1 Definición (imágenes y videos) de los siguientes componentes:
-Caja de cambios.
-Diferencial.
-Árboles de transmisión y semiárboles.
-Palier.
-Grupo cónico.
-Embrague.
-Motor.
2 La transmisión en los automoviles:
-Motor delantero y propulsión trasera.
-Motor trasero y propulsión trasera.
-Motor delantero y tracción delantera.
-Motor delantero o trasero y tracción total o 4x4.
AUTASTEC - ¨IMPLANTACIONES TECNICAS¨
1 Definición:
-Caja de cambios:
Son un sistema que transforma el movimiento producido por el motor para adaptarlo a la velocidad que queremos que tengan las ruedas.
Es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento el vehículo desde parado, y una vez en marcha obtener un par suficiente en ellas para vencer las resistencias al avance.
-Diferencial:
Es el elemento mecánico que permite que las ruedas derecha e izquierda de un vehículo giren a velocidades diferentes, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro.
-Árboles de transmisión y semiarboles: Órganos que transmite el movimiento del cambio al diferencial o del motor.
1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
El motor de dos tiempos realiza su ciclo de trabajo en dos carreras del pistón (180º x 2), en las cuales se llevan a cabo los procesos de admisión, compresión, expansión y escape. Se produce, por tanto, una carrera de trabajo por cada vuelta del cigüeñal. Esta es la principal característica que diferencia a estos motores d elos de 4 tiempos, en los cuales se necesitan 2 vueltas de cigëñal (180º x 4) para obtener una carrera motriz.
Para el mismo número de revoluciones, en los motores de 2 tiempos, se obtienen el doble de procesos de combustión que en los de 4 tiempo. Esto en teoría doblaría también su potencia, aunque en realidad no es así, ya que se dispone de la mitad de tiempo para realizar el intercambio de gases en el cilindro y empeora notablemente su rendimiento volumétrico.
Renovación de la carga
Otra característica importante de los motores de dos tiempos es el modo en que se lleva a cabo la renovación de la carga en el cilindro. A este proceso se le denomina barrido ya que los gases son introducidos en el cilindro a presión, de forma que la entrada de gases frescos desalojan a los gases quemados.
La presión necesaria para el barrido se obtiene generalmente al comprimir los gases en el cárter que luego pasan al cilindro. En motores Diesel de gran cilindrada se se emplea un compresor volumetrico o un turbocompresor.
La admisión y el escape se realizan por lumbreras dispuestas en el cilindro, cuya apertura y cierre está controlado por el desplazamiento del pistón.
Los motores de 2 tiempos pueden funcionar siguiendo el ciclo Otto, o bien el Diesel. Actualmente la mayoría son de ciclo Otto y se montan en motocicletas de pequeña cilindrada, donde una mecánica sencilla y bajos costes de fabricación son los factores mas importantes.
Los Diesel de 2 tiempos son motores de grande cilindradas que funcionan con bajas revoluciones, se emplean para propulsión marina y como motores estacionarios.
2. EL MOTOR OTTO DE DOS TIEMPOS
Generalmente son motores con cilindradas que no superan los 350 cm3. Se emplean en motocicletas, ciclomotores y pequeños motores fuera borda; también se utilizan para accionar máquinas como motosierras, cortacésped y pequeños generadores eléctricos.
El intercambio de gases en el cilindro se realiza a través de lumbrera, por lo que carece de sistema de distribución. El barrido se lleva a cago gracias a la presión que adquieren los gases a su paso por el cárter. La refrigeración puede hacerse por aire o por agua y el engrase se realiza mezclando el aceite con el combustible. Igual que el motor de 4 tiempos consume una mezcla de aire y gasolina y dispone de un sistema de encendido eléctrico.
2.1. Constitución
El motor de 2 tiempo está constituido por el tren alternativo, formado, a su vez, por el pistón, la biela y el cigüeñal. La culata es muy sencilla, ya que carece de válvulas y conductos, únicamente se monta la bujía en el centro de la cámara de combustión. En la parte baja del cilindro se practican 3 ventanas o lumbreras por las que se realiza el intercambio de gases en el cilindro
Las lumbreras de escape y transferencia se posicionan sobre el cilindro de manera que cuando el pistón desciende, primero descubre la de escape y a continuación la de transferencia. En orden inverso sucede cuando asciende, esto significa que la compresión comienza cuando el pistón cubre por completo la lumbrera de escape.
La relación de compresión efectiva en el motor de 2 tiempos se calcula considerando que el volumen unitario del cilindro se obtiene tomando la carrera útil del pistón, que en este caso no comienza en PMI, si no en el punto más alto de la lumbrera de escape.
El cárter en estos motores es hermético y no contiene aceite, puesto que en él se comprimen los gases de admisión para ser bombeados al cilindro a través de la lumbrera de transferencia.
El pistón, por tanto, cumple 3 funciones:
Controla la paertura y cierre de las lumbreras en su desplazamiento.
Realiza la compresión de los gases en la cámara de combustión por su parte superior.
Lleva a cabo la precompresión de los gases en el cárter por su parte inferior.
2.2. Ciclo de trabajo de 2 tiempos
El ciclo de trabajo se completa en 2 carreras del pistón, en ellas debe realizarse todo el proceso de funcionamiento.
Primer tiempo
Final de escape o barrido.
Admisión al cárter.
Compresión y encendido.
El pistón comienza su ascenso desde el PMI, los gases quemados salen por la lumbrera de escape, barridos por los gases frescos procedentes del cárter. El pistón cierra la lumbrera de transferencia, lo que provoca un vacío en el cárter. Cuando se abre la lumbrera de admisión, el cárter se llena con mezcla fresca de aire y gasolina.
Se cierra la lumbrera de escape y comienza la compresión. Antes de que el pistón llegue al PMS, salta una chispa en la bujía iniciando la combustión de la mezcla comprimida.
Segundo tiempo
Expansión.
Escape.
Precompresión en el cárter.
Carga del cilindro.
Una vez superado el PMS, la expansión de los gases genera una fuerte presión que hace descender el pistón. Primero descubre la lumbrera de escape y salen los gases a gran velocidad debido a la presión que aún existe dentro del cilindro. Al mismo tiempo, la parte inferior del pistón comprime la mezcla introducida en el cárter. Independientemente después se descubre la lumbrera de transferencia y los gases pasan a través de ella desde el cárter hasta el cilindro con una presión de 0,4 a 0,8 bar y se produce el efecto de barrido, por el cual los gases frescos empujan a los gases quemados hacia la lumbrera de escape.
Cuando el pistón llega al PMI, comienza su carrera ascendente y el proceso se repite.
El ciclo se completa en dos carreras, logrando, por tanto, un impulso o carrera de trabajo por cada vuelta del cigüeñal.
Diagrama de trabajo
El diagrama de trabajo, muestra cómo evolucionan los valores de presión y volumen dentro del cilindro en el transcurso de un ciclo de funcionamiento.
Partiendo del PMI, el pistón asciende cerrando en primer lugar la lumbrera de transferencia, y a continuación la de escape.
Comienza la compresión de los gases, el volumen disminuye y aumenta la presión, antes de que el pistón llegue al PMS se produce el encendido. Este avance compensa el tiempo que tarda en propagarse la combustión, de forma que, cuando el pistón a superado ligeramente el PMS, se alcanza la presión maxima. Esta presión se aplica sobre la cabeza del pistón que lo hace descender en expansión, ahora el volumen aumenta y la presión dentro del cilindro disminuye progresivamente, hasta que en un punto se descubre la lumbrera de escape, y descarga al exterior los gases quemados.
2.3. Intercambio de gases en el cilindro
La eficacia en el intercambio de gases en el motor de dos tiempos está condicionada por el hecho de tener que realizar los procesos de admisión y escape de forma prácticamente simultánea y durante un reducido ángulo de giro del cigüeñal. Por esta razón el llenado de los cilindros y por consiguiente el rendimiento volumétrico no es tan bueno como en los motores de 4 tiempos.
Al no existir un depresión que aspire los gases al interior del cilindro, estos tienen que ser introducidos a presión desde el cárter, esto provoca un efecto de barrido que es aprovechado para desalojar los gases quemados. Ademas, puesto que la lumbrera de escape permanece abierta después de cerrarse la transferencia, es inevitable la pérdida de una pequeña cantidad de gases frescos.
Lumbrera de admisión al cárter
La mezcla de aire y gasolina preparada por el carburador es introducida en el cárter a través de la lumbrera de admisión. Al subir el pistón se crea un vacío en el cárter, instantes después se descubre la lumbrera y la mezcla entra. Cuando el pistón baja, cierra la lumbrera y comprime la mezcla.
Este sencillo sistema presenta el inconveniente de que cuando el pistón desciende se puede producir un retroceso de gases hacia el exterior antes de llegar a cerrarse la lumbrera. Esto ocurre a bajas revoluciones , cuando el pistón no cierra con suficiente rapidez.
El proceso de admisión en el cárter mejora notablemente disponiendo, en el conducto de entrada, una válvula que permita el paso del gas únicamente en el sentido del carburador al cárter, y cierre cuando el gas pretende ir en sentido contrario.
Esta válvula puede ser de lengüeta o de tipo rotatorio . En la actualidad es de uso general la válvula de lengüeta.
La válvula de lengüeta consta de un soporte sobre el que se instala unas finas láminas o lengüetas fijadas por uno de sus extremos de forma que en reposo quedan cerradas y puede bascular en un solo sentido de apertura. En su parte superior van provistas de unos topes para limitar su recorrido.
Se sitúan sobre el conducto de entrada del cárter de manera que cuando el pistón sube genera una depresión en el interior del cárter que abre las láminas de la válvula y permite la entrada de los gases. Las láminas se cierran cuando la presión en el cárter es igual o superior a la exterior evitando así que se produzca retorno de los gases cuando son comprimidos por el descenso del pistón. Algunos sistemas incluyen una cámara de vibración cuya función es recoger la mezcla que retorna cuando se cierra la válvula para evitar que vuelva a pasar por el carburador modificando su riqueza.
La lengüeta de la válvula debe reunir dos importantes cualidades: flexibilidad y resistencia, para que sea efectiva en un amplio número de revoluciones. Esto es difícil de conseguir ya que una lengüeta fuerte calculada para soportar altos regímenes será poco elástica en baja, por el contrario una lengüeta muy flexible puede llegar a romperse a altas revoluciones.
El material empleado para fabricar las lengüetas suele ser de acero y en algunos casos plástico o fibra de carbono. El acero permite hacer unas láminas muy finas con buena elasticidad y gran resistencia que nos eficaces a bajo y medio régimen. Con alto número de revoluciones son más adecuadas las válvulas de fibra de carbono, capaces de seguir elevadas frecuencias de apertura. Los topes que se colocan por encima de las lengüetas limitan el movimiento de estas a la vez guían la forma en que se curvan para evitar su rotura.
La apertura o cierre de la lumbrera de admisión ya no depende únicamente del movimiento del pistón, si no también de la presión existente en el cárter; de esta manera el llenado es más eficaz, ya que los movimientos de la válvula se adaptan al número de revoluciones, lo que produce una mejora en el rendimiento volumétrico del motor.
Lumbreras de escape y transferencia
El llenado del cilindro con gases frescos y la expulsión de los gases quemados se realiza a través de las lumbreras de transferencia y escape, respectivamente. Su posición sobre el cilindro va a determinar los ángulos que estarán disponibles para efectuar el intercambio de gases. Los puntos en los cuales las lumbreras son abiertas y cerradas por el desplazamiento del pistón han de calcularse convenientemente en función de las características del motor.
