Curso Basico Motores

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil

SEMINARIO DE MECANICA AUTOMOTRIZ

CENTRO DE ENTRENAMIENTO TÉCNICO GM COLOMOTORES

Marzo 2004

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil

CONTENIDO 1.

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3.

4.

5.

Introducción 1.1 Historia del automóvil 1.2 General Motors 1.3 Nacimiento de Chevrolet 1.4 General Motors en la actualidad 1.5 La industria automotriz actual Sistemas del automóvil 2.1 El automóvil 2.2 Componentes principales del automóvil Bastidor y carrocería 3.1 Bastidor 3.2 Carrocería El tren de potencia 4.1 El motor 4.1.1 El motor de cuatro tiempos 4.1.1.1 Características de los motores 4.1.1.2 Partes del motor 4.1.2 El motor de dos tiempos 4.1.3 El motor DIESEL 4.1.4 El sistema de lubricación Aceites lubricantes para motor 4.1.5 El sistema de refrigeración 4.1.6 El sistema de alimentación de combustible 4.1.6.1 Inyección electrónica 4.1.6.2 Emisiones contaminantes en motores de gasolina 4.1.6.3 Sensor de oxigeno (Sonda LAMBDA) e interruptor de emisiones evaporativas 4.1.7 Sistema eléctrico del motor 4.1.7.1 Batería y sistema de carga 4.1.7.2 Motor de arranque 4.1.7.3 Sistema de encendido Sistema de encendido directo DIS Señal EST 4.2 Embrague 4.3 Caja de velocidades 4.3.1 Los engranajes planetarios La transmisión automática Partes de un conjunto de engranajes planetarios 4.3.2 El convetidor de torque o par Estructura y funcionamiento del convertidor de par Operación del convertidor de par 4.4 Diferencial / Eje trasero Partes del diferencial Sistema de control 5.1 Suspension 5.2 Direccion 5.3 Frenos 5.3.1 Distribucion de la presion de frenado 5.3.2 Freno de mano y servofrenos 5.3.3 Sistemas de frenos ABS 5.4 Rueda Desgaste de las llantas

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1. INTRODUCCIÓN 1.1 Historia del automóvil. “El transporte es civilización". Las carreteras, ríos y ferrocarriles son las arterias de un país, y el tráfico que por ellas fluye es el torrente sanguíneo que le da vida. Sin transporte un país moriría. En los tiempos del hombre de las cavernas, el transporte dependía de la fuerza física cuando el cazador arrastraba por el suelo la pieza obtenida hasta el sitio conveniente para su beneficio. Aún en los tiempos prehistóricos se progresó con la introducción y desarrollo del trineo y con la domesticación de animales y su empleo para carga y tiro. Contribuyeron también considerablemente al progreso del transporte el invento y desarrollo de las herramientas, que hicieron posible el uso de rodillos y ruedas en la tierra y de canoas y barcos en el agua. Hasta hace pocos siglos el transporte por agua era tan importante que los centros de civilización, riqueza y poder se hallaban establecidos en la costa, cerca de ella, o en las riberas de algún río. Después vino la era de las carreteras, en gran parte iniciadas por los romanos en el viejo continente y por los Incas en América, cuya red vial les permitió realizar conquistas y mantener extensos imperios. El mar y las carreteras conservan aún su importancia, pero el transporte por agua y tierra ha visto surgir en los últimos años un rudo competidor en el avión. El transporte aéreo facilita y da rapidez a las comunicaciones entre países lejanos y es factor de gran importancia tanto desde el punto de vista comercial como político. Las prácticas actuales de transporte rápido son el resultado directo de la marcha acelerada del progreso en todo el mundo. Sin advertirlo muchas personas laboramos para resolver problemas del transporte, y muchos de los descubrimientos prácticos de la ciencia tienen alguna conexión con el asunto. La introducción del vapor como fuerza, tanto en el transporte terrestre como en el marítimo, señala otro paso importante, y las máquinas así perfeccionadas contribuyeron a su constante progreso.

Figura 1. Tractor de vapor de Cugnot, 1793 Aunque por espacio de ochenta y cinco años predominaron los buques de vapor y el ferrocarril, el descubrimiento del motor de combustión interna introdujo nuevos factores en el mar, en tierra y, más recientemente, en el aire. Todos estos y otros numerosos inventos y descubrimientos son la natural consecuencia de la aplicación de la ciencia a las necesidades de la humanidad en general y al transporte en particular. Aún así no ha de creerse que nuestros sistemas de transporte hayan alcanzado su máximo desarrollo; resta todavía un ancho campo para nuestros inventores y hombres de ciencia en la resolución de problemas de dificultad siempre creciente. El proceso del desarrollo del automóvil se inicia con el coche de caballos. Fue en el siglo XIX cuando se instaló en un coche un motor de vapor que, basado en el principio de funcionamiento de la locomotora a vapor, quemaba el combustible por fuera de los cilindros y preparó el camino para el uso de motores de combustión interna. En 1876 se empleó por primera vez con éxito el ciclo de cuatro tiempos en un motor construido por el ingeniero alemán, el conde NicoIás Otto. Más adelante, Carl Benz y Gottlieb Daimler, lograron independizar el suministro de combustible al usar gasolina en lugar de gas, lo que permitía adaptarlo a una carroza y dar movimiento. En Francia donde tuvo mayor auge el desarrollo de los automóviles, ya se estaban ensamblando en 1893. Emile Levassor aportó el motor y la tracción trasera y fue el primer diseñador que concibió el automóvil como un conjunto y no simplemente como un triciclo motorizado o un carruaje sin caballos. También los

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil Estados Unidos y Gran Bretaña construían automóviles a finales del siglo XIX. Por su parte, a principios del siglo XX aparecen Renault (1901), Rolls Royce (1906) y Ford (1908).

Figura 2. Coche sin caballos. Charles y Frank Duryea, 1863 En 1911 se produjo una innovación de grandes alcances para la popularización de los automóviles: General Motors adoptó el motor de arranque eléctrico para su modelo Cadillac. En el mismo año, el mecánico de origen Suizo, Louis Chevrolet y el promotor de empresas, William C. Durant, fundaron el 3 de noviembre la Chevrolet Motor Company of Michigan, que salió al mercado con su modelo Chevrolet 490 con ventas de 70.000 unidades en 1916. En 1918 esta compañía entró a formar parte del grupo General Motors Company y en poco tiempo tenía 19 ensambladoras en 15 países, había adquirido 2 fábricas como la Vauxhall Motors United en Inglaterra y la Adam Opel AC de Alemania. Desde entonces la General Motors se ha ido expandiendo y enfrentando los continuos retos de la industria del automóvil. 1.2 General Motors En Septiembre de 1886, un empresario joven y emprendedor, William C. Durant, realizó un paseo en el coche de caballos de unos amigos y quedó impresionado con su suspensión de resortes. Compró los derechos de uso de la suspensión y realizó un contrató con un fabricante de coches para producirlo. Para 1900, su minúscula compañía “Flint Road Cart Co.”, había llegado a ser la “Durant-Dort Carriage Co.”, una de las grandes fabricantes de coches para caballos en los EE.UU. Hizo lo mismo cuando James H. Withing, lo persuadió de asumir la dirección de Buick Motors, una filial de GM. en Noviembre de 1904. Cuatro años después, Buick pasó a ser el productor de autos más grande del país, con 80000 vehículos; y con base en este éxito, en 1908 Durant creó una compañía que llamó General Motors, cuyo control perdió en manos de los banqueros en l910. Como se dijo, creó otra compañía con el piloto de carreras y mecánico de Buick, Louis Chevrolet: la Chevrolet Motor Co. La “Chevy” se desempeñó tan bien que le permitió negociar sus acciones por acciones de General Motors y recobrar su control en 1916. Aunque en 1920 GM era ocho veces mas grande que en 1916, nuevamente el Sr. Durant la sobredimensiona y pierde su control. Después de esta segunda pérdida, funda la Durant Motors y llega a ser uno de los hombres importantes en Wall Street por los años 2O. Como se podría pensar, fue a la quiebra en los 3O y a inicios de los 40, opera pistas de bolos en Flint, con planes para una cadena de estos juegos a nivel nacional. Sufre un ataque cardiaco en 1942 y muere en un apartamento rentado en Nueva York en 1947, cuando dependía económicamente de algunos viejos socios como Walter P. Chrysler y Alfred P. Sloan Jr.. William C. Durant dejó un importante legado: creó la qué llegó a ser, y sigue siendo, la corporación industrial más grande de mundo. 1.3 Nacimiento de Chevrolet Como ya se dijo, la Chevrolet Motor Company of Michigan fue fundada el 3 de noviembre de 1911 por un mecánico Suizo-Americano llamado Louis Chevrolet y por el promotor de empresas William C. Durant. Louis Chevrolet fue en Francia guía en una bodega de vinos y habiendo inventado una bomba para vaciar las grandes cavas quiso venderla en Estados Unidos de América y emigró a ese país. Allí se asoció con Durant quien,

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil resentido por su retiro de la General Motors, animó a Chevrolet a diseñar un modelo de automóvil que desplazara no solamente a los productos de su antigua empresa sino al famoso Ford Modelo T. Así surgió el modelo Chevrolet 490, cuya cifra representaba el precio de venta al público, más barato que el Ford de 600 dólares, estableciéndose como competencia a pesar de que Ford rebajó luego su auto a 440 dólares. Para 1916 el éxito de Chevrolet sirvió para cimentar su economía de modo que alcanzó renombre y prestigio y Durant recobró su puesto como presidente de GM que incorporó posteriormente a Chevrolet 1.4 General Motors en la actualidad Sus operaciones mundiales empezaron en 1911 cuando se fundó en Nueva York la General Motors Export Company para exportar vehículos totalmente ensamblados a varios países del mundo. Por los años 20 las tarifas hicieron más económico exportar partes y componentes como material CKD. De modo que finalizando la década ya la GM tenía 19 ensambladoras en 15 países y había adquirido 2 fábricas, la Vauxhall Motors United de Inglaterra y la Adam Opel AC de Alemania, para atender la creciente demanda del mercado europeo. La General Motors se ha expandido y preparando para enfrentar el reto del crecimiento de la industria mundial del automóvil. Hay muchos países con plantas o fábricas subsidiarias tales como Australia, Bélgica, Brasil, Chile, Colombia, Ecuador, Francia, Alemania, Irlanda, Luxemburgo, México, Nueva Zelandia, Portugal, Singapur, Sur África, el Reino Unido, Uruguay, Venezuela y Zaire. Subsidiarias en Austria, Dinamarca, Finlandia, Italia, Holanda, Noruega, España, Suecia y Suiza que importan productos de GM. También tiene participación en compañías en Irán, Japón, Kenya y Corea del Sur. En Filipinas y la antigua Yugoslavia hay ensambles de conjuntos para vehículos. 1.5 La industria automotriz actual Para responder a las necesidades del creciente problema energético, la industria automotriz ha tenido que acelerar sus procesos técnicos y rediseñar sus sistemas. Motores más livianos, económicos y eficientes sin perder potencia; direcciones y suspensiones fáciles de conducir y de mantener; control electrónico computarizado, controles estrictos que reducen la emisión de gases nocivos, seguridad pasiva, nuevos materiales y, más recientemente reciclabilidad de los materiales. Las carrocerías han evolucionado para ser cada vez más livianas y seguras con líneas aerodinámicas para mayor penetración en el aire. Los gobiernos de la mayoría de los países desarrollados en la producción de automóviles fijan para cada año límites de economía en kilómetros por galón de combustible (CAFE en EE.UU. ”Corporated Average Fuel Economy”). Los motores han mejorado su diseño utilizando nuevas cámaras de combustión, la inyección de combustible y el encendido controlados por computador, proporcionan mayor voltaje en las bujías, aumentan su duración e incendian la mezcla más oportunamente para una mejor combustión. Los carburadores desaparecen y los sistemas de inyección mezclan cada vez con mayor eficiencia el aire con la gasolina controlando la relación exacta de mezcla para cada velocidad, carga y aceleración requeridas. Los nuevos diseños permiten al conductor realizar viajes con el máximo de eficiencia sin perder velocidad ni potencia, alcanzando los límites establecidos de consumo de combustible.

