tienen 8 marchas o velocidades, utilizan la tecnología de convertidor de par y hay variantes que integran un pequeño motor eléctrico (MHEV) o un gran motor eléctrico (PHEV). En el caso de los PHEV, este motor eléctrico puede llegar a sustituir al convertidor de par.
Como identificarlas
Estas cajas de cambios tienen nombres con un formato similar a GA8HP60XMH. La estructura del nombre es la siguiente:
Así, la caja GA8HP60XMH es una caja de cambios automática, de 8 marchas, fabricada por ZF, con convertidor de par, engranajes, con un par motor máximo de 600 Nm, para tracción total, y Mild Hybrid con un pequeño motor eléctrico entre el convertidor y los engranajes.
Como comentario importante, se hace notar que el torque o par motor máximo que soporta la caja de cambios puede ser superior el oficial declarado del vehículo. En estos casos es más fácil reprogramar el vehículo para obtener más par y potencia.
Las cajas para vehículos de tracción trasera están preparadas para conectarse al árbol de transmisión hacia el eje trasero, y las que son para vehículos de tracción total están preparadas para conectarse a la caja de transferencia.
Modelos utilizados por BMW
Del análisis de los modelos actuales de BMW, estás son las cajas de cambios de la família ZF 8HP que hemos detectado, aunque puede que haya alguna más.
Modelo GA8HP51Z
Esta caja equipa los siguientes modelos:
Utiliza una relación de cambio muy corta en las primeras marchas (en 1a: 5,25), para mejorar la aceleración, y una 8a muy larga (0,64) para reducir el consumo en autopista.
Gracias a su diseño modular, es un 3% más ligera que la generación anterior (GA8HP50Z), pensando unos 82 / 87 kg incluido el aceite.
Al ser una caja para tracción trasera, en modelos como el M340i (sDrive) o el Toyota Supra puede tener una gestion electrónica un poco más deportiva, permitiendo cambios más agresivos y una mejor conexión con el conductor en una conducción dinámica.
*Foto de la caja de cambios GA8HP51Z automática (1). En (1) hay el convertidor de par, y es la parte que se conecta al motor. Se pueden ver la válvula de ventilación (2), el sumidero de aceite (3) y el módulo mecatrónico o unidad de control, y el desbloqueador o liberador de emergencia (4).
*Foto de la caja de cambios GA8HP51Z automática (1). En (1) hay la parte que se conecta al motor. Se pueden ver el sumidero de aceite (2) y la unidad de control, el conector (3) de 16 pins, y la carcasa aislante (4) acústica.
Modelo GA8HP51X
Esta caja equipa los siguientes modelos:
Utiliza 4 conjuntos de engranajes planetarios y 5 elementos de cambio, lo que reduce la fricción interna y mejora el consumo.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP51Z descrito anteriormente.
Modelo GA8HP76Z
Esta caja equipa los siguientes modelos:
Dicen que actualmente es una de las mejores cajas con convertidor de par del mundo.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP51Z descrito anteriormente.
Modelo GA8HP76X
Esta caja equipa los siguientes modelos:
Aunque la caja está certificada para aguantar 760 Nm, en el M3 Competition gestiona de serie unos 650 Nm, por lo que tiene un amplio margen de seguridad para reprogramaciones y Stage1 ó Stage2.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP51Z descrito anteriormente.
Modelo GA8HP60X
Esta caja equipa los siguientes modelos:
Algunas fuentes la llaman GA8HPTU3, que significa “Actualización técnica 3”, pero en realidad es la GA8HP60X.
Las fotos son parecidas a las del modelo GA8HP60XMH siguiente pero sin el motor eléctrico de 48 V.
Modelo GA8HP60XMH
Esta caja equipa los siguientes modelos:
Integra tecnologia de electrificación directamente en el diseño, un pequeño motor eléctrico de 48 V, para mejorar la eficiencia y la suavidad en las transiciones del sistema Start & Stop.
El motor eléctrico por si solo no es capaz de mover el vehículo.
Incluye una bomba de aceite eléctrica adicional para mantener la presión hidráulica cuando el motor térmico se apaga, ya sea en las paradas o en el planeo (coasting).
*Foto de la caja de cambios GA8HP60XMH automática (1). Se pueden ver la electrónica que controla el motor eléctrico (7) de 48 V (EME48), el eje de salida (5) de la transmisión, la válvula de compensacion de presión (2), el depósito de aceite (3), el tapón de llenado de aceite (6) en fábrica (no se utiliza en las revisiones), el tapón de llenado de aceite (8) para modelos de tracción trasera, y la conexion a la caja de transferencia (4).
*Foto de la caja de cambios GA8HP60XMH automática. Se pueden ver el eje de salida (1) de la transmisión, la conexion a la caja de transferencia (2), la entrada (5) y la salida (4) del aceite de refrigeración, el tapón de llenado de aceite (7) para modelos de tracción total, el sumidero de aceite (6), la válvula de ventilación (3), y la conexion (8) del módulo mecatrónico al sistema eléctrico del vehículo.