En motores muy revolucionados los ángulos serán mayores para compensar el menor tiempo disponible, teniendo presente que no son aconsejables avances a la apertura del escape superiores a 90º antes de PMI, ya que se acorta en exceso la carrera de expansión perdiéndose una buena parte de la energía de la combustión.
Cuando el pistón desciende en expansión descubre en primer lugar la lumbrera de escape, los gases quemados salen rápidamente y el interior del cilindro queda despresurizado. A continuación se abre la lumbrera de transferencia. Entre la apertura de ambas lumbreras debe transcurrir de 10º a 15º de giro del cigüeñal para garantizar que la presión baja lo suficiente como para permitir la entrada de gases frescos procedentes del cárter. Los gases comprimidos en el cárter entran en el cilindro a través de la lumbrera de expansión provocando el efecto de barrido sobre los gases quemados que aún permanecen en el cilindro.
El intercambio de gases es un proceso abierto, es decir, la lumbrera de escape permanece abierta mientras se realiza el llenado del cilindro. Dado que los gases quemados salen con cierta presión, se originan ondas que se desplazan por el conducto de escapen hasta chocar con su extremo saliendo reflejadas en dirección al cilindro.
Este proceso oscilatorio del escape afecta a la entrada de gases frescos en el cilindro. Al abrirse la lumbrera de escape, los gases son impulsados hacia el exterior, pero el retorno de la onda empuja los gases en sentido contrario de manera que, momentos antes de cerrarse la lumbrera de escape, este impulso puede ser utilizado para reintroducir en el cilindro los gases frescos que son arrastrados hacia el escape. En los motores de 2 tiempos tiene gran importancia sincronizar adecuadamente estos movimientos de la masa gaseosa para lograr que el proceso de barrido sea eficaz.
La velocidad de desplazamiento de la onda de presión es constante, por lo tanto, la frecuencia de las oscilaciones depende principalmente de la forma y las dimensiones de los conductos de escape. A medida que aumenta el régimen en el motor disminuye el tiempo que la lumbrera de escape permanece abierta, y por tanto, solamente es posible coordinar de forma favorable los efectos oscilatorios para un determinado margen de revoluciones.
Las dimensiones del sistema de escape no deben ser modificadas, ya que influiría negativamente sobre el rendimiento del motor, el consumo y el ruido.
Diagrama de distribución
El diagrama de distribución es simétrico, ya que el pistón realiza la apertura y el cierre de lumbreras con el mismo recorrido respecto del PMI, en sentido descendente o ascendente.
Las lumbreras son descubiertas cuando el pistón desciende en su carrera de trabajo; si se adelanta su apertura, el trabajo útil que se obtiene es menor, sin embargo, aumentan los ángulos disponibles para realizar el intercambio de gases, con lo cual mejora el rendimiento volumétrico.
Si la apertura de lumbreras se retrasa, el efecto será el contrario, por lo que es necesario una solución de compromiso entre ambas posiciones, siempre en función de las características del motor.
El valor del ángulo de apertura del escape respecto al PMI oscila entre 75º y 85º, para motores muy revolucionados, y de 55º a 75º, para motores que neccesitan un buen llenado en la gama baja y media de revoluciones.
El ángulo disponible para escape es, por término medio, de 120º a 160º, y para la carga del cilindro unos 24º menos. Comparado con el motor de 4 tiempos estos ángulos quedan muy reducidos, por lo que se consigue un peor rendimiento volumétrico.
2.4. Tipos de barrido
En el corto espacio de tiempo disponible para efectuar el barrido se debe lograr un buen llenado del cilindro y una eficiente expulsión de los gases quemados, evitando, en lo posible, el escape de gases frescos. Para ello es necesario orientar convenientemente la corriente de barrido por el interior del cilindro y evitar la mezcla entre gases frescos y gases quemados.
En los motores Otto de 2 tiempos los procedimientos utilizados son:
Barrido transversal.
Barrido de lazo o lazo Schnurle.
Barrido transversal
Consiste en situar la lumbrera de transferencia frente a la de escape. Sobre la cabeza del pistón se dispone un deflector que desvía la corriente de entrada, barriendo el cilindro de abajo a arriba, y terminando en la lumbrera de escape. Este procedimiento prácticamente ha dejado de utilizarse debido a la cantidad de gases frescos que deja escapar, además el deflector provoca problemas térmicos en el pistón.
La característica más destacable de las bielas para motores de 2 tiempos es que sus articulaciones van provistas de cojinetes de rodillo o agujas, en lugar de cojinetes de fricción, ya que estos últimos necesitarían para su correcto funcionamiento engrase a presión, sin embargo los rodamientos pueden funcionar con pequeñas cantidades de aceite.
En la articulación de la cabeza de la biela se utiliza normalmente un rodamiento de agujas, ya que este tipo de cojinete soporta muy bien los esfuerzos radiales por ofrecer una amplia superficie sobre la que se reparten las presiones. Con el fin de aumentar la resistencia de conjunto, el orificio de la cabeza de biela se hace entero, es decir, no es desmontable como en los motores de 4 tiempos.
En el pie de biela, la articulación con el bulón puede hacerse mediante cojinetes de aguja o de fricción, en función de los esfuerzos que deba soportar.
3.3. Cigüeñal
El cigüeñal gira sobre rodamientos de bolas. Igual que los cojinetes de biela están lubricados por el aceite mezclado con el combustible a su paso por el cárter. Los rodamientos se insertan a presión sobre los apoyos del cigüeñal y están provistos de retenes selladores para garantizar la hermeticidad del cárter, donde se realiza la compresión previa de la mezcla.
Los contrapesos del cigüeñal forman discos completos y además hacen la función de volante motor. El equilibrio se consigue mediante orificios en los discos que eliminan mas de las zonas adecuadas.
El cigüeñal es desmontable para posibilitar la extracción de la biela. La muñequilla se monta a presión sobre los contrapesos, para su desmontaje se utiliza una prensa y el útil adecuado. Se separa al menos uno de los contrapesos para dejar libre un extremo de la muñequilla y poder sacar la cabeza de la biela y el cojinete de agujas. El montaje se realiza también con prensa, a continuación es necesario comprobar la correcta alineación de los apoyos del cigüeñal con un reloj comparador sobre los puntos.
En uno de los extremos del cigüeñal se monta el generador eléctrico y el ventilador en los motores con sistema de refrigeración por aire forzado. En el otro extremo se monta el variador de velocidad, o bien el engranaje de transmisión para el embrague.
3.4. Cilindro y cárter
El cilindro se fábrica en hierro fundido o en aleación ligera. Rodeando el cilindro se disponen las cámaras para el líquido cuando la refrigeración es por agua, o bien va provisto de aletas si es refrigerado por aire.
Cuando el bloque es de aluminio se inserta a presión un cilindro de hierro fundido (camisa seca). Las paredes de la camisa tienen un espesor suficiente para que puedan ser rectificadas, o si fuera necesario sustituirlas.
En el motor de 2 tiempos se forman dos cámaras estancas separadas por el pistón, una en el cilindro y la otra en el cárter.
El cárter del cigüeñal no contiene aceite y sus dimensiones se ajustan a la forma del cigüeñal y de sus contrapesos para conseguir un volumen reducido. Se comunica con el carburador a través de la lumbrera de admisión y con el cilindro por la de transferencia.
El cárter motor está formado por dos piezas (semicárteres) unidas por tornillos y hermitazadas con una junta, en cada lado se mecanizan los alojamientos para el retén de estanqueidad y los cojinetes del cigüeñal que se introducen a presión sobre su pista exterior.
Para acceder al cigüeñal es necesario separar los semicárteres. Esta operación se realiza con un extractor debido a que los rodamientos se insertan a presión sobre sus alojamientos. En el montaje se calienta el alojamiento para introducir el rodamiento con facilidad. Durante el ensamblado de cárter debe de prestarse especial atención a su hermeticidad tanto en la junta como en los retenes estanco de los rodamientos.
3.5. Culata
La principal función de la culata en los motores de dos tiempos es alojar la cámara de combustión y bujía. Se fabrica generalmente en aleación ligera y su forma exterior depende del sistema de refrigeración. Las culatas refrigeradas por aire van provistas de aletas y, las que lo hacen por agua, llevan conductos ara el liquido; en ocasiones el termostato se instala sobre la culata.
La cámara de combustión generalmente tiene forma semiesférica. Este tipo de cámaras es posible gracias a la ausencia de válvulas, presenta una reducida superficie respecto a su volumen, lo cual favorece el proceso de combustión y permite relaciones de compresión altas. La cámara de combustión con el borde rebajado concentra la mezcla en el centro de la cámara donde se encuentra la bujía, la turbulencia del gas mejora la homogeneidad de la mezcla y se logra una combustión más rápida y completa.
La culata se fija al bloque mediante 4 o 6 tornillos, la estanqueidad entre ambas piezas se logra interponiendo la junta de culata que suele ir forrada con una lámina de cobre por ambas caras.
4. El motor Diesel de dos tiempos
El Diesel de dos tiempos se usa casi exclusivamente en propulsión marina por su sencillez mecánica y su bajo consumo. Son motores de gran cilindrada y desarrollan potencias que superan los 35.000 kW, giran lentamente, entre 80 y 200 rpm, por lo que hay tiempo suficiente para realizar un buen barrido. La presión necesaria para introducir el aire en el cilindro es proporcionada por el turbocompresor, o bien por un compresor volumétrico, en lugar de realizarse a través del cárter. En lo Diesel no existen pérdidas de combustible por el escape al final del barrido ya que se introduce únicamente aire.
4.1. Ciclo de trabajo
El ciclo de funcionamiento del motor Diesel de 2 tiempos difiere en algunos aspectos del ciclo del motor Otto, principalmente en la manera de realizar el barrido, además de las diferencias ya conocidas en la alimentación del combustible y la forma de iniciar la combustión.
Primer tiempo
Final de barrido..
Compresión e inyección.
Partiendo del PMI, el pistón comienza a subir mientras se realiza la última fase del barrido. Se cierran las lumbreras de admisión y escape, y el aire contenido en el cilindro se comprime. Momentos antes de que el pistón llegue al PMS se produce la inyección de combustible que se inflama al contacto con el aire caliente comprimido en la cámara de combustión.
Segundo tiempo
Expansión.
Escape.
Llenado del cilindro.
En el PMS, la presión originada en la combustión, es aplicada sobre la cabeza del pistón que comienza a descender en expansión y, a continuación, la de admisión que permite la entrada de aire impulsado por la bomba de soplado con una presión entre 1 y 1,4 bar.
Este aire realiza el barrido por el interior del cilindro, que obliga a expulsar los gases quemados por la lumbrera de escape y también parte del aire que suministra la bomba con el fin de asegurar un buen barrido. Este barrido se prolonga hasta que, al subir el pistón, cierra las lumbreras.
4.2. Particularidades constructivas
La mayor parte de estos motores usan como bomba de barrido un turbocompresor acionado por los gases de escape, por lo que son necesarios intercambiadores de calor para refrigerar el aire antes de ser admitido en los cilindros.
En la entrada de las lumbreras de la admisión se colocan válvulas de láminas que permanecen cerradas siempre que la presión interior se superior a la de admisión. una vez que se haya descargado la presión por el escape, comienza a entrar el aire de barrido que es dirigido por una adecuada inclinación de las lumbreras. Parte del aire fresco es expulsado directamente por la lumbre de escape, este efecto se conoce como cortocircuito y tiene el objetivo de eliminar totalmente los gases quemados, así como de refrigerar la cabeza del pistón y el interior del cilindro.