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil 2. SISTEMAS DEL AUTOMÓVIL No es fácil reducir a los términos limitados de un texto breve de divulgación ó de una conferencia de corta duración un tema tan amplio como el que nos ocupa. Por otra parte, el automóvil ha llegado a ser en nuestros tiempos un artefacto tan habitual y necesario que probablemente algunos de ustedes conocen, con más ó menos profu ndidad, sus partes componentes y la función de cada una de ellas. Debe, por lo tanto, considerarse este trabajo como una recopilación de ideas y conceptos, resumiendo lo que es básico en este producto. No se debe pensar que con estas páginas se van a formar técnicos especializados, pero sí, con la colaboración de ustedes, de sus preguntas y de sus opiniones, quedará en la mente de cada uno una visión clara y concisa, aunque superficial, de lo que es un automóvil y de la operación de sus sistemas y componentes. Evidentemente, cada uno de los puntos que se van a tratar es susceptible de extensas ampliaciones. El CET queda a su disposición para remitirles los textos adecuados o para aclarar cualquier duda que el rápido desarrollo del tema pueda dejar. 2.1 El automóvil La palabra automóvil, vehículo que se mueve por si mismo, puede aplicarse a cualquier equipo capaz de desplazarse sin recibir energía aplicada de fuentes externas. Automóvil es, en estas condiciones, una locomotora de vapor, un barco o un avión. No obstante, el uso del término ha quedado reducido a designar un vehículo que se mueve sobre ruedas, gracias a la energía mecánica producida en un motor por la energía química contenida en un combustible y conducido por una persona dentro del propio vehículo. Además, un vehículo tal se llama automóvil cuando se emplea para transportar un número pequeño de personas. Para números mayores de 8 ó 9, se entra en el campo de las van y los buses y, para usos industriales, en camiones ligeros, medianos o pesados. Nosotros nos referimos al automóvil en esta acepción limitada y, particularmente, al automóvil accionado con motor de combustión interna para el transporte confortable de personas en el uso familiar y de taxi. Silenciador Timón

Tubo de cola

Tanque combustible

Línea combustible Amortiguador

Batería Múltiple admisión

Resorte

Tanque reserva

Tambor freno Línea de freno Acelerador Pedal de freno

Radiador Distribuidor Diferencial Motor

Cilindro Maestro

Transmisión

Disco de freno

Figura 3. El vehículo y sus sistemas

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil 2.2 Componentes principales del automóvil: En el siguiente cuadro se muestran los diferentes componentes de un automóvil los cuales serán tratados en los siguientes capítulos: I. Bastidor y carrocería II. Tren de potencia a.

b.

c.

Motor •

Componentes y operación

•

Control de emisiones

•

Sistemas eléctricos

Transmisión (Caja de cambios) •

Manual

•

automática

Eje trasero / Diferencial

III. Sistema de control a.

Suspensión

b.

Frenos

c.

Ruedas y llantas

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil 3. BASTIDOR Y CARROCERÍA 3.1 Bastidor En los albores de la industria automotriz y durante muchos años, todos los automóviles apoyaban su motor y su carrocería en una armadura robusta de perfiles de hierro, que constituía el bastidor (chasis) y de cuya resistencia dependía la solidez del conjunto del automóvil y la sujeción de la carrocería.

Figura 4. Chasis de una automóvil Hoy esta concepción se mantiene solamente en vehículos de carga o multipropósito (MPV), tendiéndose a diseñar carrocerías de automóviles que tengan en su propia constitución la resistencia necesaria, con lo que el esfuerzo confiado al bastidor es bastante menor. En realidad, con la carrocería autoportante (Integral o Monobloque), no existe un bastidor propiamente dicho, sino un conjunto chasis-carrocería, formado comúnmente por perfiles de lámina estampada, con lo que se reduce notablemente el peso y se mejora, a igualdad de características mecánicas, la relación peso-potencia. La fijación del grupo motor al bastidor ha de hacerse de una forma elástica, de manera que las vibraciones y ruidos no afecten a la conservación, ni a la comodidad de los restantes elementos. Esta fijación se hace siempre sobre soportes de caucho, con lo que aparte del aislamiento mecánico, se produce un aislamiento eléctrico. Si se tiene en cuenta que la masa metálica del aut omóvil actúa como conductor de retorno, debe enlazarse el bloque del motor al bastidor con un cable grueso que establezca la continuidad del circuito. 3.2 Carrocería Vamos a enumerar los modelos más usuales de carrocerías, con los nombres empleados por la mayoría de los fabricantes, si bien no existe una normalización general legal y algunos emplean nombres diversos. El SEDAN es un vehículo de cuatro puertas, con techo rígido asientos delanteros y traseros. A cada lado hay, por lo menos, dos ventanillas. En algunos casos el sedan 4 puertas puede ser Hard Top, es decir, sin postes laterales intermedios. EL SEDAN dos puertas se diferencia del anterior en que sólo tiene dos puertas, - una a cada lado - para entrar al asiento delantero, siendo preciso, para pasar al trasero, abatir el respaldo de aquellos. Cuando el vehículo sólo tiene un asiento se llama CUPE, y puede llevar atrás un amplio espacio para

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil equipajes - independiente del baúl - que en algunos casos se utiliza para colocar un asiento pequeño utilizable para niños. Cuando la capota puede abatirse, se le llama CONVERTIBLE. Si sólo tiene un asiento corrido tipo CUPE, se llama SPIDER ó ROADSTER. Este modelo se emplea para coches deportivos. El estilo HATCHBACK como el SPRINT o el CORSA de tres y cinco puertas, cuenta únicamente con dos volúmenes, el del compartimiento del motor y el de pasajeros

Figura 5.Carrocería HATCHBACK El estilo NOTCHBACK, típico de los autos familiares, ESTEEM, SWIFT 1.3 y CAVALIER, cuenta con tres volúmenes, uno para el motor, uno para el compartimiento de pasajeros y otro, atrás, para el deposito de equipajes.

Figura 6. Carrocería NOTCHBACK Finalmente, el llamado FAMILIAR ó STATION WAGON es un vehículo alargado, con tres asientos corridos, de los que el último es desmontable ó abatible para transportar mercancías ó equipajes.

Figura 7. Carrocería STATION WAGON

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil 4. TREN DE POTENCIA 4.1 El motor 4.1.1 El motor de cuatro tiempos El Motor es la planta de fuerza que, con la intervención del equipo eléctrico, transforma la energía química del combustible en energía mecánica y produce el movimiento del automóvil. Las partes principales del motor son las siguientes:

Figura 8. El bloque del motor -los cilindros El motor recibe la mezcla combustible del carburador o del punto donde se realiza la inyección. La combustión del combustible en presencia del aire, iniciada por la chispa de la bujía, impulsa longitudinalmente al pistón que se desliza por el interior del cilindro. Articulada al pistón está la biela, cuyo extremo contrario también se articula a un codo del cigüeñal y empuja a este en su movimiento giratorio, volviendo a su posición inicial al cabo de cada vuelta.

Figura 9. Mecanismo cigüeñal-biela –pistón Los impulsos de los pistones de los distintos cilindros, sumados y distribuidos en el recorrido, hacen que el cigüeñal gire. Este movimiento de rotación del cigüeñal impulsa un volante que con su inercia ayuda a mantener la velocidad de rotación uniforme. Este movimiento giratorio es el que, transmitido a las ruedas a través del embrague, la caja de velocidades, el diferencial y los ejes laterales, provoca el desplazamiento del vehículo. Vamos a hacer una breve descripción del motor de cuatro tiempos (ADMISIÓN -COMPRESIÓN COMBUSTIÓN y ESCAPE) que es el que rige la inmensa mayoría de los motores de combustión interna, ya sean diesel o gasolina. Cada uno de los cilindros tiene en su parte superior al menos dos conductos; uno para la admisión de la mezcla gasolina -aire, y otro para el escape de los gases residuales de la combustión. Estos conductos están obturados por las válvulas que abren y cierran en el momento oportuno gracias ala acción de los ejes de levas y de los resortes de válvulas. Asimismo, dentro del cilindro está el extremo de la bujía, cuya chispa ha de provocar la combustión; o en el caso de los motores diesel de combustión directa, la punta del inyector que atomiza el ACPM dentro de la cámara después de la compresión.

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil El pistón tiene dentro del cilindro un desplazamiento vertical reciprocante (ascendente -descendente).

Figura 10. Admisión. En la primera carrera o tiempo, LA ADMISIÓN, entra la mezcla por la válvula de admisión, aspirada por el desplazamiento hacia abajo del pistón y llena la cámara del cilindro. La válvula de escape está cerrada evitando que la mezcla fresca escape hacia el sistema de escape. El cigüeñal gira ya sea por acción del motor de arranque, si el motor estaba apagado o por la inercia ( energía almacenada en el volante) si el motor ya estaba encendido. Cuando el pistón vuelve a ascender, COMPRESIÓN, el pistón empuja la mezcla, comprimiéndola en un espacio mucho menor -la cámara de combustión -en la parte superior del cilindro.