*Foto del interior de la caja de cambios GA8HP60XMH automática. Se pueden ver el estátor (1) del motor eléctrico de 48 V (Mild Hybrid), el convertidor de par (2), la electrónica (10) que controla el motor eléctrico (EME48), las conexiones al sistema eléctrico de 12 V (5) del vehículo, a las fases U (11), V (6), y W (7), al negativo (8) y al positivo (13) del sistema eléctrico de 48 V, al sensor de posición (3, 4) del rotor, y la entrada (9) y salida (12) del circuito refrigerante
*Foto del interior de la caja de cambios GA8HP60XMH automática. A la derecha (9) se ve el convertidor de par, y todo lo demás es el motor eléctrico de 48 V. Se puede ver el soporte del estátor (3), los bobinados del estátor (4), los imanes permanentes del estátor (5), las conexiones eléctricas U, V y W (6) del estátor, el soporte del rotor (7), el núcleo del rotor (8), el rodamiento de bolas (2) no reemplazable en las revisiones, y el anillo de cierre (1).
Modelo GA8HP80XMH
Esta caja equipa los siguientes modelos:
Integra tecnologia de electrificación directamente en la propia carcasa de la caja de cambios, un pequeño motor eléctrico de 48 V, que actua como generador de arranque, y aportando un impulso adicional de potencia y suavizando las transiciones del sistema Start & Stop.
El motor eléctrico por si solo no es capaz de mover el vehículo.
Incluye la salida reforzada para la caja de transferencia del sistema de tracción total (xDrive), necesario para poder gestionar la entrega de potencia de un V8 a las 4 ruedas.
También incluye una bomba de aceite eléctrica más eficiente y una mecatrónica (la TCU) más rápida que permite reducir el consumo a pesar de la enorme potencia.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP60XMH descrito anteriormente.
Modelo GA8HP80XPH
Esta caja equipa los siguientes modelos híbridos enchufables (PHEV):
A diferencia de las versiones “MH” (híbridos ligeros), esta variante “PH” esta diseñada para integrar un motor eléctrico de gran potencia capaz de mover el vehículo de forma totalmente eléctrica durante bastantes kilómetros. Dentro de la carcasa de la caja, donde debería estar el convertidor de par, se aloja un motor eléctrico síncrono de hasta 197 CV (145 kW) y 280 Nm de par.
La caja tiene un par nominal de 800 Nm para poder soportar la combinación del motor V8 biturbo y el par instantáneo del motor eléctrico. Es pesada y voluminosa, aproximadamente 90 / 100 kg, debido al motor eléctrico interno y a los refuerzos estructurales necesarios para vehículos que pueden superar las 2,5 toneladas.
*Foto de la caja de cambios GA8HP80XPH automática (1). Se pueden ver la electrónica (7) que controla el motor eléctrico (EGS-EME), el eje de salida (5) de la transmisión, la válvula de compensacion de presión (2), el depósito de aceite (3), el tapón de llenado de aceite (6) en fábrica (no se utiliza en las revisiones), el tapón de llenado de aceite (8) para modelos de tracción trasera, y la conexion a la caja de transferencia (4).
*Foto de la caja de cambios GA8HP80XPH automática. Se pueden ver el eje de salida (1) de la transmisión, la conexion a la caja de transferencia (2), la entrada (5) y la salida (4) del aceite de refrigeración, el tapón de llenado de aceite (7) para modelos de tracción total, el sumidero de aceite (6), la válvula de ventilación (3), y la conexion (8) del módulo mecatrónico al sistema eléctrico del vehículo.
*Foto del interior de la caja de cambios GA8HP80XPH automática con el convertidor de par sustituido por un motor eléctrico (1) de alta tensión en un BMW PHEV. También se puede ver la electrónica EGS-EME (7) que controla el motor eléctrico, el sensor de posición del rotor (2) y su conexión (3), la conexión al sistema de 12 V del vehículo (4), las fases U, V y W (5), las conexiones (9) al circuito de alta tensión de la batería, y la entrada (6) y salida (8) del circuito refrigerante.
*Foto del motor eléctrico de alta tensión del interior de la caja de cambios GA8HP80XPH automática. Se puede ver el eje (1) del motor eléctrico, el rotor (3), el núcleo del rotor (4), el soporte del rotor (5), el portador de los imanes permanentes (2) del rotor, el núcleo del estátor (8), el bobinado del estátor (7), el aislamiento (6) y el recubrimiento (9) del estátor, las conexiones U, V, y W (12) del estátor, el sensor de posición del rotor (10) y su conexión (11).
Modelo GA8HP100XPH
Esta caja equipa los siguientes modelos híbridos enchufables (PHEV):
Integra un motor eléctrico de gran potencia capaz de mover el vehículo de forma totalmente eléctrica durante bastantes kilómetros, que se aloja dentro de la carcasa de la caja, en el sitio donde debería de haber el convertidor de par. Es un motor eléctrico síncrono de hasta 197 CV (145 kW) y 280 Nm de par.
Mientras la versión “80” se instala en el X5M, el X6M y el XM estándar (hasta 800 Nm), la GA8HP100XPH se ha reforzado internamente con engranajes y discos de embrague de mayor resistencia para poder soportar los aumentos de potencia de la versión Label Red y del nuevo M5, donde el motor de combustión V8 y el motor eléctrico pueden llegar a trabajar al límite si se les exprime al máximo.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP80XPH descrito anteriormente.
Modelo GA8P75HZ
Esta caja (o su antecesora GA8P75A) equipa los siguientes modelos:
Integra un motor eléctrico, capaz de mover el vehículo de forma totalmente eléctrica, que se aloja dentro de la carcasa de la caja, en el sitio donde debería de haber el convertidor de par.
Como no lleva convertidor de par, el nombre GA8P75HZ no lleva la “H” entre el “8” y la “P”.