Los elementos móviles son voluminosos y muy pesados, lo cual requiere un régimen de giro muy lento, que además se mantiene prácticamente constante, por lo que se dispone de unas condiciones favorables para realizar la evacuación de los gases quemados y un buen llenado de aire fresco.
Por todo ello, el consumo específico de combustible en estos motores es muy bajo y la potencia efectiva que se obtiene es muy elevada.
Barrido equicorriente o uniflujo
En los Diesel de 2 tiempos se emplean diversos tipos de barrido, entre ellos el barrido en lazo y el transversal. Uno de los más empleados por sus buenos resultado es el barrido equicorrientte, también llamado uniflujo.
Este sistema requiere la instalación de válvulas de escape con todos los elementos de de la distribución, lo cual complica su mecánica y elimina una de las ventajas de las sencillez del motor de 2 tiempos.
Las lumbreras de admisión se sitúan en la parte baja del cilindro y están orientadas de forma que la corriente de aire admitida adquiere un movimiento circular que barre tangencialmente el cilindro de abajo a arriba. Los gases son expulsados por la válvula de escape, que a sido abierta con la suficiente antelación para descargar la presión al final de la expansión, y cierra momentos después de que el pistón cubra las lumbreras de admisión. Los puntos de apertura y cierre de escape y ano dependen del desplazamiento del pistón, sino que pueden calcularse los ángulos más convenientes como en el motor de 4 tiempos. En este caso, el diagrama de distribución correspondienteal escape puede ser asimétrico.
La válvula de escape permite un barrido muy eficiente, además, al no existir la lumbrera de escape, se logra un mejor aprovechamiento de la presión de la combustión debido a que aumenta la carrera de expansión. Las ventajas que esto aporta compensan, en la mayoría de los casos, la complejidad mecánica que supone la instalación de las válvulas.
Pregutas
1. ¿Qué funciones cumple el pistón en un motor de dos tiempos?
Controla la apertura y cierre de las lumbreras en su desplazamiento.
Realiza la compresión de los gases en la cámara de combustión por su parte superior.
Lleva a cabo la precompresión de los gases en el cárter por su parte inferior.
2. Explica el ciclo de funcionamiento de dos tiempos.
Primer tiempo
Final del escape o barrido.
Admisión al cárter.
Compresión y encendido.
Segundo tiempo
Expansión.
Escape.
Precompresión en el cárter.
Carga del cilindro.
4. ¿Cuales son las razones del bajo rendimiento volumétrico del motor de dos tiempo?
La eficacia en el intercambio de gases en el motor de dos tiempos está condicionada por el hecho de tener que realizar los procesos de admisión y escape de forma prácticamente simultánea y durante un reducido ángulo de giro del cigüeñal. Por esta razón el llenado de los cilindros y por consiguiente el rendimiento volumétrico no es tan bueno como en los motores de 4 tiempos.
5. ¿Qué ventajas aporta la instalación de una válvula de lengüeta en la lumbrera de admisión?
Se sitúan sobre el conducto de entrada del cárter de manera que cuando el pistón sube genera una depresión en el interior del cárter que abre las láminas de la válvula y permite la entrada de los gases. Las láminas se cierran cuando la presión en el cárter es igual o superior a la exterior evitando así que se produzca retorno de los gases cuando son comprimidos por el descenso del pistón. Algunos sistemas incluyen una cámara de vibración cuya función es recoger la mezcla que retorna cuando se cierra la válvula para evitar que vuelva a pasar por el carburador modificando su riqueza.
La apertura o cierre de la lumbrera de admisión ya no depende únicamente del movimiento del pistón, si no también de la presión existente en el cárter; de esta manera el llenado es más eficaz, ya que los movimientos de la válvula se adaptan al número de revoluciones, lo que produce una mejora en el rendimiento volumétrico del motor.
6. ¿qué ángulo gira el cigüeñal entre la apertura de la lumbrera de escape y la de admisión y por qué?
Entre la apertura de ambas lumbreras debe transcurrir de 10º a 15º de giro del cigüeñal para garantizar que la presión baja lo suficiente como para permitir la entrada de gases frescos procedentes del cárter. Los gases comprimidos en el cárter entran en el cilindro a través de la lumbrera de expansión provocando el efecto de barrido sobre los gases quemados que aún permanecen en el cilindro.
7. ¿En que consiste el barrido?
Al no existir una depresión que aspire los gases al interior del cilindro, estos tienen que ser introducidos a presión desde el cárter, esto provoca un efecto de barrido que es aprovechado para desalojar a los gases quemado, y puesto que la lumbrera de escape permanece abierta después de cerrarse la transferencia, es inevitable la perdida de una pequeña cantidad de gases frescos
8. ¿Como se realiza el barrido en lazo?
9. ¿Qué diferencia existen entre el barrido en lazo y el transversal?
11. ¿Qué ventajas tiene el motor de dos tiempos respecto al de cuatro tiempos?
El motor Otto de dos tiempos tiene una construcción sencilla, carece de distribución y engrase.
12. ¿Por que motivo el cigüeñal y la biela giran sobre rodamientos en lugar de hacerlo sobre cojinetes de fricción?
Los cojinetes de fricción necesitan para su correcto funcionamiento engrase a presión, sin embargo los rodamientos pueden funcionar con pequeñas cantidades de aceite.
13. ¿Que tipo de cámara de combustión usan generalmente los motores de dos tiempo?
Tiene forma semiesferica, este tipo de cámara es posible gracias a la ausencia de válvulas, presenta una reducida superficie respecto a su volumen, lo cual favorece el proceso de combustión y permite relaciones de compresión altas.
14 Explica el proceso de barrido en los motores Diesel.
Se caracterizan porque el movimiento de rotación se obtiene directamente en el pistón o rotor, que tiene forma triangular y gira impulsado por la combustión que se produce en las tres cámaras radiales.
En una vuelta del rotor tienen lugar los procesos de admisión, compresión, expansión y escape, en cada una de las tres caras del rotor. Su funcionamiento es similar a los motores de cuatro tiempos con tres cilindros, con la diferencia de que en el rotativo se obtienen tres explosiones en cada vuelta.
En el motor alternativo se obtiene un movimiento rectilíneo cuyas fuerzas causan desgastes irregulares y desequilibrios que producen vibraciones, por el contrario el motor rotativo tiene claras ventajas, puesto que funciona con mayor suavidad, pudiéndose alcanzar un elevado numero de revoluciones.
Los procesos de admisión y escape se realizan mediante lumbreras que son controladas por el giro del rotor, se prescinde del sistema de distribución
2. Constitución
El motor rotativo tiene una construcción sencilla.
El bloque o carcasa, se fabrica en aleación ligera. En su interior se encuentra la camisa, que constituye la superficie de rozamiento con el rotor, Para mejorar la resistencia al desgaste se superpone una capa de cromomolibdeno con un recubrimiento de grafito qu eaporta cualidades autolubricantes. La forma interior de la camisa permite que el rotor pueda girar en su interior y mantener los tres vértices e contacto permanente con la camisa
Sobre la carcasa y en sentido radial, van ubicadas las lumbreras de admisión y escape, a trasvés de las cuales se realiza el intercambio de gases
Las bujías se sitúan en el lado opuesto a las lumbreras, en la periferia se practican las cámaras para el líquido refrigerante. El bloque queda cerrado por dos piezas laterales, atornilladas ala carcasa con una junta.
El rotor tiene forma de prisma triangular con 3 lados ligeramente convexos en cada uno de los lados se practica una cámara de combustión en forma de bañera alargada
En el centro del rotor hay un orificio con un dentado interno, que en uno de sus lados engrana con un piñón que permanece fijo en el lateral de la carcasa. Este engranaje sirve de apoyo al rotor para mantener su giro excentrico dentro de la camisa epitrocoide.
En el interior del orificio se sitúa el árbol motriz. Apoyado en sus extremos sobre cojinetes en las piezas laterales. Fijado a él se sitúan las excénticas que encajan en los orificios de los rotores.
La transmisión de fuerzas entre el rotor y el árbol motriz se realiza a través de la excéntrica, sobre el que empuja el rotor al girar, de esta forma el árbol de excéntricas actúa de la misma manera que el cigüeñal en el motor de pistón alternativo.
Generalmente se construyen motores de 2 o 3 rotores, con cilindradas de 600 a 700 cm3 por cada rotor.
La estanqueidad de las 3 cámaras durante del giro del rotor se consigue mediante los segmentos.
Los vértices del rotor van ranurados para alojar a los segmentos. En las esquinas se montan unos bulones que permiten un pequeño giro para adaptarse a las paredes de la camisa con el ángulo más adecuado.
También es necesario estanqueizar los laterales del rotor; para ello se instalan 3 regletas en cada uno de sus lados, alojadas en sus ranuras y provistas de muelles expansores que aseguran el contacto con las paredes laterales.
Las cámaras de combustión están formadas por un pequeño vaciado en el centro de cada lado del rotor. Estas cámaras presentan una gran superficie respecto a su volumen, y el frente de llama tiene largos recorridos durante la inflamación. Para lograr una combustión más completa se emplean 2 bujías separadas entre sí de 15º a 20º.
Los sistemas de refrigeración y engrase son similares a los que montan los motores de pistón alternativo aunque con algunas particularidades.
La lubricación de los segmentos se realiza añadiendo aceite al combustibles mediante un dispositivo que dosifica la cantidad en función de las revoluciones y de la carga del motor. Otro sistema consiste en inyectar desde el rotor una determinada cantidad de aceite sobre las paredes de la camisa.
3. Funcionamiento del motor rotativo
El rotor de forma triangular gira sobre una excéntrica situada en el árbol motriz o eje de salida de par. Durante su rotación, los 3 vértices del rotor están en permanente contacto con la superficie interna de la camisa en forma de curva epitrocoidal.
El dentado interno del rotor engrana con un piñón estacionario que describe órbitas alrededor de el. El giro del rotor es transmitido al árbol motriz a través de la excentrica, de manera que por cada revolución del rotor el árbol motriz gira tres vueltas (el dentado interno describe tres órbitas alrededor del piñón estacionario).
En cada una de las 3 cámaras que se forman entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo un ciclo de 4T en una vuelta del rotor. es decir, 3 ciclos completos por revolución. Esto significa que el rotor recibe un impulso cada 120º (360º en el árbol motriz).
Estudio del ciclo de funcionamiento 1º Admisión
La admisión de la mezcla aire combustible comienza cuando el vértice descubre la lumbre de admisión. El desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara, que va llenándose con los gases frescos, hasta que vértice cierra la lumbrera.
2º compresión
La mezcla admitida queda encerrada en la cámara del lado, que ahora disminuye su volumen dando lugar a la compresión de los gases. Antes de llegar a la máxima compresión, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de chispa en las bujias, por los que se inicia la combustión.
3º Expansión
El rápido aumento de presión, que produce la combustión, impulsa el giro del rotor mientras se realiza la expansión de los gases, la cual se prolonga hasta que el vértice abre la lumbrera de escape.
4º Escape
Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cámara hasta completar el proceso, una vez que el vértice rebasa la lumbrera de escape
3.1 Volumen de las cámaras
El volumen máximo de las cámaras o volumen unitario, se calcula en función de la excentricidad, o de distancia entre el centro del árbol motriz y el centro del rotor. El radio o distancia entre el centro del rotor y el vértice, y el ancho de la cámara.