Figura 11. Compresión

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Algunos grados antes de que el pistón alcance su Punto Muerto Superior PMS (TDC), una chispa eléctrica originada en la bujía provoca LA COMBUSTIÓN, impulsando violentamente hacia abajo el pistón, que empuja, a través de la biela, el codo del cigüeñal.

Figura 12. Potencia A continuación, en el recorrido ascendente del pistón, se abre la válvula de escape y los gases residuales, empujados por el pistón, son expulsados, volviendo a comenzar así el ciclo, que se repite cada cuatro medias vueltas del cigüeñal, o la que es la misma, cada dos vueltas completas de este.

Figura 13. Escape La válvula de admisión no se abre exactamente en el momento de iniciarse el tiempo de admisión, ni la de escape al iniciar el de barrido, hay un avance A LA APERTURA y UN RETRASO AL CIERRE DE LA ADMISIÓN y un AVANCE A LA APERTURA DEL ESCAPE, por lo que hay un momento en que coinciden abiertas ambas válvulas, (Traslape).

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Figura 14. Cruce o traslape de válvulas Si el motor fuera de un cilindro la potencia depende de la cantidad de mezcla que provoca la combustión, se tendría muy poca potencia disponible a menos que ese único cilindro fuera muy grande; además, el volante debería ser también de gran diámetro, o de mucho peso para regular el giro del cigüeñal, por eso se prefiere fabricar motores de varios cilindros. El orden de la combustión en los motores de cuatro cilindros como el CORSA o el ESTEEM es casi siempre el mismo; 1 -3 -4 -2; es decir, cuando los pistones uno y cuatro están arriba, uno de ellos termina la COMPRESIÓN y otro termina el ESCAPE; el tres y el dos estarán abajo, terminando su ciclo de ADMISIÓN y COMBUSTIÓN, respectivamente. Los motores de seis y ocho cilindros se disponen generalmente en forma de Ven dos series de cuatro cilindros cada una, formando un ángulo entre sí como en los motores Chevrolet de 4,3 Lt (BLAZER), 5,7 Lt (Cheyenne, Grand Blazer) y 6,0 Lt (Kodiak Gasolina). 4.1.1.1 Características de los motores: La cilindrada o desplazamiento de un motor de un cilindro es el volumen efectivo comprendido entre los puntos extremos del recorrido del pistón es decir, el volumen de mezcla que entra en cada recorrido del pistón. En un motor de N cilindros, la cilindrada es el volumen efectivo de un cilindro multiplicado por N (número de cilindros) por la siguiente ecuación. Cilindrada = Área de pistón x Carrera x N= (3,1416 x R2 ) x Carrera x N

(1)

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil La relación de compresión es el cociente entre los volúmenes que ocupa la mezcla cuando el pistón está en su punto muerto inferior y cuando está en el punto muerto superior. La relación de compresión de un motor a gasolina oscila entre 6: 1 y 10.2: 1. La de un motor diesel entre 16:1 y 20:1. También puede definirse relación de compresión como el volumen de la cámara del cilindro (V1 + V2 ), dividido entre el volumen de la cámara de combustión (V1).

Re lacion de Compresion =

V1 + V 2 V1

(2)

La cilindrada es, por lo tanto, resultado del diámetro del pistón y de su carrera. Se tiende a que el diámetro sea igual a la carrera: motor cuadrado, o superior: motor supercuadrado; ya que con un recorrido más corto del pistón los desgastes son menores, la vida del motor se alarga, y se obtiene un número mayor, proporcionalmente, de revoluciones a menor velocidad del pistón. Naturalmente, cuanto mayor sea la cilindrada, mayor será la potencia producida en cada combustión; la potencia total será función de la cilindrada y de la frecuencia de las combustiones (velocidad del motor). Actualmente la tendencia es reducir la cilindrada para disminuir consumo de combustible.

Figura 15. Relación de compresión El par motor o torque, es el producto de la fuerza que la combustión origina en el extremo de la biela, por el largo del codo del cigüeñal. El producto del torque por el numero de revoluciones da la potencia.

Par( Kg − m) ⋅ N ( RPM ) 716 Par( Lb − ft ) ⋅ N ( RPM ) Potencia en HP = 5252.1 Potencia en HP =

(3)

4.1.1.2 Partes del motor El cilindro de cuya función hemos hablado, es el "recipiente" en que se desplaza el pistón. Es un cilindro de acero cubierto en su parte superior por la llamada "cabeza" o "culata". La parte alta del cilindro, la concavidad en la culata, es la cámara de combustión; en ésta se encuentran el extremo inferior de la bujía y al menos dos válvulas: una de admisión y otra de escape. Rodeando el cilindro están las camisas de agua. Las temperaturas producidas por la combustión (superiores a

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil 2000 grados centígrados), obligan a una refrigeración adecuada. De lo contrario, el exceso de calor podría fundir los pistones y las válvulas. El bloque es de fundición de hierro como en el CORSA o de aleación de aluminio con tubos interiores de acero, (camisas) como en el caso del ESTEEM. Como la pared del cilindro está sometida a desgaste por el roce del pistón en muchos casos se disponen tubos ó camisas desmontables, (Motores CUMMINS) El cárter es un recipiente hermético montado en la parte baja del bloque, encierra los componentes internos del motor y sirve como depósito del aceite que lubrica todas las partes móviles del interior del bloque. El pistón se construía antes de fundición; hoy se hacen muchos de aleación ligera de aluminio con camisa de acero. Como el roce del pistón en la pared del cilindro produciría un desgaste y un gran desperdicio de fuerza debido a la fricción, se deja cierta holgura o tolerancia ocupada por los anillos que son los que ajustan el pistón con el cilindro. Para que el aceite que sube desde el cárter no pase a la mezcla y llegue a la zona de combustión hay un anillo, el inferior que se llama "barredor de aceite", y que cuenta con unos orificios tanto en el anillo como en el pistón, por los que el aceite vuelve al cárter, después de bañar las paredes del cilindro.

Figura 16. Pistón La articulación del pistón a la biela se hace por medio de un pasador de acero. Las bielas, unidas así al pistón, son barras articuladas en su parte inferior al brazo del cigüeñal. El cigüeñal es un eje acodado, que en cada combustión en una cámara recibe un impulso que lo hace girar. Aparte de impulsar al volante, del cigüeñal obtienen también su movimiento, por engranajes ó cadenas, las piezas de distribución, encendido y lubricación y por medio de correas, los conjuntos de enfriamiento y el generador de corriente. El cigüeñal debe ser robusto y bien equilibrado, ya que el trabajo a que está sometido, es muy fuerte. El volante es un disco pesado, que por su inercia regula la rotación del cigüeñal. Cuantos más cilindros tenga el motor, menos importante es la función del volante. La distribución es un conjunto de piezas que regula la apertura ó cierre de las válvulas de admisión y de escape. Consiste de un engranaje de mando, que recibe el movimiento del cigüeñal; de un árbol de levas, que empuja en determinado momento a los impulsadores y éstos a las válvulas correspondientes, en cada cilindro.

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Figura 17. La distribución Los balancines están unidos por el eje de balancines cuyas posiciones se determinan por los empujes que los impulsadores transmiten desde el árbol de levas. La salida de los gases al exterior se hace a través de una cámara que les quita velocidad y fuerza, para disminuir los ruidos. Este dispositivo se llama "silenciador". 4.1.2 El motor de dos tiempos Este motor, mucho menos usado en automóviles, realiza las 4 fases en sólo dos carreras del pistón; carece de mecanismo de distribución, árbol de levas, etc. El cárter no se emplea como depósito de aceite únicamente, y está herméticamente cerrado porque se usa para la admisión y compresión preliminar de la mezcla o del aire de combustión. El cilindro tiene dos ventanas en la parte inferior: la de escape y la de carga. Más abajo está la ventana de carga, por la que la mezcla llega del carburador y entra, no al cilindro, sino al cárter, Desde aquí a la ventana de carga, hay un conducto por el que, en el momento debido, llega la mezcla al cilindro. Durante la primera media vuelta del cigüeñal en la cara superior del émbolo se hacen la compresión y la combustión; en la cara inferior va entrando la mezcla nueva. En la segunda media vuelta, se verifican la admisión y el escape, ayudando los gases frescos a expulsar los de escape. 4.1.3 El motor DIESEL Inventado en 1892 por Rudolph Diesel, ingeniero de origen bávaro nacido en París en 1858, el motor diesel difiere del motor a gasolina tanto en la forma como efectúa la mezcla de aire y combustible, como en su encendido dentro de la cámara de combustión. El aire es inducido en el cilindro sin combustible. En el cilindro se comprime aumentando al tiempo su temperatura, inyectando luego el combustible a presión, por aspersión. Al auto-incendiarse debido ala temperatura y la presión se convierte en fuente de energía y fuerza mecánica. Así, el motor diesel proporciona

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil una manera más eficiente y directa de convertir el combustible ACPM a energía, ya que contiene mayor potencia almacenada (eficiencia en BTU -capacidad calórica) que la gasolina. 4.1.4 El sistema de lubricación Si en cualquier proceso mecánico es fundamental reducir la fricción entre metales, en el trabajo del motor de combustión con desplazamiento constante y rápido de los elementos móviles, no se puede descuidar en lo más mínimo la lubricación. Todo lo que se pretenda ahorrar en aceites, en calidad del producto, conservación y renovación del mismo, es un error que se paga caro. En el motor hay que lubricar las paredes del cilindro, las chumaceras de la biela, la unión del cigüeñal, cojinetes, árbol de levas y todas las demás piezas sometidas a fricción El cárter sirve como depósito de aceite; desde él una bomba eleva el aceite y lo envía, a presión, por los conductos respectivos hacia los lugares que requieren lubricación. Para este fin hay que tener en cuenta el nivel de aceite en el cárter, fácilmente comprobable con una varilla prevista para ello, y también la presión que mantiene la bomba. La temperatura no debe ser excesiva, pero tampoco interesa que el aceite esté muy frío, pues esto ocasiona excesiva viscosidad, dilusión de combustible y condensación de agua. En su recorrido, el aceite pasa por un filtro en el que deposita parte de las impurezas; es imprescindible cambiarlo periódicamente, con la frecuencia indicada por el fabricante del motor. Aceites Lubricantes para motor El siguiente cuadro muestra los grados de viscosidad SAE y los niveles de calidad API recomendados para ser usados en motores modernos alimentados con gasolina o con ACPM.