¿Porque la GA8HP80XPH lleva “H” y la GA8P75HZ no lleva “H” si ninguna lleva convertidor de par?
Es una muy buena pregunta, y no la puedo contestar de forma contundente pero, según algunas fuentes, la GA8HP80XPH seria un apaño a la cual le han quitado el convertidor de par para ponerle el motor eléctrico, pero toda la eléctronica de potencia se ha colocado fuera por falta de espacio, y por eso conserva la “H” en el nombre. En cambio la GA8P75HZ es un diseño totalmente nuevo que ha hecho espacio desde el principio para el motor eléctrico y toda la electrónica de potencia, no tiene componentes externos y por eso se ha eliminado la “H” en el nombre.
Aunque no lleve la “H” en el nombre sigue perteneciendo a la família ZF 8HP.
*Foto del interior de una caja de cambios GA8P75HZ. Se pueden ver el motor eléctrico (4), el volante de doble masa (1) de la salida del motor (incluye el amortiguador de vibraciones de torsión y el péndulo centrífugo), el amortiguador adicional (2) de vibraciones de torsión, el desacoplador (3) del motor y la caja de cambios, el embrague multidisco B (5, freno fijo), y la bomba de aceite de la transmisión (6).
*Foto del interior de una caja de cambios GA8P75HZ. Se pueden ver el motor eléctrico (2), el volante de doble masa (1) de la salida del motor, la cadena de transmisión (3) de la bomba de aceite, los juegos de engranajes o planetarios número 1 (4), número 2 (5), número 3 (6), y número 4 (7), los embragues multidisco C (10), D (9), y E (11), que juntan o separan elementos, los frenos A (14) y B (13), y el bloqueo de parada (8). También se puede ver el (12) que está mal etiquetado y debería etiquetarse un poco más hacia la izquierda, justo entre el (4) y el (5). Se trata de la rueda dentada central (sol) que une los dos primeros trenes planetarios para poder transmitir más fuerza.
Modelo GA8P80PH
Esta caja equipa los siguientes modelos:
Integra un motor eléctrico de 400 V, capaz de mover el vehículo de forma totalmente eléctrica, que se aloja dentro de la carcasa de la caja, en el sitio donde debería de haber el convertidor de par.
Todo lo explicado en la caja GA8P75HZ anterior es válido también para esta caja, excepto el par, que es superior (800 Nm).
Para simplificar, muchas veces la llaman 8P80PH.
Son las mismas fotos que el modelo GA8P75HZ descrito anteriormente.
¿Es lo mismo BMW 8P que ZF 8P?
No, no es lo mismo.
BMW llama 8P a algunas cajas de cambios que tienen un motor eléctrico en lugar de convertidor de par y que utiliza en los híbridos enchufables (PHEV). Pero ZF sigue llamando a estas cajas 8HP y para ella siguen siendo de la família 8HP.
Para ZF es diferente. Para ZF en realidad hay dos familias. La primera es la família 8HP que se utiliza en motores longitudinales, con tracción trasera o total, y es una caja bastante larga. La segunda es la família 8P que se utiliza en motores transversales, con tracción delantera o total, y es una caja más compacta y corta. Esta família ZF 8P no tiene nada que ver con la família BMW 8P. La ZF 8P se utiliza en modelos como el Range Rover Evoque y el Alfa Romeo Tonale, pero no en BMW.
Desmultiplicación y relación de marchas
Los vehículos tienen cajas de cambios con varias marchas, y cada marcha o velocidad tiene un factor de desmultiplicación o relación en función de si es una marcha para obtener la máxima fuerza (par motor), la máxima velocidad o el mínimo consumo.
Por ejemplo, decir que la 1a marcha de un cambio tiene una relación de 5,25 significa que por cada 5,25 vueltas que da el eje de salida del motor la caja entrega al eje de salida hacia el diferencial final o de transmisión solo 1 vuelta. Esti se puede explicar de dos formas distintas:
Esto es lo que se llama desmultiplicación y hace que el vehículo tenga mucha fuerza (par motor) en la 1a marcha o velocidad, porque tiene que girar mucho (5,25 veces) para mover solo un poco (1 vez) la transmisión hacia las ruedas. Sacrifica velocidad pero multiplica la fuerza por 5,25 veces. Y esto es lo que permite que un vehículo de 2 toneladas arranque desde parado con mucha facilidad.
Para que se entienda mejor, si el motor gira a 2.000 rpm (revoluciones por minuto) en 1a marcha, el eje de salida de la caja solo gira a 380 rpm (2.000 / 5,25 =380,95 rpm).
En cambio, en la 6a marcha la caja tiene una relación de 1, y eso significa que el motor y el eje de transmisión o de salida de la caja giran a la misma velocidad. Es lo que se llama “relación directa”.
En la 8a marcha la relación es 0,64, lo que significa que por cada 0,64 vueltas del motor, el eje de transmisión (salida de la caja) da 1 vuelta. También se dice al revés, es decir que por cada 1 vuelta del motor, el eje de transmisión (salida de la caja) da 1,56 vueltas. Así el eje de transmisión gira más rápido que el motor y este va descansado. Esto es le permite ir a 120 km/h con el motor a muy pocas revoluciones.
Por último, en la reversa o marcha atrás, la relación es -3,71 que equivale a un poco menos de fuerza que una 2a marcha, pero en sentido contrario.