3.2 Par motor
El rotor esta apoyado en la excéntrica del árbol motriz. La presión de la combustión es ejercida sobre el flanco del rotor y aplicada directamente sobre la excéntrica. La fuerza de la presión se descompone en dos direcciones, una hacia el centro del árbol motriz, y otra en la dirección del giro del rotor, que supone la fuerza con que es impulsado el rotor. El par motor se determina mediante la siguiente formula.
M = Ft · e
3.3 Diagrama de distribución
El diagrama de distribución representa los ángulos correspondientes a cada uno de los tiempos del ciclo. Los puntos de comienzo y final de la admisión y el escape quedan determinados por la situación de las lumbreras y están marcados por uno de los vértices del rotor cuando gira una vuelta completa.
Ventajas e inconvenientes de los motores rotativos
La ventaja principal de los motores rotativos es que la rotación se genera directamente en el pistón, por lo que se obtiene un par muy uniforme y un funcionamiento sin apenas vibraciones, que puede alcanzar un elevado numero de revoluciones.
Utiliza muy pocas piezas en movimiento, ya que no necesita cigüeñal, bielas, pistones, válvulas ni árbol de levas, por lo que resulta de gran simpleza mecánica y peso reducido, ademas se consigue una alta potencia especifica.
Unos de los inconvenientes es un alto consumo de combustible a cargas parciales, otro problema reside en las dificultades que presenta los segmentos para conseguir una buena estanqueidad en las cámaras y una larga duración.
Preguntas
1. ¿Cuales son los elementos móviles del motor rotativo?
rotor y árbol motriz
2. ¿A través de qué elemento se extrae el giro del rotor?
Apoyado en sus extremos sobre cojinetes en las piezas laterales. Fijado a él se sitúan las excéntricas que encajan en los orificios de los rotores. La transmisión de fuerzas entre el rotor y el árbol motriz se realiza a través de la excéntrica, sobre el que empuja el rotor al girar, de esta forma el árbol de excéntricas actúa de la misma manera que el cigüeñal en el motor de pistón alternativo.
3.¿Que relación de transmisión existe entre el rotor y el árbol motriz?
Cuando el rotor avanza 120º, el árbol motriz o eje de salida a girado 360º ,cuando el motor alcanza un régimen de 3.000 rpm, el rotor gira solamente a 1.000 rpm. Como consecuencia, el par motor es más uniforme y se dispone de mas tiempo para realizar el intercambio de gases.
4. ¿Que procesos se realizan en una cara del rotor durante una vuelta?
En cada una de las tres cámaras que se forman entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo en un ciclo de tiempos en una vuelta de rotor, es decir, 3 ciclos completos por revolución. esto significa que el rotor recibe un impulso cada 120º (360º en el árbol motriz)
5. ¿Cuantos segmentos son necesarios para garantizar la estanqueidad de las cámaras?
3 segmentos en los vértices del motor y 6 segmentos de los laterales.
6. ¿Como se lubrican los segmentos?
La lubricación de los segmentos se realiza añadiendo aceite al combustible mediante un deposito que dosifica la cantidad en función de las revoluciones y de la carga del motor. Otro sistema consiste en inyectar desde el rotor una determinada cantidad de aceite sobre las paredes de la camisa.
7.¿Por qué motivo en algunos motores rotativos se colocan dos bujías de encendido?
Por que las cámaras presentan una gran superficie respecto a su volumen y el frente de llama tiene largos recorridos durante la inflamación.
8. Explica cómo se desarrollan los 4 tiempos del ciclo de funcionamiento. 1º Admisión
La admisión de la mezcla aire combustible comienza cuando el vértice descubre la lumbre de admisión. El desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara, que va llenándose con los gases frescos, hasta que vértice cierra la lumbrera.
2º compresión
La mezcla admitida queda encerrada en la cámara del lado, que ahora disminuye su volumen dando lugar a la compresión de los gases. Antes de llegar a la máxima compresión, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de chispa en las bujias, por los que se inicia la combustión.
3º Expansión
El rápido aumento de presión, que produce la combustión, impulsa el giro del rotor mientras se realiza la expansión de los gases, la cual se prolonga hasta que el vértice abre la lumbrera de escape.
4º Escape
Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cámara hasta completar el proceso, una vez que el vértice rebasa la lumbrera de escape
Con el fin de obtener un buen rendimiento térmico, durante el proceso de combustión se generan temperaturas muy altas, pudiéndose superar de forma instantánea los 2.000 ºC. La expansión y posterior expulsión de los gases quemados y la entrada de gases frescos evacuan parte de este calor. Sin embargo, las temperaturas siguen siendo tan altas que podrían originar grandes dilataciones y deformaciones permanentes si no se dispone de un sistema de refrigeración.
Los elementos más afectados por el calor son los que quedan próximos a la cámara de combustión: la parte alta del cilindro, la cabeza del pistón, la culata y las válvulas, especialmente la de escape. El calor pasa a través de ellos y debe ser evacuando hacia el exterior en cantidad suficiente para que queden protegidos, por esta razón deben ser buenos conductores del calor.
Temperatura de funcionamiento de algunos elementos del motor:
Válvula de escape 750 ºC
Válvula de admisión 350 ºC
Cabeza del pistón 350 ºC
Culata 300 ºC
Segmentos 250 ºC
Cilindro 200 ºC
1.1. Transmisión de calor
El calor se transmite a través de los cuerpos sólidos, de los líquidos y de los gases, y lo hace siempre desde un elemento más caliente a uno más frío.
La cantidad de calor transmitida a través de las paredes metálicas hasta el fluido refrigerante (aire o agua) depende de los siguientes factores:
Coeficiente de conductividad del metal; Las aleaciones de aluminio son mejores conductoras de calor que las de hierro.
La superficie y espesor de la pared metálica; El flujo de calor es más eficiente a medida que aumenta la superficie y disminuye el espesor.
La diferencia de temperaturas entre la superficie metálica y el refrigerante.
Por término medio, el sistema de refrigeración evacua el 30% del calor, y a través de los gases de escape del 30% al 35%, por lo que solamente, entre un 35% y un 40% del calor generado es convertido en trabajo. A esta cifra hay que restar la pérdida mecánica (10% aproximadamente).
1.2. Refrigeración
La función de la refrigeración es mantener el motor dentro de unos límites de temperatura que no perjudiquen a sus componentes, y a la vez lograr un buen aprovechamiento del calor obtenido en la combustión.
La temperatura óptima de funcionamiento se denomina temperatura de régimen, en la cual se dan las condiciones más favorables para que el motor obtenga un buen rendimiento. Por lo tanto, el sistema de refrigeración debe permitir alcanzar esta temperatura con rapidez y mantenerla, independientemente de las condiciones ambientales.
Por debajo de la temperatura de régimen no es posible una buena gasificación del combustible y la lubricación es deficiente por encontrarse el aceite muy viscoso.
Con temperaturas superiores empeora la carga de los cilindros y aumenta el riesgo de autoencendido en los motores Otto. El aceite lubricante se fluidifica en exceso y se deteriora más rápidamente, además existe el riego de deformaciones o de gripado del motor.
Los sistemas utilizados habitualmente para realizar la refrigeración puede ser de dos tipos:
Refrigeración por aire.
Refrigeración por agua.
2. REFRIGERACIÓN POR AIRE
En este tipo de refrigeración, el motor cede calor directamente al aire que se pone en contacto con él.
Para facilitar el acceso del aire, el bloque de estos motores está constituido por cilindros independientes. A su alrededor se funden unas aletas, cuyo objetivo es aumentar la superficie, tanto del cilindro como de la culata, lo que permite que haya más cantidad de aire en contacto con las zonas calientes.
Las aletas se disponen sobre el motor de manera uniforme, sus dimensiones y formas dependen de las características del motor y de la cantidad de calor que deben evacuar. Así, sobre la culata y la parte alta del cilindro, las aletas son de mayor tamaño y disminuyen en su parte baja.
La cantidad de calor evacuado no solo está en función de la superficie, si no también del volumen de aire que circula a través del motor. El suministro de aire se puede hacer de dos formas:
Refrigeración por el aire de la marcha.
Refrigeración por aire forzado.
La refrigeración por aire de la marcha se utiliza en motocicletas en las cuales el aire de la marcha tiene buen acceso a las partes calientes del motor. Este método es el más sencillo, puesto que no necesita ningún mecanismo adicional, pero tiene el inconveniente de que la refrigeración es irregular al tener que depender de la velocidad de la marcha.
La refrigeración por aire forzado se monta en algunas motocicletas de tipo scooter y en automóviles donde el aire solamente tiene acceso al motor de manera forzada.
Un ventilador, movido desde el cigüeñal, crea una corriente de aire que se canaliza hasta los cilindros, de forma que el caudal aumenta a medida que crecen las revoluciones, haciendo mas efectiva la refrigeración.
El sistema puede incorporar un termostato, que regula el caudal de aire hacia los cilindros mediante trampillas, en función de la temperatura del motor.
Ventajas e inconvenientes de la refrigeración por aire
Se pueden destacar las siguientes ventajas e inconvenientes de este sistema,
Ventajas
La principal ventaja es su sencillez, lo cual conlleva un menor número de averías, menor peso y menor coste de fabricación y mantenimiento.
La temperatura de régimen se alcanza más rápidamente, por lo que se reducen los desgastes del funcionamiento en frío.
Se mantienen temperaturas más altas, por lo que el rendimiento térmico es mayor.
Inconvenientes
Las mayores temperaturas obligan a aumentar el juego de montaje entre las piezas, los riesgos de autoencendido crecen y empeora el llenado de los cilindros.
El motor es más ruidoso al no existir las cámaras de agua que amortiguan el ruido, por el contrario las aletas lo multiplican.
La refrigeración por aire es utilizada en motocicletas equipadas con motores pequeños y mediana cilindrada de dos y cuatro tiempos; En automóviles su uso es muy poco frecuente, debido a que ofrece mayores ventajas la refrigeración por agua.
3. REFRIGERACIÓN POR AGUA
El sistema de refrigeración por agua utiliza un líquido a base de agua como medio para extraer el calor del motor y transportarlo hasta el radiador donde es cedido al aire. Este método tiene la ventaja de que proporciona una refrigeración mas eficaz y uniforme permitiendo mantener la temperatura más estable.
Le líquido refrigerante se desplaza por un circuito cerrado entre el motor y el radiador, Este líquido es impulsado por una bomba centrífuga, que lo hace circular por las cámaras practicadas en el bloque alrededor de los cilindros, y por la culata, rodeando las cámaras de combustión. Parte del calor es transmitido al líquido que pasa al radiador y lo recorre cediendo calor al aire que lo atraviesa. La corriente de aire es suministrada por el ventilador y por el viento de la marcha. Una vez refrigerado, el líquido vuelve al motor para repetir el recorrido.
El paso del líquido a través del radiador provoca una diferencia de temperaturas entre la salida y la entrada al motor de 5ºC a 8ºC, de forma que no se somete a los materiales a excesivas tensiones térmicas.
El líquido de refrigeración puede ser utilizada con otros fines:
Para calefacción del habitáculo.
Calentamiento del colector de admisión.
Refrigeración del aceite de engrase.
Refrigeración del aceite de engrase.
Refrigeración del aceite del cambio automático.
El circuito de refrigeración por agua lo constituyen los siguientes elementos:
La bomba.
El radiador.
El termostato.
El ventilador.
El liquido refrigerante.
3.1 La bomba de agua
La bomba de agua impulsa el líquido de refrigeración, desplazándolo por e circuito. Es de tipo centrífugo y recibe movimiento del cigüeñal por medio de una correa.