Figura 18. Aceites Lubricantes 4.1.5 El sistema de refrigeración En torno a las partes del motor que sufren mayor calentamiento circula el refrigerante, que pasa luego por un radiador, cuyos conductos tienen una gran superficie de contacto con el aire. El aire exterior es absorbido por el ventilador, que ayuda a refrigerar el radiador. La circulación del refrigerante es activada por una bomba de paletas, cuyo giro es simultáneo al del ventilador en motores longitudinales; en motores transversales, el ventilador es movido eléctricamente. El enfriamiento está calculado para tiempo caluroso, pero en tiempo frío puede resultar excesivo. Por ello se utiliza el termostato, que es una válvula que regula la circulación del refrigerante cuando esta está demasiado frío; cuando el calor generado por el motor llega a determinado limite, la válvula del termostato se abre, permitiendo el paso de más refrigerante hacia el radiador, contribuyendo a mantener la temperatura adecuada para el mejor funcionamiento del motor. Nuestros vehículos llevan el circuito de refrigeración sellado, con un

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil vaso de expansión auxiliar que se llena cuando el calor dilata el volumen del líquido.

Figura 19. Sistema de refrigeración 4.1.6 El sistema de alimentación de combustible En principio, para obtener la mezcla apropiada para una buena combustión, buena economía y bajas emisiones en motores de combustión con gasolina, un kilogramo de gasolina necesita 14,7 kilogramos de aire (mezcla estequiométrica). De la energía originada por la combustión, se aprovecha aproximadamente un 24%; el resto se transforma en calor. De esta energía aprovechable, hay que descontar la necesaria para mover el ventilador, el alternador, la transmisión, vencer las fricciones internas, etc. En resumen, que la energía que realmente se utiliza para desplazar un vehículo será de aproximadamente un 17 % de la energía producida. La inyección o la carburación tienen por objetó condicionar la mezcla de aire con gasolina pulverizada, para que la combustión sea rápida y eficiente. La proporción de la mezcla debe ser variable para; con mezclas más ricas, obtener, cuando sea necesario, mayor potencia en el motor y, con mezclas más pobres obtener mejor economía y rendimiento. La mezcla enciende en un rango de relación aire -gasolina entre 11: 1 y 19: 1 El carburador funciona cuando una corriente de aire pasa rozando un orificio dentro de un tubo venturi, ( de sección reducida para aumentar la velocidad del aire) provocando en éste una succión. En el carburador, la corriente de aire es provocada por la succión de los cilindros en el múltiple de admisión. La gasolina no debe llegar directamente al surtidor porque saldría un chorro constante; pasa antes a través de un pequeño depósito en el que, mediante un flotador, se mantiene siempre el mismo nivel. Para graduar el paso de la mezcla hay una válvula de mariposa accionada por el pedal del acelerador. Cuando el motor gira lentamente, es decir, sin pisar el acelerador, la mariposa está cerrada, y si no hubiera otro surtidor el motor se pararía. Para ello hay otro conducto, de menos calibre, que desemboca en la tubería de admisión, por debajo de la válvula de mariposa. Es el circuito de mínima. Los carburadores tienen también como aditamento una bomba de aceleración para dar, en los momentos precisos, un súbito enriquecimiento a la mezcla. Esta bomba es, generalmente, de pistón o diafragma que actúa sobre un cuerpo de bomba unido al depósito, y que al pisar el acelerador, incorpora por un surtidor auxiliar otro chorro adicional de gasolina.

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil La gasolina llega al motor impulsada gracias a una bomba mecánica de diafragma, accionada por una excéntrica del árbol de levas, o, en los vehículos de inyección y en muchos de carburador, gracias a una bomba eléctrica que asegura una presión de suministro constante sin importar la velocidad del motor. Figura 20. Sistema de alimentación de combustible

Los sistemas de inyección de combustible usan en lugar de un carburador, uno o varios inyectores que actúan en forma simultánea o secuencial, y una bomba de combustible eléctrica de alta presión, hasta 65 psi, y atomizan el combustible dentro del múltiple de admisión, cerca a los puertos de las válvulas de admisión de los cilindros. Existen diversos sistemas de inyección de combustible. Los progresos en la ingeniería electrónica hacen posible entregar la cantidad ideal de combustible requerida por el motor en cada una de las condiciones de operación. 4.1.6.1 Inyección electrónica. ECM-PCM-VCM. El control preciso del volumen de inyección de combustible para cada condición de operación del motor y del vehículo se logra mediante la interacción entre sensores ubicados en diversas partes del vehículo, el módulo electrónico de control (ECM -PCM -VCM) y varios elementos controlados, como se muestra en los diagramas de operación y bloques siguientes. Los diferentes módulos de control electrónico reciben su nombre de acuerdo a los sistemas que controlan; es

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil así com o el ECM controla únicamente las funciones del motor, el PCM las del motor y la caja de cambios y el VCM controla todas las funciones del vehículo, es decir; Motor, transmisión, frenos ABS. aire acondicionado, Air Bag, control de tracción, etc. El diagrama de funcionamiento que se muestra a continuación muestra los sensores, el módulo de control y los elementos

Figura 21. Sistema de inyección electrónica

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4.1.6.2 Emisiones contaminantes en motores gasolina La mezcla de aire y gasolina (Hidrocarburos) es quemada en la cámara de combustión del motor. Si no hay suficiente aire (mezcla rica), la oxidación del carbón no continua hasta CO2, sino que se forma CO por combustión incompleta, además, una fracción de los hidrocarburos sale por el escape sin quemars e (HC).

RICA

14.7:1

POBRE

Figura 22. Diagrama de emisiones contaminantes Vs Mezcla Aire-combustible Si, por el contrario hay exceso de aire (mezcla pobre), la temperatura de la combustión y la de los gases de

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil escape aumenta alcanzando la temperatura de oxidación del nitrógeno y formando óxidos de nitrógeno, NOx, al tiempo que se disminuye el CO y los HC. Como se observa en la gráfica anterior, alrededor de la relación 14.7: las emisiones son bajas, además solo allí la eficiencia de conversión de un convertidor catalítico es alta. Las emisiones de gases contaminantes provenientes de vehículos automotores pueden catalogarse en tres grupos: Emisiones de gases del escape; las mencionadas, que provienen de la combustión dentro del motor y son expulsadas a través del tubo de escape del vehículo. Están constituidas principalmente por Nitrógeno y vapor de agua, que componen el 83 % de esos gases. El otro 17 % de los gases de escape están constituidos por: -Monóxido de carbono: CO -Hidrocarburos no quemados: HC -Óxidos de Nitrógeno: NOx -Bióxido de carbono: CO2 y -Plomo, si la gasolina lo contiene: Pb La reducción de las emisiones del escape se logra mediante modificaciones en el diseño de los motores y mediante tratamiento de los gases de escape en un convertidor catalítico.

Figura 23. Emisiones contaminantes de los motores El convertidor catalítico se instala en el tubo de escape para promover la oxidación del CO, HC y la reducción de los NOx presentes en el gas de escape. Vehículos como el CORSA y los KODIAK gasolina están equipados con este dispositivo que protege el medio ambiente. El Convertidor Catalítico solamente es efectivo cuando la relación de aire -combustible es pobre y oscila alrededor de 14.7: 1. Además solo es eficiente cuando su temperatura de trabajo está por encima de 350 grados centígrados y por debajo de 800. Un convertidor catalítico de tres vías está fabricado de la siguiente manera: Una cubierta estructural y de soporte de acero inoxidable. Un cuerpo fabricado generalmente de oxido de aluminio, (Cerámica), que conforma un panal con celdas muy pequeñas, que proporciona una gran superficie de contacto entre los gases y sus catalizadores. Por último, ese panal está recubierto por metales preciosos; platino, rodio, paladio y cerio; cada uno de estos componentes cumple una función de catalización; por ejemplo, veamos qué hace el platino: Está ubicado en una fina capa recubriendo las paredes del panal cerámico; cuando el convertidor en el tubo de escape se calienta, el platino "atrae" las moléculas de oxigeno sobrante que están pasando con los gases de escape, aumentando la densidad relativa de oxigeno en las cercanías de las paredes. Cuando los gases ricos en CO y HC pasan por allí, encuentran una atmósfera rica en oxigeno y completan su oxidación.

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Figura 24. El convertidor catalítico. El cerio, a su vez, tiene la capacidad de retener el oxigeno sobrante en los gases y la de entregarlo cuando es requerido. Este fenómeno es llamado Capacidad de Almacenamiento de Oxigeno. Los otros catalizadores cumplen funciones similares. A continuación se muestra un diagrama de cómo opera un sistema de convertidor catalítico con varios sensores de oxigeno en un vehículo con OBD II -On Board Diagnostics II -sistema exigido por las autoridades norteamericanas a partir de 1996 que implica que el vehículo es capaz de autodiagnosticar todos sus sistemas relacionados con las emisiones contaminantes y avisar al conductor mediante una luz de advertencia que debe acudir al concesionario para reparaciones. Los sensores de oxígeno (Sonda Lamda) permiten al módulo de control conocer las características de los gases de escape "leyendo" su concentración de oxigeno.

Figura 25. Convertidor con sensores 4.1.6.3 Sensor de oxígeno (Sonda Lambda) e Interruptor de emisiones evaporativas La sonda Lambda se monta en el motor sobre el colector de escape muy cerca de la culata, registrando uniformemente la corriente de escape de todos los cilindros. El rápido calentamiento garantiza que en poco tiempo, el motor funciona dentro del circuito de regulación cerrado Lambda. La exactitud necesaria con la que el ajuste de mezcla debe desarrollarse sólo puede alcanzarse gracias este

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil circuito de regulación cerrado. En tal proceso se determina continuamente el contenido de oxígeno residual de la mezcla quemada, corrigiéndose correspondientemente la cantidad de combustible alimentada. Esto es tan sólo posible gracias a la sonda Lambda. Su función consiste en suministrar un salto de tensión de 450 m V aproximadamente para una mezcla estequiométrica (Lamda = 1) cuando la mezcla pasa de un estado pobre a uno rico o viceversa (la tensión para una mezcla rica es de 800 al 000 m V y para una pobre aproximadamente. 100 m V; la transición de pobre a rica se sitúa en los 450 m V). EI funcionamiento de la sonda Lambda es simple. Una parte de un cuerpo de cerámica (bióxido de circonio) se halla en contacto con el aire exterior mientras que la otra lo hace con los gases de escape. las superficies de este cuerpo se hallan provistas por ambos lados de una capa de platino a través de la cual pueden pasar los gases. Otra capa de cerámica porosa protege la parte de la sonda que contacta con los gases de escape contra la suciedad que origina la carbonilla resultante de la combustión. Figura 26. Sonda Lambda

A una temperatura de aproximadamente 350 grados C, el bióxido de circonio se convierte en conductor para los iones de oxígeno (ion = átomo o molécula cargada eléctricamente ). Si la concentración de oxígeno en ambos puntos de contacto es desproporcionada, se produce entonces entre ellos una caída de potencial. Esta tensión es directamente proporcional a la diferencia entre el porcentaje de oxígeno del aire exterior y el contenido de oxígeno residual de los gases de escape, alcanzando en una relación estequiométrica exacta combustible -aire unos 450 m V. Debido a que el contenido de oxígeno residual depende directamente de la mezcla combustible -aire con la que se alimentó al motor, es pues posible utilizar dicho contenido como unidad de medida para la relación combustible -aire. De ello se desprende: Si la mezcla combustible -aire es más rica que Ia permitida entonces la tensión de la sonda Lambda aumenta a valores superiores a 450 m V. Si la mezcla es pobre, desciende a valores inferiores a los 450 mV. La tensión de la sonda Lambda es utilizada conjuntamente con otras informaciones procedentes de sensores a fin de regular la mezcla estequiométrica aire -combustible. Emisiones evaporativas; son los hidrocarburos liberados por evaporación del combustible contenido en el tanque de combustible y, si es el caso, en el depósito del carburador del motor.