Como resumen podríamos decir que si una marcha tiene una relación superior a 1 tiene más fuerza y menos velocidad, y si tiene una relación inferior a 1 tiene menos fuerza pero más velocidad y, a la vez, un consumo inferior porque el motor funciona a bajas revoluciones para mantener la velocidad y por tanto es más eficiente.
Cuando la relación es inferior a 1, como las 7a y 8a marcha, técnicamente se llama “Overdrive” o sobremultiplicación, ya que el motor gira más lentamente que el eje de salida de la caja.
El cigüeñal interior del motor se prolonga hacia el exterior y es el eje de salida del motor hacia la caja de cambios y, por tanto, el eje que une el motor con la caja de cambios.
El eje de salida de la caja de cambios es el eje de transmisión que une la caja de cambios con el diferencial. El diferencial, o relación final, es el que transfiere la fuerza a las ruedas, pero no en una relación 1:1 sino aproximadamente 1:3,5 en los BMW, de forma que las ruedas todavía giran 3 ó 4 veces más despacio que el eje de salida de la caja.
La amplitud o Ratio Spread de una caja
La amplitud, escalonamiento, salto total, ratio total, o “Ratio Spread” es la distancia que hay entre la marcha más corta (la 1a) y la más larga (la 8a).
Si por ejemplo tenemos una ratio total de 8,59 significa que la 1a marcha es 8,59 veces más corta que la 8a, pero también que la 8a marcha es 8,59 veces más larga que la 1a. Y cuanto mayor sea la cifra, mejor porque permite tener una 1a marcha con mucha fuerza para mover el coche desde parado, lo que es muy útil en híbridos enchufables que pesan mucho, y a la vez una 8a marcha muy desahogada que hace que el motor de combustión gire a muy pocas revoluciones en autopista, para así ahorrar mucho combustible.
A lo largo de los años, las cajas con convertidor de par de ZF han evolucionado y mejorado en eficiencia y en amplitud (Ratio Spread).
Por tanto, si nos encontramos con una caja con una amplitud de 8,59 es de 3a generación, pero si tiene una amplitud de 8,20 seguramente es una de segunda generación a la cual se le ha aplicado una mejora técnica (TU).
En el siguiente link se explica como funcionan estas cajas de cambio con / sin convertidor de par.
www.bmwfaq.org
Saludos
Edito PDF: La familia de cajas de cambio ZF 8HP en BMW.pdf 456,8 KB
En este post hablaremos de como identificar las cajas de la familia 8HP del fabricante ZF, los modelos de BMW que las utilizan, las especificaciones de cada modelo de caja, lo que es la desmultiplicación y la relación de marchas, y la amplitud (Ratio Spread) o ratio total de una caja.
Introducción
BMW utiliza, en muchos de sus vehículos, cajas de cambio con convertidor de par de la família ZF 8HP del fabricante alemán ZF AG. Estas cajas, que tienen 8 marchas o velocidades, utilizan la tecnología de convertidor de par y hay variantes que integran un pequeño motor eléctrico (MHEV) o un gran motor eléctrico (PHEV). En el caso de los PHEV, este motor eléctrico puede llegar a sustituir al convertidor de par.
Como identificarlas
Estas cajas de cambios tienen nombres con un formato similar a GA8HP60XMH. La estructura del nombre es la siguiente:
| Dígito | Explicación y valores |
| G | De “Getriebe”, que se puede traducir por transmisión o caja de cambios. |
| A | De “Automática”. |
| 8 | Es el número de marchas o velocidades. |
| H | De elemento inicial “Hydrodynamic” o “Hydraulic” (aceite). Se utiliza para indicar que entre el motor de combustión y los engranajes o planetarios, dentro de la caja de cambios, hay un convertidor de par. H: Con convertidor de par. "-": Si no lleva la “H” significa que se ha sustituido el convertidor por un motor eléctrico, como en los PHEVs. |
| P | De “Planetary”, que se puede traducir por planetario, es decir, juego de engranajes. |
| YYY | Son 2 ó 3 dígitos que indican el par motor (torque) máximo que soporta la caja de cambios. 51: Un máximo de 500 / 510 Nm 60: Un máximo de 600 Nm 75: Un máximo de 750 Nm 76: Un máximo de 750 / 760 Nm 80: Un máximo de 800 Nm 100: Un máximo de 1.000 Nm |
| T | Una letra que indica el tipo de tracción. X: Para vehículos de tracción total (xDrive). Z: Para vehículos de tracción trasera (RWD, sDrive). "-": Si no tiene letra, por defecto se considera tracción trasera. |
| VV | Opcionales: MH: (Opcional) De “Mild Hybrid”, híbrido ligero. Añade un pequeño motor eléctrico de 48 V entre el convertidor de par y los engranajes . PH: (Opcional) De “PHEV”, híbrido enchufable. Incluye un motor eléctrico de alta tensión que sustituye el convertidor de par. "--": (Opcional) Si no lleva letras se sobre entiende que es una caja convencional con convertidor de par. |
Así, la caja GA8HP60XMH es una caja de cambios automática, de 8 marchas, fabricada por ZF, con convertidor de par, engranajes, con un par motor máximo de 600 Nm, para tracción total, y Mild Hybrid con un pequeño motor eléctrico entre el convertidor y los engranajes.
Como comentario importante, se hace notar que el torque o par motor máximo que soporta la caja de cambios puede ser superior el oficial declarado del vehículo. En estos casos es más fácil reprogramar el vehículo para obtener más par y potencia.
Las cajas para vehículos de tracción trasera están preparadas para conectarse al árbol de transmisión hacia el eje trasero, y las que son para vehículos de tracción total están preparadas para conectarse a la caja de transferencia.