El motor genera más calor a medida que aumenta el número de revoluciones. También el caudal de líquido que manda la bomba es mayor y permite aumentar la capacidad de refrigeración.
La bomba de agua está que formada por un árbol de mando que gira sobre cojinetes de bolas y recibe movimiento a través de la polea que se monta sobre el cubo. En el otro extremo del árbol se encuentra el rotor o turbina, cuyas aletas, al girar, hacen circular el líquido. El conjunto va montado sobre el cuerpo de la bomba. Con el fin de evitar fugas entre el cuerpo y el eje se disponen las juntas de estanqueidad.
La bomba de agua se monta habitualmente sobre el bloque, a la altura de los cilindros, de manera que impulse el líquido procedente del radiador hacia el interior del motor. Esta posición permite que la bomba se encuentre siempre por debajo del nivel del líquido impidiendo el descebado.
El accionamiento de la bomba de agua puede hacerse a través de la correa de accesorios o de la correa de distribución.
La correa de accesorios puede ser del tipo trapezoidal, o de las denominadas poly V.
La correa trapezoidal se ajusta lateralmente a la garganta de la polea, dejando un espacio en el fondo que permite ser acuñada para asegurar la trasmisión de fuera. Si no existe esta holgura la correa patina.
La correa poly V es más plana y presenta una serie de canales longitudinales, es muy flexible, tiene gra resistencia a la tracción y pude usarse por ambas caras. Actualmente son muy utilizadas como correas de accesorios; accionan además de la bomba de agua, el alternador, el compresor para el aire acondicionado, la bomba de la dirección asistida, etc.
3.2 El radiador
El radiador es un intercambiador de calor entre líquido y aire. El calor, transmitido al líquido refrigerante por el motor, es cedido en parte al aire a su paso por el radiador. Se sitúa sobre el vehículo de tal forma que pueda recibir el viento de marcha. Adicionalmente se coloca un ventilador que suministra una corriente de aire.
La eficacia de un radiador depende principalmente de la superficie expuesta al aire y de su coeficiente de transmisión calorífica.
El radiador está formado por un cuerpo y dos depósitos. El cuerpo del radiador lo componen unos finos tubos que comunican ambos depósitos. Entre los tubos se sueldan unas aletas cuya misión es aumentar la superficie de contacto con el aire, el agua que circula por los tubos cede su calor a través de las aletas. Sobre los depósitos se instalan la toma de entrada y la de salida de líquido y la boca de llenado.
Los tubos y aletas del radiados pueden ser de latón o cobre, aunque actualmente la mayoría se fabrican en aluminio por ser un material con buena conductividad térmica, ligero y que permite un laminado muy fino.
Los depósitos, que antes se fabricaban de chapa de latón, ahora son generalmente de plástico y van engarzados con interposición de una junta.
Los radiadores pueden ser de flujo vertical o de flujo transversal, dependiendo del sentido en que se desplace el líquido en su interior.
En los de flujo vertical los depósitos de sitúan en las parte superior e inferior y el liquido pasa de arriba a abajo.
En los radiadores de flujo transversal los depósitos se colocan a los lados y el líquido se desplaza horizontalmente. Tienen la ventaja de que permiten adaptarse al bajo frontal de los automóviles. Actualmente se imponen por motivos aerodinámicos y de diseño.
Los radiadores más usados son los de flujo transversal, con los tubos y aletas de aluminio y los depósitos de plástico. El resultado es un conjunto resistente, ligero y con buenas cualidades para transmitir el calor.
Los conductos de unión entre el radiador y el motor son manguitos de goma con inserciones de fibras textiles; son resistentes al calor y muy flexibles. Absorben las vibraciones y los movimientos del motor respecto al radiador. La estanqueidad de los manguitos queda asegurada mediante abrazaderas.
Tanto las dimensiones del radiador como el caudal de la bomba se calculan para obtener una refrigeración adecuada a la característica del motor.
Circuito de refrigeración presurizado
El circuito de refrigeración es totalmente hermético, se lena de líquido refrigerante y se extrae el aire. El líquido sufre una dilatación cuando se calienta de modo que aumenta la presión interior y se contrae al enfriarse. Para compensar estos cambios de volumen se añade al circuito un depósito o vaso de expansión comunicado con el radiador. La entrada y salida de líquido está controlado por una válvula de sobrepresión y otra de depresión que se disponen en el tapón del radiador o bien en el tapón del propio depósito de expansión.
La válvula de sobrepresión está tarada, según el tipo de motor, entre 1 y 1,6 bar. Esto permite conseguir temperaturas de 110 a 120 ºC sin que se produzca ebullición. La válvula de depresión abre con una presión negativa de 0,1 a 0,2 bar. El deposito de expansión contiene líquido a un nivel de aproximadamente la mitad de su volumen con el fin de que pueda admitir líquido procedente del radiador.
Válvulas sobre el tapón del radiador
Cuando el líquido se calienta aumenta la presión, la válvula se abre y el líquido pasa en forma de vapor al depósito de expansión a través del tubo de unión.
Cuando la temperatura del liquido desciende, el volumen se contrae, creando un vacío en el interior del circuito. En este momento se abre la válvula de presión lo que permite el retorno del líquido al radiador, donde se restablece la presión. El vaso expansor va comunicado a la atmósfera, con lo cual al variar el nivel la `presión interna no cambia.
Válvula sobre el tapón de depósito de expansión
En este caso también el depósito queda presurizado, de modo que cuando llega el líquido procedente del radiador, sube del nivel creándose una presión interna. si llega a superarse la presión de tarado de la válvula, esta se abre liberando aire al exterior. A medida que el refrigerante se va enfriando, la presión hace que pueda regresar el líquido al radiador. Si se ha expulsado aire durante al expansión, se creara ahora un vacío que abrirá la válvula de depresión, que comunica con el exterior, permitiendo restablecer la presión interna.
De esta forma se mantiene la presión en el circuito dentro de unos limites sin pérdidas de líquido.
3.3. El termostato
Durante el funcionamiento del motor en frío es cuando se producen los mayores desgastes y el consumo de combustible es más elevado. Por lo tanto, es preciso que, una vez puesto en marcha, alcance su temperatura de régimen lo más rápidamente posible (entre 80 y 90ºC). Con este fin se intercala en el circuito de refrigeración un termostato.
El termostato es una válvula térmica que controla el paso de líquido entre el motor y el radiador, de manera que solo cuando el refrigerante ha alcanzado la temperatura adecuada (unos 85ºC), se abre dejándolo pasar al radiador.
Constitución y funcionamiento
Esta formado por una capsula cerrada herméticamente que contiene cera. En su interior se introduce una varilla, que queda rodeada por una membrana de goma, por el otro extremo, la varilla se apolla en la carcasa del termostato. Unida a la capsula se encuentra la válvula que se mantiene cerrada en frío por la fuerza del muelle.
Su funcionamiento se basa en el elevado coeficiente de dilatación que poseen ciertos materiales como la cera o la parafina. Cuando el líquido refrigerante calienta la capsula que contiene la cera, esta se dilata, comprime la goma y expulsa la varilla. Como la varilla hace tope en la carcasa, se desplaza la capsula que vence la fuerza del muelle y abre la válvula.
Generalmente la válvula comienza a abrirse entre los 80º y los 86ºC y se encuentra totalmente abierta entre los 95º y los 100ºC, con un desplazamiento de la válvula entre ambas posiciones de 7 a 8 mm.
El circuito controlado por el termostato funciona de la siguiente manera:
Cuando la temperatura del refrigerante es baja, el termostato mantiene cerrado el paso de líquido al radiador, y únicamente circula por el interior de motor, logrando que se caliente con rapidez. Cuando se alcanza la temperatura de apertura, la válvula comienza a abrirse progresivamente hasta completar su recorrido máximo. De manera que el líquido puede pasar al radiador.
En caso de que la temperatura ambiente sea muy baja y disminuya la temperatura del refrigerante, el termostato cierra parcialmente, desviando solo una parte hacia el radiador y el resto circula por el interior del motor. De esta forma se mantiene la temperatura de régimen durante el funcionamiento del motor.
3.4. El ventilador
El ventilador suministra una corriente de aire, que unida a la que origina la marcha del vehículo, pasa a través del radiador e intercambia su temperatura con el líquido refrigerante.
El ventilador se fabrica generalmente de plástico, el caudal que suministra está en función de su diámetro, del número de palas, de la inclinación de estas y de la velocidad de giro. La distribución de las palas se hace de forma asimétrica para evitar el zumbido cuando gira a elevadas revoluciones.
El ventilador se puede situar por delante del radiador (soplante) o por detrás (aspirante). La corriente creada por el ventilador atraviesa el radiador y después se dirige al motor, ventilando sus elementos externos. En ocasiones, el aire canaliza mediante una cubierta que envuelve el ventilador dirigiendo la corriente para evitar que se disperse.
El caudal y la velocidad de la corriente de aire son factores que determinan la cantidad de calor extraída al radiador. Por tanto, el ventilador se utiliza como elemento regulador de la temperatura del motor, para lo cual su accionamiento ha de estar en función de la temperatura del líquido refrigerante, independientemente del número de revoluciones del motor.
Electroventilador
Se llama así al ventilador movido por un motor eléctrico cuya potencia depende de las características del ventilador (de 80 a 150 W). Si el vehículo va equipado con aire acondicionado esta potencia se triplica (300 a 400 W).
El ventilador se conecta y desconecta automáticamente mediante un interruptor térmico, tarado para la conexión entre 90 y 98ºC y la desconexión de 82 a 90ºC. Esta diferencia de 5 a 8ºCevita la excesiva frecuencia de accionamiento entre ambas posiciones.
El circuito eléctrico se compone de un termocontacto, un relé y el propio motor eléctrico.
El termocontacto consta de un elemento bimetálico que al calentarse se curva y cierra un contacto eléctrico. Se monta roscado con la junta de estanqueidad, en el depósito de salida del radiador, y su extremo va sumergido en el líquido con el objetivo de detectar su temperatura.
Funcionamiento
Hasta que el refrigerante alcanza la temperatura fijada, el termocontacto permanece abierto y el motor no recibe corriente. Cuando se llega a dicho valor de temperatura, el termocontacto cierra. El circito de mando del relé se activa y se cierran sus contactos principales, de esta forma el motor del ventilador queda alimentado.
El ventilador funciona mientras la temperatura del refrigerante esta por encima del valor fijado por la desconexión. De este modo se realiza la regulación de temperatura, haciendo funcionar el ventilador solamente cuando es neccesario.
Ventilador de acoplamiento viscoso
Con este sistema se consiguen dos velocidades de rotación del ventilador en función
La dirección está formada por un volante unido a un extremo de la columna de dirección. Esta a su vez se une por el otro extremo al mecanismo de dirección alojado en la propia caja.
Su misión consiste en dirigir la orientación de las ruedas, para que el vehículo tome la trayectoria deseada. Para ello utiliza una serie de elementos que transmiten el movimiento desde el volante hasta la ruedas.
1.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Relación de esfuerzos a transmitir
El par de giro es el producto de la fuerza por una distancia, en este caso el radio P = F · R. Por tanto, la desmultiplicación está en función de los diámetros del volante y el piñón de dirección.
Las fuerzas aplicadas y obtenidas son inversamente proporcionales a los radios de giro, ya que el momento de esfuerzo del volante es igual al momento resistente en la caja de dirección.
Relación de transmisión
Está determinada por la relación que existe entre el ángulo descrito por el volante y el ángulo obtenido en las ruedas.
En esta relación, también denominada desmultiplicación, influye fundamentalmente el mecanismo ubicado en la caja de dirección y el carillaje encargado de transmitir el movimiento de las ruedas.