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Figura 27. Interruptor de emisiones evaporativas (EVAP) Emisiones de gases del cárter (gases Blowby); compuestos por Nitrógeno y oxígeno en un 90% y un 10% de Bióxido de carbono (CO2), hidrocarburos (HC) y vapor de agua; aparecen cuando alguna porción de los gases de la combustión escapan hacia el cárter de aceite pasando, ya sea por los espacios entre los pistones y los cilindros o a través de los mecanismos de sello de las válvulas de admisión o escape. También resultan de la evaporación del aceite de lubricación del motor. 4.1.7 Sistema eléctrico del motor Hemos visto que, para provocar la combustión que impulsa los pistones del motor es necesaria la chispa en la bujía; también necesitamos un pequeño motor eléctrico para el arranque, además de las necesidades de corriente para las luces, limpiaparabrisas, aparato de radio, etc. El coche tiene que llevar, por la tanto, una verdadera "planta de electricidad". 4.1.7.1 Batería y sistema de carga En primer lugar, como es sabido, la energía para la producción de electricidad se obtiene del motor del automóvil; pero como hay funciones como el propio arranque, el alumbrado, etc., que han de realizarse antes de que el motor de combustión esté en operación, hace falta un elemento acumulador; una batería que almacene energía química y la devuelva transformada en energía eléctrica. La batería es un conjunto de comportamientos, en cuyo interior hay una serie de placas de plomo (Pb) enlazadas por un puente, intercaladas con otras, de oxido de plomo (PbO2), enlazadas a su vez por otro puente. A estos conjuntos de placas (positivas y negativas) se conectan los bornes o postes de la batería. Entre las placas se sitúan unos "separadores" que aíslan eléctricamente unas placas de otras, pero por sus ranuras o agujeros, permiten circular el líquido electrolito. El recipiente está lleno de este líquido, mezcla de agua (H2O) y ácido sulfúrico (H2SO4), en proporción determinada. Al llegar a la batería la corriente eléctrica producida por el alternador, se produce una reacción química que "almacena" la energía. Cuando ciertos accesorios demandan electricidad, es otra reacción química la que genera una corriente, tomándola de la energía "almacenada" en la batería. En la descarga, el H2 SO4 se disocia, formando Con el plomo de las placas, PbSO4 y, con el oxigeno del óxido de plomo (PbO2) forma agua, lo que rebaja la densidad del electrolito. En la carga la reacción es inversa La reacción completa de descarga es como sigue: Pb + Pb02 +4H + 2S04 pasa a 2PbS04 + 2H2O

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil Cada celda de la batería entrega electricidad a 2 voltios. Agrupando 3 celdas en serie, se consiguen 6 Voltios y agrupando 6 celdas en serie, se obtienen 12 voltios, que es la tensión usual en nuestros vehículos. EI tamaño de la batería no influye en su voltaje pero si en la capacidad de almacenamiento, que se mide en amperios/hora. Según sea el consumo previsible de un determinado vehículo, se selecciona la batería adecuada. Prácticamente todos los elementos eléctricos de un automóvil operan gracias al principio del electromagnetismo, que se puede resumir en dos enunciados: 1. Una corriente eléctrica que circula por un conductor genera siempre un campo magnético (Imán) en su cercanía. Si el conductor se enrolla para formar una bobina, el efecto magnético se multiplica. Si además se coloca un elemento de metal ferroso entre la bobina, el efecto se incrementa aún más. 2. Un campo magnético moviéndose cerca de un conductor eléctrico induce una corriente eléctrica en ese conductor. Para la carga de la batería se usa un alternador, que es un imán moviéndose continuamente en cercanía de un cable conductor eléctrico y genera corriente alterna, accionado mediante una correa por el motor del vehículo. Esta corriente ha de rectificarse, convirtiéndose en continua, antes de llegar a la batería, acción que realiza el puente de diodos. Entre el alternador y la batería se intercala un interruptor, que deja pasar la corriente del alternador a la batería, pero no a la inversa. El circuito se cierra a través de la masa metálica del automóvil.

Figura 28. Carga de la batería. Para que cualquiera que sea la velocidad de giro del alternador, el voltaje obtenido sea el preciso, se utiliza un regulador. 4.1.7.2 Motor de arranque Visto así, esquemáticamente, el proceso de "fabricación y almacenamiento" de energía eléctrica, vamos a enumerar los elementos que la utilizarán. En primer lugar, tenemos el motor de arranque, que hace girar el motor hasta que alcance la velocidad mínima para mantenerse encendido. (Un motor de combustión interna de uso automotor no se mantiene prendido por debajo de 600 RPM), para que los cilindros de este se llenen de mezcla combustible y para que se generen las chispas que inician la combustión. Es un motor eléctrico, es decir; una corriente eléctrica circulando por un conductor, que genera un campo magnético y hace mover (girar) un entrehierro, que a su vez engrana momentáneamente y hace girar al volante del motor. Una vez en marcha el motor de gasolina, se deshace el acoplamiento cortando la corriente y se detiene el motor eléctrico de arranque. 4.1.7.3 Sistema de encendido Ya sabemos que para que se produzca la combustión en la cámara del cilindro es preciso que salte la chispa en la bujía correspondiente. Naturalmente, ha de existir un mecanismo que haga saltar estas chispas en un orden preciso y con el necesario intervalo de tiempo. En primer lugar, la tensión de 6 o 12 voltios disponible en la batería es muy escasa para producir la chispa. Se hace necesario, transformarla en un voltaje mucho más alto con intensidad mucho más baja, esto se consigue en la bobina que es un transformador. Del primario de la bobina la corriente pasa al ruptor, contacto que abre y cierra el circuito en cada dos vueltas,

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil tantas veces como cilindros tenga el motor. Esto se consigue empujando este contacto (platino) con una leva montada en un eje que gira, engranado al motor, o tomando la información de posición del motor en el E CM y controlando un ruptor electrónico.

Figura 29. Sistema de encendido Cada vez que el ruptor ( o unidad transistorizada) interrumpe la corriente en el primario, nace en el hilo fino de la bobina -secundario -una corriente de alta tensión, que va al distribuidor. En los vehículos Chevrolet es de 35.000 a 45.000 voltios. En el distribuidor gira un rotor de material aislante que tiene integrado un muelle ( o resorte), apoyado en el cable terminal de la bobina; a un costado del rotor sobresale una punta de metal, que al girar, asa muy cerca de cada uno de los bornes terminales de los cables de las bujías, dentro de la tapa de contactos, transmitiendo así la corriente eléctrica que producirá la chispa dentro de la cámara del cilindro. Dado que, por razones mecánicas este distribuidor no puede hacer más que un número limitado de cortes por minuto y esto resulta insuficiente en los motores muy rápidos, se utiliza entonces el encendido electrónico disponiendo un transistor que hace que si el ruptor corta sólo una pequeña "acción de corriente, el transistor repita los cortes sin interrupción mecánica para la corriente principal que va a la bobina. Sistema de encendido directo DIS (Sin distribuidor) EI módulo de encendido DIS, disponible en el CORSA, es el componente principal de un sistema de encendido sin distribuidor. Contiene dos bobinas de encendido doble así como una bobina electrónica impulsora que amplía las señales de encendido del aparato de mando de Multec. Cada una de estas bobinas posee dos salidas de alta tensión, es decir, alimenta a dos bujías de encendido.

Figura 30. Sistema de encendido Directo El aparato de mando dirige el encendido a través de dos salidas de señales. Cada línea (EST A y EST B) controla a su vez cada una de las bobinas. La bobina 1 actúa sobre los cilindros 1 y 4 y la bobina 2 sobre los cilindros 2 y 3. Si el aparato de mando suministra señal de encendido ESTA, la bobina I induce un impulso de alta tensión. Cada bobina enciende simultáneamente un cilindro con mezcla lista para su encendido y otro con mezcla ya quemada.

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil Señal EST El módulo impulsor de bobinas de encendido doble suministra la energía de encendido necesaria a ambas bobinas de encendido. Esta corriente primaria forma un campo magnético en el arrollamiento primario. Cuando el aparato de mando, con ayuda del campo de características, ha determinado el momento exacto en el cual ha de producirse el encendido, desconecta entonces la corriente primaria (señal EST). El campo magnético, el cual ha circulado por los arrollamientos primario y secundario, se interrumpe. La alta tensión originada se descarga a través de los dos cables de alta tensión de la bobina de encendido doble y de los electrodos de las bujías a masa.

Figura 31. Señal EST 4.2 Embrague Ya estudiado el motor, como fuente productora del movimiento, abordamos la relación de aquellos elementos que transmiten este movimiento a las ruedas. El primero de ellos es el embrague, que acopla y desacopla el volante del motor a la caja de cambios. Normalmente el motor está embragado; sólo cuando se desea que cambie la relación de transmisión en la caja de velocidades, se pisa el pedal izquierdo (clutch) y se desacopla el motor de la transmisión. En la inmensa mayoría de los casos se emplea el embrague monodisco en seco que funciona de la siguiente manera: La prensa del embrague (clutch) lleva una serie de espárragos con resortes periféricos -ó bien uno solo resorte central, que aprietan un plato metálico contra el disco, montado en el extremo del eje de entrada de la caja de cambios (eje primario o flecha de mando) y contra el volante del motor, transmitiendo el movimiento del motor a la caja. Cuando se pisa el pedal, una palanca hala del plato, venciendo la acción de los resortes, e independiza el volante de este del disco y de la transmisión. La superficie del disco de embrague ha de ser rugosa y adherente, por lo que se reviste con discos que pueden sustituirse cuando se desgastan. Mediante este mecanismo se hace posible iniciar la marcha con suavidad y efectuar los cambios de engranajes en plena marcha, a través de un acoplamiento gradual entre volante, disco y plato opresor. El embrague hidráulico de las cajas automáticas funciona haciendo que una turbina impulse un líquido - aceite de una determinada densidad -haciendo girar por incidencia (sobre las paletas ó alabes de otra rueda) el eje unido a esta. En realidad y dado que según sea la velocidad con que el fluido incida sobre rueda conducida, varia la velocidad de esta, el embrague hidráulico, o convertidor de par, es una verdadera transmisión con un concepto que se aplica también, como luego veremos, en las cajas de cambio automáticas. 4.3 Caja de velocidades La potencia de un motor de combustión aumenta con las revoluciones hasta que éstas llegan a cierto limite, una vez rebasado este, la potencia vuelve a decrecer. Un automóvil va marchando en plano a una determinada velocidad, y empieza a subir una cuesta, tiene que vencer una resistencia mayor, y al absorberse en esto parte de la potencia del motor, la velocidad disminuye. El motor girará más despacio, con la que se irá perdiendo potencia y llegaría al punto de no poder impulsar al vehículo.