Modelos utilizados por BMW
Del análisis de los modelos actuales de BMW, estás son las cajas de cambios de la família ZF 8HP que hemos detectado, aunque puede que haya alguna más.
| Modelo | Generación |
| GA8HP51Z | 3a |
| GA8HP51X | 3a |
| GA8HP76Z | 3a |
| GA8HP76X | 3a |
| Modelo | Generación |
| GA8HP60X | 4a |
| GA8HP60XMH | 4a |
| GA8HP80XMH | 4a |
| GA8HP80XPH | 4a |
| GA8HP100XPH | 4a |
| Modelo | Generación |
| GA8P75HZ | 3a |
| GA8P80PH | 4a |
Modelo GA8HP51Z
Esta caja equipa los siguientes modelos:
- Serie 3 G20/G21 320i Sedan LCI
- Serie 3 G20/G21 M340i Sedan LCI
- Z4 G29 20i
Utiliza una relación de cambio muy corta en las primeras marchas (en 1a: 5,25), para mejorar la aceleración, y una 8a muy larga (0,64) para reducir el consumo en autopista.
Gracias a su diseño modular, es un 3% más ligera que la generación anterior (GA8HP50Z), pensando unos 82 / 87 kg incluido el aceite.
Al ser una caja para tracción trasera, en modelos como el M340i (sDrive) o el Toyota Supra puede tener una gestion electrónica un poco más deportiva, permitiendo cambios más agresivos y una mejor conexión con el conductor en una conducción dinámica.
*Foto de la caja de cambios GA8HP51Z automática (1). En (1) hay el convertidor de par, y es la parte que se conecta al motor. Se pueden ver la válvula de ventilación (2), el sumidero de aceite (3) y el módulo mecatrónico o unidad de control, y el desbloqueador o liberador de emergencia (4).
*Foto de la caja de cambios GA8HP51Z automática (1). En (1) hay la parte que se conecta al motor. Se pueden ver el sumidero de aceite (2) y la unidad de control, el conector (3) de 16 pins, y la carcasa aislante (4) acústica.
Modelo GA8HP51X
Esta caja equipa los siguientes modelos:
- Serie 2 G42 M240iX AT VTG
- Serie 3 G20/G21 320iX Sedan LCI
- Serie 3 G20/G21 M340iX Sedan LCI AT
- Serie 4 G22 M440iX Coupé LCI
- Serie 4 G23 M440iX Convertible LCI
- Serie 4 G26 M440iX Gran Coupé LCI
- X3 G01 20iX LCI
- X3 G01 M40iX LCI
- X4 G02 M40iX LCI
Utiliza 4 conjuntos de engranajes planetarios y 5 elementos de cambio, lo que reduce la fricción interna y mejora el consumo.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP51Z descrito anteriormente.
Modelo GA8HP76Z
Esta caja equipa los siguientes modelos:
- Serie 2 G87 M2
Dicen que actualmente es una de las mejores cajas con convertidor de par del mundo.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP51Z descrito anteriormente.
Modelo GA8HP76X
Esta caja equipa los siguientes modelos:
- Serie 3 G80/G81 M3 Comp. xDrive LCI
- Serie 4 G82/G83 M4 Comp. xDrive LCI
- X3 F97 X3M LCI
- X4 F98 X4M LCI
Aunque la caja está certificada para aguantar 760 Nm, en el M3 Competition gestiona de serie unos 650 Nm, por lo que tiene un amplio margen de seguridad para reprogramaciones y Stage1 ó Stage2.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP51Z descrito anteriormente.
Modelo GA8HP60X
Esta caja equipa los siguientes modelos:
- X3 G45 30 xDrive
Algunas fuentes la llaman GA8HPTU3, que significa “Actualización técnica 3”, pero en realidad es la GA8HP60X.
Las fotos son parecidas a las del modelo GA8HP60XMH siguiente pero sin el motor eléctrico de 48 V.
Modelo GA8HP60XMH
Esta caja equipa los siguientes modelos:
- Serie 5 G60 540iX Sedan
- Serie 7 G70 740iX
- X3 G45 M50 xDrive
- X5 G05 40iX LCI
Integra tecnologia de electrificación directamente en el diseño, un pequeño motor eléctrico de 48 V, para mejorar la eficiencia y la suavidad en las transiciones del sistema Start & Stop.
El motor eléctrico por si solo no es capaz de mover el vehículo.
Incluye una bomba de aceite eléctrica adicional para mantener la presión hidráulica cuando el motor térmico se apaga, ya sea en las paradas o en el planeo (coasting).
*Foto de la caja de cambios GA8HP60XMH automática (1). Se pueden ver la electrónica que controla el motor eléctrico (7) de 48 V (EME48), el eje de salida (5) de la transmisión, la válvula de compensacion de presión (2), el depósito de aceite (3), el tapón de llenado de aceite (6) en fábrica (no se utiliza en las revisiones), el tapón de llenado de aceite (8) para modelos de tracción trasera, y la conexion a la caja de transferencia (4).
*Foto de la caja de cambios GA8HP60XMH automática. Se pueden ver el eje de salida (1) de la transmisión, la conexion a la caja de transferencia (2), la entrada (5) y la salida (4) del aceite de refrigeración, el tapón de llenado de aceite (7) para modelos de tracción total, el sumidero de aceite (6), la válvula de ventilación (3), y la conexion (8) del módulo mecatrónico al sistema eléctrico del vehículo.
