¿Qué desventajas tiene un coche con transmisión de 4 velocidades en comparación con uno de 5, 6 o 7 velocidades con un motor similar?

En un coche con 4, 5, 6 y 7 marchas, si todo lo demás es igual, la velocidad máxima será la misma; lo único que cambiaría sería la aceleración:

En cada marcha tienes un rango donde la potencia es máxima. Por debajo de esta velocidad la potencia es baja (¿has intentado alguna vez acelerar en 5ª desde parado?) Y por encima de ella te encuentras con las limitaciones de velocidad del motor.

Por lo tanto, tener más marchas significa que puedes pasar más tiempo en la banda de potencia, por lo que la eficiencia de la aceleración mejora, aunque esto puede verse compensado por el tiempo que se tarda en cambiar de marcha.

Por ejemplo, los grandes camiones pueden tener 12 marchas, ya que necesitan la potencia para acelerar cargas pesadas. Pero como las relaciones de transmisión son tan estrechas, se tarda mucho tiempo en alcanzar la velocidad máxima.

La velocidad máxima en sí no tiene nada que ver con el número de marchas. Lo único que importa para la velocidad máxima es la potencia y la velocidad máxima del motor y la relación de transmisión de su marcha superior.

Así que para la pregunta 1 - No Pregunta 2 - probablemente el tamaño/potencia del motor Pregunta 3 - una pregunta demasiado amplia para cubrirla aquí. Sugiero que se elimine esa (sólo se debe hacer una pregunta a la vez)

Hay dos razones principales por las que los fabricantes de automóviles han empezado a poner más marchas en sus coches: la aceleración y el consumo de gasolina. El objetivo principal es mantener el motor en su banda de torque. Esta es la zona en la que el motor trabaja de forma más eficiente (mejora el kilometraje de la gasolina) y como no tiene que volver a su banda de par después de un cambio (ya está ahí), acelera más rápido.

Dentro de lo razonable, la velocidad máxima de la mayoría de las transmisiones automáticas de sobremarcha va a ser prácticamente la misma (dentro de lo razonable). Esto significa que la velocidad máxima va a ser más o menos la misma. La potencia máxima es lo que te va a limitar, en igualdad de condiciones… esto elimina prácticamente la transmisión como factor decisivo a la hora de analizar esto.

Una y otra vez, cuando se introducen mejoras, incluso pequeños cambios en las especificaciones de un vehículo, el fin último es el consumo de combustible. Un menor consumo de combustible significa menos emisiones. Cuando tienes un vehículo con, por ejemplo, 7 velocidades, verás que el régimen del motor a 70 MPH en la autopista se reduce a unas 1500 RPM. Este régimen más lento permite que los controles del motor optimicen plenamente la potencia, el consumo de combustible y las importantes emisiones. El menor número de revoluciones del motor da al diseñador del mismo más tiempo por revolución para aplicar un mayor grado de control. Hoy en día se cuenta en milisegundos. El rendimiento de un vehículo, es decir, la aceleración, es cada vez más irrelevante en las ciudades actuales. En Londres (Reino Unido), un viaje de diez millas en coche durante un día laborable tarda al menos una hora. Hoy en día, un coche destinado principalmente a la ciudad se valora mejor por el coste de propiedad, la banda de impuestos anuales, la banda de seguros y los costes de mantenimiento previstos.

tl;dr: Más marchas = mayor aceleración y, posiblemente, mayor ahorro de combustible a cambio de una mayor complejidad y coste.

Imaginemos que todos los coches en cuestión son completamente idénticos excepto por el componente de transmisión principal del sistema (por lo que la transmisión final sigue siendo la misma, la potencia y el par del motor son los mismos, etc.). Teniendo en cuenta esto, consideremos las tres opciones de transmisión: cuatro, cinco y siete marchas.

¿Limitará la velocidad máxima en autopista? (el límite aquí es sobre todo de 120 o 140 km/h)

Casi seguro. No hemos asumido que ninguna de las marchas individuales coincida entre los distintos conjuntos. Sin embargo, esto es fácil de comprobar: busque las relaciones de transmisión de los conjuntos de marchas. Si todas las demás propiedades son idénticas, una relación de marchas superior idéntica dará una velocidad máxima idéntica.

¿Limitará la aceleración, dificultará los adelantamientos, etc.?

Un menor número de marchas producirá casi con toda seguridad una aceleración más lenta que un mayor número de marchas. El mayor número de marchas permite al diseñador asegurarse de que, tras un cambio, el motor volverá a un lugar productivo en la curva de par (en mi coche, esto significa mantener las revoluciones altas).

Es útil imaginar el caso degenerado: imagina un coche con una sola marcha. Tendría que subir de vueltas desde el ralentí, alcanzando su par máximo en torno a la velocidad de autopista, y finalmente quedándose sin aliento a la velocidad máxima. Este rendimiento en el extremo inferior es la razón por la que se quieren tantas marchas como sea posible: permiten seleccionar el mejor par para la situación.

En el otro extremo, se necesita una cantidad de tiempo finita para cambiar de marcha en la transmisión. Si el número de marchas es tan elevado y el tiempo de cambio de marchas se vuelve demasiado extremo, se podría llegar a ver una reducción de la relación coste-beneficio de una transmisión de muchas marchas. Sin embargo, eso no parece relevante en tu situación.

¿Alguna otra limitación o problema que haya pasado por alto? Mi uso es casi en su totalidad dentro de la ciudad.

Si condujera una transmisión manual, diría que siete marchas podrían resultarle molestas en una conducción principalmente urbana. Un automático en la ciudad, puede sentirse mucho más suave y puede darle mejor kilometraje. Dependiendo de cómo esté programado el automático, puede ser rápido para pasar a una marcha alta (reduciendo las revoluciones y por tanto el combustible consumido).