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Hacemos intervenir la caja de cambios y variamos la relación de transmisión, el coche podrá seguir la misma velocidad a la que había llegado, pero esta corresponderá a una velocidad mayor en el motor (más revoluciones) con lo que tendremos más potencia disponible para vencer las resistencias. EI número de combinaciones de desmultiplicación en un automóvil suele ser de cuatro o cinco. En el caso de camiones se requiere una mayor selección de cambios, debido a su mayor peso bruto vehicular. (PBV GYW); peso total incluida carga, pasajeros y combustible; se usan seis con bajo, nueve y hasta quince en el Super Brigadier. El movimiento llega a la caja por el eje primario, ( o flecha de mando), que lleva piñones unidos en toma constante a otros situados en un segundo eje llamado secundario, o tren de engranes. En este van fijos una serie de engranes, correspondientes a las respectivas relaciones. Según qué sincronizador de estos engranajes del secundario hagamos funcionar mediante el movimiento de la palanca de cambios, tenemos una distinta relación de transmisión. Se llama directa a la relación en que se acopla directamente el primario. al secundario que gira, por lo tanto, a la misma velocidad que el cigüeñal Para la marcha atrás se hace intervenir un engranaje intermedio, que invierte el sentido del giro del secundario. En el momento de engranar los piñones es conveniente igualar las velocidades de rotación del desplazable y de los engranajes del intermedio. Esta es la sincronización que se consigue con los sincronizadores situados respectivamente en los piñones del eje secundario que embragan previamente ambos ejes, igualando sus velocidades de giro. Muchas cajas de cambios, previstas para automóviles en que interesa una gran velocidad cuando el terreno es favorable, llevan una "sobremarcha" (overdrive); Es decir, una relación de velocidades en que el secundario (accionado) gira más deprisa que el primario (motor). 4.3.1 Los engranajes planetarios La mayoría de las transmisiones, antiguas o modernas, usan engranajes para controlar la potencia y velocidad del motor. Los engranajes son el músculo de cualquier transmisión de automóvil ya sea automática o manual. Los engranajes transfieren torque y potencia y pueden proveer el vehículo con cambios en la velocidad y dirección. Torque: Es la fuerza torsión o giro medida en forma de libra -pié o kilogramo -metro. Potencia: Es la rata a la que el trabajo se ha hecho o la fuerza se aplica. En la mecánica, la potencia se mide como torque por velocidad y se expresa como caballos de fuerza (HP). Mientras muchos otros dispositivos van como maquillaje de una transmisión, los engranajes de acero, combinados en un sistema llamado conjunto de engranajes planetarios, son las partes esenciales de una transmisión automática.

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Figura 32. Dibujo en explosión de una caja de velocidades La transmisión automática Los conjuntos de engranajes planetarios se usan como medios de transferir y de multiplicar el torque desde el motor. Los conjuntos de engranajes planetarios se nombran así a causa de su arreglo físico. El conjunto de engranajes planetario consiste de un centro o engranaje solar, un portaplanetarios que apoya los piñones menores, y un engranaje interno Los conjuntos de engranajes planetarios ofrecen muchas ventajas sobre los de tipo de dispositivo de engranajes manuales. La fuerza se distribuye sobre muchos dientes para más fortaleza. Ellos están siempre engranados y no tienen que ser cambiados cuando se realizan cambios de velocidades. Por lo tanto, no golpean como los engranajes manuales que entran y salen del engrane. Ya que los conjuntos engranajes planetarios se arreglan sobre la misma línea de centro, su diseño hace de ellos una unidad muy compacta.

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil Un conjunto de engranajes planetario puede usarse para relación directa, para aumentar o disminuir que y velocidad, o para reversa. La mayoría de las transmisiones automáticas modernas usan dos o más conjuntos de engranajes planetarios se caracterizan por llevar en el eje primario un engranaje solar; en cada uno de los cuales engranan os tantos planetas conectados a su vez exteriormente con un engranaje envolvente de dentado exterior. Cada uno de estos tambores puede inmovilizarse con una banda de freno. Para hacer el cambio de velocidades, se inmoviliza la coraza correspondiente, con lo que la rotación ~ llega de la flecha del motor obliga a girar el conjunto de engranajes, obteniéndose en el eje de ida la desmultiplicación deseada. Partes de un conjunto de engranajes planetarios El engranaje solar es el engranaje del centro de un engranaje planetario con los otros engranajes ando alrededor como nuestro sistema solar.

Figura 32. Engranaje Solar Los piñones planetarios se montan en un portaplanetarios que rota alrededor el engranaje solar como los planetas giran alrededor del sol. Los piñones se llaman piñones planetarios y el transportador se llama portaplanetarios. El transportador de planetarios y los piñones actúan como una unidad.

Figura 33. Portaplanetarios El último miembro de un conjunto planetario de engranajes se llama el engranaje interno. Es el miembro más exterior del conjunto y recibe su nombre del hecho de que sus dientes son cortados sobre la cara interior de su circunferencia.

Figura 34. Engranaje interno En un conjunto de engranajes planetarios, los dientes de cada engranaje están engranados constantemente con los dientes de otro engranaje. Por lo tanto, cuando un engranaje se conduce, los otros engranajes se afectan. En los cambios por convertidor de par nos referimos fundamentalmente al sistema de transmisión

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil hidráulica, que es el empleado en casi todas las transmisiones automáticas.

Figura 35. Ensamble de un conjunto de engranajes planetarios 4.3.2 El convertidor de torque o de par El principio del acoplamiento hidráulico es frecuentemente explicado en forma figurada mediante ventiladores eléctricos. Cuando se colocan dos ventiladores eléctricos enfrentados uno al otro, y se Conecta uno de ellos, en este caso él "A", el otro "E" aunque esté desconectado, comenzará a girar en la misma dirección que "A" debido ala presión de aire (o flujo) que recibe de "A". B

A

Figura 36. Principio de funcionamiento del convertidor de torque Este principio se aplica en el acoplamiento hidráulico del convertidor de par, utilizándose fluido (aceite) en lugar de la presión de aire. Esta clase de acoplamiento se realiza de la siguiente manera. El mecanismo que tiene a su cargo la transmisión de potencia entre estas dos partes, es el acoplamiento hidráulico, que actúa también como un embrague. Sin embargo, el acoplamiento hidráulico mostrado en la figura siguiente no es capaz de aumentar o multiplicar el par transmitido debido a que consiste solamente de dos elementos, llamados bomba y turbina. Por la tanto, se efectúan mejoras para proveer la función de aumentar o multiplicar el par, además de funcionar como un embrague. De este modo se desarrolló el convertidor de par. El convertidor de par posee un tercer elemento denominado estator que va intercalado entre estas dos partes del acoplamiento. El estator sirve para modificar la dirección del flujo del fluido.

TURBINA

RODETE DE BOMBA

Figura 37. Partes del convertidor de par

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil Estructura y funcionamiento del convertidor de par Como se ha descrito, consiste de tres partes, rodete de bomba, rodete de turbina, y estator. La bomba está conectada al motor (lado impulsor) y la turbina al eje de entrada de la unidad del engranaje planetario (lado impulsado). El estator está sostenido por el embrague de una vía. Como la caja que contiene estas tres piezas va soldada, no puede ser desarmada. La fuerza motriz es transmitida desde el cigüeñal a la bomba, y luego al eje de entrada de la transmisión por medio de la turbina.

Figura 38. Ensamble del convertidor de par Operación del convertidor de par Asumiendo, el convertidor de par acciona de la siguiente manera. Cuando el rodete de bomba gira pulsado por la potencia del motor, el aceite contenido en el mismo es lanzado contra los alabes del rodete de turbina, obligándola a girar. Luego, el aceite llega a los alabes del estator intercalado entre el rodete de bomba y el rodete de turbina, cambiándose su orientación de acuerdo a los ángulos de estos alabes e incide contra los alabes del rodete de bomba. De este modo, el aceite completa todo un ciclo que se repite. El aumento del par se obtiene al modificarse la orientación del flujo de aceite al pasar por el estator. Cuando sea baja la relación de velocidad del rodete de turbina, el estator alojado en el convertidor de par es enclavado y actúa como una pared. Por lo tanto, la orientación del flujo de aceite es corregida manera tal que aumente la fuerza del rodete de bomba al pasar por el estator. Cuando el rodete de turbina y el rodete de bomba giran a alta velocidad y llegan a aproximadamente a misma relación de velocidad, el estator es obligado a girar libremente. Como consecuencia, el estator no actúa para cambiar la dirección del flujo de aceite y no se aumenta el par (es decir, que en as condiciones actúa como un simple acoplamiento hidráulico). El par multiplicado por el convertidor de par no es suficiente para manejar un vehículo. Para obtener par óptimo, la transmisión automática cuenta con un grupo de engranajes planetarios, ciertos embragues y un freno detrás del convertidor de par, dispuestos de una manera diferente de la transmisión manual. 4.4 Diferencial / eje trasero El giro del motor, si no se ha interrumpido en el embrague, se trasmite a través de la caja de cambios, árbol propulsor (cardán), de donde pasa al eje trasero, y trasladado 90 o en el par cónico piñón-corona, llega a los ejes de las ruedas. Pero esta transmisión no puede ser rígida ya que el puente o eje trasero va enlazado al bastidor por la suspensión, y las oscilaciones de esta hacen que el árbol de la transmisión no siempre mantenga su relación con el secundario de la caja de cambios. La unión ha de hacerse mediante juntas universales, que pueden ser "juntas flexibles interponiendo entre los elementos rígidos un disco flexible ó "flector" o juntas cardán formadas por una cruceta, a uno de cuyos brazos se articula una horquilla en que termina un eje, y al otro la horquilla del otro eje. Las uniones con cojinetes, permiten oscilar a las horquillas. Al extremo de la transmisión va un piñón cónico (piñón de ataque) que engrana en ángulo recto con la corona, de mucho mayor diámetro, por lo que las vueltas de los ejes son menos que las del árbol impulsor. (Relación del eje trasero). Si esta corona estuviera unida sin más a los extremos de los ejes donde van las ruedas, las mismas vueltas daría la izquierda que la derecha, lo que originaría patinaje las curvas, Para evitar esto se recurre aun mecanismo llamado diferencial, que hace que, en las -vas, gire más rápido la rueda exterior, respecto al círculo que describa el vehículo.