*Foto del interior de la caja de cambios GA8HP60XMH automática. Se pueden ver el estátor (1) del motor eléctrico de 48 V (Mild Hybrid), el convertidor de par (2), la electrónica (10) que controla el motor eléctrico (EME48), las conexiones al sistema eléctrico de 12 V (5) del vehículo, a las fases U (11), V (6), y W (7), al negativo (8) y al positivo (13) del sistema eléctrico de 48 V, al sensor de posición (3, 4) del rotor, y la entrada (9) y salida (12) del circuito refrigerante
*Foto del interior de la caja de cambios GA8HP60XMH automática. A la derecha (9) se ve el convertidor de par, y todo lo demás es el motor eléctrico de 48 V. Se puede ver el soporte del estátor (3), los bobinados del estátor (4), los imanes permanentes del estátor (5), las conexiones eléctricas U, V y W (6) del estátor, el soporte del rotor (7), el núcleo del rotor (8), el rodamiento de bolas (2) no reemplazable en las revisiones, y el anillo de cierre (1).
Modelo GA8HP80XMH
Esta caja equipa los siguientes modelos:
- Serie 7 G70 760iX
- X5 G05 X5 M60iX LCI
- X5 F95 X5 M Comp LCI
- X6 G06 X6 M60iX LCI
- X6 F96 X6 M Comp LCI
- X7 G07 X7 M60iX LCI
Integra tecnologia de electrificación directamente en la propia carcasa de la caja de cambios, un pequeño motor eléctrico de 48 V, que actua como generador de arranque, y aportando un impulso adicional de potencia y suavizando las transiciones del sistema Start & Stop.
El motor eléctrico por si solo no es capaz de mover el vehículo.
Incluye la salida reforzada para la caja de transferencia del sistema de tracción total (xDrive), necesario para poder gestionar la entrega de potencia de un V8 a las 4 ruedas.
También incluye una bomba de aceite eléctrica más eficiente y una mecatrónica (la TCU) más rápida que permite reducir el consumo a pesar de la enorme potencia.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP60XMH descrito anteriormente.
Modelo GA8HP80XPH
Esta caja equipa los siguientes modelos híbridos enchufables (PHEV):
- Serie 5 G60 530eX PHEV Sedan
- Serie 5 G60 550eX PHEV Sedan
- Serie 7 G70 750eX PHEV
- Serie 7 G70 M760eX PHEV
- X3 G45 30e xDrive PHEV
- X5 G05 50eX PHEV LCI
A diferencia de las versiones “MH” (híbridos ligeros), esta variante “PH” esta diseñada para integrar un motor eléctrico de gran potencia capaz de mover el vehículo de forma totalmente eléctrica durante bastantes kilómetros. Dentro de la carcasa de la caja, donde debería estar el convertidor de par, se aloja un motor eléctrico síncrono de hasta 197 CV (145 kW) y 280 Nm de par.
La caja tiene un par nominal de 800 Nm para poder soportar la combinación del motor V8 biturbo y el par instantáneo del motor eléctrico. Es pesada y voluminosa, aproximadamente 90 / 100 kg, debido al motor eléctrico interno y a los refuerzos estructurales necesarios para vehículos que pueden superar las 2,5 toneladas.
*Foto de la caja de cambios GA8HP80XPH automática (1). Se pueden ver la electrónica (7) que controla el motor eléctrico (EGS-EME), el eje de salida (5) de la transmisión, la válvula de compensacion de presión (2), el depósito de aceite (3), el tapón de llenado de aceite (6) en fábrica (no se utiliza en las revisiones), el tapón de llenado de aceite (8) para modelos de tracción trasera, y la conexion a la caja de transferencia (4).
*Foto de la caja de cambios GA8HP80XPH automática. Se pueden ver el eje de salida (1) de la transmisión, la conexion a la caja de transferencia (2), la entrada (5) y la salida (4) del aceite de refrigeración, el tapón de llenado de aceite (7) para modelos de tracción total, el sumidero de aceite (6), la válvula de ventilación (3), y la conexion (8) del módulo mecatrónico al sistema eléctrico del vehículo.
*Foto del interior de la caja de cambios GA8HP80XPH automática con el convertidor de par sustituido por un motor eléctrico (1) de alta tensión en un BMW PHEV. También se puede ver la electrónica EGS-EME (7) que controla el motor eléctrico, el sensor de posición del rotor (2) y su conexión (3), la conexión al sistema de 12 V del vehículo (4), las fases U, V y W (5), las conexiones (9) al circuito de alta tensión de la batería, y la entrada (6) y salida (8) del circuito refrigerante.
*Foto del motor eléctrico de alta tensión del interior de la caja de cambios GA8HP80XPH automática. Se puede ver el eje (1) del motor eléctrico, el rotor (3), el núcleo del rotor (4), el soporte del rotor (5), el portador de los imanes permanentes (2) del rotor, el núcleo del estátor (8), el bobinado del estátor (7), el aislamiento (6) y el recubrimiento (9) del estátor, las conexiones U, V, y W (12) del estátor, el sensor de posición del rotor (10) y su conexión (11).
Modelo GA8HP100XPH
Esta caja equipa los siguientes modelos híbridos enchufables (PHEV):
- Serie 5 G90 M5
- XM G09 50e PHEV
- XM G09 Label Red PHEV
Integra un motor eléctrico de gran potencia capaz de mover el vehículo de forma totalmente eléctrica durante bastantes kilómetros, que se aloja dentro de la carcasa de la caja, en el sitio donde debería de haber el convertidor de par. Es un motor eléctrico síncrono de hasta 197 CV (145 kW) y 280 Nm de par.