1.2 DISPOSICIÓN DE LOS ELEMENTOS SOBRE EL VEHÍCULO
El conjunto de elementos que intervienen en la dirección está formado por los elementos siguientes:
Volante.
Columna de dirección.
Caja o mecanismo de dirección.
Timonería de mando o brazos de acoplamiento y de mando.
Ruedas.
En la figura se muestra una dirección de cremallera, la cual está unida a las ruedas mediante las barras de acoplamiento. En la otra se muestra una caja de dirección de tipo sinfín y sector dentado que necesita más timonería de mando para establecer la unión con las ruedas.
En funcionamiento, cuando el conductor acciona el volante unido a la columna de dirección transmite a las ruedas el ángulo de giro deseado. La caja de dirección y la relación de palancas realizan la desmultiplicación de giro y la multiplicación de fuerza necesaria para orientar las ruedas con el mínimo esfuerzo del conductor.
Los brazos de mando y acoplamiento transmiten el movimiento desde la caja de dirección a las ruedas.
En la tabla siguiente se desarrolla un ejemplo de características constructivas de una dirección mecánica, en este caso de cremallera.
Caracteristicas Dirección mecánica
Piñón de mando 7 dientes
Diámetro del volante 370 mm
Número de cardans en la columna 1 (2 con air bag
Recorrido de la cremallera 80 mm (neumáticos de 155)
72 mm (neumáticos de 165)
Relación de desmultiplicación 1/22
Número de vueltas entre topes 4,10 (recorrido de 80 mm)
3.68 (recorrido de 72 mm)
Diámetro de giro ente paredes 39º4 (recorrido de 80 mm)
34º2 (recorrido de 72)
Ángulo de giro de rueda interior 34º (recorrido de 80 mm)
30º40 (recorrido de 72 mm)
1.3 ESTUDIO DE LOS ÓRGANOS CONSTRUCTIVOS
Volante
Está diseñado con una forma ergonómica con dos o tre brazos, con la finalidad de obtener mayor facilidad de manejo y comodidad. Su misión consiste en reducir el esfuerzo que el conductor aplica a las ruedas. En elos vehículos con mayor equipamiento, generalmente está dotado de tres brazos para incorporar el dispositivo de seguridad pasiva de protección del conductor (airbag).
Columna de dirección
Está constituida por un árbol artuculado que une el mecanismo de dirección con el volante.
La columna de la dirección tiene una gran influencia en la seguridad pasiva. Todos los vehículos están euipados con una columna de dirección retráctil, formada por ods o tres tramos con el fin de colapsarse y no producir daños al conductor en caso de colisión. Estos tramos están unidos mediante juntas cardan y elásticas diseñadas para tal fin.
La columna de dirección permite la regulación del volante en altura y, en algunos casos, también la profundidad, para facilitar la conducción.
Caja o mecanismo de dirección
El movimiento giratorio del volante se transmite a través del árbol y llega a la caja de dirección, que transforma el movimiento giratorio en otro rectilíneo transversal al vehículo.
A través de las barras, articuladas con rótulas, el mecanismo de dirección alojado en la caja transmite el movimiento transversal a las bieletas o brazos de acoplamiento que hacen girar las ruedas alrededor del eje del pivote.
Existen los siguientes tipos de cajas o mecanismos de dirección:
Cremallera.
Cremallera de relación variable.
Tornillo sinfín y sector dentado.
Tornillo sinfín y rodillo.
Tornillo sinfín y dedo.
Tornillo sinfín y tuerca.
Tornillo sinfín y tuerca con bolas circulantes o recirculación de bolas.
En la mayoría de los turísmos, se utiliza la dirección de cremallera; sin embargo, en vehículos todo terreno y camiones, la más utilizada es la caja de tornillo sinfín y tuercas con bolas circulantes, también llamada de recirculación de bolas.
Cremallera
Este tipo de dirección se caracteriza por su mecanismo desmultiplicador (piñón-cremallera) y su sencillez de montaje. Elimina parte de la timonería de mando.
La dirección de cremallera está constituida por una barra en la que hay tallada un dentado de cremallera, que se desplaza lateralmente en el interior de un cárter apoyada en unos casquillos de bronce o nylón. Está accionada por un piñón, montado en un extremo del árbol del volante, engranando con la cremallera.
Es la más utilizada en los vehículos de turismo, sobre todo en los de motor y tracción delantera, porque disminuye notablemente los esfuerzos del volante. Es suave en los giros y tiene rapidez de recuperación, resultando una dirección estable y segura.
La cremallera se une directamente a los brazos de acoplamiento de las ruedas a través de dos bielas de dirección. en cuyo extremo se sitúan las rótulas que, a su vez. son regulables para modificar la convergencia.
Dirección de cremallera de relación variable
En las direcciones mecánicas de cremallera con relación constante, se realiza el mismo esfuerzo sobre el volante tanto en maniobras de aparcamiento como en carretera.
Sin embrago, en las maniobras de aparcamiento. es necesaria una dirección con relación de reducción elevada para disminuir el esfuerzo en el volante, lo que implica una disminución de la sensibilidad en la conducción durante la marcha.
Con una relación de reducción inferior se evita la falta de sensibilidad, pero la maniobrabilidad en parado resulta más difícil.
Estos problemas se resuelven con la adopción de la dirección de cremallera de relación variable.
La principal característica constructiva de esta dirección es la cremallera, la cual dispone de unos dientes con:
Módulo variable.
Ángulo de presión variable.
Está accionada por un piñón normal.
En la parte central de la cremallera, los dientes tienen un módulo variable, de tal forma que permite:
Una relación corta ideal, para la conducción durante la marcha en linea recta,
El módulo se reduce progresivamente cuando la cremallera se desplaza hacia sus extremos, reduciendo así el esfuerzo de maniobrabilidad en el estacionamiento.
Tornillo sinfín
Es un mecanismo basado en un tornillo sinfín. Puede ser cilíndrico o globoide. Está unido al árbol del volante para tranmitir su movimiento de rotación a un dispositivo de traslación que engrana con el mismo, generalmente un sector, una tuerca, un rodillo o un dedo, encargados de transmitir el movimiento a la palanca de ataque y ésta a su vez a las barras de acoplamiento.
Tornillo sinfín y sector dentado
Está formado por un sinfín cilíndrico, apoyado en sus extremos sobre dos cojinetes de rodillo cónico. El movimiento se transmite a la palanca de mando a través de un sector dentado, cuyos dientes engranan con el tornillo sinfín en toma constante.
Tornillo sinfín con rodillo
Está formado por un sinfín globoide apoyado en cojinetes de rodillos cónicos. Un rodillo está apoyado en el tornillo sinfín, que al girar desplaza lateralmente el rodilo produciendo un movimiento angular en el eje de la palanca de ataque.
Tornillo sinfín y dedo
Esta formado por un sinfín cilíndrico y un dedo o telón. Al girar el sinfín. el dedo se desplaza sobre las ranuras del sinfín transmitiendo un movimiento oscilante a la palanca de atraque.
Tornillo sinfín y tuerca
Está formado por un sinfín cilíndrico y una tuerca. Al girar el sinfín produce un desplazamiento longitudinal de la tuerca. Este movimiento es transmitido a la palanca de ataque unida a la tuerca.
Tornillo sinfín y tuerca con hilera de bolas
Este mecanismo consiste en intercalar una hilera de bolas entre el tornillo sinfín y una tuerca. Esta a su vez dispone de una cremallera exterior que transmite el movimiento a un sector dentado, el cual lo transmite a su vez a la palanca de ataque.
Tirantería de dirección
La tirantería de dirección está constituida por un conjunto de elementos que transmite el movimiento desde el mecanismo de dirección a las ruedas. Generalmente se utilizan dos sistemas, uno aplicado a la dirección de cremallera y otro aplicado a la dirección de tornillo sinfín.
Palanca de ataque
También llamada palanca o biela de mando, va unida a la salida de la caja de dirección mediante un estriado fino. Recibe el movimiento de rotación de la caja de dirección para transmitirlo, en movimiento angular, ala barra de mando.
Barra de mando
El movimiento direccional se transmite por medio de una barra de mando unida, por un lado, a la palanca de ataque y, por el otro, a las barras de acoplamiento de la dirección.
En estos sistemas, el macanismo de dirección ataca directamente los brazos de acoplamiento de las ruedas, como ocurre en las direcciones de cremallera.
Brazos de acoplamiento
Estos elementos transmiten a las ruedas el movimiento obtenido en la caja de la dirección y constituyen el sistema direccional para orientar las mismas.
Este sistema está formado por unos brazos de acoplamiento montados sobre las manguetas de forma perpendicular al eje de las ruedas y paralelos al terreno.
Estos brazos llevan un cierto ángulo de inclinación para que la prolongación de sus ejes coincida sobre el centro del eje trasero y tienen por misión el desplazamiento lateral de las ruedas directrices.
Barras de acoplamiento
También se llaman bieletas de dirección. Realizan la unión de las dos ruedas por medio de una o varias barras de acoplamiento, según el sistema empleado. Las barras de acoplamiento realizan la unión de los dos brazos para que el movimiento en las dos ruedas sea simultaneo y conjugado, al producirse el desplazamiento lateral en una de ellas.
Están formadas por un tubo de acero en cuyos extremos van montadas las rótulas, cuya misión es hacer elástica la unión entre los brazos de acoplamiento de las ruedas y adaptarlas a las variaciones de longutud producidas por las incidencias del terreno. Sirven además para la regulación de la convergencia de las ruedas.
2. GEOMETRIA DE LA DIRECCIÓN
Para determinar la posición de las ruedas en movimiento, tanto en línea recta como en curva, todos los órganos que afectan a la dirección, suspensión y ruedas tienen que cumplir unas condiciones geométricas, que están determinadas por la geometría de giro y la geometría d elas ruedas.
Estas condiciones permiten la orientación de las ruedas delanteras con seguridad y precisión para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor.
La suspensión desarrolla el control de dos parámetros fundamentales:
Posición de la rueda respecto al pavimento.
Movimientos longitudinales de la rueda.
2.1. Geometría de giro
Cuando el vehículo toma una curva, la trayectoria recorrida por cada una de las ruedas es diferente, porque tienen distinto radio de curvatura. Por tanto, la orientación que hay que dar a cada una de ellas es distinta.
Este efecto director está dado por las dos ruedas directrices y resulta evidente que deben de funcionar de manera simultánea.
La geometría de giro se consigue dando a los brazos de acoplamiento una inclinación determinada de forma que, cuando el vehículo circula en linea recta, la prolongación de los ejes d elos brazos de mando debe coincidir con el centro del eje trasero.
Para conseguir que cada una de las ruedas delanteras tome la posición adecuada para que sus ejes de giro se corten en el punto O es necesario disponer de un trapecio articulado llamado trapecio de dirección o de ackerman, el cual está formado por el propio eje delantero, dos brazos de acoplamiento, y una barra de acoplamiento.
Los brazos de acoplamiento están unidos a las manguetas de las ruedas sobre las que giran estas y también están articulados sobre la barra de acoplamiento.
Como el ángulo que forma la mangueta y el brazo de dirección no es recto, al girar una de las manguetas un angulo, la otra girará en un ángulo distinto, de forma que la rueda del interior de la curva siempre gira más que la del exterior, para permitir un trazado correcto de curva de distinto radio.