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil Partes del diferencial En la caja de satélites, se sitúan engranando entre sí cuatro piñones cónicos. Los dos horizontales planetarios" -están unidos cada uno al eje de una rueda y los otros dos -"satélites", giran libremente alrededor de sus ejes. El marco está unido a la corona y gira con ella. Los dos planetarios unidos a los ejes de las ruedas gi ran en el mismo sentido que la corona ya igual velocidad, mientras el coche marche en línea recta. Si se supone que inmovilizamos una de las ruedas, en el giro de la corona los dos satélites, que engranan con el planetario correspondiente a esta rueda, no la arrastran, sino que giran libremente sobre su propio eje y entonces, al planetario opuesto le llega el giro de la corona, más el de los dos satélites. En este caso una de las ruedas dará el doble de giros que la corona. Aunque una rueda no esté, como se dijo, inmovilizada, basta que tenga que vencer una resistencia mayor que la otra para que entre en función el diferencial; así que, en una curva, lo que gira de menos una rueda lo gira de más la otra, hasta que, de nuevo en la recta, se igualan ambas velocidades. En otras palabras la fuerza de tracción que pierda una de las ruedas, se deriva a la otra. Cada flecha, o eje de ruedas lleva un extremo fijo a su planetario, y va rodeado de una prolongación del cárter del diferencial que encierra el conjunto y el lubricante del mismo, prolongación que se llama funda del diferencial y que envuelve el eje hasta su unión con la maza de la rueda. El apoyo de la rueda en el eje es a través de rodamientos a bolas o rodillos. En la funda del diferencial se apoyan los muelles ó elementos de la suspensión y por lo tanto, el peso del coche. Toda esta descripción se ha hecho en referencia a vehículos de tracción trasera, que son los más frecuentes cuando se habla de vehículos de carga. El sistema de tracción delantera, (EL CORSA), utilizado en vehículos de pasajeros, tiene la ventaja de que motor, transmisión y diferencial constituyen un conjunto compacto, y que la entrada en las curvas se hace con las ruedas ya orientadas, para mayor seguridad y perfección. Como las ruedas delanteras son al mismo tiempo directrices, es preciso disponer unas juntas muy perfectas, que transmiten la rotación uniforme de un árbol a otro, aunque se formen ángulos muy marcados. Esto se consigue con las llamadas juntas homocinéticas.

Figura 39. El diferencial

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil 5. SISTEMAS DE CONTROL 5.1 Suspensión Está confiada a los muelles, resortes espirales, barras de torsión y amortiguadores; además a las propias llantas, que reducen las sacudidas originadas al transitar por terrenos disparejos. Para desigualdades mayores actúan, flexionándose, los resortes helicoidales o los muelles de hojas de acero, que permiten que la rueda suba o baje con relación al bastidor. Los amortiguadores tienen por objeto disminuir el número y la amplitud de las oscilaciones de los resortes o los muelles, llevándolas antes a su posición normal, y atenuando así el rebote de los muelles o resortes. Los muelles están formados por una serie de láminas de acero elástico y resistente, de diferentes longitudes, siendo la más larga la primera, llamada hoja maestra. Las hojas se aprietan unas a otras por un tornillo de centro, y se mantienen alineadas por medio de las abrazaderas. La fijación al eje se hace en la parte central del muelle, por unas abrazaderas estando los extremos, ó al menos uno de ellos, articulado al bastidor por medio de un perno fijo, y de un columpio articulado al extremo posterior. Dada la función de esta articulación es interesante su lubricación, si bien hoy existen bujes de caucho que no requieren engrasado. También son comunes en vehículos pequeños los resortes helicoidales, colocados verticalmente entre los largueros y los ejes. Este montaje ha de completarse con horquillas de empuje, que se unen por un extremo al eje y por otro a un travesaño. Es también muy eficaz, la barra de torsión, que se retuerce cada vez que las ruedas se desplazan con respecto al bastidor. Varios fabricantes han venido usando suspensión delantera a base de barras de torsión; este sistema proporciona gran comodidad y evita considerablemente el balanceo lateral del vehículo en caminos sinuosos o curvas pronunciadas. La resistencia y durabilidad de las barras de torsión han sido comprobadas ampliamente. Los amortiguadores son de fricción - ya poco usados, - o bien hidráulicos de doble efecto. Aquellos constan de dos brazos articulados al bastidor y al eje y están constituidos por una serie de láminas, intercaladas con discos de fricción. Estos brazos se abren y cierran como en tijera y el roce de las láminas y los elementos de fricción amortigua los desplazamientos verticales de la carrocería. El amortiguador telescópico, se compone de dos tubos concéntricos, sellados en el extremo superior por una empaquetadura y a través de la cual pasa el vástago cuyo extremo se une al bastidor. 1. 2. 3. 4.

Amortiguador Brazo de apoyo Tirante Estabilizadora

Figura 40. La suspensión y sus partes. Este vástago termina en un pistón con orificios calibrados, que se desliza dentro del tubo interior, y dicho tubo termina por abajo en una tapa, también perforada y con válvulas, que permiten el paso del liquido al tubo

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil exterior y viceversa. El otro extremo del amortiguador se une al eje ó a la rueda. Cuando se comprime la suspensión, el vástago baja, pasa líquido a través de los orificios del pistón, y se llena la cámara superior. Al producirse el rebote, el vástago sube y el líquido vuelve a pasar, pero forzado y actuando como un freno a la reacción de rebote. Hasta aquí hemos hablado de la suspensión de cada eje; hoy se usa preferentemente la suspensión independiente para cada rueda, cuyas ventajas son evidentes, sobre todo en las ruedas delanteras. Se emplean numerosos sistemas, utilizándose como elementos elásticos los muelles, las barras de torsión o los resortes en espiral; pero, en cualquier caso, es fundamental un potente amortiguador, en cada rueda y además topes de caucho que, en casos extremos, atenúen el choque entre el eje y el bastidor de la carrocería. 1. Amortiguadores 2. Resortes 3. Eje trasero 4. Barra estabilizadora 5. Buje de suspensión

Figura 41. La barra estabilizadores Al tomar de prisa las curvas cerradas, la carrocería se inclina hacia afuera, por acción de la fuerza centrífuga. Esto es incómodo para los viajeros y se tiende a corregir con los estabilizadores, consistentes en una barra de acero elástica y resistente, apoyada por su extremo en dos manguitos fijos a los laterales del bastidor. En sus extremos se fijan dos brazos, articulados en los ejes de las ruedas, Si en una curva la carrocería tiende a subir de un lado, la barra se retuerce por la acción de los brazos y atenúa la oscilación causada, estabilizando horizontalmente la carrocería. 5.2 Dirección Para dirigir las ruedas delanteras del vehículo en el sentido de la marcha no es posible hacer girar todo el eje delantero, pues tendríamos esfuerzos enormes en la dirección. Por ello, el eje delantero es fijo, y cada rueda gira en los extremos orientables de aquel, llamados puntas de eje o "cachos". El eje delantero termina en unas horquillas que abrazan la articulación de un perno vertical, alrededor del cual pivotan y se orientan los ejes sobre los que, a su vez, giran locas las ruedas mediante cojinetes de bolas ó rodillos; pero ambos "cachos“ tienen que conectarse entre sí, para que su viraje sea simultáneo. Esta conexión se hace con los brazos de acoplamiento, que van articulados por un lado al "cacho" y por otro a una barra transversal llamada barra de acoplamiento. Así, actuando sobre un solo extremo de manera directa, automáticamente se orienta también el otro, en el mismo grado. Esta actuación sobre uno de los "cachos" se consigue con el desplazamiento de una barra ó biela, unida al eje por la palanca de ataque, y que por su otro extremo se articula a otra biela llamada "brazo de mando", El