Mientras la versión “80” se instala en el X5M, el X6M y el XM estándar (hasta 800 Nm), la GA8HP100XPH se ha reforzado internamente con engranajes y discos de embrague de mayor resistencia para poder soportar los aumentos de potencia de la versión Label Red y del nuevo M5, donde el motor de combustión V8 y el motor eléctrico pueden llegar a trabajar al límite si se les exprime al máximo.
Son las mismas fotos que el modelo GA8HP80XPH descrito anteriormente.
Modelo GA8P75HZ
Esta caja (o su antecesora GA8P75A) equipa los siguientes modelos:
- Serie 3 G20/G21 320e PHEV LCI Sedan
- Serie 3 G20/G21 330e PHEV LCI Sedan
- Serie 3 G20/G21 330eX PHEV LCI Sedan
- X3 G01 30eX LCI
Integra un motor eléctrico, capaz de mover el vehículo de forma totalmente eléctrica, que se aloja dentro de la carcasa de la caja, en el sitio donde debería de haber el convertidor de par.
Como no lleva convertidor de par, el nombre GA8P75HZ no lleva la “H” entre el “8” y la “P”.
¿Porque la GA8HP80XPH lleva “H” y la GA8P75HZ no lleva “H” si ninguna lleva convertidor de par?
Es una muy buena pregunta, y no la puedo contestar de forma contundente pero, según algunas fuentes, la GA8HP80XPH seria un apaño a la cual le han quitado el convertidor de par para ponerle el motor eléctrico, pero toda la eléctronica de potencia se ha colocado fuera por falta de espacio, y por eso conserva la “H” en el nombre. En cambio la GA8P75HZ es un diseño totalmente nuevo que ha hecho espacio desde el principio para el motor eléctrico y toda la electrónica de potencia, no tiene componentes externos y por eso se ha eliminado la “H” en el nombre.
Aunque no lleve la “H” en el nombre sigue perteneciendo a la família ZF 8HP.
*Foto del interior de una caja de cambios GA8P75HZ. Se pueden ver el motor eléctrico (4), el volante de doble masa (1) de la salida del motor (incluye el amortiguador de vibraciones de torsión y el péndulo centrífugo), el amortiguador adicional (2) de vibraciones de torsión, el desacoplador (3) del motor y la caja de cambios, el embrague multidisco B (5, freno fijo), y la bomba de aceite de la transmisión (6).
*Foto del interior de una caja de cambios GA8P75HZ. Se pueden ver el motor eléctrico (2), el volante de doble masa (1) de la salida del motor, la cadena de transmisión (3) de la bomba de aceite, los juegos de engranajes o planetarios número 1 (4), número 2 (5), número 3 (6), y número 4 (7), los embragues multidisco C (10), D (9), y E (11), que juntan o separan elementos, los frenos A (14) y B (13), y el bloqueo de parada (8). También se puede ver el (12) que está mal etiquetado y debería etiquetarse un poco más hacia la izquierda, justo entre el (4) y el (5). Se trata de la rueda dentada central (sol) que une los dos primeros trenes planetarios para poder transmitir más fuerza.
Modelo GA8P80PH
Esta caja equipa los siguientes modelos:
- Serie 5 G60 530e PHEV Sedan
Integra un motor eléctrico de 400 V, capaz de mover el vehículo de forma totalmente eléctrica, que se aloja dentro de la carcasa de la caja, en el sitio donde debería de haber el convertidor de par.
Todo lo explicado en la caja GA8P75HZ anterior es válido también para esta caja, excepto el par, que es superior (800 Nm).
Para simplificar, muchas veces la llaman 8P80PH.
Son las mismas fotos que el modelo GA8P75HZ descrito anteriormente.
¿Es lo mismo BMW 8P que ZF 8P?
No, no es lo mismo.
BMW llama 8P a algunas cajas de cambios que tienen un motor eléctrico en lugar de convertidor de par y que utiliza en los híbridos enchufables (PHEV). Pero ZF sigue llamando a estas cajas 8HP y para ella siguen siendo de la família 8HP.
Para ZF es diferente. Para ZF en realidad hay dos familias. La primera es la família 8HP que se utiliza en motores longitudinales, con tracción trasera o total, y es una caja bastante larga. La segunda es la família 8P que se utiliza en motores transversales, con tracción delantera o total, y es una caja más compacta y corta. Esta família ZF 8P no tiene nada que ver con la família BMW 8P. La ZF 8P se utiliza en modelos como el Range Rover Evoque y el Alfa Romeo Tonale, pero no en BMW.
Desmultiplicación y relación de marchas
Los vehículos tienen cajas de cambios con varias marchas, y cada marcha o velocidad tiene un factor de desmultiplicación o relación en función de si es una marcha para obtener la máxima fuerza (par motor), la máxima velocidad o el mínimo consumo.
Por ejemplo, decir que la 1a marcha de un cambio tiene una relación de 5,25 significa que por cada 5,25 vueltas que da el eje de salida del motor la caja entrega al eje de salida hacia el diferencial final o de transmisión solo 1 vuelta. Esti se puede explicar de dos formas distintas:
- Que 1 vuelta del eje a la salida de la caja equivale a 5,25 vueltas del cigüeñal del motor.
- Que 1 vuelta del cigüeñal del motor equivale a 0,19 vueltas del eje de transmisión a la salida de la caja.
Esto es lo que se llama desmultiplicación y hace que el vehículo tenga mucha fuerza (par motor) en la 1a marcha o velocidad, porque tiene que girar mucho (5,25 veces) para mover solo un poco (1 vez) la transmisión hacia las ruedas. Sacrifica velocidad pero multiplica la fuerza por 5,25 veces. Y esto es lo que permite que un vehículo de 2 toneladas arranque desde parado con mucha facilidad.
Para que se entienda mejor, si el motor gira a 2.000 rpm (revoluciones por minuto) en 1a marcha, el eje de salida de la caja solo gira a 380 rpm (2.000 / 5,25 =380,95 rpm).
En cambio, en la 6a marcha la caja tiene una relación de 1, y eso significa que el motor y el eje de transmisión o de salida de la caja giran a la misma velocidad. Es lo que se llama “relación directa”.
En la 8a marcha la relación es 0,64, lo que significa que por cada 0,64 vueltas del motor, el eje de transmisión (salida de la caja) da 1 vuelta. También se dice al revés, es decir que por cada 1 vuelta del motor, el eje de transmisión (salida de la caja) da 1,56 vueltas. Así el eje de transmisión gira más rápido que el motor y este va descansado. Esto es le permite ir a 120 km/h con el motor a muy pocas revoluciones.
Por último, en la reversa o marcha atrás, la relación es -3,71 que equivale a un poco menos de fuerza que una 2a marcha, pero en sentido contrario.
| Marcha | 8HP50 | 8HP51 | 8HP76 |
| 1a | 5,000 | 5,250 | 5,500 |
| 2a | 3,200 | 3,360 | 3 520 |
| 3a | 2,143 | 2,172 | 2,200 |
| 4a | 1,720 | 1,720 | 1,720 |
| 5a | 1 314 | 1,316 | 1,317 |
| 6a | 1.000 | 1,000 | 1,000 |
| 7a | 0,822 | 0,822 | 0,823 |
| 8a | 0,640 | 0,640 | 0,640 |
| Atrás | -3,456 | -3,712 | -3,993 |
| Amplitud | 7,81 | 8,20 | 8,59 |
Como resumen podríamos decir que si una marcha tiene una relación superior a 1 tiene más fuerza y menos velocidad, y si tiene una relación inferior a 1 tiene menos fuerza pero más velocidad y, a la vez, un consumo inferior porque el motor funciona a bajas revoluciones para mantener la velocidad y por tanto es más eficiente.
Cuando la relación es inferior a 1, como las 7a y 8a marcha, técnicamente se llama “Overdrive” o sobremultiplicación, ya que el motor gira más lentamente que el eje de salida de la caja.
El cigüeñal interior del motor se prolonga hacia el exterior y es el eje de salida del motor hacia la caja de cambios y, por tanto, el eje que une el motor con la caja de cambios.
El eje de salida de la caja de cambios es el eje de transmisión que une la caja de cambios con el diferencial. El diferencial, o relación final, es el que transfiere la fuerza a las ruedas, pero no en una relación 1:1 sino aproximadamente 1:3,5 en los BMW, de forma que las ruedas todavía giran 3 ó 4 veces más despacio que el eje de salida de la caja.
La amplitud o Ratio Spread de una caja
La amplitud, escalonamiento, salto total, ratio total, o “Ratio Spread” es la distancia que hay entre la marcha más corta (la 1a) y la más larga (la 8a).
Si por ejemplo tenemos una ratio total de 8,59 significa que la 1a marcha es 8,59 veces más corta que la 8a, pero también que la 8a marcha es 8,59 veces más larga que la 1a. Y cuanto mayor sea la cifra, mejor porque permite tener una 1a marcha con mucha fuerza para mover el coche desde parado, lo que es muy útil en híbridos enchufables que pesan mucho, y a la vez una 8a marcha muy desahogada que hace que el motor de combustión gire a muy pocas revoluciones en autopista, para así ahorrar mucho combustible.
A lo largo de los años, las cajas con convertidor de par de ZF han evolucionado y mejorado en eficiencia y en amplitud (Ratio Spread).
| Generación | Modelo | Amplitud |
| 1a | 8HP45, 8HP70 | 7,05 |
| 2a | 8HP50, 8HP75 | 7,81 |
| 3a | 8HP51, 8HP76 | 8,59 |
| 4a | 8HP60, 8HP80, 8HP100 | 8,80 |
Por tanto, si nos encontramos con una caja con una amplitud de 8,59 es de 3a generación, pero si tiene una amplitud de 8,20 seguramente es una de segunda generación a la cual se le ha aplicado una mejora técnica (TU).
| Marcha | 8HP50 | 8HP51 | 8HP76 |
| Amplitud | 7,81 | 8,20 | 8,59 |
| Generación | 2a | 2a TU | 3a |
En el siguiente link se explica como funcionan estas cajas de cambio con / sin convertidor de par.
Noticia - ¿Como funciona una caja de cambios con convertidor de par?
¿Como funciona una caja de cambios con convertidor de par? En este post explicaremos como funciona una caja de cambios con convertidor de par, como funcionan los engranajes y las marchas, que pasaría si quitamos el convertidor de par y conectamos el motor directamente a los engranajes, que es...
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Saludos
Edito PDF: La familia de cajas de cambio ZF 8HP en BMW.pdf 456,8 KB
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