Para evitar el arrastre de las ruedas al tomar una curva, debe cumplirse el principio de Ackerman: Las trayectorias descritas por las cuatro ruedas del vehículo al describir una curva han de ser circunferencias concéntricas. Es decir, debe haber un solo centro de giro para las cuatro ruedas, llamado centro instantáneo de giro (CIG).
Como el puente trasero es normalmente rígido o compuesto por dos semiejes alineados, el centro de giro del vehículo tiene que estar en la prolongación de este eje, por tanto, esta exige que el mecanismo de dirección tenga que girar ángulos desiguales para las ruedas delanteras, siendo siempre mayor el ángulo de la rueda interior, respecto a la rueda exterior.
2.2. GEOMETRÍA DE LAS RUEDAS
Para obtener una dirección segura y fácil de manejar, las ruedas tienen que obedecer al volante y su orientación no debe alterarse con las irregularidades del pavimento. Para ello, es necesario que las ruedas cumplan una serie de condiciones geométricas, denominadas cotas de dirección.
Estas son las siguientes:
Ángulo de caída.
Ángulo de salida.
Ángulo de avance.
Ángulo incluido.
Cotas conjugadas.
Convergencia.
Ángulo de caída
El ángulo de caída es el ángulo comprendido entre la horzontal y el eje de la mangueta en el plano transversal del vehículo. También es llamado inclinación de rueda.
Este ángulo provoca una inclinación idéntica de la parte superior de las ruedas directrices hacia el exterior del vehículo. El ángulo puede considerarse comprendido entre la vertical y el plano de rueda. Este ángulo hace converger a las dos ruedas hacia el suelo.
Es un ángulo muy pequeño que esta comprendido entre 0º y 2º.
Permite hacer coincidir el eje del pivote con el centro de la superficie de los neumáticos sobre el suelo.
El ángulo de caída realiza las funciones siguientes:
Compensa la deformación por flexión del ten delantero.
Desplaza el peso del vehículo sobre el eje, que está apoyado la parte interior de la mangueta, disminuyendo así el empuje lateral de los cojinetes sobre los que se apoya la rueda.
Evita el desgaste de neumáticos y rodamientos.
Reduce el esfuerzo de giro del volante de dirección.
Influencia del ángulo de caída
Un ángulo de caída fuera de tolerancias o mal regulado provoca que el vehículo se desvíe en su trayectoria al lado de mayor ángulo de caída. Por tanto, es necesario corregir la trayectoria con el volante, la conducción se hace peligrosa y el desgaste de neumáticos es rápido.
Una diferencia superior a un grado entre los dos lados origina un desvío de trayectoria que es necesario corregir con el volante, ocasionando un desgaste anormal en los neumáticos.
Síntomas del ángulo de caída en mal estado
Desgaste anormal y rápido del neumático.
La banda de rodadura del neumático está desgastada de forma creciente de un lado a otro.
Un exceso de caída negativa provoca el desgaste en la parte interior de la banda de rodadura,
Un exceso de caída positiva provoca el desgaste en la parte exterior de la banda de rodadura
Ángulo de salida
También llamado ángulo de pivote, está formado por la prolongación del eje del pivote, sobre el cual gira la rueda para orientarse, con la prolongación del eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda.
Se treta de hacer coincidir el centro de la superficie del neumático en contacto con el suelo con la prolongación del eje pivote para obtener las funciones siguientes:
Reducir el esfuerzo para realizar la orientación de la rueda.
Disminuir el ángulo de caída para mejorar el desgaste del neumático, sobre todo en los vehículos modernos con neumáticos de sección ancha.
Favorecer la reversibilidad de la dirección.
Conviene que los ejes se corten un poco por debajo del punto de contacto con el suelo para obtener mayor estabilidad de dirección, sobre todo, al circular por irregularidades del pavimento, que tienden a desorientarse.
Influencia del ángulo de salida
El ángulo de salida incide sobre el de caída. Por tanto, tendremos las mismas consecuencias y efectos de desgaste en los neumáticos.
Síntomas del ángulo de salida en mal estado
Desgaste anormal y rápido del neumático.
La banda de rodadura del neumático está desgastada de forma creciente de un lado a otro.
Un exceso de salida provoca una dureza en la dirección y retorno a la línea recta de forma brusca.
Una escasa salida provoca reacciones en la dirección ante los esfuerzos laterales, dirección mas suave y poca reversibilidad de la dirección.
Ángulo de avance
Es el ángulo formado por la prolongación del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y en sentido de avance de la misma.
Cuando del vehículo es de propulsión trasera el empuje, realizado por las ruedas traseras, produce un arrastre del eje delantero, generando una cierta inestabilidad de dirección. Se corrige dando al pivote una inclinación (ángulo de avance) de tal forma que su eje corte la línea de desplazamiento un poco por delante del punto de apoyo de la rueda. Este ángulo está comprendido ente 5 y 10 grados.
Cuando el vehículo es de tracción delantera, este fenómeno de arrastre de las ruedas delanteras no se produce, por tanto, el ángulo de avance es mucho menor. Está comprendido ente 0 y 3 grados.
El ángulo de avance permite conseguir las funciones siguientes:
Mantener la dirección estable y precisa, con un efecto direccional o autocentrado del vehículo.
Favorecer la reversibilidad para que las ruedas vuelvan a la línea recta después de tomar una curva.
Evitar las vibraciones en las ruedas y la consiguiente repercusión en la dirección.
El efecto de avance aumenta en las ruedas directrices y disminuye en las ruedas directrices motrices.
Este ángulo se complementa con el de caída en los virajes para realizar las funciones siguientes:
Aumenta el ángulo de caída de la rueda exterior en la curva con la suspensión comprimida.
Disminuye el ángulo de caída de la rueda interior en la curva con la suspensión extendida.
Influencia del ángulo de avance
El ángulo incorrecto o repartido de forma desigual entre ambas ruedas provoca la desviación del vehículo de su trayectoria hacia el lado donde el avance sea menor.
Síntomas del ángulo de avance en mal estado
Un ángulo de avance insuficiente provoca poca reversibilidad y dirección poco estable.
Un ángulo de avance excesivo provoca una dirección muy reversible y dura e inestable en los virajes.
Cotas conjugadas
El ángulo comprendido entre el eje del pivote y el eje de la mangueta se denomina ángulo incluido.
Las cotas conjugadas están formadas por el ángulo incluido y el ángulo de avance. Aunque estos dos ángulos son independientes para su funcionamiento, generalmente están sobre la misma pieza. El reglaje de estos dos ángulos entre sí no se puede hacer.
El conjunto formado por los ángulos de salida y caída junto con el de avance se denomina cotas conjugadas. Hacen que el eje de prolongación del pivote que determina el avance corte la línea de desplazamiento por delante y a la derecha del eje vertical de la rueda.
El ángulo incluido tiene una gran importancia ya que permite:
Reducir los efectos de reacción del suelo sobre las ruedas.
Disminuir el desgaste de las rótulas y rodamientos de la mangueta.
Aplicar los pesos sobre el rodamiento interior del buje.
Influencia del ángulo incluido
El ángulo incluido determina el radio de giro o brazo de palanca transversal. El ángulo incluido es la distancia entre el punto de corte con el suelo del eje de la rueda y el eje del pivote. Según sea este ángulo tenemos:
Radio de giro positivo cuando la intersección de los dos ejes se da por debajo del suelo.
Radio de giro negativo cuando la intersección de los ejes se da por encima del suelo.
El radio negativo se suele dar en vehículos con sistemas de frenos en diagonal para favorecer la estabilidad de la dirección cuando las fuerzas de frenado en el eje delantero y trasero son desiguales.
Este radio determina el esfuerzo a realizar sobre la dirección.
Convergencia
La convergencia determina el paralelismo que existe entre los ejes longitudinales de las ruedas y visto el vehículo por arriba y en sentido de marcha normal.
Su función consiste en permitir girar las ruedas de cada eje con el vehículo en marcha y evitar que las ruedas derrapen con el consiguiente desgaste de neumáticos.
La convergencia se expresa en milímetros por la diferencia entre las distancias obtenidas entre la parte delantera y trasera de las ruedas, tomadas en puntos diametralmente opuestos. Suele estar comprendida entre 0 y 5 mm.
El ángulo de convergencia es la derivación angular respecto a la dirección en marcha.
Se denomina convergencia positiva cuando la prolongación de los ejes longitudinales de las ruedas se cortan por delante (ruedas cerradas) y se expresa con signo positivo.
Se denomina convergencia negativa o divergencia cuando la prolongación de los ejes longitudinales de las ruedas se cortan por detrás (ruedas abiertas) y se expresa con signo negativo.
Efectos dinámicos de la convergencia
En las ruedas anteriores y posteriores no motrices, durante el rodaje, se produce una apertura de las ruedas, por tanto, hay que dar un cierre inicial o divergencia.
En las ruedas anteriores y posteriores motrices, durante el rodaje, se produce un cierre de las mismas. En este caso hay que dar un apertura inicial o divergencia.
Influencia de un mal reglaje de paralelismo
Un exceso de convergencia o insuficiente convergencia provoca en la banda de rodadura rebabas de fuera hacia dentro, además de un desgaste excesivo en el borde interior, y un exceso de convergencia o insuficiente divergencia provoca en la banda de rodadura rebabas de dentro hacia fuera y un desgaste excesivo en el borde exterior.
Síntomas de un mal reglaje de paralelismo
Desgaste anormal y rápido de la cubierta con rebabas en la banda de rodadura.
Aspectos a tener en cuenta:
Un exceso importante de divergencia ocasiona un desgaste en el borde interior, simétrico en los dos neumáticos.
Un exceso importante de convergencia ocasiona un desgaste en el borde exterior, simétrico en los dos neumáticos.
3. ORIENTACIÓN DE LAS RUEDAS
Este sistema permite la orientación de las cuatro ruedas. La orientación de las ruedas traseras se consigue en vehículos equipados con suspensión multibrazo y ruedas tiradas mediante eje autodireccional.
La finalidad de estos sistemas es conseguir que los vehículos tengan mayor estabilidad en el trazado de las curvas.
Estos sistemas permiten al vehículo, en el trazado de una curva, poder girar las ruedas traseras un pequeño ángulo en el mismo sentido de giro que las ruedas delanteras.
Este pequeño giro hace que el vehículo tenga un carácter más sobrevirador para compensar en parte el carácter subvirador de los vehículos de tracción delantera, buscando de esta forma la neutralidad.
Todo ello contribuye a una mayor estabilidad en la dirección y por tanto, una mayor seguridad.
Las ruedas traseras pueden ser orientadas de forma pasiva o activa.
3.1. Forma pasiva
En la orientación de forma pasiva se orientan las ruedas del eje trasero debido a las solicitaciones del pavimento sin intervención del conductor. Estas solicitaciones son debidas a la aceleración transversal del vehículo en el trazado de las curvas y a las distintas condiciones de adherencia del suelo.
Este efecto se consigue mediante los elementos de suspensión. Este sistema baja su rendimiento en condiciones de mala adherencia.
Se utiliza en ejes traseros equipados con suspensión independiente multibrazo y brazos tirados, dando lugar a un eje autodireccional.
Se muestra una suspensión multibrazo con cuatro o mas brazos en una disposición que permite mantener las ruedas paralelas al eje longitudinal del vehículo. La deformación (de las articulaciones elásticas) y los movimientos (pequeños giros) de los brazos producidos por los esfuerzos a que se ve sometida la suspensión induce ángulos de caída y convergencia en el as ruedas consiguiendo un efecto de dirección directriz de las ruedas traseras, favoreciendo la estabilidad, al tomar una curva con el vehículo.