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil movimiento de este es el que se trasmite mediante el engranaje de la dirección, al que nos referimos en seguida. El eje de dirección, al girar, mueve una columna ó barra, con la que hay que hacer girar el brazo de mando. Esto puede conseguirse de varias maneras, que pasamos a enumerar: a) Tornillo y sector dentado. En la columna hay un tornillo sinfín que engrana con un sector dentado; este sector es el que, en este caso se llama “engranaje de la dirección", pudiendo ser una rueda completa o un sector de la misma. b) Palanca y Leva (Ross). La columna de la dirección termina en un tornillo en cuya ranura helicoidal se introduce un dedo cónico, unido a la palanca que acciona el brazo de mando. c) Tornillo y Rodillo. La columna termina en un tornillo sinfín, sobre el que engrana, en contacto permanente, un rodillo que forma parte del brazo de mando. d) Tornillo y Tuerca con bolas circulantes. La columna lleva un tornillo sinfín con tuerca, que al desplazarse engrana con un sector dentado enchavetado al brazo de mando. Para reducir el esfuerzo se interpone, entre el sinfín y la tuerca, una línea de bolas que convierte el roce en rodadura, A estas bolas se les da cauce de regreso por un canal, con lo que se mueven en circuito cerrado. e) Cremallera. En este caso la barra de acoplamiento que une los “cachos", lleva una cremallera, que se desplaza por la acción del piñón en el que termina la barra de la dirección. Dirección hidráulica o servo - dirección En vehículos de mucho peso, que tienen mayores superficies de contacto con el suelo por ser mayor la sección de las llantas, el movimiento de la dirección requiere esfuerzos que conviene reducir, para comodidad del conductor. Para esto se recurre a incorporar otra energía, que puede ser la energía hidráulica. La ayuda del servo puede aplicarse a una de las barras del acoplamiento ó al engranaje de la dirección y su misión, como en los otros sistemas descritos, es la de disminuir el esfuerzo aplicado al volante. 5.3 Frenos Para disminuir la marcha del automóvil, el primer factor a utilizar es la resistencia que ofrece el motor a ser arrastrado por el impulso que llevan las rueda. Así, si levantamos el pie del acelerador el motor tiende a disminuir sus revoluciones y su giro forzado frena la velocidad del coche. Pero esto no basta para detener el vehículo en poco tiempo, y es preciso emplear otros sistemas. El frenado se consigue por la aplicación de una superficie fija a otra giratoria. El frotamiento detiene el giro de la parte móvil, convirtiendo en calor la energía absorbida. El freno de tambor, utilizado en los ejes traseros, dispone de tambor cilíndrico en cada rueda, siendo la parte móvil dos zapatas curvas, forradas de un elemento adherente (asbesto), situado en el interior del tambor y articuladas entre si por uno de sus extremos, de forma que casi completen un círculo concéntrico al tambor pero permaneciendo regulada por una leva la distancia entre los otros extremos. Unos resortes dispuestos entre las zapatas tienden a mantenerlas en su posición normal o sea separadas del tambor. Cuando se acciona el freno, la leva aumenta la separación entre las zapatas y estas se comprimen contra el tambor, venciendo la acción del resorte y haciéndolas apoyar en toda la superficie de contacto. Es así como, por fricción, disminuye progresivamente la velocidad de giro de las ruedas. La leva que regula la posición de las zapatas es, en realidad, un cuerpo de bomba con dos pistones, al que llega la presión del líquido impulsado por el pedal del freno. El circuito de frenado (bomba y mangueras) está totalmente lleno de un líquido de frenos. Al oprimir el pedal, este desplaza un émbolo y transmite la presión con las reducciones oportunas en cada caso, a cada uno de los cuerpos de bomba, situados en cada una de las cuatro ruedas. En cuanto cesa la acción del pedal, el émbolo retrocede, los resortes de los frenos tienden a recuperar su posición inicial, y el líquido que hay en el cuerpo de cada bomba vuelve al cilindro principal. Los frenos de disco, usados en las ruedas delanteras, son en su fundamento análogos a los frenos de pinza de las bicicletas. En lugar de los tambores citados anteriormente se usa unido a la rueda del coche un disco sobre el que actúan una serie de zapatas flotantes empujadas por los correspondientes émbolos, accionados hidráulicamente, lo mismo que los anteriores. El freno de disco es, en general, más enérgico que el de tambor, llegando a inmovilizar el vehículo en menos tiempo; también está menos expuesto a calentamiento y deformación que los frenos de tambor. 5.3.1 Distribución de la presión del frenado Igual que al arrancar un vehículo de tracción trasera tiende a encabritarse al frenar la tendencia es a levantarse de la parte posterior. No conviene concentrar el frenado en las ruedas traseras - antiguamente los

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil coches no llevaban frenos delanteros porque puede resbalar y producirse el coleo; en las delanteras, el riesgo es menor. Se han utilizado distintos medios para repartir adecuadamente la frenada, casi todos bastante complicados pero hay algunos procedimientos sencillos que aminoran el problema, poniendo una válvula en la tubería que lleva el líquido a los frenos traseros, con la presión regulada de forma que, a determinados impulsos, la válvula sólo deja pasar líquido a los frenos delanteros. En la actualidad se calcula que un 75% de la acción de los frenos, se aplica a las ruedas delanteras. 5.3.2 Freno de mano y servofrenos El freno de mano actúa sobre las ruedas traseras, con empleo de las mismas zapatas que el de pie, ya sea accionadas por una leva movida mecánicamente mediante palancas, ó actuando sobre el sistema hidráulico igual que el pedal. Para que el esfuerzo del conductor sobre el pedal no sea excesivo, se emplean hoy los servofrenos, hidráulicos y de vacío. El de vacío, se emplea combinado con una bomba de mando hidráulico, sumando al esfuerzo del pie del chofer sobre el vástago de la bomba, el empuje más potente del servo. El servofreno hidráulico actúa de forma que, al oprimir el pedal, además de enviar líquido con la bomba de pie, se destapan una serie de válvulas, que envían presiones más altas procedentes de otra bomba accionada por el motor del vehículo. Caven muchas combinaciones entre los distintos sistemas mencionados, pero no desarrollaremos en los límites de este folleto. 5.3.3 Sistema de frenos ABS Es un sistema, adicional a los frenos normales de servicio, que evita que las ruedas se traben y el vehículo patine cuando se están aplicando los frenos. Se basa en el hecho que la mejor condición de frenado se logra justo antes de que las ruedas se estaquen, una vez eso ocurre el freno pierde totalmente su efectividad y se pierde control en la dirección. El sistema de frenos ABS es usado adicionalmente en el CAVALIER para realizar el control de tracción en los vehículos con transmisión automática; cuando, al acelerar el vehículo violentamente, o cuando se trata de arrancar en una superficie resbalosa (con poca tracción), las llantas tienden a patinar (pique), este efecto disminuye la aceleración efectiva del vehículo y hace que se pierda control sobre la dirección. El control de tracción, accionado por el VCM, aplica los frenos, evitando que las ruedas giren sin control y manteniendo la mejor condición de tracción. Además, disminuye la inyección de combustible, asegurando que el vehículo obtenga las mejores condiciones de aceleración sin pérdida de control.

FRENOS ABS

A LOS FRENOS EN LAS RUEDAS

BOBINA

DEL VCM 0 V +

-

RETORNO

DE CILINDRO MAESTRO

SOLENOIDE SITUACION COMUN : ABS NO OPERA

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil

FRENOS ABS

SE CIERRA ALIMENTACION SE MANTIENE LA PRESION EN FRENOS

BOBINA

DEL VCM 3 V +

-

RETORNO

DE CILINDRO MAESTRO

SOLENOIDE UNA LLANTA ESTA BLOQUEANDO

SE ABRE RETORNO SE LIBERA LA PRESION EN FRENOS

EL CICLO SE REPITE HASTA 100 VECES EN UN SEGUNDO BOBINA

DEL VCM 3 V +

-

RETORNO SOLENOIDE DE CILINDRO MAESTRO UNA LLANTA BLOQUEADA Figura 42. Sistema de frenado ABS 5.4 Ruedas Las llantas fabricadas en la actualidad llevan una armadura de cuerdas textiles, transversales a la cubierta, en lugar de lonas como en las convencionales; entre esta andadura y la banda de rodaje llevan tres o más telas metálicas integradas a la masa de caucho. El tipo más popular es la llanta sin cámara, y sin material sellante. Esta preferencia es debida a su mayor ligereza, y sin riesgo de que a altas velocidades, el material sellante se acumule contra el centro de rodamiento provocando desgastes prematuros y desbalanceo de las ruedas. Las llantas sin cámara conservan la presión del aire una vez infladas debido a su construcción y a la perfecta

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil hermeticidad entre las cejas y los bordes de la rueda siendo además más fácil de reparar.

Altura de sección

Ancho de Sección

La altura es el 70 % del ancho

Figura 43. Dimensiones de las ruedas Desgaste “Por seguridad y para lograr un mayor kilometraje, se debe mantener una presión de aire apropiada en las llantas. La presión debe ser revisada por lo menos una vez por semana utilizando un medidor de aire adecuado”. El inflado Apropiado: ES UN DEBER. Toda llanta debe ser examinada cuidadosamente, con cierta frecuencia y con especial atención respecto a su presión de inflado. Las presiones de inflado deben ser revisadas y corregidas cuando la llanta esté fría. Para determinar cuál es la presión correcta que deben tener las llantas, consulte las tablas de carga y presiones que se encuentran en los manuales de conductor. Las llantas, trabajando en condiciones normales se calientan, mostrando presiones superiores a las recomendadas; es por esto que se insiste en la necesidad de medir y corregir la presión cuando las llantas están frías. Mantenga siempre a la mano las tablas de medición de cargas y presiones. Cuando una llanta caliente marca menos libras de aire que las recomendadas, requiere de inmediato ser inflada a su presión adecuada. Nunca reduzca la presión de la llanta caliente, si ésta excede la presión de aire recomendada. Tan pronto como la llanta se enfríe, mida la presión y ajústela al nivel recomendado. Siempre infle las llantas a la presión recomendada para acomodar una cantidad máxima de carga. La válvula debe siempre llevar una tapa que mantenga sellado su orificio. Esto lo protege del polvo y la humedad. Cuando usted monte en su vehículo un juego de llantas nuevo, revise una vez más la presión después de 24 horas de montadas. En uso normal, la temperatura de la llanta y su presión de inflado se incrementan. Es común un incremento de 5 a 15 libras (psi) según el tamaño de la llanta. Un incremento por encima de los mencionados, puede ser un signo de sobrecarga, desinflado, demasiada velocidad, tamaño incorrecto de las llantas, o una combinación de todos estos factores. Cualquier indicación de sobrecalentamiento de las llantas debe ser investigada para identificar las causas y hacer una corrección de inmediato. Llantas desinfladas Rodar una llanta con una presión inferior a la recomendada es el mayor enemigo de las llantas y también de su presupuesto. La presión de sus llantas debe revisarse antes de cada viaje. Como mínimo la presión debe revisarse una vez por semana, utilizando para esto un medidor adecuado. Rodar una llanta a bajas presiones, trae como resultado una excesiva generación de calor en la llanta. Esta generación de calor innecesaria hace que la llanta dure menos y presente fallas en su uso. Una llanta desinflada utilizada a altas velocidades y soportando cargas excesivas puede ser la causa potencial de accidentes graves en situaciones de emergencia. Rodar una llanta que no posea el suficiente aire puede traer serias consecuencias, además de reducir su kilometraje. La acumulación de calor causa el deterioro del cuerpo o carcaza de la llanta y el resultado es la separación del rodante y de las lonas. Además una llanta blanda sufre mayor deflección causando roturas en las cuerdas de la carcaza. Llanta con demasiada presión El exceso de aire puede causar daños muy serios a las llantas. Una llanta con demasiada presión es más rígida, pierde capacidad para absorber los golpes causados por piedras o huecos en las vías. La rigidez también produce roturas de la carcaza o cuerpo de la llanta. Las llantas demasiado infladas son mas

CET – Uniandes. Conocimiento básico del automóvil propensas a los cortes y a los pinchazos. La capacidad de carga de una llanta no puede ser incrementada por encima de la máxima capacidad de carga calculada para la misma. Es un error creer que el aumento en la presión de las llantas aumenta su capacidad máxima de carga. Siempre utilice el tamaño del rim recomendado por el fabricante del vehículo. Una llanta montada en un rim demasiado angosto es muy peligrosa. Puede fallar prematuramente debido a la fuerza adicional que se ejerce sobre la pestaña del rim.

Baja presión

Inflado adecuado

Rodante en contacto

Falta contacto al centro

Alta presión Falta contac to en los bordes

Figura 44. Inflado de las llantas