El eje autodireccional permite orientar las ruedas traseras de forma conveniente, pero pasiva, en el trazado de las curvas. Este sistema mantiene la caída de las ruedas y el ancho de vía del eje, por tanto, la orientación no es de lasa ruedas, si no del tren trasero. Esto se consigue mediante la unión del eje al bastidor mediante unos soportes elásticos. Cuando el vehículo toma una curva, se deforma la unión elástica de tal forma que todo el eje de suspensión gira un pequeño ángulo de 1 a 2 grados.
Cuando se aplica una fuerza sobre la rueda exterior en una curva, el tren trasero pivota alrededor de un punto imaginario, que es el centro de rotación retrasado respecto a las ruedas que giran en el sentido deseado proporcionalmente a la velocidad y al ángulo de giro de las ruedas delanteras. El punto imaginario de rotación del eje se obtiene por la orientación de los soportes delanteros.
La flexibilidad longitudinal y transversal de los soportes delanteros con respecto a los traseros determina esta flexibilidad programada que se obtiene por la constitución interna de los soportes delanteros.
Se muestra una suspensión de ruedas independientes por brazos tirados barras de torsión transversales. En el interior del eje va alojada la barra estabilizadora. El eje trasero está fijado al bastidor mediante cuatro soportes elásticos. Dos de ellos van colocados en la parte trasera del tren y otros dos en la parte delantera.
Los dos soportes elásticos colocados en la parte delantera del tren son los que tienen el efecto autodireccional en las curvas, además de absorber las vibraciones.
La elasticidad de los soportes elásticos delanteros de fijación del eje varia según sea el sentido de la fuerza a que se vean sometidos.Para conseguir este efecto, el soporte se compone de una interposición de láminas metálicas colocadas durante la embutición de la goma del taco elastico.
Este taco se compone de tal forma que es más rígido según se le aplique la fuerza de deformación en una dirección u otra.
Cuando el vehículo toma una curva, los tacos elásticos delanteros reciben una fuerza lateral y se deforman, permitiendo que todo el conjunto pueda rotar respecto a un centro por detrás de los cuatro anclajes elásticos y dando al tren un efecto autodireccional.
Cuando se abandona la curva, cesa la fuerza lateral sobre los tacos, de forma que vuelven a su posición original situando el tren trasero en su posición habitual.
Para variar el comportamiento directriz del eje trasero hay que modificar la geometría de los anclajes del eje sobre el bastidor mediante el cambio de láminas metálicas con las distintas dimensiones y propiedades.
3.2. Forma activa
En los vehículos con dirección total a las cuatro ruedas, el efecto director del tren trasero es una respuesta activa independientemente de la adherencia. Este sistema es totalmente independiente y no está acoplado a los elementos de suspensión. Se consigue montando un mecanismo de dirección en el eje trasero. Por tanto, es necesaria la intervención del conductor a través del volante, de forma que el giro en las ruedas traseras de produce a la vez que las delanteras.
Se muestra un esquema de dirección total formado por una caja de detección en el delantero que transmite el movimiento a la caja de dirección del tren trasero mediante un árbol de conexión.
Estos sistemas proporcionan al vehículo una disminución del ángulo de giro, pero aumenta la maniobrabilidad a bajas velocidades.
Se muestra el funcionamiento de una dirección total. Al girar el volante, cada eje se comporta de una forma diferente:
Las ruedas delanteras tienen una relación proporcional entre el giro del volante y de de las ruedas.
Las ruedas traseras se giran en paralelo hasta 1,5º que corresponde a un giro del volante de 127º. A partir de este giro, vuelven progresivamente a la posición de línea recta 0º lo cual equivale a un giro del volante de 246º. En el caso de maniobrabilidad para un giro del volante superior a 246º, las ruedas empiezan a posicionarse en antiparalelo o contrafase hasta 5,3º.
Este sistema de orientación de ruedas traseras se utiliza actualmente con gestión electrónica que, mediante accionadores hidráulicos, permite orientar el tren trasero en función de la velocidad del vehículo, velocidad del volante y ángulo de giro efectuado. Según estos datos recibidos por la unidad electrónica de control (calculador), se orientan las ruedas traseras para facilitar la maniobrabilidad a baja velocidad y una gran estabilidad a alta velocidad.
4. INTERVENCIÓN EN LA DIRECCIÓN
4.1. Precauciones y mantenimiento
Se recomienda seguir las precauciones indicadas por el fabricante en cada caso y revisar el novel en los sistemas de tornillo sinfín.
4.2. Comprobaciones
Alineación de las ruedas
La alineación más perfecta es la que considera las cuatro ruedas, regulando tanto la convergencia anterior como la posterior, respecto al eje central.
Cuando no existe regulación de convergencia en el eje posterior, se regula la convergencia anterior en función del eje que empuje.
Verificaciones preliminares
Antes de proceder al control de los ángulos del tren, es necesario verificar los puntos siguientes:
· Neumáticos
Simetría de los neumáticos al mismo tren en cuanto a:
Dimensiones
Presiones
Grado de desgaste
· Suspensión
Holgura de articulaciones
Estado de los cojinetes elásticos
Juego de rótulas de suspensión
Amortiguadores
Simetría de las alturas bajo casco
· Dirección
Centrado de la dirección
Holgura de la caja de dirección
Juego de rótulas de dirección
Estado de los fuelles
Pérdida de líquido en caso de dirección asistida
Frenos
Inexistencia de frenos bloqueados en todas las ruedas
Ruedas
El alabeo o excentricidad de las ruedas no debe exceder de 1,2 mm.
Deformación
Golpes de llantas
Juego de rodamientos del buje
Centrado de la dirección
Se denomina centrado de la dirección a la simetría de los órganos de dirección respecto al eje longitudinal del vehículo.
La simetría de los órganos de dirección determina un comportamiento correcto del vehículo tanto en línea recta como en curva, en aceleración o en frenado, sin presentar anomalías debidas a estos componentes.
La dirección esta centrada cuando los ejes son paralelos entre ellos y ambos perpendiculares al eje de simetría del vehículo (90º).
Si la dirección no esta centrada, el vehículo tendera a desviarse de la trayectoria rectilínea obligando al conductor a actuar sobre al dirección para contrarrestar esta desviación.
Control de alabeo de las ruedas
Para efectuar un control del alabeo de las ruedas, se debe levantar el vehículo por su parte delantera mediante un gato móvil hasta despegar las ruedas del suelo.
Se sitúa a continuación una regla provista de un cursor, paralela al tren delantero.
Se coloca en la rueda un patín provisto de una aguja y se hace girar colocando el extremo de la aguja sobre la marca cerdo del cursor.
Deslizar adecuadamente este para después bloquearse sobre la rueda.
Debe realizarse la misma medida en seis puntos equidistantes marcados alrededor del neumático y verificar el desplazamiento máximo de la aguja en el cursor.
Determinación del punto medio de la dirección.
Una operación de control y de reglaje del tren delantero necesita poner poner en punto medio la dirección para evitar los fenómenos de tiro. Los pasos a seguir son:
Girar la dirección a tope en un sentido.
Hacer una marca en el punto más alto del círculo del volante.
Llevar la dirección a tope en el otro sentido contando el numero de vueltas y fracción de vuelta.
Volver a la mitad de las vueltas contadas. Se obtiene así la posición punto medio de la dirección.
En esta posición, instalar los aparatos de medida y proceder al control.
Por la concepción geométrica de los trenes delanteros, una modificación de uno de los ángulos (avance, caída, pivote, paralelismo) tiene repercusiones mas o menos importantes sobre el valor de los otros ángulos (siendo el de avance el que tiene mayor influencia).
Por tanto, se debe respectar el siguiente orden:
Montar útiles de medida sobre el vehículo respetando las instrucciones del fabricante.
Determinar el punto medio de la dirección y bloquear el volante.
Elevar el vehículo bajo casco.
Anular el alabeo de la llanta.
Colocar el vehículo sobre plataformas giratorias.
Montar el útil de bloqueo de freno.
Mover la suspensión para poner el vehículo a su altura libre.
Verifica la simetría de las longitudes de las cajas de rótulas con las bieletas de dirección. (ejemplo: longitud de las bieletas de dirección, prerreglaje X mm entre ejes.
Anotar los valores en las escalas de lectura.
Los ángulos tienen influencias entre ellos y es necesario respetar un orden de verificación y reglaje, siguiendo el orden siguiente:
Avance.
Inclinación del pivote.
Caída.
Paralelismo.
Reglaje de paralelismo.
Ajuste de avance y caída
En los vehículos equipados con suspensión independiente, el ajuste de avance y caída se realiza dela forma siguiente:
Para ajustar e avance y la caída de las ruedas delanteras, se deberá levantar el vehículo en una plataforma de elevación.
Se procede a desmontar la rueda delantera y apoyar el brazo de control de vía con un gato.
Las arandelas de ajuste se pueden retirar soltando los tornillos de fijación del de eje del brazo de control de vía. Se recomienda observar la posición de montaje de la misma.
Debe determinarse la nueva medida de las arandelas de ajuste, según la gráfica existente en el manual de instrucciones del fabricante.
La caída se puede ajustar colocando o retirando uniformemente las arandelas de ajuste soltando previamente los tornillos de fijación (el brazo de control se regula transversalmente al sentido de la marcha).
Para ajustar el avance, se colocan arandelas de ajuste deferentes en ambos tornillos de fijación. De este modo se puede modificar el ángulo que forma el brazo de control de vía respecto de la dirección de la marcha, regulándose hacia adelante, o hacia atrás, el punto de guía superior
En los vehículos equipados con suspensión McPherson el ajuste de avance y caída se realiza de la siguiente forma.
Los soportes superiores de los amortiguadores del eje delantero son excéntricos. Girando el soporte del amortiguador es posible modificar en tres planos el ángulo de inclinación del amortiguador. Al comienzo del ajuste se parte de la posición estándar previamente marcada.
Si es necesario llevar a cabo una corrección de la caída o del avance, se deberá levantar el vehículo de forma que el amortiguador quede libre de carga.
Se procede a desmontar la rueda y retirar las tuercas de fijación del soporte del amortiguador.
A continuación, presionar sobre el amortiguador hacia abajo y colocar el soporte del amortiguador en la posición deseada (remitiéndose a los datos del fabricante).
Fijar correctamente el amortiguador y verificar el avance y la caída.
Ajuste de paralelismo de las ruedas delanteras
El ajuste de paralelismo de las ruedas delanteras se efectúa alargando o acortando las barras de acoplamiento mediante las roscas de las mismas.
Si es necesario ajustar el paralelismo, se soltarán las contratuercas de las barras de acoplamiento, teniendo en cuenta que los extremos de la misma tienen una rosca a derechas en un lado y a izquierdas en el otro, o bien ambas barras de acoplamiento van dotadas de roscas de paso a derechas.
El paralelismo se ajusta girando la parte central de la barra de acoplamiento.
Una vez realizado el ajuste correcto del paralelismo, se apretarán nuevamente las contratuercas.
Ángulo de viraje
Para comprobar el ángulo de viraje se colocan las ruedas delanteras en línea recta sobre las plataformas giratorias de cualquier equipo de medida de forma que el índice de referencia coincida con el cero de la escala. En esta posición, se gira el volante hasta que una rueda alcance los 20º en la escala de la plataforma y se mide la lectura correspondiente a la otra rueda.
Esta comprobación debe de realizarse en las dos ruedas, debiendo ser idéntico el ángulo interior medido en cada una de ellas.
Las desviaciones en el ángulo de viraje cuando las cotas de dirección son correctas se deben a deformaciones en:
