curso de mecanica primera parte suspencion

Suspensión

Indice del curso

IntroducciónSe llama suspensión al conjunto de elementos elásticos que se interponen entre los órganos suspendidos (bastidor, carrocería, pasajeros y carga) y los órganos no suspendidos (ruedas y ejes).

Su misión es absorber las reacciones producidas en las ruedas por las desigualdades del terreno, asegurando así la comodidad del conductor y pasajeros del vehículo y, al mismo tiempo, mantener la estabilidad y direccionabilidad de éste, para que mantenga la trayectoria deseada por el conductor.Además también es necesario que cumplan con otras funciones complementarias:

Transmitir las fuerzas de aceleración y de frenada entre los ejes y bastidor. Resistir el par motor y de frenada Resistir los efectos de las curvas Conservar el ángulo de dirección en todo el recorrido Conservar el paralelismo entre los ejes y la perpendicularidad del bastidor Proporcionar una estabilidad adecuada al eje de balanceo Aguantar la carga del vehículo

Cuando el vehículo circula por un terreno irregular, las ruedas están sometidas a una serie de impactos que se transmiten a la carrocería a través de los elementos de unión. Si el terreno es llano, las pequeñas irregularidades del mismo son absorbidas por la elasticidad de los neumáticos. Cuando las irregularidades son grandes, los impactos producidos serían acusados por los ocupantes del vehículo, de no mediar la suspensión; la unión elástica que ésta supone es capaz de absorber dichas reacciones.

La absorción de estas reacciones se consigue por la acción combinada de los neumáticos, la elasticidad de los asientos y el sistema de suspensión.

Cuando un automóvil pasa sobre un resalte o sobre un hoyo, se produce un golpe sobre la rueda que se transmite por medio de los ejes al chasis y que se traduce en oscilaciones.Una mala conducción o un reparto desequilibrado de las cargas pueden también originar "oscilaciones". Estos movimientos se generan en el centro de gravedad del coche y se propagan en distintos sentidos. Los tres tipos de oscilaciones existentes serian:

Empuje : se produce al pasar por terreno ondulado Cabeceo : debido a las frenada bruscas Bamboleo : se genera al tomar curvas a alta velocidad.

Características que debe reunir la suspensiónComo los elementos de suspensión han de soportar todo el peso del vehículo, deben ser lo suficientemente fuertes para que las cargas que actúan sobre ellos no produzcan deformaciones permanentes.A su vez, deben ser muy elásticos, para permitir que las ruedas se adapten continuamente al terreno sin separarse de el. Esta elasticidad en los elementos de unión produce una serie de oscilaciones de intensidad decreciente que no cesan hasta que se ha devuelto la energía absorbida, lo que coincide con la posición de equilibrio de los elementos en cuestión; dichas oscilaciones deben ser amortiguadas hasta un nivel razonable que no ocasione molestias a los usuarios del vehículo.La experiencia demuestra que el margen de comodidad para una persona es de 1 a 2 oscilaciones por segundo; una cifra superior excita el sistema nervioso, aunque tampoco conviene bajar el valor mínimo porque se favorece el mareo.

Un muelle blando tiene gran recorrido y pequeño numero de oscilaciones bajo la carga, mientras que un muelle duro tiene menor recorrido y mayor numero de oscilaciones. Este mismo efecto se manifiesta al variar la carga que gravita sobre el muelle.

Influencia de la carga en la suspensiónSi en los vehículos las cargas fueran constantes resultaría fácil adaptar una suspensión ideal, pero como esto no se da en ningún caso (al ser la carga variable, especialmente en vehículos de transporte) los elementos elásticos deben calcularse para que aguanten el peso máximo sin pérdida de elasticidad.En estas condiciones es imposible obtener una suspensión ideal ya que, si se calcula para un peso mínimo, la suspensión resulta blanda en exceso cuando aquel aumenta; si se calcula para el peso máximo, entonces resulta dura cuando el vehículo marcha en vacío o con poca carga.

Efectos de un elemento de flexibilidad variableSe ha visto que las oscilaciones de la suspensión aumenta y disminuye en función de la carga y el grado de dureza de los muelles. Por tanto, si se mantiene la oscilación constante, conseguiríamos, una suspensión que se acerca a la ideal.Para ello se tiene que colocar un elemento de unión cuya flexibilidad sea variable, de modo que, al aumentar la carga, aumente asimismo su rigidez para mantener constante la deformación.Esto es muy difícil de conseguir con resortes metálicos; por tanto, las suspensiones basadas en este tipo de elementos (ballestas, muelles, barras de torsión, etcétera.) necesitan llevar acoplado un sistema amortiguador de oscilaciones que recoja la energía mecánica producida y evite su transmisión a la carrocería.En las suspensiones neumáticas o hidroneumáticas se consigue la flexibilidad variable aumentando o disminuyendo la presión interna en sus elementos, como se verá al estudiar estos sistemas.

El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible (muelle de ballesta o helicoidal, barra de torsión, muelle de goma, gas o aire) y un elemento amortiguación (amortiguador), cuya misión es neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida originadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.

Componentes de la suspensión

El sistema de suspensión esta compuesto por un elemento flexible o elástico (muelle de ballesta o helicoidal, barra de torsión, muelle de goma, gas o aire) y un elemento amortiguación (amortiguador), cuya misión es neutralizar las oscilaciones de la masa suspendida originadas por el elemento flexible al adaptarse a las irregularidades del terreno.

Elementos de suspensión simplesEn las suspensiones simples se utilizan como elementos de unión, unos resortes de acero elástico en forma de:

ballesta, muelle helicoidal barras de torsión

Estos elementos, como todos los muelles, tienen excelentes propiedades elásticas pero poca capacidad de absorción de energía mecánica, por lo que no pueden ser montados solos en la suspensión; necesitan el montaje de un

elemento que frene las oscilaciones producidas en su deformación. Debido a esto, los resortes se montan siempre con un amortiguador de doble efecto que frene tanto su compresión como expansión..

BallestasLas ballestas están constituidas (fig. inferior) por un conjunto de hojas o láminas de acero especial para muelles, unidas mediante unas abrazaderas (2) que permiten el deslizamiento entre las hojas cuando éstas se deforman por el peso que soportan. La hoja superior (1), llamada hoja maestra, va curvada en sus extremos formando unos ojos en los que se montan unos casquillos de bronce (3) para su acoplamiento al soporte del bastidor por medio de unos pernos o bulones.

El número de hojas y el espesor de las mismas está en función de la carga que han de soportar. Funcionan como los muelles de suspensión, haciendo de enlace entre el eje de las ruedas y el bastidor.En algunos vehículos, sobre todo en camiones, además de servir de elementos de empuje, absorben con su deformación longitudinal la reacción en la propulsión.Existe una abundante normalización sobre ballestas en las normas UNE 26 224-5-6-7 y 26 063.

Montaje de las ballestasEl montaje de las ballestas puede realizarse longitudinal o transversalmente al sentido de desplazamiento del vehículo.

Montaje longitudinal: montaje utilizado generalmente en camiones y autocares, se realiza montando la ballesta con un punto "fijo" en la parte delantera de la misma (según el desplazamiento del vehículo) y otro "móvil", para permitir los movimientos oscilantes de la misma cuando se deforma con la reacción del bastidor. El enlace fijo se realiza uniendo directamente la ballesta (1) al soporte (2) y, la unión móvil, interponiendo entre la ballesta (1) y el bastidor un elemento móvil (3), llamado gemela de ballesta.

El montaje de la ballesta sobre el eje (4), puede realizarse con apoyo de la ballesta sobre el eje (figura superior) o con el eje sobre la ballesta (figura inferior); este ultimo montaje permite que la carrocería baje, ganando en estabilidad. La misión se realiza por medio de unas abrazaderas que enlazan la ballesta al eje.

Montaje transversal: utilizado generalmente en turismos, se realiza uniendo los extremos de la ballesta (1) al puente (2) o brazos de suspensión, con interposición de elementos móviles (3) (gemelas) y la base de la ballesta a una traviesa del bastidor o carrocería.

Entretenimiento y reparación de las ballestas

Muelles helicoidalesEstos elementos mecánicos se utilizan modernamente en casi todos los turismos en sustitución de las ballestas, pues tienen la ventaja de conseguir una elasticidad blanda debido al gran recorrido del resorte sin apenas ocupar espacio ni sumar peso.

ConstituciónConsisten en un arrollamiento helicoidal de acero elástico formado con hilo de diámetro variable (de 10 a 15 mm); este diámetro varía en función de la carga que tienen que soportar; las últimas espiras son planas para facilitar el asiento del muelle sobre sus bases de apoyo (fig. inferior).

CaracterísticasNo pueden transmitir esfuerzos laterales, y requieren, por tanto, en su montaje bielas de empuje lateral y transversal para la absorción de las reacciones de la rueda. Trabajan a torsión, retorciéndose proporcionalmente al esfuerzo que tienen que soportar (fig. inferior), acortando su longitud y volviendo a su posición de reposo cuando cesa el efecto que produce la deformación.

La flexibilidad de estos resortes está en función del número de espiras, del diámetro del resorte, del paso entre espiras, del espesor o diámetro del hilo, y de las características del material, pudiéndose conseguir una flexibilidad progresiva con diferentes diámetros de enrollado por medio de muelles helicoidales cónicos (figura inferior) o disponiendo muelles adicionales.

La disposición con muelles adicionales es la más conveniente. Con ella se consigue obtener una suspensión de flexibilidad variable en el vehículo. En efecto, cuando éste circule en vacío, sólo trabaja el muelle principal (1) (fig. inferior) y cuando la carga es capaz de comprimir el muelle hasta hacer tope con el auxiliar (2) se tiene un doble resorte, que, trabajando conjuntamente, soporta la carga sin aumentar la deformación, dando mayor rigidez al conjunto.

En la figura inferior puede apreciarse de forma gráfica las tres posiciones del muelle: sin montar, montado en el vehículo y el muelle bajo la acción de la carga.

Las espiras de un muelle helicoidal no deben, en su función elástica, hacer contacto entre sus espiras; es decir, que la deformación tiene que ser menor que el paso del muelle por el número de espiras. De ocurrir lo contrario, cesa el efecto del muelle y entonces las sacudidas por la marcha del vehículo se transmiten de forma directa al chasis.

Barra de torsiónEste tipo de resorte utilizado en algunos turismos con suspensión independiente, está basado en el principio de que si a una varilla de acero elástico sujeta por uno de sus extremos se le aplica por el otro un esfuerzo de torsión, esta varilla tenderá a retorcerse, volviendo a su forma primitiva por su elasticidad cuando cesa el esfuerzo de torsión (fig. inferior).

Disposición y montaje de las barras de torsión. El montaje de estas barras sobre el vehículo se realiza (fig. inferior) fijando uno de sus extremos al chasis o carrocería, de forma que no pueda girar en su soporte, y en el otro extremo se coloca una palanca solidaria a la barra unida en su extremo libre al eje de la rueda. Cuando ésta suba o baje por efecto de las desigualdades del terreno, se producirá en la barra un esfuerzo de torsión cuya deformación elástica permite el movimiento de la rueda.Las barras de torsión se pueden disponer paralelamente al eje longitudinal del bastidor o también transversalmente a lo largo del bastidor

En vehículos con motor y tracción delanteros se montan una disposición mixta con las barras de torsión situadas longitudinalmente para la suspensión delantera y transversalmente para la suspensión trasera.

Barras estabilizadorasCuando un vehículo toma una curva, por la acción de la fuerza centrífuga se carga el peso del coche sobre las ruedas exteriores, con lo cual la carrocería tiende a inclinarse hacia ese lado con peligro de vuelco y la correspondiente molestia para sus ocupantes.

Para evitar estos inconvenientes se montan sobre los ejes delantero y trasero las barras estabilizadores, que consisten esencialmente en una barra de acero elástico cuyos extremos se fijan a los soportes de suspensión de las ruedas; de esta forma, al tomar una curva, como una de las ruedas tiende a bajar y la otra a subir, se crea un par de torsión en la barra que absorbe el esfuerzo y se opone a que esto ocurra, e impide, por tanto, que la carrocería se incline a un lado, manteniendola estable. El mismo efecto se produce cuando una de las ruedas encuentra un bache u obstáculo, creando, al bajar o subir la rueda, un par de torsión en la barra que hace que la carrocería se mantenga en posición horizontal. En caso de circular en linea recta y en condiciones normales la acción de la barra es nula.

SilentblocsSon aislantes de caucho u otro material elastómero que se encargan de amortiguar las reacciones en los apoyos de la suspensión, con frecuencia situados entre las rótulas.

AmortiguadoresEstos elementos son los encargados de absorber las vibraciones de los elementos elásticos (muelles, ballestas, barras de torsión), convirtiendo en calor la energía generada por las oscilaciones.Cuando la rueda encuentra un obstáculo o bache, el muelle se comprime o se estira, recogiendo la energía mecánica producida por el choque, energía que devuelve a continuación, por efecto de su elasticidad, rebotando sobre la carrocería. Este rebote en forma de vibración es el que tiene que frenar el amortiguador, recogiendo, en primer lugar, el efecto de compresión y luego el de reacción del muelle, actuando de freno en ambos sentidos; por esta razón reciben el nombre de los amortiguadores de doble efecto.Los amortiguadores pueden ser "fijos" y "regulables", los primeros tienen siempre la misma dureza y los segundo pueden variarla dentro de unos márgenes. En los más modernos modelos este reglaje se puede hacer incluso desde el interior del vehículo. Marcas conocidas de fabricantes de amortiguadores serian: Monroe, Koni, Bilstein, Kayaba, De Carbon, etc

Tipos de amortiguadoresLos mas empleados en la actualidad son los de tipo telescópico de funcionamiento hidráulico. Dentro de estos podemos distinguir:

Los amortiguadores hidráulicos convencionales (monotubo y bitubo). Dentro de esta categoría podemos encontrar los fijos y los regulables.

Los amortiguadores a gas (monotubo o bitubo). No regulables Los amortiguadores a gas (monotubo). Regulables

Amortiguadores hidráulicos convencionalesSon aquellos en los que la fuerza de amortiguación, para controlar los movimientos de las masas suspendidas y no suspendidas, se obtiene forzando el paso de un fluido a través de unos pasos calibrados de apertura diferenciada, con el fin de obtener la flexibilidad necesaria para el control del vehículo en diferentes estados.Son los mas usuales, de tarados pre-establecidos (se montan habitualmente como equipo de origen). Son baratos pero su duración es limitada y presentan pérdidas de eficacia con trabajo excesivo, debido al aumento de temperatura. No se suelen utilizar en conducción deportiva ni en competición.

Estos amortiguadores de tipo telescópico y de funcionamiento hidráulico están constituidos (fig. inferior) por una cilindro (A) dentro del cual puede deslizarse el émbolo (B) unido al vástago (C), que termina en el anillo soporte(D), unido al bastidor. Rodeando el cilindro (A) va otro concéntrico, (F), y los dos terminan sellados en la parte superior por la empaquetadura (E), por la que pasa el vástago (C), al que también se une la campana (G), que preserva de polvo al amortiguador. El cilindro (F) termina en el anillo (H), que se une al eje de la rueda y se comunica con el cilindro (A) por medio del orificio (I). El cilindro (A) queda dividido en dos cámaras por el pistón (B); éstas se comunican por los orificios calibrados (J y K), este último tapado por la válvula de bola (L).Así constituido el amortiguador, quedan formadas las cámaras (1, 2 y 3), que están llenas de aceite. Cuando la rueda sube con relación al chasis, lo hace con ella el anillo (H) y, a la vez que él, los cilindros (A y F), con lo cual, el líquido contenido en la cámara (N) va siendo comprimido, pasando a través de los orificios (J y K) a la cámara (M), en la que va quedando espacio vacío debido al movimiento ascendente de los cilindros (A y F). Otra parte del líquido pasa de (2) a la cámara de compensación (3), a través del orificio (I). Este paso forzado del líquido de una cámara a las otras, frena el movimiento ascendente de los cilindros (A y F), lo que supone una amortiguación de la suspensión.

Cuando la rueda ha pasado el obstáculo que la hizo levantarse, se produce el disparo de la ballesta o el muelle, por lo que (H) baja con la rueda y con él los cilindros (A y F). Entonces el líquido de la cámara (1) va siendo comprimido por el pistón y pasa a la cámara (2) a través de (J) (por K no puede hacerlo por impedírselo la válvula antirretorno L), lo que constituye un freno de la expansión de la ballesta o el muelle. El espacio que va quedando vacío en la cámara (2) a medida que bajan los cilindros (A y F), se va llenando de aceite que llega de la cámara (1) y, si no es suficiente, del que llega de la cámara de compensación (3) a través de (I). Por tanto, en este amortiguador vemos que la acción de frenado es mayor en la expansión que en la compresión del muelle o ballesta, permitiéndose así que la rueda pueda subir con relativa facilidad y que actúe en ese momento el muelle o la ballesta; pero impidiendo seguidamente el rebote de ellos, que supondría un mayor número de oscilaciones hasta quedar la suspensión en posición de equilibrio.Según el calibre del orificio (J), se obtiene mayor o menor acción de frenado en los dos sentidos; y según el calibre del orificio (K), se obtiene mayor o menor frenado cuando sube la rueda. En el momento que lo hace, el aceite contenido en la cámara inferior (2) no puede pasar en su totalidad a la superior (1), puesto que ésta es más reducida, debido a la presencia del vástago (C) del pistón; por ello se dispone la cámara de compensación (3), para que el líquido sobrante de la cámara inferior (2) pueda pasar a ella. Todo lo contrario ocurre cuando la rueda baja: entonces el líquido que pasa de la cámara superior (1) a la inferior (2) no es suficiente para llenarla y por ello le entra líquido de la cámara de compensación (3).

Este tipo de amortiguador se ha visto que es de doble electo; pero cuando la rueda sube, la acción de frenado del amortiguador es pequeña y cuando baja es grande (generalmente, el doble), consiguiéndose con ello que al subir la rueda, sea la ballesta o el muelle los que deformándose absorban la desigualdad del terreno y, cuando se produzca la expansión, sea el amortiguador el que lo frene o disminuya las oscilaciones.

La energía desarrollada por el muelle en la "compresión" y "expansión" es recogida por el amortiguador y empleado en comprimir el aceite en su interior. La energía, transformada en calor, es absorbida por el líquido.Como el amarre de los resortes se realiza entre el elemento suspendido y el eje oscilante de las ruedas, los amortiguadores se montan también sujetos a los mismos elementos, con el fin de que puedan frenar así las reacciones producidas en ellos por los resortes. Esta unión se realiza con interposición de tacos de goma, para obtener un montaje elástico y silencioso de los mismos.La temperatura ambiente y el calor absorbido por el aceite en el funcionamiento de los amortiguadores hidráulicos, influyen sobre la viscosidad del líquido, haciendo que el mismo pase con más o menos dificultad por las válvulas que separan las cámaras, resultando una suspensión más o menos amortiguada. Por esta razón, en invierno, en los primeros momentos de funcionamiento, se observa una suspensión más dura, ya que el aceite, debido al frío, se ha hecho más denso; en verano, o cuando el vehículo circula por un terreno irregular, el aceite se hace más fluido y se nota una suspensión más blanda.

Amortiguador hidráulico presurizadoUn avance en la evolución de los amortiguadores consiste en presurizar el interior de los amortiguadores, esto trae consigo una serie de ventajas.

No presurizadosTienen la pega de que se puede formar en ellos bolsas de aire bajo las siguientes condiciones.

El amortiguador se almacena o transporta horizontal antes de ser instalado. La columna de aceite de la cámara principal cae por gravedad cuando el vehículo permanece quieto durante

mucho tiempo. El aceite se contrae como consecuencia de su enfriamiento al final de un viaje y se succiona aire hacia la

cámara principal.

Como consecuencia de ello, en especial en días fríos, algunos amortiguadores pueden padecer lo que se conoce como "enfermedad matinal".

PresurizadosEs un tipo de configuración empleada hoy en día en la mayoría de vehículos cuando se busca mejorar las prestaciones de los amortiguadores de doble tubo convencionales. La solución consiste en añadir una cámara de gas de baja presión (4 bares) es una presión suficiente, ya que la fuerza amortiguadora en compresión la sigue proporcionando el aceite en su paso por las válvulas del émbolo.

De esta forma la fuerza de extensión realizada por el amortiguador en su posición nominal es baja. Esto permite utilizar esta solución en suspensiones McPherson en las que se requieren diámetros de amortiguador mas elevados.

Sus ventajas respecto de los no presurizados son las siguientes:

Respuesta de la válvula mas sensible para pequeñas amplitudes. Mejor confort de marcha Mejores propiedades de amortiguación en condiciones extremas (grandes baches). Reducción de ruido hidráulico. Siguen operativos aunque pierdan el gas

Respecto a los amortiguadores monotubos, los de doble tubo presurizados tienen la ventaja de tener una menor longitud y fricción para las mismas condiciones de operación.

Amortiguadores a gasEstos amortiguadores a gas trabajan bajo el mismo principio básico que los hidráulicos, pero contienen en uno de sus extremos nitrógeno a alta presión (aproximadamente 25 bar).Un pistón flotante separa este gas del aceite impidiendo que se mezclen. Cuando el aceite, al desplazarse el vástago, comprime el gas, esté sufre una variación de volumen que permite dar una respuesta instantánea y un funcionamiento silencioso. Los amortiguadores a gas además de amortiguar también hace en cierto modo de resorte elástico, es por ello que este tipo de amortiguadores vuelven a su posición cuando se deja de actuar sobre ellos.

Amortiguadores de gas no regulables : suelen ser amortiguadores monotubo o bitubo, muy resistente a golpes, de alta duración y de alta resistencia a la pérdida de eficacia por temperatura de trabajo. Aunque el precio es mayor, se ve compensado por su durabilidad y fiabilidad. Es un tipo de amortiguador de muy alta calidad. Su uso es ciertamente recomendable para los vehículos de altas prestaciones.

Amortiguadores de gas regulables : Son amortiguadores monotubo, con o sin botella exterior, con posibilidad de variación de tarados. Es un tipo de amortiguador de alta tecnología, con precio alto pero proporcional a su eficacia, por eso es el mas usado en conducción deportiva, en los vehículos de competición y de altas prestaciones.

Modelos de suspensión mecánica

Según el tipo de elementos empleados y la forma de montajes de los mismos, existen varios sistemas de suspensión, todos ellos basados en el mismo principio de funcionamiento. Constan de un sistema elástico, amortiguación y barra estabilizadora independientes para cada uno de los ejes del vehículo.

Actualmente existen distintas disposiciones de suspensión cuyo uso depende del tipo de comportamiento que se busca en el vehículo: mayores prestaciones, mas comodidad, sencillez y economía, etc.

Principio básicoLas primeras suspensiones estaban formadas por un "eje rígido" en cuyos extremos se montaban las ruedas. Como consecuencia de ello, todo el movimiento que afecta a una rueda se transmite a la otra del mismo eje. En la figura inferior podemos ver como al elevarse una rueda, se extiende su inclinación al eje y de este a la otra rueda. Como el eje va fijado directamente sobre el bastidor, la inclinación se transmite a todo el vehículo.Este montaje es muy resistente y mas económico de fabricar, pero tiene la desventaja de ser poco cómodo para los pasajeros y una menor seguridad.

El sistema de suspensión "independiente" tiene un montaje elástico independiente que no esta unido a otras ruedas. A diferencia del sistema rígido, el movimiento de una rueda no se transmite a la otra y la carrocería resulta menos afectada.

Suspensiones delanteras y traserasNo todos los modelos de suspensión pueden ser montados en el eje delantero o trasero indistintamente; la mayor o menor facilidad de adaptación a las necesidades específicas de los dos ejes ha determinado una selección, por lo que cada tipo de suspensión se adapta mejor a uno de los dos ejes.

Clasificación de las suspensionesSe pueden clasificar las suspensiones mecánicas en tres grupos:

Suspensiones rígidas: en las que la suspensión de una rueda va unida a la otra mediante un eje rígido, se transmiten las vibraciones de una rueda a la otra.

Suspensiones semirigidas: similares a las suspensiones rígidas pero con menor peso no suspendido.

Suspensiones independientes: en esta disposición las ruedas tienen una suspensión independiente para cada una de ellas. Por lo tanto no se transmiten las oscilaciones de unas ruedas a otras.

Suspensiones rígidasEsta suspensión tiene unidas las ruedas mediante un eje rígido formando un conjunto. Presenta el inconveniente de que al estar unidas ambas ruedas, las vibraciones producidas por la acción de las irregularidades del pavimento, se transmiten de un lado al otro del eje. Además el peso de las masas no suspendidas aumenta notablemente debido al peso del eje rígido y al peso del grupo cónico diferencial en los vehículos de tracción trasera. En estos últimos el grupo cónico sube y baja en las oscilaciones como un parte integradora del eje rígido. Como principal ventaja, los ejes rígidos destacan por su sencillez de diseño y no producen variaciones significativas en los parámetros de la

rueda como caída, avance, etc. El principal uso de esta disposición de suspensión se realiza sobre todo en vehículos industriales, autobuses, camiones y vehículos todo terreno. En la figura inferior se muestra un modelo de eje rígido actuando de eje propulsor. En estos casos el eje está constituido por una caja que contiene el mecanismo diferencial (1) y por los tubos (3) que contienen los palieres. El eje rígido en este caso se apoya contra el bastidor mediante ballestas (2) que hacen de elemento elástico transmitiendo las oscilaciones. Completan el conjunto los amortiguadores (4).

En la figura inferior vemos una suspensión rígida trasera montada en el vehículo de la marca Lada Niva, que sustituye las ballestas por muelles. Esta suspensión no presenta rigidez longitudinal, de forma que el eje rígido lleva incorporada barras longitudinales que mantienen el eje fijo en su posición, evitando que se mueva en el eje longitudinal.

Ademas para estabilizar el eje y generar un único centro de balanceo de la suspensión, se añade una barra transversal que une el eje con el bastidor. A esta barra se le conoce con el nombre de de barra "Panhard". Tanto las barras longitudinales como la barra Panhard dispone de articulaciones elásticas que las unen con el eje y la carrocería.

Suspensión semirigidaEstas suspensiones son muy parecidas a las anteriores su diferencia principal es que las ruedas están unidas entre si como en el eje rígido pero transmitiendo de una forma parcial las oscilaciones que reciben de las irregularidades del terreno. En cualquier caso aunque la suspensión no es rígida total tampoco es independiente. La función motriz se separa de la función de suspensión y de guiado.

En la figura inferior se muestra una suspensión de este tipo. Se trata de una suspensión con eje "De Dion". En ella las ruedas van unidas mediante soportes articulados (1) al grupo diferencial (2), que en la suspensión con eje De Dion es parte de la masa suspendida, es decir, va anclado al bastidor del automóvil. Bajo este aspecto se transmite el giro a las ruedas a través de dos semiejes (palieres) como en las suspensiones independientes. A su vez ambas ruedas

están unidas entre si mediante una traviesa o tubo De Dion (3) que las ancla de forma rígida permitiendo a la suspensión deslizamientos longitudinales. Este sistema tiene la ventaja, frente al eje rígido. de que se disminuye la masa no suspendida debido al poco peso de la traviesa del eje De Dion y al anclaje del grupo diferencial al bastidor y mantiene los parámetros de la rueda prácticamente constantes como los ejes rígidos gracias al anclaje rígido de la traviesa. La suspensión posee además elementos elásticos de tipo muelle helicoidal (4) y suele ir acompañada de brazos longitudinales que limitan los desplazamientos longitudinales.

Otra suspensión semirigida "De Dion" pero que utiliza ballestas en vez de muelles

El "eje torsional" es otro tipo de suspensión semirigida (semi-independiente), utilizada en las suspensiones traseras, en vehículos que tienen tracción delantera (como ejemplo: Wolkswagen Golf). La traviesa o tubo que une las dos ruedas tiene forma de "U", por lo que es capaz de deformarse un cierto angulo cuando una de las ruedas encuentra un obstáculo, para después una vez pasado el obstáculo volver a la posición inicial.

Las ruedas están unidas rígidamente a dos brazos longitudinales unidos por un travesaño que los une y que se tuerce durante las sacudidas no simétricas, dando estabilidad al vehículo. Esta configuración da lugar, a causa de la torsión del puente, a una recuperación parcial del ángulo de caída de alto efecto de estabilización, características que junto al bajo peso, al bajo coste y al poco espacio que ocupan, ideal para instalarla junto con otros componentes debajo del

piso (depósito de combustible, escape, etc.). Esta configuración han convertido a este tipo de suspensiones en una de las más empleadas en vehículos de gama media-baja.

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Suspensión independienteActualmente la suspensión independiente a las cuatro ruedas se va utilizando cada vez mas debido a que es la más óptima desde el punto de vista de confort y estabilidad al reducir de forma independiente las oscilaciones generadas por el pavimento sin transmitirlas de una rueda a otra del mismo eje. La principal ventaja añadida de la suspensión independiente es que posee menor peso no suspendido que otros tipos de suspensión por lo que las acciones transmitidas al chasis son de menor magnitud. El diseño de este tipo de suspensión deberá garantizar que las variaciones de caída de rueda y ancho de ruedas en las ruedas directrices deberán ser pequeñas para conseguir una dirección segura del vehículo. Por contra para cargas elevadas esta suspensión puede presentar problemas. Actualmente éste tipo de suspensión es el único que se utiliza para las ruedas directrices.

El número de modelos de suspensión independiente es muy amplio y además posee numerosas variantes. Los principales tipos de suspensión de tipo independiente son:

Suspensión de eje oscilante. Suspensión de brazos tirados. Suspensión McPherson. Suspensión de paralelogramo deformable. Suspensión multibrazo (multilink)

Suspensión de eje oscilanteLa peculiaridad de este sistema que se muestra en la figura inferior es que el elemento de rodadura (1) y el semieje (2) son solidarios (salvo el giro de la rueda), de forma que el conjunto oscila alrededor de una articulación (3) próxima al plano medio longitudinal del vehículo. Este tipo de suspensión no se puede usar como eje directriz puesto que en el movimiento oscilatorio de los semiejes se altera notablemente la caída de las ruedas en las curvas. Completan el sistema de suspensión dos conjuntos muelle-amortiguador telescópico (4)

Una variante de este sistema es el realizado mediante un eje oscilante pero de una sola articulación mostrado en la figura inferior. Esta suspensión es utilizada por Mercedes Benz en sus modelos 220 y 300. La ventaja que presenta es que el pivote de giro (1) está a menor altura que en el eje oscilante de dos articulaciones. El mecanismos diferencial (2) oscila con uno de los palieres (3) mientras que el otro (4) se mueve a través de una articulación (6) que permite a su vez un desplazamiento de tipo axial en el árbol de transmisión. El sistema también cuenta con dos conjuntos muelle-amortiguador (7).

Suspensión de brazos tirados o arrastradosEste tipo de suspensión independiente se caracteriza por tener dos elementos soporte o "brazos" en disposición longitudinal que van unidos por un extremo al bastidor y por el otro a la mangueta de la rueda. Si el eje es de tracción, el grupo diferencial va anclado al bastidor. En cualquier caso las ruedas son tiradas o arrastradas por los brazos longitudinales que pivotan en el anclaje de la carrocería.Este sistema de suspensión ha dado un gran número de variantes cuyas diferencias estriban fundamentalmente en cuál es el eje de giro del brazo tirado en el anclaje al bastidor y cuál es el elemento elástico que utiliza.En la figura inferior se muestra como los brazos tirados pueden pivotar de distintas formas: en la figura de la derecha los brazos longitudinales pivotan sobre un eje de giro perpendicular al plano longitudinal del vehículo. Este tipo de suspensión apenas produce variaciones de vía, caída o avance de la rueda. En la figura de la izquierda pivotan los brazos sobre ejes que tienen componentes longitudinales, es decir sobre ejes oblicuos al plano longitudinal del vehículo. A esta última variante también se la conoce como "brazos semi-arrastrados" y tiene la ventaja de que no precisa estabilizadores longitudinales debido a la componente longitudinal que tiene el propio brazo o soporte. Aquí las variaciones de caída y de vía dependen de la posición e inclinación de los brazos longitudinales. En cuanto al tipo de elementos elásticos que se utilizan en estas suspensiones, se encuentran las barras de torsión y los muelles.

Suspensión McPhersonEste sistema es uno de los más utilizados en el tren delantero aunque se puede montar igualmente en el trasero. Este sistema ha tenido mucho éxito, sobre todo en vehículos más modestos, por su sencillez de fabricación y mantenimiento, el coste de producción y el poco espacio que ocupa. Con esta suspensión es imprescindible que la carrocería sea mas resistente en los puntos donde se fijan los amortiguadores y muelles, con objeto de absorber los esfuerzos transmitidos por la suspensión.

La figura inferior muestra un modelo detallado de una suspensión McPherson con brazo inferior y barra estabilizadora.La mangueta (1) de la rueda va unida al cubo (2) permitiendo el giro de éste mediante un rodamiento (3). A su vez la mangueta va unida al bastidor a través de dos elementos característicos de toda suspensión McPherson:

El brazo inferior (4) que va unido a la mangueta (1) mediante una unión elástica (A) (rótula) y unido al bastidor mediante un casquillo (B).

El conjunto muelle helicoidal-amortiguador. El amortiguador (5) va anclado de forma fija a la parte superior de la mangueta (1) y el muelle (6) es concéntrico al amortiguador y está sujeto mediante dos copelas superior (C) e inferior (D). El amortiguador está unido al bastidor por su parte superior mediante un cojinete de agujas (7) y una placa de fijación (8). En las ruedas delanteras se hace necesaria la existencia de este cojinete axial ya que el amortiguador al ser solidario a la mangueta gira con ésta al actuar la dirección.

La suspensión tipo McPherson forma un mecanismo de tipo triángulo articulado formado por el brazo inferior (4), el conjunto muelle-amortiguador y el propio chasis. El lado del triángulo que corresponde al muelle-amortiguador es de compresión libre por lo que sólo tiene un único grado de libertad: la tracción o compresión de los elementos elásticos y amortiguador. Al transmitirse a través del muelle-amortiguador todos los esfuerzos al chasis es necesario un dimensionado más rígido de la carrocería en la zona de apoyo de la placa de fijación (8).Como elementos complementarios a esta suspensión se encuentra la barra estabilizadora (9) unida al brazo inferior (4) mediante una bieleta (10) y al bastidor mediante un casquillo (E), y en este caso un tirante de avance (11).

"Falsa" McPhersonActualmente existen múltiples variantes en cuanto a la sustitución del tirante inferior (4) que pueden ser realizada por un triángulo inferior, doble bieleta transversal con tirante longitudinal, etc. A estos últimos sistemas también se les ha denominado "falsa" McPherson, aunque en cualquier caso todos ellos utilizan el amortiguador como elemento de guía y mantienen la estructura de triángulo articulado.La suspensión clásica McPherson dispone de la barra estabilizadora como tirante longitudinal, mientras que las denominadas "falsa" McPherson ya absorben los esfuerzos longitudinales con la propia disposición del anclaje del elemento que sustituye al brazo inferior.

En la figura inferior se muestra un esquema McPherson donde se ha sustituido el brazo inferior por un triángulo (1) que va unido a la mangueta (2) mediante una rótula (A) y a la cuna del motor (3) mediante dos casquillos (C) y (D). El resto de los componentes es similar al de una McPherson convencional.

Suspensión de paralelogramo deformableLa suspensión de paralelogramo deformable junto con la McPherson es la más utilizada en un gran número de automóviles tanto para el tren delantero como para el trasero. Esta suspensión también se denomina: suspensión por trapecio articulado y suspensión de triángulos superpuestos.

En la figura inferior se muestra una suspensión convencional de paralelogramo deformable. El paralelogramo está formado por un brazo superior (2) y otro inferior (1) que están unidos al chasis a través de unos pivotes, cerrando el paralelogramo a un lado el propio chasis y al otro la propia mangueta (7) de la rueda. La mangueta está articulada con los brazos mediante rótulas esféricas (4) que permiten la orientación de la rueda. Los elementos elásticos y amortiguador coaxiales (5) son de tipo resorte helicoidal e hidráulico telescópico respectivamente y están unidos por su parte inferior al brazo inferior y por su parte superior al bastidor. Completan el sistema unos topes (6) que evitan que el brazo inferior suba lo suficiente como para sobrepasar el limite elástico del muelle y un estabilizador lateral (8) que va anclado al brazo inferior (1).

Con distintas longitudes de los brazos (1) y (2) se pueden conseguir distintas geometrías de suspensión de forma que puede variar la estabilidad y la dirección según sea el diseño de estos tipos de suspensión.

La evolución de estos sistemas de suspensión de paralelogramo deformable ha llegado hasta las actuales suspensiones llamadas multibrazo o multilink.

Suspensiones Multibrazo o MultilinkLas suspensiones multibrazo se basan en el mismo concepto básico que sus precursoras las suspensiones de paralelogramo deformable, es decir, el paralelogramo está formado por dos brazos transversales, la mangueta de la rueda y el propio bastidor. La diferencia fundamental que aportan estas nuevas suspensiones es que los elementos guía de la suspensión multibrazo pueden tener anclajes elásticos mediante manguitos de goma. Gracias a esta variante las multibrazo permiten modificar tanto los parámetros fundamentales de la rueda, como la caída o la convergencia, de la forma más apropiada de cara a la estabilidad en las distintas situaciones de uso del automóvil. Esto significa que las dinámicas longitudinal y transversal pueden configurarse de forma precisa y prácticamente independiente entre sí, y que puede alcanzarse un grado máximo de estabilidad direccional y confort

A principios de los noventa se comenzó a instalar estos sistemas multibrazo en automóviles de serie ya dando buenos resultados aunque había reticencias para los ejes no motores. En la actualidad las grandes berlinas adoptan este sistema en uno de los trenes o en ambos. Para que una suspensión se considere multibrazo debe estar formada al menos por tres brazos.

Las suspensiones multibrazo se pueden clasificar en dos grupos fundamentales:

Suspensiones multibrazo con elementos de guía transversales u oblicuos con funcionamiento similar al de las suspensiones de paralelogramo deformable.

Suspensiones multibrazo que además disponen de brazos de guía longitudinal con un funcionamiento que recuerda a los sistemas de suspensión de ruedas tiradas por brazos longitudinales.

En la figura inferior se muestra en la parte izquierda un sistema multibrazo delantero y en la derecha uno trasero del tipo paralelogramo deformable con tres brazos. La suspensión delantera consta de un brazo superior (1) que va unido a una mangueta (2) larga y curvada mediante un buje de articulación (A) y un brazo inferior transversal (3) que va unido a la mangueta por una rótula doble (B) y al bastidor por un casquillo (C) que aísla de las vibraciones. Cierra el paralelogramo deformable el propio bastidor como en cualquier suspensión de este tipo.Esta suspensión dispone además de un tercer brazo (4) que hace de tirante longitudinal y que está unido al bastidor y mangueta de la misma forma que el brazo inferior transversal (3). La gran altura de la prolongación de la mangueta consigue una disminución de los cambios de convergencia de la rueda y un ángulo de avance negativo.

La suspensión trasera (figura inferior) consta de un brazo superior (1) con forma de triángulo como la delantera, pero dispone de dos brazos transversales, superior (2) e inferior (3) y un tirante longitudinal inferior (4). Las articulaciones son similares al modelo de suspensión delantera.Ambos sistemas poseen como elementos elásticos muelles helicoidales y amortiguadores telescópicos (5) y también barra estabilizadora. Observar que en la disposición delantera el amortiguador va anclado a la barra inferior transversal (3) mediante una horquilla.

Cajas de Cambio

Introducción

La caja de cambios es un elemento de transmisión que se interpone entre el motor y las ruedas para modificar el numero de revoluciones de las mismas e invertir el sentido de giro cuando las necesidades de la marcha así lo requieran. Actúa, por tanto, como transformador de velocidad y convertidor mecánico de par.Si un motor de explosión transmitiera directamente el par a las ruedas, probablemente seria suficiente para que el vehículo se moviese en terreno llano. Pero al subir una pendiente, el par resistente aumentaría, entonces el motor no tendría suficiente fuerza para continuar a la misma velocidad, disminuyendo esta gradualmente, el motor perdería potencia y llegaría a pararse; para evitar esto y poder superar el par resistente, es necesario colocar un órgano que permita hacer variar el par motor, según las necesidades de la marcha. En resumen, con la caja de cambios se "disminuye" o "aumenta" la velocidad del vehículo y de igual forma se "aumenta" o "disminuye" la fuerza del vehículo.

Como el par motor se transmite a las ruedas y origina en ellas una fuerza de impulsión que vence las resistencia que se opone al movimiento, la potencia transmitida (Wf) debe ser igual, en todo momento, a la potencia absorbida en llanta; es decir:

Cm.- par desarrollado por el motorCr.- par resistente en las ruedasn.- número de revoluciones en el motorn1.- número de revoluciones en las ruedas

Si no existiera la caja de cambios el número de revoluciones del motor (n) se transmitiría íntegramente a la ruedas (n = n1), con lo cual el par a desarrollar por el motor (Cm) sería igual al par resistente en las ruedas (Cr).

Según esto si en algún momento el par resistente (Cr) aumentara, habría que aumentar igualmente la potencia del motor para mantener la igualdad Cr = Cm. En tal caso, se debería contar con un motor de una potencia exagerada, capaz de absorber en cualquier circunstancia los diferentes regímenes de carga que se originan en la ruedas durante un desplazamiento.La caja de cambios, por tanto, se dispone en los vehículos para obtener, por medio de engranajes, el par motor necesario en las diferentes condiciones de marcha, aumentado el par de salida a cambio de reducir el número de revoluciones en las ruedas. Con la caja de cambios se logra mantener, dentro de unas condiciones óptimas, la potencia desarrollada por el motor.

Relación de transmisión (Rc)Según la formula expresada anteriormente, los pares de transmisión son inversamente proporcionales al numero de revoluciones:

Por tanto, la relación (n/n1) es la desmultiplicación que hay que aplicar en la caja de cambios para obtener el aumento de par necesario en las ruedas, que esta en función de los diámetros de las ruedas dentadas que engranan entre sí o del número de dientes de las mismas.

Cálculo de velocidades para una caja de cambiosPara calcular las distintas relaciones de desmultiplicación que se deben acoplar en una caja de cambios, hay que establecer las mismas en función del par máximo transmitido por el motor, ya que dentro de este régimen es donde se obtiene la mayor fuerza de impulsión en las ruedas. Para ello, basta representar en un sistema de ejes coordenados las revoluciones máximas del motor, que están relacionadas directamente con la velocidad obtenida en las ruedas en función de su diámetro y la reducción efectuada en el puente.Siendo "n" el número de revoluciones máximas del motor y "n1" el numero de revoluciones al cual se obtiene el par de transmisión máximo del motor (par motor máximo), dentro de ese régimen deben establecerse las sucesivas desmultiplicaciones en la caja de cambios. Entre estos dos limites (n y n1) se obtiene el régimen máximo y mínimo en cada desmultiplicación para un funcionamiento del motor a pleno rendimiento.

Cambios manualesCajas de cambio de engranajes paralelos Esta caja de cambio es la mas utilizada en la actualidad para vehículos de serie, por su sencillo funcionamiento. Esta constituida por una serie de piñones de acero al carbono, que se obtienen por estampación en forja y sus dientes tallados en maquinas especiales, con un posterior tratamiento de temple y cementación para obtener la máxima

dureza y resistencia al desgaste.Estos piñones, acoplados en pares de transmisión, van montados sobre unos árboles paralelos que se apoyan sobre cojinetes en el interior de una carcasa, que suele ser de fundición gris o aluminio y sirve de alojamiento a los piñones y demás dispositivos de accionamiento, así como de recipiente para el aceite de lubricación de los mismos.Los piñones, engranados en toma constante para cada par de transmisión, son de dientes helicoidales, que permiten un funcionamiento mas silencioso y una mayor superficie de contacto, con lo cual, al ser menor la presión que sobre ellos actúa, se reduce el desgaste en los mismos. Los números de dientes del piñón conductor y del conducido son primos entre sí, para repartir el desgaste por igual entre ellos y evitar vibraciones en su funcionamiento.

Ahora vamos hacer el calculo de una caja de cambios a partir de los datos reales que nos proporciona el fabricante:

Ejemplo: Peugeot 405 Mi16

Cilindrada (cc): 1998Potencia (CV/rpm): 155/5600Par máximo (mkgf): 19,3/3500Neumáticos: 195/55 R14

Relación de transmisión

rt (1ª velocidad) = 13/38 = 0,342rt (2ª velocidad) = 23/43 = 0,534rt (3ª velocidad) = 25/32 = 0,781rt (4ª velocidad) = 32/31 = 1.032rt (5ª velocidad) = 37/28 = 1,321rt (M.A: marcha atrás) = 12/40 = 0,30

ademas de la reducción provocada en la caja de cambios también tenemos que tener en cuenta que en el grupo diferencial hay una reducción, este dato también lo proporciona el fabricante.rt (G.C: grupo piñón-corona diferencial) = 14/62 = 0,225

Nota: El fabricante nos puede proporcionar la relación de transmisión en forma de fracción (rt 1ª velocidad = 13/38) o directamente (rt 1ª velocidad = 0,342).

Ahora tenemos que calcular el numero de revoluciones que tenemos en las ruedas después de la reducción de la caja de cambios y grupo diferencial (rT). Para ello hay que multiplicar la relación de transmisión de cada velocidad de la caja de cambios por la relación que hay en el grupo diferencial:

rt (caja cambios)

rt (diferencial)

rTnº rpm a Pmax. (5600)

1ª velocidad13/38 = 0,342

14/62 = 0,225

0,0769 430,64 rpm


14/62 = 0,225

0,120 672 rpm


14/62 = 0,225

0,175 974,4 rpm


14/62 = 0,225

0,232 1299,3 rpm


14/62 = 0,225

0,297 1663,2 rpm

M.A (Marcha atras)

12/40 = 0,30

14/62 = 0,225

0,0675 371,2 rpm

rT (nª velocidad): es la relación de transmisión total, se calcula multiplicando la rt (caja cambios) x rt (diferencial).Pmax: es la potencia máxima del motor a un numero de revoluciones determinado por el fabricante.nº rpm a Pmax: se calcula multiplicando rT x nº rpm a potencia máxima.

Con estos datos ahora podemos calcular la velocidad a máxima potencia para cada marcha de la caja de cambios. Para calcular la velocidad necesitamos saber las medidas de los neumáticos y llanta, este dato también lo proporciona el fabricante. En este caso tenemos unas medidas de neumático195/55 R14.

Para calcular la velocidad necesitamos saber el diámetro de la rueda (Ø).

El diámetro de la rueda (Ø) es la suma del diámetro de la llanta mas el doble del perfil del neumático.

El diámetro de la llanta es 14", para pasarlo a milímetros (mm) tenemos que multiplicar: 14" x 25,4 mm = 355,6 mm.

El perfil del neumático es el 55% de 195 (195/55) = 107,2 mm

Por lo tanto diámetro de la rueda = diámetro de la llanta + el doble del perfil del neumático = 355,6 + (107,2 x 2) = 570,1 mm.

Ahora ya podemos calcular la velocidad (v) del vehículo a máxima potencia para cada marcha de la caja de cambios.

v = velocidad (km/h)Pi = 3,14Ø = diámetro de rueda (metros)nc = nº rpm del motor k = constante

Utilizando estas formulas tenemos:

v (1ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 430,64 = 46,20 km/hv (2ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 672 = 71,90 km/h v (3ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 974,4 = 104,26 km/h v (4ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 1299,3 = 139,02 km/h v (5ª velocidad) = k x nc = 0,107 x 1663,2 = 177,96 km/h v (M.A) = k x nc = 0,107 x 371,2 = 39,71 km/h

nº de velocidad

velocidad a Pmax.

1ª velocidad 46,20 km/h





M.A (marcha atrás)

39,71 km/h

Con estos resultados tenemos que la velocidad máxima de este vehículo cuando desarrolla su máxima potencia es de 177,96 km/h. Este dato no suele coincidir con el que proporciona el fabricante ya que la velocidad máxima del vehículo es mayor que la de la máxima potencia y llegaría hasta el nº de rpm en que se produce el corte de inyección del motor.

Sabiendo que este motor ofrece la máxima potencia a 5600 rpm, podemos hacer el gráfico anterior sabiendo a que velocidad es conveniente actuar sobre la caja de cambios y escoger la velocidad adecuada.

El par motor al igual que la velocidad, también será transformado en la caja de cambios y grupo diferencial. Para calcularlo se utiliza también la relación de transmisión (rT).

Cm.- par desarrollado por el motorCr.- par resistente en las ruedasn.- número de revoluciones en el motorn1.- número de revoluciones en las ruedas

Con los datos que tenemos, para calcular el par en las ruedas podemos aplicar la siguiente formula:

Cr (1ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,0769 = 250,9 mkgCr (2ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,120 = 160.83 mkgCr (3ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,175 = 110,28 mkgCr (4ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,232 = 83,18 mkg Cr (5ª velocidad) = 19,3 mkg/ 0,297 = 64,98 mkg Cr (M.A.) = 19,3 mkg/ 0,0675 = 285,9 mkg

nº de velocidadpar en las ruedas

1ª velocidad 250,9 mkg

2ª velocidad 160.83 mkg




M.A (marcha atrás)

285,9 mkg

Cajas de cambio manuales

El sistema de cambio de marchas manual ha evolucionado notablemente desde los primeros mecanismos de caja de cambios de marchas manuales sin dispositivos de sincronización hasta las actuales cajas de cambio sincronizadas de dos ejes.Independientemente de la disposición transversal o longitudinal y delantera o trasera, las actuales cajas de cambios manuales son principalmente de dos tipos:

De tres ejes : un eje primario recibe el par del motor a través del embrague y lo transmite a un eje intermediario. Éste a su vez lo transmite a un eje secundario de salida, coaxial con el eje primario, que acciona el grupo diferencial.

De dos ejes : un eje primario recibe el par del motor y lo transmite de forma directa a uno secundario de salida de par que acciona el grupo diferencial.

En ambos tipos de cajas manuales los piñones utilizados actualmente en los ejes son de dentado helicoidal, el cual presenta la ventaja de que la transmisión de par se realiza a través de dos dientes simultáneamente en lugar de uno como ocurre con el dentado recto tradicional siendo además la longitud de engrane y la capacidad de carga mayor. Esta mayor suavidad en la transmisión de esfuerzo entre piñones se traduce en un menor ruido global de la caja de cambios. En la marcha atrás se pueden utilizar piñones de dentado recto ya que a pesar de soportar peor la carga su utilización es menor y además tienen un coste más reducido.En la actualidad el engrane de las distintas marchas se realiza mediante dispositivos de sincronización o "sincronizadores" que igualan la velocidad periférica de los ejes con la velocidad interna de los piñones de forma que se consiga un perfecto engrane de la marcha sin ruido y sin peligro de posibles roturas de dentado. Es decir, las ruedas o piñones están permanentemente engranadas entre sí de forma que una gira loca sobre uno de los ejes que es el que tiene que engranar y la otra es solidaria en su movimiento al otro eje. El sincronizador tiene, por tanto, la función de un embrague de fricción progresivo entre el eje y el piñón que gira libremente sobre él. Los sincronizadores suelen ir dispuestos en cualquiera de los ejes de forma que el volumen total ocupado por la caja de cambios sea el más reducido posible. Existen varios tipos de sincronizadores de los cuales destacan: sincronizadores con cono y esfera de sincronización, sincronizadores con cono y cerrojo de sincronismo, sincronizadores con anillo elástico, etc.El accionamiento de los sincronizadores se efectúa mediante un varillaje de cambio que actúa mediante horquillas sobre los sincronizadores desplazándolos axialmente a través del eje y embragando en cada momento la marcha correspondiente. Los dispositivos de accionamiento de las distintas marchas dependen del tipo de cambio y de la ubicación de la palanca de cambio.A continuación se van a estudiar los dos tipos de cajas de cambios. La primera caja de cambios es una caja manual de tres ejes con disposición longitudinal de un vehículo de propulsión trasera. La segunda, es una caja manual de dos

ejes con disposición transversal, de un vehículo con tracción delantera con tracción delantera por lo que el grupo cónico-diferencial va acoplado en la salida de la propia caja de cambios.

La situación de la caja de cambios en el vehículo dependera de la colocacion del motor y del tipo de transmisión ya sea está delantera o trasera.

Estas dos disposiciones de la caja de cambios en el vehículo son las mas utilizadas, aunque existe alguna mas, como la de motor delantero longitudinal y tracción a las ruedas delanteras.

Caja de cambios manual de tres ejes.Este tipo de cajas es el más tradicional de los usados en los vehículos actuales y tiene la ventaja principal de que al transmitir el par a través de tres ejes, los esfuerzos en los piñones son menores, por lo que el diseño de éstos puede realizarse en materiales de calidad media.

En la figura inferior se muestra un corte longitudinal de una caja de cambios manual de cuatro velocidades dispuesta longitudinalmente. El par motor se transmite desde el cigüeñal del motor hasta la caja de cambios a través del embrague (Q). A la salida del embrague va conectado el eje primario (A) girando ambos de forma solidaria. De forma coaxial al eje primario, y apoyándose en éste a través de rodamiento de agujas, gira el eje secundario (M) transmitiendo el par desmultiplicado hacia el grupo cónico diferencial. La transmisión y desmultiplicación del par se realiza entre ambos ejes a través del eje intermediario (D).

El eje primario (A) del que forma parte el piñón de arrastre (B), que engrana en toma constante con el piñón (C) del árbol intermediario (D), en el que están labrados, además, los piñones (E, F y G), que por ello son solidarios del árbol intermediario (D). Con estos piñones engranan los piñones (H, I y J), montados locos sobre el árbol secundario (M), con interposición de cojinetes de agujas, de manera que giran libremente sobre el eje arrastrados por los respectivos pares del tren intermediario.

El eje primario recibe movimiento del motor, con interposición del embrague (Q) y el secundario da movimiento a la transmisión, diferencial y, por tanto, a las ruedas. Todos los ejes se apoyan en la carcasa del cambio por medio de cojinetes de bolas, haciéndolo la punta del eje secundario en el interior del piñón (B) del primario, con interposición de un cojinete de agujas.Para transmitir el movimiento que llega desde el primario al árbol secundario, es necesario hacer solidario de este eje a cualquiera de los piñones montados locos sobre él. De esta manera, el giro se transmite desde el primario hasta el tren fijo o intermediario, por medio de los piñones de toma constante (B y C), obteniéndose el arrastre de los piñones del secundario engranados con ellos, que giran locos sobre este eje. Si cualquiera de ellos se hace solidario del eje, se obtendrá el giro de éste.

La toma de velocidad se consigue por medio de sincronizadores (O y M), compuestos esencialmente por un conjunto montado en un estriado sobre el eje secundario, pudiéndose desplazar lateralmente un cierto recorrido. En este desplazamiento sobre el estriado el sincronizador se acopla con los piñones que giran locos sobre el árbol secundario.

En la figura inferior se muestra el despiece de una caja de cambios de engranajes helicoidales, con sincronizadores, similar a la descrita anteriormente. El eje primario 5 forma en uno de sus extremos el piñón de toma constante (de dientes helicoidales). Sobre el eje se monta el cojinete de bolas 4, en el que apoya sobre la carcasa de la caja de cambios, mientras que la punta del eje se aloja en el casquillo de bronce 1, emplazado en el volante motor.En el interior del piñón del primario se apoya, a su vez, el eje secundario 19, con interposición del cojinete de agujas 6. Por su otro extremo acopla en la carcasa de la caja de cambios por medio del cojinete de bolas 28. Sobre este eje se montan estriados los cubos sincronizadores, y "locos" los piñones. Así, el cubo sincronizador 10, perteneciente a tercera y cuarta velocidades, va estriado sobre el eje secundario, sobre el que permanece en posición por los anclajes que suponen las arandelas de fijación 9, 13 y 14. En su alojamiento interno se disponen los anillos sincronizadores 7 (uno a cada lado), cuyo dentado engrana en el interior de la corona desplazable del cubo sincronizador 10. Estos anillos acoplan interiormente, a su vez, en las superficies cónicas de los piñones del primario por un lado y del secundario 11 por otro. Cuando la corona del cubo sincronizador 10 se desplaza lateralmente a uno u otro lado, se produce el engrane de su estriado interior, con el dentado de los anillos sincronizadores 7 y, posteriormente, con el piñón correspondiente en su dentado recto (si se desplaza a la izquierda, con el piñón del primario y a la derecha con el 11 del secundario). En esta acción, y antes de lograrse el engrane total, se produce un frotamiento del anillo sincronizador con el cono del piñón, que iguala las velocidades de ambos ejes, lo que resulta necesario para conseguir el engrane. Una vez logrado éste, el movimiento es transmitido desde el piñón al cubo sincronizador y de éste al eje secundario.

En el secundario se montan locos los piñones 15 (de segunda velocidad) y 26 (de primera velocidad), con los correspondientes anillos sincronizadores 17 y cubo sincronizador. Cada uno de los piñones del secundario engrana en toma constante con su correspondiente par del tren intermediario 20, quedando acoplados como se ve en la figura superior.En el tren intermediario se dispone un piñón de dentado recto, que juntamente con el de reenvío 23 y el formado en el cubo sincronizador de primera y segunda velocidades, constituyen el dispositivo de marcha atrás.

FuncionamientoConstituida una caja de cambios como se ha explicado, las distintas relaciones se obtienen por la combinación de los diferentes piñones, en consecuencia con sus dimensiones.En las cajas de cambio de tres ejes, el sistema de engranajes de doble reducción es el utilizado generalmente en las cajas de cambio, pues resulta mas compacto y presenta la ventaja sustancial de tener alineados entre si los ejes de entrada y salida. Para la obtención de las distintas relaciones o velocidades, el conductor acciona una palanca de cambios, mediante la cual, se produce el desplazamiento de los distintos cubos de sincronización (sincronizadores), que engranan con los piñones que transmiten el movimiento.

En esta caja de cambios (figura superior) se produce una doble reducción cuando los piñones de "toma constante" (B y C) son de distintas dimensiones (nº de dientes). Por eso para calcular la reducción, tendremos utilizar la siguiente formula para la saber el valor de reducción. Por ejemplo en 1ª velocidad tendremos:

rt = relación de transmisiónB, C, G, J = nº de dientes de los respectivos piñones

1ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (I) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene la máxima reducción de giro, y por ello la mínima velocidad y el máximo par.

2ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (N) hacia la izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (J) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

3ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (H) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

4ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (O) hacia la izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón de arrastre o toma constante (B) del eje primario, que se hace solidario con el eje secundario, sin intervención del eje intermediario en este caso. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose una conexión directa sin reducción de velocidad. En esta velocidad se obtiene una transmisión de giro sin reducción de la velocidad. La velocidad del motor es igual a la que sale de la caja de cambios, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

Marcha atrás (M.A.)Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el desplazamiento del piñón de reenvio (T), empujado por un manguito. Al moverse el piñón de reenvio, engrana con otros dos piñones cuya particularidad es que tienen los dientes rectos en vez de inclinados como los demás piñones de la caja de cambios. Estos piñones pertenecen a los ejes intermediario y secundario respectivamente. Con esto se consigue una nueva relación, e invertir el giro del tren secundario con respecto al primario. La reducción de giro depende de los piñones situados en el eje intermediario y secundario por que el piñón de reenvio actúa únicamente como inversor de giro. La reducción de giro suele ser parecida a la de 1ª velocidad. Hay que reseñar que el piñón del eje secundario perteneciente a esta velocidad es solidario al eje, al contrario de lo que ocurre con los restantes de este mismo eje que son "locos".

En la caja de cambios explicada , se obtienen cuatro velocidades hacia adelante y una hacia atrás.

SincronizadoresLas cajas de cambio desde hace muchos años utilizan para seleccionar las distintas velocidades unos dispositivos llamados: sincronizadores, cuya constitución hace que un dentado interno ha de engranar con el piñón loco del eje secundario correspondiente a la velocidad seleccionada. Para poder hacer el acoplamiento del sincronizador con el piñón correspondiente, se comprende que es necesario igualar las velocidades del eje secundario (con el que gira solidario el sincronizador) y del piñón a enclavar, que es arrastrado por el tren intermediario, que gira a su vez movido por el motor desde el primario.Con el vehículo en movimiento, al activar el conductor la palanca del cambio para seleccionar una nueva relación, se produce de inmediato el desenclavamiento del piñón correspondiente a la velocidad con que se iba circulando, quedando la caja en posición de punto muerto. Esta operación es sencilla de lograr, puesto que solamente se requiere el desplazamiento de la corona del sincronizador, con el que se produce el desengrane del piñón. Sin embargo, para lograr un nuevo enclavamiento, resulta imprescindible igualar las velocidades de las piezas a engranar (piñón loco del secundario y eje), es decir, sincronizar su movimiento, pues de lo contrario, se producirían golpes en el dentado, que pueden llegar a ocasionar roturas y ruidos en la maniobra.Como el eje secundario gira arrastrado por las ruedas en la posición de punto muerto de la caja, y el piñón loco es arrastrado desde el motor a través del primario y tren intermediario, para conseguir la sincronización se hace necesario el desembrague, mediante el cual, el eje primario queda en libertad sin ser arrastrado por el motor y su giro debido a la inercia puede ser sincronizado con el del eje secundario. Por esta causa, las maniobras del cambio de velocidad deben ser realizadas desembragando el motor, para volver a embragar progresivamente una vez lograda la selección de la nueva relación deseada.

En la figura inferior tenemos un sincronizador con "fiador de bola", donde puede verse el dentado exterior o auxiliar (1) del piñón loco del eje secundario (correspondiente a una velocidad cualquiera) y el cono macho (2) formado en el. El cubo deslizante (7) va montado sobre estrías sobre el eje secundario (8), pudiendose deslizarse en él un cierto recorrido, limitado por topes adecuados. La superficie externa del cubo está estriada también y recibe a la corona interna del manguito deslizante (3), que es mantenida centrada en la posición representada en la figura, por medio de un fiador de bola y muelle (6).

Para realizar una maniobra de cambio de velocidad, el conductor lleva la palanca a la posición deseada y, con esta acción, se produce el desplazamiento del manguito deslizante, que por medio del fiador de bola (6), desplaza consigo el cubo deslizante (7), cuya superficie cónica interna empieza a frotar contra el cono del piñón loco que, debido a ello, tiende a igualar su velocidad de giro con la del cubo sincronizador (que gira solidario con el eje secundario). Instantes después, al continuar desplazandose el manguito deslizante venciendo la acción del fiador, se produce el engrane de la misma con el dentado auxiliar del piñón loco sin ocasionar golpes ni ruidos en esta operación, dado que las velocidades de ambas piezas ya están sincronizadas. En estas condiciones, el piñón loco queda solidario del eje secundario, por lo que al producirse la acción de embragado, será arrastrado por el giro del motor con la relación seleccionada.

Caja de cambios manual de dos ejes

Este tipo de cajas de cambio ha tenido su desarrollo fundamentalmente para disposiciones de vehículos con tracción delantera. Estas cajas de cambio sólo poseen dos ejes de forma que no poseen un tercer eje intermediario. El eje primario obtiene su giro directamente del motor y lo transmite a un eje secundario que a su vez acciona el conjunto diferencial. De esta forma el tamaño del conjunto caja-diferencial se reduce quedando todo bajo un conjunto compacto. La transmisión de todo el par mediante sólo dos ejes obliga a los piñones a soportar cargas mucho más elevadas que sus homólogos de las cajas de tres ejes. Por tanto es preciso emplear materiales de mayor calidad en la fabricación de estos piñones.

En las figuras siguientes tenemos el despiece de una caja de cambios de dos ejes de 5 velocidades.

En los esquemas siguientes se muestra un corte longitudinal de una caja de cambios manual de cinco velocidades de dos ejes con disposición transversal.El eje primario (1) va apoyado sobre la carcasa sobre dos rodamientos y contiene los piñones solidarios (6, 7, 8, 9, 10) y el piñón loco (11) de 5ª velocidad, con su propio sincronizador (12).El eje secundario (15) está apoyado también en la carcasa mediante dos rodamientos y contiene los piñones locos (14, 17, 18, 20) y el piñón solidario (13) de 5ª velocidad. En el extremo del eje secundario va labrado el piñón de ataque a la corona del diferencial (5). Este eje cuenta con dos sincronizadores el de 1ª/2ª (19) y el de 3ª/4ª (16), este sincronizador sirve ademas como piñón solidario para la marcha atrás.

Los sincronizadores están dispuestos de tal forma que: un primer sincronizador (16) entre los piñones locos de 3ª y 4ª en el eje secundario (15), otro sincronizador (12) exclusivo para la 5ª marcha en el eje primario y un tercer sincronizador (19) en el eje secundario entre los piñones locos de 1ª y 2ª marcha.Observar que el sincronizador (16) de la 3ª y 4ª tiene en su corona desplazable un dentado recto exterior que hace la función de piñón de marcha atrás. La marcha atrás se acciona al conectar el piñón de marcha atrás (9) del eje primario con la corona del sincronizador mediante un piñón auxiliar (12) de marcha atrás que invierte el giro del eje secundario.Todos los pares de piñones están permanentemente engranados de forma que sólo el piñón loco de la marcha seleccionada se mueve solidario a su eje a través de su correspondiente sincronizador. Mientras los demás piñones locos giran libremente arrastrados por sus homólogos solidarios del otro eje.

Funcionamiento

El funcionamiento de las distintas marchas es el siguiente:

1ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (20) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene la máxima reducción de giro, y por ello la mínima velocidad y el máximo par.

2ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 1ª/2ª (19) hacia la izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (18) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

3ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (16) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (17) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

4 ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 3ª/4ª (16) hacia la izquierda, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (14) del eje secundario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

5ª velocidadEl desplazamiento del sincronizador de 5ª (12) hacia la derecha, produce el enclavamiento del correspondiente piñón loco (14) del eje primario, que se hace solidario de este eje. Con ello, el giro es transmitido desde el eje primario como muestra la figura inferior, obteniendose la oportuna reducción. En esta velocidad se obtiene una reducción de giro menor que en el caso anterior, por ello aumenta la velocidad y el par disminuye.

Marcha atrás (M.A.)Cuando se selecciona esta velocidad, se produce el desplazamiento del piñón de reenvio, empujado por un manguito. Al moverse el piñón de reenvio, engrana con otros dos piñones, uno unido a eje primario (9) y el otro lo forma el sincronizador de 3ª/4ª cuya corona externa tiene labrados unos dientes rectos. Una particularidad de los piñones que intervienen en la marcha atrás, es que tienen los dientes rectos en vez de inclinados como los demás piñones de la caja de cambios. Con este mecanismo se consigue una nueva relación, e invertir el giro del tren secundario con respecto al primario. La reducción de giro depende de los piñones situados en el eje primario y secundario por que el piñón de reenvio actúa únicamente como inversor de giro. La reducción de giro suele ser parecida a la de 1ª velocidad.

Se comprueba en las siguientes figuras como hay cajas de cambios diseñadas de tal manera que se sitúan los sincronizadores tanto en el eje primario (2) como en el secundario (12) y los piñones no son todos solidarios en un eje y locos en el otro, sino que se distribuyen en los dos ejes por igual. En el eje primario tenemos como piñones solidarios (6, 7 y 8) y como locos (3 y 5). En el eje secundario tenemos como piñones solidarios (12 y 14) y como locos (9 y 11). La marcha atrás se hace intercalando un piñón de reenvio entre el piñón solidario del eje primario (7) y la corona externa dentada del sincronizador de 1ª/2ª. Se aprecian claramente los dientes rectos de los piñones que intervienen en la marcha atrás.

En la figura inferior puede verse el sistema de mando de la caja de cambios anterior. La palanca de cambios (8) transmite un movimiento en cruz de izquierda a derecha y hacia adelante o hacia atrás indistintamente, que es interpretado por el eje/palanca (6) transformando dicho movimiento en uno de giro en semicírculo y otro movimiento en forma vertical de arriba a abajo o al revés. El Eje/palanca con su movimiento acciona una de las barras desplazables (4) que tienen acopladas de forma solidaria las horquillas (7) que a su ves mueven los sincronizadores (1 y 2) y el piñón de reenvio (3). Las barras desplazables (4) están dotadas cada una de ellas de unas escotaduras (5), en las que puede alojarse una bola presionada por un muelle. Estas escotaduras sirven para fijar las barras en una posición concreta para impedir el desplazamiento de la mismas, como consecuencia de las vibraciones o sacudidas que se producen con la marcha del vehículo.Esto evita que se pueda salir una marcha una vez que esta engranada.

Otro ejemplo: de caja de cambios, diferente a la anterior, que se acoplaria a un vehículo con motor longitudinal y tracción delantera. La disposición de los piñones y sincronizadores se reparte en ambos ejes como en el caso anterior y la marcha atrás funciona de igual manera.

Caja de cambios manual actualizada

El cambio que vamos a estudiar ahora es una versión extremadamente ligera, dotada de dos árboles y 5 velocidades. Los componentes de la carcasa están fabricados en magnesio. El cambio puede transmitir pares de hasta 200 Nm. Este cambio se puede emplear en combinación con una gran cantidad de motorizaciones. Las relaciones de las marchas, los piñones y la relación de transmisión del eje han sido configurados por ello de modo flexible.

La 1ª y 2ª marchas tienen una doble sincronización. Todas las demás marchas adelante tienen sincronización simple. El dentado de trabajo de los piñones móviles (solidarios) y fijos (locos) es de tipo helicoidal y se hallan continuamente en ataque (engranados).Todos los piñones móviles (locos) están alojados en cojinetes de agujas y están repartidos en los árboles primario y secundario. Los piñones de 1ª y 2ª marcha se conectan sobre el árbol secundario; los de 3ª, 4ª y 5ª marchas se conectan sobre el árbol primario.El piñón de marcha atrás (16) tiene dentado recto. La inversión del sentido de giro sobre el árbol secundario se realiza con ayuda de un piñón intermediario (15), alojado con un eje aparte en la carcasa del cambio, que se conecta entre los árboles primario y secundario. Sobre el secundario se conecta sobre la corona dentada, tallada en el exterior del sincronizador de 1ª y 2ª.La transmisión del par de giro hacia el diferencial se realiza a través del piñón de ataque del árbol secundario contra la corona dentada del grupo diferencial.

Cambio manual de 5 marchas

z2 z1 rt

1ª velocidad 38 11 3,455





Marcha atrás35 24

2411

3,182

Grupo diferencial 66 17 3,882

Velocímetro Electrónico

Carga de aceite 1,9 litros

Cambio de aceite Carga permanente

z2.- nº de diente piñones del secundarioz1.- nª de diente piñones del primariort.- relación de transmisión (z2/z1)

CarcasaLa carcasa del cambio consta de 2 piezas de magnesio (carcasa del cambio y carcasa de embrague).Con una tapa específica se cierra la carcasa del cambio hacia fuera. Los componentes de la carcasa son de magnesio, para conseguir un conjunto mas ligero

.

Árbol primarioEl árbol primario está diseñado con el conjunto clásico de cojinetes fijo/móvil.

Está alojado:

mediante un cojinete de rodillos cilíndricos (móvil) en la carcasa del embrague,

mediante un rodamiento radial rígido (fijo) en una unidad de cojinetes, dentro de la carcasa del cambio.

Para reducir las masas se ha dotado el árbol primario de un taladro que lo atraviesa casi por completo.

El dentado para la 1ª, 2ª y marcha atrás forma parte del árbol primario. El cojinete de agujas para la 5ª marcha se aloja en un casquillo por el lado del árbol. Los cojinetes de agujas para los piñones de 3ª y 4ª marchas funcionan directamente sobre el árbol primario.

Los sincronizadores de 3ª y 4ª marchas y 5 marcha van engranados mediante un dentado fino. Se mantienen en posición por medio de seguros.

Árbol secundarioTambién el árbol secundario está diseñado de acuerdo a los cojinetes clásicos fijo/móvil.

Igual que el árbol primario, está alojado:

mediante un cojinete de rodillos cilíndricos (móvil) en la carcasa del embrague

por medio de un rodamiento radial rígido de bolas (fijo), situado conjuntamente con el árbol primario en la unidad de cojinetes, en la carcasa del cambio.

Para reducir la masa se ha procedido a ahuecar el árbol secundario.

Los piñones de 3ª, 4ª y 5ª velocidad y el sincronizador para 1ª y 2ª velocidad están engranados por medio de un dentado fino. Se mantienen en posición por medio de seguros. En el árbol secundario se encuentran los piñones móviles (locos) de 1ª y 2ª velocidad, alojados en cojinetes de agujas.

Grupo diferencialEl grupo diferencia constituye una unidad compartida con el cambio de marchas. Se apoya en dos cojinetes de rodillos cónicos, alojados en las carcasas de cambio y embrague.Los retenes (de diferente tamaño para los lados izquierdo y derecho) sellan la carcasa hacia fuera.La corona está remachada fijamente a la caja de satélites y hermanada con el árbol secundario (reduce la sonoridad de los engranajes).La rueda generatriz de impulsos para el velocímetro forma parte integrante de la caja de satélites.

Doble sincronizaciónLa 1ª y 2ª velocidad tienen una doble sincronización. Para estos efectos se emplea un segundo anillo sincronizador (interior) con un anillo exterior.

La doble sincronización viene a mejorar el confort de los cambios al reducir de 3ª a 2ª velocidad y de 2ª y a 1ª velocidad.Debido a que las superficies friccionantes cónicas equivalen casi al doble de lo habitual, la capacidad de rendimiento de la sincronización aumenta en un 50 %, aproximadamente, reduciéndose a su vez la fuerza necesaria para realizar el cambio, aproximadamente a la mitad.

Flujo de las fuerzas en el cambioEl par del motor se recibe en el cambio a través del árbol primario. Según la marcha que esté conectada, el par se transmite a través de la pareja correspondiente de piñones hacia el árbol secundario y, desde éste, hacia la corona del grupo diferencial.El par y el régimen actúan sobre las ruedas motrices en función de la marcha engranada.

Alojamiento de cojinetesLos rodamientos radiales rígidos de bolas no se montan directamente en la carcasa del cambio, sino que se instalan en un alojamiento por separado para cojinetes.

El paquete completo de los árboles primario y secundario con sus piñones se preensambla fuera de la carcasa del cambio, en el alojamiento de cojinetes, lo cual permite incorporarlo fácilmente en la carcasa del cambio.Los rodamientos radiales rígidos se fijan en la posición prevista por medio de una arandela de geometría específica, que va soldada al alojamiento de cojinetes.Los rodamientos radiales rígidos poseen retenes radiales propios por ambos lados, para mantener alejadas de los cojinetes las partículas de desgaste que acompañan al aceite del cambio.

Mando del cambioLos movimientos de cambio se reciben por arriba en la caja. El eje de selección va guiado en la tapa. Para movimientos de selección se desplaza en dirección axial. Dos bolas, sometidas a fuerza de muelle, impiden que el eje de selección pueda ser extraído involuntariamente de la posición seleccionada.

Las horquillas para 1ª/2ª y 3ª/4ª velocidad se alojan en cojinetes de bolas de contacto oblicuo. Contribuyen a la suavidad de mando del cambio. La horquilla de 5ª marcha tiene un cojinete de deslizamiento.Las horquillas y los patines de cambio van acoplados entre sí de forma no fija.Al seleccionar una marcha, el eje de selección desplaza con su dedillo fijo el patín de cambio, el cual mueve entonces la horquilla.Los sectores postizos de las horquillas se alojan en las gargantas de los manguitos de empuje correspondientes a la pareja de piñones en cuestión.

Sensores y actuadores

Indicador de la velocidad de marchaLa señal de velocidad que se envía al velocímetro se realiza sin sistemas mecánicos intermedios (como el cable o sirga utilizado en los cambios antiguos).La información necesaria para la velocidad de marcha se capta en forma de régimen de revoluciones, directamente en la caja de satélites, empleando para ello el transmisor electrónico de velocidad de marcha.La caja de satélites posee marcas de referencia para la exploración: son 7 segmentos realzados y 7 rebajados.

El transmisor trabaja según el principio de Hall. La señal PWM (modulada en achura de los impulsos) se transmite al procesador combinado en el cuadro de instrumentos

Conmutador para luces de marcha atrásEl conmutador para las luces de marcha atrás va enroscado lateralmente en la carcasa del cambio.Al engranar la marcha atrás, un plano de ataque en el patín de cambio para la marcha atrás acciona el conmutador con un recorrido específico. El circuito de corriente se cierra, encendiendose las luces de marcha atrás.

Caja de cambios de 6 velocidadesComo curiosidad y sin entrar en detalles, vamos a ver este tipo de caja de cambios, que se empieza a ver montada en vehículos de medias y altas prestaciones.

El diseño de esta caja dispone de tres árboles de transmisión que permite un diseño muy compacto, que ocupa poco espacio.

Caja de cambios manual de 6 velocidades

El cambio manual de 6 marchas destaca por numerosas cualidades, siendo la mas significativa el buen aprovechamiento del par entregado por el motor, consecuencia de un excelente escalonamiento de las marchas.Además, al disponer de 6 marchas se reduce el consumo, los niveles de contaminación y se disminuye el impacto medioambientalEn el ámbito tecnológico, la novedad principal del cambio es el uso de dos árboles secundarios. Dicha técnica permite obtener un conjunto mas compacto, para poder montarlo en vehículos con grupo motor propulsor transversal.Todas las marchas, incluida la marcha atrás, están sincronizadas, por lo que la facilidad en la conexión está asegurada. Además, los engranajes son helicoidales, hecho que aumenta la resistencia y reduce la sonoridad.El uso de cable de mando en la transmisión de los movimientos de la palanca hacia el cambio de marchas aporta una mayor suavidad en el manejo, mayor precisión en los movimientos y una reducción en la traslación de ruidos al habitáculo.La facilidad de manejo del cambio se complementa con el accionamiento hidráulico del embrague.

El cambio manual con 6 marchas hacia delante y una hacia atrás, se monta junto con el motor de forma transversal. Existen dos versiones, una para vehículos con tracción delantera y otra para vehículos con tracción total, siendo el peso de 48,5 kg y de 68 kg respectivamenteEn ambos casos el par de entrada máximo admisible es de 350 Nm valor suficiente para poder ser montado en motores de alta potencia y par.La carcasa del embrague dispone de numerosos taladros útiles para acoplar el cambio a los motores de diferentes familias. De esta forma se compensa el ángulo de inclinación propia de cada motor. Existen diversas relaciones de cambio, según sea la motorización en la que se monte. Por esta razón es importante consultar las letras distintivas del cambio en las operaciones de reparación.

EstructuraLos elementos que forman la caja de cambios están alojados en el interior de dos carcasas de aluminio, la del "embrague" y la del "cambio".

Los componentes básicos de! cambio son:

un árbol primario, dos árboles secundarios, un árbol para la marcha atrás, un diferencial y la timoneria necesaria para la selección y conexión de las marchas

La versión de tracción total dispone además de una "caja de reenvío", imprescindible para transmitir par de giro al eje trasero.La utilización de dos arboles secundarios, técnica conocida como "flujo de fuerzas cruzado", permite repartir los piñones móviles de las marchas entre ambos árboles y reducir así la longitud total del cambio.Cada árbol secundario tiene un piñón de ataque que engrana directamente con la corona del diferencial. Pero sólo transmite movimiento el árbol que tenga engranada una marcha. Todos los piñones tienen dientes helicoidales. Además todas las marchas están sincronizadas, incluida la marcha atrás.

Arbol primarioEl primario, sujeto por la carcasa del embrague y la del cambio, está apoyado en ellas medíante rodamientos de rodillos cónicos En el árbol se han mecanizado dos dentados, el de la 2ª marcha (el mas próximo al embrague) y otro que es común para la 1ª y la marcha atrás.Sobre el árbol se monta un piñón doble, los cuales quedan solidarios. Dicho piñón doble incluye dos dentados, uno para la 6ª y 4ª marchas y otro para la 3ª. En su extremo opuesto al embrague se monta al piñón para la 5ª. Una vez montado, también gira solidario con el árbol.

Arboles secundarioEsta caja de cambio manual tiene dos secundarios: el "árbol secundario I" y el "árbol secundario II". Ambos gravitan en la carcasa del cambio y en la del embrague medíante rodamientos de rodillos cónicos.En el "secundarlo I" se montan los piñones de la primera hasta la 4ª marcha, mientras que en el "secundarlo II" dispone los piñones de la 5ª, 6ª y marcha atrásTodos los piñones de los secundarios giran libres sobre rodamientos de agujas. Cuando se engrana una marcha, el piñón correspondiente queda solidario al eje, transmitiendo el par a la corona del diferencial.Todas las marchas están sincronizadas. Los sincronizadores de todas las marchas están repartidos entre los dos secundarios. Debe destacarse la sincronización doble de la 1º y 2º y 3ª el resto son sincronizadores simples.El árbol "secundario II" tiene la característica de las zonas ocupadas por los piñones de la 4ª, 1ª y 2ª marcha. Gracias a una arandela derivadora de aceite, el árbol hueco y los tres taladros se logra un correcto engrase de los rodamientos de agujas de los piñones

Otros componentes internos

Eje de marcha atrás La inversión de giro del secundario se logra mediante e! eje de la marcha atrás, al cual están fijados dos piñones, uno en permanente contacto con el primario y otro con el secundario.El eje se apoya en la carcasa del cambio y en la del embrague por medio de rodillos de aguja

Diferencial Descansa en dos rodamientos de rodillos cónicos, uno en la carcasa del embrague y el otro en la del cambio.Tiene la función de compensar la diferencia de revoluciones de las ruedas motrices al tomar una curva. Está formado por una corona solidaria a la carcasa del diferencial, la cual al girar arrastra la carcasa donde se aloja el eje de los satélites. La actuación conjunta de los satélites y los planetarios, engranados entre sí, compensa la diferencia de giro de las ruedas motrices en curvas.Con tal de mejorar la suavidad de marcha y reducir ruidos, se ha rectificado cónicamente la carcasa del diferencial en las salidas de los ejes abridados, para alojar un anillo cónico cargado por un resorte, evitando así vibraciones no deseadas en los ejes abridados.La carcasa del diferencial tiene mecanizados ocho huecos. Con ellos y un transmisor para el velocímetro se obtiene la señal idónea para el cálculo de la velocidad instantánea del vehículo por parte def cuadro de instrumentos.

Caja de reenvioLos vehículos con tracción total incorporan una caja de reenvío, fijada a la carcasa del embrague, la cual no tiene despiece.Tiene la función de transmitir un movimiento de rotación entre la carcasa del diferencial y el árbol cardán. Consta de un grupo cónico formado por un piñón de ataque y una corona: ambos giran sobre rodamientos de rodillos cónicos.El funcionamiento es sencillo: un eje nervado une rígidamente la carcasa del diferencial con el piñón de ataque de la caja de reenvío, el cual a su vez engrana con la corona de la cajade reenvío y transmite el giro a través del árbol cardán al eje trasero.

Un segundo eje nervado atraviesa la caja de reenvío por el interior, de forma que une un planetario con el eje abridado del palier delantero derecho.

Conexión de marchasLos mecanismos que intervienen en la conexión de marchas son:

un eje selector, cuatro horquillas con las correspondientes barras sobre las que se desplazan, y cuatro casquillos de encastre para la retención estática de la marcha.

El eje selector es la pieza principal. Esta sujeto a la carcasa del cambio medíante una tapa en un extremo y en el otro mediante un tornillo de seguridad.Un casquillo montado en el eje selector incorpora un fiador, que trabaja en todas las marchas. Dispone también de un orificio donde encaja el perno de retención y la zona que actúa sobre el conmutador de la luz de marcha atrás. Además, el eje selector tiene tres dedos de conexión, uno para las horquillas de la 1ª a la 4ª marcha, otro para la marcha atrás y el último para la 5ª y 6ª.Cuando el eje selector está en reposo, sin ninguna marcha engranada, unos resortes internos lo sitúan de tal forma que uno de los dedos de conexión coincide en la escotadura de lahorquilla de la 3ª y 4ª marcha; el resto quedan libres.Cada una de las horquillas de las marchas (excepto la marcha atrás) tiene un fiador propio. Cuando se engrana una de las marchas, uno de los casquillos de encastre (fijos en la carcasa del cambio) bloquea la posición de la horquilla impidiendo que esta se desplace.La combinación del fiador del eje selector con el propio de cada una de las horquillas (retención estática), y los dentados en forma de punta de lanza de los sincronizadores (retención dinámica) evitan que las marchas se desengranen casualmente.

Flujo de fuerzaEl par de giro del motor llega al cambio de marchas a través del embrague y entra por el árbol primario. El primario tiene todos los piñones solidarios: su giro constante provoca el giro de todos los piñones de los otros árboles, los cuales permanecen libres.En el momento que el conductor engrana alguna marcha, provoca que el piñón correspondiente, situado en un árbol secundarlo quede solidarlo al árbol; así el par de giro pasará del primario a el secundario y finalmente al diferencial. Cada una de las marchas tiene como resultado una desmultiplicación propia.La inversión de giro del secundario II se logra mediante la intercalación del eje para la marcha atrás entre el primario y el secundario II.

Accionamiento de marchas

Los mecanismos que intervienen en la selección y conexión de una marcha se pueden asociar en tres grupos:

La palanca de cambios, dos cables de mando y la timonería de conexión.

Palanca de cambiosTiene libertad de movimiento en cualquiera de las direcciones de los tres ejes espaciales. Así, el mecanismo interior de la palanca puede transformar los movimientos realizados por el conductor en movimientos de tracción y empuje en los extremos de ambos cables,Los movimientos que realiza la palanca hacia la derecha e izquierda llegarán al cambio como movimiento de selección, mientras que los movimientos de avance y retroceso de la palanca provocarán movimiento de conexión de las marchas.

Cables de mandoSon de tipo blowden y tienen la función de transmitir los movimientos de la palanca hacia la timonería de conexión en el cambio.De esta forma se reducen las vibraciones sobre las conexiones debidas al movimiento de los grupos mecánicos, así como el aislamiento de ruidos por vibraciones y la carencia de mantenimiento.Uno de los cables transmite el movimiento de selección y otro los movimientos de conexión.

Timonería de conexiónEstá ubicada en la caja de cambios, a la cual están unidos por un extremo los cables de mando y por el otro el eje selector.Dicho mecanismo transforma los movimientos de los cables de mando en movimientos de desplazamiento axial y de rotación del eje selector, necesarios para la selección y conexión de cada una de las marchas.

Funcionamiento

Movimiento de selección Los desplazamientos hacia la derecha e izquierda de la palanca de cambios son transformados en movimientos de tracción y empuje del cable de selección quienes a su vez actúan sobre la timoneria de conexión fijada al eje selectorAsí se obtiene un movimiento ascendente o descendente del eje selector, con el que se logra encarar un dedo de conexión en la escotadura de la horquilla de la marcha seleccionada correspondiente.La conexión de la marcha atrás requiere superar un bloqueo de seguridad situado en el conjunto de ta palanca de cambio, la cual impide la conexión accidental de la marcha.Para ello es imprescindible presionar la palanca de cambios hacia abajo, hasta superar la fuerza de un muelle; solo así puede superarse el bloqueo por medio de los movimientos hacia la izquierda y adelante en la palanca.

Movimiento de conexión Los movimientos de avance y retroceso en la palanca provocan movimientos rotatorios del eje de selección. Esta rotación hace que el dedo de conexión desplace la horquilla junto con el manguito de empuje. El manguito de empuje del sincronizador se encarga a su vez de engranar el piñón de la marcha conectada.

AceiteEsta caja de cambios utiliza aceite G51 SAE 75W90. El vaciado se hará por el tornillo de vaciado situado en la carcasa del cambio y otro en la caja de reenvío.El llenado debe hacerse hasta el borde inferior del orificio de llenado. Según sean las letras distintivas del cambio y si incorpora tracción a las cuatro ruedas la cantidad varía, pero el punto de control es el mismo, entre los 2,1 y los 2,4 litros.

Cajas de cambio automáticas

El cambio automático es un sistema de transmisión que es capaz por si mismo de seleccionar todas las marchas o relaciones sin la necesidad de la intervención directa del conductor. El cambio de una relación a otra se produce en función tanto de la velocidad del vehículo como del régimen de giro del motor, por lo que el conductor no necesita ni de pedal de embrague ni de palanca de cambios. El simple hecho de pisar el pedal del acelerador provoca el cambio de relación conforme el motor varía de régimen de giro. El resultado que aprecia el conductor es el de un cambio cómodo que no produce tirones y que le permite prestar toda su atención al tráfico. Por lo tanto el cambio automático no sólo proporciona más confort, sino que aporta al vehículo mayor seguridad activa.

Los elementos fundamentales que componen la mayoría de los cambios automáticos actuales son:

un convertidor hidráulico de par que varía y ajusta de forma automática su par de salida, al par que necesita la transmisión.

un tren epicicloidal o una combinación de ellos que establecen las distintas relaciones del cambio. un mecanismo de mando que selecciona automáticamente las relaciones de los trenes epicicloidales. Este

sistema de mando puede ser tanto mecánico como hidráulico, electrónico o una combinación de ellos.

Precisamente el control electrónico es la mayor innovación que disponen los cambios automáticos actuales dando al conductor la posibilidad de elegir entre varios programas de conducción (económico, deportivo, invierno) mediante una palanca de selección, llegando actualmente a existir sistemas de control que pueden seleccionar automáticamente el programa de cambio de marchas más idóneo a cada situación concreta de conducción.Entre los datos que utilizan estos sistemas para sus cálculos se encuentran, la frecuencia con que el conductor pisa el freno, la pendiente de la carretera, el numero de curvas de la misma, etc.

Antes de estudiar el funcionamiento de la caja de cambios automática, hay que explicar de forma individual, los elementos básicos que la forman.

Embrague hidráulicoEl embrague hidráulico que mas tarde evolucionara llamandose convertidor de par, actúa como embrague automático entre el motor y la caja de cambios que, en estos casos, suele ser automática o semiautomática. Dicho embrague permite que el motor gire al ralentí (en vacío) y además transmite el par motor cuando el conductor acelera.Está fundado en la transmisión de energía que una bomba centrífuga comunica a una turbina por mediación de un líquido que generalmente es aceite mineral.Para comprender bien este principio se puede poner el ejemplo de dos ventiladores (figura inferior) colocados uno frente al otro. El ventilador (1), conectado a la red, mueve el aire y lo proyecta como impulsor o bomba sobre el otro ventilador (2) que está sin conectar; éste último, al recibir el aire, se pone a girar como una turbina.

Constitución del embrague hidráulicoEstá constituido, como puede verse en la figura inferior, por dos coronas giratorias (bomba y turbina) que tienen forma de semitoroide geométrico y están provistas de unos tabiques planos , llamados alabes. Una de ellas, llamada rotor conductor, va unida al árbol motor por medio de tornillos y constituye la bomba centrífuga; la otra, unida al primario de la caja de cambios con giro libre en el volante, constituye la turbina o corona arrastrada.Ambas coronas van alojadas en una carcasa estanca y están separadas por un pequeño espacio para que no se produzca rozamiento entre ellas.

FuncionamientoCuando el motor gira, el aceite contenido en la carcasa es impulsado por la bomba, proyectándose por su periferia hacia la turbina, en cuyos alabes incide paralelamente al eje. Dicho aceite es arrastrado por la propia rotación de la bomba o rotor conductor, formándose así un torbellino tórico.La energía cinética del aceite que choca contra los alabes de la turbina, produce en ella una fuerza que tiende a hacerla girar.Cuando el motor gira a ralentí, la energía cinética del aceite es pequeña y la fuerza transmitida a la turbina es insuficiente para vencer el par resistente. En estas condiciones, hay un resbalamiento total entre bomba y turbina con lo que la turbina permanece inmóvil. El aceite resbala por los alabes de la turbina y es devuelto desde el centro de ésta al centro de la bomba, en donde es impulsado nuevamente a la periferia para seguir el ciclo.A medida que aumentan las revoluciones del motor, el torbellino de aceite se va haciendo más consistente, incidiendo con más fuerza sobre los alabes de la turbina. Esta acción vence al par resistente y hace girar la turbina, mientras se verifica un resbalamiento de aceite entre bomba y turbina que supone el acoplamiento progresivo del embrague.Cuando el motor gira rápidamente desarrollando su par máximo, el aceite es impulsado con gran fuerza en la turbina y ésta es arrastrada a gran velocidad sin que exista apenas resbalamiento entre ambas (éste suele ser de un 2 % aproximadamente con par de transmisión máximo).

El par motor se transmite íntegro a la transmisión de embrague, cualquiera que sea el par resistente y, de esta forma, aunque se acelere rápidamente desde ralentí, el movimiento del vehículo se produce progresivamente, existiendo un resbalamiento que disminuye a medida que la fuerza cinética va venciendo al par resistente.Al subir una pendiente, la velocidad del vehículo disminuye por aumentar el par resistente, pero el motor continúa desarrollando su par máximo a costa de un mayor resbalamiento, con lo que se puede mantener más tiempo la directa sin peligro de que el motor se cale.

Ventajas e inconvenientes de los embragues hidráulicosEste tipo de embrague presenta el inconveniente de que no sirve para su acoplamiento a una caja de cambios normal, es decir, de engranes paralelos; ya que aun funcionando a ralentí, cuando el resbalamiento es máximo, la turbina está sometida a una fuerza de empuje que, aunque no la haga girar por ser mayor el par resistente, actúa sobre los dientes de los engranajes y no permite la maniobra del cambio de velocidades.Por esta razón este embrague se utiliza en cajas de cambio automático. Para su acoplamiento a una caja normal, habría que intercalar un embrague auxiliar de fricción que permita desacoplar la caja de cambios en el momento del cambio.Debido a la inevitable pérdida de energía por deslizamiento del aceite en su acoplamiento para obtener el par máximo, los vehículos equipados con este tipo de embrague consumen algo más de combustible que los equipados con un embrague normal de fricción. Presentan también la desventaja de un mayor coste económico, así como la necesidad de tener que acoplar una caja de cambios automática.

Como contrapartida de estos inconvenientes, la utilización del embrague hidráulico presenta las siguientes ventajas:

Ausencia de desgaste. Duración ilimitada, incluso mucho mayor que la vida útil del vehículo. Las vibraciones por torsión en la transmisión están fuertemente amortiguadas, cualidad muy importante para

su utilización en los motores Diesel. Arranque muy suave, debido a la progresividad en el deslizamiento.

Bajo coste de entretenimiento, no exigiendo más atención que el cambio periódico de aceite cada 15 000 ó 20 000 km.

Convertidor de parEl convertidor de par tiene un funcionamiento que se asemeja al de un embrague hidráulico pero posee una diferencia fundamental, y es que el convertidor es capaz de aumentar por sí sólo el par del motor y transmitirlo. En la figura inferior vemos el principio de funcionamiento tanto del embrague hidráulico y del convertidor. En a tenemos una rueda con unas cazoletas como si se tratara una rueda de noria de las utilizadas para sacar agua de los pozos. Hacemos incidir un chorro de aceite a presión sobre la cazoleta, esta es empujada moviendo la rueda. Vemos que la fuerza de empuje no es grande ya que con un dedo de la mano paramos la rueda. En b hemos añadido una placa deflectora entre el chorro de aceite y la cazoleta: Ahora el chorro de aceite empuja la cazoleta pero en vez de perderse rebota en la placa deflector que lo dirige otra vez contra la cazoleta por lo que se refuerza el empuje del chorro contra la cazoleta. Vemos ahora que el empuje del chorro sobre la cazoleta es mayor y necesitamos mas fuerza en la mano para evitar que gire la rueda.

En la figura inferior se muestra un esquema de los componentes del convertidor hidráulico. Además de la bomba y de

la turbina característicos de un embrague hidráulico, el convertidor de par dispone de un elemento intermedio denominado reactor. La rueda de la bomba está accionada directamente por el motor mientras que la turbina acciona el eje primario de la caja de velocidades. El reactor tiene un funcionamiento de rueda libre y está apoyado en un árbol hueco unido a la carcasa de la caja de cambios.Tanto la bomba como la turbina y el reactor tienen alabes curvados que se encargan de conducir el aceite de forma adecuada.

FuncionamientoAl girar la bomba accionada directamente por el movimiento del cigüeñal, el aceite se impulsa desde la rueda de bomba hasta la rueda turbina. A la salida de ésta el aceite tropieza con los alabes del reactor que tienen una curvatura opuesta a los de las ruedas de bomba y turbina. Esta corriente de aceite empuja al reactor en un giro de sentido contrario al de la bomba y la turbina. Como el reactor no puede realizar ese giro ya que está retenido por la rueda libre, el aceite se frena y el empuje se transmite a través del aceite sobre la bomba. De esta forma mientras exista diferencia de velocidad de giro entre la bomba y la turbina el momento de giro (par) será mayor en la turbina que en la bomba. El par cedido por la turbina será pues la suma del transmitido por la bomba a través del aceite y del par adicional que se produce por reacción desde el reactor sobre la bomba y que a su vez es transmitido de nuevo sobre la turbina. Cuanto mayor sea la diferencia de giro entre turbina y bomba mayor será la diferencia de par entre la entrada y la salida del convertidor, llegando a ser a la salida hasta tres veces superior.Conforme disminuye la diferencia de velocidad va disminuyendo la desviación de la corriente de aceite y por lo tanto el empuje adicional sobre la turbina con lo que la relación de par entre salida y entrada va disminuyendo progresivamente.Cuando las velocidades de giro de turbina e impulsor se igualan, el reactor gira incluso en su mismo sentido sin producirse ningún empuje adicional de forma que la transmisión de par no se ve aumentada comportándose el convertidor como un embrague hidráulico convencional. A esta situación se le llama "punto de embrague"

La ventaja fundamental del convertidor hidráulico de par sobre el embrague hidráulico es que el primero permite, en situaciones donde se necesita mayor tracción como subida de pendientes o arranques, el movimiento del reactor con lo que el par transmitido se ve aumentado respecto al proporcionado por el motor en caso de necesidad. Además el

convertidor hidráulico amortigua a través del aceite cualquier vibración del motor antes de que pase a cualquier parte de la transmisión.A pesar de ser el convertidor hidráulico un transformador de par, no es posible su utilización de forma directa sobre un vehículo ya que en determinadas circunstancias de bajos regímenes de giro tendría un rendimiento muy bajo. Además no podría aumentar el par más del triple. Todo esto obliga a equipar a los vehículos, además de con un convertidor, con un mecanismo de engranajes planetarios que permitan un cambio casi progresivo de par.

Engranaje planetarioTambién llamado "engranaje epicicloidal", son utilizados por las cajas de cambio automáticas. Estos engranajes están accionados mediante sistemas de mando normalmente hidráulicos o electrónicos que accionan frenos y embragues que controlan los movimientos de los distintos elementos de los engranajes.La ventaja fundamental de los engranajes planetarios frente a los engranajes utilizados por las cajas de cambio manuales es que su forma es mas compacta y permiten un reparto de par en distintos puntos a través de los satélites, pudiendo transmitir pares mas elevados.

Si quieres ver como funciona un engranaje planetario haz click aquí.

En el interior (centro), el planeta gira en torno de un eje central.Los satélites engranan en el dentado del piñón central. Además los satélites pueden girar tanto en torno de su propio eje como también en un circuito alrededor del piñón central.Los satélites se alojan con sus ejes en el portasatélitesEl portasatélites inicia el movimiento rotatorio de los satélites alrededor del piñón central; con ello, lógicamente, también en torno del eje central.La corona engrana con su dentado interior en los satélites y encierra todo el tren epicicloidal. El eje central es también centro de giro para la corona.

Estos tres componentes (planeta, satélites y corona) del tren epicicloidal pueden moverse libremente sin transmitir movimiento alguno, pero si se bloquea uno de los componentes, los restantes pueden girar, transmitiendose el movimiento con la relación de transmisión resultante según la relación existente entre sus piñones. Si se bloquean dos de los componentes, el conjunto queda bloqueado, moviendose todo el sistema a la velocidad de rotación recibida por el motor.

Las relaciones que se pueden obtener en un tren epicicloidal dependen de si ante una entrada o giro de uno de sus elementos existe otro que haga de reacción. En función de la elección del elemento que hace de entrada o que hace de reacción se obtienen cuatro relaciones distintas que se pueden identificar con tres posibles marchas y una marcha invertida. El funcionamiento de un tren epicicloidal es el siguiente:

1ª relación: si el movimiento entra por el planetario y se frena la corona, los satélites se ven arrastrados por su engrane con el planetario rodando por el interior de la corona fija. Esto produce el movimiento del portasatélites. El resultado es una desmultiplicación del giro de forma que el portasatélites se mueve de forma mucho más lenta que el planetario o entrada.

2ª relación: si el movimiento entra por la corona y se frena el planetario, los satélites se ven arrastrados rodando sobre el planetario por el movimiento de la corona. El efecto es el movimiento del portasatélites con una desmultiplicación menor que en el caso anterior.

3ª relación: si el movimiento entra por el planetario y, la corona o el portasatélites se hace solidario en su movimiento al planetario mediante un embrague entonces todo el conjunto gira simultáneamente produciéndose una transmisión directa girando todo el conjunto a la misma velocidad que el motor.

4ª relación: si el movimiento entra por el planetario y se frena el portasatélites, se provoca el giro de los planetarios sobre su propio eje y a su vez estos producen el movimiento de la corona en sentido contrario, invirtiendose el sentido de giro y produciéndose una desmultiplicación grande.

Relación Corona Planeta Portasatélites Desmultiplicación

1ª FijaSalida de

fuerzaImpulsión Grande

2ªSalida de

fuerzaFijo Impulsión Menor

3ª Fija FijoSalida de

fuerzaSin

desmultiplicación

4ª ImpulsiónSalida de

fuerzaFijo Inversión de giro

Invirtiendo la entrada y la salida en las relaciones de desmultiplicación se obtendrían relaciones de multiplicación.Estas relaciones se podrían identificar con las típicas marchas de un cambio manual, sin embargo se necesitarían para ello distintos árboles motrices por lo que en la aplicación de un tren epicicloidal a un automóvil las posibilidades se reducen a dos marchas hacia delante y una hacia atrás. La entrada del par motor se realizaría por el planetario y la salida por el portasatélites o la corona. La primera relación descrita y la tercera serían la 1ª marcha y la directa respectivamente y la cuarta relación seria la marcha atrás.

Para poder combinar tres o más velocidades se usan habitualmente combinaciones de engranajes epicicloidales. Las cajas de cambio automáticas utilizan combinaciones de dos o tres trenes epicicloidaidales que proporcionan tres o cuatro relaciones hacia adelante y una hacia detrás. Como ejemplo tenemos la figura inferior.

Caja de cambios automática HidramaticEsta caja cuenta con cuatro velocidades y marcha atrás, esta formada por un embrague hidráulico o convertidor de par y tres trenes de engranajes epicicloidales (I - II - III), que comunican movimiento del motor al árbol de transmisión de forma automática y progresiva según la velocidad del vehículo.

La corona (C1) del tren de epicicloidal (I) es solidaria al volante de inercia (4) y recibe, por tanto, el movimiento directamente del motor. Los satélites (B1) van unidos a la bomba (P) del embrague hidráulico y a la corona (C2) del segundo tren de engranajes (II) por medio del embrague (E2). El planetario (A1) puede ser frenado por la cinta de freno (F1) o hacerse solidario a los satélites (B1) por medio del embrague (E1).La corona (C2) del tren (II), puede ser frenada por la cinta de freno (F2) o hacerse solidaria a los satélites (B1) por medio del embrague (E2). Los satélites (B2) se unen directamente al eje de transmisión (3) y son los encargados de transmitir el movimiento de la caja de cambios en cualquier velocidad. El planetario (A2) recibe el movimiento directamente de la turbina (T) a través del árbol (2)..El tren de engranajes (III) sólo funciona para la marcha atrás y tiene la misión de invertir el giro de los satélites (B2) y del árbol de transmisión. La corona (C3) gira libremente y sólo es bloqueada por un mando mecánico de la palanca de cambios para obtener la inversión de giro. Los satélites (B3) se unen directamente a los satélites (B2) a través del árbol de transmisión. El planetario (A3) va unido a la corona (C2) de donde recibe movimiento.Los satélites de todos los trenes de engranajes pueden girar libremente en sus ejes o sufrir movimiento de translación cuando se lo comunican cualquiera de los demás componentes de los trenes epicicloidales.

Funcionamiento y relaciones de transmisiónLas distintas velocidades en la caja de cambios se obtienen automáticamente de la siguiente forma:

Primera velocidadLos mecanismos de mando hidráulico de la caja de cambios (fig. inferior) accionan los frenos (F1 y F2) dejando libres los embragues (E1 y E2), con lo que el giro que llega del volante de inercia (4) a la corona (C1) del primer tren de engranajes (I) se transmite a los satélites (B1), que son arrastrados por ella al estar el planeta (A1) bloqueado.El movimiento de estos satélites se transmite a la bomba (P) del embrague hidráulico, que arrastra a la turbina (T), comunicando su giro al planeta (A2) del segundo tren de engranajes (II). El giro del planeta (A2) se transmite a los satélites (B2) que giran desplazándose sobre la corona (E2) al estar frenada. El movimiento de los satélites (B2) se transmite al árbol de transmisión (3), obteniendose una reducción de movimiento a través (I y II).

Segunda velocidadAl llegar a una determinada velocidad, el mecanismo de mando hidráulico acciona automáticamente el embrague (E1) y el freno (F2), dejando libres (F1 y E2), con lo cual el giro transmitido por el volante (4) a la corona (C1) (fig. inferior) se transmite integro a la bomba del embrague (P) por estar enclavados (A1 y B1) a través del embrague (E1). La bomba, en este caso, se mueve a la misma velocidad que el motor, arrastrando a la turbina (T) que da movimiento al planeta (A2) sin reducción alguna.El giro de este planetario (A2) mueve a los satélites (B2), que como en el caso anterior, al estar frenada la corona (C2), ruedan sobre ella comunicando el movimiento al árbol de transmisión de salida (3).La reducción de velocidad en este caso sólo se efectúa a través del tren de engranajes (II).

Tercera velocidadA la velocidad correspondiente para que entre la tercera velocidad, el mecanismo de mando hidráulico acciona el freno (F1) y el embrague (E2), dejando libres (F2 y E1). El giro del árbol motor (1), a través de la corona (C1), se transmite a los satélites (B1), por estar el planeta (A1) frenado y, a su vez, a la corona (C2)

por la acción del embrague (E2).Por otro lado, el movimiento de los satélites (B1) se transmite a la bomba (P) del embrague hidráulico, que arrastra a la turbina (T) dando movimiento al planeta (A2). Al girar el planeta y la corona del tren (II) a la misma velocidad, se efectúa una acción de enclavamiento en el segundo tren de engranajes y sus satélites (B2) se desplazan a la misma velocidad que el conjunto, comunicando su movimiento al árbol de salida de transmisión (3).La reducción de velocidad en este caso, sólo se efectúa, por tanto, en el primer tren de engranajes.

Cuarta velocidadCon el vehículo circulando a la velocidad correspondiente para que entre la cuarta velocidad, los mecanismos de mando hidráulicos accionan los embragues (E1 y E2) dejando libres los frenos (F1 y F2). El giro motor que llega a la corona (C1) se transmite integro a la bomba (M), por estar enclavadas (A1 y B1) por el embrague (E1). Este giro motor se transmite a su vez integro a la corona (C2) del segundo tren de engranajes (II) por la acción del embrague (E2) y como el movimiento de la bomba (P) se transmite integro a través de la turbina (T) al planetario (A2), se produce el enclavamiento del segundo tren que arrastra a los satélites (B2) y al árbol de salida (3) en la caja de cambios a la misma velocidad del motor sin reducción alguna. Por lo tanto no hay reducción, se puede denominar a esta marcha "directa".

Marcha atrásAl accionar la palanca de cambios en posición de marcha atrás, se enclava mecánicamente la corona (C3) accionandose a su vez el freno (F1) y quedando libres (F2, E1 y E2). En esta posición, el giro del motor (1), a través de la corona (C1), se transmite a los satélites (B1) y a la bomba del embrague hidráulico (P), arrastrando a la turbina (T) que da movimiento (A2).El movimiento del planeta (A2) hace girar a los satélites (B2) que arrastran a la corona (C2) en sentido contrario y está, a su vez, al planeta (A3), que hace rodar los satélites (B3) sobre la corona (C3), que esta enclavada, en sentido contrario al giro motor. Como los satélites (B2 y B3) van unidos al árbol de transmisión, comunican el movimiento al mismo, con la reducción correspondiente a los trenes (I y II), pero en marcha atrás.

Características particulares de este tipo de caja de velocidadesEste modelo de caja automática presenta la particularidad de que el embrague hidráulico va colocado entre el 1º y 2º tren de engranajes, con lo cual, en 1ª y 3ª velocidad, la bomba funciona con una cierta reducción de giro a través de

(B1). Esta circunstancia evita el arrastre del vehículo a ralentí, cuando está metida la primera velocidad, y mejora el rendimiento del embrague.El par motor transmitido al árbol de salida se comunica por dos caminos; uno; a través de los engranes de los trenes, y el otro a través de la turbina al planetario del segundo tren, con lo que se consigue disminuir el resbalamiento del aceite en el y se mejora el rendimiento, sobre todo cuando, por calentamiento, se debilita la turbulencia formada.

Sistema de mando para el cambio automáticoHemos visto el funcionamiento del convertidor de par y de los trenes epicloidales, ahora veremos como funcionan los elementos que controlan el cambio de velocidades. El sistema de control del cambio automático en la caja de cambios Hidramatic está formado por un circuito hidráulico y una serie de elementos, situados en el interior del cárter de la caja de cambios, que realizan las operaciones de cambio automático para las distintas velocidades, sin que tenga que intervenir el conductor.

Hay dos elementos principales que se encargan de frenar uno o varios de los componentes del tren epicicloidal para conseguir las diferentes reducciones de velocidad. Estos elemento son: la cinta de freno y el embrague.

La cinta de freno : consiste en una cinta que rodea un tambor metálico. Este tambor puede estar fijado al piñón planeta tal como se muestra en la figura, o puede ser la superficie exterior de la corona de engrane interior. Cuando la cinta de freno esta aplicada, queda inmovilizado el piñón planeta y el engranaje epicicloidal actúa como un reductor de velocidad. La corona interior estará girando, pues esta montada sobre el eje de entrada. Esta disposición hacen que giren los piñones satélites, a la vez que circunden el piñón planeta, arrastrando consigo al portasatélites, el cual girara animado de una velocidad de rotación inferior a la de la corona interior.

El embrague : consiste en una serie de placas la mitad de las cuales están fijadas en el anillo exterior, llamado tambor de embrague que es solidario con el planeta y la otra mitad lo están al portasatélites. Cuando la presión del aceite aprieta entre si los dos juegos de placas del embrague, éste estará conectado. Cuando actúa el embrague diremos que el engranaje epicicloidal esta "bloqueado" ya que hacemos solidarios dos de sus componentes y el engranaje epicicloidal girara al completo sin ningún tipo de reducción.El aceite a presión que entra a través del tubo de aceite produce la aplicación o acoplamiento del embrague. El aceite a presión empuja hacia la izquierda al pistón anular dispuesto en el tambor del piñón planeta, de manera que las placas del embrague son apretadas las unas contra las otras, quedando así aplicado el embrague.En esta situación, el portasatélites y el piñón planeta son solidarios. El juego de engranaje epicicloidal esta ahora en transmisión o marcha directa.

El dispositivo de la figura superior es solo uno de los varios que se usan en las cajas de cambios automáticas. En algunas de éstas, cuando la cinta esta aplicada, permanece inmovilizada la corona interior o el portasatélites. Las diferentes cajas de cambio pueden, sin embargo, inmovilizar diferentes miembros conjuntamente cuando está aplicado el embrague. No obstante, en todas las cajas de cambios automáticas el principio es el mismo. Hay reducción de marcha cuando está aplicada la cinta y hay transmisión en directa cuando está aplicado al embrague.

Circuito de mando hidráulicoEl sistema es gobernado por el pedal del acelerador (1) (figura inferior) y la velocidad del vehículo, seleccionando la marcha más adecuada de forma automática, sin que el conductor tenga que preocuparse del cambio de velocidades ni de accionar el embrague.

Estas cajas suelen llevar una palanca de cambios (2) con tres posiciones: una para la marcha atrás (MA): otra (Lo) para cuando el vehículo rueda por terreno malo o con trafico congestionado, en la que sólo se seleccionan las marchas más cortas; y la tercera posición (Dr) para el automatismo total en que se seleccionan todas las marchas hacia adelante en función de la velocidad del vehículo. El punto muerto se encuentra (N). Esta nomenclatura varía según los fabricantes del mecanismo.

Los elementos que componen este circuito de mando son los siguientes:

Cárter y bombas de aceite El fluido para el mando hidráulico es a base de aceite especial para este tipo de cajas de cambio y se aloja en el cárter (3) de la misma. Este aceite es utilizado para la lubricación de los engranajes, para llenar el embrague hidráulico o convertidor de par y para el circuito de mando.El aceite es distribuido en el circuito por dos bombas de engranajes (4 y 5), que aspiran el aceite del cárter y lo envían a presión a los elementos de mando a través de tuberías (a, b y c) de acero estirado en frío sin soldadura, capaces de soportar la presión con que circula el aceite por ellos.La bomba (4) recibe movimiento del árbol motor y realiza la lubricación de los mecanismos, el llenado del embrague hidráulico y suministra aceite con la suficiente presión al circuito de mando para accionar la primera velocidad.La bomba (5) recibe el movimiento del árbol de transmisión y añade su flujo de aceite al circuito de mando para el accionamiento del resto de las velocidades. Una válvula limitadora de presión mantiene constante la presión en el circuito a unos 6 kgf/cm2.

Corredera Este mecanismo de accionamiento mecánico (fig. inferior) consiste en una válvula corredera (6) accionada

por una palanca (2) situada al alcance del conductor.En la posición (N) correspondiente al punto muerto, deja pasar la presión de aceite por la salida (a), dejando libres los frenos y embragues, con lo cual, los trenes giran en vacío sin transmitir movimiento alguno, cortando además el suministro de fluido al regulador centrífugo (7) y al distribuidor (8).En la posición (Dr), correspondiente al cambio automático (fig. inferior), la válvula deja pasar el aceite por las canalizaciones (b y c) hacia el regulador centrífugo (7) y al bombín del freno (11). La posición (Lo) da paso de aceite a un circuito de bloqueo en el distribuidor, de forma que sólo se seleccionan las velocidades más cortas.En la posición de marcha atrás (MA), se bloquea mecánicamente la corona del tercer tren y se deja paso de aceite para el funcionamiento del circuito en posición de marcha atrás.

Regulador centrífugo Este mecanismo (7) (fig. inferior) recibe movimiento en su eje (B) del árbol de transmisión, de la misma toma que la bomba de aceite (5). Está formado por un grueso plato (A) que recibe movimiento por su árbol (B). En el interior de este plato o volante centrífugo van montadas dos válvulas desplazables (V1 y V2) unidas a los contrapesos (C1 y C2) de distinto tamaño y peso que, por la acción centrífuga, se desplazan hacia afuera abriendo paso al aceite que llega por el conducto (c) hacia el distribuidor.La válvula (V1), por la acción del contrapeso (C1), se abre aproximadamente a las 1 300 r. p. m., dando paso al aceite con la presión suficiente para accionar la válvula (1-2) del distribuidor (8) y pasar de 1ª a 2ª velocidad. La válvula (V2), por la acción del contrapeso (C2), se abre a las 3 000 r. p. m., dejando pasar el aceite a mayor presión, que se suma al anterior para accionar las válvulas (2-3) y (3-4) del distribuidor, para los cambios de 3ª y 4ª velocidad.

Retardador Este elemento, señalado con la marca (10) en el conjunto general, consiste (fig. inferior) en una válvula accionada por el pedal acelerador que tiene la misión de aumentar la presión en la cara opuesta de las válvulas del distribuidor. Esta presión refuerza la acción de los muelles de las válvulas, consiguiendo que la presión mandada por el regulador sea mayor, para actuar los cambios de marcha. Con ello se consigue apurar más las velocidades, sobre todo en caso de pendientes, donde interesa mantener una velocidad más corta.

Distribuidor Este elemento (8) (fig. esquema principal) constituye el cerebro del mando automático y se compone de tres válvulas (1-2), (2-3) y (3-4) reguladas a distinta presión de funcionamiento, las cuales reciben el aceite a presión del regulador (7) en función de la velocidad del vehículo.Según la presión que llegue a las válvulas, actúa una u otra, mandando el aceite a presión a los mecanismos que actúan los frenos de cinta o embragues de los trenes epicicloidales.

Válvula de mando y bombines de accionamiento La válvula de mando (9) (fig. esquema principal) ejecuta las maniobras de cambio según reciba el aceite a presión por uno u otro lado de sus pistones. Los bombines de accionamiento (11, 12, 13 y 14) realizan las maniobras de apertura y cierre de las cintas de freno y embragues de acuerdo a la marcha seleccionada.

Funcionamiento del circuitoEl funcionamiento del circuito en las correspondientes posiciones de la palanca de cambios, es el siguiente.

Punto muertoEstando la palanca de cambios en la posición (N), el aceite suministrado por la bomba (4), ya que la (5) no recibe movimiento, pasa por la canalización (a) hacia el bombín de freno (12), venciendo la acción de su resorte y dejando

libre al freno (F1). Como el freno (F1) y los embragues (E1 y E2) no reciben presión por estar cortado el circuito en la corredera (6), todos los elementos quedan liberados y, por tanto, los trenes giran en vacío sin transmitir movimiento.

Posición de cambio automáticoColocando la palanca en posición (Dr), se corta la presión de aceite en la canalización (a) y se da paso al circuito por (b y c); el sistema actúa de la siguiente forma:

Primera velocidad.Al cesar la presión en el canal (a), el bombín (12), por la acción de su resorte, cierra el freno de cinta (F2).La presión del canal (b) acciona el bombín (11) que cierra el freno (F1). La presión del canal (c) que llega al regulador (7) no tiene paso al distribuidor (8), ya que al girar a pocas revoluciones el volante del regulador, no actúan los contrapesos, impidiendo la apertura de las válvulas y, por tanto, el paso de aceite. En estas condiciones se tiene:

Segunda velocidad.Cuando el vehículo alcanza mayor velocidad, la transmisión mueve el regulador centrífugo (7) actuando la válvula (V1) y dejando pasar algo de aceite a las válvulas del distribuidor, cuya presión es suficiente para vencer el resorte de la válvula (1-2) (tara más pequeña), permaneciendo cerradas las demás.Esta válvula manda aceite a presión a la válvula de mando (9), pasando al bombín (13) que acciona el embrague (E1) y a la cara posterior del bombín (11) que, ayudado por el resorte, abre el freno (F1). Como los bombines de los elementos (E2 y F2) no reciben presión, estos permanecen en su estado de reposo; o sea:

Tercera velocidadAl aumentar más la velocidad del vehículo, la presión de aceite, por efecto de la bomba (5), es mayor y también lo es el paso del mismo por el regulador centrífugo (7), con lo cual aquella es capaz de vencer el resorte de la válvula (2-3) del distribuidor (8). La presión suministrada por esta válvula llega al bombín (11) abriéndolo y al (12) cerrándolo; llega también a la válvula (8), desplazando el pistón grande hacia la izquierda y, por tanto, cerrando el suministro de la válvula (1-2). Al quedar sin presión, el bombín (13), corta el paso de aceite al bombín (11) que, por la presión del conducto (b), cierra el freno (F1). En estas condiciones se tiene:

Cuarta velocidadA mayor velocidad del vehículo, el regulador (7) abre las dos válvulas mandando aceite con la suficiente presión para vencer el resorte de la válvula (3-4) del distribuidor (8).La presión de esta válvula llega a la válvula (9) desplazando sus pistones hacia la derecha, por ser este émbolo de mayor sección. Este desplazamiento deja libre el paso de aceite procedente de la válvula (1-2) que cierra el bombín (13) y abre el bombín (11).De la misma forma, el aceite procedente de la válvula (2-3), cierra el bombín (14) y abre el (12) con lo que resulta:

Marcha atrásPara efectuar la marcha atrás, se sitúa la palanca en posición (MA). De este modo se accionan mecánicamente unas palancas que producen el enclavamiento de la corona del tren (III), al mismo tiempo que la corredera (6) permite el paso del aceite por (a) y (b), obteniéndose:

Efecto del retardadorSe ha podido observar que el paso de una velocidad a otra se realiza siempre a velocidades determinadas del vehículo, lo que no resulta adecuado pues, a veces, se necesita una velocidad más corta con el motor más acelerado (pendientes, arranque, aceleraciones, etc.).Esto se consigue con el retardador (10), movido por el pedal acelerador, que manda aceite a menor o mayor presión según su recorrido al lado opuesto de las válvulas del distribuidor, con lo cual, el aceite suministrado por el regulador, necesitará mayor presión para accionar estas válvulas, o lo que es lo mismo, mayor velocidad del vehículo para conseguir el mismo efecto. De esta forma se consigue apurar más los cambios, actuando sobre el pedal acelerador y retardador.

Selección de marchas cortasGeneralmente, estas cajas de cambio llevan una posición de la palanca de cambios (Lo), con la que se efectúa un enclavamiento de la válvula (2-3), impidiendo el paso a la 3ª velocidad. En estas condiciones el vehículo circula solamente en 1ª y 2ª velocidad. Esta posición se selecciona para circular con tráfico muy intenso o cuando las pendientes a subir o bajar son muy pronunciadas.

En la figura inferior tenemos un esquema se un sistema hidráulico de control de la cinta de freno y embrague de un tren epicicloidal que no es exactamente igual al estudiado hasta ahora pero si muy parecido. En este sistema, normalmente, en reposo la cinta de freno esta aplicada y el embrague en posición de desacoplado, con lo cual se produce una reducción de velocidad. Pero cuando la "válvula de mando" se desplaza, el aceite a presión procedente de la bomba se introduce por la parte anterior del pistón que acciona la cinta de freno, asi como en el pistón del embrague. Esto hace que la cinta de freno se afloje y que se accione el embrague. En este momento el embrague bloquea simultáneamente dos elementos del sistema epicicloidal funcionando como un acoplamiento directo.

Cambios automáticos actuales

ParticularidadesLos cambios automáticos han ido evolucionando con el tiempo, sobre todo con la introducción de la electrónica en el

automóvil.En los primeros cambios automáticos, la forma de la selección de marchas se realizaba hidráulicamente. Los estados de funcionamiento se registraban mediante elementos constructivos hidráulicos, neumáticos y eléctricos, que se convertían en presiones, con lo que se activaba la selección de marchas.En el curso del desarrollo de la electrónica aplicada a la técnica automovilística, estos elementos constructivos se sustituyeron por los correspondientes componentes electrónicos.El mando "hidráulico" del cambio se convirtió en mando "electrónico" del cambio. El mando electrónico del cambio se convirtió en el elemento central de la lógica y ejecución de mando.Los puntos de acoplamiento del cambio se forman a partir de un gran número de informaciones que describen la situación momentánea de funcionamiento y marcha.

Conductor: decide cuándo, adónde y con qué rapidez, deportividad o economía. De ello se encargan el pedal acelerador y la palanca selectora.

Estados de funcionamiento: las resistencias al avance influyen: si se recorre una pendiente cuesta arriba/cuesta abajo, si se utiliza remolque, si hay viento contrario, sise conduce bajo carga o con empuje. Los sensores envían las informaciones a la unidad de control.

Electrónica: efectúa evaluaciones a través de los sensores y se encarga de decidir que relación de marcha debe acoplar, para ello regula el dispositivo hidráulico del cambio.

Hidráulica se encarga de configurar las presiones de mando y recorridos de acoplamiento.

La unidad de control determina la lógica del acoplamiento de marchas mediante operaciones calculatorias permanentes. Para ello utiliza un programa grabado en memoria que contiene una "curva característica adaptiva", que dependiendo de las informaciones que le envíen los sensores, tomara las decisiones oportunas actuando sobre los dispositivos actuadores.

Ventajas del mando electrónico del cambio frente al convencional hidráulico:

Sin gran despliegue técnico adicional se pueden procesar señales adicionales. La regulación de la hidráulica es más exacta. Los efectos de desgaste se pueden compensar mediante el mando de presión adaptivo. La curva característica de acoplamiento de marchas se puede configurar de modo más flexible. La electrónica protege más fácilmente contra manejo erróneo. Las averías presentadas se pueden evadir hasta cierto punto, asegurando así la disponibilidad de servicio del

vehículo. Las averías presentadas quedan registradas en la correspondiente memoria para el Servicio técnico.

Comunicación con otros sistemas del vehículoEl mando electrónico del cambio no es ningún sistema que trabaje aisladamente. El comunica con otros sistemas electrónicos del vehículo a fin de minimizar el despliegue técnico de sensores, optimizar el confort del acoplamiento de marchas y aumentar la seguridad del tráfico.

Electrónica del motor Numerosas señales de las electrónicas del motor y cambio se utilizan conjuntamente, tales como, p. ej., el número de revoluciones del motor, la señal de carga y la posición del pedal acelerador.A fin de suavizar las presiones de acoplamiento durante el accionamiento de los elementos del cambio (p. ej., embragues de discos, frenos de discos), se comunica a la unidad de control del motor el momento del acoplamiento de una marcha.Para ello, la unidad de control para el cambio automático está enlazado por una línea directa con la unidad de control del motor.Durante el momento de acoplar la marcha, se varía brevemente el punto de encendido en sentido de retardo,

con lo cual se suprime el par motor en ese tiempo.En algunos sistemas de mando electrónico del cambio se efectúan intercambios de informaciones con los diferentes sistemas del vehículo.

Electrónica del tren de rodaje En caso de una intervención reguladora de un sistema de control de estabilidad (p. ej., control electrónico de tracción o bloqueo electrónico del diferencial), el mando electrónico del cambio impide que se efectúen acoplamientos de marchas.En caso de una intervención reguladora durante el arranque del vehículo (sistema de tracción antideslizante), el mando electrónico del cambio utiliza la segunda marcha para reducir el par motor.En caso de recorrer una curva cerrada, un sensor registra la aceleración transversal y la transmite al mando electrónico del cambio. En este momento se impiden procesos de acoplamiento de marchas.

Sistema de aire acondicionado Si se necesita disponer de todo el par motor para acelerar fuertemente, se desconectará el acoplamiento magnético del compresor. Las informaciones para ello las envía el mandoelectrónico del cambio a la unidad de control para el sistema de aire acondicionado tan pronto se acciona el interruptor de sobregás.

Nota: las modernas cajas de cambio automático con mando electrónico conservan de las cajas de mando hidráulico: las posiciones más importantes de la palanca selectora - P - R - N - D - que siguen transmitiéndose como antes, adicionalmente por medios mecánicos, de la palanca selectora a la corredera selectora en el dispositivo hidráulico de acoplamiento de marchas. Esto asegura la disponibilidad de funcionamiento del cambio automático también en caso de fallar la unidad de control electrónica.

Curva convencional de acoplamientoEl acoplamiento entre dos marchas lo efectúa el mando electrónico del cambio en base a una "curva de acoplamiento". Esta tiene en cuenta la velocidad de marcha y la posición del pedal acelerador.Para acoplar una marcha superior es válida otra curva característica que para acoplar una marcha inferior.En función de la velocidad de marcha y de la posición del pedal acelerador, para cambio de marcha hay memorizada en la "unidad de control de cambio" una curva característica de acoplamiento. Esta selección del punto de acoplamiento es relativamente rígida, pues las marchas se acoplan siempre en los mismos puntos según la posición del pedal acelerador y de la velocidad de marcha.En el diagrama inferior sólo se representa el acoplamiento 3ª - 4ª marcha.

Curva característica deportiva y curva característica económicaEn los primeros tiempos del mando electrónico del cambio, sólo se programaban curvas características fijas de acoplamiento. En el posterior desarrollo del mando electrónico del cambio ya se podía elegir entre dos programas:

uno deportivo y

uno económico

La conmutación del programa la efectuaba el conductor mediante un conmutador aparte dispuesto en la palanca selectora. Un posterior perfeccionamiento automatizaba la conmutación. Esta tenía lugar teniendo en cuenta la velocidad de accionamiento en el pedal acelerador.A pesar de la mejora seguía tratándose, como anteriormente, de una decisión absoluta: “ECO" o "SPORT" sin tener en cuenta mas factores.

Curvas características adaptivasLos modernos mandos electrónicos del cambio determinan un desplazamiento de la curva característica de cambio a partir de un gran número de informaciones que describen permanentemente la situación momentánea de funcionamiento y marcha.Esta curva característica de acoplamiento adaptada individualmente y no rígida se utiliza en la unidad de control para la decisión del acoplamiento de marchas.

El programa de acoplamiento en función de la resistencia al avance reconoce las resistencias al avance, tales como recorridos por pendientes cuesta arriba y cuesta abajo, servicio con remolque y viento contrario.En base a la velocidad de marcha, posición de la válvula de mariposa, número de revoluciones del motor y aceleración del vehículo, la unidad de control calcula la resistencia al avance y fija según esos datos los puntos de acoplamiento.La determinación del punto de acoplamiento en función del conductor y marcha se efectúa según el principio de la "fuzzy logic" (lógica borrosa).

Mediante la velocidad de pedal acelerador (accionado rápida o lentamente), el conductor consigue un factor deportivo que se determina mediante la "fuzzy logic".Con ayuda del factor deportivo tiene lugar una determinación flexible del punto de acoplamiento entre una concepción del mismo orientada al consumo o a la potencia.De este modo, entre la curva característica de acoplamiento "ECO" y la "SPORT" son posibles muchos puntos de acoplamiento. Así se consigue una reacción mucho más sensible a los requerimientos de marcha individuales.

¿Que es "fuzzy logic"?Este concepto nos lo encontramos ya en muchos aparatos de uso cotidiano como las lavadoras, aspiradoras, videocámaras o máquinas de afeitar eléctricas.La palabra fuzzy proviene del idioma inglés y significa aproximadamente "borrosidad aplicada sistemáticamente". Mediante la "fuzzy logic" se eliminan los clásicos estados de acoplamiento fijos entre marcha y marcha.

Funcionamiento clásicoCon el siguiente ejemplo se quiere mostrar el funcionamiento lógico de un ordenador donde la unidad básica de información es el 0 y 1, es decir encendido o apagado.Un ordenador se puede utilizar para distinguir entre muy caliente y frío. Para ello hay que comunicarle una valor límite

fijo (en el ejemplo, 80°C). En base a los estados de acoplamiento, el ordenador puede decidir ahora entre muy caliente y frío. Sin embargo, esta distribución fija no le permite al ordenador ningún margen de tolerancia en la dosificación de cantidades.

Funcionamiento adaptadoSin embargo, además de los enunciados valores absolutos "muy caliente" y "frío" se han de tomar a menudo decisiones que se encuentran entre estos enunciados. La "fuzzy logic" tiene en cuenta una flexibilidad que no trabaja con dos valores, sino con muchos valores intermedios entre el los limites.De este modo pueden resultar infinitos valores intermedios como "casi frío", "fresco", "tibio" o "demasiado caliente". El límite superior "muy caliente" y el límite inferior "frío", así como todos los valores intermedios están asignados a temperaturas exactas.

CONVERTIDOR DE PAR DE ENCLAVAMIENTO AUTOMÁTICODurante la marcha a velocidad de crucero del vehículo, la bomba del convertidor de par gira sólo un poco más rápidamente que la turbina. Sin embargo, debe girar más rápidamente a fin de que continúe descargando aceite y aplique el par a los alabes de la turbina. Para la transmisión de fuerza el convertidor siempre necesita de un dos y a un tres por ciento de resbalamiento, pues de lo contrario pararía la corriente de aceite.Esta diferencia de velocidad, o de r.p.m., representa una pérdida de potencia. Por esta razón en las cajas de cambios modernas, disponen de un convertidor de par con enclavamiento. Es decir, cuando el coche alcanza la velocidad de crucero y ni acelera ni decelera, el convertidor de par se enclava. De esto resulta mayor economía de combustible. Además el aceite de la caja de cambios no se calienta en este modo de enclavamiento.El rendimiento de un convertidor de par básico es, por regla general, de un 85%; en motores de gran potencia y números de revoluciones elevados, incluso llega a ser de un 97%.

El convertidor de par con enclavamiento, también se le denomina de otra manera: "embrague anulador del convertidor". Consta de un embrague que bloquea la turbina del convertidor fijandola a la bomba formando un conjunto compacto. Los resortes o muelles aislantes del embrague contribuyen a amortiguar o retrasar la acción del embrague cuando el convertidor de par entra en el modo de enclavamiento. Estos resortes aisladores también amortiguan los impulsos de potencia del motor cuando la caja de cambios está en directa y el convertidor está enclavado. Realizan la misma función que los resortes de torsión en el disco del embrague normal o estándar.

El embrague de anulación del convertidor de par está incorporado a la caja del convertidor de par. Lleva montado un forro de fricción de forma anular y está unido a la turbina. Es accionado por presión de aceite contra la carcasa del convertidor mediante la cual tiene lugar la entrada del par motor.De este modo se dispone de una propulsión rígida, exenta de resbalamiento, igual que un embrague normal de fricción seco.La unidad de control del cambio automático determina cuándo se abre o se cierra el embrague de anulación del convertidor de par.En vehículos con cambio automático, con un embrague de anulación del convertidor de par se puede reducir en la práctica el consuno de combustible en un 2 a un 8 %, según la característica del vehículo y del cambio.

FuncionamientoLa unidad de control del cambio automático excita la electroválvula. Esta electroválvula se encarga de abrir o cerrar el embrague anulador del convertidor en función del régimen del motor y del par motor.Para activar el embrague anulador del convertidor, la electroválvula abre la cámara de aceite que se encuentra delante del embrague anulador. Ello hace que se reduzca la presión de aceite en esta cámara, y la presión de aceite que se genera por detrás del embrague anulador hace que se cierre dicho embrague.Cuando la electroválvula cierra de nuevo el paso de aceite se vuelve a generar presión por delante del embrague anulador y éste se desactiva.

Otro ejemplo de convertidor de par con embrague anulador, es el que tenemos a continuación. Esta constituido por un portadiscos exterior (11) que esta unido a la bomba (2) a través de la cubierta exterior (4) del convertidor. El portadiscos interior (9), esta unido a la turbina (1). Cuando la unidad de control decide activar el embrague, acciona una electroválvula y la presión del aceite es dirigida a través del árbol primario (6) hacia la cámara de presión a través del émbolo (8). El conjunto de discos (10) es comprimido y se consigue una transmisión directa del par motor entre la bomba y la turbina. Para desactivar el embrague solo hace falta reducir la presión de aceite que entra por el árbol primario y que empuja al embolo.

Frenos de discosAdemas de las "cintas de freno" estudiadas anteriormente para retener uno de los elementos del tren epicicloidal , se utilizan también los "frenos de discos".Los frenos de discos se utilizan como hemos comentado para retener un elemento del tren epicicloidal. Son similares a los embragues de discos y poseen asimismo discos interiores y exteriores.Los discos interiores también están unidos con el elemento giratorio mediante salientes, mientras que los discos exteriores están fijos, apoyados en la carcasa de la caja del cambio.En la activación, un émbolo hidráulico comprime el conjunto de discos. Al contrario del embrague de discos, el émbolo hidráulico se encuentra fijo.También en el freno de discos es de importancia el juego entre los discos para un funcionamiento perfecto del acoplamiento de marchas, por lo que se ajusta por separado.

Rueda libreEn algunos modelos de cajas de cambio automática se utiliza una "rueda libre" para el bloqueo de uno de los componentes del tren epicicloidal. La rueda libre tiene la particularidad de bloquear el giro en uno de los sentidos y en el otro sentido permite girar libremente.Existen varios tipos de ruedas libres:

Rueda libre de rodillos En los intersticios entre el anillo interior y exterior se encuentran unos rodillos. En el sentido de bloqueo, éstos se colocan en los intersticios que van estrechándose. De este modo se unen los anillos interior y exterior.Unos muelles oprimen los rodillos en el intersticio, a fin de conseguir un bloqueo seguro.

Rueda libre con cuerpos de apriete Es de técnica más costosa que el piñón libre de rodillos, pero para un mismo tamaño permite una mayor transmisión de pares.En una jaula de muelle dispuesta entre los anillos interior y exterior se encuentran cuerpos de apriete en forma de haltera. Por acción de la fuerza elástica están permanentementeaplicados. En el sentido de marcha libre, los cuerpos de apriete se abaten, sin impedir la marcha libre. En el sentido de bloqueo, se levantan.

Rueda de aparcamientoEs un mecanismo de enclavamiento de la transmisión automática, que se acciona cuando la palanca selectora de mando se lleva a la posición (P). La rueda de aparcamiento puede estar montada en el árbol de salida y dispone de una corona dentada, en cuyo dentado se enclava una pieza que evita que pueda girar y así se impide el giro y la transmisión de movimiento por parte de la caja de cambios.

Trenes de engranajesAdemas de la unión de engranajes epicicloidales para formar un tren de transmisión, existen otros modelos mas eficientes que toman el nombre de sus inventores.

Cambio WilsonSe compone de 3 trenes epicicloidales. La primera corona, el segundo portasatélites y la tercera corona están fijamente unidos entre sí. Además, hay un segundo y tercer piñón central fijamente unidos entre sí. La impulsión en las marchas adelante se efectúa mediante este piñón central doble.

Cambio SimpsonSe compone de 2 trenes epicicloidales con un piñón central común. El portasatélites de un tren, la corona del otro y el árbol primario están fijamente unidos entre sí.La impulsión de las marchas adelante se efectúa siempre mediante las coronas. Este tipo se utilizó frecuentemente en el tiempo de los cambios automáticos de tres marchas.Esta compuesto por dos planetarios (P1 y P2) que forman un solo piñón y también por la unión rígida del portasatélites (PS1) con la corona (C2). La salida del movimiento se realiza en esta disposición por medio del eje portasatélites (PS1), mientras que la entrada de movimiento se efectúa a través de un eje interior (e) al del portasatélites que puede ser unido mediante embrague a los planetas (P1 y P2) o a la corona (C1).

En la figura inferior se ven los elementos de mando, que frenan o embragan los distintos elementos que componen el cambio Simpson para obtener las distintas relaciones de cambio. Los elementos de mando esta compuesto por frenos y embragues del tipo multidisco en baño de aceite.

Cambio RavigneauxSe compone de 2 trenes epicicloidales con un portasatélites común.

El portasatélites lleva dos juegos de satélites:

satélites cortos de diámetro grande, que engranan en un piñón central pequeño. satélites largos de diámetro pequeño, que engranan en un piñón central grande y en los satélites cortos.

El cambio Ravigneaux posee sólo una corona, que comprende los satélites cortos. Mediante la corona tiene lugar siempre la salida de fuerza.Con los cambios Ravigneaux se pueden diseñar cajas con 4 marchas adelante y una marcha atrás.Por razón de su tipo se construcción compacto, es especialmente apropiado para vehículos de tracción delantera.

Este tipo de acoplamiento "agrupación dos en uno", dos engrananjes epicicloidales formando un solo conjunto, disposición en la que se utiliza una sola corona, común a los dos trenes, cada uno de los cuales esta dotado de sus correspondientes planetarios y satélites. Los planetarios son independientes entre si, mientras que los satélites están enlazados por engrane directo.

FuncionamientoEn la figura inferior se muestra la adaptación del cambio Ravigneaux a una caja de cambios automática. En el esquema puede verse que el movimiento de la turbina puede ser aplicado a cada uno de los planetarios (P1) y (P2), activando los correspondientes embragues (El) y (E2). Este movimiento será transmitido a través de los satélites (SI) y (S2) a la corona (C) y desde ella al piñón de ataque y diferencial que mueve las ruedas. En la obtención de las distintas relaciones, el freno (Fl) actúa sobre el eje portasatélites (común a S1 y S2), el cual está montado sobre un sistema de rueda libre (R.L), que solamente permite el giro del portasatélites en un sentido. El freno (F2) produce el enclavamiento del planetario (P2) cuando es activado por el circuito hidráulico de mando.

En la figura se muestra la cadena cinemática de obtención de las distintas relaciones de marcha en un cambio Ravigneaux.

1ª velocidad : el movimiento de la turbina es trasmitido directamente al planetario (P1), el cual arrastra en su giro los satélites (S1), que a su vez transmiten el movimiento a los satélites (S2), quienes arrastran la corona (C) en el mismo sentido de giro pero a una velocidad reducida. Hay que destacar que en esta relación de marcha, el portasatélites permanece inmóvil por la acción de la rueda libre sobre el que va montado, girando los satélites sobre sus respectivos, sin movimiento de traslación. Efectivamente, el giro de los satélites (S1)

arrastrados por el planetario (P1) tiende a desplazar al portasatélites en sentido de giro contrario al planetario (P1), a lo cual se opone la rueda libre sobre la que se monta este eje portasatélites.

2ª velocidad : se activan el embrague El y el freno F2, con lo cual, el movimiento de la turbina está aplicado al planetario (P1), mientras que el (P2) se mantiene inmovilizado. En estas condiciones, el planetario (P1) da movimiento a los satélites (S1) y éstos a los (S2), quienes, a su vez, arrastran la corona (C), rodando al mismo tiempo sobre el planetario (P2) con un movimiento de traslación. Con ello se obtiene una relación de desmultiplicación menor que en el caso anterior.

3ª velocidad : se activan El y E2, con lo cual, el giro de la turbina es transmitido a la vez a ambos planetarios (Pl) y (P2), los cuales tienden a arrastrar a sus respectivos satélites (S1) y (S2). Como estos satélites están engranados entre sí y tienden a girar en sentido contrario unos de los otros, se produce un bloqueo del tren epicicloidal, como consecuencia del cual la corona es arrastrada a la misma velocidad de giro de los planetarios, obteniéndose así la directa.

Marcha atrás : se activan el embrague E2 y el freno F1, con lo cual, el movimiento de la turbina es transmitido al planetario (P2), mientras el portasatélites es bloqueado. En estas condiciones el planetario (P2) transmite movimiento a los satélites (S2) directamente, que girando sobre sus ejes, sin translación, arrastran la corona (C) en sentido contrario al giro del planetario, obteniéndose así la marcha atrás.

En algunos modelos de caja automática con tren Ravigneaux se obtiene una cuarta velocidad transmitiendo el movimiento de la turbina directamente al portasatélites por medio de un tercer embrague, e inmovilizando al mismo tiempo el planetario (P2). Con ello se consigue el arrastre de la corona directamente por los satélites, que ruedan sobre el planetario, consiguiéndose así una multiplicación de giro y, por tanto, una relación de marcha superior a la directa.

Aceite de cambio automático = ATF (Automatic Transmission Fluid)El aceite en el cambio automático ha de cumplir en su circuito diferentes requerimientos:

transmitir fuerzas (en el convertidor de par) efectuar acoplamientos (en los elementos hidráulicos del cambio). establecer valores de fricción (en los embragues y frenos de discos, en el embrague de anulación del

convertidor de par) engrasar piezas (todas las piezas rotatorias del cambio) evacuar calor transportar residuos de abrasión.

Estas tareas las tiene que realizar el aceite en un margen de temperatura de -30°C a 150°C (puntos de medición de la temperatura en el cárter de aceite del cambio).Durante el cambio de marchas, en los embragues y frenos de discos se pueden alcanzar por un breve tiempo incluso temperaturas de 250°C a 400°C. El aceite deberá cumplir todas las tareas en cualquier condición.En especial en los aceites utilizados en este tipo de cambios, se mejora el índice de viscosidad para garantizar un líquido constantemente espeso en todo el margen de temperaturas.En todo el mundo se reconocen los estándares para el aceite hidráulico de transmisión establecidos por General Motors (ATF Dexron) y Ford (ATF Mercon).

Nivel/temperatura del aceiteEl nivel y la temperatura del aceite influyen enormemente sobre el perfecto funcionamiento de un cambio automático. Por esa razón, los cambios automáticos poseen un termosensor, que mide la temperatura del aceite, y un radiador de aceite.El siguiente gráfico nos aclarará las interrelaciones al respecto.

Un pequeño sobrepaso de la temperatura modifica el nivel de aceite. La expansión del aceite no tiene lugar en los canales de aceite, sino que surte efecto en el cárter de aceite.Especialmente el calentamiento en el convertidor impele el aceite al cárter.Un nivel demasiado alto de aceite produce espuma y hace salir aceite por el conducto de rebose.

Atender especialmente a la temperatura de comprobación del aceite si se ha de restablecer el nivel de aceite.La temperatura de comprobación se ha de medir con el aparato de diagnóstico y se ha de ajustar a la temperatura indicada.En la comprobación del nivel de aceite se debe proceder según el Manual de Reparaciones de actualidad del cambio en cuestión.Con una cantidad correcta de aceite, el mando electrónico del cambio contrarresta regulando la variación de viscosidad causada por el aumento de temperatura a consecuencias de variar la presión del aceite, a fin de asegurar una calidad uniforme de acoplamiento de marchas.El nivel de llenado erróneo en un cambio automático, puede dar lugar a perturbaciones de funcionamiento y daños del cambio. Especialmente perturbadores para el funcionamiento son los componentes acuosos en el aceite del cambio.A fin de mantener limpio el aceite, se aspira éste del cárter a través de un filtro. Un potente imán permanente dispuesto en el cárter de aceite acumula los residuos metálicos de abrasión.

Nota: Utilizar únicamente el aceite autorizado por el fabricante del vehículo. Otros aceites o aditivos pueden poseer propiedades modificadas y resultan desventajosos para el funcionamiento y la vida útil del cambio.

Circuito hidráulico y bomba de aceiteEn el cambio automático, el convertidor, la electrónica y los engranajes planetarios están convenientemente asistidos con la hidráulica.En el cambio automático, el que hace el trabajo definitivo es el aceite. Por ello, el aceite y el equipo hidráulico tienen también especial importancia en el cambio automático, pues sin aceite se pierden todas las funciones del cambio de marchas.El aceite adquiere presión por efecto de una bomba que impulsa el aceite por el circuito hidráulico. En casi todos los cambios automáticos, como bomba de aceite se utiliza una bomba meniscal. La acciona el motor del vehículo al régimen del mismo.Las bombas en forma de menisco son robustas, de funcionamiento seguro y generan la necesaria presión de trabajo (hasta unos 25 bares).

Ellas aseguran el suministro de aceite

a los elementos del cambio al mando del cambio al convertidor de par hidrodinámico a todos los puntos de lubricación del cambio.

El aceite se enfría en un pequeño circuito aparte mediante el líquido refrigerante del motor. En el dispositivo hidráulico del cambio (dispuesto usualmente debajo del mismo) tiene lugar la regulación y distribución de la presión.

Distribuidor hidráulico del cambioEste distribuidor hidráulico representa la central de mando para la presión del aceite. En él se regula la presión del aceite, con arreglo a las señales del mando electrónico del cambio yse distribuye a los elementos del cambio. Por regla general, el distribuidor hidráulico se compone de varias carcasas de válvula.Una carcasa de válvulas representa el cuerpo para todas las válvulas que se se encuentran allí (válvulas de conmutación, válvulas magnéticas de regulación, válvulas reguladoras de presión). Además, contiene los canales de aceite de acuerdo con el esquema hidráulico.

Los canales de aceite en la carcasa de válvulas están conducidos sin cruzamiento. Los cruzamientos necesarios se diseñan mediante orificios dispuestos en un bloque intermedio. De este modo se pueden formar vías de aceite en diferentes carcasas de válvulas que se encuentran superpuestas.Las válvulas activadas eléctricamente por la unidad de control electrónica (válvulas magnéticas) están caladas desde el exterior en las carcasas de válvulas. De este modo, son fácilmente accesibles y cambiables para trabajos del Servicio.El dispositivo hidráulico del cambio, además de sus enlaces eléctricos con la unidad de control electrónica, está unido mecánicamente con la palanca selectora mediante una correderamanual.El dispositivo hidráulico suele estar montado debajo del cambio. En tal caso, la caja del cambio contiene parte de los canales de aceite. Los canales de aceite también pueden estar dispuestos en una placa aparte.

Esquema hidráulicoEl esquema hidráulico comprende todos los elementos que intervienen para el accionamiento de los embragues y frenos, asi como el convertidor de par.

En la figura inferior se ve un extracto simplificado del esquema hidráulico de un cambio automático. Sobre este sistema queremos explicar el complicado laberinto del mando hidráulico.Se representan dos elementos del actuadores del cambio, Según el diseño del cambio, en un moderno cambio de cuatro marchas pueden ser de seis fricción u ocho elementos de fricción (embragues y frenos).

Las presiones en el sistema hidráulicoEn el sistema hidráulico se necesita el aceite en diferentes escalones de presión. Las válvulas reguladoras de presión y las electroválvulas de regulación se utilizan para generar los necesarios niveles de presión.

Presión de trabajo La presión de trabajo es, con 25 bares, la más alta en el sistema hidráulico.Se genera mediante la bomba de aceite. Mediante una salida para presión cero controlada, la presión de trabajo se controla con la "válvula reguladora de presión".La regulación de la presión se efectúa en función de los impulsos del mando electrónico del cambio.Según la marcha a acoplar, se distribuye la presión de trabajo a uno a varios elementos del cambio. La distribución se efectúa mediante una "válvula de conmutación".Con una marcha acoplada, la presión de trabajo se aplica al correspondiente "elemento actuador" del cambio.

Presión de válvula de conmutación , Presión de válvula reguladoraLa presión de válvula de conmutación se ajusta de 3 hasta 8 bares mediante una válvula reguladora de presión. Esta presión alimenta las electroválvulas (válvulas magnéticas).Las electroválvulas de conmutación regulan, con la presión de la válvula de conmutación, las válvulas de conmutación pospuestas, las cuales regulan por su parte los elementos actuadores del cambioLa presión de la válvula de regulación se ajusta asimismo mediante una válvula reguladora de presión y es de 3 a 8 bares.Alimenta como presión de mando, mediante una electroválvula de regulación, una válvula reguladora de presión pospuesta, p. ej., para el embrague de anulación del convertidor de par.

Presión moduladora La presión moduladora del motor es proporcional al par motor, es un espejo de la carga del motor.Según las informaciones de la electrónica del motor, la válvula de modulación (una electroválvula de regulación) es activada por el mando electrónico del cambio y genera la presión de modulación. Esta es de 0 a 7 bares.La presión moduladora llega a la válvula reguladora de presión de trabajo, influyendo así sobre la altura de la presión de trabajo.

Presión de mando y Presión de engraseLa presión de mando es de 6 a 12 bares. Se utiliza, durante el cambio de marcha, en el elemento a acoplar.La presión de mando la ajusta el mando electrónico del cambio mediante una válvula magnética de regulación y una válvula reguladora de presión.Al finalizar el acoplamiento de la marcha, la presión de mando se sustituye en el elemento del cambio por la presión de trabajo.La presión de engrase es de 3 a 6 bares y alimenta el convertidor de par. El aceite fluye a través del convertidor, del radiador de aceite y de todos los puntos de lubricación del cambio automático.

Presión para embrague de anulación del convertidor de par La presión se ajusta mediante una válvula magnética de regulación y una válvula reguladora de presión y se regula mediante el mando electrónico del cambio.La presión se ajusta según el par motor a transmitir.

Elementos hidráulicos del cambioEn el cambio automático de mando electrónico se utilizan electroválvulas como elementos hidráulicos (electroválvula de conmutación, electroválvula de regulación).Además encuentran aplicación válvulas de conmutación que sólo trabajan hidráulicamente.

Electroválvulas de conmutación Las electroválvulas de conmutación conducen la presión del aceite a una válvula de conmutación o reducen dicha presión. Por tanto, conectan o desconectan y dan lugar a conmutaciones de los elementos del cambio, p. ej., se inicia el proceso del cambio de marchas.En posición de reposo, están cerradas por acción de la fuerza elástica de muelle. El inducido está unido con el taqué de válvula. En la activación mediante la unidad de control electrónica, el inducido es arrastrado venciendo la fuerza elástica del muelle. El taqué deja libre el paso de P a A para la presión de la válvula de conmutación y cierra la salida para presión cero.Las electroválvulas de conmutación se activan con señal de mando digital (con. - descon.). La presión de válvula de conmutación actúa como presión de mando sobre la válvula de conmutación.

Válvulas de conmutación La válvula de conmutación es una válvula de funcionamiento netamente hidráulico. Sirve para distribuir la presión entre los elementos del cambio.Por regla general, posee sólo dos posiciones de conmutación, que se acoplan mediante una o dos presiones de mando. En la posición de reposo, el empalme de trabajo está unido con la salida para presión cero, por lo que los elementos del cambio están sin presión.En la posición de trabajo, la presión de mando actúa en el empalme X; la presión P tiene paso al empalme A

y la salida para presión cero está bloqueada. La salida L sirve sólo de orificio de expansión.Las válvulas de conmutación son mayormente válvulas de corredera, por lo que a menudo se designan como correderas o correderas de conmutación.

Electroválvulas de regulación Regulan una presión progresiva del aceite.Son válvulas de cierre contra la presión cero, pretensadas mediante fuerza elástica de muelle. Al activarse, se arrastra el inducido venciendo la fuerza elástica de muelle y el taqué de válvula abre la salida para presión cero. De este modo, la presión de aceite disminuye en A, a saber, tanto más cuanto mayor sea la intensidad de la corriente de activación; por tanto, una activación progresiva.

o Intensidad baja de corriente = presión altao Intensidad alta de corriente = presión baja

Las electroválvulas de regulación se utilizan siempre en combinación con un estrangulador y se alimentan con presión de válvula de regulación.No regulan directamente la presión de aceite de un elemento del cambio, sino que suministran la presión de mando que, a través de A, actúa sobre una válvula reguladora de presión pospuesta (p.ej. presión moduladora).

Funcionamiento de electroválvula de conmutación y válvula de conmutaciónEste ejemplo nos muestra que un elemento del cambio no recibe presión de trabajo mediante la electroválvula.

Posición de reposo La electroválvula de conmutación no está activada.En la válvula de conmutación no actúa ninguna presión de mando (presión de válvula de conmutación). La salida para presión cero está abierta.

Posición de trabajo La electroválvula de conmutación la activa la unidad de control electrónica del cambio automático, es accionada eléctricamente.El imán atrae un taqué de válvula y deja libre el flujo para la presión a la válvula de conmutación. Seguidamente, el émbolo (empujador) se mueve hidráulicamente en la válvula de conmutación. Con ello se bloquea la salida para presión cero y se deja libre el empalme para la presión de trabajo. Ahora, la presión de trabajo actúa plenamente sobre el elemento del cambio (embrague o freno, según la lógica de mando).

Ejemplo de caja de cambios automática

IntroducciónSe trata de una transmisión automática de control electrónico que proporciona 4 velocidades hacia delante y una hacia atrás. La transmisión esta posicionada en linea con el motor. Esta caja de cambios no utiliza engranajes epicicloidales ni sistemas similares, su constitución es muy similar a las cajas de cambio manuales de engranajes paralelos y sincronizadores. Esta caja de cambios sustituye los sincronizadores por unos embragues que son los encargados de engranar los piñones que proporcionan las distintas velocidades. La utilización de embragues permite controlar los cambios de forma automática y se puede prescindir del embrague mecánico de fricción y sustituirlo por un convertidor de par. El funcionamiento de la caja de cambios esta controlada por medio de una gestión electrónica.

Selección de marchasEl cambio tiene 8 posiciones : "P" Park, "R" Reverse, "N" Neutral, "D4" rango de 1ª a 4ª velocidad, "D3" rango de 1ª a 3ª velocidad, "2" 2º engranaje y "1" 1º engranaje. También cuenta con un modo de cambio "deportivo secuencial" que ha sido adoptado en la posición "D4".

Posición Descripción

"P" ParkRuedas delanteras bloqueadas, engranaje de parking engranado en el árbol intermedio. Todos los embragues inactivos.

"R" ReverseMarcha atrás, selector de marcha atrás engranado con el engranaje de marcha atrás del árbol intermedio y 4º embrague accionado.

"N" Neutral Todos los embragues inactivos.

"D4" Drive (cambio de 1ª a 4ª velocidad)

Conducción normal, empezando con coche parado, se cambia de 1ª a 2ª a 3ª hasta 4ª, dependiendo de la velocidad del vehículo y de la posición del acelerador. En deceleración se cambia de 3ª a 2ª y 1ª hasta detener el vehículo. El mecanismo de bloqueo

De 1ª a 4ª en El modo de cambio deportivo secuencial; cambia entre 1ª y 4ª con la

modo deportivo secuencial.1 o 2 o 3 o 4 Drive

palanca de cambio, como una caja de cambios manual. El cambio automáticamente reduce de marcha de 4ª a 3ª para conseguir mas potencia al subir una pendiente o proveer freno motor cuando se esta descendiendo una pendiente. Cuando el vehículo decelera hasta pararse, el cambio se posiciona en 1ª velocidad automáticamente.El mecanismo de bloqueo vuelve a funcionar durante el cambio en 2ª, 3ª y 4ª velocidad.

"D3" Drive (de 1ª a 3ª velocidad)

Para rápidas aceleraciones en autopistas o carreteras de muchas curvas, subidas y bajadas; arrancando de parado en 1ª, cambia automáticamente a 2ª y 3ª, dependiendo de la velocidad del vehículo y la posición del acelerador. En deceleración cambiando de 2ª a 1ª y parada. El mecanismo de bloqueo funciona en 2ª y 3ª velocidad.

"2" SecondConduciendo en 2ª, permanece en 2ª, no se puede subir o bajar marchas. Para freno motor o mejor tracción con el coche parado o superficies deslizantes.

"1" FirstConduciendo en 1ª velocidad; permanece en 1ª velocidad, no se puede subir o bajar marchas. Para freno motor.

Arrancar solo es posible en las posiciones "P" y "N", mediante el uso de la palanca deslizante, interruptor de seguridad.

Indicador de posición de marchaEl indicador de posición de marcha situado en el panel de instrumentos muestra que marchas esta engranada, sin tener que mirar a la palanca de cambios. Con la palanca de cambios en la posición D4 (modo deportivo secuencial) se puede ver la marcha seleccionada en el panel de instrumentos.

EmbraguesLas 4 velocidades que proporciona la caja de cambios automática, utiliza 4 embragues accionados hidraulicamente, que engranan o desengranan los engranajes de transmisión. Cuando la presión hidráulica acciona un embrague, este mediante un pistón presiona sobre unos discos que bloquean los engranajes y los arboles de transmisión proporcionando las diferentes velocidades según el embrague que se bloquee.

1º embrague: El 1º embrague engrana o desengrana el 1º engranaje y esta situado en la mitad del árbol secundario. El 1º embrague forma conjunto con el 2º embrague. Recibe presión hidráulica a través de un tubo de alimentación independiente del árbol secundario.

2º embrague: El 2º embrague engrana o desengrana el 2º engranaje y esta situado en la mitad del árbol secundario. El 2º embrague forma conjunto con el 1º embrague. Recibe presión hidráulica a través del árbol secundario por un circuito conectado al circuito interno

3º embrague. El 3º embrague engrana o desengrana el 3º engranaje y esta situado en la mitad del árbol principal. El 3º embrague forma conjunto con el 4º embrague. Recibe presión hidráulica a través de un tubo de alimentación independiente del árbol principal.

4º embrague: El 4º embrague engrana o desengrana el 4º engranaje y esta situado en la mitad del árbol principal. El 4º embrague forma conjunto con el 3º embrague. Recibe presión hidráulica a través de un conducto de alimentación independiente del árbol principal.

Situación de los engranajes (piñones)

Engranajes sobre el árbol principal

El 3º engranaje es engranado/desengranado con el árbol principal por el 3º embrague El 4º engranaje es engranado/desengranado con el árbol principal por el 4º embrague El engranaje de marcha atrás es engranado/desengranado con el árbol principal por el 4º embrague

Tiene un piñón de salida, esta engranado y es solidario con el árbol principal, rotando a la misma velocidad.

Engranajes sobre el árbol intermedio o contraeje

El piñón de ataque al diferencial es solidario con el árbol intermedio El 1º engranaje, 3º engranaje, 2º engranaje y el engranaje de Parking son solidarios con el árbol intermedio y

rotan a la misma velocidad que el. El 4º engranaje y el engranaje de marcha atrás no son solidarios con el árbol intermedio. El selector de

marcha atrás engrana el 4º engranaje o el engranaje de marcha atrás con el cubo selector de marcha atrás. El cubo selector de marcha atrás esta engranado con el árbol intermedio para acoplar a este árbol el 4º engranaje o el engranaje de marcha atrás.

El piñón de salida no es solidario con el árbol intermedio.

Engranajes sobre el árbol secundario

El 1º engranaje es engranado/desengranado con el árbol secundario por el 1º embrague. El 2º engranaje es engranado/desengranado con el árbol secundario por el 2º embrague Tiene un piñón de salida, esta engranado y es solidario con el árbol secundario, rotando a la misma

velocidad.

Esquema interno del caja de cambios

Funcionamiento de los componentes de la caja de cambios

Posición

Convetidor de par

1º engrana

je1º

embrag

2º engrana

je2º

embrag

3º engrana

je3º

embrag

4º engranaje de

marcha atrás

engranaje de

Parkingengrana

jeembrag

ue

ue ue ueP O x x x x x x O

R O x x x x O O x

N O x x x x x x x

D4

1ª O O x x x x x x

2ª O x O x x x x x

3ª O x x O x x x x

4ª O x x x O O x x

D3

1ª O O x x x x x x

2ª O x O x x x x x

3ª O x x O x x x x

2 O x O x x x x x

1 O O x x x x x x

O: funcionax: no funciona

Posición "P"La presión hidráulica no es aplicada a los embragues. La potencia del motor no es transmitida al árbol intermedio. El árbol intermedio es bloqueado por el engranaje de parking.

Posición "N"La potencia del motor es transmitida a través del convertidor de par al piñón de salida del árbol primario, al piñón de salida del árbol intermedio, y al piñón de salida del árbol secundario, pero la presión hidráulica no actúa sobre los embragues. La potencia no es transmitida al árbol intermedio y por lo tanto al piñón de ataque al diferencial. El 4º engranaje del árbol intermedio es engranado con el cubo selector y el árbol intermedio por el selector de marcha atrás, cuando la palanca de cambios es posicinada en posición N desde la posición D4. El engranaje de marcha atrás es engranado cuando se cambia a la posición R.

En la posición "D4" o "D3", se selecciona la marcha adecuada automáticamente de 1ª, 2ª , 3ª y 4ª de acuerdo a las condiciones de marcha del vehículo teniendo en cuenta la velocidad del vehículo y la posición del pedal acelerador.

Posición "D4" o "D3". funcionando en 1º velocidad (1º engranaje)

1. La presión hidráulica es aplicada al 1º embrague, engranando el 1º engranaje del árbol secundario con el 1º engranaje del árbol intermedio.

2. El piñón de salida del árbol principal mueve el árbol secundario a través del piñón de salida del árbol intermediario.

3. El 1º engranaje del árbol secundario mueve el 1º engranaje del árbol intermedio. 4. La potencia del motor es transmitida al piñón de ataque que mueve el diferencial.


1. La presión hidráulica es aplicada al 2º embrague, este engrana el 2º engranaje del árbol secundario que mueve el árbol intermedio.

2. El piñón de salida del árbol principal mueve el árbol secundario a través del piñón de salida del árbol intermedio.

3. El 2º engranaje del árbol secundario mueve el 2º engranaje del árbol intermedio que a su vez mueve el árbol intermedio.

4. La potencia del motor es transmitida a través de la caja terminando en el piñón de ataque al diferencial que mueve el diferencial.


1. La presión hidráulica es aplicada al 3º embrague, este engrana al 3º engranaje del árbol principal. 2. El 3º engranaje del árbol principal mueve el 3º engranaje del árbol intermedio y por lo tanto se mueve dicho

árbol. 3. La potencia del motor es transmitida a través de la caja y sale a través del piñón de ataque al diferencial que

mueve el diferencial.

Posición "D4". funcionando en 4º velocidad (4º engranaje)

1. La presión hidráulica es aplicada a la servo válvula engranando el selector de marcha atrás con el 4º engranaje del árbol intermedio .......

2. La presión hidráulica es entonces aplicada al 4º embrague, entonces el 4º embrague engrana el 4º engranaje con el árbol principal.

3. El 4º engranaje del árbol principal mueve el 4º engranaje del árbol intermedio, el cual mueve el árbol intermedio por medio del cubo selector de marcha atrás.

4. La potencia del motor es transmitida a través de la caja de cambios hasta el piñón de ataque al diferencial, que mueve el diferencial.

Posición "R", marcha atrás

1. La presión hidráulica es aplicada a la servoválvula que engrana el selector de marcha atrás, con el engranaje de marcha atrás del árbol intermedio, cuando la palanca de cambios esta en Posición R.

2. La presión hidráulica también es aplicada al 4º embrague, entonces el 4º embrague engrana el engranaje de marcha atrás con el árbol principal.

3. El engranaje de marcha atrás del árbol principal, mueve el engranaje de marcha atrás del árbol intermedio por medio de otro engranaje (de salida).

4. El sentido de rotación del árbol intermedio es cambiado por medio del engranaje de salida que se sitúa entre el engranaje de marchas atrás del árbol principal y el engranaje de marcha atrás del árbol intermedio.

5. El engranaje de marcha atrás mueve el árbol intermedio por medio del cubo selector de marcha atrás que es activado por el selector de marcha atrás.

6. La potencia del motor es transmitida a través de la caja de cambios hasta el piñón de ataque al diferencial que mueve el diferencial.

Gestión electrónica del cambioLa gestión electrónica del cambio esta compuesta por una unidad de control o centralita, sensores y seis electroválvulas. La gestión electrónica del cambio y el bloqueo del convertidor proporcionan un conducción suave y confortable. La centralita de cambio esta instalada detrás del salpicadero (panel de mandos) al lado del pasajero.El par motor es transmitido por la caja de cambios que es controlada por la centralita de cambio. Esta centralita recibe información de los sensores que le permiten determinar la selección de la marcha adecuada. La centralita selecciona la marcha actuando sobre unas electroválvulas de control A, B y C. La gestión electrónica nos permite ademas tener un modo de cambio "deportivo" secuencial.

La centralita recibe información de los sensores:

de velocidad del vehículo, de la posición del pedal acelerador, del contactor del pedal de freno y, de la posición de palanca selectora de cambio

El momento en que se cambia de una marcha a otra dependen de la velocidad del vehículo, pero también interviene sobre todo la posición del pedal acelerador. El pisar el acelerador a fondo se consigue un mayor rendimiento en cada velocidad, mientras que si se acelera parcialmente, el cambio de marchas se produce a un régimen bastante mas bajo. Existe un dispositivo automático que funciona al pisar bruscamente a fondo el acelerador, mediante el cual se obtiene el paso a una velocidad mas corta, siempre que las revoluciones del motor no suban en exceso y lo mismo ocurre cuando se pisa el freno y hay una fuerte deceleración.

La centralita de cambio esta conectada con la centralita de control del motor para por ejemplo: variar el momento de encendido en las bujías del motor, cuando actúa la caja de cambios.

Esquema de bloques de la gestión electrónica del cambio

Esquema eléctrico de la gestión electrónica del cambio.

Control de bloqueo del convertidor parUna electroválvula de control de bloqueo actúa mediante presión modulada sobre otra válvula que controla el bloqueo del convertidor de par. La centralita de cambio a su vez controla la electroválvula y modula la presión mediante dos electroválvulas A y B. Cuando se activa la electroválvula de bloqueo, empieza la función de bloqueo del convertidor. La presión modulada por las electroválvulas A y B actúa sobre la válvula de bloqueo y también sobre la válvula secuencial. El mecanismo de bloqueo funciona cuando la caja de cambios esta seleccionada en 2ª, 3ª y 4ª velocidad con la palanca selectora colocada en "D4". También funciona en modo deportivo secuencial y en 2ª y 3ª en la posición "D3" de la palanca de cambios.

La centralita de cambio puede variar la presión a la que se bloquea el convertidor de par, por lo que el grado de bloqueo dependerá de la presión del aceite que incide en el pistón de bloqueo.

Control hidráulicoEl distribuidor hidráulico o soporte de válvulas incluye: el soporte de la válvula principal, el soporte de la válvula reguladora, el soporte del servo y del acumulador hidráulico. La bomba de presión de alimentación del aceite ATF es accionada por el convertidor de par. El aceite a presión fluye a través de la válvula reguladora que mantiene la presión del aceite a un valor especificado, este aceite pasa a través del distribuidor hidráulico, que lo envía a la válvula manual que lo reparte a cada uno de los embragues de accionamiento. Las electroválvulas de cambio B y C están montada fuera de la carcasa del convertidor de par. La electroválvula de cambio A y la electroválvula de control de bloqueo del convertidor están montadas sobre la carcasa del convertidor de par. Las electroválvulas de control de presión A y B están montadas sobre la carcasa de la caja de cambios.

El distribuidor hidráulico tiene la función de controlar el suministro o no suministro de aceite hidráulico, así como el control de la presión que se envía al circuito hidráulico.

El soporte de la válvula reguladora esta situado sobre la válvula distribuidora. Este soporte contiene la válvula reguladora, la válvula secuencial de bloqueo, y la válvula de descarga.

La válvula reguladora de presión esta condicionada en su funcionamiento por el reactor del convertidor de par. El convertidor de par tiene un árbol con un brazo que incide sobre el muelle de la válvula reguladora, comprimiendolo, sobre todo cuando se solicita una fuerte aceleración por parte del conductor o cuando el vehículo sube por una pronunciada pendiente. Al comprimirse el muelle de la válvula reguladora, esta permite un aumento de presión en el circuito hidráulico.

El soporte del servo esta situado sobre el distribuidor hidráulico. Contiene la servo válvula, la válvula de cambio A, la válvula de cambio B, la válvula CPC A y B y el 3º y 4º acumulador.

El soporte del acumulador esta situado sobre la carcasa del convertidor de par, próximo al distribuidor hidráulico. Contiene el 1º y 2º acumulador y la válvula detectora de lubricación.

En la figura siguiente tenemos todo el esquema hidráulico de control de la caja de cambios.

En el siguiente esquema tenemos el despiece de la caja de cambios, no se ve la parte del convertidor hidráulico.

Despiece de los embragues

Cambio automático de 5 marchas Tiptronic

Esta caja de cambios de 5 marchas, esta adaptada para vehículos con el motor montado en posición transversal. Es utilizada por vehículos de la marca Audi-Volkswagen y fabricada por la marca "Jatco".La escasez de espacio en el vano motor en estos vehículos ha hecho necesario disponer tres engranajes planetarios a dos niveles.En el árbol de salida del convertidor de par están dispuestos directamente los engranajes planetarios I y II. Debajo se encuentra el engranaje planetario III en un árbol por separado.Los engranajes planetarios I y II están comunicados con el engranaje planetario III a través de los piñones cilíndricos A y B.La salida de par se realiza siempre a través del piñón de salida sobre el árbol del engranaje planetario III. A partir del piñón de salida, el par se transmite hacia el grupo diferencial y lossemiejes.

Este cambio se caracteriza por los siguientes componentes y funciones:

Cambio automático de las cinco marchas mediante programas de conducción supeditados al conductor y a las condiciones de la marcha

Un programa de conducción en función de la resistencia que se opone a la marcha (detecta resistencias a la marcha, tales como subidas y bajadas, conducción con remolque y viento contrario)

Tiptronic Indicador de las marchas en el cuadro de instrumentos Bloqueo anti-extracción de la llave de contacto Convertidor de par con embrague anulador del convertidor de par Desacoplamiento en parado

Selección de marchas

Pista de cambios automáticos En la posición «D», la transmisión selecciona de forma automática las marchas de 1 a 5, en función de las cargas momentáneas.Sin embargo, el conductor no puede seleccionar directamente la primera marcha, sino que es seleccionada por la unidad de control en función de la carga momentánea del vehículo.La I marcha sólo puede ser engranada de forma directa teniendo la palanca en la pista de selección Tiptronic. En ese caso trabaja con freno motor.

Pista de selección Tiptronic Si se lleva la palanca selectora a la pista de selección de la derecha, la transmisión pasa al programa Tiptronic. Si con este programa se pulsa brevemente la palanca selectora hacia delante o hacia atrás, la transmisión cambia respectivamente hacia una marcha superior o inferior.Breve pulsación en dirección «+»: La transmisión cambia una marcha a mayor.Breve pulsación en dirección «–»: La transmisión cambia una marcha a menor.En el cuadro de instrumentos se visualiza la marcha que se encuentra engranada momentáneamente.

En la figura inferior podemos ver el esquema interno de todos los componentes que forman esta caja de cambios.

Convertidor de parEl convertidor de par está equipado con un embrague anulador, que a regímenes superiores transmite el par del motor directamente al árbol primario del cambio sin resbalamiento por parte del convertidor. El embrague anulador del convertidor de par cierra de forma regulada por la unidad de control de cambio.Teniendo en cuenta el régimen y el par del motor, la unidad de control del cambio decide que resulta más económico cerrar el embrague anulador, lo efectúa excitando la electroválvula. La electroválvula abre la cámara de aceite ante el embrague anulador, de modo que se pueda descargar la presión del aceite. Debido a ello predomina la presión de aceite detrás del embrague, haciendo que éste cierre.Si la electroválvula cierra el caudal de paso se vuelve a presurizar el aceite ante el embrague, haciendo que abra.

Bomba de aceite ATF (Automatic Transmission Fluid)La bomba de aceite ATF es impulsada por la rueda de bomba del convertidor de par. Asume la función de aspirar el aceite ATF del depósito, generar presión de aceite y suministrar el aceite a presión a la caja de cambios. El aceite ademas de producir trabajo para impulsar los distintos elementos del cambio también sirve para lubricar la caja de cambios y el el grupo diferencial. El aceite ATF está previsto para toda la vida útil del cambio, esta caja en concreto lleva una cantidad de 9 litros

El engranaje planetarioTambién llamado engranaje epicicloidal consta de tres conjuntos planetarios parciales, a través de los cuales se conectan las cinco marchas adelante y la marcha atrás.

Los engranajes planetarios I y II : están comunicados con el árbol de turbina del convertidor de par. La entrada del par en el engranaje planetario I se realiza a través del embrague K3 (comunicación indirecta). El par sólo puede ser transmitido al engranaje planetario I estando cerrado el embrague K3. El engranaje planetario II

está comunicado fijamente (directamente) con el árbol de turbina a través del planeta.La entrega de par se realiza siempre desde el portasatélites del engranaje planetario II hacia el piñón cilíndrico A.

El engranaje planetario III : recibe el par a través de los piñones cilíndricos A y B sobre la corona interior. La salida de par se realiza a través del portasatélites sobre el piñón secundario hacia el grupo diferencial.

ActuadoresAbriendo y cerrando los embragues y frenos se impulsan o retienen componentes del engranaje planetario, conectándose así las diferentes marchas. A través de los embragues K1, K2 y K3 y los frenos B1 y B2 se conectan las marchas de 1ª a 4ª y la marcha atrás.El par del motor se apoya contra las ruedas libres de los engranajes planetarios I y III al iniciar la marcha.La V marcha se conecta por medio del embrague K4 en el engranaje planetario III. El freno B3 está cerrado en todas las marchas, excepto en la V.

Uniones solidariasLos engranajes planetarios I y II están unidos mecánicamente a través de la corona interior perteneciente al conjunto planetario I y el portasatélites del conjunto planetario II. A travésdel portasatélites II también se realiza la entrega de par hacia el piñón cilíndrico A.En el engranaje planetario III también existen uniones mecánicas fijas. El piñón cilíndrico B está unido solidariamente a la corona interior del conjunto planetario y el portasatélites gira a su vez solidariamente con el árbol secundario.

EmbraguesLos embragues reciben el aceite ATF a presión procedente del distribuidor hidráulico. Estando cerrados impulsan componentes específicos del engranaje planetario, transmitiendo así el par del motor hacia el grupo diferencial.

El embrague K1 : estando cerrado, impulsa la corona interior del conjunto planetario II y el portasatélites del conjunto planetario I. Cierra en la primera, segunda y tercera marchas y posee un elemento de compensación para las fuerzas centrífugas.

El embrague K2 : impulsa el planeta del conjunto planetario I. Trabaja con una válvula de bola y cierra en segunda marcha.

El embrague K3 : impulsa al portasatélites del conjunto planetario I. A través del K3 se conecta la tercera, cuarta y quinta marchas. Este embrague también tiene compensadas las fuerzas centrífugas.

El embrague K4 : en la quinta marcha, se encarga de impulsar el planeta del conjunto planetario III. Es un embrague de válvula de bola.

Los frenosEn el cambio automático asumen la función de establecer las transmisiones de las marchas a base de retener componentes específicos en el conjunto planetario. En el cambio automático de 5 marchas se implantan diversos tipos de frenos:

dos frenos multidisco y un freno de cinta.

Los frenos multidisco: funcionan básicamente igual que los embragues de discos múltiples. Constan asimismo de dos paquetes de discos, que se comprimen por fuerza hidráulica. Contrariamente a los embragues, que impulsan componentes móviles del conjunto planetario, los frenos multidisco frenan estos componentes.

Su funcionamiento se basa: en el caso del freno B1, un paquete de discos se encuentra comunicado con las carcasa del cambio y el otro con el portasatélites del grupo planetario I. Si el freno ha de retener al portasatélites, la unidad de control envía aceite ATF a presión a través del distribuidor hidráulico hacia el paquete de discos múltiples.

Los frenos de cinta: en el cambio automático asumen la misma función que los frenos de discos múltiples. Sin embargo, en este caso no se comprimen los paquetes de discos múltiples, sino que se aprieta una cinta de freno por la acción de un cilindro hidráulico.En la figura se puede apreciar, que al estar apretada la cinta de freno se retiene el planeta del engranaje planetario.

Los frenos multidisco que participan en el funcionamiento del cambio son los siguientes:

El freno multidisco B1 : retiene al portasatélites del engranaje planetario II en la marcha atrás y en la primera marcha de Tiptronic al frenar con el motor.

El freno multidisco B2 : retiene el planeta del engranaje planetario I en segunda, cuarta y quinta marchas.

El freno de cinta B3: retiene el planeta del engranaje planetario III. Está cerrado en todas las marchas, excepto en la quinta.

Acumuladores de presiónEn los circuitos hidráulicos de los embragues K1, K3 y K4, así como del freno multidisco B2 se encuentra respectivamente un acumulador de presión. Hay otros dos acumuladores de presión instalados en la caja de selección y dos en la carcasa del cambio. Asumen la función de conferir características suaves al cierre de los embragues y del freno mencionados.

FuncionamientoComo ejemplo teniendo las siguientes condiciones: primera marcha, palanca selectora en posición «D». Si ha de cerrar uno de los embragues mencionados en la introducción a este tema o si ha de cerrar el freno, fluye aceite ATF a presión simultáneamente desde el distribuidor hidráulico hacia el acumulador de presión y hacia el embrague o freno que ha de cerrar.En el acumulador de presión, el aceite oprime en contra de un émbolo sometido a presión de aceite y fuerza de muelle. De esa forma, una parte de la presión del aceite se «consume» para trabajar contra la fuerza del muelle y la presión del aceite que se opone, de modo que en el embrague no quede aplicada la plena presión del aceite. El embrague no cierra todavía por completo.Sólo cuando el émbolo ha alcanzado su posición final, es cuando actúa toda la presión sobre el embrague, haciendo que cierre por completo. Esta operación se desarrolla en la misma forma en el caso de los embragues K3 y K4, así como del freno B2 y se repite con cada cambio de marcha.

El control hidráulicoDesempeña la función de gestionar al momento preciso de activar los cambios automáticos para subir o bajar de marchas según sea la necesidad. Consta de los siguientes componentes:

el distribuidor hidráulico con válvulas conmutadoras y dos acumuladores de presión las electroválvulas y el selector manual.

El distribuidor hidráulico: asume la función de adaptar la presión de la bomba del aceite ATF a la presión de conmutación y distribuirla hacia todos los órganos de conmutación o cambio.

Las electroválvulas: están dispuestas en el distribuidor hidráulico. Sus funciones son gestionadas por la unidad de control. A través de ellas se realizan todas las modificaciones de la presión del aceite en sus conductos y se suministra el aceite a presión para los embragues y frenos.

El selector manual: se acciona por medio de la palanca de cambios. Con su ayuda selecciona el conductor la gama de marchas que desea poner en vigor. La cuarta marcha y la marcha atrás las conecta directamente sin intervención de la unidad de control.

Funcionamiento de la caja de cambios para las distintas velocidades y elementos que intervienen en la selección.

Nota: En la I marcha del modo Tiptronic se cierra adicionalmente el freno B1. De esa forma se puede utilizar el freno motor.

Unidad de controlLa unidad de control para cambio automático es el cerebro del cambio. Previo análisis de la información de entrada procedente de los sensores, gestiona las señales de salida para las funciones de los actuadores.

Programas de conducciónLa unidad de control tiene implementado un programa supeditado a las características de la conducción y de las condiciones momentáneas de la marcha, basado en el proceso de lainformación a través de una lógica difusa «fuzzy logic».Otro programa detecta y considera la resistencia que se opone a la marcha, p. ej. en subidas o bajadas, pero también las influencias tales como el viento contrario o la conducción con unremolque acoplado.

Marcha de emergenciaSi se avería la unidad de control del cambio, sigue siendo posible conectar la cuarta marcha y la marcha atrás. Estas marchas se conectan mecánicamente en la caja de selección por medio de la palanca selectora y el selector manual.

Señales de entrada y salida a la unidad de control

Señal de par de la unidad de control del motorEn todos los vehículos con acelerador electrónico, la magnitud de entrada principal para la unidad de control del cambio es la señal de par procedente de la unidad de control del motor. Esta señal la recibe la unidad de control del cambio a través del CAN-Bus. Viene a sustituir a la señal del potenciómetro de la mariposa, que se empleaba en los cambiosautomáticos precedentes.Con la nueva estructura de funciones en las unidades de control del motor, basadas en el par del motor como la magnitud de referencia principal, está dado ahora el caso que la señalde la unidad de control del motor guarda una referencia directa con respecto al par momentáneo. Esto permite que la unidad de control del cambio pueda adaptar de una forma bastante más exacta las presiones de cambio al par momentáneo, configurando así los cambios más precisos y suaves.

Después de analizar la señal de par, la unidad de control del cambio define las presiones que son necesarias para los cambios. El desarrollo cronológico del ciclo de cambio está configurado de modo que la unidad de control del cambio señalice primeramente a la unidad de control del motor la intención de cambiar de marcha. A raíz de ello, la unidad de control del motor reduce el par, de modo que la unidad de control del cambio pueda cerrar los embragues aplicando una presión leve. De ese modo se obtienen cambios suaves y exentos de tirones.

Efectos en caso de ausentarse la señal:Los cambios se manifiestan más secos, porque la unidad de control del cambio no puede adaptar la presión para los cambios.

Transmisión directa de datos a la unidad de control (sin pasar por el CAN-Bus)

Sensores de régimenEl cambio automático incluye tres sensores de régimen. Los tres están alojados en el propio cambio y no están accesibles por fuera. Son sensores inductivos de idéntico diseño.

El sensor de régimen de entrada al cambio: detecta el número de revoluciones del árbol de entrada al cambio. A esos efectos explora los dientes por la parte exterior del embrague K2. La unidad de control emplea esta señal para gestionar el funcionamiento para el embrague anulador del convertidor de par y para calcular el patinaje del embrague anulador del convertidor de par.En caso de ausentarse la señal los cambios resultan más secos. Se desactiva el desacoplamiento en parado y ya no se puede cerrar el embrague anulador del convertidor de par.

El transmisor de régimen del árbol intermediario: genera una señal explorando los dientes del piñón cilíndrico A en la salida de par de los conjuntos planetarios I y II. La unidad de control necesita esta señal para los tiempos de apertura y cierre de los embragues. En caso de ausentarse la señal se desactiva el desacoplamiento en parado. Los cambios se muestran más secos.

El transmisor de velocidad de marcha: detecta el régimen de revoluciones de la rueda de bloqueo de aparcamiento. La unidad de control necesita esta señal:- para calcular la velocidad de marcha,- para el cambio de las marchas y- para gestionar el funcionamiento del embrague anulador del convertidor de par.En caso de avería se deja de conectar la 5ª marcha. Los cambios se muestran secos; se desactiva el desacoplamiento en parado y se desplazan los puntos de cambio.

El transmisor de temperatura del aceite de transmisiónEste sensor va situado asimismo en la parte interior de la carcasa del cambio. Detecta continuamente la temperatura del aceite ATF y transmite sus señales correspondientes a la unidad de control del cambio.La unidad de control del cambio emplea la señal de temperatura del aceite ATF para calcular un programa de cambios en la fase de calentamiento, con el que se regulan las presiones de cambio en función de la temperatura del aceite de transmisión.Expresado de forma simplificada, se puede decir, que teniendo el aceite bajas temperaturas se trabaja con una alta presión de cambio y que a medida que aumenta la temperatura del aceite ATF se va reduciendo gradualmente la presión.Para evitar el calentamiento excesivo del aceite ATF, si éste tiene una temperatura superior a los 150° centígrados, se procede a mantener engranada cada marcha durante más tiempo yse cierra más frecuentemente el embrague anulador del convertidor de par. Con estas medidas se reduce la fricción y se enfría el aceite.

En caso de avería si se ausenta la señal del transmisor de temperatura, deja de estar disponible el programa de cambios en la fase de calentamiento, de modo que la transmisión cambia las marchas aplicando presiones superiores. Hasta los 70 °C, la unidad de control emplea la señal del transmisor de temperatura del líquido refrigerante. A partir de esa temperatura trabaja con un valor fijo de 110 °C.

El conmutador multifunciónEl conmutador multifunción detecta la posición de la palanca cambio y retransmite esta información a la unidad de control del cambio. Según la posición del conmutador multifunción,la unidad de control pone en vigor los cambios correspondientes y excita el relé para el bloqueo de arranque, si la palanca selectora se encuentra en las posiciones «P» o «N».Este conmutador va fijado exteriormente a la carcasa del cambio. Se acciona con el cable de mando de la palanca de cambios. En las transmisiones automáticas precedentes se empleaban conmutaciones mecánicas en el conmutador multifunción. Estas conmutaciones mecánicas han sido sustituidas ahora por transmisores Hall. Estos conmutadores sin contacto físico no están sujetos a desgaste.En caso de avería del conmutador multifunción, sólo es posible arrancar el motor con la palanca de cambios en posición «P».Si se avería durante la marcha, la unidad de control pasa automáticamente a la posición «D» de la palanca selectora.En ambos casos, la unidad de control deja de aceptar posiciones seleccionadas por el conductor con la palanca selectora para marchas adelante. Conecta eléctricamente todas las marchas adelante y sólo la marcha atrás tiene que ser conectada por el conductor.

El conmutador para TiptronicEsta situado en el mecanismo de la palanca de cambios. Si el conductor lleva la palanca selectora a la pista de selección de la derecha, se acciona este conmutador y el cambio automático se encuentra entonces en el modo operativo Tiptronic.

En función de estas señales, al tocar brevemente la palanca selectora:

hacia delante (+), la transmisión cambia una marcha a mayor hacia atrás (-), la transmisión cambia una marcha a menor.

En en caso de avería deja de ser posible utilizar el modo Tiptronic.

El conmutador de presión de frenoEstá integrado en el circuito de frenos. Suministra una señal a la unidad de control del cambio automático al estar presurizado el sistema de frenos.La señal del conmutador de presión de freno es utilizada por la unidad de control del cambio para gestionar el desacoplamiento del cambio con el vehículo parado. El desacoplamiento en parado sólo se implementa actualmente en vehículos equipados con motor diesel.El desacoplamiento en parado suprime la tendencia al desplazamiento del vehículo y reduce así el consumo de combustible y las emisiones de escape. Estando el vehículo parado (p. ej. ante un semáforo), la unidad de control extrae la marcha seleccionada del cambio.

Transmisión de datos a través del CAN-Bus

El régimen del motor E s detectado por el transmisor de régimen del motor y transmitido a la unidad de control del motor. Esta última suministra las señales correspondientes a través del CAN-Bus a la unidad de control del cambio automático.La unidad de control del cambio emplea las señales de régimen del motor para gestionar el funcionamiento del embrague anulador del convertidor de par y del desacoplamiento enparado. En caso de avería no cierra el embrague anulador del convertidor de par y no funciona el desacoplamiento en parado.

Conmutador de luz de frenoPor motivos de seguridad hay dos conmutadores de luz de freno instalados en el pedal de freno. Ambos transmiten a la unidad de control del motor la información sobre «freno accionado». Esta última transmite la señal a través del CANBus hacia la unidad de control para el cambio automático.Estando el vehículo parado, la unidad de control desaplica el bloqueo de la palanca de cambio al recibir la señal del conmutador de luz de freno.Si se frena el vehículo en circulación estando cerrado el embrague anulador del convertidor de par, la unidad de control del cambio se encarga de abrir el embrague anulador.En caso de avería, si está disponible una de las dos señales, se conservan todas las funciones. Si se ausentan ambas señales, se puede accionar la palanca selectora sin pisar el freno.

Conmutador kick-down F8Sólo se emplea en vehículos sin acelerador electrónico. Con su ayuda, el conductor informa a la unidad de control, que desea una aceleración máxima del vehículo. La transmisión de los datos se realiza a través del CAN-Bus.Al solicitarse «kick-down», la unidad de control selecciona una curva característica especial para los cambios, en los que se alargan las marchas. Para una aceleración más rápida del vehículo, el sistema cambia a menor, en función del régimen, al recibir la solicitud de kick-down.En caso de ausentarse la señal, si se ausenta la señal, la unidad de control del motor calcula una señal supletoria analizando la posición del pedal acelerador.

La señal de la unidad de control ABSSi las condiciones de la marcha requieren que la unidad de control ABS haga intervenir la regulación antideslizamiento de la tracción (ASR) o el programa electrónico de estabilidad (ESP), se encarga de cursar esta información a través del CAN-Bus.Si la unidad de control del cambio recibe la información de que los sistemas ASR o ESP se encuentran en el ciclo de regulación, la unidad de control suspende los cambios de las marchas durante el tiempo de la regulación.En caso de avería, si la unidad de control del cambio automático no recibe señales de la unidad de control ABS, sigue cambiando de marchas incluso en el caso en que se soliciten las intervenciones de los sistemas ASR o ESP.

Señal de posición de la palanca selectora, para la unidad de control del motorLa señal de posición de la palanca selectora es una señal analógica, que se pone a disposición de la unidad de control del motor a través de un cable eléctrico.La unidad de control del motor emplea la señal de posición de la palanca selectora para desactivar el programador de velocidad al encontrarse la palanca selectora en las posiciones «P», «N» y «R».En caso de avería, el programador de velocidad deja de funcionar.

La señal del transmisor de velocidad de marcha Esta señal se pone a disposición de otras unidades de control a través del CAN-Bus. La unidad de control en el cuadro de instrumentos emplea la señal para el velocímetro.En caso de avería, la unidad de control en el cuadro de instrumentos calcula una magnitud supletoria interpretando la señal del transmisor de régimen del cambio.

ElectroválvulasEn el distribuidor hidráulico del cambio automático están contenidas nueve válvulas electromagnéticas. Sus funciones para los cambios de las marchas son gestionadas por la unidad de control del cambio automático. Se pueden catalogar en dos diferentes tipos en lo que se refiere a su modo de funcionar:

Válvulas Sí/No Seis de las nueve electroválvulas son versiones Sí/No. Pueden abrir o cerrar un conducto de aceite, siempre al máximo. No existen etapas intermedias. Están destinadas a efectuar los cambios de las marchas. Si se avería cualquiera de estas electroválvulas, la unidad de control del cambio pasa a la función de emergencia.Estas válvulas están designadas con: N88, N89, N90, N92, N281 y N282.

Válvulas de modulación Las otras tres electroválvulas son versiones de modulación. No sólo adoptan las posiciones «abierta al máximo» y «cerrada al máximo»; se pueden ajustar sin escalonamientos.Se encargan de regular la presión principal del aceite en función de las condiciones de la marcha, para establecer el correcto funcionamiento del cambio automático en su conjunto. De esa forma contribuye a un funcionamiento uniforme del vehículo y a que las marchas cambien sin tirones.En caso de avería, se deja de regular la presión principal del aceite, produciéndose por ello cambios secos, también deja de funcionar el desacoplamiento en parado.Son las válvulas N91, N93 y N283.

El electroimán para el bloqueo de la palanca selectoraEsta situado en el mecanismo de la palanca selectora. Impide que la palanca selectora pueda ser llevada de las posiciones P y N a cualquier otra posición.

Pisando el freno se suprime el bloqueo de la palanca selectora. El bloqueo se activa al conectar el encendido. En caso de avería del electroimán para bloqueo de la palanca selectora es posible llevar la palanca a una gama de marchas sin pisar el freno.Si se averían ambos conmutadores de luz de freno deja de ser posible mover la palanca selectora.

El bloqueo anti-extracción de la llave de contactoEste dispositivo sólo permite extraer la llave de contacto estando la palanca selectora en posición «P». De esa forma se pretende evitar que el conductor se baje del vehículo sin haber colocado el bloqueo de aparcamiento.

En la figura inferior tenemos el esquema eléctrico del cambio

Caja de cambios de "variador continuo" CVT (Continuously Variable Transmission)

El variador continuo para la transmisión es muy utilizado en los ciclomotores. También se esta empezando a utilizar en los automóviles desde los años 60, aunque no ha tenido mucho éxito hasta ahora. En teoría, las cajas de cambio de variación continua son la transmisión ideal, ya que varían la relación de velocidades continuamente, por lo que podemos decir que es una transmisión automática con un numero infinito de relaciones. Esta característica nos permite movernos en la curva de potencia máxima, algo imposible con las cajas automática o manuales, en las que se produce un escalonamiento o salto entre las diferentes velocidades.

Un variador continuo es un sistema de transmisión que cuenta con dos poleas cuyo diámetro interior efectivo es variable. La transmisión entre las dos poleas se realiza mediante una "correa" elaborada con eslabones metálicos de forma que al variar el diámetro de las poleas se va variando progresivamente la relación de desmultiplicación. Al ser la correa un elemento inextensible, la apertura de una de las poleas implica la reducción del diámetro de la otra, aun asi, se consigue un número infinito de desarrollos consiguiendo una variación continua de la marcha. De ahí que a este sistema también se le denomine cambio automático de transmisión continua.

En la figura inferior se muestra la disposición de estas dos poleas. Si la cara desplazable de la polea conductora que transmite el par del motor se acerca a la otra cara, el diámetro efectivo de la polea se hace mayor. La correa al tener una longitud prácticamente constante gira en la polea conducida en diámetros efectivos menores como consecuencia

de la apertura de la polea mediante el desplazamiento de una de sus caras por lo que la desmultiplicación será menor.El cambio de anchura de poleas y por tanto de diámetro efectivo se realiza mediante un control hidráulico que distribuye la cantidad de aceite a presión adecuada en cada instante. El control hidráulico tiene en cuenta en todo momento parámetros como la posición del acelerador, condiciones de utilización, velocidad del vehículo, régimen del motor y relación de desmultiplicación. Este mismo aceite a presión sirve además para lubricar todo el conjunto y para mantener tensada la correa de arrastre aplicando la justa presión sobre la polea conducida.

Actualmente la correa, transmite los esfuerzos por compresión, empujando el eslabón que le precede, en lugar de por tracción, como trabaja una correa convencional. Por tanto la tensión de la correa es un dato importante en el funcionamiento correcto de este sistema de cambio continuo. La tensión depende tanto del par motor que hay que transmitir en cada momento como de la relación de transmisión.

Al principio este tipo de cambio se utilizaba en automóviles de baja cilindrada, ya que la cadena solo resistía los esfuerzos producidos por motores de bajo par. En la actualidad se han conseguido cadenas o correas mas resistentes, que soportan mejor los valores de par de los automóviles de alta cilindrada.

MultitronicSe trata de una transmisión CVT (Continuously Variable Transmission) fabricada por la empresa Luk, actualmente la más elaborada, sofisticada y eficaz del mercado. Audi es la marca que esta utilizando esta transmisión en sus vehículos.Audi con su novedosa transmisión ha logrado doblar la frontera de los 15 kgm de par, situándolo en los 30 kgm. La clave principal de esta superación está en el elemento de transmisión. El Multitronic no monta una correa metálica sino una cadena, cuya configuración rompe por completo con las correas utilizadas hasta el momento. La cadena funciona en tensión en un baño de aceite entre dos pares de ruedas cónicas de diámetro variable. El diseño y el peso reducido de este cambio reducen el consumo de combustible. Al igual que en el cambio Tiptronic de 5 velocidades, está disponible el modo de selección de marcha manual, pudiéndose seleccionar hasta seis etapas de marcha simuladas. En el modo automático del multitronic que calcula la relación de transmisión óptima con ayuda de un programa de regulación dinámico (DRP) según la carga del motor, las preferencias del conductor y las condiciones de marcha. Una ventaja básica del variador en el sistema multitronic es la amplia relación entre la mayor y la menor desmultiplicación posible en la transmisión (1: 2,1 hasta 1:12,7) siendo, de este modo, superior a 6, lo cual representa

casi un caso ideal para la transmisión que hasta ahora apenas sobrepasaba un valor de 5.Gracias a esta característica, por una parte, se puede acelerar de forma deportiva y dinámica, debido a la mayor desmultiplicación posible y, por otra parte, se puede aprovechar completamente la menor desmultiplicación para potenciar el ahorro del combustible.

Las características de este cambio permite un doble manejo:

Automático. Se ha desarrollado una gestión con cierta capacidad adaptativa. Reconoce la forma de conducir y el perfil de la carretera, escogiendo los desarrollos más adecuados en cada momento. Audi lo llama DRP (Programa Dinámico de Regulación).

Secuencial. Mediante palanca tradicional o con mandos al volante. Para ello se fijan seis posiciones concretas de las poleas del variador.

El elemento de transmisión (cadena) es fuertemente presionada por las paredes de los conos. Las poleas aprietan a los eslabones con una presión de hasta 6,6 toneladas. Esta cadena es especialmente importante, ya que transmite la carga total de uno de los ejes de la transmisión al otro y, lo que es más, sin existir fuerzas de tracción. Tan sólo su fricción sobre las superficies cónicas de ambas poleas es capaz de transportar la carga. Audi se ha decidido por la cadena de láminas en lugar de por la correa articulada, habitual en las transmisionescontinuas CVT. El deslizamiento resultante entre cadena y poleas es tan reducido que los pernos, durante la vida de la transmisión, tan sólo se desgastan como máximo de una a dos décimas de milímetro.

En los cambios de variador de Nissan, Fiat y MG, al pisar el acelerador el motor elige un régimen de giro y lo mantiene mientras el coche gana velocidad. Esto, denominado “efecto goma”, Audi lo evita optando por que la subida de régimen se produzca de forma progresiva, para evitar un ruido excesivo.

En resumen, las ventajas que proporciona el Multitronic son:

El resbalamiento es menor y no hay tantas pérdidas por intercambio térmico ya que no dispone de convertidor de par. Tiene un embrague multidisco gobernado electrónicamente.Controla el resbalamiento de modo que si se está parado con el motor en marcha, el resbalamiento es mayor para que el motor no haga fuerza en vano. También es capaz de reconocer cómo arranca el conductor y, en función de eso, adecuar el resbalamiento. El embrague actúa entre 1000 y 3000 rpm.

Suave y rápido en modo automático con un kick-down muy marcado (reduce hasta 3 marchas si es necesario).

Amplia relación entre la mayor y la menor desmultiplicación que permite una mejor adaptación a las condiciones de conducción.

Se elimina el “efecto goma” de otros CVT. Esto se consigue con un doble pistón en el variador y la separación del flujo de aceite de alta presión y los circuitos de refrigeración, con lo que se consigue que la bomba de salida del circuito hidráulico sea más suave que una convencional.

Muy rápido en modo manual. Más rápido que ningún otro automático con posibilidad de manejo manual (sólo el Hypertronic del Primera se le aproxima). Suavidad exquisita tanto en aceleración como en reducción. Más rápida que la Tiptronic, pero con una sensación similar.

Para llegar a ser perfecto debería salvar los siguientes defectos:

Sonido alto y desagradable que da la sensación de un embrague patinando. El funcionamiento en modo automático dista bastante de la eficacia mostrada por los cambios de Renault y

PSA. Sobre todo, por la tendencia que tiene de buscar la marcha más larga a poco que se alivia la presión sobre el pedal del acelerador.

Tiene función kick-down en modo manual. La electrónica se entromete cuando se llega a la zona roja.

El embrague de discos múltiplesAudi se ha decidido por el embrague de discos múltiples regulado electrónicamente y refrigerado por aceite en lugar del convertidor hidráulico de par utilizado en muchas otras transmisiones continuas CVT (de modo similar a como se utiliza con los cambios automáticos y, tanto en unos como en los otros, sufre pérdidas de potencia hasta que se bloquea el convertidor).

A favor de este tipo de embrague encontramos, junto con el mejor grado de efectividad, la capacidad de posibilitar las características de arranque más diversas. Esto significa que el embrague de discos múltiples se puede gestionar de tal modo que en caso de arranques especialmente suaves sobre una calzada resbaladiza son posibles todos los procesos de arranque pensables y éstos son libremente seleccionables por la electrónica.

Este embrague reconoce, por ejemplo, dependiendo del movimiento del pedal del acelerador, si el conductor desea iniciar la marcha pensando en el consumo o en la deportividad y adapta el régimen del motor de una forma absolutamente suave o bien lo regula rápidamente en el margen del par de motor más alto. El embrague gestionado electrónicamente puede realizar incluso un programa de calentamiento para que el catalizador se caliente con el aumento del régimen dependiendo de la temperatura del motor en el momento de embragar.

Gracias a las posibilidades del tipo de embrague seleccionado es posible también, por ejemplo, escoger un tipo definido de comportamiento de la transmisión (función de deslizamiento), ya que éste tipo de comportamiento se valora positivamente en los cambios automáticos con convertidor de par hidráulico. Pero con la clara diferencia de que el comportamiento de transmisión en el caso del multitronic permanece siempre igual independientemente de las influencias exteriores y del estado de funcionamiento. Esto significa que la gestión electrónica equilibra el juego del embrague, la calidad del forro y el aceite así como las oscilaciones de temperatura.Sin embargo, al pisar el pedal de freno, por ejemplo, al detenerse ante un semáforo se produce una disminución clara del par motor transmitido, hecho que descarga el motor y reduce el consumo. El conductor lo percibe como una ayuda importante a la hora de mantener frenado el vehículo.

Dado que el embrague de discos múltiples evita, por una parte, todas las pérdidas de potencia que se producen en los embragues hidráulicos de otras transmisiones, por otra parte, no puede servir como convertidor de par de arrancada. Pero este hecho lo equilibra el variador con su gran amplitud de la banda de relaciones que ofrece junto con las infinitas variantes de desmultiplicación. Gracias a una mayor desmultiplicación se reduce el par mínimo del

motor para la arrancada. Dado que se aprovecha el mismo y único variador también para la marcha atrás, un segundo paquete de discos retoma la función de dicha marcha y un juego de planetarios relacionado con éste invierte el sentido de giro.

El caudal de aceite es el responsable de la refrigeración para asegurar la capacidad de rendimiento del embrague con los dos paquetes de discos. Dado que el aceite de refrigeración llega exclusivamente al paquete de discos que esté funcionando para la marcha adelante o la marcha atrás, trabaja, por lo tanto, experimentando unas pérdidas de potencia extremadamente reducidas.

El embrague multidisco regulado electrohidráulicamente presenta las siguientes ventajas en comparación con un convertidor de par:

Peso bajo Dimensiones compactas Adaptación de las características de iniciación de la marcha a las condiciones de la conducción Adaptación del par de la marcha lenta de fuga a las condiciones de la conducción Función de protección contra sobrecarga o uso indebido

Etapa reductoraSe encuentra situada entre el embrague de discos multiples y la polea conductora del variador continuo de la caja de cambios. Esta formada por un conjunto planetario (ravigneaux) y tiene la misión de reducir el numero de revoluciones que entra en la caja de cambios y que acciona después acciona la polea conductora del variador.

Sensor de parEste nuevo elemento es el responsable de que el variador trabaje de un modo prácticamente automático. Un sensor de par, que trabaja de modo similar a una válvula de limitación de presión, se torsiona de tal modo a través del momento variable de entrada que cierra o abre los taladros de alimentación de la hidráulica de mando.Así, se genera automáticamente un equilibrio entre el par motor que se transmite y la fuerza de presión. Este hecho supone un requisito esencial para la reacción extraordinariamente rápida del variador sobre todas las modificaciones

de tracción así como una prevención ante el aumento inmediato de la presión de empuje, por ejemplo, en caso de golpes en el tren motriz, convirtiéndose de este modo en un mecanismo de seguridad ante irregularidades de todo tipo.

La cadenaEsta correa es especialmente importante, ya que transmite la carga total de uno de los ejes de la transmisión al otro y, lo que es más, sin existir fuerzas de tracción. Tan sólo su fricción sobre las superficies cónicas de ambas poleas es capaz de transportar la carga. Audi se ha decidido por la cadena de láminas en lugar de por la correa articulada, habitual en las transmisiones continuas CVT. Dicha cadena está realizada en acero, y a pesar de ello es casi tan flexible como una correa trapezoidal. La cadena de láminas se ha efectuado de modo tan robusto que puede transmitir pares de motor más altos y fuerzas más elevadas que otras correas. Esta cadena se ha mostrado durante los muchos años de pruebas como extremadamente fiable y tiene garantizada una larga vida.

Montada de modo similar como otras cadenas, sólo con varias capas unas junto a otras y especialmente más robusta, está compuesta por segmentos unidos por pernos en sus puntos de articulación transversales. Los frontales de los pernos presionan contra las superficies cónicas de las poleas. La fuerza motriz de la cadena se transmite a los puntos de apoyo resultantes sobre las poleas del variador. El deslizamiento resultante es tan reducido que los pernos, durante la vida de la transmisión, tan sólo se desgastan como máximo de una a dos décimas de milímetro.

Esta cadena de láminas ofrece, además, la ventaja de que su recorrido puede ser inferior al de otras correas articuladas. Incluso al recorrer el más pequeño diámetro de enlace, posee la facultad de transmitir las fuerzas máximas y los pares de motor. En ese momento, solamente hay nueve pasadores en contacto con las superficies interiores de las poleas, pero la presión específica es tan grande que también en caso de una gran carga no resbalará. Un engranaje consigue la correspondiente reducción de régimen al comprobarse que el variador muestra su mejor grado de efectividad siendo accionado con un par de motor grande.

Sus características son:

Peso: 1,8 kg. Longitud: 715 mm. Ancho: 37mm, Formada por 1025 eslabones planos (de los cuales tiran 28 en paralelo) en varias capas, unas junto a otras, y

unidos por 75 pernos en sus puntos de articulación transversales. Los eslabones son de acero de diferentes durezas y tamaños.

Sistema hidráulicoEn los cambios de variador continuo "convencionales" existentes solo hay un sistema hidráulico. El Multitronic los tiene separados. Así, la variación del diámetro es más rápida y requiere menos energía.

El sistema hidráulico tiene dos funciones:

Presionar suficientemente las poleas contra la cadena para evitar el resbalamiento. Variar el diámetro de las poleas.

El sistema hidráulico es un sistema complejo, que genera la presión de empuje que actúa sobre los discos cónicos que forman las poleas. Mientras que, por una parte, ésta presiona los discos cónicos de forma que se produce una transmisión de fuerza con el escaso resbalamiento deseado, por otra parte, debe ejercer una presión adicional para separar entre sí los discos cónicos, modificando de éste modo la relación entre los diámetros de las poleas y por lo tanto la desmultiplicación final del variador. Por esta causa, los ingenieros de Audi han distribuido desde un principio la hidráulica de su variador en dos áreas.

Como se desprende de la distribución de funciones, ésta trabaja sobre ambos pares de los discos cónicos del variador según el principio de doble émbolo. Mientras que el émbolo empujador con la mayor superficie operante impide que la cadena de láminas resbale, el émbolo empujador con la menor superficie ejerce fuerza adicional sobre el disco correspondiente cuando ha de ser modificada la desmultiplicación. Los sistemas hidráulicos de ambos pares de discos se pueden relacionar entre sí por medio de la bomba de aceite y las válvulas de regulación, de modo que solamente se deben desplazar de una parte a otra volúmenes reducidos de aceite y únicamente se necesita aplicar la diferencia de presión correspondiente. Este es el motivo por el cual el variador Audi reacciona instantáneamente ante cualquier orden de gestión, lo que no sucede en las transmisiones CVT "convencionales".

El Multitronic no posee una única bomba hidráulica grande sino dos más pequeñas adaptadas al sistema: una bomba de engranaje interior produce la presión para el empuje de los discos cónicos así como la fuerza adicional para variar la transmisión y una segunda bomba eyectora proporciona a los discos del embrague la cantidad de aceite necesaria con solamente la presión suficiente para llegar al lugar de la refrigeración (el cambio cuenta con un circuito de refrigeración del aceite). Esta trabaja según el llamado principio "Venturi" y toma la cantidad necesaria de aceite por medio de un eyector conformado especialmente para cumplir dicha función, sin consumir mucha energía para el aumento de presión.La bomba de engranajes es comparativamente pequeña ya que solamente debe desplazar de un lado para otro el pequeño volumen de aceite que se halla en las cámaras de presión. La presión a la que está sometido dicho aceite va desde 20 bares (funcionamiento normal) hasta 60 bares (máximo). En general, este sistema de bombas requiere una potencia que esaproximadamente la mitad de la necesitada tradicionalmente.

Unidad electrónica de controlLa unidad electrónica del cambio, que se encuentra en la transmisión como un componente directamente junto a la hidráulica, es el responsable de accionar rápidamente un auténtico arsenal de válvulas hidráulicas. Los datos memorizados son la base para su accionamiento y están a disposición de los procesos, dependiendo de los parámetros interiores como temperatura de funcionamiento e influencias exteriores, como el movimiento del pedal del acelerador. El software memorizado aquí hace realidad una serie de procesos de regulación en parte completamente nuevos con la ayuda de los cuales se realizan funciones de transmisión complejas que hasta ahora no existían.

Adaptación progresiva de las revolucionesEspecialmente esta función es la que distingue principalmente al multitronic de las transmisiones CVT convencionales. En los cambios CVT convencionales, primeramente, ascendía el régimen del motor al acelerar y, solamente después, seguía la respuesta de la transmisión. Este hecho conducía al principal punto de crítica, el efecto "resbalamiento" o "fricción del embrague" o "efecto goma". El multitronic, por el contrario, regula tanto el régimen del motor como la respuesta del cambio de tal modo que resulta un comportamiento de régimen similar al de una transmisión automática convencional durante la conducción.

La adaptación progresiva de las revoluciones gestionada electrónicamente se desarrolla en tres fases:

1. Al pisar el pedal del acelerador, el variador cambia a un desarrollo menor (desarrollo corto). El motor gira espontáneamente a un régimen algo alto, lo que al contrario a la transmisión automática convencional se lleva a cabo sin sacudidas y de forma desapercibida. A continuación sigue

2. la adaptación progresiva de las revoluciones propiamente dicha, con la que el régimen del motor sigue subiendo de forma continua con una velocidad ascendente según una estrategia fija.

3. En la última fase, la electrónica de la relación de transmisión realiza correcciones con objeto de conseguir una prestación óptima de conducción o consumo según el deseo específico del conductor, que dicha electrónica ha estudiado y memorizado justo antes de iniciar dicho proceso, basándose en el comportamiento del conductor.

Si el conductor quita, a continuación, el pie del acelerador, la electrónica cambia en dirección a un mayor desarrollo (desarrollo largo), lo cual tiene lugar de nuevo de una forma completamente exenta de sacudidas.

Gracias a esta adaptación progresiva de las revoluciones se experimenta la confortable conducción como algo dinámico e incluso muy deportivo. El hecho más importante reside en que el multitronic no realiza ninguna modificación de los desarrollos o de adaptación progresiva de las revoluciones que no sea ocasionada por el conductor a través de un movimiento del pedal del acelerador.

El reconocimiento del CONDUCTOR del "programa dinámico de regulación DRP"En los últimos años se han impuesto programas autoadaptativos (como el tiptronic con DSP de Audi) con la exigente transmisión automática que memorizan el deseo del conductor por medio de los movimientos del pedal del acelerador y lo traducen en una orden de marcha actual. Exactamente esta técnica es la que aprovecha Audi también con el multitronic, que puede cambiar desde una marcha mayor a menor y viceversa, mejor que una transmisión automática (sin sacudidas) cumpliendo las exigencias más diversas. Esta gestión se basa por lo tanto, en campos característicos completamente diferentes que representan una forma de conducción especialmente económica o deportiva. La electrónica selecciona continuamente el punto óptimo que se adapte a la situación de conducción.De es te modo, el tipo de funcionamiento Economy (económico), que tiende al menor consumo posible de combustible, está caracterizado por una gran zona de utilización con desarrollos largos. Esta zona de desarrollos largos comienza ya a los 60 km/h.Cuando el conductor pisa el acelerador al máximo (kick-down), la gestión cambia enseguida al tipo de funcionamiento deportivo, amplia la desmultiplicación y consigue el régimen alto de revoluciones necesario para desarrollar la potencia máxima. Por ello, el tipo de funcionamiento deportivo orientado a desarrollar una gran potencia está caracterizado por una gran zona de utilización con desarrollos cortos.En todas las situaciones de conducción restantes, la electrónica busca la desmultiplicación adecuada con motivo de los últimos datos del conductor memorizados así como de la orden de marcha actual y regresa, en cualquier caso, al tipo de funcionamiento del más favorable consumo cuando el conductor reduzca la presión del pie sobre el pedal del acelerador.

El reconocimiento del ENTORNO del "programa dinámico de regulación DRP". Así como el multitronic reconoce el estilo de conducción deseado por el conductor y lo toma como magnitud interior, este sistema tiene en cuenta factores externos con sus reacciones, como, por ejemplo, tramos en ascenso, tramos en descenso y utilización de remolque.Si el conductor, por ejemplo, acelera, de forma continuada, por uno de los tres motivos mencionados anteriormente, más de lo que sería normal, en una carretera en línea recta, la electrónica reconoce una carga adicional a ser generada por ella y reacciona con una elevación del régimen del motor. Esta compensación de carga automática es experimentada de una forma muy satisfactoria y confortable por el conductor durante el ascenso o con la conducción con remolque.

Un efecto parecido es el que consigue el multitronic también en los descensos. El multitronic registra dicho descenso basándose en el hecho de que frente a la conducción desarrollada en un tramo en línea recta, la potencia del motor exigida es menor y valora adicionalmente el accionamiento del freno como un deseo del conductor, apoyando la deceleración del vehículo.El multitronic modifica, basándose en este hecho, la desmultiplicación hacia una velocidad menor con un mayor régimen (desarrollos cortos) y apoya el frenado con el par de inercia del motor. Esta desmultiplicación se mantiene mientras el conductor no frene ni acelere. Así, el vehículo rueda con un desarrollo constante al igual que sucede con una transmisión manual.Todo esto funciona también especialmente cuando un remolque dificulta la subida de un tramo montañoso o acelera durante un descenso. La especial ventaja del multitronic consiste en el último caso en el hecho de que a diferencia de una transmisión automática en situación límite entre dos relaciones de cambio, esta no pasa de una relación a otra de una forma repentina, y, por lo tanto, sin su correspondiente sacudida sino que cambia progresivamente y decelera de forma cómoda.

El modo de funcionamiento manual de 6 velocidadesOtra característica destacable de este sistema reside en la electrónica con su capacidad de poder imitar las funciones de un cambio manual según el ejemplo representado por el tiptronic. Audi se decidió por las seis marchas hacia delante que pueden ser activadas por el conductor desde la palanca de selección por medio un breve toque sobre la palanca de selección hacia delante o hacia atrás o por medio de la pulsación de un interruptor especial situado en el volante (equipamiento adicional).Estas seis marchas están memorizadas como programas de cambio fijos. Dependiendo de que marcha sea elegida por el conductor, el variador tiene asignada una desmultiplicación correspondiente en forma de valor teórico que éste mismo ajusta y mantiene. Sin embargo, también estos procesos de cambio influenciados manualmente tienen lugar prácticamente sin transición y exentos de sacudidas con toda la deportividad deseada y también percibida, gracias a una adaptación continua.

Mas dinámica y menor consumoEl multitronic aprovecha la posibilidad existente hasta ahora solamente de modo teórico para modificar las

desmultiplicaciones de tal modo que el motor trabaje siempre en el llamado "momento óptimo" del consumo. Este hecho se ve apoyado por el variador que proporciona un amplio margen de funcionamiento con desarrollos largos, durante el cual el motor pone a disposición la potencia necesaria en cada momento con un régimen bajo y un consumo moderado.Los valores de consumo alcanzados confirman la exactitud de la reflexión teórica y de los resultados de los ensayos.El avance alcanzado es apreciable más claramente en comparación con los valores de consumo en áreas urbanas donde la conducción está caracterizada por arrancadas numerosas, aceleraciones y frenadas. Frente a la transmisión automática, el multitronic alcanza una ventaja de consumo de 1,6 litros a los 100 kilómetros. También frente al cambio manual, el multitronic obtiene muy buenos resultados y alcanza en áreas urbanas los mismos valores. A esto contribuye entre otras cosas, que la función de "corte de combustible en deceleración" se mantiene activa durante más tiempo por medio de una regulación de desmultiplicación muy bien concebida.En los tramos interurbanos, las diferencias no son tan claras, pero también aquí son apreciables en algunas décimas los mejores valores obtenidos por el multitronic. El Audi A6 de 2,8 litros con 193 CV alcanza, en total, un ahorro de combustible de 0,9 litros a los 100 kilómetros frente a la transmisión automática tradicional y de 0,2 litros a los 100 kilómetros frente al cambio manual.El Audi A6 2.8 con multitronic acelera en 1,3 segundos menos que un vehículo con transmisión automática tradicional desde una posición parada hasta los 100 km/h y supera en una décima de segundo a un vehículo con cambio manual de 5 marchas cambiadas de forma óptima en lo que a la aceleración del vehículo se refiere.

Bomba rotativa de inyección de émbolos radiales VR

Introducción

La bomba rotativa de inyección de émbolos radiales VR fue desarrollada por Bosch especialmente para motores diesel de funcionamiento rápido con inyección directa y una potencia de hasta 37 KW por cada cilindro. Esta bomba se caracteriza por un mayor dinamismo en la regulación del caudal y del comienzo de inyección, y por presiones en el inyector de hasta 1600 bar.

FuncionesUna instalación de inyección diesel con bomba rotativa de inyección de émbolos radiales VR tiene dos unidades de control para la regulación electrónica diesel: Una unidad de control del motor y una unidad de control de bomba. Esta división es necesaria para evitar por una parte un sobrecalentamiento de determinados componentes electrónicos y, por otra parte, para suprimir la influencia de señales parásitas que pueden producirse debido a las intensidades de corriente parcialmente muy elevadas (de hasta 20 A) en la bomba de inyección.Mientras que la unidad de control de bomba registra las señales de los sensores internos de la bomba respecto al ángulo de rotación y temperatura del combustible, y las evalúa para la adaptación del momento de inyección, la unidad de control del motor procesa sobre todo datos del motor y del entorno registrados por sensores externos, y calcula a partir de ellos las intervenciones de ajuste a realizar en el motor. En particular, los sensores registran todos los datos de servicio necesarios como p. ej.

la temperatura del aire aspirado, del líquido refrigerante y del combustible, el número de revoluciones del motor, la presión de sobrealimentación,

la posición del pedal acelerador, la velocidad de marcha, etc.

Los circuitos de entrada de las unidades de control preparan estos datos y los microprocesadores calculan a partir de ellos, con consideración del estado de servicio, las señales de actuación para un servicio de marcha óptimo. Con la «vinculación en red» de diversos componentes del sistema, es posible:

aprovechar varias veces las señales, adaptar con precisión las intervenciones de ajuste, ahorrar combustible y hacer que funcionen sin mucho desgaste todos los componentes que participan en el servicio.

El intercambio de datos entre la unidad de control del motor y la unidad de control de bomba se produce a través del sistema CAN Bus. La figura inferior muestra como ejemplo una instalación de inyección diesel con la bomba rotativa de inyección de émbolos radiales en un motor diesel de cuatro cilindros, con diversos componentes.

Funciones básicasLas funciones básicas controlan la inyección del combustible diesel en el momento correcto, en la cantidad correcta y con la mayor presión posible. Aseguran así un funcionamiento favorable del motor diesel en consumo, poco nocivo y silencioso.

Funciones adicionalesFunciones de control y regulación adicionales sirven para la reducción de las emisiones de escape y del consumo de combustible, o aumentan la seguridad y el confort. Ejemplos de ellas son:

Retroalimentación de gases de escape, Regulación de la presión de sobrealimentación,

Regulación de la velocidad de marcha, Inmovilizador electrónico, etc.

El sistema CAN Bus hace posible el intercambio de datos con otros sistemas electrónicos del vehículo (p. ej. ABS; control electrónico del cambio). Un interface de diagnóstico permite la evaluación de los datos del sistema almacenados en memoria al realizar la revisión del vehículo. El capítulo «Control del sistema con EDC» describe los procesos del registro electrónico de datos de servicio y su procesamiento, así como el funcionamiento de los diversos sensores y elementos actuadores.

Sistema de combustibleEl sistema de combustible en una instalación de inyección con bomba rotativa de inyección de émbolos radiales se compone de una parte de baja presión y otra de alta presión.

Alimentación de baja presiónLa parte de baja presión para la alimentación de combustible, abarca:

Depósito de combustible, Tuberías de combustible de baja presión, Filtro de combustible y Componentes de la bomba de inyección.

Depósito de combustibleLos depósitos de combustible tienen que ser resistentes a la corrosión y continuar siendo estancos a una sobrepresión doble de servicio pero por lo menos hasta 0,3 bar de sobrepresión. La posible sobrepresión producida debe poder escapar por sí misma, a través de aberturas apropiadas, válvulas de seguridad o similares. El combustible no debe salirse de la boca de llenado o de los dispositivos de compensación de presión incluso en posición inclinada, circulando por curvas o al producirse impactos. Los depósitos de combustible deben estar separados del motor de tal forma que no sea de esperar una inflamación incluso en caso cíe accidente.Para vehículos con cabina del conductor abierta en maquinas tractoras y para autobuses de gran potencia, rigen ademán determinaciones especiales respecto a la altura de montaje y el apantallado del depósito de combustible.

Tuberías de combustible en la parte de baja presiónPara la parte de baja presión pueden emplearse, ademas de tubos de acero, también tuberías flexibles con armado de tejido de acero, que sean difícilmente inflamables. Las tuberías deben estar dispuestas de forma que se impidan los daños mecánicos y que el combustible que gotea o se evapora no pueda acumularse ni inflamarse. Las tuberías de combustible no quedar afectadas en su función en caso de deformaciones del vehículo, movimiento del motor o similares. Todas las piezas que conducen combustible deben estar protegidas contra el calor perjudicial para su servicio. En los autobuses, las tuberías de combustible no deben pasar por el habitáculo de pasajeros o del conductor, y el combustible no debe ser transportado por gravedad.

Filtro de combustibleUn filtrado insuficiente puede conducir a daños en los componentes de la bomba, válvulas de presión e inyectores.El filtro de combustible limpia el combustible delante de la bomba rotativa de inyección de émbolos radiales e impide así el desgaste prematuro de las piezas sensibles.

Componentes de baja presión de la bomba de inyección

Bomba de alimentación de aletas : esta bomba succiona eí combustible extrayéndolo del depósito de combustible y transporta en cada vuelta un caudal de combustible casi constante hacia la bomba de alta presión de émbolos radiales.

Válvula reguladora de presión : la válvula reguladora de presión regula la presión de suministro de combustible de la bomba de alimentación. La válvula abre cuando aumenta demasiado la presión de combustible y cierra cuando disminuye demasiado la presión de combustible.

Válvula estrangulados de rebose : la válvula estrangulados de rebose deja retornar al depósito de combustible una cantidad definida de combustible cuando se alcanza una presión de apertura preajustada, y facilita una purga de aire automática de la bomba.

Alimentación de alta presiónLa parte efe alta presión del sistema de combustible genera la presión necesaria para la inyección, con una bomba de alta presión de émbolos radiales. El combustible es transportado e inyectado de nuevo para cada proceso de inyección, a través de

componentes de la bomba de inyección, la tubería de alta presión el portainyector inyector.

Componentes de alta presión de la bomba de inyección

Bomba de alta presión de émbolos radiales : el combustible llega, estando abierta la electroválvula de alta presión, desde la parte de baja presión hacia los émbolos de alimentación en la parte de alta presión. El anillo de levas con elevaciones en la pared interior del anillo presiona los émbolos de alimentación, radialmente hacia el interior, y comprime con cada carrera el combustible para su inyección en el cilindro correspondiente.

Electroválvula de alta presión : esta electroválvula gobernada por la unidad de control de la bomba, regula la afluencia de combustible hacía la bomba de alta presión de émbolos radiales, y determina el caudal y tiempo de inyección para cada inyección.

Eje de distribución con cuerpo distribuidor : el eje de distribución distribuye el combustible de tal forma de que por cada vuelta es abastecido cada cilindro una vez, por un empalme de conducto de presión del cuerpo distribuidor, y una tubería de alta presión.

Válvula con estrangulador de retorno : las válvulas con estrangulador de retorno en las conexiones de conducto de impulsión amortiguan las ondas de presión de combustible reflejadas, que se producen al cerrar los inyectores. Estas válvulas evitan el desgaste de la parte de alta presión y la apertura descontrolada de los inyectores.

Tuberías de combustible en la parte de alta presiónLas tuberías de alta presión (tubos de acero sin soldaduras, de alta resistencia) conducen desde la bomba de inyección a los inyectores. Las tuberías están adaptadas al proceso de inyección y deben tener todas la misma longitud. Las diferentes longitudes posibles se compensan mediante curvaturas más o menos grandes en el tendido de las tuberías.

Inyectores y portainyectoresLos inyectores, montados en los porta-inyectores, inyectan el combustible exactamente dosificado en el cilindro del motor y conforman en esta operación el proceso de inyección. El combustible excedente retorna con presión reducida al depósito de combustible.

Estructura y funcionamiento

En la bomba rotativa de inyección VR de émbolos radíales (figura inferior) se reúnen los siguientes grupos constructivos dentro o unidos al cuerpo de la bomba:

Bomba de alimentación de aletas (1) con válvula reguladora de la presión y válvula de estrangulador de rebose,

Bomba de alta presión de émbolo radiales (4) con eje distribuidor y válvula de salida, Electroválvula de alta presión (6), Variador de avance (5) con electro-válvula de variación de avance, Sensor del ángulo de rotación (29) y Unidad de control de bomba (3).

La agrupación de estos grupos constructivos formando una unidad de estructura compacta permite adaptar exactamente entre si las interacciones de las diversas unidades funcionales. De esta forma pueden cumplirse las estrechas prescripciones y satisfacer plenamente las características de rendimiento exigidas,

Bomba de alimentación de aletas con válvula reguladora de presión y válvula de estrangulador de reboseEn el cuerpo de la bomba rotativa existe un fuerte eje de accionamiento alojado en un apoyo deslizante por el lado de la brida y en un rodamiento por el lado opuesto. La bomba de alimentación de aletas se encuentra interiormente sobre el eje de accionamiento. Su misión es aspirar el combustible, generar una presión en el recinto acumulador y abastecer combustible a la bomba de alta presión de émbolos radiales.

Bomba de alta presión de émbolos radiales con eje distribuidor y válvula de salidaLa bomba rotativa es propulsada directamente por el eje de accionamiento. La bomba genera la alta presión necesaria para la inyección y distribuye el combustible entre los diversos cilindros del motor. El movimiento conjunto del eje distribuidor se asegura mediante un disco de arrastre en el eje de accionamiento.

Electroválvula de alta presiónLa electroválvula de alta presión está dispuesta centradamente en el cuerpo distribuidor, penetrando la aguja de válvula en el eje distribuidor y girando con éste sincrónicamente. La válvula abre y cierra con una relación de impulsos variable según las órdenes de la unidad de control de la bomba. La correspondiente duración de cierre determina la duración de alimentación de la bomba de alta presión de émbolos radiales. De esta forma puede dosificarse exactamente el caudal de combustible.

Variador de avanceEn la parte inferior de la bomba está dispuesto el variador de avance hidráulico con una válvula de impulsos y el émbolo de trabajo situado transversalmente respecto al eje de la bomba. El variador de avance hace girar el anillo de levas según el estado de carga y el régimen, para variar así el comienzo de alimentación (y con éste también el momento de inyección). Este control variable se designa también como variación «electrónica» de avance a la inyección.

Sensor del ángulo de rotación (sistema DWS)En el eje de accionamiento están dispuestos la rueda incremental (rueda transmisora de ángulo) y la fijación para el sensor del ángulo de rotación. Estos elementos sirven para la medición del ángulo que adoptan respectivamente el eje de accionamiento y el anillo de levas durante el giro. A partir de aquí puede calcularse el número de revoluciones actual, la posición dei variador de avance y la posición angular del árbol de levas.

Unidad de control de la bombaSobre la parte superior de la bomba esta atornillada la unidad de control de bomba provista de aletas de refrigeración.

La unidad calcula a partir de las informaciones del "sistema DWS" y de la unidad de control del motor, las señales de activación para la electroválvula de alta presión y la electroválvula de variador de avance.

Montaje y accionamiento de la bombaMontajeLa bomba rotativa de inyección de émbolos radiales se abrida directamente al motor diesel. Con el fin de evitar confusiones al conectar las tuberías de inyección, con las designaciones de los cilindros del motor, las salidas de la bomba rotativa de inyección están designadas con: A, B,...,F según el numero de cilindros. Las bombas rotativas de inyección de émbolos radiales son especialmente apropiadas para motores de hasta seis cilindros.

AccionamientoEl eje de accionamiento de la bomba rotativa es propulsado por un dispositivo adaptado a la correspondiente ejecución del motor. En los motores de cuatro tiempos, el número de revoluciones del eje de accionamiento de la bomba es la mitad del numero de revoluciones del cigüeñal y corresponde así también exactamente al numero de revoluciones del árbol de levas del motor Diesel. El accionamiento de la bomba de inyección está adaptado al movimiento de los pistones. El sincronismo entre el motor y la bomba se consigue mediante un acoplamiento con cadenas, ruedas dentadas, correas dentadas o piñones de acoplamiento.

Parte de baja presiónLa parte de baja presión pone a disposición el suficiente combustible para la parte de alta presión. Componentes esenciales son:

la bomba de alimentación de aletas, la válvula reguladora de presión y la válvula de estrangulador de rebose.

Bomba de alimentación de aletasEn la bomba rotativa de inyección de émbolos radiales va montada la bomba de alimentación de aletas en torno al eje de accionamiento . Entre la pared interior del cuerpo de la bomba y un anillo de apoyo que sirve de cierre, está

alojado el anillo de recepción excéntrico (3) con superficie perfilada de rodadura interior. En la pared interior del cuerpo de la bomba, están previstas dos escotaduras que permiten la entrada (4) en la bomba y la salida (7) de la bomba. Debido a su forma se denominan también «riñón de aspiración» o «riñón de impulsión». En el interior del anillo de recepción se mueve el rotor de aletas (2), que es propulsado por un dentado en el eje de accionamiento (1). En las ranuras guía del rotor se conducen las aletas, que cargadas por la fuerza de un muelle y por la actuación de la fuerza centrífuga son presionadas hacia el exterior contra el anillo de recepción. El recinto designado como «celda» (6) está formado por los siguientes elementos (fig. 3):

Pared interior del cuerpo, Anillo de apoyo. Superficie perfilada de rodadura interior, del anillo de recepción, Superficie exterior del rotor de aletas y Dos aletas contiguas.

El combustible que llega a través del taladro de entrada en el cuerpo de la bomba y por comunicaciones internas hasta el riñón de aspiración en la celda, es transportado por el giro del rotor de aletas en dirección al riñón de impulsión. El volumen de la celda se reduce durante el giro, debido a la superficie perfilada de rodadura interior del anillo de recepción excéntrico, y se comprime el combustible. La reducción del volumen hace que aumente fuertemente la presión de combustible hasta la salida al riñón de impulsión. Desde el riñón de impulsión se abastecen con combustible «a presión» los diversos grupos constructivos, a través de comunicaciones internas en el cuerpo de la bomba. También llega a la válvula reguladora de presión a través de una de estas comunicaciones.

El nivel de presión necesario de esta bomba rotativa es relativamente alto en comparación con otras bombas rotativas Debido a esta elevada presión, las aletas (5) presentan un taladro en el centro de su cara frontal, de forma tal que solo se desliza sobre el perfil del anillo de recepción una de las artistas del lado frontal. De esta forma se evita que toda la cara frontal de la aleta esté sometida a presión, lo que tendría como consecuencia un movimiento radial no deseado. Al cambiar de una arista a otra (p. ej. de entrada a salida) puede propagarse la presión que actúa sobre la cara frontal de la aleta, a través del taladro, hacia el otro lado de la aleta. Las fuerzas de presión opuestas que actúan se compensan en gran parte, y las aletas están en contacto sobre la superficie de rodadura interior del anillo de recepción, como se ha descrito anteriormente, por efecto de las fuerzas centrífugas y elásticas.

Válvula reguladora de presiónLa presión de combustible generada por la bomba de alimentación de aletas en el riñón de impulsión, depende de la velocidad de rotación de la bomba. Para que esta presión no sea excesiva a elevadas velocidades de rotación, se ha dispuesto una válvula reguladora de presión (válvula de compuerta sometida a fuerza elástica, fig. inferior) en la proximidad inmediata a la bomba de alimentación de aletas, estando unida por un taladro con el riñón de impulsión (5), Esta válvula modifica la presión de suministro de la bomba de alimentación de aletas, en función del caudal de combustible transportado. Si la presión del combustible sobrepasa un determinado valor, la arista frontal del émbolo de válvula (3) abre unos taladros dispuestos radialmente (4), a través de los cuales puede retornar el combustible, por un canal, al riñón de aspiración (6) de la bomba de alimentación de aletas. Si la presión de combustible es demasiado baja, permanecen cerrados los taladros dispuestos radíalmente, debido a la fuerza elástica. La tensión previa ajustable del muelle de compresión determina la presión de apertura.

Válvula estranguladora de rebosePara la refrigeración y ventilación de la bomba rotativa de inyección, retorna el combustible al depósito a través de la válvula estranguladora de rebose atornillada al cuerpo de la bomba.La válvula estranguladora de rebose está en comunicación con el elemento de rebose (5) del cuerpo distribuidor. En el interior del cuerpo del distribuidor se encuentra una válvula de bola (3) sometida a fuerza elástica, que deja salir combustible de la bomba cuando se alcanza una presión de apertura preajustada. En el flujo secundario hacia la válvula de bola existe un taladro en el cuerpo de la válvula que esta unido al rebose de la bomba mediante un taladro estrangulador (4) de un diámetro muy pequeño. Este retorno calibrado facilita una purga automática de la bomba. El circuito completo de baja presión de la bomba está adaptado de tal forma que, a través del rebose de la bomba, retorna al depósito de combustible un caudal de combustible definido

Filtro de combustibleLa aplicación de un filtro de combustible adaptado especialmente a las exigencias de la instalación de inyección es condición previa para un funcionamiento sin anomalías, puesto que las impurezas en el combustible pueden conducir a daños en los componentes de la bomba, válvulas de impulsión e inyectores. El combustible puede contener agua en forma ligada (emulsión) o no ligada (p. ej. formación de agua de condensación debido a cambio de temperatura). Si este agua penetra en el sistema de inyección, pueden producirse daños debidos a corrosión. El sistema de inyección con bomba rotativa de inyección precisa por lo tanto, igual que otros sistemas de inyección, un filtro de combustible con un cartucho filtrante de papel y un recinto de acumulación de agua, que pueda vaciarse en los correspondientes intervalos, abriendo un tornillo de salida de agua.

Parte de alta presiónEn la parte de alta presión (fig. inferior} tiene lugar, además de la generación de alta presión, también la distribución y dosificación de combustible con el control del comienzo de alimentación, siendo preciso para ello únicamente un elemento actuador (electroválvula de alta presión).

Generación de alta presión con la bomba de alta presión de émbolos radialesLa bomba de alta presión de émbolos radiales genera la presión necesaria para la inyección (aprox. 1000 bar por el lado de la bomba). La bomba es propulsada por el eje de accionamiento y consta de:

el disco de arrastre, los soportes de los rodillos (4) con los rodillos (2) e! anillo de levas (1), el émbolo de suministro (5) y la parte delantera (cabezal) del eje distribuidor (6),

El movimiento giratorio del eje de accionamiento es transmitido mediante un disco de arrastre directamente al eje distribuidor, ya que el disco de arrastre engrana en las ranuras guía dispuestas radialmente en el extremo del eje de accionamiento. Las ranuras guía (3) sirven simultáneamente para la recepción de los soportes de los rodillos (4), que recorren conjuntamente con los rodillos (2) alojados allí, la pista de leva interior del anillo de levas (1) dispuesto alrededor del eje de accionamiento. La pista de leva interior presenta elevaciones de leva que están adaptadas en cuanto a su número, al número de cilindros del motor. En la cabeza del eje distribuidor son conducidos radialmente los émbolos de suministro (de aquí proviene la designación «bomba de alta presión de émbolos radiales»). Los émbolos de suministro apoyan sobre los soportes de los rodillos y se mueven así en correspondencia con el perfil de la pista de leva. Los émbolos son comprimidos por la elevación de leva y comprimen así el combustible en el volumen central de alta presión (7). Según el número de cilindros y el caso de aplicación existen ejecuciones con 2, 3 ó 4 émbolos de suministro (fig, inferior).

Distribución del combustible en el cuerpo distribuidorEl cuerpo distribuidor consta de (fig. inferior):

la brida (6), el casquillo de control (3) contraído sobre la brida la parte trasera del eje distribuidor (2) conducido en el casquillo de control, la aguja de válvula (4) de la electroválvula de alta presión (7), la membrana del acumulador (10) y la conexión de la tubería de impulsión (16) con la válvula con estrangulador de retorno (15).

En la fase de llenado durante e! recorrido del perfil descendente de la leva se presionan hacia fuera los émbolos de suministro (1) estando abierta la aguja de válvula (4). A través de la entrada de baja presión (12), el canal anular (9) y la aguja de válvula (4), fluye combustible desde la bomba de alimentación al cuerpo distribuidor y llena el volumen de alta presión (8). El combustible excedente sale por el retorno de combustible (5). En la fase de alimentación son presionados hacia dentro por las levas los émbolos de suministro (1), estando cerrada la aguja de válvula. De esta forma se comprime el combustible que se encuentra ahora en el volumen de alta presión (8) cerrado. A través de la ranura de distribución (13) que debido al movimiento de giro del eje distribuidor (2) queda unida con la salida de alta presión (14), llega el combustible que se encuentra bajo presión, a través de la conexión del tubo de impulsión (16) con válvula provista de estrangulador de retorno (15), la tubería de impulsión y el portainyector, al inyector, el cual lo inyecta en la cámara de combustión del motor.

Dosificación de combustible con electroválvula de alta presiónLa electroválvula de alta presión (fig. inferior) con válvula de aguja movida por el núcleo móvil (2) cierra mediante un impulso de mando de la unidad de control de bomba, en el punto muerto inferior de la leva. El momento de cierre de la válvula (orificio de descarga) determina el comienzo de suministro de la bomba de inyección. Mediante un reconocimiento electrónico del momento de cierre (BIP Begin of In-jection Period) recibe la unidad de control de bomba una información exacta sobre el comienzo de suministro. La dosificación de combustible tiene lugar entre el comienzo de suministro y el final de la activación de la electroválvula de alta presión, y se denomina «duración de alimentación». La duración de cierre de la electroválvula de alta presión determina así el caudal de inyección. Con la apertura de la electroválvula de alta presión queda concluida la alimentación de alta presión. El combustible excedente que todavía es transportado hasta el punto muerto superior de la leva, llega por descarga al recinto de membrana. Las altas puntas de presión que se producen entonces en el lado de baja presión, son amortiguadas por la membrana del acumulador. Además, la cantidad de combustible acumulada en el recinto de membrana favorece el proceso de llenado para la siguiente inyección.Para la parada del motor se interrumpe totalmente la alimentación de alta presión con la electroválvula de alta presión. Por este motivo no existe una válvula de parada adicional come en el caso de la bomba rotativa de inyección VE.

Amortiguación de las ondas de presión con la válvula provista de estrangulador de retornoLa válvula con estrangulador de retorno (fig. inferior) impide que las ondas de presión generadas al final del proceso de inyección, o sus reflexiones, no conduzcan a una nueva apertura de la aguja de inyector (postinyecciones). Las postinyecciones tienen repercusiones negativas sobre las materias nocivas en los gases de escape.Con el comienzo de la alimentación se levanta el cono de válvula (3) debido a la presión del combustible. El combustible es transportado ahora a través de la conexión del tubo de impulsión (5) y la tubería de presión hacia el inyector. Al concluir la alimentación cae repentinamente la presión de combustible y el muelle de válvula (4) presiona el cono de válvula contra el asiento de válvula (1). Las ondas de presión reflejadas que se producen al cerrar el inyector, se eliminan mediante un estrangulador (2) hasta el punto de que no puedan producirse reflexiones nocivas de ondas de presión.

Variación del avance

Función Con un comienzo de inyección constante y régimen de revoluciones del motor creciente, aumenta el ángulo del cigüeñal entre el comienzo de inyección y el comienzo de la combustión, de manera que dicha combustión ya no puede producirse en el momento correcto (referido a la posición de los pistones del motor).La combustión más favorable y el mejor rendimiento de un motor diesel sólo se alcanzan, sin embargo, en una determinada posición del cigüeñal o de los pistones. La variación del avance compuesta por el sensor del ángulo de rotación, el variador de avance y la electroválvula del variador de avance, tiene la misión de avanzar el comienzo de suministro en la bomba de inyección, con respecto a la posición del cigüeñal del motor, cuando éste aumenta las revoluciones.

Nota: hay elementos que se han girado 90º en la figura superior para que su comprensión sea mejor

Este dispositivo adapta óptimámente el momento de inyección al estado al estado de servicio del motor, compensando el desfase de tiempo condicionado por el retardo de la inyección y de encendido, (fig. inferior). Las graficas muestran el ejemplo de un ciclo de trabajo:

El comienzo de suministro (FB) está después del momento de cierre de la electroválvula de alta presión. En la tubería de combustible de alta presión se forma una presión elevada del combustible. Esta presión de tubería PD, por el lado del inyector (fig. superior -centro-) abre la aguja deí inyector al alcanzarse la presión de apertura de inyector y da lugar al comienzo de inyccción (SB). El tiempo entre el comienzo de suministro y el comienzo de inyección se denomina retraso de inyección (SV). Si continua aumentando la presión en la cámara de combustión del motor (fig. superior -izquierda-), comienza a producirse la combustión (VB). El intervalo temporal entre el comienzo de inyección y la combustión es el retraso de inflamación (ZV).Si la electroválvula de alta presión abre otra vez, desaparece la alta presión de combustible (final de suministro); la aguja del inyector cierra (fin de inyección, SE)

Le sigue ahora el fin de la combustión (VE). En el proceso de alimentación de la bomba de inyección, se abre el inyector mediante una onda de presión que se propaga a la velocidad del sonido en la tubería de combustible de alta presión. El tiempo de propagación de la onda de presión queda determinado por la longitud de la tubería de inyección y por la velocidad del sonido, que en el combustible diesel es de aprox. 1500 m/s. El tiempo de propagación es el intervalo entre el comienzo de alimentación y el comienzo de inyección y se designa por tanto también como retraso de inyección (SV). El retraso de inyección es esencialmente independiente del régimen de revoluciones, aunque el ángulo del cigüeñal entre el comienzo de alimentación y el comienzo de inyección, aumenta con un número de revoluciones creciente. Debido a ello se abre también más tarde el inyector (en relación con la posición del pistón en el motor). Después del momento de inyección, el combustible diesel necesita un tiempo determinado para pasar al estado gaseoso, formar con el aire una mezcla inflamable, El intervalo temporal necesario para ello entre el comienzo de inyección y el comienzo de combustión es independíente del número de revoluciones del motor y se denomina en el motor diesel retraso de inflamación (ZV). El retraso de inflamación está influido por las siguientes magnitudes:

la tendencia a la inflamación del combustible diesel (indicada con el índice de célanos). la relación de compresión, la temperatura del aire y la pulverización del combustible.

Por regla general, la duración del retraso de inflamación es de aprox. un milísegundo.

ConstruciónEl variador de avance por control hidráulico va montado en la parte inferior del cuerpo de la bomba rotativa de inyección de émbolos radiales, perpendicularmente a su eje longitudinal.El anillo de levas (1) engrana con una espiga esférica en el taladro transversal del émbolo del variador de avance (3), de forma que el movimiento axial del émbolo del variador de avance, se transforma en un movimiento de giro del anillo de levas. En el eje central del émbolo del variador de avance está dispuesta una corredera de regulación (5), que abre y cierra los taladros de control en el émbolo del variador de avance. En el mismo eje axial se encuentra el émbolo axial de mando (12), activado hidráulicamente y sometido a presión por un muelle. que preestablece la posición teórica de la corredera de regulación. Transversalmente al eje del émbolo del variador de avance se encuentra la electrováivula del variador de avance. Esta válvula influye sobre la presión en el émbolo de mando, si es activada para ello por parte de la unidad de control de bomba.

FuncionamientoRegulación del comienzo de inyecciónSegún el estado de servicio del motor (carga, régimen, temperatura del motor), la unidad de control del motor establece un valor teórico para el comienzo de inyección, que está contenido en un campo característico de comienzo de inyección. El regulador del comienzo de inyección en la unidad de control de bomba compara continuamente el comienzo real de inyección con el valor teórico y activa, en caso de divergencias, la electroválvula con una determinada relación de impulsos. Como información sobre el valor real dei comienzo de inyección se dispone de la señal de un sensor de ángulo de rotación o, alternativamente, de la señal de un sensor de movimiento de aguja en el portainyector.

Variación del avance hacia «avance» En la posición de reposo, el émbolo del variador de avance (3) está retenido por un muelle do reposición («posición de retraso»). Durante el servicio, la presión del combustible se regula en función del número de

revoluciones, con la válvula reguladora de presión en el interior de la bomba. Esta presión de combustible actúa como presión de control, a través de un estrangulador, sobre el recinto anular del tope hidráulico (13) y desplaza, si está cerrada la electroválvula del variador de avance (15), el émbolo de control (12) contra la fuerza del muelle en dirección de «avance» (en la figura superior hacia derecha). De esta forma se desplaza tambien la corredera de regulación en sentido de «avance», de forma tal que se abre el canal de entrada en el émbolo del variador de avance. Ahora puede pasar combustible al volumen situado detras del émbolo del variador de avance y presionar el émbolo del variador de avance, hacia la derecha, en sentido de «avance». El movimiento axial del émbolo del variador de avance es transmitido mediante la espiga esférica como movimiento de giro al anillo de levas (1) de la bomba de alta presión de émbolos radiales. El giro del anillo de levas con relación al eje de accionamiento de la bomba, conduce en su desplazamiento hacia «avance», a un tope prematuro de los rodillos sobre la elevación de leva y, por tanto, a un comienzo de inyección más adelantado. La posible variación en sentido de «avance» puede ser de hasta 20 grados del árbol de levas (lo que corresponde a 40 grados del cigüeñal),

Variación del avance en sentido de «retraso» La electroválvula del variador de avance (15) abre cuando recibe señales a impulsos de la unidad de control de bomba. Con ello, disminuye la presión de control en el recinto anular del tope hidíáuüco (13). El embolo de control (12) se mueve por la fuerza de su muelle en sentido de «retraso» (en la fig. superior hacia la izquierda).El émbolo del variador de avance (3) se mantiene parado inicialmente. Sólo cuando la corredera de regulación (5) abre eí taladro de control hacia el canal de salida, puede salir el combustible de! volumen situado detrás del émbolo del variador de avance. El muelle presiona ahora el émbolo del variador de avance, otrá vez en sentido de «retraso», a su posición inicial.

Regulación de la presión de controlMediante la apertura y cierre rápidos (impulsos) de la aguja de electroválvula, la electroválvula del variador de avance actúa como un estrangulador variable. La electroválvula puede influir continuamente sobre la presión de control, de forma tal que el émbolo de control puede adoptar posiciones discrecionales entre «avance» y «retraso». En ello, la relación de impulsos, es decir, la relación del tiempo de apertura respecto a la duración total de un ciclo de trabajo de la aguja de electroválvula, es determinada por la unidad de control de bomba.Por ejemplo, si debe regularse el émbolo de control más en sentido de «avance», la unidad de control de bomba modifica la relación de impulsos de forma tal que se reduce la parte temporal del estado abierto. A través de la electroválvula del regulador de avance sale menos combustible y el émbolo de control se mueve hacia «avance».

Control del sistema con EDC

Bloques del sistemaLa regulación electrónica diesel EDC con la bomba rotativa de inyección de émbolos radiales (fig. 3) está dividida en tres bloques de sistema:

1. Sensores y transmisores de valor teórico para registrar las condiciones de servicio y los valores teóricos. Estos transforman en señales eléctricas diversas magnitudes físicas.

2. Una unidad de control del motor y una unidad de control de bomba para el procesamiento de las informaciones según determinados procesos de cálculo matemáticos (algoritmos de regulación) convirtiéndolas en señales eléctricas de salida.

3. Elementos de ajuste (actuadores) para la transformación de las señales eléctricas de salida de las unidades de control, en magnitudes mecánicas.

Las unidades de control gobiernan los elementos actuadores con las señales eléctricas de salida, directamente a través de etapas finales de potencia, o bien retransmiten estas señales a otros sistemas.

Sensores

Sensores de temperatura Los sensores de temperatura se aplican en diversos lugares:

en el circuito de liquido refrigerante, con el fin de determinar la temperatura del motor a partir de la temperatura del líquido refrigerante,

en el canal de aspiración, con el fin de medir la temperatura del aire aspirado, en e! aceite del motor, con el fin de medir la temperatura del aceite y en la bomba de inyección, para medir la temperatura del combustible.

Los sensores presentan todos ellos una resistencia dependiente de la temperatura. La resistencia tiene un coeficiente de temperatura negativo (NTC) y forma parte de un circuito divisor de tensión que es alimentado con 5 V. La tensión decreciente a través de la resistencia, se lee a través de un convertidor analógico-digital y constituye una medida de

la temperatura. En el microcontrolador de la unidad de control del motor está almacenado en memoria una curva característica, que indica la temperatura correspondiente a cada valor de tensión.

Sensor de revoluciones del cigüeñalLa posición de tos pistones en los cilindros es decisiva para el momento de inyección correcto. El numero de revoluciones indica la cantidad de vueltas del cigüeñal por minuto. Esta importante magnitud de entrada se calcula en la unidad de control del motor a partir de la señal del sensor inductivo de revoluciones del cigüeñal.

Generación de señales Sobre el cigüeñal está aplicada una rueda transmisora ferromagnética que lleva en su contorno un diente (segmento) por cada cilindro.El sensor de revoluciones del cigüeñal (fig. inferior) explora la sucesión de dientes de la rueda transmisora. El sensor consta de un imán permanente (1) y de un núcleo de hierro dulce (4) con un devanado de cobre (5). Al pasar alternativamente dientes y los huecos entre dichos dientes por delante del sensor, cambia el flujo magnético y se induce una tensión alterna. La amplitud de la tensión alterna crece fuertemente al aumentar el número de revoluciones. Existe una amplitud suficiente a partir de un 50 r.p.m..

Cálculo del número de revoluciónLos cilindros de un motor están desfasados entre sí de tal forma que después de dos vueltas del cigüeñal (720

grados), el primer cilindro comienza otra vez un nuevo ciclo de trabajo.Con un reparto uniforme del desfase, significa esto que:

En un motor con cuatro cilindros, la rueda transmisora tiene cuatro dientes (segmentos), es decir, el sensor de revoluciones del cigüeñal recibe 8 impulsor en dos vueltas del cigüeñal. El tiempo entre dos impulsos se designa como tiempo de segmento y el ángulo respectivo corresponde a la mitad de la separación angular entre dos inyecciones consecutivas.

Sensor del ángulo de rotación Sobre el eje de accionamiento de la bomba de inyección está montada de forma fija una rueda transmisora con dentado fino. La rueda tiene, distribuidos uniformemente en su contorno, huecos entre dientes especialmente grandes, cuya cantidad corresponde al número de cilindros del motor. La sucesión de dientes y huecos entre dientes es explorada por un sensor de ángulo de rotación (fig. inferior). El sensor de ángulo de rotación debe generar su señal en relación con la posición angular del anillo de levas. Por este motivo, el sensor no está montado fijo como la rueda transmisora, sino que está alojado con posibilidad de desplazamiento sobre el eje de accionamiento de la bomba de inyección y gira solidario con el anillo de levas en los movimientos del variador de avance (la disposición completa se designa también como sistema de medición incremental de ángulo-tiempo IWZ). La señal del sensor del ángulo de rotación es transmitida a la unidad de control de bomba a través de una lámina conductora flexible dentro de la bomba de inyección.

La señal DWS se emplea para las siguientes tareas:

Determinación de la posición angular momentánea, Medición de la velocidad de rotación actual de la bomba de inyección, y Determinación de la posición de regulación momentánea del variador de avance (posición real).

La posición angular momentánea establece la señal de activación para la electroválvula de alta presión. Sólo con una activación de ángulo correcto queda garantizado que se produzcan tanto el momento de cierre como el de apertura de la electroválvula de alta presión, en la correspondiente carrera de leva (fig, inferior).La velocidad de rotación actual de la bomba de inyección es la magnitud de entrada para la unidad de control de bomba. Para el caso en que esté defectuoso el sensor de revoluciones del cigüeñal, sirve también como régimen de revoluciones sustitutivo para le unidad de control del motor.La posición real del variador de avance se determina mediante la comparación de las señales del sensor de revoluciones del cigüeñal y la posición angular del sensor de ángulo de rotación. Esta posición es necesaria para la regulación del variador de avance.

Sensor de movimiento de agujaEn sistemas con regulación del comienzo de inyección se precisa un sensor de movimiento de aguja (para más detalles, véase el apartado «Inyectores y portainyectores»). El sensor determina el momento en el que abre la aguja del inyector: este es entonces el comienzo de inyección. .La señal del sensor de movimiento de aguja es procesada por la unidad de control del motor.

Medidor de masa de aire de película calienteCon el fin de cumplir los valores límite de gases de escape requeridos y establecidos legalmente, es necesario especialmente en el servicio dinámico del motor de combustión, un cumplimiento exacto de la relación pretendida de aire/combustible. Para ello se necesitan sensores que registren muy exactamente el flujo de masa de aire aspirado realmente. La precisión de medición del sensor de carga no debe verse influida por pulsaciones, reflujos, retroalimentación de gases de escape y un control variable del árbol de levas, ni tampoco por variaciones de la temperatura del aire aspirado.Para este fin, en el medidor de masa de aire de película caliente, se extrae calor de un elemento sensor calentado, mediante transición térmica al flujo de masa de aire (figura inferior). El sistema de medición realizado en técnica de micromecánica permite, en combinación con un circuito híbrido, el registro del flujo de masa de aire, incluida la dirección del flujo. Se reconocen los reflujos en caso de un flujo de masa de aire con fuertes pulsaciones. El elemento de sensor micromecánico esta dispuesto en el canal de flujo del sensor insertable El sensor insertable puede estar montado en el filtro de aire o en el tubo de medición en la conducción de aire.

Según el caudal de aire máximo necesario del motor de combustión, existen distintos tamaños del tubo de medición. La variación de la tensión de señal en dependencia del flujo de masa de aire se divide en márgenes de señal para el flujo de retorno y de afluencia. Para aumentar la precisión de medición, la señal de medición se refiere a una tensión referencia entregada por el control del motor. La característica de la curva está configurada de tal forma que al realizar el diagnóstico en el taller, pueda reconocerse por ejemplo. una interrupción de cable, con ayuda del control del motor. Para la determinación de la temperatura del aire aspirado puede estar integrado un sensor de temperatura.

Sensor del pedal aceleradorContrariamente a las bombas de inyección rotativa o en línea, en el sistema EDC ya no se transmite a la bomba de inyección el deseo de aceleración del conductor, a través de un cable de tracción o de un varillaje, sino que se registra con un sensor del pedal acelerador y se transmite a la unidad de control del motor (designado también como «pedal acelerador electrónico»). En función de la posición del pedal acelerador se produce una tensión en el sensor del pedal acelerador, mediante un potenciómetro. En base a una curva característica programada se calcula a partir de la tensión la posición del pedal acelerador.

Sensor de presión de sobrealimentaciónEl sensor de presión de sobrealimentación está conectado neumáticamente con el tubo de admisión y determina la presión absoluta del tubo de admisión, de 0,5 hasta 3 bar. El sensor está dividido en una celda de presión con dos elementos sensores y un recinto para el circuito de evaluación. Los elementos sensores y el circuito de evaluación se encuentran sobre un substrato cerámico común. Un elemento sensor consta de una membrana de capa gruesa en forma de campana, que incluye un volumen de referencia con una presión interna determinada. Según la magnitud de la presión de sobrealimentación se desvía más o menos la membrana. Sobre la membrana van dispuestas resistencias «piezoresistivas», cuya conductividad varía bajo tensión mecánica. Estas resistencias están conectadas en puente de forma tal que una desviación de la membrana conduce a una modificación del calibrado de puente. La tensión de puente es así una medida de la presión de sobrealimentación.

El circuito evaluador tiene la misión de amplificar la tensión de puente, compensar influencias de temperatura y linealizar la curva característica de presión. La señal de salida del circuito de evaluación es conducida a la unidad de control del motor. Con ayuda de una curva característica programada, se calcula la presión de sobrealimentación a partir de la tensión medida.

Elementos actuadores

Electroválvula de alta presiónPara la dosificación del caudal está integrada una electroválvula de alta presión en la parte de alta presión de la bomba de inyección. Al comienzo del proceso de inyección pasa una corriente a través de la bobina del imán, y el inducido magnético es presionado, junto con la aguja de válvula, en dirección al asiento de válvula. Cuando el asiento de válvula está totalmente cerrado por la aguja de válvula, ya no puede pasar combustible. Como consecuencia aumenta rápidamente la presión de combustible en la parte de alta presión y abre finalmente el inyector activado en cada caso. Una vez alcanzado el caudal de inyección deseado se interrumpe el paso de corriente hacia el imán, con lo cual abre de nuevo la electroválvula de alta presión y desaparece la presión en la parte de alta presión. Debido al descenso de la presión de inyección vuelve a cerrar el inyector y concluye la inyección.Para controlar con más exactitud este proceso, la unidad de control de bomba puede determinar el momento de cierre real de la electroválvula de alta presión, en base a la evolución de la corriente (fig. inferior).

Electroválvula del variador de avanceLa unidad de control de bomba controla el émbolo del variador de avance a través de la electroválvula del variador de avance (fig. inferior), que es activada a intervalos constantemente por una corriente de mando con frecuencia constante.La relación entre el tiempo de activación y no activación (relación de impulsos) determina aquí el caudal de paso. El caudal de paso puede variarse de tal modo que el variador de avance alcance su posición teórica.

Unidad de control del tiempo de incandescenciaPara un buen arranque en frío y una mejora de la fase de calentamiento relevante para los gases de escape, es responsable el control del tiempo de incandescencia. El tiempo de preincandescencia depende de la temperatura del líquido refrigerante. La demas fases de incandescencia al arrancar el motor o con el motor en marcha, vienen determinadas. por un gran número de parámetros, entre otros por el caudal de inyección y el régimen del motor. E! control del tiempo de incandescencia se realiza a través de un relé de potencia.

Convertidor electroneumátícoLas válvulas o chapaletas de los actuadores de presión de sobrealimentación, de turbulencia y de retroalimentación de gases de escape, son accionadas mecánicamente con la ayuda de depresión (vacío) o sobrepresión. Para este

fin, la unidad de control del motor genera una señal eléctrica que es transformada en sobrepresión o depresión por un convertidor electroneumático.

Actuador de la presión de sobrealimentaciónLos motores de turismos con sobrealimentación por gases de escape deben alcanzar un elevado par motor incluso a bajo número de revoluciones. Por este motivo, el cuerpo de la turbina está dimensionado para un pequeño flujo de masas de gases de escape. Para que con flujos grandes de masa de gases de escape no aumente demasiado la presión de sobrealimentación, es necesario en este sector conducir a la instalación de escape una parte de los gases de escape, a través de una válvula by-pass («waste-gate») eludiendo la turbina. El actuador de presión de sobrealimentación (fig. inferior) modifica para ello la sección en la válvula bypass, en dependencia del régimen del motor, del caudal de inyección, etc. En lugar de la válvula bypass puede aplicarse también una geometría variable de la turbina (VTG). Esta modifica el ángulo de incidencia de la turbina de gases de escape e influye así sobre la presión de sobrealimentación.

Actuador de turbulencia El control de turbulencia influye sobre el movimiento de turbulencia del aire aspirado. La turbulencia se genera casi siempre mediante canales de entrada de forma espiral. La rotación determina el entremezclado del combustible y el aire en la cámara de combustión e influye considerablemente sobre la calidad de la combustión. Por regla general se genera una turbulencia fuerte a un régimen bajo y débil a un régimen alto. La rotación puede regularse con ayuda del actuador de turbulencia (una mariposa o una corredera) en el conducto de la válvula de admisión.

Actuador de retroalimentación de gases de escapeEn la retroalimentación de gases de escape se conduce una parte de los gases de escape al tramo de admisión. Hasta un cierto grado una cantidad creciente de gases residuales puede repercutir positivamente sobre la transformación de energía, disminuyendo así la emisión de contaminantes. En función del punto de servicio, la masa aspirada de aire/gas se compone hasta un 40% de gases de escape (gráficas inferiores).Para la regulación en la unidad de control del motor se mide la masa real de aire fresco y se compara con un valor teórico para la masa de aire en cada punto de servicio. Con ayuda de la señal generada por la regulación abre el actuador de retroalimentación de gases de escape (una válvula), de forma que entran gases de escape en el tramo de admisión.

Regulación de la mariposa en el colector de admisiónLa mariposa de colector de admisión tiene en el motor diesel una función totalmente distinta que en el motor de gasolina: Sirve ésta para aumentar el índice de retroalimentación de gases de escape, reduciendo la sobrepresión en el tubo de admisión. La regulación de la mariposa sólo actúa en el margen inferior de revoluciones.

Unidades de control

Condiciones de aplicaciónUna instalación de inyección diesel con bomba rotativa de inyección de émbolos radiales VR presenta dos unidades de control para la regulación electrónica diesel:

una unidad de control de bomba y una unidad de control del motor.

Esta división es necesaria para evitar por una parte un sobrecalentamiento de determinados componentes electrónicos y suprimir, por otra parte, la influencia de señales perturbadoras que pueden producirse en la bomba de inyección debido a las corrientes parcialmente muy elevadas (hasta 20 A). Mientras que la unidad de control de bomba registra las señales de los sensores internos de la bomba sobre e! ángulo de rotación y la temperatura del combustible, y las evalúa junto con los valores fijados por la unidad de control del motor para la adaptación del momento de inyección y del caudal de inyección, la unidad de control del motor procesa adicionalmente todos los datos del motor y del entorno registrados por sensores externos, y calcula a partir de ellos las intervenciones de ajuste a realizar en el motor. Para ello existen almacenados los correspondientes campos característicos en ambas unidades de control.Los circuitos de entrada de las unidades de control preparan los datos de los sensores y los microprocesadores calculan a partir de ellos, considerando el estado de servicio actual, las señales de ajuste para un servicio de marcha óptimo.El intercambio de datos entre la unidad de control del motor y la unidad de control de bomba se produce a través del sistema CAN Bus.

A las unidades de control se les plantean altas exigencias, en relación con

la temperatura del entorno (bajo condiciones de marcha normal, -40...+85°C), la resistencia contra productos presentes en servicio (aceite, combustible, etc.) la humedad y las solicitaciones mecánicas.

Asimismo son muy altas las exigencias respecto a la compatibilidad electromagnética (EMV) y a la limitación emisión de señales perturbadoras de alta frecuencia.

Unidad de control de bombaFunciónLa unidad de control de bomba es en cuanto a su tarea principal un mecanismo dosificador «inteligente». La unidad controla el variador de avance para ajustar el comienzo de alimentación deseado (regulación del comienzo de inyección). Para la regulación de la posición del variador de avance, necesita la unidad de control de bomba los impulsos de los sensores de revoluciones o ángulo de rotación, como marcas de referencia. El caudal de inyección preestablecido por la unidad de control dei motor es transformado en una duración de la activación para la electroválvula de alta presión. La cuota de inyección (caudal de inyección por cada grado del árbol de levas) se considera también en la activación de la electroválvula de alta presión. La unidad de control del motor está integrada en el concepto de seguridad del sistema EDC, por su comunicación con la unidad de control del motor.

EstructuraLa unidad de control de bomba está montada directamente sobre la bomba y ejecutada en técnica micro-híbrida. Está equipada con un conector de nueve polos que une !a unidad de control de bomba con la unidad de control del motor, y a través de la cual se produce la comunicación entre ambas unidades. La unidad de control de bomba es refrigerada por el combustible que pasa canal debajo de la caja de la unidad de control.Como entradas directas de sensores de la bomba de inyección solo están las señales de medición del sensor del de ángulo de rotación (señal DWS) y de! sensor de temperatura de combustible. Además está la señal del sensor de revoluciones del cigüeñal preevaluada por la unidad de control del motor, para su procesamiento ulterior.Debido a la posición adosada expuesta junto junto a la bomba de inyección, el cuerpo de la unidad de control de bomba está estanqueizado.

Unidad de control del motorFunciónLa unidad de control del motor evalúa las señales de los sensores externos y calcula a partir de ellas las señales de activación para los elementos de ajuste (actuadores). Esta unidad transmite a la unidad de control de bomba las siguientes magnitudes registradas o calculadas:

el número de revoluciones actual del cigüeñal, el caudal de inyección, el comienzo de alimentación y la posición correspondiente del anillo de levas para la cuota de inyección deseada.

Dentro del marco de un concepto de seguridad, la unidad de control del motor supervisa también el sistema de inyección completo.

EstructuraLa unidad de control del motor se encuentra dentro de una carcasa metálica. Los sensores, los elementos actuadores y la alimentación de corriente, están acoplados mediante un conector multipolar a la unidad de control. Este conector presenta entre 105 y 134 pins según el tipo de aparato y el volumen funcional. Los componentes de potencia para la activación directa de los elementos actuadores están integrados de tal forma en el cuerpo de la unidad de control del motor, que queda garantizada una buena disipación del calor hacia la carcasa. La unidad de control del motor existe tanto con una carcasa estanqueizada, como también con una no estanqueizada.

Regulación de los estados de servicioPara que el motor trabaje en cada estado de servicio con una combustión óptima, se calcula en la unidad de control del motor el caudal de inyección apropiado en cada caso. Para ello deben considerarse diversas magnitudes (fig. inferior).

Caudal de arranqueAl arrancar se calcula el caudal de inyección en función de la temperatura y del número de revoluciones. Para poder arrancar con seguridad, necesita el motor a bajas temperaturas un caudal de inyección mucho mayor que en estado caliente. A temperaturas bajas se precipita parte del combustible en las paredes de los cilindros y no interviene en la combustión.El caudal de arranque se entrega desde la conexión del interruptor de marcha (fig. inferior, el interruptor pasa a la

posición A) hasta alcanzar un número de revoluciones mínimo (régimen de arranque). El conductor no puede influir sobre el caudal de arranque.

Servicio de marchaEn el servicio de marcha normal calcula el caudal de inyección en función de posición del pedal acelerador (sensor el pedas acelerador) y del número de revoluciones (fig. inferior, posición del interruptor B). Esto se realiza mediante el campo característico correspondiente al comportamiento de marcha. De esta forma quedan adaptados lo mejor posible el deseo del conductor y la potencia del vehículo.

Regulación de ralentíEl consumo de combustible al ralentí del motor esta delimitado principalmente por el grado de rendimiento y el régimen de ralentí. Una parte considerable del consumo de combustible de vehículos motorizados en el denso trafico urbano, recae sobre este estado de servicio. Por lo tanto es ventajoso un régimen de ralentí lo más bajo posible. El ralentí debe estar ajustado sin embargo de tal forma que bajo todas las condiciones como consumos eléctricos en la instalación del vehículo, acondicionador de aire conectado, marcha acoplada en vehículos con cambio automático, servodirección activa, etc., no descienda demasiado el régimen de giro del motor y funcione irregularmente el motor o incluso llegue a pararse. Para el ajuste del régimen teórico de ralentí, el regulador de ralentí varía el caudal de inyección hasta que el régimen real medido sea igual que el régimen teórico preestablecido. El régimen teórico y la característica de regulación son influidos aquí por la marcha conectada y par la temperatura del motor (sensor de temperatura del líquido refrigerante).

Además de los momentos de carga externos están los momentos de fricción internos que deben ser compensados por la regulación del ralentí. Estos momentos (de fuerza) varían ligeramente pero continuamente a lo largo de toda la vida útil del motor y dependen además intensamente de la temperatura.

Regulación de la suavidad de marcha Debido a tolerancia mecánicas y envejecimiento, no todos los cilindros de un motor generan el mismo par motor. Esto tiene como consecuencia especialmente al ralentí un funcionamiento del motor «no redondo». La regulación de suavidad de marcha determina las variaciones de régimen después de cada combustión y las compara entre sí. El caudal de inyección de cada cilindro se ajusta entonces según las diferencias de régimen, de forma tal que todos los cilindros contribuyan igualmente a la generación del par motor. La regulación de la suavidad de marcha actúa solo en el régimen inferior de revoluciones.

Regulación de la velocidad de marcha Para la circulación a velocidad constante se tiene el regulador de la velocidad de marcha (Tempomat). Este regula la velocidad del vehículo ajustándola a un valor deseado. Este valor puede ajustarse mediante una unidad de operación en el cuadro de instrumentos. E! caudal de inyección se aumenta o se reduce continuamente hasta que la velocidad real corresponda a la velocidad teórica ajustada. Si el conductor pisa el pedal de embrague o de freno estando conectado el regulador de la velocidad de marcha, se desconecta el proceso de regulación. Accionando el pedal acelerador puede acelerarse superando la velocidad teórica momentánea. Al soltar de nuevo el pedal acelerador, el regulador de la velocidad de marcha ajusta otra vez la ultima velocidad teórica vigente. Asimismo, si el regulador de la velocidad de marcha está desconectado, puede ajustarse otra vez con la tecla de recuperación la última velocidad teórica vigente.

Regulación del caudal de limitaciónNo siempre debe inyectarse el caudal de combustible deseado por el conductor o físicamente posible. Esto puede tener los siguientes motivos:

Emisión excesiva de contaminantes, Expulsión de humo excesiva debido a un caudal de combustible demasiado alto, Sobrecarga mecánica debido a un par motor excesivo o un exceso de revoluciones, o bien Sobrecarga térmica debido a temperatura demasiado alta del líquido refrigerante, del aceite o del

turbocompresor.

El caudal de limitación se forma en base a diversas magnitudes de entrada como p. ej. la masa de aire aspirada, el número de revoluciones y la temperatura del líquido refrigerante.

Amortiguación activa de tironesAl accionar repentinamente o soltar el pedal de acelerador resulta una velocidad de variación muy grande del caudal de inyección y, por tanto también del par motor entregado. Debido a este cambio de carga brusco, el apoyo elástico del motor y la cadena cinemática generan oscilaciones de tirones que se manifiestan en una fluctuación del régimen del motor (fig. inferior).

El amortiguador activo de tirones reduce estas oscilaciones periódicas de régimen, variando el caudal de inyección con el mismo período de oscilación: al aumentar el régimen se inyecta menos y al disminuir el régimen se inyecta más. El movimiento de tirones se amortigua así considerablemente.

Regulación del comienzo de inyecciónEl comienzo de inyección influye esencialmente sobre la potencia, el consumo de combustible, los ruidos y el comportamiento de gases de escape. Su valor teórico está almacenado en la unidad de control del motor, en función del número de revoluciones del motor y del caudal de inyección. Además todavía puede realizarse una corrección en función de la temperatura del líquido refrigerante. Para un comienzo de inyección óptimo deben considerarse asimismo las franjas de dispersión de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) y de hidrocarburos (HC) (fig.inferior).Para determinar el valor real actual del comienzo de inyección, se evalúa la señal del sensor de movimiento de aguja. Si el valor real del comienzo de inyección difiere de su valor teórico se reajusta el valor teórico del comienzo de alimentación por parte de la unidad de control del motor. El comienzo de alimentación es el momento en el que cierra la electroválvula de alta presión en el cuerpo distribuidor. Su valor teórico se determina a partir del valor teórico del comienzo de inyección, considerándose el tiempo de retraso que necesita la onda de presión en la tubería para llegar hasta las válvulas de inyección.Si está defectuoso el sensor de movimiento de aguja o si no está montado en el sistema, puede funcionar no obstante la bomba rotativa de inyección de émbolos radiales (aunque con mayores tolerancias del comienzo de inyección).

ParadaEl principio de funcionamiento de "autoinflamación" tiene como consecuencia que el motor Diesel sólo pueda pararse interrumpiendo la alimentación de combustible.En la regulación electrónica diesel se para el motor mediante la orden «caudal de inyección cero» de la unidad de control del motor (cortando el suministro de combustible, por parte de la bomba de inyección).

Intercambio de informaciones

Comunicación de las unidades de controlLa comunicación entre la unidad de control del motor y la unidad de control de bomba se produce a través del bus CAN (Controller Área Network). Con ella se transmiten los valores teóricos, datos de servicio e informaciones de estado necesarios para el servicio y la supervisión de averías. Están definidos respectivamente tres mensajes de la unidad de control del motor a la unidad de control de bomba (MSG1 hasta MSG3) y de la unidad de control de bomba a la unidad de control del motor (PSG1 hasta PSG3).

Mensajes de la unidad de control del motorEl mensaje MSG1 de la unidad de control del motor a la unidad de control de bomba, contiene:

el caudal de inyección (valor teórico), el comienzo de alimentación (referido al anillo de levas y al cigüeñal) y el número de revoluciones del motor.

La unidad de control de bomba determina a partir del valor teórico del caudal de inyección, la duración de activación de la electroválvula de alta presión. El comienzo de alimentación referido al cigüeñal se necesita para el cálculo del comienzo de inyección. Con el comienzo de alimentación referido al anillo de levas puede variarse el indice de inyección de! combustible. El número de revolucionas del motor sirve para la supervisión y es comparado, para ello, con la velocidad de rotación de la bomba de inyección. Para que el servicio postventa pueda consultar, en !a revisión del vehículo o en trabajos de mantenimiento, lo datos de ambas unidades de control (p. ej. mensajes de averías almacenados en memoria), la unidad de control del motor dispone de una conexión para el enchufe de diagnóstico. La unidad de control del motor retransmite las consultas de datos, con el mensaje MSG2 a la unidad de control de bomba. El mensaje MSG3 comunica a la unidad de control de bomba la posición del sensor de revoluciones del cigüeñal y la configuración de la unidad de control del motor.

Mensajes de la unidad de control de bomba El mensaje PSG1 de la unidad de control de bomba a la unidad de control del motor, contiene:

la duración de activación de la electrovalvula de alta presión, el número de revoluciones de la bomba de inyección, la temperatura de la bomba de inyección mensajes de averías.

El tiempo de activación de la electroválvula de alta presión y el numero de revoluciones de la bomba de inyección, se emplean en la unidad de control del motor para la supervisión. La temperatura de la bomba de inyección es una magnitud influyente adicional para el cálculo del comienzo de alimentación y de la duración de activación.La unidad de control de bomba retransmite otra vez a la unidad de control del motor, corno mensaje PSG2, tos mensajes del servicio postventa solicitados con el mensaje MSG2. A través del enchufe de diagnóstico pueden leerse allí los a los de la unidad de control de bomba. Después de cada «reset» de la unidad de control de bomba, se realiza una autoveríficación. El resultado se transmite con el mensaje PSG3 a !a unidad de control del motor. Esta contesta con el mensaje MSG3.

Intercambio de informaciones con otros sistemasIntervención externa sobre el caudal En una intervención externa sobre el caudal se influye sobre el caudal de inyección por parte de otra unidad de control (p. ej. ABS, ASR). Esta unidad comunica a la unidad de control del motor si debe modificarse el par motor y en qué magnitud (y con el par también el caudal de inyección).

Inmovilizador electrónico Para la protección antirrobo del vehículo puede impedirse el arranque del motor con ayuda de una unidad de control adicional para el inmovilizador. El conductor puede señalizar, p. ej. mediante un telemando, a la unidad de control que está autorizado para la utilización del vehículo. Esta unidad autoriza en la unidad de control del motor el caudal de inyección, de forma que es posible un arranque y un funcionamiento del motor.

Acondicionador de aire Con el fin de obtener una temperatura interior agradable a elevadas temperaturas exteriores, el acondicionador de aire refrigera el aire con ayuda de un compresor frigorífico. Su demanda puede ascender desde un 1% hasta un 30% de la potencia del motor, según el motor y la situación de marcha. El objetivo no es por lo tanto una regulación de la temperatura, sino el aprovechamiento óptimo del par motor.En cuanto el conductor acelera fuertemente (deseando así un par motor máximo), el sistema EDC desconecta brevemente el compresor.

Diagnóstico integrado

Supervisión de sensoresEn la supervisión de sensores se comprueba con ayuda del diagnóstico integrado, si éstos son abastecidos suficientemente y si su señal se encuentra dentro del margen admisible (p. ej. temperatura entre -40 y 150°C). Las señales importantes se realizan si es posible, por duplicado (redundantemente); es decir, existe la posibilidad de conmutar en caso de avería a otra señal similar.

Módulo de supervisiónEn la unidad de control de motor existe junto con el microcontrolador un módulo de supervisión. La unidad de control del motor y el módulo de supervisión se supervisan mutuamente. Si se reconoce aquí una avería, pueden ambos parar el vehículo independientemente entre sí.

Reconocimiento de averías El reconocimiento de avenas soto es posible dentro del margen de supervisión de un sensor. Una vía de señal se considera como defectuosa cuando está presente una avería durante un tiempo definido previamente. La avería se almacena entonces en la memoria de averías de la unidad de control del motor, junto con las condiciones ambientales correspondientes en las que ha aparecido la avería (p. ej. temperatura del líquido refrigerante, número de revoluciones, etc.). Para muchas averías es posible un «reconocimiento de nuevo estado intacto»; la vía de señal debe reconocerse como intacta durante un tiempo definido.

Tratamiento de averíasSegún la gravedad de una avería producida, se distinguen diversas reacciones del sistema:

Conmutación a un valor prefijado, Desconexión reversible y Desconexión irreversible.

Conmutación a un valor prefijado En caso de infracción del margen de señal admisible de un sensor, se conmuta a un valor prefijado.Este procedimiento se aplica en las siguientes señales de entrada:

Tensión de la batería, Temperatura del líquido refrigerante, del aire y del aceite, Presión de sobrealimentación Presión atmosférica y Caudal de aire.

Adicionalmente, en caso de infracción de la plausibilidad de las señales del sensor del pedal y del freno, se aplica un valor sustitutivo para el sensor del pedal del acelerador.

Desconexión reversible La conducción MAB (corte de caudal) permite a la unidad de control del motor intervenir directamente sobre la etapa final de la electroválvula de alta presión, y suprimir así su activación. En este caso ya no se inyecta más combustible.

Esta intervención es reversible. Esto significa que el combustible se libera otra vez para la inyección, cuando ya no existe la condición que había conducido a la desconexión (p. ej, en la supervisión de duración de activación en régimen de retención).Si la comparación de la velocidad de rotación doble de la bomba de inyección, con el número de revoluciones del motor, da una divergencia superior a un umbral preestablecido, se para también el vehículo reversiblemente.

Desconexión irreversible La desconexión del relé principal es irreversible y se produce exclusivamente con la avería «electroválvula de alta presión activada permanentemente», ya que entonces no es posible parar el vehículo a través de «caudal cero» o la conducción MAB.

Inyectores y portainyectores

Inyectores de orificiosFunciones y tipos de inyectoresLos inyectores y los correspondientes portainyectores son componentes esenciales entre la bomba de émbolos radiales y el motor diesel. Sus funciones son:

la inyección dosificada, la preparación del combustible, la formación del proceso de inyección, el estanqueizado contra la cámara de combustión.

Debido a los diferentes tipos de combustión y a la versatilidad de las cámaras donde se produce ésta, la forma, dirección del chorro, «fuerza de penetración» y la pulverización del chorro de combustible del inyector, así como la duración de inyección y el caudal de inyección por cada grado del árbol de levas, deben adaptarse a las condiciones presentes. Mediante la construcción de los portainyectores con dimensiones estandarizadas y grupos constructivos, se consigue la flexibilidad necesaria con un mínimo de variantes de piezas individuales.

AplicaciónLos inyectores de orificios se emplean para motores de inyección directa. Se dividen en «inyectores de taladro ciego e inyectores de taladro en asiento.Además, los inyectores de orificios se distinguen por su tamaño constructivo entre:

Tipo P con un diámetro de aguja de 4 mm o bien Tipo S con un diámetro de aguja do 5 y 6 mm.

ConstrucciónLos agujeros de inyección se encuentran sobre la envoltura de un cono de chorro (fig. inferior). La cantidad y diámetro de los agujeros dependen de:

el caudal as inyección. la forma de la cámara de combustión y la turbulencia de aire (rotación) en la cámara de combustión.

Las aristas de entrada de los agujeros de inyección pueden estar redondeadas por mecanización hidroerosiva (HE). En aquellos lugares donde se producen grandes velocidades de flujo (entrada del agujero de inyección), las partículas abrasivas (causantes del desgaste) contenidas en el fluido HE. se encargan de la eliminación del material. El redondeado HE puede aplicarse tanto para inyectores de taladro ciego, como también para inyectores de taladro en asiento. El objetivo es:

realizar previamente el desgaste de aristas que causan las partículas abrasivas del combustible, y/o reducir las tolerancias de caudal.

Para emisiones bajas de hidrocarburos es especialmente importante mantener lo más reducido posible el volumen ocupado por el combustible (volumen residual) por debajo de la arista de asiento. Este se consigue con los inyectores de taladro en asiento.

EjecucionesInyector de taladro ciego Los agujeros de inyección del inyector de taladro ciego (fig. inferior) están dispuestos en e! taladro ciego.Con un casquete redondo, los agujeros de inyección se taladran, en función del dimensionamiento, de forma mecánica o electroerosiva (eliminación eléctrica de partículas).

Los inyectores de taladro ciego con casquete cónico están taladrados generalmente de forma electro-erosiva.Los inyectores de taladro ciego se ofrecen con taladro ciego cilíndrico y cónico en diferentes dimensiones:El inyector de taladro ciego con taladro ciego cilíndrico y casquete redondo (a), compuesto con una parte cilíndrica y otra semiesférica, presenta una gran libertad de dimensionamiento respecto al número de agujeros, longitud de agujero y ángulo de eyección. El casquete del inyector tiene forma semiesférica y garantiza así, junto con la forma del taladro ciego, una longitud de agujero uniforme. El inyector de taladro ciego con taladro ciego cilíndrico y casquete cónico (b) se emplea únicamente para longitudes de agujero de 0,6 mm. La forma de casquete cónica aumenta la resistencia del casquete mediante un espesor de pared mayor entre el radio de la garganta y el asiento del cuerpo de inyector. El inyector de taladro ciego con taladro ciego cónico y casquete cónico (c) presenta un volumen menor de taladro ciego que el inyector con taladro ciego cilíndrico. Con su volumen de taladro ciego está entre el inyector de taladro en asiento y el inyector de taladro ciego con taladro ciego cilíndrico. Con el fin de obtener un espesor de pared uniforme del casquete, éste está ejecutado cónicamente en correspondencia con el taladro ciego.

Inyector de taladro en asiento Para reducir al mínimo el volumen residual, y con él también la emisión de HC, el comienzo del agujero de inyección se encuentra en el cono de asiento del cuerpo del inyector y queda cubierto ampliamente por la aguja cuando está cerrado el inyector. No existe una comunicación directa entre el taladro ciego y la cámara de combustión (figura inferior). El volumen del taladro ciego se ha reducido considerablemente en comparación con el inyector de taladro ciego. Los Inyectores de taladro en asiento presentan, respecto a los inyectores de taladro ciego, un límite de solicitación destacadamente inferior y, por tanto, sólo pueden ser ejecutados en el tamaño "P" con una longitud de agujero de 1 mm. La forma del casquete es cónica por motivos de resistencia. Los agujeros de inyección están taladrados generalmente en forma electroerosiva.

Portainyectores estándarTipos de portainyectoresPara la inyección en motores de inyección directa se emplean, en combinación con bombas rotativas de inyección de émbolos radiales, portainyectores con inyectores de orificios. Los portainyectores se distinguen entre:

Portainyectores estándar (de un sólo muelle) con y sin sensor de movimiento de aguja, así como Portainyectores de dos muelles con y sin sensor de movimiento de aguja.

AplicaciónLos portaínyectores descritos aquí presentan las siguientes características:

Forma exterior cilíndrica con diámetros entre 17 y 21 mm, Muelle situado bajo (con lo cual, pequeña masa movida), Inyectores fijos en motores de inyección directa y Piezas componentes estandarizadas (muelles, perno de presión, tuerca de fijación del inyector), con lo cual

son posibles combinaciones.

ConstrucciónEl conjunto portainyector se compone de inyector y portainyector.El portainyector consta de los siguientes componentes (fig. inferior):

Cuerpo soporte, Disco intermedio, Tuerca de fijación del inyector, Perno de presión, Muelle de compresión, Arandela de compensación y Pasadores de fijación.

El inyector (tobera) se fija con la tuerca de fijación del inyector centradamente en el cuerpo de soporte. Al atornillar el cuerpo de soporte y la tuerca de fijación del inyector, el disco intermedio presiona contra las superficies estanqueizantes del cuerpo de soporte y de inyector. El disco intermedio sirve como tope de carrera de la aguja del inyector y centra con los pasadores de fijación, el inyector respecto al cuerpo del portainyector.

En el cuerpo de soporte se encuentran:

el perno de presión el muelle de compresión y la arandela de compensación.

El cuerpo de presión centra el muelle de compresión, asumiéndose la conducción del perno de presión por parte de la espiga de presión de la aguja del inyector.En el cuerpo de soporte el taladro de entrada del portainyector conduce, a través del disco intermedio, hasta el taladro de entrada de cuerpo del inyector (tobera) y comunica así el inyector a la tubería de impulsión de la bomba de inyección. En caso necesario es posible el montaje de una varilla-filtro en el portainyector.

FuncionamientoEl muelle de compresión en el cuerpo de soporte presiona, a través del perno de presión, sobre la aguja del inyector. La tensión previa de este muelle determina la presión de apertura del inyector. La presión de apertura puede ajustarse mediante una arandela de compensación.El recorrido del es conducido desde el taladro de entrada en el cuerpo de soporte, hacia el disco intermedio y, desde allí, a través del cuerpo del inyector, hasta el asiento de la aguja del inyector. En el proceso de inyección se levanta la aguja del inyector debido a la presión de inyección, y el combustible es inyectado por los agujeros de inyección en la cámara de combustión. La inyección ha concluido cuando la presión de inyección ha disminuido en tal medida que el muelle presiona otra vez la aguja del inyector contra su asiento.

Portainyector de dos muellesAplicaciónEl portainyector de dos muelles es un perfeccionamiento del inyector estándar para la reducción de los ruidos de combustión, especialmente al ralentí y en el margen de carga parcial.

ConstrucciónEn el portainyector de dos muelles están dispuestos dos muelles uno tras otro.

Primero actúa sólo un muelle sobre la aguja del inyector y determina así la primera presión de apertura. El segundo muelle se apoya sobre un manguito de tope que limita la carrera previa. Para que el desplazamiento de la aguja de: inyector supere la carrera previa es necesario que el manguito de tope sea levantado actuando entonces ambos muelles sobre la aguja del inyector (fig. inferior).

FuncionamientoEn el proceso de inyección, la aguja del inyector abre primero sólo !a carrera previa. Llega así únicamente una pequeña cantidad de combustible a la cámara de combustión. Si continua aumentando la presión en el portainyecíor, se abre la aguja del inyector a carrera total y se inyecta el caudal principal (fig. inferior). Este proceso de inyección de dos niveles conduce a una «combustión más suave» con reducción de ruidos.

Portainyector con sensor de movimiento de agujaAplicaciónEl comienzo de inyección es una magnitud característica importante sobre el servicio óptimo de motores diesel. Su evaluación permite p. ej. la variación del avance dependiente de la carga y del régimen y/o la regulación del índice de recirculación de gases de escape.Para ello se necesita un portainyector con sensor de movimiento de aguja (fig. inferior), que entregue una señal al abrir la aguja del inyector.

ConstrucciónEl perno de presión prolongado penetra en la bobina de corriente.La profundidad de penetración (longitud de recubrimiento «X») determina la magnitud del flujo magnético.

FuncionamientoUn movimiento de la aguja del inyector induce, con la variación del flujo magnético en la bobina, una tensión de señal dependiente de la velocidad y no proporcional a la carrera, que se procesa directamente en un circuito de evaluación (fig. inferior).La superación de una tensión umbral sirve al circuito de evaluación como señal del comienzo de inyección.

IntroducciónLa disminución del consumo de combustible combinado con el aumento de simultáneo de potencia o del par motor, determina el desarrollo actual en el sector de la técnica Diesel. Esto ha traído en los últimos años una creciente aplicación de motores diesel de inyección directa (DI), en los cuales se han aumentado de forma considerable las presiones de inyección en comparación con los procedimientos de cámara auxiliar de turbulencia o de precamara. De esta forma se consigue una formación de mezcla mejorada y una combustión mas completa. Debido a la formación de mezcla mejorada y a la ausencia de perdidas de descarga entre la precamara y la cámara de combustión principal, el consumo de combustible se reduce hasta un 10.... 15% respecto a los motores de inyección indirecta (IDI) o precamara.

unidad de control de un sistema EDC

Relación general del sistemaLa regulación electrónica Diesel EDC (Electronic Diesel Control) a diferencia de los motores equipados con bombas convencionales de inyección (bombas en linea y bombas rotativas), el conductor no tiene ninguna influencia directa sobre el caudal de combustible inyectado (ejemplo: a través del pedal acelerador y un cable de tracción). El caudal de inyección se determina por el contrario a través de diversas magnitudes (ejemplo: estado de servicio, deseo del conductor, emisiones contaminantes, etc.). Esto requiere un extenso concepto de seguridad que reconoce averías que se producen y que aplica las correspondientes medidas conforme a la gravedad de una avería (ejemplo: limitación del par motor o marcha de emergencia en el margen del régimen de ralentí). La regulación electrónica diesel permite también un intercambio de datos con otros sistemas electrónicos (ejemplo: sistema de tracción antideslizante, control electrónico de cambio) y, por lo tanto, una integración en el sistema total del vehículo.

Procesamiento de datos del sistema EDC

Señales de entradaLos sensores constituyen junto con los actuadores los intermediarios entre el vehículo y la unidad de control UCE.Las señales de los sensores son conducidas a una o varias unidades de control, a través de circuitos de protección y, dado el caso, a través de convertidores de señal y amplificadores:

- Las señales de entrada analógicas (ejemplo: la que manda el caudalimetro o medidor de caudal de aire aspirado, la presión del turbo, la temperatura del motor etc.) son transformadas por un convertidor analógico/digital (A/D) en el microprocesador de la unidad de control, convirtiendolas en valores digitales.

- Las señales de entrada digitales (ejemplo: señales de conmutación como la conexión/desconexión de un elemento o señales de sensores digitales como impulsos de revoluciones de un sensor Hall) pueden elaborarse directamente por el microprocesador.

- Las señales de entrada pulsatorias de sensores inductivas con informaciones sobre el numero de revoluciones y la marca de referencia, son procesadas en una parte del circuito de la unidad de control, para suprimir impulsos parasitos, y son transformadas en una señal rectangular.

Según el nivel de integración, el procesamiento de la señal puede realizarse parcialmente o también totalmente en el sensor.

Preparación de señalesLas señales de entrada se limitan, con circuitos de protección, a niveles de tensión admisibles. La señal se filtra y se libera ampliamente de señales perturbadoras superpuestas, y se adapta por amplificación a la tensión de entrada de la unidad de control.

Procesamiento de señales en la unidad de controlLos microprocesadores en la unidad de control elaboran las señales de entrada, casi siempre de forma digital. Necesitan para ello un programa que esta almacenado en una memoria de valor fijo (ROM o Flash-EPROM).Ademas existen una parte del programa que se adapta a las características del motor en particular (curvas características especificas del motor y campos característicos para el control del motor) almacenados en el Flash-EPROM. Los datos para el bloqueo electrónico de arranque, datos de adaptación y de fabricación, así como las posibles averías que se producen durante el servicio, se almacenan en una memoria no volátil de escritura/lectura (EEPROM).Debido al gran numero de variantes de motor y de equipamientos de los vehículos, las unidades de control están equipadas con una codificación de variantes. Mediante esta codificación se realiza, por parte del fabricante del vehículo o en un taller, una selección de los campos característicos almacenados en el Flash-EPROM, para poder satisfacer las funciones deseados de la variante del vehículo. Esta selección se almacena también en el EEPROM.Otras variantes de aparato están concebidas de tal forma que pueden programarse en el Flash-EPROM conjuntos completos de datos al final de la producción del vehículo. De esta forma se reduce la cantidad de tipos de unidades de control necesarios para el fabricante del vehículo.

Una memoria volátil de escritura/lectura (RAM) es necesaria para almacenar en memoria datos variables, como valores de calculo y valores de señal. La memoria RAM necesita para su funcionamiento un abastecimiento continuo de corriente. Al desconectar la unidad de control por el interruptor de encendido o al desenbornar la batería del vehículo, esta memoria pierde todos los datos almacenados. Los valores de adaptación (valores aprendidos sobre estados del motor y de servicio) tienen que determinarse de nuevo en este caso, tras conectar otra vez la unidad de control. Para evitar este efecto, los valores de adaptación necesarios se almacenan en el EEPROM, en lugar de en una memoria RAM.

Señales de salidaLos microprocesadores controlan con las señales de salida etapas finales que normalmente suministran suficiente potencia para la conexión directa de los elementos de ajuste (actuadores). Las etapas finales están protegidas contra cortocircuitos a masa o a tensión de batería, así como contra la destrucción debida a la destrucción debida a una sobrecarga eléctrica. Estas averías, así como cables interrumpidos, son reconocidas por las etapas finales y son retransmitidas al microprocesador.Adicionalmente se transmiten algunas señales de salida, a través de interfaces, a otros sistemas.

Inyección directa de gasolina

ObjetivosLas emisiones contaminantes de hidrocarburos, óxidos nítricos y monóxido de carbono se reducen hasta un 99% con la mediación de un catalizador de tres vías.Por su parte, el dióxido de carbono (CO2) que se produce con motivo de la combustión, siendo el causante del «efecto invernadero», sólo se puede reducir a base de disminuir el consumo de combustible.Teniendo en cuenta estos factores vemos que los sistemas de inyección con formación externa de la mezcla (inyección en el colector de admisión MPi) no sirven para cumplir estos objetivos, por eso la necesidad de desarrollar un sistema capaz de cumplir con estos compromisos. Este sistema es el motor de inyección directa de gasolina.Con lo motores de inyección directa de gasolina se consiguen dos objetivos principales que estan vigentes para hoy y con vistas al futuro, estos objetivos son: reducir el consumo de combustible y con este también las emisiones contaminantes de escape.

Las diferentes marcas de automóviles cada vez mas se están decidiendo por equipar sus modelos de gasolina con motores de inyección directa. Primero fue la marca japonesa Mitsubishi con los motores GDi, ahora le siguen Renault con los motores IDE, el grupo PSA con los motores HPi, y Volkswagen con los motores FSi.

Si comparamos el sistema de inyección en los colectores (inyección indirecta también llamados MPI) con la inyección directa de gasolina, entendemos porqué esta ultima es superior a la primera. Los inyectores de un motor de gasolina (MPI) suelen estar ubicados en el colector de admisión, lo que explica la denominación de estos sistemas. El combustible es inyectado por delante de una válvula cerrada o bien encima de la válvula abierta y es mezclado de forma casi completa con el aire de admisión en cada una de las toberas del colector de admisión. Pero esta mezcla de aire y neblina de combustible inyectado no permite su perfecta explosión en el cilindro si no está preparada conforme a una exacta relación estequiométrica comprendida en unos límites muy específicos (1/14,7). En el caso de los motores dotados de un catalizador de tres vías es válida la ideal ecuación de lambda igual a uno.

Esta precisa relación de aire/combustible tiene que ser ajustada durante cada uno de los ciclos del motor cuando la inyección tiene lugar en el colector de admisión. El problema de estos sistemas de inyección (indirecta) viene dado principalmente a cargas parciales del motor cuando el conductor solicite una potencia no muy elevada, por ejemplo, (acelerador a medio pisar). Los efectos se podrían comparar con una vela encendida dentro de un envase que se va tapando poco a poco por su apertura superior: la llama de la vela va desapareciendo conforme empeoran las condiciones de combustión. Esta especie de estrangulación supone un desfavorable comportamiento de consumo de un motor de ciclo Otto en los momentos de carga parcial.Es aquí donde se declaran las grandes virtudes de la inyección directa de gasolina. Los inyectores de este sistema no están ubicados en las toberas de admisión, sino que están incorporados de forma estratégica con un determinado desplazamiento lateral por encima de las cámaras de combustión.

La inyección directa de la gasolina posibilita una definición exacta de los intervalos de alimentación del carburante en cada ciclo de trabajo de los pistones así como un preciso control del tiempo que se necesita para preparar la mezcla de aire y combustible. En unas condiciones de carga parcial del motor, el combustible es inyectado muy cerca de la bujía y con una determinada turbulencia cilíndrica (efecto tumble) al final de la fase de compresión mientras el pistón se está desplazando hacia su punto muerto superior. Esta concentrada carga de mezcla puede ser explosionada aunque el motor se encuentre en esos momentos en una fase de trabajo con un determinado exceso de aire (1/12.4). Su grado de efectividad termodinámica es correspondientemente más alto. Comparado con un sistema de inyección

en el colector de admisión (MPI) se obtienen unas importantes ventajas de consumo de combustible merced a la eliminación de la citada estrangulación.

Ventajas

Desestrangulación en los modos operativos con mezcla "estratificada". En estos modos operativos se trabaja con un valor lambda comprendido entre 1,55 y 3. Esto permite abrir más la mariposa y aspirar mas aire, por que tiene que superar una menor resistencia que provocaba la valvula de mariposa al estar medio cerrada

.

En el modo estratificado el motor trabaja con un valor lambda desde 1,6 hasta 3, consiguiendo una reducion de consumo de combustible considerable.

Menores pérdidas de calor cedido a las paredes de los cilindros Esto es debido a que en el modo de mezcla "estratificada" la combustión únicamente tiene lugar en la zona próxima de la bujía, esto provoca menores pérdidas de calor cedido a la pared del cilindro, con lo cual aumenta el rendimiento térmico del motor.

Debido al movimiento intenso de la mezcla en el modo homogéneo, el motor posee una alta compatibilidad con la recirculación de gases de escape, equivalente hasta un 25%.Para aspirar la misma cantidad de aire fresco que cuando trabaja con bajos índices de recirculación de gases se procede a abrir la mariposa de gases un tanto más. De esa forma se aspira el aire superando una baja resistencia y disminuyen las pérdidas debidas a efectos de estrangulamiento.

Con la inyección directa del combustible en el cilindro se extrae calor del aire de admisión, produciéndose un efecto de refrigeración de éste. La tendencia al picado se reduce, lo que permite aumentar a su vez la compresión. Una mayor relación de compresión conduce a una presión final superior en la fase de compresión, con lo cual también aumenta el rendimiento térmico del motor.

Es posible reducir el régimen de ralentí, y se facilita el arranque en frío debido a que al reanudar la inyección el combustible no se deposita en las paredes de la cámara de combustión.La mayor parte del combustible inyectado puede ser transformada de inmediato en energía utilizable. El motor funciona de un modo muy estable, incluso al trabajar con regímenes deralentí más bajos.

Inconvenientes

Uno de los problemas principales que plantea la inyección directa de gasolina es el tratamiento de los gases de escape para cumplir las normativas anticontaminación. Los óxidos nítricos que se producen con motivo de la combustión en el modo "estratificado" y en el modo "homogéneo-pobre" no pueden ser transformados suficientemente en nitrógeno por medio de un catalizador convencional de tres vías. Sólo desde que ha sido desarrollado el catalizador-acumulador de NOx también se cumple la norma de emisiones de escape EU4 en estos modos operativos. Los óxidos nítricos se acumulan internamente en ese catalizador y se transforman en nitrógeno mediante medidas específicas para ello.

Otro inconveniente reside en los problemas que plantea el azufre en la gasolina. Debido a la similitud química que tiene con respecto a los óxidos nítricos, el azufre también se almacena en el catalizador- acumulador de NOx y ocupa los sitios destinados a los óxidos nítricos. Cuanto mayor es el contenido de azufre en el combustible, tanto más frecuentemente se tiene que regenerar el catalizador-acumulador, lo cual consume combustible adicional.En la gráfica inferior se compara distintas clases de gasolinas que hay en el mercado y se aprecia la influencia que tiene el contenido de azufre sobre la capacidad de acumulación del catalizador-acumulador de NOx.

La marca Mitsubishi fue la primera en construir motores de inyección directa de gasolina. En este motor la gasolina es inyectada directamente en el cilindro, con lo que se eliminan perdidas y se mejora el rendimiento. La cantidad exacta de gasolina se introduce con una temporización muy precisa, consiguiendo una combustión completa. Las

innovaciones tecnológicas que presentan estos motores son:- Colectores de admisión verticales.- Pistones con una forma especial (deflector).- Bomba de combustible de alta presión.- Inyectores de alta presión.

Esquema general de funcionamientoEn la figura inferior tenemos el esquema general de los diferentes elementos que forman el sistema de inyección directa de gasolina. En el se ve el circuito de admisión de aire y el circuito de suministro de combustible.El circuito de admisión de aire empieza con el sensor (1) encargado de medir la cantidad de aire que, en función de la carga, entra en el motor. También dispone de unas electroválvulas colocadas en by-pass en dicho circuito y que actúan; la (2) en compensación de la necesidad de aire adicional debido al accionamiento de elementos auxiliares del motor y la (3) en caso de un control de todo o nada. La válvula reguladora de ralentí (4) es la encargada de mantener el régimen de giro del motor constante y actúa controlando el paso del flujo de aire después de la mariposa. Finalmente, la válvula EGR (5) realiza la función de recircular los gases de escape cuando las altas temperaturas y presiones de combustión provocan la aparición de los peligrosos óxidos de nitrógeno en los gases de escape. Podemos ver también la posición vertical de los colectores de admisión que permiten, gracias a la longitud y su cuidado pulimentado, aumentar el rendimiento volumétrico.En el circuito de suministro de combustible al motor la gasolina parte del depósito (6) gracias a una bomba previa (7) de baja presión que pasa por un filtro y un regulador de presión (8) y se conduce a un conjunto hidráulico (9) que incorpora una bomba de alta presión. Un conjunto regulador de alta presión (10) mantiene la presión de inyección en su ultimo tramo hacia el inyector (11). La bomba inyecta carburante a una presión de 50 bar y utiliza un sensor de presión de combustible para el control preciso de la alimentación. En el escape del motor se incorpora un convertidor catalítico (12) para eliminar los restos de NOx cuando el motor trabaje con mezcla pobre o estratificada.

El colector de admisión verticalCon este tipo de colector se consigue crear un flujo de aire en la admisión del tipo giratorio en sentido de las agujas del reloj, con el que se consigue un mayor rendimiento. La ventaja de este sistema de flujo giratorio respecto al turbulento utilizado en la manera clásica (inyección indirecta), es que en este ultimo tiende a concentrarse el combustible en la periferia del cilindro y por tanto alejado de la bujía, en cambio el giratorio permite concentrarlo en el lugar que mas interesa para una mejor combustión: alrededor de la bujía. El hecho de que se realice siguiendo el sentido horario obedece a la necesidad de evitar que por medio de la inyección directa de gasolina choque con la bujía, ya que esto crea una acumulación de hollín que provoca falsas explosiones. Si el flujo girara hacia la izquierda no daría el tiempo suficiente para conseguir que el chorro de gasolina inyectado directamente se vaporizase.El ángulo relativamente grande del inyector ayuda a asegurar que también tendrá tiempo suficiente para que el chorro pulverizado se combustible se vaporice, incluso cuando se inyecta durante la carrera de compresión. El deflector del pistón ayuda a concentrar la mezcla de aire/gasolina rica alrededor de la bujía.Esta mezcla estratificada de forma ideal, rica alrededor de la bujía, pobre en la periferia, permite que el motor GDI de Mitsubishi funcione suavemente en el modo de combustión ultra-pobre, con la asombrosa relación de aire 40/1, con lo cual se consigue una importante economía de combustible.

Los motores de inyección directa gasolina funcionan con dos tipos de mezcla según sea la carga del motor: mezcla estratificada y mezcla homogénea.

Mezcla estratificada: el motor es alimentado con una mezcla poco enriquecida cuando el vehículo se desplaza en unas condiciones de carga parcial (pedal del acelerador a medio pisar). Para poder conseguir una mezcla pobre para alimentar el motor, éste debe ser alimentado de forma estratificada. La mezcla de aire y combustible se concentra en torno a la bujía ubicada en una estratégica posición central en las cámaras de combustión, en cuyas zonas periféricas se acumula prácticamente sólo una capa de aire. Con esta medida se consigue la eliminación de la mencionada estrangulación para proporcionar un importante ahorro de combustible. La positiva característica de economía de consumo es también una consecuencia de la disminuida dispersión de calor. El aire concentrado de la manera comentada en la periferia del espacio de combustión mientras se produce la explosión de la mezcla en la zona central de la cámara proporciona una especie de aislamiento térmico. Con esta estratificación específica de la carga, el valor Lambda en el área de combustión oscila entre 1,5 y 3. De este modo, la inyección directa de gasolina alcanza en el campo de carga parcial el mayor ahorro de combustible frente a los inyecciones convencionales : en marcha de ralentí incluso un 40%.

Durante la fase de admisión (1) figura inferior, el volumen de aire procedente de los colectores de admisión verticales recorre la superficie curvada del pistón (2) y refluye hacia arriba creando un potente flujo giratorio en el sentido de la

agujas del reloj. El control del flujo es posible gracias a sensores de flujo de aire de tipo Karman, que controlan la contrapresión baja, y a dos selenoides de la válvula by-pass que permiten que grandes cantidades de aire lleguen al cilindro con suavidad, lo que es importantísimo cuando se trata de funcionar con relaciones de aire/combustible extremadamente pobres de hasta 40/1.En la carrera de compresión del pistón la forma giratoria se descompone en pequeños y numerosos torbellinos. A continuación, en la ultima fase de la carrera de compresión, el inyector de turbulencia de alta presión pulveriza el combustible (3) siguiendo una espiral muy cerrada. Este movimiento de turbulencia junto con la elevada densidad del aire comprimido y los pequeños torbellinos, mantienen compacto el chorro pulverizado de combustible. El combustible se concentra alrededor de la bujía. La estratificación es muy buena: la mezcla aire/combustible es rica en el centro y pobre en la periferia. Finalmente salta la chispa en la bujía (4) y el potente producto de la combustión es controlado por la cavidad esférica del pistón que se va extendiendo mediante una reacción en cadena. El resultado de todo este proceso es una mejora del 20% en el ahorro de combustible.

Mezcla homogénea: El control inteligente de la inyección permite disponer asimismo de una mezcla homogénea en los regímenes más elevados (cuando se exige potencia al motor). La inyección es adaptada de forma automática y el combustible no es inyectado en las fases de compresión sino en las de admisión. Unas determinadas leyes de la termodinámica imponen, no obstante, un aumento del llenado de los cilindros y una disminución de la temperatura de compresión en estas condiciones. Estos ajustes tienen unos efectos secundarios también muy positivos que se manifiestan en forma de unos elevados valores de potencia y par motor. Con una relación de compresión alta por encima de 11 (11,5:1) ofrece un valor significativamente más alto que un motor dotado de un sistema de inyección MPI (indirecta).Con mezcla homogénea el combustible se inyecta durante al carrera de admisión para crear un efecto de refrigeración, el inyector de alta presión cambia la forma de funcionar en este modo para alimentar el combustible mediante un chorro largo en forma de cono, con objeto de conseguir una dispersión en el cilindro. El efecto de refrigeración evita las detonaciones o combustión espontánea en el cilindro que pueden producirse cuando el motor tiene una relación de compresión alta y con un elevado calentamiento.

Reducción en las emisiones de gases contaminantesUno de los aspectos más importantes del motor GDI es la menor emisión de gases contaminantes (C02, NOx e hidrocarburos).Si se quema gasolina se genera C02; por lo tanto, si se reduce la cantidad de gasolina quemada se reducirá también la cantidad de C02. De este modo, disminuyendo el consumo de combustible en un 20%, en el motor GDI descienden también las emisiones de C02 en ese mismo porcentaje.Los catalizadores de tres vías no son eficaces en el motor GDI cuando funciona en el modo ultra-pobre de combustión. MITSUBISHI ha desarrollado un nuevo tipo de catalizador, denominado de reducción selectiva, para ayudar a disminuir las emisiones de monóxido de nitrógeno (NOx).

El fabricante Bosch lleva tiempo aplicando sus sistemas de inyección a los motores de inyección directa. Hace mas de 60 años en los motores de aviación y también en el renombrado Mercedes 300 SL del año 1954, con las puertas abatibles en forma de alas de mariposa. Este sistema de inyección funcionaba igual que el utilizado por los motores Diesel, es decir, estaba dotado de una bomba de inyección en linea que tiene tantos elementos de bombeo como cilindros tiene el motor y accionados por un árbol de levas sincronizado con el cigüeñal. La presión de inyección con la que trabajaba este sistema es de 15 a 20 kp/cm2, la cual si la comparamos frente a un Diesel (150 a 400) es muy baja, lo que hace que la precisión del equipo de bombeo no sea muy grande. Pero tenia el enorme inconveniente de la lubricación, ya que la gasolina no es lubricante, implica la necesidad de lubricar la bomba lo que encarece su fabricación. También los inyectores deben lubricarse, lo cual lo complica en extremo. Los inyectores que están en contacto con las altas presiones y la temperatura que se alcanza en la cámara de combustión del motor hacen que se deterioren rápidamente y requieren un gran mantenimiento por ello esta inyección directa solo se usaba en vehículos muy exclusivos o deportivos.Por las razones expuestas anteriormente Bosch aparco el desarrollo de esta tecnología, hasta que la utilización masiva de la electrónica hizo mas fácil desarrollar un sistema lo suficientemente fiable y a un precio ajustado.

El sistema de inyección directa de gasolina Bosch denominado MED trabaja según el principio de funcionamiento del Common Rail utilizado para la inyección diesel. Es decir, un conducto o regleta distribuidora común, de alta presión, alimenta con carburante todas las válvulas de inyección; la presión regulada en el conducto distribuidor de combustible la origina una bomba de alta presión que puede alcanzar presiones de hasta 120 bar. Con las válvulas de inyección accionadas de forma electromagnética, el inicio y la duración del proceso de inyección es variable dentro de amplios límites. El caudal de inyección se mide exactamente, mientras que la geometría del chorro está sincronizada con las exigencias del motor. La forma y el ángulo el chorro, así como el tamaño de las gotitas pulverizadas, constituyen también parámetros importantes para la formación de la mezcla y determinar valores de emisión bajas y consumos favorables.

Introducción al funcionamiento de este sistema de inyección

Como hemos visto en otros sistemas de inyección como el utilizado por la marca Japonesa Mitsubishi (GDI), a los dos modos operativos de funcionamiento del motor denominados: «carga estratificada» y «carga homogénea» se agrega un tercer modo, se trata del denominado "homogéneo-pobre". Con este modo operativo se reduce una vez más el consumo de combustible en comparación con el funcionamiento a lambda = 1 con recirculación de gases de escape. La unidad de control del motor elige el modo operativo en función de las condiciones de régimen /potencia / gases de escape y seguridad.

Modo estratificadoEl motor funciona en el modo estratificado en los regímenes medios de carga y revoluciones.La estratificación de la mezcla en la cámara de combustión permite que el motor trabaje con un valor lambda total de aprox. lambda = 1,6 hasta 3

En el centro de la cámara de combustión se encuentra una mezcla con buenas cualidades inflamables en torno a la bujía.

Esta mezcla está rodeada de una capa exterior, que en el caso ideal está compuesta por aire fresco y gases de escape recirculados.

Modo homogéneo-pobreEl motor trabaja en el modo homogéneo-pobre durante la transición entre el modo estratificado y el homogéneo.La mezcla pobre se encuentra distribuida de un modo homogéneo (uniforme) en la cámara de combustión. La relación de aire y combustible es de lambda 1,55, aproximadamente.

Modo homogéneoA cargas y regímenes superiores, el motor funciona en el modo homogéneo.La relación de aire y combustible en este modo operativo es de lambda = 1.

En los modos homogéneo y homogéneo-pobre el combustible se inyecta en el cilindro durante el ciclo de admisión y se mezcla allí uniformemente con el aire aspirado, como se hace en los sistemas de inyección en el colector de admisión (MPi).

En el modo estratificado la mezcla de combustible y aire se dispone en la zona de la bujía (figura inferior) por medio del método de combustión por movimiento cilíndrico de la carga de gases guiado por pared y aire (movimiento tumble). El inyector está dispuesto de modo que el combustible sea proyectado sobre el rebaje específico en la cabeza del pistón (guiado por la pared) y desde ahí sea conducido en dirección hacia la bujía. Con el mando de la chapaleta en el colector de admisión y el rebaje de turbulencia se produce en el cilindro un movimiento cilíndrico del aire (tumble). Con este flujo de aire (conducido a su vez por aire) se respalda el transporte del combustible hacia la bujía. La formación de la mezcla se realiza en el trayecto hacia la bujía.

Modo de carga estratificadaPara que la gestión del motor cambie al modo estratificado tienen que estar cumplidas, entre otras cosas, ciertas premisas importantes:

El motor se encuentra en el régimen de carga y revoluciones que corresponde En el sistema no existe ningún fallo de relevancia para los gases de escape La temperatura del líquido refrigerante supera los 50 °C El sensor de NOx está dispuesto para el funcionamiento La temperatura del catalizador-acumulador de NOx se halla entre los 250 °C y 500 °C

Si están cumplidas estas condiciones resulta posible poner en vigor el modo estratificado.

AdmisiónEn el modo estratificado se abre la mariposa lo más posible, para mantener reducidas las pérdidas por estrangulamiento.La chapaleta en el colector de admisión cierra el conducto inferior en la culata. Debido a ello el aire de admisión se acelera y fluye describiendo un torbellino cilíndrico (tumble) a través delconducto superior hacia el cilindro.

Nota: No es posible abrir al máximo la válvula de mariposa, porque debe existir siempre una cierta depresión en consideración del sistema de carbón activo y de la recirculación de gases deescape.

Flujo del aireEl flujo del aire describiendo un torbellino cilíndrico experimenta una intensificación en virtud de la geometría específica que tiene la cabeza del pistón.

InyecciónLa inyección (figura inferior) se realiza en el último tercio del ciclo de compresión. Comienza unos 60° y finaliza unos 45° antes del PMS de encendido.El momento de la inyección ejerce una influencia importante sobre la posición que adopta la nube de la mezcla en la zona de la bujía.

El combustible se inyecta en dirección hacia el rebaje para combustible. La propagación deseada de la nube de mezcla se consigue gracias a la geometría del inyector.

Por el efecto del rebaje para combustible y el movimiento descendente del pistón se conduce el combustible en dirección hacia la bujía. Esta operación se intensifica por el caudal de aire con turbulencia cilíndrica, que conduce asimismo el combustible hacia la bujía. En el trayecto hacia la bujía se mezcla el combustible con el aire aspirado.

Formación de la mezclaPara la formación de la mezcla en el modo estratificado solamente se dispone de un ángulo de cigüeñal de 40° a 50°. Esto es decisivo para la capacidad de ignición de la mezcla. Si el tiempo es más corto entre la inyección y el encendido, la mezcla no está preparada todavía lo suficiente para inflamarse de forma adecuada. Un tiempo más largo conduciría a una mayor homogeneización en toda la cámara de combustión. Por ese motivo surge una nube de mezcla con una buena capacidad inflamable en el centro de la cámara de combustión, en torno a la bujía. Está rodeada de una capa exterior que, en el caso ideal, se compone de aire fresco y gases de escape recirculados.La relación de aire y combustible en toda la cámara de combustión se halla entre: lambda = 1,6 y 3.

CombustiónTras el posicionamiento exacto de la mezcla de combustible y aire en la zona de la bujía es cuando se produce el encendido. Durante esa operación sólo se inflama la nube de mezcla, mientras que los gases restantes actúan como un estrato aislante. Esto hace que se reduzcan las pérdidas de calor en las paredes y aumente el rendimiento térmico

del motor. El momento de encendido se encuentra dentro de una estrecha ventana angular del cigüeñal, debido al final tardío de la inyección y al tiempo que transcurre para la formación de la mezcla al final del ciclo de compresión.

Nota: El par generado por el motor viene determinado en este modo operativo únicamente a través de la cantidad de combustible inyectada. La masa de aire aspirada y el ángulo de encendido tienen aquí solamente poca importancia.

Modo de carga homogenero-pobreEstá modo de funcionamiento se sitúa entre el modo estratificado y el modo homogéneo. En toda la cámara de combustión existe aquí una mezcla homogénea-pobre. La relación de combustible yaire es de aprox. lambda = 1,55. Rigen aquí las mismas premisas que para el modo estratificado.

AdmisiónIgual que en el modo estratificado, la válvula de mariposa se encuentra lo más abierta posible y la chapaleta del colector de admisión está cerrada. Debido a ello se reducen por una parte las pérdidas por estrangulamiento y por otra se consigue un flujo intenso del aire en el cilindro.

InyecciónEl combustible se inyecta directamente en el cilindro a unos 300° APMS de encendido durante el ciclo de admisión. La unidad de control del motor se encarga de regular la cantidad inyectada de modo que la relación de combustible y aire sea de aproximadamente lambda = 1,55.

Formación de la mezclaEl momento de inyección tan temprano permite disponer de más tiempo para la formación de la mezcla hasta el momento del encendido. De esa forma se produce un reparto homogéneo (uniforme) en la cámara de combustión.

CombustiónIgual que en el modo homogéneo, es posible elegir libremente el momento de encendido, porque se tiene un reparto homogéneo de la mezcla. La combustión se realiza en toda la cámara.

Modo homogéneoEl modo homogéneo es comparable con el de funcionamiento de un motor con inyección en el colector de admisión.La diferencia esencial consiste en que el combustible se inyecta directamente en el cilindro al tratarse de la versión de inyección directa de gasolina.El par del motor viene determinado por el momento de encendido (corto plazo) y por la masa de aire aspirada (largo plazo). Para esta masa de aire se elige la cantidad necesaria a inyectar (lambda = 1).

AdmisiónLa válvula de mariposa abre en función de la posición del acelerador. La chapaleta en el colector de admisión se mantiene abierta o cerrada según el punto operativo momentáneo.

En la gama media de cargas y regímenes está cerrada la chapaleta en el colector de admisión, haciendo que el aire aspirado fluya describiendo un torbellino cilíndrico hacia el cilindro, lo cual actúa de forma positiva en la formación de la mezcla.

A medida que sigue aumentando la carga y el régimen, la masa de aire que sólo se puede aspirar a través del canal superior ya no resultaría ser suficiente para el proceso. En ese caso la chapaleta en el colector de admisión abre también el paso del conducto inferior.

InyecciónEl combustible se inyecta aproximadamente a los 300° APMS de encendido, directamente en el cilindro, durante el ciclo de admisión.La energía necesaria para la evaporación del combustible se extrae del aire encerrado en la cámara de combustión, con lo cual el aire se enfría. Debido a ello es posible aumentar la relación de compresión en comparación con un motor con la inyección en el colector de admisión.

Formación de la mezclaDebido a la inyección del combustible durante el ciclo de admisión hay bastante tiempo disponible para la formación

de la mezcla. Esto hace que en el cilindro se reparta una mezcla homogénea (uniforme), compuesta por el combustible inyectado y el aire aspirado.La relación de combustible y aire en la cámara de combustión es de lambda = 1.

CombustiónEn el modo homogéneo se influye esencialmente con el momento de encendido sobre el par del motor, el consumo de combustible y el comportamiento de las emisiones de escape.

Sistema de combustible, alimentación e inyección

El sistema de combustible está dividido en una parte de baja presión y en otra de alta presión.

El sistema de combustible de baja presión : esta formado por un deposito (1), en su interior y sumergida una bomba eléctrica (2) eleva el combustible hacia un filtro (3) que se encarga de limpiarlo de impurezas, una vez filtrado el combustible se dirige a la bomba de alta presión (6). La presión del combustible en funcionamiento normal es de 3 bares y durante el arranque en caliente es de 5,8 bares como máximo.

Consta de:1.- el depósito de combustible2.- la bomba eléctrica de combustible3.- el filtro de combustible

4.- la válvula de dosificación de combustible5.- el regulador de presión del combustible (caída de presión)

El sistema de combustible de alta presión : la bomba de alta presión (6) bombea el combustible hacia la rampa de inyección (8). La presión del combustible es medida allí por el sensor (9) correspondiente y la válvula reguladora se encarga de regularla desde 50 hasta 100 bares.La inyección corre a cargo de los inyectores de alta presión (11)

Consta de:6.- la bomba de combustible de alta presión7.- tubería de alta presión 8.- rampa de inyección9.- el sensor de presión del combustible10.- la válvula reguladora para presión del combustible11.- los inyectores de alta presión

Dentro del sistema de combustible encontramos como elemento secundario el depósito de carbón activo o Canister (12). Sirve para tratar los gases que genera el combustible en su almacenamiento en el depósito.

La bomba de combustible de alta presiónTiene la función de suministrar el combustible a presión a la rampa de inyección. La bomba va atornillada a la carcasa del árbol de levas. Se trata de una bomba radial de 3 cilindros accionada por el árbol de levas de admisión (5). Con los tres elementos de bomba decalados a 120° se mantienen reducidas las fluctuaciones de la presión en la rampa de inyección de combustible.Asume la función de establecer una presión de hasta 100 bares en el sistema de combustible de alta presión.

AccionamientoEl eje de accionamiento de la bomba de combustible de alta presión es impulsado por el árbol de levas de admisión.En el eje de accionamiento hay una leva excéntrica, que soporta un anillo de leva. Al girar el eje de accionamiento, la leva excéntrica con el anillo de leva establece los movimientos de ascenso y descenso del émbolo de la bomba.

Durante el movimiento descendente se aspira el combustible del sistema de baja presión. Durante el movimiento ascendente se bombea el combustible hacia la rampa de inyección..

FuncionamientoEl combustible pasa del sistema de baja hacia la bomba de alta presión. Allí recorre el émbolo hueco de la bomba hacia la válvula de admisión.

Carrera aspirante : Durante el movimiento descendente del émbolo de la bomba aumenta el volumen en su cilindro y la presión desciende. En cuanto la presión en el émbolo hueco es superior a la del cilindro de labomba, la válvula de admisión abre y permite que el combustible refluya.

Carrera de bombeo : Con el comienzo del movimiento ascendente que efectúa el émbolo de la bomba aumenta la presión en su cilindro y la válvula de admisióncierra. Si la presión en el cilindro de la bomba es superior a la de la rampa de inyección , la válvula de escape abre y el combustible es bombeado hacia la rampa de inyección.

Válvula reguladora de presión de combustibleSe encuentra atornillada entre la rampa de inyección y el tubo de retorno de combustible hacia el depósito.Tiene la la función de controlar la presión en la rampa de inyección, independientemente de la cantidad inyectada y de la cantidad de combustible suministrado por la bomba.

FuncionamientoSi se presentan diferencias con respecto a la presión teórica, la unidad de control del motor excita la válvula reguladora de la presión del combustible por medio de una señal modulada en anchura de los impulsos. A raíz de ello se crea un campo magnético en la bobina y la válvula con la bola de cierre despega de su asiento. En función de la magnitud de la señal se modifica de esta forma la sección de paso hacia el tubo de retorno y, con ésta, la cantidad de combustible que retorna, regulándose la presión correspondientemente.

Efectos en caso de averíaLa válvula reguladora se encuentra cerrada al no tener la corriente aplicada. De ese modo se tiene establecido de que siempre esté disponible una presión suficiente del combustible.Para proteger los componentes contra presiones excesivas se incorpora en la válvula reguladora de presión del combustible un limitador mecánico de la presión a través de un sistema de muelle. Abre al tener el combustible una presión de 120 bares.

Sensor de presión de combustibleEl sensor de presión del combustible se encuentra atornillado en la rampa de inyección de combustible. Tiene la función de medir la presión del combustible en la rampa de inyección. Con esta medida la unidad de control del motor regula la presión del combustible en el sistema de alta presión, en función de una familia de curvas características.

FuncionamientoA partir de la rampa de inyección fluye combustible hacia el sensor de presión.

A baja presión del combustible sólo se deforma levemente la membrana de acero. De esa forma es alta la resistencia eléctrica que oponen las resistencias extensometricas y la tensión de la señal es baja.

Si la presión del combustible es de alta magnitud, la membrana de acero se deforma en una medida intensa. Debido a ello es baja la resistencia eléctrica en las resistencias extensométricas y la tensión de la señal es correspondientemente alta.

La tensión de las señales se intensifica en el circuito electrónico y se transmite a la unidad de control del motor. La regulación de la presión del combustible se lleva a cabo con ayuda de la válvula reguladora de presión del combustible.

Efectos en caso de averíaSi se ausenta la señal del sensor de presión en el colector de admisión, la unidad de control del motor procede a excitar la válvula reguladora de la presión del combustible por medio de unvalor fijo.

Los inyectores de alta presiónLos inyectores van fijados a la culata e inyectan el combustible a alta presión directamente al interior del cilindro (inyección directa).La misión de los inyectores es inyectar el combustible en un tiempo mínimo, adecuadamente pulverizado y de forma específica según el modo operativo momentáneo.Así por ejemplo, en el modo estratificado se posiciona el combustible de forma concentrada en la zona de la bujía, mientras que en los modos homogéneo-pobre y homogéneo se pulveriza de un modouniforme en toda la cámara de combustión.

Con un ángulo de proyección del chorro de 70° y un ángulo de inclinación del chorro de 20° se tiene dada un posicionamiento exacto del combustible, sobre todo en el modo estratificado.

FuncionamientoDurante el ciclo de la inyección se excita el bobinado electromagnético en el inyector y se genera una campo magnético. A raíz de ello se atrae el inducido con la aguja, con lo cual abre el inyector y proyecta el combustible.Al dejarse de excitar el bobinado se neutraliza el campo magnético y la aguja es oprimida por el muelle de compresión contra su asiento en el inyector. El flujo del combustible queda interrumpido.

Nota: podemos decir que los sistemas de inyección directa frente a los sistemas de inyección en el colector de admisión (inyección indirecta), tienen que trabajar con presiones de inyección mas altas y el tiempo disponible para hacer la inyección es notablemente menor. Sin embargo el mismo volumen de combustible puede ser inyectado en menos tiempo si se incrementa la presión de inyección. Como ejemplo orientativo diremos que en la inyección directa, el tiempo de inyección para 6.000 r.p.m. es de 5 ms frente a los 20 ms se los sistemas de inyección en el colector de admisión.

Excitación de los inyectores de alta presiónLos inyectores de alta presión se excitan por medio de un circuito electrónico en la unidad de control del motor.Para que el inyector abra lo más rápidamente posible se le da una breve premagnetización y se le aplica una tensión de aprox. 90 voltios. De ahí resulta una intensidad de corriente de hasta 10 amperios. Al estar el inyector abierto al máximo resulta suficiente una tensión de 30 voltios y una intensidad de 3 a 4 amperios para mantenerlo abierto.

Efectos en caso de averíaUn inyector averiado es reconocido por la detección de fallos de encendido/combustión y deja de ser excitado.

La válvula dosificadora de combustibleEsta situada en el tubo de alimentación hacia la bomba de combustible de alta presión y hacia el regulador de presión del combustible. Va fijada a la torreta de la suspensión.

FuncionamientoDurante el funcionamiento normal, la válvula se encuentra abierta y libera el paso hacia el regulador de presión del combustible.Si durante el ciclo de arranque del motor la temperatura del líquido refrigerante supera los 110 °C y la temperatura del aire aspirado es superior a 50 °C se trata de un arranque en caliente. En ese caso, la unidad de control del motor excita la válvula durante unos 50 segundos y cierra así el paso hacia el regulador de presiónA raíz de ello aumenta la presión en el sistema de baja presión hasta alcanzar la presión de bombeo máxima de la bomba eléctrica. Por intervención de una válvula interna para la limitación de la presión, alcanza 5,8 bares como máximo.Este aumento de presión impide que se produzcan burbujas de vapor en el lado aspirante de la bomba de alta presión y garantiza una alta presurización fiable.

Efectos en caso de averíaSi se avería la válvula dosificadora de combustible, un muelle de compresión la mantiene cerrada todo el tiempo. De esa forma aumenta la presión en el sistema de baja presión hasta 5,8 bares y se impide la inmovilización del vehículo durante el ciclo de arranque en caliente.

El depósito de carbón activo (canister)Este dispositivo se necesita para cumplir con los requisitos legales planteados a las emisiones de hidrocarburos (HC). Evita que los vapores de combustible del depósito puedan pasar al medio ambiente. Los vapores de combustible se almacenan en el depósito de carbón activo y se conducen de forma sistemática hacia la cámara para su combustión.

En los modos homogéneo-pobre y homogéneo : la mezcla capaz de ignición se encuentra distribuida de un modo uniforme en la cámara. La combustión tiene lugar en toda la extensión de la cámara, y el combustible procedente del depósito de carbón activo se quema en esa ocasión.

En el modo estratificado : la mezcla capaz de ignición se encuentra concentrada solamente en la zona de la bujía. Una parte del combustible procedente del depósito de carbón activo se encuentra sin embargo en la zona exterior, no directamente inflamable. Esto puede provocar una combustión incompleta y aumentar las emisiones de HC en los gases de escape. Por tal motivo sólo se habilita el modo estratificado si el sistema calcula que el depósito de carbón activo tiene una carga baja.

La unidad de control del motor calcula la cantidad de combustible que se puede agregar procedente del depósito de carbón activo. Acto seguido se excita la electroválvula, efectuándose una adaptación de la cantidad inyectada y el reglaje de la mariposa. A esos efectos, la unidad de control del motor necesita la siguiente información:

la carga del motor, procedente del medidor de la masa de aire por película caliente , el régimen del motor, procedente del sensor de régimen del motor, la temperatura del aire aspirado, procedente del sensor de temperatura del aire aspirado y el estado de carga del depósito de carbón activo, procedente de la sonda Lambda

Sistema de admisión de aire

Ha sido adaptado a las necesidades de un motor de inyección directa de gasolina, en comparación con un sistema de inyección en el colector de admisión, el sistema influye de forma específica en el flujo del aire en el cilindro, según el modo operativo de funcionamiento del motor (modo estratificado, modo homogéneo, etc)

Los elementos básicos que forman el sistema de admisión de aire (figura inferior) son los siguientes:

1. un medidor de la masa de aire por película caliente con el sensor de temperatura del aire aspirado (G42) para la determinación exacta de las condiciones de carga

2. un sensor de presión en el colector de admisión para calcular la cantidad de gases de escape a recircular 3. un circuito de mando para las chapaletas en el colector de admisión con objeto de conseguir un flujo

específico del aire en el cilindro 4. una electroválvula de recirculación de gases de escape con una gran sección de paso para conseguir altas

cantidades de gases recirculados 5. un sensor de presión para servofreno, destinado a regular la depresión de frenado. 6. unidad de mando de la mariposa 7. depósito de carbón activo 8. unidad de control del motor

Acelerador electrónicoConstituye la condición previa esencial para la inyección directa de gasolina. Con su ayuda se puede regular la válvula de mariposa independientemente de la posición del acelerador y en los modos estratificado y homogéneo-pobre se la puede abrir a una mayor magnitud.La ventaja se manifiesta en un funcionamiento del motor casi exento de pérdidas de estrangulamiento. Eso significa, que el motor tiene que aspirar el aire superando una menor resistencia, con lo cual se reduce el consumo de combustible.

FuncionamientoLos deseos expresados por el conductor a través del acelerador se detectan por medio de los sensores de posición del acelerador y se transmiten a la unidad de control del motor. Con ayuda de esta señal y otras señales suplementarias calcula el par necesario y lo implementa a través de los actuadores.

En el modo estratificado se determina el par del motor a través de la cantidad de combustible.La válvula de mariposa se encuentra casi completamente abierta, excepto un estrangulamiento necesario para el depósito de carbón activo, la recirculación de gases de escape y eventualmente para la regulación de la depresión para el freno.

En los modos homogéneo-pobre y homogéneo el par del motor se determina a través del ángulo de encendido y la masa de aire aspirada.La válvula de mariposa abre de acuerdo con el par motor necesario.

Colector de admisión variable mediante trampillas (chapaletas)Se utiliza para gestionar el flujo del aire en el cilindro de conformidad con el modo operativo reinante.

Chapaleta en el colector de admisión accionadaEn los modos estratificado y homogéneo-pobre y en partes del modo homogéneo se acciona la chapaleta en el colector de admisión y se cierra el conducto inferior en la culata.Debido a ello el aire de admisión fluye únicamente a través del conducto superior hacia el cilindro. Este conducto está diseñado de modo que el aire de admisión ingrese describiendo una turbulencia cilíndrica. Adicionalmente aumenta la velocidad de flujo a través del estrecho conducto superior, intensificando la formación de la mezcla.

Esto tiene dos ventajas

En el modo estratificado, el flujo cilíndrico del aire transporta el combustible hacia la bujía. En el trayecto hacia ésta se realiza la formación de la mezcla.

En el modo homogéneo-pobre y en partes del modo homogéneo, el flujo de turbulencia cilíndrica del aire respalda la formación de la mezcla. De esta forma se consigue una alta capacidad de ignición de la mezcla y una combustión estable, así como un funcionamiento con mezcla pobre.Esto supone dos ventajas:

Chapaleta en el colector de admisión no accionadaAl funcionar a cargas y regímenes superiores en el modo homogéneo no se acciona la chapaleta en el colector de admisión, con lo cual se encuentran abiertos ambos conductos. Debido a la mayor sección de paso del conducto de admisión, el motor puede aspirar la masa de aire necesaria para la entrega de un par más intenso y una alta potencia.

Sensor de posición para la chapaleta en el colector de admisiónVa unido al eje para las chapaletas en el colector de admisión, y detecta la posición de las mismas, transmitiendo esta información a la unidad de control del motor. Esto es necesario, porque la actuación de las chapaletas en el colector de admisión influye en el encendido, en el contenido de gases residuales y en las pulsaciones del aire en el colector de admisión. La posición de las chapaletas en el colector de admisión resulta relevante por ello para los gases de escape, en virtud de lo cual se la tiene que verificar a través de la autodiagnosis. Este sensor es un potenciómetro

Efectos en caso de avería del sensorSi se ausenta la señal del sensor ya sólo se permite el modo homogéneo.

Electroválvula de control para chapaleta en el colector de admisiónEs excitada por la unidad de control del motor y abre el paso del depósito de vacío hacia la válvula neumática de accionamiento. A raíz de ello la válvula neumática se encarga de accionar las chapaletas en el colector de admisión.

Efectos en caso de avería de la electroválvulaSi se avería esta válvula ya sólo se permite el modo homogéneo.

Medidor de la masa de aire con sensor de temperatura del aire aspiradoAmbos sensores van alojados en una carcasa situada en el trayecto de admisión ante la unidad de mando de la mariposa.Para obtener la señal más exacta posible sobre la carga del motor se emplea un medidor de la masa de aire por película caliente con detección de flujo inverso. Mide no sólo el aire aspirado, sino que también detecta la cantidad de aire que vuelve debido a la apertura y el cierre de las válvulas.La temperatura del aire de admisión medida por el sensor se utiliza como valor de corrección.

Aplicaciones de la señalLas señales se emplean para calcular todas las funciones supeditadas a la carga. Son éstas por ejemplo el tiempo de inyección, el momento de encendido y el sistema del depósito de carbón activo.

EstructuraEl medidor de la masa de aire por película caliente consta de una carcasa de material plástico con un conducto de medición y un circuito eléctrico con un elemento sensor. El conducto de medición está diseñado de modo que una parte del aire aspirado y el aire de flujo inverso pasen ante el elemento sensor.En el elemento sensor se genera con ello una señal que se procesa en el circuito eléctrico y se transmite a la unidad de control del motor.

Efectos en caso de averíaSi se avería el medidor de la masa de aire se emplea la señal del sensor de presión en el colector de admisión como señal de carga del motor.

Sensor de presión en el colector de admisiónVa fijado al colector de admisión. Mide la presión en el colector de admisión y transmite una señal correspondiente a la unidad de control del motor.

Aplicaciones de la señalCon esta señal y con las señales del medidor de la masa de aire y el sensor de temperatura del aire aspirado, la unidad de control del motor calcula la cantidad exacta de gases de escape a recircular.Con el sensor de presión en el colector de admisión se detecta asimismo la carga durante el ciclo de arranque del motor, porque en esas condiciones son todavía demasiado inexactas las señales procedentes del medidor de la masa de aire, debido a las pulsaciones que presenta la admisión.

FuncionamientoLa medición de la presión en el colector de admisión se realiza con ayuda de una membrana de cristales de silicio. Sobre esta membrana hay resistencias extensométricas, cuya resistencia eléctrica varía ante cualquier deformación de la membrana. El vacío de referencia se utiliza para la comparación de presiones.La membrana se deforma según la intensidad de la presión en el colector de admisión, con lo cual varía la resistencia y se produce una variación de la tensión en la señal eléctrica. Con estas señales eléctricas, la unidad de control del motor detecta la presión que está dada en el colector de admisión.

Sistema de recirculación de gases de escape (EGR)En la retroalimentación de los gases de escape se conduce una parte de los gases de escape a la admisión del motor. Hasta un cierto grado, una parte de los gases residuales creciente puede repercutir positivamente sobre la transformación de energía, reduciendo con ello la emisión de contaminantes.

Así se determina la cantidad de gases de escape a recircularCon ayuda del medidor de la masa de aire, la unidad de control del motor mide la masa del aire fresco aspirado y calcula de ahí la correspondiente presión en el colector de admisión. Si se alimentan gases de escape a través del sistema de recirculación aumenta la masa del aire fresco en una cantidad correspondiente a la de los gases recirculados y la presión en el colector de admisión aumenta.El sensor de presión en el colector de admisión mide esta presión y transmite una señal de tensión correspondiente a la unidad de control del motor. Previo análisis de esta señal se determina la cantidad total (aire fresco + gases de escape). El sistema resta la masa de aire fresco de esta cantidad total y obtiene así la cantidad de gases de escape.La ventaja reside en que se puede aumentar la cantidad de gases de escape a recircular y se la puede acercar aún más al límite operativo.

Efectos en caso de averíaSi se avería el sensor de presión en el colector de admisión, la unidad de control del motor calcula la cantidad de gases de escape y reduce la cantidad a recircular en comparación con lo previsto en la familia de curvas características.

Sensor de presión para amplificación de servofreno Se encuentra en el conducto entre el colector de admisión y el amplificador de servofreno. Mide la presión en el conducto y en el amplificador de servofreno, respectivamente.

Aplicaciones de la señalCon ayuda de la señal de tensión procedente del sensor de presión, la unidad de control del motor detecta si es suficiente la depresión para el funcionamiento del amplificador de servofreno.

FuncionamientoEl amplificador de servofreno requiere una depresión específica para alcanzar lo más rápidamente posible la fuerza de frenado máxima.En los modos operativos de carga estratificada y carga homogénea-pobre, la válvula de mariposa se encuentra más abierta y en el colector de admisión está dada una baja depresión. La depresión acumulada en el servofreno deja de ser suficiente si ahora se acciona el freno varias veces. Para evitar este fenómeno se procede a cerrar un poco más la válvula de mariposa, para que aumente el vacíogenerado. Si la depresión sigue siendo insuficiente se cierra más aún la mariposa y en caso dado se pasa incluso al modo homogéneo.

Gestión electrónica del motor

Entradas

1. Medidor de masa de aireSensor de temperatura de aire aspirado

2. Sensor de presión en el colector de admisión

3. Sensor de régimen del motor 4. Sensor Hall (posición de arboles de

levas) 5. Unidad de mando de la mariposa

Sensor de ángulo 1 + 2 6. Sensor de posición del acelerador

Sensor 2 de posición del acelerador 7. Conmutador de luz de freno F

Conmutador de pedal de freno 8. Conmutador de pedal de embrague 9. Sensor de presión de combustible

Salidas

1. Relé de bomba de combustible

2. Bomba de combustible 3. Inyectores cilindros 1- 4 4. Bobinas de encendido 1 - 4 5. Unidad de mando de la

mariposaMando de la mariposa

6. Relé de alimentación de corriente para Motronic

7. Válvula reguladora de la presión del combustible

8. Válvula de dosificación del combustible

9. Electroválvula para depósito

10. Potenciómetro para chapaleta en el colector de admisión

11. Sensor de picado 12. Sensor de temperatura del líquido

refrigerante 13. Sensor de temperatura del líquido

refrigerante a la salida del radiador 14. Potenciómetro, botón giratorio para

selección de temperatura 15. Potenciómetro para recirculación de

gases de escape 16. Sonda Lambda 17. Sensor de temperatura de los gases de

escape 18. Sensor de NOx

Unidad de control para sensor de NOx 19. Sensor de presión para amplificación de

servofreno

de carbón activo 10. Válvula para gestión del aire

de la chapaleta en el colector de admisión

11. Válvula de reglaje de distribución variable

12. Termostato para refrigeración del motor

13. Válvula para recirculación de gases de escape unidad indicadora en el

14. Calefacción para sonda lambda

15. Calefacción para sensor de NOx

La unidad de control del motor va instalada en la caja de aguas y tiene 121 pines.La unidad de control utilizada para motores de inyección directa es muy similar a las utilizadas en motores de inyección en colector de admisión. Por ejemplo Bosch en sus sistemas Motronic tiene la versión ME 7.5.10 se ve como en este caso le falta la D que es la que designaría que se trata un sistema de inyección directa de gasolina.

Dentro del sistema de inyección Motronic MED 7 hay varias versiones: MED 7.5.10 y MED 7.5.11. La diferencia principal entre ambas versiones es que la ultima posee un procesador mas rápido.

Gestión del motor basada en el parEl sistema Bosch Motronic MED 7.5.10/11 es un sistema de gestión de motores basado en el par. Esto significa, que se recogen, analizan y coordinan todas las solicitudes de entrega de par.

Las solicitudes de entrega de par de orden interior son:

arranque del motor calefacción del catalizador regulación del ralentí

limitación de potencia limitación del régimen regulación lambda

de orden exterior son:

deseos del conductor cambio automático (punto de cambio) sistema de frenos (regulación antideslizamiento de la tracción, regulación del par de inercia del motor) climatizador (compresor para climatizador On/Off) programador de velocidad

Previo cálculo del par teórico del motor se lleva a la práctica la solicitud por dos vías:

En la primera vía se influye sobre el llenado de los cilindros. Sirve para las solicitudes de entrega de par de mayor plazo.En el modo estratificado le corresponde poca importancia, porque la válvula de mariposa abre a una gran magnitud, para reducir las pérdidas por estrangulamiento.

En la segunda vía se influye por corto plazo sobre el par de giro, independientemente del llenado de los cilindros. En el modo estratificado sólo se determina el par a través de la cantidad de combustible, mientras que en los modos homogéneo-pobre y homogéneo sólo se determina a través del momento de encendido.

FuncionamientoPrevio análisis de las solicitudes de entrega de par de orden interno y externo, la unidad de control del motor calcula el par teórico y la forma de ponerlo en práctica.

Implementación en el modo estratificadoEn el modo estratificado se implementa el par teórico a través de la cantidad inyectada. La masa de aire desempeña un papel de segunda importancia, porque la válvula de mariposa se encuentra abierta a una gran magnitud, para reducir las pérdidas por estrangulamiento.Al momento de encendido le corresponde también una reducida importancia, debido a que la inyección se efectúa en un momento tardío.

Implementación en el modo homogéneo-pobre y en el modo homogéneoEn estos dos modos operativos se implementan las solicitudes de entrega de par a corto plazo a través del momento de encendido y a largo plazo a través de la masa de aire.En virtud de que la mezcla de combustible y aire corresponde a un factor lambda fijo de 1,55 o bien 1 en ambos modos operativos, la cantidad a inyectar viene dada por la masa del aire aspirado. Por ese motivo no se procede a regular aquí el par de giro.

Sistema de encendidoAsume la función de inflamar la mezcla de combustible y aire en el momento adecuado. Para conseguir este objetivo es preciso que la unidad de control del motor determine el momento de encendido, laenergía de ignición y la duración que ha de tener la chispa del encendido en todos los puntos operativos. Con el momento de encendido se influye sobre el par del motor, el comportamiento de los gases de escape y el consumo de combustible del motor.

En el modo estratificado : es preciso que el momento de encendido se encuentre dentro de una estrecha ventana angular del cigüeñal, debido a las particularidades que caracterizan a la formación de la mezcla. Sólo así se inflama fiablemente esta mezcla.

En los modos homogéneo-pobre y homogéneo: no existen diferencias con respecto a un motor en el que se inyecta la gasolina hacia el colector de admisión. Debido al reparto homogéneo de la mezcla se emplean en ambos sistemas de inyección unos momentos de encendido comparables entre sí.

El cálculo del momento de encendido óptimo se realiza mediante:

la información principal:1.- Carga del motor, procedente del medidor de la masa de aire y del sensor de temperatura del aire aspirado2.- Régimen del motor, procedente del sensor de régimen del motor

la información de corrección3.- Sensor de temperatura del líquido refrigerante4.- Unidad de mando de la mariposa5.- Sensor de picado6.- Sensor de posición del acelerador7.- Sonda lambda

Reglaje de distribución variableSistema que permite modificar los ángulos de apertura de las válvulas para aumentar el tiempo de llenado y vaciado del cilindro cuando el motor gira alto de vueltas y el tiempo disponible para ello es menor. Estos sistemas llamados "Convertidores de fase" permiten utilizar el tiempo óptimo de apertura y cierre de las válvulas a cualquier régimen de giro del motor La recirculación interna de gases de escape se lleva a cabo por medio de un reglaje de distribución variable sin escalonamientos en el árbol de levas de admisión.El reglaje se realiza en función de la carga y el régimen, abarcando un máximo de 40° ángulo de cigüeñal a partir de la posición básica en dirección de avance.

Esto conduce a:

una óptima recirculación interna de gases de escape, con la cual se reduce la temperatura de la combustión y disminuyen las emisiones de óxidos nítricos.

un desarrollo más adecuado del par motor.

Señales de entrada para el calculo de ángulo de reglaje1.- Medidor de masa de aire con sensor temperatura del aire2.- Sensor de régimen motor3.- Sensor de temperatura del liquido refrigerante

Señal de entrada para conocer la posición efectiva de los árboles de levas4.- Sensor Hall

Señales de salida5.- Válvula para reglaje de distribución variable.

Nota: si quieres saber mas sobre los convertidores de fase utilizados en los sistemas de distribución variable, visita el curso de nuestra web que trata este tema.

La recirculación de gases de escapeEs la que le da básicamente sentido al empleo de un catalizador-acumulador de NOx. Con ayuda de los gases de escape recirculados se reduce la temperatura de la combustión y se produce una menor cantidad de óxidos nítricos.Esto permite que el catalizador pueda almacenar óxidos nítricos durante un período relativamente prolongado y que se pueda trabajar más sostenidamente con el modo estratificado y el homogéneo-pobre, ahorrando combustible.La cantidad de gases de escape recirculados equivale como máximo a un 35% del total de gases de admisión.

La recirculación de gases de escape se lleva a cabo:

en el modo estratificado y en el modo homogéneo-pobre, siempre; en el modo homogéneo hasta 4.000 r.p.m. y a media carga, pero no al ralentí.

La válvula de recirculación de gases de escapeEsta sujeta y va atornillada al colector de admisión. Es de nuevo diseño para conseguir altos índices de recirculación de gases de escape.Consta de una carcasa con una mariposa, un motor eléctrico y un potenciómetro para recirculación de gases de

escape.La toma de los gases de escape se realiza a través de un tubo de unión en la culata del cuarto cilindro. La unidad de control del motor excita el motor eléctrico en función de su familia de curvas características y acciona una mariposa.Según la posición de la mariposa fluye ahora una determinada cantidad de gases de escape hacia el colector de admisión y se mezcla con el aire fresco aspirado.El potenciómetro para recirculación de gases de escape en la tapa de la carcasa detecta la posición de la mariposa. De ese modo es posible diagnosticar las condiciones en que se encuentra la válvula de recirculación de gases de escape.

Inyección directa de gasolina, Bosch Motronic

Sistema de escape

El sistema de escape ha sido adaptado a las exigencias de un motor con inyección directa de gasolina. Hasta ahora era un gran problema el tratamiento de los gases de escape en motores con inyeccióndirecta de gasolina. Esto se debe a que con un catalizador convencional de tres vías no se pueden alcanzar los límites legales de emisiones de óxidos nítricos en los modos estratificado, pobre y homogéneo-pobre. Por ello se incorpora para estos motores un catalizador-acumulador de NOx, que almacena los óxidos nítricos (NOx) en estos modos operativos. Al estar lleno el acumulador se pone en vigor un modo de regeneración, con el cual se desprenden los óxidos nítricos del catalizador-acumulador y se transforman en nitrógeno.

Nota: con la recirculación de gases de escape y el reglaje de distribución variable ya se reducen las emisiones de óxidos nítricos desde la propia combustión.

Refrigeración de los gases de escapeEl objetivo consiste en refrigerar los gases de escape al grado que la temperatura en el catalizador-acumulador de NOx se mantenga lo más frecuente y prolongadamente posible dentro del margencomprendido entre los 250 °C y 500 °C, puesto que sólo en este margen de temperaturas el catalizador-acumulador está en condiciones de almacenar los óxidos nítricos.Otro motivo es el descenso permanente de la capacidad de acumulación si se calentó el catalizador-acumulador de NOx a más de 850 °C.

Refrigeración del colector de escape (sólo en algunas versiones de motor)En el armazón delantero del vehículo se conduce aire fresco de forma específica hacia el colector de escape, reduciéndose así la temperatura de los gases de escape.

El tubo de escape de tres caudalesSe encuentra ante el catalizador-acumulador de NOx. Es la segunda medida que se aplica para reducir la temperatura de los gases de escape y con ésta la del catalizador-acumulador de NOx. Debido a la mayor superficie que representa, aumenta la disipación del calor hacia el aire del entorno y se reducen las temperaturas de los gases de escape.

Ambas medidas conjuntas dan por resultado una reducción en la temperatura de los gases de escape, según la velocidad de marcha del vehículo, comprendida entre los 30 °C y 100 °C.

Sonda lambda de banda anchaLa sonda lambda de banda ancha va atornillada ante el catalizador en el colector de escape.Se utiliza para determinar el contenido de oxígeno residual en los gases de escape.

Aplicaciones de la señalCon la sonda lambda de banda ancha es posible determinar con exactitud la relación de combustible y aire, también cuando difiere de lambda = 1.En el modo homogéneo-pobre permite establecer de esa forma un lambda empobrecido de 1,55. En el modo estratificado se procede a determinar por cálculo el valor lambda, porque las sondas lambda de banda ancha son demasiado inexactas en este sector.Con ayuda de la señal, la unidad de control del motor calcula el valor lambda efectivo e inicia la regulación al diferir con respecto al valor lambda teórico. La regulación se lleva a cabo a través de la cantidad inyectada.

El catalizador previo de tres víasEste catalizador va situado en el colector de escape. Debido a su posición cerca del motor alcanza rápidamente su temperatura de servicio y comienza con la depuración de los gases de escape. Esto permite respetar los estrictos valores límite impuestos a las emisiones de escape. Su misión es transformar catalíticamente los contaminantes de la combustión en sustancias inofensivas.

Funcionamiento

Modo homogéneo con lambda = 1 Los hidrocarburos (HC) y los monóxidos de carbono (CO) reaccionan con el oxígeno (O) de los óxidos nítricos (NOx), transformándose en agua (H2O) y en dióxido de carbono (CO2). Los óxidos nítricos se reducen al mismo tiempo formando nitrógeno (N2).

En el modo estratificado y en el modo homogéneo-pobre con lambda > 1 Los hidrocarburos y los monóxidos de carbono reaccionan preferentemente con el oxígeno que abunda en los gases de escape y no con los óxidos nítricos. Por ese motivo, los óxidos nítricos no son transformados en nitrógeno en un catalizador de tres vías durante el modo de mezcla pobre. Pasan a través del catalizador de tres vías haca el catalizador-acumulador de NOx.

Sensor de temperatura de los gases de escapeEl sensor de temperatura de los gases de escape va atornillado en el tubo de escape detrás del precatalizador.Mide la temperatura de los gases de escape y transmite esta información a la unidad de control del motor.

Aplicaciones de la señalCon ayuda de la señal procedente del sensor de temperatura de los gases de escape, la unidad de control del motor calcula, entre otras cosas, la temperatura en el catalizador-acumulador de NOx.

Esto resulta necesario por los motivos siguientes:

El catalizador-acumulador de NOx sólo puede almacenar óxidos nítricos a una temperatura operativa entre los 250 °C y 500 °C. Por ello, sólo en este margen de temperaturas se puede pasar a los modos estratificado y homogéneo-pobre.

El azufre se almacena interinamente en el catalizador-acumulador de NOx. Para desprender nuevamente el azufre en los puntos de retención es preciso que la temperatura en el catalizador-acumulador sea de 650 °C como mínimo.

FuncionamientoEn el sensor se encuentra una resistencia de medición con coeficiente negativo de temperatura (NTC). Eso significa, que a medida que aumenta la temperatura se reduce su resistencia y la tensión de la señal aumenta. Esta tensión de la señal está asignada a una temperatura específica en la unidad de control del motor.

Efectos en caso de avería del sensorSi se ausenta esta señal se pasa a la función de emergencia y la unidad de control del motor calcula la temperatura de los gases de escape. En virtud de que este cálculo no es tan exacto, el sistema pasa más temprano al modo homogéneo.

Catalizador-acumulador de NOxVa instalado en el mismo sitio que un catalizador principal de tres vías, de tipo convencional. Desempeña las funciones de un catalizador de tres vías y puede almacenar adicionalmente óxidos nítricos.

Misión

En el modo homogéneo con lambda = 1, el catalizador-acumulador de NOx trabaja como un catalizador convencional de tres vías.

En los modos estratificado y homogéneo-pobre con lambda > 1 ya no puede efectuar la conversión de los óxidos nítricos. Por ello se los almacena en el catalizador-acumulador de NOx. Una vez agotada la capacidad de acumulación se efectúa un ciclo de regeneración. Debido a la similitud química con los óxidos nítricos también almacena el azufre.

FuncionamientoAparte de los tres materiales estratificados platino, rodio y paladio, el catalizador-acumulador de NOx lleva una cuarta

capa, que consta de óxido de bario. Esto permite almacenar interinamente óxidosnítricos durante el funcionamiento con mezcla pobre.

Acumulación Los óxidos nítricos se oxidan en el estrato de platino, formando dióxido nítrico y reaccionan entonces con el óxido de bario formando nitrato bárico.

Desacumulación (regeneración)La desacumulación se lleva a cabo por ejemplo por medio de las moléculas de CO que abundan en los gases de escape correspondientes a mezcla rica.Primero se reduce el nitrato bárico nuevamente a óxido de bario, por la reacción con el monóxido de carbono. De esa forma se despiden dióxido de carbono y monóxido de nitrógeno. La presencia de rodio y platino hace que se reduzcan los óxidos nítricos, produciendo nitrógeno, y que el monóxido de carbono se oxide produciendo dióxido de carbono.

La unidad de control para sensor de NOxSe encuentra ubicada en los bajos del vehículo, cerca del sensor de NOx. Su emplazamiento cercano impide que las influencias parásitas externas falsifiquen las señales del sensor de NOx.En la unidad de control para sensor de NOx se procesan las señales del sensor de NOx y se transmiten a la unidad de control del motor.

Efectos en caso de averíaSi se avería la unidad de control para sensor de NOx, el sistema pasa de regulación a control. Debido a las mayores emisiones de óxidos nítricos se prohiben los modos estratificado y homogéneo-pobre.

Sensor de NOxVa atornillado en el tubo de escape, directamente detrás del catalizador-acumulador de NOx. En éste se determina el

óxido nítrico (NOx) y el contenido de oxígeno en los gases de escape y se transmiten las señales correspondientes a la unidad de control para sensor de NOx.

EstructuraConsta de dos cámaras, dos celdas de bomba, varios electrodos y una calefacción. El elemento sensor consta a su vez de dióxido de circonio.El circonio presenta la particularidad de que, al tener una tensión aplicada, los iones negativos de oxígeno del electrodo negativo se desplazan hacia el electrodo positivo.

Aplicaciones de la señalCon ayuda de estas señales se detecta y comprueba:

si es correcto el funcionamiento del catalizador.

si es correcto el punto de regulación lambda = 1 de la sonda lambda de banda ancha en el precatalizador o si se tiene que corregir. La corrección se puede llevar a cabo a través de un circuito interno en la unidad de control para NOx. Con su ayuda se puede captar en los electrodos del sensor de NOx una señal parecida a la de la sonda de señales a saltos.Una señal de esa índole es muy exacta dentro del margen lambda = 1.

cuándo está agotada la capacidad de acumulación en el catalizador-acumulador de NOx y cuándo se tiene que iniciar un ciclo de regeneración de NOx o de azufre.

Las señales son transmitidas por el sensor de NOx a la unidad de control para sensor de NOx.

Efectos en caso de averíaSi se ausenta la señal del sensor de NOx ya sólo se permite trabajar el motor en el modo homogéneo.

FuncionamientoEl funcionamiento del sensor de NOx se basa en la medición de oxígeno y se puede derivar del de una sonda lambda de banda ancha.

Determinación del factor lambda en la primera cámara Una parte de los gases de escape fluye hacia la 1ª cámara. Debido a que existen diferentes contenidos de oxígeno en los gases de escape y en la celda de referencia resulta mensurable una tensión eléctrica en los electrodos. La unidad de control para sensor de NOx se encarga de regular esta tensión a 425 mV constantes. Esto equivale a una relación de combustible y aire de lambda = 1. Si existen diferencias se extrae o introduce oxígeno. La corriente necesaria de la bomba constituye una medida para el valor lambda.

Determinación del contenido de NOx en la segunda cámara Los gases de escape exentos de oxígeno fluyen de la 1ªa la 2ª cámara. Las moléculas de NOx en el gas de escape se disocian en un electrodo especial, produciendo N2 y O2. En virtud de que en los electrodos interior y exterior se regula una tensión constante de 450 mV, los iones de oxígeno se desplazan del electrodo interior hacia el exterior. La corriente de bomba de oxígeno que fluye por ese motivo constituye una medida para determinar el contenido de oxígeno en la 2ª cámara. Como la corriente de bomba de oxígeno guarda la misma relación hacia el contenido de óxidos nítricos en los gases de escape resulta posible determinar así la cantidad de óxidos nítricos.

Si el contenido de óxidos nítricos sobrepasa un valor umbral específico queda agotada la capacidad de almacenamiento en el catalizador-acumulador de NOx y se inicia un ciclo de regeneración de NOx.Si este valor umbral se sobrepasa en intervalos de tiempo cada vez más breves, significa que el catalizador-acumulador está saturado de azufre y se inicia por ello un ciclo de regeneración de azufre.

Modo de regeneraciónEn este modo se desprenden los óxidos nítricos y el azufre que se encuentran incrustados en el catalizador-acumulador de NOx y se transforman en nitrógeno no tóxico y dióxido de azufre respectivamente.

La regeneración de óxidos nítricos Se lleva a cabo cuando la concentración de óxidos nítricos sobrepasa un valor específico detrás del catalizador-acumulador. A raíz de ello, la unidad de control del motor detecta que el catalizador ya no puede almacenar más óxidos nítricos y está agotada la capacidad de acumulación. A consecuencia de ello se activa el modo de regeneración.Con motivo de esta operación el sistema pasa del modo estratificado pobre a un modo homogéneo ligeramente enriquecido, aumentando así el contenido de hidrocarburos y monóxido de carbono en los gases de escape.En el catalizador-acumulador se combinan estas dos sustancias con el oxígeno de los óxidos nítricos y éstos se transforman en nitrógeno.El catalizador-acumulador de NOx puede almacenar óxidos nítricos durante un máximo de 90 segundos en el modo estratificado. Después de ello se realiza una regeneración durante unos 2 segundos.

La regeneración de azufre Es una operación más compleja, porque el azufre es más resistente a efectos de temperatura y permanece en el catalizador durante la regeneración de óxidos nítricos.El sistema efectúa un ciclo de desulfuración cuando la capacidad del catalizador-acumulador de NOx se agota en intervalos de tiempo cada vez más breves.De esta particularidad, la unidad de control del motor detecta que los puntos de retención del azufre están ocupados y que ya no se pueden almacenar óxidos nítricos.En ese momento y a partir de una velocidad mínima específica del vehículo se procede durante unos 2 minutos:- a pasar al modo homogéneo y- a subir la temperatura del catalizador-acumulador a más de 650 °C a base de retrasar el momento de encendido.Sólo entonces reacciona el azufre acumulado y se transforma en dióxido de azufre (SO2).Al circular con cargas y regímenes superiores se produce automáticamente el ciclo de desulfuración, porque se circula en el modo homogéneo y se alcanza así la temperatura necesaria para la desulfuración en el catalizador-acumulador de NOx.

Nota: para mantener lo más reducido posible el consumo de combustible durante el ciclo de regeneración de azufre se recomienda repostar un combustible exento de azufre (p. ej. Shell Optimax).

Esquema eléctrico

F Conmutador de luz de frenoF36 Conmutador de pedal de embragueF47 Conmutador de pedal de freno para GRAF265 Termostato para refrigeración del motor gestionada por familia de característicasG2 Sensor de temperatura del líquido refrigeranteG6 Bomba de combustibleG28 Sensor de régimen del motorG39 Sonda lambdaG40 Sensor HallG42 Sensor de temperatura del aire aspiradoG61 Sensor de picado 1G62 Sensor de temperatura del líquido refrigeranteG70 Medidor de la masa de aireG71 Sensor de presión en el colector de admisiónG79 Sensor de posición del aceleradorG83 Sensor de temperatura del líquido refrigerante a la salida del radiadorG185 Sensor 2 para posición del aceleradorG186 Mando de la mariposaG187 Sensor de ángulo 1 para mando de la mariposaG188 Sensor de ángulo 2 para mando de la mariposa

Q BujíasZ19 Calefacción para sonda lambdaZ44 Calefacción para sensor de NOxJ271 Relé de alimentación de corriente para MotronicJ338 Unidad de mando de la mariposaJ583 Unidad de control para sensor de NOxN70, N12, N291, N292 Bobinas de encendido 1 - 4 con etapas finales de potenciaN18 Válvula de recirculación de gases de escapeN30-N33 Inyectores 1 - 4N80 Electroválvula 1 para depósito de carbón activoN205 Válvula 1 para reglaje de distribución variableN276 Válvula reguladora de la presión del combustibleN290 Válvula dosificadora de combustibleN316 Válvula para chapaleta en el colector de admisión, gestión del flujo

G212 Potenciómetro para recirculación de gases de escapeG235 Sensor 1 para temperatura de gases de escapeG247 Sensor de presión del combustibleG267 Potenciómetro, botón giratorio, selección de temperaturas (se suprime en versiones con Climatronic)G294 Sensor de presión para amplificación de servofrenoG295 Sensor de NOxG336 Potenciómetro para chapaleta en el colector de admisiónJ17 Relé de bomba de combustibleJ220 Unidad de control para Motronic

de aire1 Señal TD2 Cable K/W3 Compresor para climatizador4 Climatizador dispuesto5 Climatizador PWM6 CAN-Bus de datos tracción7 CAN-Bus de datos tracción8 Borne de alternador DFM9 Gestión de ventilador 110 Gestión de ventilador 211 Cable al borne 5012 Cable al conmutador de contacto de puerta13 Cable hacia airbag

Curso de carburadores

Carburador

El objetivo del carburador es conseguir la mezcla de aire-gasolina en la proporción adecuada según las condiciones de funcionamiento del automóvil. El funcionamiento del carburador se basa en el efecto venturi que provoca que toda corriente de aire que pasa por una canalización, genera una depresión (succión) que se aprovecha para arrastrar el combustible proporcionado por el propio carburador. La depresión creada en el carburador dependerá de la velocidad de entrada del aire que será mayor cuanto menor sea la sección de paso de las canalizaciones.Si dentro de la canalización tenemos un estrechamiento (difusor o venturi) para aumentar la velocidad del aire y en ese mismo punto se coloca un surtidor comunicado a una cuba con combustible a nivel constante, la depresión que se provoca en ese punto producirá la salida del combustible por la boca del surtidor que se mezclara con el aire que pase en ese momento por el estrechamiento, siendo arrastrado hacia el interior de los cilindros del motor.

Principio de funcionamientoAl ser un carburador un elemento mecánico todo su funcionamiento se basa en la depresión que crean los pistones del motor en su carrera de bajada hacia el PMI. Por lo que vamos a estudiar como se comporta el fenómeno de la depresión en el funcionamiento del carburador:

En un punto hay depresión si en éste reina una presión inferior a otra que se toma como referencia por ejemplo la (presión atmosférica).Presión atmosférica es la presión que ejerce el aire de la atmósfera sobre los cuerpos y objetos. La unidad de la presión atmosférica es la "atmósfera", equivalente a 760 mm. de columna de mercurio o a 1 Kg./cm2 aproximadamente.

Si en dos puntos (figura superior) hay distinta presión y están comunicados entre si mediante una tubería, el aire irá al punto de mayor presión al de menor presión. El segundo punto estará en depresión respecto al primero.Cuando el motor está parado todos los puntos están a la misma presión (presión = presión atmosférica), con lo que no hay movimiento, ni aspiración de aire o mezcla de combustible.

Cuando el pistón realiza su recorrido descendente en el tiempo de admisión se provoca un vacío en la cámara de combustión, por lo que la presión absoluta en la misma será muy inferior a la atmosférica; es decir habrá una gran depresión. Esta depresión se transmitirá a través de la tubería de admisión al carburador y hacía el exterior, lo que motivará la entrada en funcionamiento del carburador proporcionando gasolina que se mezclara con el aire que entra debido a la depresión, formando la mezcla de aire-combustible que después se quemara en el interior de la cámara de combustión del motor.La depresión se transmitirá tanto mejor cuanto menos obstáculos encuentre en su camino. Si la mariposa del

carburador está cerrada, ésta actuará como una pared respecto a la misma, por lo que encima de ella la depresión será muy pequeña, es decir, la presión será prácticamente igual a la atmosférica.Por debajo sin embargo, la depresión será muy elevada, aproximadamente entre 600 y 800 gr/cm2.A medida que se va abriendo la mariposa, la depresión se transmite a la zona del difusor, disminuyendo la misma en la zona por debajo de la mariposa.Si aumentamos la sección de paso (abriendo la mariposa), el caudal de aire que pasará será mayor y la depresión en el difusor será también mayor por lo que arrastrara mas gasolina del surtidor hacia los cilindros.

Mezcla de combustibleEs la mezcla alre-gasolina que una vez introducida en las cámaras de combustión, combustiona y se expansiona aprovechándose dicha expansión para, a través de pistones y transmisión, impulsar el vehículo.La mezcla combustible está compuesta por gasolina (combustible) y aire (comburente).La energía química de la combustión se obtiene al quemarse el combustible. Luego, sin combustible (sólo con aire) no puede haber combustión. Asimismo es necesaria la presencia de aire para que esta combustión pueda llevarse a cabo. Luego para que la combustión se realice, es necesario que haya una correcta dosificación de aire y combustible.

Condiciones requeridas para la mezcla de combustibleLa mezcla aire-combustible es la misión de la carburación que consiste en la unión intima del combustible con su comburente (aire). Esta unión determina la mezcla gaseosa de aire-combustible que se quema en el interior de los cilindros. El combustible mas empleado en la alimentación motores con carburador es la gasolina.Para que la combustión se realice en perfectas condiciones y con el máximo rendimiento del motor, la mezcla aire-combustible que llega a los cilindro debe reunir las siguientes condiciones:

Correctamente dosificada: la dosificación exacta de la mezcla viene determinada por la relación estequiométrica (Re) o relación teórica que consiste en la cantidad de aire necesario para quemar una cantidad exacta de combustible. Experimentalmente se ha comprobado que la dosificación 1/15,3 (1 gr de gasolina por 15,3 gr de aire) es la que se combustiona en su totalidad. Por consiguiente será conveniente que la mezcla combustible suministrada al motor sea de 1/15,3 (r = 1).La dosificación de combustible tiene unos limites que los marca el llamado "limite de inflamabilidad", esta limitación viene cuando la dosificación de la mezcla llega a un punto que la mezcla ya no combustiona, bien por exceso de gasolina (excesivamente rica) o por defecto de gasolina (excesivamente pobre).- dosificación mínima para ralentí 1/22 (r = 0,7)- dosificación máxima para arranque en frío 1/4,5 (r = 3,3)- dosificación para potencia máxima 1/12,5 (r = 1,2)- dosificación para máximo rendimiento 1/18 (r = 0,85)La relación estequiométrica (Re) para los combustibles empleados en motores de explosión es:

Finamente pulverizada o vaporización: es una de las características principales de los combustibles empleados en los motores con carburador. La vaporización del combustible durante la carburación se consigue en dos fases:- En la primera fase, con una eficaz pulverización de combustible a nivel del surtidor, cuando este sale en finas gotas que se mezcla rápidamente con el aire.- En la segunda fase, durante la admisión, debido al calor cedido por los colectores y cilindro, cuando el motor trabaja a su temperatura de régimen. La vaporización se completa durante la compresión de la mezcla, al absorber ésta el calor desarrollado por la transformación de la energía aportada por el volante.

Homogeneidad: La mezcla en el interior del cilindro debe ser homogénea en toda su masa gaseosa, para que la propagación de la llama sea uniforme, lo cual se consigue por la turbulencia creada a la entrada por la válvula de admisión y por la forma adecuada de la cámara de combustión.

Repartición de la mezcla: la mezcla debe llegar en las mismas condiciones e igual cantidad a todos los cilindros para cada régimen de funcionamiento, con el fin de obtener un funcionamiento equilibrado del motor.

Como el dimensionado de las válvulas y el grado de aspiración en los cilindros deben ser idénticos, la igualdad en el llenado se consigue con unos colectores de admisión bien diseñados e igualmente equilibrados. De este modo la velocidad de la mezcla al pasar por ellos es la misma para todos los cilindros. A veces es necesario disponer varios carburadores para un llenado correcto de los cilindros, como ocurre en los motores de altas prestaciones o de muchos cilindros.

El carburador elemental Según lo anteriormente explicado, los tres elementos básicos que componen un carburador son:

Cuba del carburador : tiene como misión mantener constante el nivel de combustible a la salida del surtidor. Esta constituida (figura superior) por un depósito (5) situado en el cuerpo del carburador. Al depósito llega combustible bombeado por la bomba de combustible y entra a través de una pequeña malla de filtrado (1) y una válvula de paso (2), accionada en su apertura o cierre por una boya o flotador (4). La misión de la boya es mantener constante el nivel del combustible 1 a 3 mm por debajo de la boca de salida del surtidor. Este nivel recibe el nombre de nivel de guarda y tiene por objeto evitar que el combustible se derrame por el movimiento e inclinación del vehículo.La regulación de entrada de combustible en la cuba consiste en una válvula que tiene una aguja, unida a la boya por medio de un muelle intermedio (3), la cual cierra el paso del combustible obligada por la acción de la boya. Cuando baja el nivel de combustible cede el muelle y se abre el paso al combustible y abre o cierra el paso del mismo, por el efecto de flotamiento de la boya en el liquido combustible.

Surtidor : consiste en un tubo calibrado (7), situado en el interior de la canalización de aire del carburador, tiene su boca de salida a la altura del difusor o venturi (estrechamiento). Por su parte inferior va unido a la cuba, de la cual recibe combustible hasta el nivel establecido por le principio de vasos comunicantes.A la salida de la cuba va montado un calibre o chicleur (6), cuyo paso de combustible, rigurosamente calibrado y de gran precisión, guarda relación directa con el difusor adecuado para cada tipo de motor. Tiene la misión de dosificar la cantidad de combustible que puede salir por el surtidor en función de la depresión creada en el difusor.

Colector o canalización de aire y difusor (venturi) : el colector de aire forma parte del cuerpo del carburador y va unido por un lado al colector de admisión del motor y por el otro al filtro del aire. En el colector va situado el difusor o venturi que es simplemente un estrechamiento cuya misión es aumentar la velocidad del aire (sin aumentar el caudal) que pasa por esa zona y obtener así la depresión necesaria para que afluya el combustible por el surtidor. Este estrechamiento no tiene que tener aristas ni vértices agudos para evitar zonas de choque y formación de remolinos al pasar el aire.El diámetro mínimo o estrechamiento máximo del difusor es convenientemente estudiado al diseñar un carburador, ya que guarda relación directa con el calibre (chicleur) del surtidor para obtener la dosificación correcta de la mezcla. Asimismo, la forma y dimensiones de los conos de entrada y salida de aire (como se ve en la figura inferior) guardan una cierta relación con las dimensiones del colector. Se ha demostrado experimentalmente que el mayor rendimiento del difusor se obtiene con un ángulo de 30º para el cono de entrada y un ángulo de 7º para el cono de salida.Otra característica que se ha demostrado experimentalmente es que la mayor depresión y succión de combustible no coincide con el máximo estrechamiento del difusor sino un poco desplazada hacia la salida del difusor y cuya distancia seria 1/3 del diámetro de máximo estrechamiento. Por la tanto la boca del surtidor tendrá que coincidir con esta zona de máxima depresión (succión).

Válvula de mariposa : sirve para regular el paso del aire y por lo tanto de la mezcla aire-combustible y con ello el llenado de los cilindros. Se acciona por el pedal del acelerador a través de un cable de tracción que une el pedal con el carburador.

El carburador elemental por si mismo no vale para instalarlo en un vehículo, ya que no se adapta a las diferentes fases de funcionamiento del vehículo. El carburador elemental presenta los siguientes inconvenientes:

No mantiene una dosificación constante (relación estequiométrica) a cualquier rango de revoluciones. No tiene dispositivos que adapten la dosificación a cualquier tipo de regímenes (r.p.m.) No mantiene ralentí No tiene sistema de arranque en frío No tiene enriquecimiento en casos de fuertes aceleraciones.

Las curvas de dosificación del carburador elemental nos indican como evoluciona el caudal de aire a medida que se abre la mariposa de gases y sube progresivamente hasta llegar a un punto donde la aspiración de aire se mantiene constante. La curva de caudal de combustible no empieza a la par que la del aire, lo que indica que la depresión creada en el difusor es insuficiente para succionar combustible del surtidor. A partir de ese momento el caudal del combustible crece mas rápidamente que el del aire.El combustible tiene una viscosidad apreciable sobre todo cuando este ha de pasar por orificios muy pequeños (calibre o chicleur) que actúan como freno Se observa que las dos curvas se cruzan en un punto (Re) este punto coincide con el valor teórico de la relación estequiométrica 1/15,3. Esto indica que la dosificación teórica se consigue solamente para un determinado régimen del motor, en el cual la velocidad del aire, a su paso por el difusor, crea la depresión creada para la succión de combustible en cantidad suficiente para obtener este tipo de mezcla. Esto se consigue, calibrando el surtidor, en función del diámetro del difusor o venturi para un numero de revoluciones normal del motor. Por debajo de este numero de revoluciones las mezclas resultan pobres y por encima las mezcla resultan ricas.En la curva también se puede observar que existe una zona entre (0 - nr) en la que el carburador elemental no suministra combustible y, por tanto, el motor no funcionaria si no se dispone de un circuito auxiliar que alimente el motor durante ese intervalo (para esa misión se utiliza el circuito de ralentí que es un circuito paralelo al carburador elemental).La zona sombreada en la curva indica las revoluciones que alcanza el motor térmico accionado por el motor de arranque.

Esquema de funcionamiento del carburador elementalEl carburador siempre estará acompañado físicamente de dos elementos fundamentales: uno es el que le suministra el aire o mas bien lo prepara para poder trabajar con el, filtrandolo y eliminado el polvo y todas las impurezas que contiene el aire. El otro elemento que acompaña al carburador es el que le suministra el combustible (bomba de combustible).

Filtrado del aire de aspiración: el aire que entra al carburador se filtra antes de entrar al mismo. El filtro de aire iene la misión de eliminar el polvo y las impurezas que contiene el aire, evitando que estas lleguen al interior de los cilindros. La cantidad de polvo que contiene la atmósfera oscila entre 2 y 10 mgr/m3, esto nos da una idea teniendo en cuenta el gran volumen de aire que necesita un motor para quemar la mezcla de aire-combustible, de las cantidades de polvo que se introducen en el cilindro son relativamente elevadas. Este polvo, que se acumula en el interior de los cilindros, unido al aceite lubricante forma una pasta abrasiva que desgasta las válvulas, las paredes del cilindro y los segmentos.Los filtros mas utilizados en vehículos de turismos son los "filtros secos". Estos filtros realizan el filtrado a través de un elemento filtrante a base de papel celuloso o de tejido. Esta constituido por un recipiente de

chapa (4) con tapa en cuyo interior se aloja el elemento filtrante (2). Este elemento filtrante esta formado por un anillo de papel plegado en forma de acordeón, para disponer de mayor superficie de filtrado. El filtro tiene que ser de funcionamiento eficaz y montaje sencillo. La duración del cartucho filtrante es aproximadamente de 10.000 a 20.000 km de funcionamiento dependiendo del terreno donde circule el automóvil, en terrenos muy polvorientos se recomienda un cambio de filtro mas frecuente.

Suministro de combustible: se hace por medio de una bomba de combustible que tiene la misión de aspirar el combustible del depósito y enviarlo al carburador. Esta bombas pueden ser, según su funcionamiento, de accionamiento mecánico o eléctrico (estas ultimas, ya las hemos estudiado en los sistemas de inyección gasolina, por lo que aquí no las vamos a estudiar).La bomba de combustible de accionamiento mecánico, esta formada por un cuerpo o carcasa (1) construido

en dos mitades, entre las cuales va sujeta la membrana elástica (2) que sirve de émbolo, aspirando y comprimiendo el combustible en el interior de la recamara (3). En la parte superior van situados los orificios de entrada y salida de combustible, las válvulas de paso (4 y 5) y el filtro (8). En la parte inferior de la bomba va montado el vástago (7) unido a la membrana elástica y a la palanca de accionamiento (9), que recibe movimiento de la excéntrica del árbol de levas (10). El conjunto de la bomba se sujeta al bloque motor por medio de una brida con tornillos y se interponen unas juntas de cartón amianto y en medio de ellas la placa aislante, que protege la bomba del calor que genera el motor y evita la prematura gasificación del combustible.

Funcionamiento de la bomba: cuando la membrana (2) desciende impulsada por la palanca (9), el vacío interno creado en la recámara (3) abre la válvula (4) y aspira el combustible del depósito que llega por el conducto de entrada de combustible y pasa por el filtro (6), a través de la válvula (4), para llenar el recinto de la recamara (3). Al cesar la acción de la palanca (9), la membrana (2) comprime el combustible de la recámara (3) por efecto del muelle (8). Esta presión hace que se cierre la válvula (4) y se abra la válvula (5), pasando combustible a través de ella por el conducto de salida hacia la cuba del carburador. En la posición neutra o de reposo de la bomba, la presión del combustible al no poder ir hacia el carburador por tener la cuba llena, empuja la membrana hacia abajo y mantiene las válvulas cerradas. La palanca de accionamiento y el muelle no actúan por no poder mover la membrana que esta bajo presión..

Componentes de un carburador

Para poder conseguir unas dosificaciones de mezcla adaptadas a todas las condiciones de funcionamiento del motor, ademas del carburador elemental necesitamos unos dispositivos para la corrección automática de las mezclas, como son:

Un sistema de funcionamiento para marcha normal, constituido por el carburador elemental (ya estudiado), adecuando la dosificación de mezcla en sus calibres a una dosificación teórica de de 1/15.

Un circuito que proporciona la cantidad de combustible necesario para el funcionamiento del motor a bajas revoluciones (ralentí).

Un sistema automático corrector de mezclas, formado por el circuito compensador de aire, para que a bajas y altas revoluciones del motor la dosificación de la mezcla se mantenga igual a la dosificación teórica.

Un circuito economizador de combustible, para adecuar la riqueza de la mezcla a una dosificación de máximo rendimiento, con independencia de la carga de los cilindros.

Un circuito enriquecedor de mezcla (bomba de aceleración), para casos críticos de funcionamiento a máxima potencia.

Un dispositivo para el arranque del motor en frío.

Circuito de ralentíEs un circuito derivado o auxiliar del circuito principal (carburador elemental). Su misión es proporcionar el caudal de mezcla necesario para vencer las resistencias pasivas del motor (resistencias debidas a rozamientos internos del motor así como los órganos que lo acompañan como: alternador, servodirección, etc.). El funcionamiento del circuito de ralentí se mantendrá hasta que entre en funcionamiento el circuito principal (carburador elemental). El circuito de ralentí funciona entre 700 y 900 r.p.m. del motor.

ConstituciónConsiste en un circuito auxiliar (1) que alimenta a los cilindros del motor por debajo de la mariposa de gases (2). Este circuito toma aire de la zona alta del difusor a través de un calibre de aire (3) y succiona el combustible de un surtidor (4) que esta alimentado por la cuba situada en paralelo con el surtidor principal (5). El caudal de salida se regula por medio del calibre (6). La riqueza de la mezcla emulsionada es regulada por medio de un tornillo de estrangulación (7) que suele denominar en muchos carburadores con la letra "W".

FuncionamientoCuando arrancamos el motor el motor sube hasta las 700 - 900 r.p.m., la mariposa de gases esta prácticamente cerrada. La depresión que crean los cilindros en su movimiento de admisión no se transmite al difusor debido a la posición de la mariposa, por lo que el circuito principal no funciona. Sin embargo la gran depresión que existe debajo de la mariposa de gases, si se transmite por el circuito auxiliar (1) al exterior a través del cono del tornillo de regulación (7). La depresión se transmite por el circuito auxiliar hasta el calibre de aire (3) y succiona combustible del surtidor (4), procedente de la cuba, que se mezcla con el aire exterior. La mezcla pasa a través del tornillo de regulación (7) hacia los cilindros y se mezcla con el poco aire que deja pasa la mariposa de gases por el espacio anular (8) que queda entre ella y el cuerpo del colector de aire.

Cuando regulamos el ralentí actuamos sobre dos variables:

Regulación de la riqueza de mezcla : se regula con el tornillo (7), "W" se le llama en muchos manuales, con este tornillo estrangulando mas o menos la depresión transmitida a la zona alta del difusor. Cuanto mayor es la apertura del tornillo, mejor se transmite la depresión existente por debajo de la mariposa de gases y, por tanto, mayor es la velocidad del aire a su paso por el conducto (1) y, en consecuencia, también lo es la cantidad de combustible succionada del surtidor (4).

Regulación del caudal de la mezcla : El caudal de la mezcla que llega a los cilindros, y por tanto la velocidad de giro en el motor a ralentí, se regula por medio de la mariposa de gases, abriendo mas o menos el paso anular de la misma en el colector de admisión. Ambos reglajes (caudal de aire en la mariposa y riqueza de la mezcla en el circuito auxiliar) deben estar perfectamente combinados, ya que una mayor apertura de mariposa trae consigo una mayor aportación de aire adicional y, por tanto, un empobrecimiento de la mezcla. Esto puede hacer que el motor se pare por falta de combustible. Por esta razón se debe adecuar, en función de esa velocidad de régimen, la riqueza de mezcla por medio del tornillo "W".

Progresión hasta el encebado del circuito principalEl motor funcionando en ralentí no tiene dificultades para seguir girando, pero cuando pisamos el acelerador, la mariposa de gases se abre progresivamente, aumenta el caudal de aire y sin embargo el circuito principal del carburador no funciona por que todavía no hay depresión suficiente, como consecuencia se empobrece la mezcla, con lo cual llega un momento en que, por falta de combustible suficiente, el motor se para.Para evitar este problema, se disponen disponen por encima de la mariposa de gases, unos orificios (11) de progresión (by-pass) que se comunican con el circuito de ralentí, de forma que, cuando el motor gira a este régimen, estos orificios quedan por encima de la mariposa de gases y no actúan porque en esa zona la depresión es baja.

A medida que se abre la mariposa de gases, para pasar de funcionamiento de ralentí a funcionamiento normal, se destapa uno de estos orificios by-pass y se transmite por el una mayor depresión al exterior, con lo cual la succión de combustible aumenta, para compensar el paso de mayor caudal de aire que permite la mariposa. Por el orificio by-pass sale la mezcla de ralentí lo mismo que sale también por el orificio de paso que gradúa el tornillo de paso "W".Cuando la acción de la mariposa obliga a descubrir el segundo orificio de by-pass, la depresión no aumenta en el circuito de ralentí, ya que parte de ella se transmite por el colector principal, pero aumenta en cambio la salida de mezcla que, en este momento, sale por los dos orificios y por el orificio de paso que le permite el tornillo "W". En estas condiciones el motor se mantiene en funcionamiento transitorio hasta que la depresión en difusor es ya suficiente para el cebado y succión del circuito principal.Una vez que este circuito está en funcionamiento, el circuito de ralentí continua actuando hasta que la velocidad del

aire a su paso por el difusor, por tener mejor acceso, anula la succión por el soplador de ralentí y este circuito deja de funcionar.

Interferencias entre el circuito principal y el de ralentíCuando el circuito principal entra en funcionamiento, el surtidor principal suministra el caudal de combustible necesario, lo que hace bajar el nivel en el surtidor de ralentí hasta vaciarlo. Ocurre que cuando la mariposa de gases vuelve a su posición de ralentí, el circuito principal se desenceba por falta de depresión y deja de funcionar; pero como el circuito de ralentí no puede succionar combustible en ese momento, por estar el surtidor vacío, el motor se para.Para evitar este problema se practica un orificio calibrado (12, figura de arriba) de no inversión a la altura del difusor, que se comunica con el surtidor (4) de ralentí. Este orificio mantiene una depresión suficiente en el mismo para que el nivel no descienda y así, al retornar la mariposa de gases a su posición de ralentí, este circuito entra inmediatamente en funcionamiento.

Sistema automático corrector de mezcla (compensador)En el estudio del carburador elemental se vio que a grandes velocidades y aumento de numero de revoluciones del motor, el enriquecimiento de la mezcla aumentaba innecesariamente, aumentando por tanto el gasto de combustible. Para frenar el gasto de combustible en esos momentos. el mismo aire de aspiración que circula a gran velocidad se encargara de frenar la salida de combustible por el surtidor.Según el método empleado, el sistema corrector de mezcla puede ser de dos tipos:

Por compensación del aire sobre el surtidor principal. Con surtidor auxiliar y pozo de compensación.

Corrector de mezcla por compensación en el surtidor principalEste sistema consiste en que en el surtidor principal (5) se introduce un tubito llamado pozo compensador o emulsionador (2), con varios orificios a distintas alturas, y que comunica en su parte superior con el colector de admisión por medio de orificio calibrado (4), llamado soplador.Cuando el motor funciona a régimen normal, el calibre o chiclé principal (1) proporciona un caudal de combustible necesario para el funcionamiento del motor dentro de la dosificación teórica, por lo que el pozo compensador se mantiene se mantiene lleno hasta el nivel establecido y con todos los orificios del tubo compensador tapados.Cuando la depresión en el surtidor aumenta, debido al mayor numero de revoluciones del motor, la succión de combustible es mayor y arrastra mayor cantidad de combustible del que deja pasar el calibre (1), con lo cual el nivel del surtidor baja. Al quedar libres los orificios del tubo emulsionador (2), se establece una corriente de aire que entra por el calibre de aire (4) y sale por los orificios destapados. Esta corriente de aire se mezcla con el combustible que sale por el surtidor y proporciona, de esta forma, un caudal de combustible rebajado a la corriente de aire que pasa por el difusor.Cuanto mayor sea el numero de revoluciones del motor, mayor será la depresión y descenso del nivel del pozo, con lo que al destaparse mayor numero de orificios la cantidad de aire que entra por ellos es mayor y, por tanto, la cantidad de combustible que sale por el surtidor se empobrece en la en la misma proporción.

Ajuste y reglaje de los calibres (chicleur)El calibre principal (1) de paso de combustible y el calibre de aire (4) deben de estar perfectamente calibrados y ajustador para que guarden una cierta relación entre sí, de forma que el empobrecimiento de la mezcla resultante se ajuste a la dosificación teórica.

Hay distintos tipos de surtidores con correctores de riqueza, por ejemplo la marca Solex muy popular en vehículos europeos, utiliza tres sistema que se aplican al surtidor según los casos. Al sistema corrector de mezcla lo llaman "automaticidad".

Corrector de mezcla con surtidor auxiliar y pozo de compensaciónEn otros modelos el sistema compensador o corrector de mezcla consiste en añadir un surtidor más, como ocurre en los carburadores de la marca Zenith. Ademas del surtidor principal lleva otro surtidor auxiliar (2) alimentado directamente por la cuba (7), cuya caudal es controlado por un calibre de menor paso (4) y un pozo compensador intermedio (5) que se comunica con la atmósfera a través de un calibre de aire (6).Ambos surtidores están calibrados, para que aporten en conjunto un caudal de combustible correspondiente a la dosificación teórica en marcha normal de funcionamiento. Estos surtidores no pueden intercambiarse entre sí.

FuncionamientoCuando la depresión en el difusor sobrepasa a la de funcionamiento normal, al ser la aportación de combustible inversamente proporcional a su diámetro para una misma succión, baja el nivel del pozo (5) y se suministra menor cantidad de combustible, al ser mayor el recorrido para salir del surtidor, con lo cual la mezcla se empobrece progresivamente.Cuando el pozo compensador se ha vaciado, se establece una corriente de aire que pasa por el calibre (6), arrastrando el combustible que sale por el calibre (4) para mezclarse con la mezcla del surtidor principal (1) y proporcionando a los cilindros una mezcla de máximo rendimiento en cuanto a la dosificación de la misma.

Economizadores La acción empobrecedora del sistema compensador puede ser reforzada en ciertos momentos mediante el empleo de economizadores, que actúan sobre la cantidad de combustible de la mezcla o sobre la cantidad de aire. El sistema compensador o corrector de mezclas no tiene en cuenta la apertura de la mariposa, enriqueciendo la mezcla para pequeñas aperturas de mariposa, pero para grandes aperturas la mezcla se empobrece demasiado al entrar gran cantidad de aire en los cilindros.Los economizadores de combustible actúan en los momentos en que no se necesita una gran potencia del motor y enriquecen la mezcla cuando se necesita esta potencia en la zona de máxima apertura de mariposa.Los sistemas empleados pueden ser de dos tipos:

Economizador por freno de combustible Eonomizador por regulación del aire de compensación

Economizadores por freno de combustible

Sistema de econostato simple : es uno de los mas utilizados, consiste en un tubo sobrealimentador de paso calibrado, sumergido directamente en la cuba y que desemboca en la entrada de aire principal del colector por encima del difusor.Funciona por succión directa del combustible cuando la velocidad del aire a su paso por el colector (grandes cargas) es lo suficientemente elevado para succionar el combustible por la boca del tubo.Este sistema tiene la ventaja de que puede utilizar un surtidor principal de menor diámetro, capaz de suministrar un caudal de combustible adecuado y en combinación con el sistema compensador. Se emplea para dosificaciones de máximo rendimiento en el motor (1/18) y en los momentos de plena carga, cuando se solicita la máxima potencia del motor. El econostato suministra el caudal de combustible complementario para una dosificación de máxima potencia (1/12,5), con lo cual se consigue una economía de combustible a bajos regímenes de funcionamiento del motor y una mezcla rica en las máximas prestaciones de potencia.

Sistema de econostato comandado : consiste en un circuito sobrealimentador de combustible en el circuito principal, regulado por una válvula de membrana, controlada a su vez por un tubo de vacío situado por debajo de la mariposa de gases.- Para pequeñas y medianas aperturas de la mariposa de gases, la depresión existente por debajo de ella es grande. Dicha depresión se transmite por el tubo hasta la cámara de vacío de la válvula de membrana, venciendo la acción del muelle y tirando de la membrana que cierra la válvula. De esta forma se corta el suministro de combustible al conducto sobrealimentador. En estos casos el surtidor principal es solamente alimentada por su calibre de paso o chicleur y el que actua en la corrección de la mezcla es el sistema compensador, adecuandola al numero de revoluciones motor. - Para regimenes de máxima apertura de la mariposa de gases (solicitud de máxima potencia en el motor) la depresión por debajo de la mariposa es pobre e insuficiente para vencer la fuerza del muelle. Entonces la válvula abre el conducto sobrealimentador, que proporciona un caudal de combustible supletorio, controlado por el calibre que tiene el econostato. Esto hace subir el nivel en el surtidor principal y proporciona, para ese régimen de funcionamiento, una mezcla de dosificación máxima (1/12,5).En deceleración, la mariposa de gases vuelve a cerrarse y actúa nuevamente la depresión por debajo de ella sobre la válvula de membrana, que se cierra para frenar el gasto de combustible.

Economizador por regulación de aire de compensaciónEn este sistema se dispone en pozo del circuito compensador (1) con doble surtidor auxiliar de aire (2), una válvula (3) que controla la aportación de aire en la corrección de mezcla por compensación. Dicha válvula actua, como en el caso anterior, en función de la depresión existente por debajo de la mariposa de gases, según la apertura de la misma. El pozo compensador dispone de una doble entrada de aire (2) (dos calibres de aire).- Para pequeñas y medianas aperturas de mariposa de gases, la depresión existente por debajo de ella crea el vacío suficiente en el tubo (5) para vencer la acción del muelle (4) y atraer a la válvula de cierre (3), que deja libre los dos pasos de aire (2) al pozo compensador. En esta posición, la aportación del aire al circuito compensador entra por los dos calibres de aire y actúa el corrector de mezcla normalmente.- Para grandes aperturas de mariposa, proximas a la máxima solicitud de potencia, la depresión en el tubo (5) es insuficiente para atraer la válvula (3), por efecto de su muelle (4), cierra uno de sus pasos de aire, y al ser menor la aportación de aire en el circuito corrector de mezcla, esta se enriquece a la salida del surtidor auxiliar. Ambos pasos de aire (2) estan calculados para una dosificación conjunta de 1/15 y para que la dosificación individual alcance la de máxima potencia (1/12,5).

Bomba de aceleraciónCuando se pisa el pedal del acelerador con decisión para conseguir una aceleración rápida, por ejemplo: para hacer

adelantamientos o subir cuestas, se precisa de un dispositivo en el carburador que enriquezca la mezcla de forma inmediata. Al acelerar de forma decidida, la mariposa de gases se abre de golpe, pero la mezcla no se enriquece de inmediato ya que, por efecto de inercia, el combustible tarda mas en llegar al surtidor y, como el aire reacciona al instante, la mezcla se empobrece momentáneamente. Para evitar este inconveniente se instala en el carburador un circuito de sobrealimentación, cuya misión es proporcionar una cantidad adicional de combustible al circuito principal, con objeto de enriquecer momentáneamente la mezcla y obtener la potencia máxima instantánea del motor, hasta el momento en que actúe el enriquecedor de mezcla.

Se diferencia varios tipos de bombas de aceleración:

Bomba de aceleración de membrana : esta constituida por un tubo inyector de combustible (8), con su boca de salida en el interior del colector de aire, comunicado con la cuba de donde toma combustible, a través de una válvula antirretorno (2). De aquí pasa al interior de la cámara de la bomba donde esta la membrana (1) que es accionada por la palanca articulada (6). La bomba aspira combustible de la cuba cuando es empujada hacia la derecha por el muelle (3). Cuando se pisa el acelerador se transmite el movimiento de apertura de la mariposa a través de la varilla de mando (4), está, a su vez, empuja la palanca articulada (6) hacia a la izquierda, moviendo también la membrana (1) que empuja bombeando el combustible a través de la válvula antirretorno (7) hacia el tubo inyector de combustible (8). Con esto se inyecta combustible extra en le colector de aire para enriquecer la mezcla en momentos en se solicita máxima potencia al motor.Como se puede observar, la inyección de combustible es momentánea, pues al pisar el acelerador solo se produce una inyección de combustible. Al dejar de acelerar, la membrana (1) retrocede y aspira combustible de la cuba para llenar nuevamente la cámara de la bomba. Así queda preparada para la próxima inyección de combustible.

Bomba de aceleración de émbolo : muy parecida a la anterior, en este caso utiliza un émbolo (4), que movido también por la mariposa de gases aspira combustible a través de una válvula antirretorno (5) para llenar su cilindro o cámara de bombeo, cuando el embolo (4) es empujado hacia abajo por la palanca de mando (1), se bombea el combustible a través de la válvula antirretorno de salida (6) hacia el tubo inyector situado en el colector de aire.

Dispositivos de arranque en fríoCuando el motor esta frío, el combustible que se suministra al motor por parte del carburador se condensa en las paredes de los colectores, por lo que el cilindro no le llega apenas combustible. Si a esto se añade la escasa succión que provocan los pistones cuando el motor de explosión es movido por el de arranque, tendremos una gran dificultad para conseguir que el motor de explosión se ponga en marcha. Para asegurar el arranque en frío se dispone de un sistema que aumenta la riqueza de la mezcla lo suficiente (r = 1/4), compensando así las perdidas de combustible por condensación en las paredes. El sistema de arranque en frío se le llama comúnmente "estrangulador" o bien "starter".

ClasificaciónSe pueden diferenciar varios sistemas de arranque en frío, por su forma de accionamiento (manuales y automáticos) y por su forma constructiva (estrangulador, starter):

1. Manuales: - starter; bistarter - estrangulador El mando de puesta en funcionamiento y fuera de servicio es "manual".

2. Automáticos: - starter - estranguladorEl mando de puesta en funcionamiento y fuera de servicio es "automático".El elemento que abre o cierra el el starter o estrangulador puede ser un:- Lamina bimetálica- Elemento termodilatablePueden calefactarse mediante agua, resistencia eléctrica o aire caliente.

Estrangulador manual : uno de los dispositivos mas empleados, consiste en una segunda mariposa de gases (1), colocada por encima del difusor, la cual puede ser cerrada mecánicamente por medio de una varilla o cable unido a un mando situado en el interior del habitáculo (salpicadero) y al alcance del conductor.La mariposa del estrangulador va montada con su eje descentrado (5) y combinada por un sistema de varillas de unión con la mariposa de gases (6), de forma que, cuando se cierra la mariposa de estrangulación de aire, se abre un poco la mariposa de gases (abertura positiva), permitiendo un mayor numero de revoluciones del motor en su funcionamiento a ralentí y asegurando el funcionamiento del motor una vez arrancado.El enriquecimiento de la mezcla (r = 1/4) se produce debido a que, al estar cerrada la entrada de aire por encima del difusor, la depresión creada por los cilindros no puede transmitirse al exterior. Esto crea una gran depresión a la altura del surtidor de combustible, con lo cual la succión en el mismo es grande, aportando al poco aire que deja pasar la mariposa estranguladora gran cantidad de combustible, lo que proporciona a la

mezcla una dosificación muy rica, necesaria para el arranque del motor en estas condiciones.Una vez arrancado el motor, cuando este aumenta de revoluciones, también aumenta la riqueza de la mezcla. Cuando disminuye la condensación (por calentamiento del motor), la succión de aire es mas fuerte, lo que hace que la mariposa estranguladora se abra parcialmente por efecto de su eje descentrado, permitiendo un mayor paso de aire que compensa el enriquecimiento de la mezcla, para que el motor no se ahogue por exceso de combustible.Cuando el motor ha alcanzado su temperatura de régimen, hay que abrir la mariposa de arranque en frío, con lo cual la mariposa de gases vuelve a su posición normal de funcionamiento a ralentí.En algunos carburadores se coloca sobre la mariposa estranguladora una "válvula empobrecedora" que controla la entrada de aire a medida que el motor toma revoluciones, permitiendo, a través de la misma, un mayor caudal de aire que compensa la riqueza de la mezcla a medida que el motor se calienta.

Starter manual : es el formado por un circuito auxiliar para arranque en frío. Se prescinde del la mariposa estranguladora y con un circuito auxiliar se alimenta directamente a los cilindros por debajo de la mariposa de gases. Para controlar este circuito se utiliza una válvula de cierre giratoria de mando manual que acciona el conductor desde el tablero de mandos.Cuando se quiere arrancar el motor se abre la válvula de paso (4) formada por un disco con unos orificios que cuando coinciden dejan pasar la mezcla aire-combustible que circula por el circuito auxiliar (1) y sale por debajo de la mariposa de gases (5) al colector de aire. La aspiración de mezcla a través del circuito auxiliar se efectúa por la depresión que existe en el colector por debajo de la mariposa de gases (5). Cuando la mariposa esta cerrada, la depresión que se transmite por este circuito a la parte alta del carburador crea una corriente de aire auxiliar que entra por el conducto (3) y succiona combustible del surtidor auxiliar (2) calibrado para obtener gran riqueza en la mezcla) que se une con el aire que deja pasar la mariposa de gases, para alimentar los cilindros.A medida que el motor gira mas deprisa, la aspiración de aire por el colector es mayor. Así se regula la riqueza de la mezcla que llega a los cilindros y se frena en parte el aire que entra por el conducto (3), lo que hace que la succión de combustible sea menor. Cuando el motor alcanza su temperatura de régimen se cierra la válvula, quedando anulado el circuito de arranque en frío.

Estrangulador automático : en este dispositivo el accionamiento de la mariposa estranguladora se realiza de manera automática sin intervención del conductor. También dentro de la denominación "starter" esta el sistema que prescinde de la mariposa estranguladora y se sustituye por un circuito auxiliar de alimentación para arranque en frío.En los sistemas que utilizan válvula estranguladora se utiliza un muelle de lamina bimetalica que, al contraerse por el frío, cierra mas o menos la mariposa. Esta se abre por dilatación del muelle, cuando el motor ha alcanzado su temperatura de régimen.La mariposa estranguladora, a su vez, va unida a una válvula que actúa en función de la depresión creada por los cilindros debajo de la mariposa de gases. Esta válvula abre progresivamente la mariposa de arranque en frío, a medida que la depresión es mayor, y permite un mayor paso de aire para compensar la riqueza de la mezcla, cuando el motor se revoluciona.

Starter automático : Seria igual que el starter manual, la diferencia esta en el accionamiento que seria automático, por medio un elemento termodilatable, por ejemplo una lamina bimetálica en forma de espiral.

Nota: a lo largo del articulo se ha mencionado la palabra "calibre principal" como parte del carburador, a este elemento también se le denomina de varias formas como: chiclé, chicler, chicleur, gliceur, etc.

Tipos de carburadoresExisten muchas marcas y tipos de carburadores, entre las distintas marcas de carburadores están: Solex, Zenith, Weber, Stromberg, Carter, Irz, etc. Según la forma y disposición de sus elementos constructivos, se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Carburadores de difusor fijo Carburadores de difusor variable Carburadores dobles Carburadores de doble cuerpo (escalonados

Resumiendo lo explicado en le anterior capitulo podemos hacer un cuadro muy descriptivo de lo visto hasta ahora:

La mayoría de los carburadores actuales, además de la cuba a nivel constante, se compones de:

Elemento del carburador Tipo de carburador

Surtidor principal con su calibre o chiclé todos

Surtido de ralentí con su calibre o chiclé todos

Compensador o correctores de mezcla

- Surtidor auxiliar de gasolina

- Soplador de aire

- Zenith, que en los ultimos modelos se une al principal en una sola boquilla.

- Solex, Weber, Stromberg, holley, Irz

Ecomomizador- Freno sobre la gasolina

- Aumento de aire

- Solex, Stromberg, Cárter

- Zenith

Bomba de aceleraciónen los automóviles modernos

Todos

Dispositivo de arranque en fríoen los automóviles modernos

Todos

El único carburador que es distinto a los demás, es el S.U

Carburadores de difusor fijoEste tipo de carburador al que pertenecen la mayoría de los modelos de todas las marcas (excepto los carburadores S.U) se caracterizan por mantener constante el diámetro del difusor o venturi, con lo cual la velocidad del aire y la depresión creada a la altura del surtidor son siempre constantes para cada régimen del motor, en función de la mayor o menor apertura de la mariposa de gases.Los diferentes modelos o marcas de carburadores existentes en el mercado, basan su funcionamiento en los principios teóricos ya estudiados en capítulos anteriores, se diferencia esencialmente en la forma de realizar la regulación de la mezcla, empleando uno u otro dispositivo que ya iremos viendo. La toma de aire en todos los circuitos y la aireación de la cuba se realizan a través del colector principal, asegurando así en todos los pasos de aire, la purificación del mismo por medio del filtro.Estudiaremos cada marca de carburador por separado en capitulos posteriores del curso.

Se puede hacer otra clasificación dentro de los carburadores de difusor fijo y tiene que ver con la posición del colector de aire y su difusor:

vertical ascendente vertical descendente o invertido (el mas utilizado) horizontal o inclinado

Carburadores doblesEl carburador doble utilizado generalmente en vehículos de altas prestaciones y de competición, esta formado por dos carburadores simples, como los ya estudiados unidos en un cuerpo común. Lleva dos colectores de aire y cada uno de los carburadores tiene todos los circuitos correspondientes para la formación y dosificación de la mezcla. Cada uno de los colectores desemboca por separado en un colector de admisión independiente para alimentar con cada uno de los carburadores a la mitad de los cilindros del motor. De esta forma se consigue un mejor llenado de los mismos y un perfecto equilibrio en relación con la mezcla.

Se alimenta de una cuba "común" que suministra cantidades de combustible equivalentes a cada uno de los carburadores. El mando de los mismos se realiza con el acelerador del vehículo, que acciona simultáneamente las dos mariposas de gases, unidas por un eje común.Para el resto de circuitos (compensación, economizadores, bomba de aceleración y arranque en frío) se adopta el sistema correspondiente a cada tipo o marca de carburador.

Existen motores sobre todo de competición que utilizaban un carburador por cilindro, todos los carburadores sincronizados para abrir y cerrar la mariposa de gases al mismo tiempo. El inconveniente de estos carburadores es que tienen que estar perfectamente equilibrados para suministrar el mismo caudal de mezcla a cada uno de los cilindros del motor.

Carburadores de doble cuerpo o escalonadosCuando la cilindrada de un motor ronda los 1.5 L. el volumen de mezcla a suministrar para alimentar el motor es apreciable. Debido a esto, nos surgen varios inconvenientes, por una parte nos conviene que el diámetro del difusor sea estrecho para cuando se circula a bajas r.p.m., con objeto de que el aire se acelere y vaporice la gasolina que aspira del surtidor. Pero cuando se necesita potencia, si el difusor es muy estrecho limita el paso de aire por el colector. Para solucionar estos problemas están los carburadores de doble cuerpo, que tienen una sola entrada de aire por un filtro de aire único, también tienen una sola cuba de combustible. y un único sistema de arranque en frío, los demás elementos y circuitos que forman un carburador son independientes.

De los dos cuerpos que forman el carburador, uno es el llamado "principal" (se distingue por tener la mariposa de gases mas pequeña, diámetro menor), proporciona toda la mezcla necesaria al motor mientras el acelerador se pisa hasta un tercio o la mitad de su recorrido; mas a fondo empieza a abrirse ya rápidamente la mariposa del segundo cuerpo (secundario), con lo que se proporciona al motor gran volumen de mezcla para grandes cargas del motor (acelerador pisado al máximo). En este tipo de carburadores el estrangulador para arranque en frío, va montado en el cuerpo principal, en algunos casos, en otros como en la figura superior, lleva mariposa estranguladora en los dos cuerpos..Estos carburadores, pueden tener los cuerpos de diferentes dimensiones y se aplican a motores de 4 y 6 cilindros.

Constitución y funcionamientoEste carburador esta formado por dos colectores de admisión unidos por un cuerpo común, con dos surtidores independientes alimentados por una cuba común. En el cuerpo principal, se dispone un difusor de menor diámetro que en un carburador normal, para conseguir, a bajas r.p.m. del motor, una mayor velocidad de aire y, por tanto, una mejor succión de combustible para formar la mezcla. En el segundo cuerpo del carburador (cuerpo secundario), que solo funciona a altos regímenes del motor, se dispone un difusor mas ancho para obtener un mejor llenado de los cilindros para grandes cargas del motor.

Las mariposas de gases (5) y (6) en los dos cuerpos del carburador van sincronizadas en su apertura, de forma que, hasta un determinado régimen de funcionamiento, la mariposa del segundo cuerpo permanece cerrada, por lo que este cuerpo no proporciona mezcla. Pero cuando la mariposa de gases del cuerpo principal alcanza un determinado régimen de funcionamiento (aproximadamente los 2/3 del recorrido), comienza la apertura de la mariposa (6) en el cuerpo secundario. Este carburador empieza entonces su funcionamiento a ralentí, que aporta su mezcla a la del cuerpo principal. A partir de ese momento, se abre la mariposa de gases secundaria sincronizada con el cuerpo principal, pero mas rápidamente que esta, de forma que, con el acelerador pisado a fondo, ambas mariposas están totalmente abiertas.

Moviendo progresivamente el pedal del acelerador (figura inferior), se abre primero la mariposa de gases del cuerpo principal (A), accionada desde la palanca (1) unida a su eje. Llegada a un cierto ángulo de apertura, el tetón tope de arrastre (2) obliga al sector dentado a seguir en su movimiento a la mariposa (A), lo que a su vez implica el comienzo de la apertura de la mariposa del segundo cuerpo (B), cuyo sector engrana directamente con el del primero. A causa de la diferencia de radios de estos sectores, la velocidad con se que abren ambas mariposas es diferente.

Circuito de ralentíEste circuito con su calibre de mezcla y pasos de by-pass, va dispuesto en el cuerpo principal para la alimentación del motor en vacío. En el segundo cuerpo hay un circuito análogo, pero sin regulador de mezcla, que sirve como paso de transición desde que la mariposa de gases de este cuerpo comienza a abrirse hasta que entra en funcionamiento el surtidor principal del segundo cuerpo.

Sistema compensadorEste sistema para la regulación de la mezcla suele ser de tubo de emulsión. Se instala en cada uno de los surtidores de ambos cuerpos, los cuales regulan por separado la riqueza de la mezcla en cada uno de los circuitos .

Dispositivos especialesComo dispositivos de arranque en frío, econostato y bomba de aceleración se emplea uno de los sistemas ya estudiados. El de arranque en frío va montado sobre el cuerpo principal del carburador, ya que este es el que actúa en el momento de arranque. El econostato y la bomba de aceleración se disponen sobre el cuerpo secundario, ya que el enriquecimiento de la mezcla debe realizarse a grandes cargas del motor, precisamente cuando entra en funcionamiento el segundo cuerpo.

Carburadores cuádruplesEs una combinación de los dos modelos de carburadores estudiados anteriormente, se trata de dos carburadores de

doble cuerpo unidos para formar un carburador cuádruple. Estos carburadores se utilizan principalmente en motores en V de 8 cilindros. Esta formado por 4 cuerpos de carburador con cuba de combustible y filtro de aire únicos y comunes para todos. De los 4 cuerpos dos son principales, sirviendo cada uno para alimentar a 4 cilindros del motor y los otros dos cuerpos son secundarios de los principales. Los cuerpos principales tienen unidas físicamente las mariposas de gases para poder abrir y cerrar a la vez como si de un carburador doble se tratase. Las mariposas de gases de los cuerpos secundarios funcionan de manera dependiente de las primarias siempre por detrás de estas ultimas.

Para el mismo motor anterior, de 8 cilindros en V, se pueden utilizar dos carburadores cuádruples, con ello se mejora el llenado de los cilindros por lo tanto aumenta el rendimiento volumétrico del motor. El inconveniente de este montaje es la sincronización y puesta a punto de las mariposas de gases, requiere unas gran dosis de paciencia, destreza y la utilización de un equipo especifico de comprobación.

La suma de carburador o carburadores y colector admisión es indispensable a la hora del diseño de motores, para conseguir el máximo rendimiento. La utilización de un carburador por cada cilindro del motor, es lo máximo a la hora de conseguir el máximo rendimiento. Pero claro esta, que este diseño esta reservado a los coches de carreras, para vehículos de serie existen configuraciones mas sencillas, quetambién ofrecen muy buenas prestaciones, siempre buscando la forma de mejorar el rendimiento volumétrico del motor.

Carburadores de difusor variableEste tipo de carburador diferente a los estudiados hasta ahora, se emplea principalmente en motocicletas, aunque también ha sido usado por automóviles de origen britanico como: Rolls-Royce, Jaguar, grupo BMC, etc,. El nombre de una marca de estos carburadores es "S.U", cuyo nombre procede del apellido del inventor y la sociedad que lo fabrico (Skinner United). Se caracteriza por tener el difusor variable y suele colocarse de forma horizontal. La sección del difusor se controla por una válvula de vacío, la cual aumenta o disminuye el diámetro del dicho difusor, en función de las condiciones de funcionamiento del motor. De esta forma se regula en todo momento y de una forma automática, la riqueza de la mezcla.

ConstituciónTiene un cuerpo principal o colector de aire, sobre el que va instalado el surtidor, que se alimenta de la cuba. Este surtidor es desplazable en su alojamiento (17) por un sistema de tirador (tirador-palanca de mando) situado al alcance del conductor, de forma que, cuando su boca desciende con relación a la aguja (2), el paso del combustible se hace mayor.

Sobre el colector de aire, y en la parte superior del mismo, va dispuesta la válvula de mando. Esta consiste en una campana de vacío (15), en cuyo interior se desplaza un embolo (6) unido al amortiguador hidráulico (7), cuyo desplazamiento es controlado por un muelle (11). El interior de la campana se comunica con el colector de aire a través del conducto (4), por el cual se efectúa el vacío interno para el desplazamiento del émbolo, que es compensado por el aire que entra del exterior por el conducto (5).En el interior del amortiguador hidráulico, lleno de aceite fluido, ajusta un pistón fijo (10) de compensación, el cual efectúa su acción amortiguadora al pasar el fluido de un lado al otro de la cámara por el orificio (16). La posición de este pistón se regula por medio de la tuerca (14).

Arranque en fríoSe desplaza hacia abajo el surtidor de combustible (17) por medio de del dispositivo mecánico (18) que, a su vez, abre un poco la mariposa de gases y hace que aumente el paso de salida de combustible, el cual puede afluir por el surtidor con mayor facilidad.Al no existir depresión en el colector por estar la mayoría de gases casi cerrada, el aire no se transmite al interior al interior de la válvula. Por la acción del muelle (11) dicha válvula se mantiene en la posición mas baja, cortando casi por completo el paso del aire por el colector. En esta posición, al arrancar el motor, la corriente de aire alcanza gran velocidad a su paso por el difusor, succionando gran cantidad de combustible que enriquece la mezcla para el arranque del motor en estas condiciones.Cuando el motor va adquiriendo su temperatura de régimen, la riqueza de la mezcla que llega a los cilindros es mayor, ya que disminuye la condensación del combustible, con lo cual la aspiración es mas fuerte. En estas condiciones se aspira también el aire de la campana (15), cuyo vacío interno desplaza hacia arriba al embolo (6), aumentando la sección de paso en el difusor. Esto permite un mayor caudal de combustible, y al ser menor su velocidad, la succión de combustible es menor. De esta forma se compensa el enriquecimiento de la mezcla cuando el motor se caliente.

Funcionamiento a régimen normal y aceleración

Funcionamiento a ralentí y normal: funcionando el motor a ralentí y régimen normal, se desplaza el surtidor (17) a su posición normal de combustible. En esta posición, la aguja de la válvula cierra mas o menos la salida de combustible y proporciona el caudal preciso del mismo, en función de la aspiración de aire por los cilindros, regulado por la mariposa de gases.

Función compensadora y economizadora: esta función es el carburador se realiza automáticamente al variar la velocidad del aire a su paso por el difusor controlado por la válvula de vacío. Cuando el motor acelera por encima de su régimen normal de funcionamiento, la succión de aire en el colector es mas fuerte. En esta situación succiona también el aire de la campana a través del paso (4) y crea un vacío en el interior de la misma que hace subir el émbolo (6). De esta forma aumenta el diámetro del difusor, y con ello la velocidad y la depresión en el surtidor decrecen, succionando, por tanto, una menor cantidad de combustible y empobrecimiento la mezcla a medida que el motor gira a mayor velocidad.

Cuando se necesita una aceleración rápida y mayor potencia en el motor, se pisa el acelerador y, al abrirse la mariposa de gases, la depresión de los cilindros se transmite rápidamente a la zona del difusor, creando una fuerte corriente de aire a través del mismo y una fuerte succión en la válvula de vacío.Pero como el émbolo (6) no puede desplazarse a la misma velocidad, ya que es frenado su desplazamiento por el amortiguador, el paso rápido del aire se realiza por un pequeño espacio del difusor, con el cual la succión de combustible es mayor, enriqueciendo la mezcla. De esta forma actúa como bomba de aceleración y proporciona una dosificación momentánea de máxima potencia.

Carburador SolexEsta marca de carburadores muy utilizada en vehículos europeos emplea para la regulación de la mezcla un tubo compensador instalado en el surtidor principal y una bomba de aceleración de membrana, que aporta directamente un caudal de combustible auxiliar sobre el colector de aire por medio de un tubo inyector. El sistema de arranque en frío y el economizador, presenta variantes dependiendo de los modelos de carburador de la marca.

Carburador Solex F-32 BICSA: emplea como economizador un econostato simple, sumergido en la cuba, que desemboca en el colector de aire, proporcionando para grandes cargas una dosificación de máxima potencia.Para el arranque en frío dispone de una mariposa estranguladora (7) colocada encima del difusor, la cual lleva incorporada una válvula reguladora (8) provista de un resorte tarado, que mantiene cerrado el paso de aire durante el arranque. Cuando el motor se pone en funcionamiento, la succión de los cilindros provoca la apertura de la válvula y esta permite un mayor paso de aire para asegurar la dosificación correcta de la mezcla.El cuerpo del carburador lleva un "sistema calefactor" por medio de una derivación del agua de refrigeración del motor. Así se evita la condensación y la congelación del combustible en las paredes y se favorece la evaporación del mismo durante la emulsión.

Carburador Solex F-32 PBIC: presenta como variante el sistema de arranque en frío, que utiliza la alimentación directa del motor por medio de un circuito auxiliar (starter). Los demás sistemas son idénticos a los ya estudiados para este tipo de carburadores.

Carburador Solex F-32 DITA-4: utiliza como economizador un econostato comandado (18) por una válvula de vacío, el cual aporta un caudal de combustible supletorio sobre el surtidor principal, lo que permite enriquecer la mezcla para las grandes cargas del motor. Para el arranque en frío utiliza una mariposa estranguladora (16), situada por encima del difusor y acoplada a un starter automático (9, 10, 11, 12). Para efectuar la apertura de la mariposa en función de la temperatura del motor, la lamina bimetálica del starter es calentada por una derivación del circuito del agua de refrigeración (6), regulando así la entrada de aire en el colector.

A continuación tenemos diferentes esquemas de los elementos mas importantes que conforman los carburadores de esta marca.

Un carburador bastante evolucionado es el que tenemos en la figura inferior, en el cual el combustible llega de la cuba por el calibre (1) y sigue al pozo (2). De aquí sale por el conducto (3) el suministro para el calibre (4) de ralentí, mezclandose con el aire que entra por el calibre de aire auxiliar (5) y llega al tornillo de riqueza de ralentí (8) a través del conducto interno (7).Funcionamiento

Marcha normal : El aire al pasar por el estrechamiento del difusor, arrastra por los orificios inclinados (9), el combustible del pozo (2), que sube rodeando el tubo emulsionador (10). A medida que baja el nivel se descubren los orificios laterales del tubo por los que sale el combustible emulsionado con el aire que entra por el soplador (11).

Bomba de aceleración : es de funcionamiento neumático por la fuerza del vacío, y actúa al mismo tiempo de economizador. La bomba tiene membrana simple o doble (12) (como en la figura), empujada hacia la derecha por el muelle (13). A la cámara de vacío (14) llega la depresión que se crea por debajo de la mariposa de gases. Cuando la succión de los cilindros es fuerte, el vacío en la cámara (14) vence la fuerza del muelle y la membrana se mueve hacia la izquierda y llena la cámara de la bomba (15) con combustible que llega desde la cuba y pasa a través de una válvula antirretorno situada en la cámara (15). Durante este recorrido hacia la izquierda de la válvula de cierre (16) arrastrada por la membrana, hace un recorrido apreciable antes de obturar su asiento, durante este recorrido absorbe combustible del pozo (2), frenando así la salida de combustible por el surtidor principal: en este caso el funcionamiento de la membrana y su válvula haría las veces de "economizador".Si la membrana (12) se equilibra sin llegar a cerrarse la válvula (16), por el calibre (17) fluye al pozo parte de gasolina que llega desde la cuba; la alimentación del surtidor es normal, pues la alimentación que viene completada con la emulsión de aire que entra por (5) arrastra combustible del surtidor de ralentí (4) ya que el ralentí ahora no funciona. Cuando la válvula (16) cierra sobre su asiento, se corta el suministro por el calibre (17) y se obtiene el efecto economizador normal. Pero si se abre de golpe la mariposa de gases, baja notablemente el vacío en la cámara (14) y el muelle arrastra a la membrana hacia la derecha, haciendo que la válvula empuje el combustible hacia el pozo (2) enriqueciendo la mezcla a través del surtidor principal y sus orificios inclinados (9). Este seria el funcionamiento de la membrana y la válvula como "bomba de aceleración".

Regulador Solex : para limitar la velocidad máxima de giro de los motores, Solex incorporo a sus carburadores de un dispositivo regulador, primero lo utilizo para camiones pero mas tarde también lo hizo para automóviles. La mariposa de gases (20) tiene una forma especial con un chaflán (21) sobre el que incide la corriente de mezcla de alimentación al motor: cuando este gira de prisa, la presión que la velocidad de los gases hace sobre (21) gira en el sentido de las flechas a la mariposa, que tiende a cerrarse aunque el acelerador se mantenga pisado a fondo. El cierre de la mariposa (20) es dificultado cuando su saliente tropieza con el tetón (22) que forma parte de una pieza articulada en (23) a la propia mariposa, y que por (24) esta enganchada a un alambre enrollado en espiral, formando un muelle sujeto a la pieza (26). Si el muelle es débil, ofrece poca resistencia al cierre de la mariposa, pero si es fuerte, se necesitara mas fuerza en el choque de la corriente de gases sobre el chaflán (21) para vencer su resistencia, o sea, que habrá de ser mayor la velocidad de giro del motor para que se cierre la mariposa y comience la limitación de la velocidad de giro. Para graduar la tensión del muelle se quita la capucha (27) y se da vuelta a la pieza (26), el eje (25) que lo atraviese toma o suelta espiras del muelle variando la tensión del mismo. Por tanto, la velocidad para la cual empieza a funcionar el cierre automático de la mariposa. Cada vez que el motor tiende a sobrepasarla, el cierre de la mariposa le corta gases y contiene su marcha, manteniendose constante la velocidad máxima por equilibrio entre el resorte y la presión de los gases en la cara (21). Cuando el conductor suelta el acelerador, la mariposa se cierra a pesar de la fuerza del muelle, ya que el del pedal es mucho mas fuerte.

Carburadores de doble cuerpo y apertura diferenciada de las mariposas (escalonados)Un carburador Solex de este tipo es el que tenemos en la figura inferior. Se puede observar, como los dos cuerpos presentan una estructura similar, estando alimentados ambos por una sola cuba de nivel constante.En marcha normal, la alimentación se realiza mediante los surtidores principales (1, 2), que afloran en sendos centradores (doble venturi). El combustible es regulada por los calibres principales sumergidos en la cuba. La automaticidad del dosado de la mezcla se realiza por medio de los tubos emulsionadores (5, 6) que toman el aire a través de los calibres de aire o sopladores (7, 8).Las mariposas de gases del 1º cuerpo y del 2º cuerpo están ensambladas mecánicamente de forma que la del 2º cuerpo no comienza su apertura, hasta que la mariposa del 1º cuerpo llega a 2/3 de su apertura total. De esta manera, en condiciones normales de utilización, solamente suministra el primer cuerpo, pues la mariposa (2º cuerpo) esta cerrada totalmente y la depresión no se manifiesta en el difusor del segundo cuerpo, funcionando entonces como un carburador de un solo cuerpo. A partir de cierta posición del acelerador, comienza la apertura de la mariposa del segundo cuerpo y el suministro por parte del sistema de ralentí de este. Cuando la apertura es mayor, se ceba el surtidor principal y comienza el suministro del mismo en paralelo con el primer cuerpo. A partir de aquí, la velocidad

de apertura de la mariposa de gases del segundo cuerpo es mayor que la del primero, para llegar las dos al mismo tiempo a la plena apertura (apertura total).

La riqueza de la mezcla suministrada por los sistemas de marcha normal, es corregida en la plenas cargas para todos los regímenes del motor mediante un sistema enriquecedor de válvula y membrana. En función de la depresión reinante en el conducto de admisión y la acción del muelle (9), la posición de la membrana abre o cierra la válvula, a través de la cual y del calibre (10), puede llegar combustible adicional al surtidor del primer cuerpo, aumentando el nivel en el mismo y tapando los orificios del tubo de emulsión (5), con lo que disminuye la acción compensadora en este surtidor (1).

En los altos regímenes y a plena carga funcionan los enriquecedores dispuestos en ambos cuerpos . Los surtidores (11, 12), bajo la fuerte depresión alcanzada en estas condiciones de funcionamiento, suministran una mezcla de gasolina calibrada en (13, 14) y aire regulado por los sopladores (15, 16).

La bomba de aceleración es del tipo de membrana, accionada por una leva (17), que forma parte del eje de la mariposa de gases del primer cuerpo. En posición de ralentí, la membrana es mantenida en la posición representada por la acción del muelle (18), permitiendo la entrada de gasolina al cuerpo de bomba a través de la válvula antirretorno (19). La apertura de la mariposa de gases (1º cuerpo), entraña una rotación de la leva (17), que produce el desplazamiento de la palanca de mando (20), la cual empuja a la membrana (21) contra la acción de su muelle (18), impulsando la gasolina contenida en el cuerpo de la bomba a salir por el surtidor (28). El perfil de la leva (17) permite obtener un determinado caudal en función de la apertura de la mariposa de gases.

El funcionamiento en ralentí se obtiene en este carburador solamente con el primer cuerpo, dotado de un sistema de riqueza constante, como muestra la figura inferior. Para la posición de ralentí, la mariposa del segundo cuerpo esta totalmente cerrada, quedando en orificio de ralentí (2) por encima de ella, lo que impide el suministro en estas condiciones. Solamente cuando la mariposa del primer cuerpo alcanza aproximadamente los 2/3 de su recorrido, comienza la apertura de la segunda mariposa y el suministro de este circuito de ralentí, cuya gasolina es tomada en la cuba a través del calibre principal (4) y dosificada en el calibre (6) con aire que entrada por el soplador (8), que lo toma del conducto de admisión en dos zonas diferentes; una por encima del difusor y otra en este mismo, evitandose la "inversión" del funcionamiento de este sistema cuando funciona el surtidor principal de este cuerpo.

Con esta disposición se consigue mantener una riqueza adecuada desde el comienza de la apertura de la mariposa del segundo cuerpo, hasta que se produce el cebado del surtidor principal. De esta forma, en esos instantes se

produciría un empobrecimiento de la mezcla con aire que dejaría pasar la mariposa (2º cuerpo), hasta el momento en que se cebara el surtidor principal.

El sistema de ralentí instalado en el primer cuerpo es del tipo de CO constante, como puede verse en la figura. Comprende un circuito principal, que aporta el nivel del orificio (1) controlado por el tornillo de riqueza (W), una mezcla de gasolina tomada después del calibre principal (3), calibrada en (5), y de aire (10) tomando del conducto de admisión en dos puntos diferentes, al igual que ocurre en el segundo cuerpo.

En paralelo con este circuito se dispone el circuito auxiliar, que suministra a través del orificio controlado por el tornillo de volumen (Va), una mezcla de gasolina calibrada en (9) y aire tomado a través de (10).Los dos circuitos descritos proporcionan una mezcla de riqueza constante, como ya se ha explicado.

En la figura inferior tenemos otro tipo de carburador de doble cuerpo escalonado de la marca.

En la figura inferior tenemos un carburador de la marca, con un estrangulador automático accionado por una lamina bimetal (B), encerrada en un cajetín de caldeo, por el que se hace circular el agua de refrigeración del motor (14).El sistema esta asistido por una cápsula neumática (11) que una vez arrancado el motor abre un poco la mariposa estranguladora. La lamina bimetal esta enlazada a la mariposa del estrangulador por medio de un conjunto de palancas y levas, de manera que, a motor frío, la bilamina desplaza a la palanca (4), que transmite este movimiento por medio del muelle (5) a la leva solidaria de la leva de mariposa estranguladora (6), la cual se cierra por este motivo. Al mismo tiempo actúa, a través del muelle (7) sobre la doble leva (3), que a su vez mueve la palanca (1) que provoca la apertura parcial de la mariposa de gases, quedando el dispositivo listo para para lograr el arranque en frío del motor. Ya con el motor en marcha, la depresión actuante en la membrana (11) de la cápsula neumática, la cual mueve a través del vástago de mando (12) la leva (6) para abrir ligeramente la mariposa estranguladora.

Carburadores Weber

Carburador muy utilizado en vehículos europeos (Citroen, Renault, Alfa-Romeo, Fiat, etc.). En la figura inferior se ve una representación esquemática de un modelo de carburador Weber, donde se distingue un centrador (11), al cual afloran el surtidor principal (10) y el surtidor del econostato (9).El combustible llega hasta la cuba a través del punzón (2), que movido por el flotador (19) mantiene constante el nivel. El punzón se fija a la boya en la lengüeta (20), unida a la palanca de mando que se articula en el eje (21).

En marcha normal, la gasolina necesaria es suministrada por el calibre principal (17), siendo dosificada en el tubo emulsionador (14) con aire que entra por el soplador (4). Esta mezcla es vertida en el centrador (11), donde se produce la carburación de la misma. Al mismo lugar se hace llegar también la mezcla aportada por el econostato, cuyo conducto (5) toma combustible directamente de la cuba a través del calibre (3), mezclandose con aire que entra por el soplador (6) y saliendo por (9) al centrador. Esta mezcla queda regulada por el calibre (8).El econostato permite ajustar el circuito principal a las riquezas mas débiles, compatibles con un funcionamiento económico. La mayor riqueza necesaria para las plenas cargas del motor será establecida gracias al complemento de mezcla aportada por el econostato, que solamente suministra en los altos regímenes con plenas aperturas de la mariposa de gases.

El circuito de ralentí (figura inferior) es igual en su funcionamiento a todo tipo de carburadores que emplean un difusor fijo. Toma el combustible del pozo (15) del surtidor principal, después del calibre principal (17).

La bomba de aceleración (figura inferior) es del tipo de membrana, accionada directamente desde el acelerador por un dispositivo de palancas. Cuando se cierra la mariposa de gases, la leva (31) unida a ella tira de la varilla (32) y palanca (34), que basculando en su eje de giro, se retira de la membrana (35), la cual, es desplazada hacia la izquierda por la acción del muelle (37), permitiendo la entrada de gasolina procedente de la cuba, a través de la válvula de bola (38). En estas condiciones, el cuerpo de bomba se llena de gasolina.Cuando se abre la mariposa de gases, la membrana (35) es empujada hacia la derecha, impulsando la gasolina a través de conducto (30) y válvula (29), para salir por el surtidor (28) al conducto de admisión. A mariposa de gases completamente abierta, la membrana (35), bajo la acción del muelle (36), completa un posterior desplazamiento, obteniendose de este modo una inyección progresiva del combustible en el conducto de admisión.

Para el arranque en frío, este modelo de carburador (figura inferior) dispone de un estrangulador, cuya leva de mando (44) es accionada por un tirador desde el tablero de mandos. Activando el dispositivo (posición representada en la figura), la mariposa (42) del estrangulador obstruye la entrada de aire accionada por la leva (44), mientras se obliga a la mariposa de gases (13) a abrirse un poco, por medio de la varilla de mando (40) y la palanca (41). En estas condiciones, suministra el surtidor principal (10) una mezcla suficientemente rica, que facilita la puesta en marcha del motor Una vez conseguido el arranque, el aumento de la depresión abre parcialmente la mariposa del estrangulador (lo que permite el resalte de la leva de mando), venciendo la acción del muelle (43).La puesta en servicio del dispositivo de arranque en frío se logra accionando la leva (44) por medio del tirador, que a su vez, hace retroceder a la mariposa de gases hasta su posición de ralentí.

En la figura inferior se puede ver el despiece del carburador estudiado hasta ahora, en el se pueden ver todos los componentes que lo forman.

Carburadores ZenithLos carburadores Zenith monocuerpo también son muy utilizados, se trata de un carburador vertical invertido, cuyas características generales se ven en el esquema inferior. Para el funcionamiento en marcha normal, el combustible del surtidor principal es tomada a través del calibre (4) y dosificada en el tubo emulsionador (5), con aire que entra por los sopladores (6) escalonadamente, saliendo hacia el difusor, que en este carburador dispone de un centrador en el que desemboca el surtidor principal, que esta sometido así a la gran velocidad que toma el aire, como consecuencia del mayor estrechamiento que constituye el centrador.La corrección de riqueza esta asegurada en este carburador por dos sopladores (6) en vez de uno, a diferentes alturas del tubo emulsionador (5). Mientras la depresión reinante en el difusor no es grande, solamente entra aire, por el primero de ellos, ya que el nivel de combustible en el surtidor principal se mantiene alto; pero cuando aumenta la depresión, el nivel baja, destapando el segundo soplador, con lo que se aumenta la entrada de aire y, consiguientemente, la acción de frenado sobre la salida de combustible.El calibre principal (4) toma combustible de la cuba de nivel constante. La cuba esta comunicada directamente con la atmósfera, como puede verse en el gráfico, aunque en otros modelos se dispone una válvula, accionada por el propio acelerador que corta la comunicación cuando se acelera, restableciendola para la posición de acelerador suelto (ralentí o parada del motor).

En los altos regímenes y plenas cargas del motor, funciona el econostato (simple) (11), que toma combustible directamente de la cuba, en la que esta sumergido, desembocando por encima del difusor, donde la velocidad del aire de admisión solamente es elevada y suficiente para arrastrar gasolina del enriquecedor con el motor girando a elevados regímenes y plenas aperturas de la mariposa de gases.

Para el funcionamiento en ralentí, el combustible es tomado después del calibre principal (4) y regulada por el calibre de ralentí (7), a cuya altura se emulsiona con aire que suministra el tercer soplador (6). Finamente pulverizada desciende por el conducto de ralentí, a salir por el orificio del tornillo de riqueza (8). En este circuito se disponen los correspondientes taladros de progresión (bypass).En otros modelos de carburador de la marca, se dispone de un circuito un circuito en ralentí denominado de CO constante. Consiste en añadir al circuito convencional otro, como se ve en la figura inferior, que toma el combustible directamente de la cuba a través del calibre de ralentí (1) emulsionandola (mezclandola) en el conducto (3) con aire que aporta el soplador (2). La mezcla cuya riqueza es dosificada por el tornillo (4), toma aire nuevamente en el soplador (5) y su volumen es controlado por el tornillo de volumen (6), desembocando también por debajo de la mariposa de gases.Con esta disposición de dos circuitos de ralentí en paralelo se consigue que reglando la riqueza del circuito principal en fabrica, no varié ya mas, por lo cual, la mariposa de gases se mantiene con una apertura fija en ralentí sin tornillo de regulación. Para conseguir variar el régimen de ralentí se actúa sobre el tornillo (4) que modifica el volumen de mezcla de ralentí suministrada, haciendo aumentar o disminuir el giro del motor, manteniendo una riqueza constante.

La bomba de aceleración (figura inferior) en este carburador es del tipo de embolo, mandado por una palanca (2) directamente desde la mariposa de gases, al mismo tiempo la palanca acciona la válvula de aireación de la cuba. En las aceleraciones, la apertura de la mariposa de gases obliga a la varilla de mando (2) del embolo a descender, con lo que este es empujado progresivamente por su muelle, enviando la gasolina de la cámara al surtidor a través de la válvula de paso (3). El muelle interno de la bomba evita que la inyección sea demasiado brusca, distendiendose progresivamente durante el descenso de la varilla. Al cerrarse la mariposa de gases, el muelle queda comprimido y dispuesto para una nueva aceleración. El émbolo ha sido obligado a subir, llenandose el cuerpo de la bomba de combustible procedente de la cuba.

El sistema de arranque en frío dispone de una mariposa estranguladora accionada por una cápsula neumática que es controlada por un sistema particular. En la Figura inferior muestra esta disposición de mando y el esquema del circuito de conexionado neumático. La cápsula neumática de mando (2) está conectada a la depresión, por debajo de la mariposa de gases, a través del conducto (8). Esta misma depresión se transmite a la válvula de paso (3), que es gobernada por la leva de mando del estrangulador (1), que cuando está accionado, al tiempo que se cierra la mariposa del mismo, el resalte (1) de la leva de mando empuja la bola (4), que abre la válvula de paso (3), poniendo el conducto de depresión en comunicación con el exterior por el orificio (5). En estas condiciones existe una fuga de la depresión que actúa sobre la cápsula (2), que es controlada por el calibre (7). Ello implica que la apertura de la mariposa del estrangulador será parcial con el motor ya en marcha. En el momento en que se cierre parcialmente el estrangulador, el resalte (1) de la leva deja de oprimir la bola (4), y la válvula de paso (3) se cierra por la acción del

muelle (6), con lo que se permite que la depresión actuante en la cápsula neumática pueda abrir totalmente la mariposa del estrangulador.

Carburadores ElectrónicosEstos carburadores van equipados con sensores y actuadores que por medio de una unidad electrónica de control (ECU) se encargan de ajustar los valores de funcionamiento de forma muy precisa. Estos carburadores han sido el paso previo a los sistemas de inyección. Han permitido realizar unos ajustes más precisos en la dosificación de la mezcla y han conseguido unas menores emisiones contaminantes en los gases de escape, en comparación con los de tipo mecánico. En estos carburadores se aprovecha la precisión de control de la mariposa de gases, por parte de los actuadores electrónicos, para reducir el consumo al ralentí, en marcha lenta (circulación urbana), y en las retenciones del motor.Los actuadores reciben las señales de una unidad de control (centralita) que a su vez computa las señales eléctricas recibidas del motor, régimen de revoluciones, presión atmosférica, presión en el colector de admisión, posición del pedal acelerador, grado de apertura de la mariposa, etc. en función de las señales mandadas por estos transductores a la centralita, esta manda una señal eléctrica adecuada en valor, polaridad y tiempo a los actuadores electrónicos situados en el carburador, los cuales controlan las siguientes funciones: arranque en frío, ralentí, marcha económica, aceleración y una que consiste en cortar el suministro en el sistema, principalmente en el circuito de ralentí, cuando con acelerador suelto el vehículo arrastra el motor a mas de 1200 r.p.m..Ejemplo de modelos de automóvil que montan carburadores electrónicos son: el Austin Montego, Rover 216, BMW 316, BMW 518, etc.

Un tipo de carburador electrónico es el Pierburg 34/34 2BE también conocido por el sistema de gestión electrónica que lo controla: Ecotronic de Bosch. La centralita actúa sobre el carburador mediante dos electroválvulas que controlan los pasos de presión y vacío a una cámara con membrana que varia la posición de la mariposa, a su vez ésta mediante la propia varilla de mando envía señales a la centralita mediante un potenciometro que controla la posición del pedal del acelerador. Se trata de un carburador vertical invertido o descendente de doble cuerpo, con apertura diferenciada de las mariposas. La mariposa del cuerpo secundario esta accionada por una cápsula reumática. El eje de las mariposas esta hecho de acero igual que las mariposas, todos los calibres y tubos de emulsión están fabricados de latón. El dispositivo de arranque en frío es de accionamiento automático y actúa solamente sobre el primer cuerpo.

Este carburador (figura inferior) esta formado por tres cuerpos: el cuerpo superior (A), el cuerpo principal (B) y el cuerpo de la mariposa (C). Una junta aislante (20) se coloca entre el cuerpo principal y el cuerpo de mariposas para evitar que se transmita el calor del motor, al cuerpo principal del carburador.Esencialmente el funcionamiento de arranque en frío, aceleración, carga parcial, deceleración y corte de la alimentación al motor es controlada por una unidad de control ECU que se sirve de las informaciones que le transmite los distintos sensores colocados en el motor y en el propio carburador. El sistemas de control electrónico es conocido como: ECOTRONIC.

Control de combustibleEste carburador utiliza un doble flotador que están separados uno por cada cuba. Cada cuba alimenta a un cuerpo del carburador.El combustible entra en el carburador a través de un pequeño filtro y a través de un único conducto que después se divide para alimentar las dos cubas. Cada cuba tiene una válvula de aguja que controla la entrada de combustible. Las cubas son aireadas internamente tomando el aire filtrado del colector de admisión del propio carburador.

La cuba del cuerpo secundario del carburador tiene una válvula de corte (3), como se ve en la figura inferior, situada antes de la válvula de aguja (5) que es movida por el flotador (6). Con el motor funcionando a ralentí y pequeñas aperturas de la mariposa de gases, el vacío que tenemos por debajo de la mariposa de gases del cuerpo secundario se transmite por una canalización (1) hasta la cámara inferior donde esta la membrana (2) que mueve la válvula de corte de combustible (3), tirando de la membrana y por tanto de la válvula hacia abajo y cortando el suministro de combustible de entrada a la cuba. A medida que se abre la mariposa del cuerpo secundario (7), disminuye el vacío por debajo de la propia mariposa, por lo tanto, el vacío que actuaba sobre la membrana ya no es suficiente para vencer el muelle (4) que actúa sobre la membrana, por lo que la válvula de corte se abre dejando pasar combustible hacia la cuba.

Funcionamiento a ralentí, bajas r.p.m. y progresiónEl circuito de ralentí o de baja como se le llama en algunos manuales, esta formado por un pozo (figura inferior) donde entra el combustible por su parte inferior. En el pozo tenemos un tubo de emulsión y el surtidor de ralentí (26). El aire de ralentí es controlado por una aguja cónica (21) situada en el corrector de entrada de aire. La mezcla dependerá de los agujeros destapados del tubo de emulsión. Una vez hecha la mezcla, está es conducida por un conducto que desemboca por debajo de la mariposa (6). Un tornillo cónico (1) es usado para regular la mezcla de ralentí.Los orificios de progresión (3) contribuyen con aire a la mezcla de ralentí, cuando la mariposa de gases esta cerrada. Los orificios de progresión son destapados cuando se empieza a abrir la mariposa, el vacío que teníamos antes por debajo de la mariposa ahora lo tenemos a la altura de los orificios de progresión, por lo que se provoca el efecto contrario, ahora en vez de entrar aire por los orificios de progresión, estos suministran mezcla para alimentar el motor. Este suministro sirve para enriquecer en los inicios de la apertura de la mariposa de gases.El tornillo de regulación de mezcla de ralentí esta regulado de fabrica para cumplir con la normativa anticontaminación

Control de la velocidad de ralentíLa velocidad de ralentí del motor se mantiene constante, independientemente de las cargas del motor y su temperatura. La ECU compara la velocidad real del motor con un valor nominal que tiene programado. Como las condiciones de funcionamiento del motor a ralentí varían según la temperatura o la carga, la ECU a través del posicionador de mariposa corrige las desviaciones de la velocidad de ralentí. El regulador no actúa para variaciones de velocidad menores de 100 r.p.m..El tornillo bypass de la mariposa viene regulado de fabrica y sellado para no manipularlo. No se debe romper el precinto.

Sensor de posición de la mariposaCuando la mariposa abre o cierra, este movimiento giratorio es registrado por un potenciometro que es una resistencia variable, que traduce el valor del movimiento en un valor resistivo, que será interpretado por la ECU. En conjunto con el interruptor de mariposa se genera una tensión variable que se envía a la ECU.

DeceleraciónDurante la deceleración para regímenes por encima de 1400 r.p.m., la mariposa esta totalmente cerrada por el actuador y corta el suministro de combustible. Para que la mariposa no cierre rápidamente cuando se suelta el pedal del acelerador, el actuador hace de amortiguador. Cuando la velocidad cae por debajo de 1400 r.p.m. el actuador reabre la mariposa hasta conseguir la velocidad nominal de ralentí.Cuando la mariposa esta totalmente cerrada un orificio situado por debajo de la misma, esta expuesto al vacío que provocan los pistones del motor en su funcionamiento, este vacío es conducido a una válvula neumática, La válvula actúa abriendo un conducto que comunica el colector de admisión del carburador con la caja del filtro de aire. El vacío (depresión) en el colector de admisión es aliviado durante la deceleración.

Parada del motorA veces el encendido del motor es desconectado y el actuador de mariposa de gases se comporta como en la fase de deceleración, la mariposa será totalmente cerrada para prevenir que el motor arranque cuando sigue girando empujado por su propia inercia. Unos pocos segundos después que el motor ha sido desconectado y por lo tanto se ha parado, el actuador abre la mariposa de nuevo para que este posicionada para el próximo arranque.

Aceleración y enriquecimiento a carga parcialDiferente al del carburador convencional, el sistema de enriquecimiento durante la aceleración es controlado por el movimiento momentáneo de la mariposa estranguladora cercana a la posición de cierre.La duración del movimiento es controlada por la ECU, de acuerdo con las informaciones que recibe de los sensores de: régimen motor, temperatura y posición de mariposa. La mariposa estranguladora es posicionada por un actuador que corrige la mezcla en condiciones de carga parcial del motor. La mariposa estranguladora esta conectada mecánicamente a la válvula de aguja que controla el aire de ralentí,Cuando la mariposa estranguladora se mueve para cerrarse, la aguja se inserta en el soplador (calibre de aire) y la mezcla de ralentí y de progresión se enriquecen.

Actuador del estranguladorEste dispositivo controla la mezcla durante el funcionamiento del motor a carga parcial, aceleración y fase de calentamiento mediante una mariposa estranguladora. Esta es accionada por un actuador que es controlado por la ECU.

Circuito principalEl combustible de la mezcla que se suministra en el colector de admisión del carburador es controlado por el calibre principal. El combustible de la cuba es conducido a través del calibre (10) situado en la parte inferior del pozo (ver figura superior) del cuerpo primario. Un tubo de emulsión combinado con un corrector de aire (soplador) que están en el pozo. El combustible se mezcla con el aire que entra por el soplador (25) y se emulsiona a través de los orificios del tubo de emulsión. El resultado es una mezcla de aire combustible que se descarga sobre el difusor (8) del carburador a través de un tubo inyector.

Cuerpo secundarioUn orificio esta situado en ambos difusores del cuerpo primario y secundario del carburador. El vacío que existe en los difusores debido al paso de aire hacia los cilindros del motor, se transmite a través de un conducto común, a una toma de vacío a la que se conecta una tubería que a su vez transmite el vació a la cápsula neumática (6, figura inferior) que mueve la mariposa de gases del cuerpo secundario del carburador. Durante el funcionamiento normal y a bajas r.p.m. del motor, solo funciona el cuerpo primario del carburador. Cuando la velocidad del aire crece debido a un aumento de r.p.m. del motor, la depresión aumenta en la toma de vació que se conecta a la cápsula neumática. Por lo tanto llega un momento que el vacío es lo suficientemente alto para actuar sobre la cápsula por lo que se abre la mariposa de gases del cuerpo secundario. Una vez que se abre esta mariposa, se refuerza la acción del vacío sobre la cápsula neumática, por lo que se ira abriendo cada vez mas la mariposa del segundo cuerpo.El mecanismo de accionamiento de la mariposa del cuerpo primario esta preparado para impedir que se abra la mariposa del cuerpo secundario, cuando la velocidad del aire que pasa por el carburador es alto, por ir el vehículo a altas velocidades pero con aperturas de mariposa pequeñas. La mariposa del cuerpo secundario no se abrirá hasta que la del cuerpo primario no alcance los 2/3 del total de su apertura.Un termocontacto (8, figura inferior) es conectado a la tubería de vacío que controla la cápsula neumática. Esto sirve para mantener inactiva la mariposa de gases del cuerpo secundario durante la fase de calentamiento del motor. El termocontacto queda cerrado cuando el motor esta frío y abre a una temperatura predeterminada.Un circuito de progresión es utilizado para compensar la indecisión de la mariposa secundaria a la hora de empezar su apertura. El combustible se toma de la cuba secundaria (figura superior) y se conduce a través del circuito de progresión. Se dispone de un pozo vertical con un tubo de emulsión (13) en su interior, el combustible entra por un calibre (12) situado en la parte inferior del pozo y en la parte superior del pozo hay un calibre de aire (14) que se emulsiona con el combustible. El calibre de aire o soplador (15) se comunica al tubo de emulsión (13). En el tubo de emulsión se mezcla el combustible con aire, una vez que pasa al circuito de progresión, la mezcla se vuelve a mezclar con mas aire que entra por el orificio (14), para mas tarde desembocar por los orificios de progresión al colector del carburador cuando empieza a abrirse la mariposa del cuerpo secundario.

Enriquecimiento a plena cargaA plenas cargas y altas revoluciones del motor, la velocidad del aire que atraviesa el carburador crea la depresión suficiente que hace subir el combustible de la cuba a través de un conducto calibrado.(6 y 7). Este combustible se mezcla con el aire que entra por un orificio calibrado situado en la parte alta del carburador. La mezcla sale a través del inyector (4 y 5) del enriquecedor y se mezcla con el aire que pasa por el carburador hacia los cilindros. Hay un enriquecedor para cada uno de los cuerpos del carburador y su salida esta en la parte alta del mismo.

Sistema de arranque en fríoEl sistema de accionamiento del estrangulador es totalmente automático y actúa sobre una mariposa estranguladora (23) situada en el cuerpo primario del carburador, de acuerdo con la temperatura del colector de admisión y con las necesidades de alimentación del motor. La posición de la mariposa de gases tanto para funcionamiento en frío como a temperatura normal es determinada automáticamente.La preparación del sistema de arranque en frío presionando el pedal acelerador como se hace en los carburadores convencionales, no es necesario.La mariposa de gases esta colocada en la posición de arranque por el actuador de mariposa, un poco después de que el motor se pare. Una vez que el encendido es conectado, la mariposa estranguladora es posicionada de acuerdo con la temperatura. La timoneria de mando mueve la válvula de aguja (21), asegurando que la aguja interfiera en el corrector de aire de admisión por lo tanto la mezcla que se suministra al motor es enriquecida. Una vez que el motor esta arrancado, la posición de la mariposa de gases y de la válvula estranguladora, dependerá de la temperatura.Mientras que el motor se calienta, el actuador de la mariposa de gases reducirá el ángulo de apertura de la misma. Una vez que el motor alcanza la temperatura normal de funcionamiento la mariposa de gases es colocada en la posición de motor caliente. Igualmente la mariposa estranguladora abrirá durante el calentamiento del motor. Como siempre el enriquecimiento a carga parcial dependerá de la posición de la mariposa estranguladora una vez que el motor ya esta caliente.

Sensor de temperaturaEste sensor esta compuesto de una resistencia cuyo valor varia en función de la temperatura. El sensor es del tipo NTC y esta situado en el colector de admisión después del carburador.

Otro tipo de carburador electrónico es el que equipa el Austin Montego con un "S.U" con gestión electrónica del fabricante Lucas. El equipo electrónico se compone ademas de la "centralita" que recibe información de los elementos que enumeramos a continuación:

Temperatura ambiente a través de un sensor de temperatura. Temperatura del liquido refrigerante a través de un termistor o resistencia NTC. Posición del estrangulador (válvula abierta o cerrada) Revoluciones del motor.

Teniendo en cuenta estos valores se consigue un control muy preciso del estrangulador para el arranque en frío, así como un régimen de ralentí bajo (entre 600 y 700 r.p.m.) y constante, independientemente de las cargas adicionales. Así, si se conecta el aire acondicionado, la luneta térmica, etc., que harían caer las revoluciones, el sistema reacciona abriendo un poco mas la mariposa para que la mezcla adicional compense la mayor carga del motor.Este carburador, ademas, esta dotado de un sistema de corte de combustible mediante una válvula (2), que actúa siempre que el conductor levante el pie del acelerador y el motor gire por encima de 1200 r.p.m.. Por debajo de ellas, o si la temperatura ambiente es inferior a 0ºC, el sistema se conecta automáticamente. Para evitar que se pueda calar el motor, el corte de combustible no es constante, sino intermitente cada medio segundo.La centralita o ECU además del corte de combustible controla mediante un motor paso a paso: el arranque en frío, ralentí, aceleración, marcha normal y económica del motor.

El carburador en motores sobrealimentados (turbo)

El carburador de la marca SOLEX, modelo Solex 32 DIS, se utiliza para alimentar motores atmosféricos pero también para motores sobrealimentados (turbo). El carburador esta situado después de la salida del compresor del turbo, por lo que esta sometido a la presión de este, por lo tanto se trataría de un carburador "soplado". Las juntas de

estanqueidad del carburador están sometidas a la presión del turbo por lo que están reforzadas.Las diferencias del carburador utilizado en motores sobrealimentados con respecto al carburador que alimenta a motores atmosféricos son:

El cuerpo superior del carburador esta hecho de magnesio. La junta de la cuba de combustible esta fabricada de caucho reforzado (0,6mm de espesor). Los casquillos donde gira el eje de la mariposa de gases tienen una junta de estanqueidad de labio. El surtidor de ralentí tiene una junta de sellado. Las membranas o diafragmas de la bomba de aceleración y econostato están reforzadas. La superficie de contacto que existe entre el cuerpo superior y medio del carburador se ve ampliado para

poder soportar mejor la presión de soplado del turbo.

Regulador de presión de combustibleEste elemento (nº 5 en la figura inferior) aparece cuando hay que alimentar motores sobrealimentados (turbo). El combustible suministrado para alimentar el motor es proporcionado por una bomba eléctrica que se acompaña con el regulador de presión, esté sirve para mantener constante la presión de combustible suministrado independiente del régimen de funcionamiento del motor. La bomba eléctrica puede suministrar 80 litros de combustible por hora a una presión de 2,5 bar.

Funcionamiento

A bajas r.p.m. del motor la membrana del regulador es empujada por el muelle, no dejando retornar combustible al depósito, por lo tanto, todo ira a la cuba del carburador. Una vez que la presión del combustible se incrementa, por que la bomba suministra mas combustible que la necesaria para alimentar el motor, empuja la membrana hacia la derecha contra el muelle y destapa el orificio del tubo de retorno de combustible al depósito.

A medida que aumenta el nº del r.p.m. del motor y una vez que entra en funcionamiento el turbo, la presión de este empuja la membrana del regulador hacia la izquierda sumandose a la fuerza del muelle. Ahora es mas difícil que la presión del combustible pueda mover la membrana y por lo tanto destapar el orificio de retorno, por lo tanto, se incrementa la presión de combustible y con ello el volumen de combustible que se suministra al carburador justo en el momento que el motor tiene un mayor consumo.

Con el regulador de presión se consigue que cuando el turbo funciona a pleno rendimiento, tenemos un incremento extra en el suministro de combustible al carburador y por lo tanto al motor.

Bomba de aceleraciónLa bomba de aceleración en los carburadores que alimentan motores sobrealimentados es similar a la de otros carburadores, simplemente tiene un tubo que se conecta a una de las cámaras de la membrana para que este sometida a la presión del turbo (T). esto asegura que la presión del turbo actúa por ambas caras de la membrana por igual.

Enriquecedor de sobrealimentación (turbo)Este sistema esta formado (ver figura inferior) por una cápsula neumática, que consta a su vez de una membrana (M2) que controla una válvula de bola (Z). La membrana esta accionada por una de sus caras por la fuerza del muelle (3) y de la presión atmosférica que le llega por el tubo (F). Por el otro lado de la membrana la presión del combustible que llega desde la cuba es la que la empuja contra el muelle.

Funcionamiento

A bajas r.p.m. y régimen de ralentí cuando el turbo no ha entrado en funcionamiento todavía, el suministro de gasolina por el circuito de alta o surtidor y el circuito de ralentí se hace de manera normal.

A medida que el motor aumenta de revoluciones y entra en funcionamiento el turbo, aumenta la presión en la cuba llegando el combustible al enriquecedor con presión y desplazando la membrana (M2) hacia la derecha contra el muelle, con lo que la válvula de bola (Z) se retira de su asiento, abriendo el paso de combustible a través de los calibres (CE1 y CE2) hacia el tubo de emulsión (circuito de alta), haciendo que suba el nivel de combustible en el mismo y por lo tanto aumentado el suministro de combustible al motor al mismo tiempo que aumenta también la entrada de aire al mismo.

A altos regímenes de motor y con una presión alta del turbo, la presión del combustible aumenta y empuja mas la membrana hacia la derecha que arrastra a su vez el émbolo (V), que al desplazarse de su asiento, deja pasar mayor cantidad de combustible a través del calibre (CE2).

Por debajo del enriquecedor (turbo) tenemos el enriquecedor convencional (el que llevan la mayoría de los carburadores) que funciona a plenas cargas es decir con la mariposa de gases totalmente abierta. El control de este segundo enriquecedor se hace por medio del vacío reinante por debajo de la mariposa de gases, a cuya altura se dispone de una toma (X) que se transmite hasta la membrana (M1) de la cápsula neumática del enriquecedor.

El carburador SOLEX 32 DIS ha sido utilizado entre otros automóviles por los conocidos:

Renault 5 GT Turbo (C405) año 87-89 Renault 5 GT Turbo (C405) año 87-92 Renault 11 Turbo (C375) año 85-86 Renault 9&11 Turbo (L425/C375) año 86-89 Renault 18 Turbo (R1345) año 80-83 Renault 18 Turbo (R1345) año 83-85 Renault Fuego Turbo (R1345) 83-86

Existen según la colocación en el motor dos tipos de carburadores: los "soplados" como el que hemos visto hasta ahora y los "aspirados" que se sitúan entre el filtro de aire y el turbocompresor. Los inconvenientes de esta disposición han sido siempre dos: mayor dificultad en el arranque (recorrido más largo desde el carburador al cilindro), y que el turbo trabaja con mezcla, constituyéndose en una potencial bomba. Recíprocamente, el trabajar con mezcla permite homogeneizarla a la perfección, pudiendo utilizarse un reglaje ligeramente menos rico; y a su vez, la gasolina al vaporizarse refrigera en parte al turbo. Por otra parte, el carburador puede estar como en un atmosférico, sin problemas de tener que presurizar la cuba, ni excesivas presiones sobre la mariposa.

Particularidades de los carburadores

Congelación y percolaciónSon dos fenómenos opuestos, pero su origen es común, la evaporación de gasolina. Las soluciones para remediar la congelación favorecen la percolación y viceversa. Se han diseñado nuevos carburadores para evitar estos fenómenos.

CongelaciónEs la formación de escarcha en las diferentes partes del carburador, debido a la congelación del vapor de agua que hay en el mismo.

Condiciones para que haya congelación

La temperatura ha de ser inferior a 0ºC. Es necesaria la presencia de humedad. Puede no haber congelación a temperaturas inferiores a 0°C, si no

hay humedad.

Por qué se produce la congelación.

El aire frió al pasar por una zona más estrecha disminuye algo su temperatura (causa no importante). La evaporación de la gasolina. Al ser ésta un líquido muy volátil, se evapora con facilidad. Dicha evaporación

provoca un descenso de temperatura en los conductos. El vapor de aire circulante choca contra los conductos, se congela debido a la baja temperatura y se deposita en forma de escarcha.

Zonas de formación de escarcha

Alrededor de la mariposa. En los orificios de ralentí. En los orificios de By-pass. En el brazo de la chimenea (en carburadores con chimenea). En la zona del starter.

Efectos de la congelación (La escarcha)

Si se deposita en el difusor reduce la sección. Pasa menos caudal de aire. La mezcla es más rica. Peligro de calado.

Si se deposita en los orificios de ralentí, se taponan los orificios. No funciona el circuito de ralentí. Calado de motor.

Si se deposita en la mariposa, la mariposa se «garrota. Irregularidades de funcionamiento. Si se deposita en los orificios de By-pass, la "progresión" es defectuosa.

Hay mas facilidad de aparición de escarcha en los carburadores con "estrangulador" que con "starter", pues la gasolina del circuito del starter se vierte por debajo de la mariposa, no favoreciendo así el enfriamiento de los conductos.

Remedios

Carburantes anti-hielo: sería el mejor remedio, pues se actuaría sobre el origen del mal. Los carburantes anti-hielo son mezclas de gasolina, alcohol , benzol o productos semejantes, en las debidas proporciones. Debido a su elevado precio, han sido desechados.

Calentamiento: mediante la circulación de agua caliente procedente del circuito de refrigeración del motor, a través de tuberías de cobre alojadas en el cuerpo y cuba. Mediante este sistema se suele calentar perfectamente la zona de la mariposa.El agua es un buen fluido para calentamiento, dado su elevado calor específico y de que aporta inmediatamente las calorías.Calentamiento del aire de admisión mediante el filtro de aire.

Concepción del carburador: se ha ido eliminando progresivamente la chimenea clásica. Se ha sustituido por un simple tubo deferente o por el doble difusor. Se evita el brazo de chimenea y que la gasolina toque a las paredes. De esta manera se elimina prácticamente el peligro de formación de escarcha en el difusor.

Nota: Respecto al calentamiento del aire de admisión, será necesario que la temperatura de aire a la entrada del carburador sea superior por lo menos en 15"C. a la temperatura ambiente (pues se ha visto en ensayos que la temperatura puede ser, en algunos puntos del carburador hasta 15ºC inferior a la temperatura ambiente. Ensayo de temperaturas internas en un carburador trabajando a una temperatura ambiente de +6ºC con una humedad relativa de 80%.

PercolaciónEs el conjunto de fenómenos que se producen debido a la evaporación de la gasolina en el carburador debido a la elevada temperatura existente en éste. Dicha evaporación provoca la formación de burbujas de gasolina en el carburador..No confundir con "vapor-lock" o tapón de vapor, que es una bolsa de vapor formada en la bomba de gasolina o en la tubería de gasolina de alimentación a el carburador por calentamiento excesivo del motor. La formación del tapón de vapor puede provocar el desencebe de la bomba de gasolina y el paro consecuente del motor por falta de

alimentación del mismo. Este fenómeno se produce con mayor frecuencia en alta montaña (debido al calentamiento del motor y a la baja presión atmosférica, que se traduce en una pérdida de potencia).

Causas.

Volatilidad de los carburantes, (ha habido un aumento de la volatilidad de los combustibles en los últimos años).

Convección del aire caliente contenido bajo el capó.(se ha disminuido cada vez más el espacio libre bajo los capós)

Conductibilidad de la brida y de los espárragos de fijación que transmiten el calor del colector de admisión (generalmente muy caliente) al carburador. Es la principal causa de la percolación.

Radiación del tubo de escape (más acentuada cuanto más cerca del carburador este dicho colector de escape)

¿Cuándo se manifiesta?.

En marcha : poco marcada, (debido a la ventilación bajo el capó y el aporte de gasolina fresca a la cuba de nivel constante)

En ralentí : principalmente debido al escaso o nulo aporte de gasolina, así como a la disminución o no funcionamiento del sistema de refrigeración del motor.

En paro: aun con el motor parado el enorme calor que tenemos bajo el capo y debido a que no hay refrigeración por estar el motor parado, se forman burbujas de vapor de gasolina que hacen desbordarse el combustible por los surtidores.

Inconvenientes.

Circuito de ralentí: las burbujas aparecidas en el canal de ralentí provocan el empobrecimiento de la mezcla y por tanto, marcha irregular o calado de motor.

Circuito principal: en ralentí y parada, los vapores formados en el mismo provocan el desbordamiento de la gasolina (sifonado), que se vierte sobre la mariposa y colector de admisión, pudiendo producirse calados en ralentí por exceso de riqueza, así como el anegado del motor y mojado de las bujías. Dificultad de puesta en marcha.

Bomba de aceleración: si se forman vapores de gasolina en el circuito de la bomba de aceleración, la mezcla suministrada se empobrece. Funcionamiento irregular, sacudidas.

Cuba de nivel constante: en ralentí y parada, los vapores de gasolina salen por el tubo de aireación de la cuba y van colmatando el filtro de aire, provocando un exceso de riqueza en ralentí (calado) así como una dificultad de puesta en marcha en caliente.

Remedios

Convección: mejorando la ventilación bajo el capó, sin exagerar, para no favorecer la congelación. Conductibilidad: adopción de una brida aislante entre carburador y colector de admisión.

Estructura del carburador:- Cuerpo separado de la cuba y aislado de éste por una junta.- Tubo emulsión inclinado y taponado en la base.- Disminución superficie de contacto entre cuba de nivel constante y el resto del carburador.

Radiación: interposición de una pantalla entre el carburador y el tubo de escape (se ha observado una disminución de 6ºC en el carburador al interponer una pantalla aislante).

Desgaseado de los circuitos de ralentí y principal por orificios calibrados. Desgaseado de la cámara de la bomba de aceleración por la válvula evaporadora de la bomba. Desgaseado y aireación dé la cuba de nivel constante por válvula de desgaseado y orificios calibrados. Tubo aireación de la cuba:

- estancas (tubo aireación zona alta del difusor)- no estancas (orificios aireación al exterior).- mixtas (orificios de aireación a zona alta del difusor y al exterior).

Resumen de las consecuencias de estas temperaturas elevadas en el carburadorAparte de los ya mencionados, es de notar que a 90°C el 50% de la gasolina de la cuba destila (se evapora).

En ensayos realizados con carburador montado sobre vehículo y en condiciones bastante desfavorables (temperatura ambiente + 30°C, orografía del terreno muy accidentada), se refleja que el 50% de la gasolina de la cuba se evapora.Efectuando un paro, se recogieron hasta 27 cm3 de gasolina en la admisión, gasolina proveniente o de vapores de la cuba o del sifonado de gasolina de los circuitos principales y bomba de aceleración. Todo ello provoca un arranque en caliente difícil, abriendo la mariposa de gases, o imposible en ralentí.

Los problemas de congelación y percolación son problemas derivados de la estructura del carburador, del motor y de los órganos anejos. Para solucionarlos, muchas veces es inútil el concurso de los talleres de reparación, ya que por dónde realmente deben ser solucionados dichos problemas es en el diseño y concepción del carburador, motor y demás órganos.

Posición de la cubaEsta en la parte delantera del carburador, según el sentido de la marcha.La aceleración y marcha en cuesta, que son los momentos en los que mas se precisa el aporte de gasolina, se asegura como mínimo el nivel de gasolina en el pozo de emulsión (pudiendo sobrepasarse sin peligro algo este nivel).La deceleración y pendiente, el nivel en el pozo de emulsión disminuye algo, debido a la inercia de la masa fluida. No tiene excesiva importancia, debido a que no es tan necesario el aporte continuo de gasolina. Se evita así el rebose de gasolina durante el frenado.El eje de simetría de la cuba debe estar lo mas cerca posible de los puntos de rebose del circuito principal y otros circuitos. Se asegurará así el aporte continuo de gasolina vas e inclinaciones laterales. El flotador así mismo debe estar en el centro de la cuba. Si fuese excéntrico, en deceleración el punzón no cerraría perfectamente, por lo que habría peligro de rebose y ahogo del motor.

Aireación de la cuba:

Cuba no estanca (o aireación exterior).La cuba está comunicada mediante un orificio directamente con el exterior.Se mejoran las condiciones para evitar la percolación. El ambiente de la cuba está a la presión atmosférica. A igualdad de condiciones respecto a un carburador estanco, enriquece más la mezcla, ya que la presión sobre la gasolina de la cuba es mayor (relativamente) que en el carburador estanco.

Si el filtro de aire se ensucia, se tendrá una pérdida de carga adicional que se traducirá en un ligero aumento de la depresión en la zona alta del difusor, lo que provoca un mayor enriquecimiento de la mezcla que en el carburador estanco. Es decir, la riqueza de la mezcla en el carburador estanco, no es independiente del grado de saturación del filtro. Otro inconveniente que podemos citar es que no existe estanqueidad alguna al polvo.

Cuba estanca El ambiente de la cuba estará a igual presión que la entrada de aire, gracias al tubo de comunicación cuba-zona alta del difusor. A estos carburadores se les llama "equilibrados".Hay mayores inconvenientes respecto a la percolación. En ralentí y en paro se tiende a enriquecer algo la «mezcla, gracias a la acción de las burbujas de vapor de gasolina formadas.Este carburador tiene como característica que cuando el grado de vacío es grande y hay tendencia al enriquecimiento de la mezcla, resulta que la depresión en la cuba es mayor, frenando un poco la salida de gasolina por le surtidor, lo que representa una ayuda al sistema de automaticidad (corrector de mezcla) del carburador.La riqueza de la mezcla es más independiente del grado de saturación (taponamiento) del filtro de aire.

Cuba mixta .Es una combinación de los dos sistemas precedentes, la aireación de la cuba se realiza mediante conducto de comunicación desde la entrada de aire y desde el exterior, mediante orificio calibrado o válvula de desgaseado. Es el mas utilizado en la actualidad. Se mejoran las condiciones frente a la percolación, sobre todo en marcha de ralentí.El carburador dispone de una válvula mandada por el acelerador, de manera que la cuba es aireada al "exterior" durante el funcionamiento del motor a ralentí y al "interior" cuando se abre la mariposa de gases. En la figura inferior se ve constitución de este sistema con una válvula 1 de aireación de la cuba, que es accionada por la varilla de mando de la propia "bomba de aceleración", de manera que para la posición de ralentí, la válvula destapa el orificio de aireación de la cuba, y en cuanto se acciona la mariposa de gases, dicha válvula tapona el orificio de aireación.

PunzónDebido al constante funcionamiento del mismo, para evitar un rápido deterioro, lleva un resorte incorporado para evitar las vibraciones.El diámetro de la entrada de la gasolina debe ser tal que permita el suministro del caudal para máximo consumo del motor más 15 + 20% más para tener en cuenta la posible existencia de vapores de gasolina.

Filtro de aireFunción: filtrar el aire de entrada, para evitar que el polvo, suciedad, pase al motor. Amortiguación del ruido provocado por la entrada de aire.Constituye una pérdida de carga, y por tanto un aumento de la depresión y del consumo.Si el filtro está sucio, se enriquece notablemente la mezcla en los carburadores no estancos.Es conveniente que el filtro esté lo más cerca posible del carburador (mejor incluso encima), para evitar posibles irregularidades de funcionamiento: baches .....Tipos:

Filtro seco (cartucho). Filtro húmedo: aceite (mayor pérdida de carga)

Anticontaminación y carburadorEl objeto de la anticontaminación, es disminuir el tanto por ciento de los gases nocivos emitidos por el escape, por vehículos circulando por la ciudad.A tal efecto se ha establecido una legislación que controla las condiciones de funcionamiento, la cantidad y la naturaleza de los gases nocivos emitidos por el escape.Dada la mayor importancia que día a día se le daba a la lucha contra la contaminación, se tubo en cuenta a la hora del diseño de los nuevos carburadores.

Composición de los gases de escape

Gases de escape:- monóxido de carbono (CO)- carbono puro (C)- anhídrido carbónico (C02)- vapor de agua (H2O)- hidrógeno puro (H)- hidrocarburos (HC)- óxidos de nitrógeno (NOx)- anhídrido sulfuroso (S02)- plomo (Pb)

Gases contaminantes- monóxido de carbono- hidrocarburos- carburo puro- carbono- óxidos de nitrógeno- anhídrido sulfuroso- plomo

Causas de la contaminación

Calidad de la mezcla- Sólo mezclas 1/15,2 (r = 1). se queman totalmente.- Si la mezcla es rica: muchos gases no quemados; gran presencia de CO y HC. ej.; para conseguir la potencia máxima 1/12.5 (rica).- Si la mezcla es buena: productos de la combustión CO2 y vapor de agua, no contaminantes.- Si la mezcla es pobre: hidrocarburos sin quemar, presencia en el escape, ej.: para conseguir máximo rendimiento 1/18 (pobre).

Factores relativos al estado de la mezcla y a la combustión. En el proceso de la combustión se ha de lograr que la velocidad de combustión (velocidad de propagación de la llama) sea lo mayor posible, sin llegar por ello al régimen de detonación (cuando gran parte de la mezcla alcanza simultáneamente la temperatura de Inflamación y combustión.).Los factores que influyen favorablemente en la velocidad de combustión, harán que ésta sea más completa y por tanto, haya menos gases contaminantes en el escape.Entre otros factores, están:- naturaleza del combustible: cuanto menor sea la temperatura de inflamación del combustible, antes se quemará y más rápida será la combustión.- temperatura de la mezcla: aumenta la velocidad de la combustión. Por ello es conveniente calentar la tubería de admisión.- presión de la mezcla: aumenta la velocidad de la combustión. Por ello cuanto mayor es la relación de compresión compatible con el buen funcionamiento, mejor es la combustión.- homogeneidad de la mezcla: aumenta la velocidad de la combustión.- turbulencia: aumenta la velocidad de la combustión.- calidad de la chispa y número de bujías: aumenta la velocidad si la chispa es caliente y cuantas mas bujías haya.- forma de la cámara de combustión.Por todo ello es prácticamente imposible conseguir una combustión completa de la mezcla combustible, ya que esta depende de un gran número de factores diversos.

MotorCombustión incompleta debido a la concepción actual de los motores.- En la cámara de combustión la llama se para a una distancia entre 0,05 y 0,4 mm. de las paredes, debido a la acción del sistema de refrigeración de las mismas. Ello provoca que parte de gasolina se condense en las mismas, tanto más cuanto menor sea la agitación de los gases, y luego salga por el escape en forma de hidrocarburos sin quemar.- Cierta cantidad de gases permanece siempre en el espacio muerto del motor, cualesquiera sean las condiciones de funcionamiento y la riqueza de la mezcla.

Condiciones de funcionamiento.Por ejemplo, en deceleración, la cantidad de aire por segundo aspirado por el motor está fijada, porque el aire, al pasar por la mariposa alcanza la velocidad del sonido, velocidad limite máxima de paso, por lo que ya no podrá pasar más aire.Debido a que el número de revoluciones es muy elevado, el volumen de gases quemado (igual al del espacio muerto) es superior al del aire admitido, por lo que se producen fallos en la combustión, aumentando así mucho el % de hidrocarburos sin quemar en el escape.Por ello, algunas marca de carburador como por ejemplo: SOLEX ha montado en ciertos carburadores el sistema "decel" para limitar el % de hidrocarburos en el escape durante las deceleraciones.

Fuentes de contaminación

gases del cárter: (20% del total) prácticamente se ha eliminado este foco contaminante con el tubo de recirculación de gases del cárter al filtro de aire y al tubo de blow-by..

vapores de gasolina: (15% del total) que se escapen del depósito de gasolina, del carburador, etc. gases de escape: {65% del total, la causa más importante) para eliminarlos se han implantado diversas

soluciones, unas referentes al motor, otras al colector de escape y otras al carburador.

Soluciones aportadas al carburadorPara cumplir con las normas anticontaminación, los carburadores han sido modificados, creándose una nueva gama de carburadores: los carburadores anticontaminaciónSoluciones aportadas:

disminución de las tolerancias, gracias a técnicas de fabricación mas precisas. circuito de ralentí: ralentí con circuito de aire y CO constante. progresión: control del caudal de los orificios de by-pass o de la ranura de progresión. circuito principal: sistema automaticidad "E" (compensador de mezcla) aceleración: bomba de aceleración con mando por leva. deceleración: el "decel".

Ralentí con circuito de airePara que la abertura de la mariposa en ralentí no tenga que ser variada para lograr un buen funcionamiento del motor se utiliza el circuito de aire para ralentí. Así, la distancia entre la mariposa y orificios de by-pass siempre será constante.De esta manera la progresión y encebado del circuito principal, se realizará siempre para la misma abertura de mariposa (respecto a los carburadores de la misma serie) y se evitan peligros de exceso de riqueza en ralentí y progresiones defectuosas.Por ello, los tornillos de regulación tope de mariposa para estos carburadores no deben ser manipulados.

Características :- Circuito de aire: puente de aire entre zona alta (o baja) del difusor y zona baja mariposa- Tornillo de aire Va: regula el caudal de aire de dicho circuito y por tanto, la velocidad de giro del motor.- Circuito de mezcla: proporciona la mezcla (rica) necesaria para el funcionamiento en ralentí.- Tornillo de riqueza W : controla el caudal de mezcla (riqueza) suministrado. Fileteado de paso de rosca igual a 50 (en vez de 75) para mayor precisión. Incorporando una junta tórica para evitar fugas.

Reglaje - Actuar sobre Va para obtener las r.p.m. de ralentí.- Actuar sobre W para obtener la mayor velocidad de rotación posible (mejor dosificación).- Cerrar W hasta obtener % CO menor al 4,5% (analizador de gases). Aproximadamente 1/4 de vuelta, o

hasta disminuir unas 20 r.p.m. el régimen de ralentí.- Caso de variarse las r.p.m. ralentí, volver a actuar sobre Va y W.

Ralentí con CO constanteEl sistema está formado por dos circuitos en derivación del circuito principal.

un circuito de ralentí clásico, con el caudal de mezcla regulado por el tomillo de riqueza W. un circuito de ralentí de riqueza constante, conductor de una mezcla constante gracias a calibres de aire

gasolina fijos a la zona bajo mariposa. El caudal está regulado por Va.

Reglaje.

Actuar sobre el tornillo de riqueza constante Va que controla un volumen de mezcla capaz de alcanzar las r.p.m. de ralentí preconizadas.

Actuar sobre el tomillo de riqueza W para obtener el CO deseado. Repetir estas operaciones si la velocidad de rotación ha variado.

ProgresiónPara cumplir con las normas anticontaminantes, es preciso que riqueza de la mezcla proporcionada al motor durante la progresión permita una combustión tan completa como sea posible.La progresión se consigue mediante los orificios o ranura de progresión (by-pass).

Circuito principal

Encebado del circuito principal : la precisión del encebado del circuito principal se consigue:- respeto riguroso a la cota de nivel de la cuba.- precisión en la cota de sumersión del tubo de emulsión.- orientación determinada de los orificios de emulsión respecto al orificio de salida del circuito principal.- estrella de guía, para conseguir el perfecto paralelismo entre el tubo y el pozo de emulsión.

Sistema de automaticidad "E" .- automatlcidad en el tubo de emulsión.- doble difusor.- inclinación del tubo de emulsión:permite la evacuación fácil de las burbujas de vapor de gasolina.- canalización tangencial, que comunica con la "cámara de desgaseado", a dónde van a parar los vapores de gasolina. La cámara de desgaseado está en comunicación con la entrada de aire del carburador.

Bomba de gasolina con mando por levaTiene la ventaja de que proporciona gracias al perfil de la leva al motor la cantidad exacta de gasolina que precisa, así como el momento exacto de la inyección.

DeceleraciónEn deceleración, la mariposa esta en posición de ralentí, mientras que la velocidad de rotación es muy superior a la de ralentí.La mezcla suministrada al motor es la de ralentí, pues se alcanzado la velocidad sónica en la tubería de admisión y por tanto el volumen suministrado permanece constante. Sin embargo, debido al alto régimen del motor, el número de admisiones es muy alto, por lo que la tasa de hidrocarburos no quemados es muy alta.Para evitar esta tasa de hidrocarburos en los gases de escape se suministra, mediante un circuito especial (decel) o mediante el cierre progresivo de la mariposa, un volumen de gases frescos suplementarios que nos compense la pobreza de la mezcla admitida por el motor, consiguiendo así que los productos de la combustión se encuentren dentro de los márgenes establecidos por las leyes en vigor.

Funcionamiento.En deceleración, la mariposa está en posición de ralentí. El aumento de la depresión, transmitido a través del canal (1). provoca la abertura de la válvula de bola al ser empujada por la cápsula (G). Dicha depresión actúa sobre la membrana (2) permitiendo un enriquecimiento de la mezcla combustible, enriquecimiento prereglado por los tornillos 3 (gasolina) y 4 (aire).

Comprobación y reglajes del carburador

Antes de desmontar y verificar el carburador, conviene asegurarse de comprobar que las fallas del motor provienen de este dispositivo, pueden venir las fallas también de otros dispositivos del motor como son la distribución o el encendido.Para realizar una comprobación previa del carburador antes de desmontarlo del motor, se desmonta el filtro de aire y, con la mariposa de gases totalmente abierta, se hace girar el motor con el arranque, se comprueba visualmente que sale combustible por el surtidor principal y también por el tubo inyector de la bomba de aceleración al accionar manualmente la misma.En estas condiciones el motor debe de arrancar con un funcionamiento bueno o malo (a tirones) que se corrige posteriormente con un reglaje de carburación. En caso de no arrancar el fallo esta en el encendido.

Si en la comprobación anterior nos damos cuenta de que no sale combustible por los surtidores, quiere decir que tenemos una avería en el carburador. Anteriormente se habrá comprobado la llegada de combustible al carburador, es decir que la bomba de combustible funciona correctamente. Una vez que tenemos que desmontar el carburador del motor, lo primero que tenemos que hacer es: una limpieza exterior y posterior soplado con aire a presión, realizando al mismo tiempo una inspección de todos sus mecanismos, tratando de localizar posibles agarrotamientos de las timonerias de mando de los diferentes componentes, roturas, deformaciones, etc. El buen estado general y la ausencia de desgaste en las palancas, levas, varillas, ejes, móviles, etc., es importante.

Para identificar un carburador, cosa importante si queremos consultar en un manual alguna de sus características, nos fijaremos en el código que tenemos impreso en el cuerpo del carburador. Puede venir impreso en el mismo cuerpo o en una placa indentificativa fijada al carburador. En esta identificación tendremos la marca del carburador y unos números y letras. Ejemplo: Solex 32 BISA, un dato muy importante en los carburadores es el diámetro del cuerpo de la mariposa y en el caso del ejemplo seria 32 mm. Por lo tanto tenemos un carburador Solex simple (de un solo cuerpo) con un cuerpo de mariposa de 32 mm.Otro ejemplo diferente seria: Weber 32/34 TLDE, en este caso tenemos un carburador Weber de doble cuerpo o escalonado, este dato nos lo indica el 32/34. El numero 32 seria el diámetro del cuerpo de mariposa del 1º cuerpo y 34 seria el diámetro del cuerpo de mariposa del 2º cuerpo.

Otro dato importante a la hora de identificar el carburador es el diámetro de sus calibres o "chiclés". Los calibres vienen identificados con un numero impreso, ejemplo 232, esto quiere decir que el calibre tiene un orificio de diámetro de 2,3 mm.

Después de la inspección y limpieza exterior, se precederá al desarmado del carburador, teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

Cuidado de identificar todos sus componentes, para no tener problemas a la hora de volver a montarlo. No utilizar destornilladores ni otros objetos punzantes para separar los cuerpos, las tapas y otros elementos

que tengan superficies de contacto (generalmente donde van colocadas la juntas), que pueden provocar rayas y otras deformaciones que perjudiquen la estanqueidad del carburador.

En el desmontaje deberá seguirse un orden lógico, desmontando primero los componentes externos que van fijados al cuerpo del carburador, empezando por las tuberías de entrada de combustible a la cuba, siguiendo con los tubos de calentamiento de la base del carburador y del sistema de arranque en frío.¡¡Cuidado!! al soltar las tuberías ya que pueden derramar combustible sobre el motor y causar un incendio, si hay una chispa o toca una parte del motor que este caliente, como pueden ser los colectores. Es recomendable desconectar la batería para hacer trabajos en el carburador. Podemos encontrar también, sobre todo en carburadores mas modernos, cables eléctricos con su correspondientes conectores que se enchufan al carburador.

Seguiremos con el desarmado las timonerias del estrangulador, que lo enlazan a la mariposa de gases y pulmón corrector. Seguidamente se precederá a retirar la tapa, fijada al cuerpo con tornillos, así como la junta de estanqueidad y el mecanismo de cierre, filtro y flotador. A continuación se desmontaran la bomba de aceleración y el pulmón corrector del estrangulador, fijados ambos al cuerpo por tornillos. Seguidamente se retiraran los calibres de marcha normal, los sopladores y tubos de emulsión, así como el surtidor de la bomba de aceleración, el calibre de ralentí y el tornillo de riqueza de ralentí. Finalmente se desmontaran los ejes y timoneria de la mariposa de gases.

Una vez despiezado, se limpian todas sus piezas con gasolina o con otro producto adecuado para este fin (¡¡cuidado!! con estos productos que pueden deteriorar las juntas y membranas), después se procede al soplado para secar las piezas y para asegurarse de que no hay ningún calibre u otro orificio obstruido (no emplear nunca alambres ni alfileres para la limpieza de los "chiclés", ya que estos elementos vienen de fabrica rigurosamente calibrados para una dosificación correcta de la mezcla y podrían ser agrandados, produciendo un desajuste en el carburador). Se deberá verificar que estos calibres son de las medidas especificadas por el fabricante.

Después de efectuada la limpieza de los elementos que componen el carburador, se deberán hacer las siguientes comprobaciones:

Comprobar que no existen grietas y deformaciones en el cuerpo y en la tapa del carburador. Verificar la planitud de las superficies de contacto entre cuerpos, colector y las tapas de la bomba de aceleración y enriquecedor, para evitar las entrada de aire indebidas así como las fugas de combustible al exterior.

Comprobar que la boya de la cuba no esta perforada ni deformada, que se mueve libremente en la cuba y que el cierre de la válvula contra su asiento de entrada de combustible es hermético. También se comprobara que el filtro de entrada de combustible a la cuba, no presenta exceso de suciedad, esto indicara que tenemos problemas en la bomba de alimentación de combustible.

Comprobar que la mariposa de gases se abre y cierra libremente y que ajusta sobre su eje sin agarrotamientos ni holguras, ya que estas producirán desajustes en el reglaje a régimen de ralentí.

Comprobar que al tirar a fondo del mando mecánico que actúa sobre el cierre de la mariposa de arranque en frío (estrangulador), esta queda totalmente cerrada y con un juego de movimiento libre en su eje de 3 a 5 mm, aproximadamente. Con esta mariposa totalmente cerrada, la mariposa de gases debe quedar abierta por medio de las varillas de unión en una medida de aproximada de 0,5 mm (esta medida hay que consultarla en el manual de reparación).

En la bomba de aceleración, si es de membrana, comprobar que esta y el muelle de retención están en perfectas condiciones y, si es de embolo, que este se desliza suavemente en su alojamiento sin holguras ni agarrotamientos.

Comprobar el estado del tornillo de riqueza de ralentí, cuya punta cónica deberá encontrarse en perfecta condiciones. Si se ven huellas de desgaste o escalones se procederá a su sustitución.

Una vez hechas las comprobaciones se procederá al montaje del carburador. Siempre que se desmonta el carburador es conveniente sustituir las juntas de unión, para ello hay que conseguir el kit de mantenimiento (figura inferior) de ese modelo de carburador, donde ademas pueden venir también las membranas de la bomba de aceleración y econostato, aguja y válvula de entrada..

Kit de mantenimiento de un carburador de la marca Weber

Reglaje del nivel de la cubaEl nivel de combustible en la cuba es una característica muy importante a tener en cuenta en el funcionamiento del carburador. Para ello hay que comprobar el estado de funcionamiento de los elementos que mantienen el nivel constante de combustible. El flotador no debe presentar deformaciones que varíen su geometría original, tampoco debe estar agujereado lo que se comprueba agitandolo y verificando que no tiene combustible en su interior. Estas dos anomalías provocarían que el flotador se elevaría en el primer caso y se hundiría en el segundo, lo que falsea el nivel de combustible real en la cuba.

También se comprobara la estanqueidad del cierre de la válvula de entrada de combustible a la cuba. Para ello el punzón o aguja debe asentarse perfectamente en su alojamiento de la válvula. Un desgaste excesivo en el cono del punzón nos indica que tenemos una estanqueidad deficiente. Para este caso será necesario sustituir el conjunto de punzón y asiento de válvula.En el caso de tener un comprobador de vacío, hacemos funcionar la bomba de vacío con el carburador montado y aplicamos un vacío de 100 mm Hg. Una vez aplicada la depresión, esta deberá mantenerse, si bajase de forma rápida, posiblemente tenemos una fuga en la válvula de entrada.

La verificación y reglaje del nivel de la cuba se hace (figura inferior) colocando la tapa del carburador en posición vertical con la válvula de cierre y flotador montados y en perfecto funcionamiento. El peso del flotador mantendrá cerrada la aguja o punzón sin que la bola (3) penetre en el interior de la cota "A", esta cota estar especificada por el fabricante (normalmente esta entre 5 y 7 mm). La carrera del flotador que esta limitada por la lengüeta (1), esta carrera debe estar dentro de los valores preconizados por el fabricante (normalmente entre 8 y 9 mm). Cuando los valores no estén dentro de los que preconiza el fabricante entonces se hace el reglaje del nivel de la cuba, actuando para no penetrar en la cota "A" sobre la lengüeta (4) y cuando se quiera reglar la carrera del flotador entonces actuaremos doblando la lengüeta (5), siempre cuidaremos que la lengüeta (2) quede perpendicular al eje de la válvula.

En otras ocasiones el reglaje del nivel de la cuba es incluso mas fácil, solo hay que medir la distancia que hay entre la tapa de la cuba (colocada en vertical como en el caso anterior) y el fondo del flotador, como se ve en la figura inferior. La medida resultante la comparamos con la preconizada con el fabricante. En caso de tener que realizar un reglaje actuaremos sobre la lengüeta de reglaje.

Reglaje de la mariposa de gasesLa mayor parte de los carburadores toman un valor fijo en la posición de la mariposa para funcionamiento en ralentí, pudiendose ajustar el régimen ralentí mediante un circuito anexo controlado por un tornillo. Estos carburadores son los llamados de CO constante y la posición de cierre de la mariposa de gases esta determinada por un tope

regulable. Es muy importante mantener la posición de ralentí de la mariposa de gases en los valores marcados por el fabricante, por que de ello depende el buen funcionamiento de la "progresión" y el cebado del surtidor principal ("circuito de alta" se le llama en algunos manuales). Este reglaje es muy importante hacerlo, por que una vez que tenemos el carburador montado en el motor nos facilitara el posterior reglaje de ralentí, que se efectúa con el motor en marcha.Los carburadores de doble cuerpo escalonados, requieren de un reglaje de la posición de la mariposa de gases del segundo cuerpo y de la del primero si el circuito de ralentí es de CO constante.

Para ajustar la posición de la mariposa utilizaremos un útil medidor de ángulos, que se fija a la base del carburador. El carburador se pone de forma vertical y de forma invertida (mariposa de gases hacia arriba). El centrado del útil en la boca del carburador se hace mediante una arandela (s) apropiada al diámetro que tiene ese carburador. Desconectamos el varillaje de accionamiento que une el sistema de arranque en frío con la mariposa de gases. Mantenemos la mariposa de gases cerrada apoyando los palpadores del comparador sobre ella. En esta posición se ajusta a cero el comparador con uno de los palpadores y se fija la posición de este con el tornillo de bloqueo (D). A continuación se gira 180º el conjunto, de manera que el palpador del comparador se posicione en la parte baja de la mariposa, pudiendo así determinar la cota (H) por lectura directa en el comparador.

Si el valor obtenido por el útil medidor no es el preconizado por el fabricante, se corregirá por medio del tornillo que regula la apertura de la mariposa, se precederá de nuevo ha realizar la medición con el útil, finalizada la cual, se sellara o bloqueara el tornillo de reglaje para evitar alteraciones.

Reglaje de la bomba de aceleraciónSe deberá comprobar el volumen de combustible inyectado en una carrera completa de la bomba y la forma en que se orienta el chorro de inyección en el difusor.El volumen que inyecta la bomba de aceleración puede ser medido recogiendo en una probeta el combustible, suministrado por el inyector de bomba, para ello situaremos la probeta por debajo de la mariposa de gases, con un embudo para recoger el combustible. Con el carburador en posición de funcionamiento y estando la cuba llena de combustible, se accionara varias veces el dispositivo de mando de la mariposa de gases, abriendo esta, desde la posición de cerrada a su máxima apertura. Repitiendo esta operación un determinado numero de veces, se recogerá en la probeta el combustible suministrado, que debe corresponder con el preconizado por el fabricante (normalmente entre 5 y 8 cc, cada 10 emboladas.

Tendremos que verificar también que la orientación del chorro del inyector de la bomba de aceleración no se hace sobre las paredes internas del carburador. El combustible inyectado debe incidir sobre la mariposa de gases a una distancia (d) preconizada por el fabricante. Algunos fabricante determinan esta cota, que puede ser reglada

deformando convenientemente la boca del inyector manteniendo siempre una altura determinada con respecto al difusor.

Para otros carburadores la medida de combustible inyectado, se hace teniendo en cuenta la medida de la carrera de la bomba o el inicio de la misma. Para hacer esta medida se desmonta la válvula de retención (1) y se procede a realizar la medida de la cota (C). El valor obtenido debe ser el preconizado por el fabricante. Si no coincide la medida, la regularemos mediante la tuerca de reglaje (2).

La cantidad de combustible inyectado por la bomba de aceleración se puede regular dando mas o menos recorrido a la membrana o embolo de la misma. Para conseguirlo se actúa sobre la varilla de mando (1) que une la palanca de accionamiento de la bomba con la mariposa de gases, acortando o alargando la longitud de la misma por medio de la tuerca de ajuste (2).Para efectuar el reglaje, se empuja la palanca de mando de la bomba hasta el final de su recorrido de la membrana, se producirá entonces el despegue de la varilla de mando (1) con respecto a la tuerca (2). En esta posición, la apertura a la que ha llegado al mariposa de gases debe ser la preconizada por el fabricante. Para realizar la medida utilizaremos una varilla calibrada o también podemos hacer uso de una broca de taladrar, ya que estas tienen medidas normalizadas que podemos utilizar; buscando la que tenga la medida adecuada. La verificación se hace midiendo la separación entre la mariposa de gases y la pared del colector de aire, la posición debe de ser perpendicular al eje de giro de la mariposa y por el lado donde esta situada la bomba.

Control y reglaje de la válvula de aireación de la cubaEl control de la válvula se hace teniendo la mariposa de gases en posición de ralentí o lo que es lo mismo cerrada. En esta posición es donde la válvula de aireación debe de estar completamente abierta y donde se debe medir la apertura de la válvula, cuya cota (X) deberá corresponderse con la preconizada por el fabricante. En caso contrario se precederá a regular la cota (X) bien ajustando mediante un tornillo o doblando la varilla que mueve la válvula.

Reglaje del sistema de arranque en fríoEn los sistemas de arranque en frío por mariposa estranguladora, cuando esta se acciona, se abre parcialmente la mariposa de gases. La medida de la apertura de la mariposa esta preconizada por el fabricante y oscila entre 0,7 y 1,2 mm, medida que se realiza introduciendo igual que en el caso anterior una varilla calibrada, entre la pared del conducto de admisión y el borde de la mariposa de gases.Para efectuar el reglaje se acciona el mecanismo de arranque en frío (1) hasta el fondo. En esta posición se verifica el reglaje introduciendo la varilla calibrada como se ve en la figura inferior. El reglaje al valor especificado por el fabricante se realiza por medio del tornillo (2), que fija la posición de la articulación de mando de la mariposa de gases.

Si el sistema de arranque en frío dispone de corrector neumático (cápsula de vacío) de posición de la mariposa estranguladora, deberá de comprobarse el valor de apertura que permite el dispositivo de esta mariposa, teniendo accionado el estrangulador. Se tira de la varilla de mando del pulmón hasta el tope como indican las flechas, con lo cual se producirá la apertura parcial de la mariposa del estrangulador. El valor de esta apertura se controla con la varilla calibrada, cuyo diámetro debe ser como el preconizado por el fabricante (aproximadamente entre 5 y 6,5 mm). El reglaje se efectuará por medio del tornillo de regulación (figura inferior).

Pre-reglaje de ralentíSiempre antes de montar el carburador sobre el motor, es muy recomendable ajustar los tornillos de reglaje de ralentí para que el motor sea capaz de arrancar aunque no se haya realizado todavía el reglaje de ralentí. Esto es debido a que si el carburador esta muy desajustado, nos puede pasar que una vez reparado el carburador y montado en el motor, este no arranque de ninguna manera.Para realizar el pre-reglaje deberemos posicionar el tornillo de régimen de giro de manera que la mariposa de gases quede ligeramente abierta. El tornillo de riqueza de ralentí lo apretaremos a tope y después lo aflojaremos 2 vueltas enteras.En los carburadores con circuito de riqueza de ralentí a CO constante, el tornillo de posición de mariposa se habrá reglado con anterioridad (con el útil medidor de ángulos) y, entonces, el tornillo de riqueza de ralentí se regula de manera similar al caso anterior. En cuanto al tornillo de volumen se cerrara a tope para aflojarlo después 3 vueltas enteras. Con esta operación queda asegurado el funcionamiento mas o menos regular del motor a ralentí. Posteriormente, y después del calentamiento del mismo, se procederá al reglaje definitivo del mismo.

Reglaje de ralentíUna vez que tenemos armado el carburador y montado sobre el motor, se procederá a la puesta en marcha del motor y posterior reglaje del ralentí al carburador. Consiste esta operación en dar al motor una velocidad de rotación

adecuada (tornillo tope de mariposa o tornillo de volumen) y una riqueza de mezcla conveniente (tornillo de riqueza). El método de reglaje debe tener en cuenta estos dos parámetros ajustando los tornillos alternativamente hasta dar con el reglaje adecuado.

Antes de hacer el reglaje de ralentí hay que:

Si el motor tiene sistema de arranque en frío automático, no hay que olvidar armarlo pisando una vez el pedal del acelerador y soltarlo antes de la puesta en marcha.

Poner el motor a temperatura de régimen (aprox. 85º C), para lo cual se rodara el vehículo unos kilómetros. El filtro de aire deberá estar montado al efectuar el reglaje y el sistema de encendido perfectamente a punto.

Los tornillos de reglaje de ralentí podrán localizarse en diferentes sitios dependiendo del tipo de carburador, pero son fácilmente localizables.

El reglaje de ralentí puede ser efectuado con la ayuda de un tacómetro siguiendo los siguientes pasos:

Actuar sobre el tornillo de velocidad (volumen o de tope de mariposa) para llevar el giro del motor hasta el valor preconizado por el fabricante.

Actuar sobre el tornillo de riqueza de manera que se obtenga un progresivo aumento del régimen de giro. Una vez alcanzado el máximo giro, cerrar el tornillo para que el régimen baje unas 50 rpm.

Actuar sobre el tornillo de velocidad para reajustar el giro al valor estipulado.

Actualmente y teniendo en cuenta la normativa de anticontaminación, se hace necesario ajustar el ralentí con ayuda de una analizador de gases de escape, capaz de medir el volumen de CO contenido en los mismos. Con este aparato, el procedimiento de reglaje anteriorqueda modificado a la hora de actuar sobre el tornillo de riqueza de ralentí. Ahora se actuara sobre el tornillo de riqueza de manera que el contenido de CO sea en todos los casos inferior al 3%

SincrometroSencillo dispositivo que permite sincronizar los carburadores múltiples, igualando la depresión en cada uno de ellos. Debido a los desgastes del motor (perdidas de compresión, reglaje de válvulas, etc.) con los kilómetros o a la configuración de las admisiones (colectores de admisión de distintas dimensiones) el volumen de mezcla no es el mismo para todos los cilindros, aunque la apertura de las mariposas estén sincronizadas en todos los carburadores. Sirve para cualquier tipo de carburador.

Para un máximo rendimiento del motor es importante que un similar volumen de mezcla pase a través de todos los carburadores que alimentan el motor. Esto se consigue sincronizando los ángulos de apertura de las válvulas de mariposa. Para hacer la sincronización de los carburadores:

Poner el motor a temperatura de funcionamiento (85-90ºC). Con el sincrometro medir la depresión en uno de los carburadores y anotar el valor medido Hacer lo mismo en el otro carburador. Si las mediciones no son iguales en ambos carburadores, ajustar con el tornillo (3), figura inferior, hasta

obtener igual medida.

Si se dispone de un sincrometro doble podemos hacer la medida en los dos carburadores a la vez.Como alternativa, sino disponemos de un sincrometro, podemos usar una pieza de tubo para escuchar la depresión en cada carburador. Según el sonido podemos saber que carburador tiene una mayor depresión. Con este método se consiguen unos resultados aceptables.

Modificación de los carburadores

CentradorPara las utilizaciones deportivas se utilizan centradores (carburadores de doble difusor) de forma alargada para evitar turbulencias de combustible producidas por las pulsaciones del motor. Ademas del doble difusor, podemos encontrar hasta triple difusor como se ve en la figura inferior.

Problemas con la "Progresión"La progresión como se explico en el estudio teórico del funcionamiento de los carburadores, es el instante en que la mariposa de gases empieza a abrirse, abandonando la posición de ralentí, en este pequeño espacio de tiempo entra una gran cantidad de aire al motor, que tiene que ser compensada con el combustible que suministra el circuito de progresión, hasta que entre en funcionamiento el circuito principal. Cuanto mas tiempo tarde en suministrar combustible el circuito de progresión, mas se empobrecerá la mezcla que entra al motor, esto puede causar tirones e incluso se puede llegar a calar (parar) el motor. Para evitar esto, una vez que tenemos hecho el reglaje de ralentí

correctamente y comprobamos que cada vez que aceleramos desde ralentí, hay unos instantes en que el motor da tirones o se cala, esto nos indica que tenemos que mejorar el funcionamiento de la progresión. Para solucionar el problema de la progresión tenemos que hacer unas serie de modificaciones en el carburador que las tenéis perfectamente explicadas en un articulo de otra web, que desde aquí recomendamos:. Haz clic para verla.

Surtidor principalEl surtidor principal o calibre se puede encontrar en dos tipos de montaje en el carburador, colocados en un portasurtidor o en el mismo cuerpo del carburador. Se trata de una pieza calibrada con gran precisión, y su diámetro es escogido en función del difusor, del numero de cilindros a alimentar y del carburante utilizado. El marcado en centésimas de milímetro se realiza lateralmente en los utilizados en carburadores Weber y en la parte superior para los Solex. El diámetro del surtidor o calibre principal se expresa en números y oscila entre 80 y 220. Una variación de solamente 5 centésimas en el calibre puede provocar una falta de potencia en el motor o un exceso innecesario de consumo de combustible.En caso de modificaciones en el carburador que tengan que ver con el surtidor o calibre, hay que tener en cuenta que el caudal que pasa a través de los orificios calibrados del surtidor no depende solo de la sección de paso, sino también de la longitud y del cono de entrada, por lo que será siempre recomendable montar los surtidores recomendados por el fabricante para ese carburador.

Si queremos cambiar el surtidor principal para modificar las prestaciones del motor, tendremos que buscar un surtidor tomando como referencia el diámetro del difusor del carburador. Para ello utilizaremos un gráfico como el que se ve en la figura inferior. Con esta gráfica se puede elegir el calibre o surtidor principal a partir del diámetro del difusor. Hay que tener en cuenta que esta gráfica sirve partiendo de que disponemos un soplador o calibre de aire de 200 centésimas y que el motor es de 4 tiempos y 4 cilindros.La forma de utilizar la gráfica es sencilla sabiendo el diámetro del difusor marcamos una raya horizontal que se corte con la zona rayada, desde aquí marcamos una raya vertical que se cruce con la base. En la base tenemos la medida en mm (milímetros) del diámetro del calibre que tendrá un margen de elección que se corresponde con la zona rayada de la gráfica.Como ejemplo tomando dos medidas de diámetro de difusor (24 y 27mm). Tenemos un diámetro de calibre de 1,2 a 1,5 (120 a 150) para un difusor de 24. Para un difusor de 27 tendemos un calibre de 1,35 a 1,65 (135 a 165).Una vez que sabemos el valor del calibre, se puede elegir entre las distintas medidas de diámetro. Por ejemplo: para el caso de 1,35 a 165, sabemos que tenemos disponibles calibres de los siguientes medidas: 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165. Escogeremos el que mejor prestaciones ofrezca en el funcionamiento del motor.Como norma a seguir, decir que existe una relación practica entre el diámetro del difusor y el diámetro del calibre principal. Por cada milímetro de aumento del diámetro del difusor se requiere de un aumento de 0,05mm de diámetro de calibre. En caso contrario, disminución del diámetro del difusor, hay que disminuir el diámetro del calibre en la misma proporción.

Es posible conseguir algo más de potencia cambiando el calibre principal por el número siguiente (siempre usando piezas nuevas y originales); por el contrario, si se busca economía en el consumo y cuando no se pretenden aceleraciones brillantes, ni grandes velocidades, se puede cambiar por el del número inmediato inferior.

Sopladores (calibres de aire) y tubos de emulsiónLos sopladores pueden estar situados en la salida de cuba del circuito principal, fijo en el tubo de emulsión o en el interior del propio tubo de emulsión.Si se aumenta el diámetro de paso del soplador se empobrece la mezcla mientras que si aumentamos el diámetro del surtidor principal se enriquece la mezcla.Para los tubos de emulsión, el tipo y diámetro son determinados por el fabricante después de realizar estudios sobre bancos de prueba de motores. Será necesario, referirse siempre a las tablas del propio fabricante para cualquier modificación.

Si aumentamos el diámetro del calibre de aire, se empobrece la mezcla proporcionalmente mucho mas en lo altos regímenes de revoluciones que en los bajos regímenes (situación que no sucede en el calibre de combustible, ya que cuando éste lo reducimos empobrecemos por igual la mezcla a todos los regímenes).En la practica se puede considerar que un aumento de 15 centésimas en el calibre de aire equivale a una disminución de 5 centésimas en el diámetro del calibre principal de combustible. De aquí podemos deducir que se puede conseguir el mismo resultado tanto si modificamos el calibre de aire como el calibre de combustible.

Nota: a lo largo del articulo se ha mencionado la palabra "calibre principal" como parte del carburador, a este elemento también se le denomina de varias formas como: surtidor, chiclé, chicler, chicleur, gliceur, etc.

Dispositivos auxiliares del carburadorAdemas de los elementos imprescindibles que forman el carburador y que hemos estudiando en capitulos anteriores, se han ido incorporando otros dispositivos a medida que evolucionaba el carburador y se le exigia una mezcla mas precisa para cumplir por ejemplo con la normativa anticontaminación.

Electroválvula de corte de ralentíHay carburadores que tienen incorporado en el circuito de ralentí una electroválvula capaz de introducir una aguja conica en el calibre de ralentí, cortando el suministro combustible a ralentí cuando es activada la electroválvula.

Cuando se acciona la llave de contacto del vehículo la electroválvula se activa haciendo que la aguja conica se retire del calibre de ralenti dejando paso al combustible y permitiendo que el motor funcione. Cuando se para el motor con la llave de contacto, la electroválvula se desactiva introduciendo la aguja conica dentro del calibre de ralentí, cortando el suministro de combustible, con esto se impide que se arrastre combustible mientras los pistones siguan moviendose dentro del motor por la inercia. Este combustible llegaria a los cilindros, donde se depositaria en forma de gotas, produciendo una accion de lavado de los cilindros, que se llevaria el aceite que los protege del desgaste en el proximo funcionamiento del motor.

Compensador de ralentíLos vehículo equipados con sistemas de aire acondicionado o direcciones asistidas, suponen una carga extra para el motor, y si a esto le sumamos que pueden entrar en funcionamiento en cualquier momento, el resultado es una perdida de potencia del motor que cuando se encuentra en régimen de ralentí, puede provocar el funcionamiento a tirones o el calado del motor. Para evitar este inconveniente necesitamos de un dispositivo que acelere el motor antes de que entren en funcionamiento los sistemas que suponen una carga adicional (aire acondicionado, dirección asistida) para el motorEl dispositivo que sirve para compensar el ralentí, esta formado por un pulmón corrector (figura inferior) que por medio de un sistema de palancas (4), actua sobre la leva de mando del acelerador para aumentar ligeramente el régimen de giro, mediante apertura parcial de la mariposa de gases.El compensador de ralentí esta formado por una capsula de vacío o pulmón que toma a través del conducto de entrada (3) el vacío que coje del propio carburador a través de la toma (5).

En la figura inferior se ve el esquema de conexionado de vacío que actua sobre el dispositivo compensador de ralentí.(1). A traves de la toma (2) del carburador se transmite el vacío que pasa a su vez por la electroválvula (3) que controlara el paso del mismo, cortando o dejando pasar el vacío al pulmón corrector del dispositivo compensador de

ralentí. La electroválvula de ralentí sera activada por una señal electrica que es enviada por el sistema de control del aire acondicionado o de la dirección asistida cada vez que entre en funcionamiento.

Amortiguador para el cierre de la mariposa de gasesPara evitar que la mariposa de gases se cierre de golpe cuando se deja de pisar el acelerador, algunos carburadores disponen de un dispositivo que hace que la mariposa, una vez que se suelta el pedal del acelerador, se cierre lentamente. El no tener este dispositivo provoca que la mezcla se empobrezca repentinamente y teniendo en cuenta que el motor sigue girando a un numero alto de revoluciones, en estas circunstancias la tasa de hidrocarburos no quemados es muy alta por lo que el grado de contaminación del vehículo será elevado. El amortiguador para el cierre de la mariposa de gases es de funcionamiento hidroneumático.

Resistencia de calentamientoLa zona del carburador donde esta situada la mariposa de gases (cuerpo de mariposa) es proclive a la congelación, también se ve afectado el orificio de salida del circuito de ralentí. Para evitar el enfriamiento y el posible hielo que se puede formar en esta zona del carburador, se dispone en algunos modelos de carburador, una resistencia eléctrica de calentamiento que evita el enfriamiento excesivo de esta parte. frío

Sistema enriquecedor de mezcla durante el calentaimiento del motorAlgunos carburadores utilizan este sistema, que funciona solo durante el calentamiento del motor. La electroválvula (7) es activada por el termocontacto (8) que es sensible a la temperatura que le transmite el liquido de refrigeración del motor. Por debajo de la temperatura de 70ºC el termocontacto esta abierto, por lo que no se activa la electroválvula. El combustible entra en la cámara donde esta la membrana (4) y el émbolo (5). Por la otra cara de la membrana, el vacío que es transmitido desde debajo de la mariposa de gases, a través, del conducto de vacío (2), actua sobre la membrana atrayendola y comprimiendo el muelle (3).Para pequeñas aperturas de mariposa de gases, el vacio que existe por debajo de la misma es grande, el cual actua sobre la membrana comprimiendo el muelle. La membrana que a su vez mueve el émbolo (5) no actua sobre la válvula de bola (1), por lo que la bola es apretada contra su asiento por el otro muelle. Durante las aceleraciones o medias cargas del motor, el vacío por debajo de la mariposa de gases, decrece, por lo que este ya no actua atrayendo la membrana. Por el contrario la membrana se ve empujada por el muelle (3)

haciendo que el émbolo presione sobre la bola despegandola de su asiento. En esta situación el combustible pasa a traves de la válvula de bola, entrando en el tubo de emulsión (6), con lo que se enriquece la mezcla en el circuito principal del carburador.

Para temperaturas del liquido de refrigeración del motor por encima de 70ºC, el termocontacto cierra activando la electroválvula, que a su vez hace retroceder el émbolo, por lo que la válvula de bola cierra sobre su asiento, el paso de combustible para enriquecer la mezcla. En esta situación el vacío que existe por debajo de la mariposa de gases, no sirve para actuar sobre la membrana ya que la fuerza que ejerce la electroválvula es mayor que la fuerza que ejerce el vacío..

Carburador con compensador de altitud (cápsula altimetrica)Algunos carburadores cuentan con un sistema corrector de mezcla según la altitud por donde se mueva el vehículo. Sabido es que a medida que se sube de altura (a partir de 1200-1500 metros), la presencia de oxigeno disminuye, por lo que la mezcla se enriquecería en exceso, en caso de no contar con un sistema que permita adaptar la cantidad de combustible a suministrar en función de la altitud. El sistema compensador de altitud consiste en una cápsula altímetrica (barométrica) que mueve una aguja cónica que se introduce mas o menos dentro del surtidor principal o gliceur, cerrando la salida de combustible en mayor o menor volumen hacia el tubo de emulsión. A mayor altitud mas se introduce la aguja cónica en el calibre, por lo tanto la cantidad de combustible que suministra el carburador disminuye, lo mismo que hace el aire (oxigeno) que entra en los cilindros del motor.

Curso de transmisiones

La transmisión del movimiento de la caja de cambios a las ruedas necesita de unos elementos que se van a encargar de este cometido. Estos elementos van a depender principalmente de la posición que ocupe el motor en el vehículo (delantero, trasero) y de la posición de las ruedas motrices ("tracción" delantera, "propulsión" trasera, tracción total 4x4). Estos elementos de transmisión están sometidos a esfuerzos constantes de torsión; en consecuencia, deben diseñarse para sopotar estos esfuerzos sin deformación y ser capaces de transmitir todo el par motor a las ruedas. Como el motor y caja de cambios van fijos al bastidor y las ruedas van montadas sobre un sistema elastico de suspensión, éstas se hallan sometidas a continuos desplazamientos de vaivén por las irregularidades del terreno. Por lo tanto el enlace entre la caja de cambios y las ruedas no puede ser rígido, sino que ha de estar preparado para adaptarse a esas deformaciones.Según la situación del grupo motopropulsor y de las ruedas motrices en el vehículo, se emplean diferentes sistemas de transmisión, acoplando juntas y semiarboles adaptados al sistema elegido.

En los vehículos con motor delantero y propulsión trasera, el enlace caja de cambios puente trasero con diferencial se realiza por medio de de un árbol de transmisión que lleva adaptado un sistema de juntas elásticas para absorber las deformaciones oscilantes del puente. En este sistema, el enlace del diferencial con las ruedas se realiza por medio de unos semiarboles rigidos llamados palieres, alojados en el interior del puente trasero.

En los vehículos con motor y propulsión traseros o motor y tracción delanteros, la transmisión se realiza directamente desde la caja de cambios a las ruedas. En este caso no existe puente diferencial ni árbol de transmisión. El diferencial esta formando conjunto con la caja de cambios y la unión de este conjunto con las ruedas se hace por medio de un enlace que no puede ser rigido. Con este fin se usan semiarboles con interposición de juntas elásticas que permitan el movimiento oscilante de la rueda cuando el vehículo esta en movimiento.Cualquiera que sea el sistema de juntas empleadas en la transmisión, estas deben cumplir la condición de ser oscilantes y deslizantes, para permitir los desplazamientos de la rueda y a la vez adaptarse a las variaciones de longitud producidas en los semiarboles por causa de esos desplazamientos.

En los vehículos con tracción a las 4 ruedas (4x4), la transmisión del movimiento a las ruedas se complica ya que se necesitan mas elementos, como otro árbol de transmisión que transmita el movimiento generalmente a las ruedas traseras, esto viene acompañado con el uso de otro diferencial.

Arboles de transmisiónEstan sometidos en su funcionamiento a esfuerzos constantes de torsión que son contrarrestados por la elastidad del material. Por este motivo están diseñados para que aguanten el máximo de revoluciones sin deformarse. Se fabrican en tubo de acero elástico, con su sección longitudinal en forma de uso (mas grueso en el medio que en los extremos) y perfectamente equilibrados para no favorecer los esfuerzos en ningún punto determinado.Ademas del esfuerzo de torsíon, el árbol de transmisión está sometido a otro de oscilación alrededor de su centro fijo de rotación. Debido a este movimiento de oscilación se modifican continuamente las longitudes de las uniones, dando como resultado un movimiento axial del árbol de transmisión

Arboles de transmisión con juntas universales cardanLa juntas cardan son las mas empleadas en la actualidad, ya que pueden transmitir un gran par motor y permite desplazamientos angulares de hasta 15º en las de cotrucción normal, llegando hasta los 25º en las de construcción especial. Tienen el inconveniente de que cuando los ejes giran desalineados quedan sometidos a variaciones de velocidad angular y, por tanto, a esfuerzos alternos que aumentan la fatiga de los materiales de los que estan construidos.

La oscilacion de la velocidad es mayor cuanto mayor sea el ángulo (A, de la figura inferior) aunque, normalmente, este ángulo en los vehículos es muy pequeño y, por tanto, las variaciones de velocidad son prácticamente despreciables.

La junta cardan esta constituida por dos horquillas (1) unidas entre si por una cruceta (2), montada sobre cojinetes de agujas (3) encajados a presión en los alojamientos de las horquillas y sujetos a ellas mediante circlips o bridas de retención (4).

Una de las horquillas va unida al tubo de la transmisión (9) y la otra lleva la brida de acoplamiento para su unión al grupo propulsor del puente. En el otro lado del tubo, la junta cardan va montada sobre una unión deslizante, formada por un manguito (5) estriado interiormente que forma parte de una de las horquillas, acoplandose al estriado (6) del tubo (9). El conjunto asi formado constituye una unión oscilante y deslizante.

Estos árboles no sufren, generalmente, averías de ningún tipo, salvo rotura del propio árbol, en cuyo caso hay que cambiar el conjunto, ya que no admite reparación. El único desgaste que pueden sufrir esta en los cojinetes de la cruceta, en cuyo caso se sustituyen éstos o se procede a cambiar la cruceta.La protección del acoplamiento estriado la asegura el casquillo guardapolvo (7) y el engrase de las artículaciones de la junta cardan se efectua con grase consistente por los engrasadores (8).

Arboles con juntas universales elásticasEstos árboles se emplean cuando el puente trasero va fijo a la carroceria o para secciones intermedias de transmisión; por tanto, no necesitan transmitir el giro con grandes variaciones angulares. Como juntas se emplean discos de tejido o artículaciones de goma interpuesta entre dos bridas sujetas con pernos de unión.Las juntas de disco, permiten un ángulo de desviación de 3 a 5º y estan constituidas por uno o dos discos elásticos (tejido de tela engomada), interpuestos entre la brida del puente o caja de cambios y la brida de transmisión.

Las juntas con artículaciones de goma (silentblock), al ser mas elasticas que los discos, permiten desviaciones angulares de 5 a 8º. Tienen la ventaja de amortiguar las oscilaciones y ruidos en la transmisión; además, pueden eliminar el elemento deslizante, debido a su propia elasticidad transversal, cuando va montada entre elementos fijos.

Semiárboles de transmisión o palieresLos semiarboles o palieres pueden ser rigidos o articulados (para suspensiones independiente) tienen la misión de transmitir el movimiento desde el diferencial a las ruedas. Estan constituidos por un eje de acero forjado, uno de sus extremos se acopla al planetario del diferencial y, el otro extremo se acopla al cubo de la rueda.

En vehiculos con motor delantero y propulsión trasera dotada de puente trasero flotante (sin suspensión independiente) se emplean para el montaje de estos semiárboles, varios sistemas:

Montaje semiflotante : En este sistema el palier (1) se apoya por un extremo en el planetario (2) del diferencial y, por el otro lado, lo hace en la trompeta (3) del puente, a través de un cojinete (4). Con este montaje, el peso del vehículo descansa en (P) y queda totalmente soportado por el palier que, además, transmite el giro a la rueda; queda, por tanto, sometido a esfuerzos de flexión y torsión; por esta razón, estos palieres tiene que ser de construcción mas robustos.

Montaje tres cuartos flotante : En este montaje el palier se une al cubo de la rueda, siendo este el que se une al mangón (3) a través de un cojinete (4). En este caso, el peso del vehículo se transmite desde la trompeta del puente al cubo de la rueda y el palier queda libre de este esfuerzo, teniendo únicamente que mantener el cubo alineado y transmitir el giro.

Montaje flotante : En este montaje (el mas utilizado en los camiones) el cubo de la rueda se apoya en el mangón del puente (3) a través de dos cojinetes (4), quedando así alineada la rueda que soporta el peso del vehículo. El palier queda liberado de todo esfuerzo, ya que solamente tiene que transmitir el giro de las ruedas.En los montajes semiflotantes y tres cuartos flotante, el palier no puede ser extraido del puente sin haber antes liberado a la rueda del peso del vehículo, cosa que no ocurre con este ultimo sistema en el que, como puede verse, el palier queda totalmente libre.

Semiárboles para transmisión con motor y propulsión traseros y suspensión independienteUno de los mas empleados es el que se ve en la figura inferior, donde el palier (1) se une por un extremo al planetario por medio de los patines (2) alojados en el cajeado del mismo. Su form esferica les permte deslizarse en el cajeado y adaptarse perfectamente a cualquier posición del palier. Por el otro extremo se acopla el manguito (3) por medio del estriado de ambos y que permite el deslizamiento del palier dentro del mismo, ajustando así la longitud diferencial-rueda por muy accidentado que sea el terreno.

El árbol (4) de la rueda se acopla por medio de su estriado a la junta elástica (5), que consiste en un manguito o taco de caucho con un estriado interior, para que su acoplamieno al árbol de la rueda sea elástico, sujeto al mismo con la tuerca (6). La junta elástica (5) se une al manguito (3) y transmite así el movimiento desde el planetario a la rueda montada en la cabeza del árbol (4).La junta elástica (5) y los patines (2) constituyen el sistema oscilante que hace que el giro pueda transmitirse a la rueda en cualquier posición de la misma, debido a las desigualdades del terreno. El sistema va montado al aire y lleva un protector de goma (9) para evitar que entre polvo en el interior de la caja de cambios.

Otro tipo de semiarbol para motor y propulsión traseros es el que se ve en la figura inferior que consiste en interponer una junta cardan, la cual se une por uno de sus extremos al planetario y, por el otro lado, al palier y cubo de rueda.En este sistema el palier no va montado al aire, sino dentro de una trompeta que va unida al carter por un sistema que permite adaptarse a las incidencias del terreno, apoyándose al palier en esta trompeta con interposición del rodamiento.

Semiárboles para vehículos con tracción delantera (palieres)

Los vehículos con motor y tracción delanteras deben utilizar para transmitir el movimiento de la caja de cambios (diferencial) a las ruedas, un sistema de transmisión con unas juntas que permitan tanto el movimiento oscilante de la suspensión como el movimiento de orientación de las ruedas, ya que estas ruedas ademas de ser motrices son directrices.

Para este tipo de transmisiones no puede utilizarse juntas cardan, pues como ya se ha comentado anteriormente, las velocidades de los dos árboles unidos a este tipo de juntas, cuando están formando un cierto ángulo, no son iguales en todo momento. La velocidad de giro que reciben de la caja de cambios es regular, pero a la salida de la junta, en cada vuelta aumenta dos veces y disminuye otras dos, lo que significa un giro de impulsos cuando el ángulo formado por los dos ángulos es grande, como ocurre cuando el vehículo toma una curva. En una tracción delantera hay que tener presente que el árbol intermedio alcanza fácilmenteángulos del orden de 20º con el árbol de salida del diferencial como consecuencia de los desplazamientos de la suspensión. Por otra parte, el árbol conducido, que ataca a la rueda motriz y directriz, alcanza ángulos de unos 40º con el árbol intermedio como consecuencia del giro de orientación de las ruedas.

Para evitar los inconvenientes de las juntas cardan en transmisiones delanteras se utilizan juntas homocinéticas de las que existen varios diseños:

Junta homocinética Glaencer-SpicerConsiste en dos juntas cardan unidas por una pieza de doble horquilla, de forma que el giro alterado por una de ellas es rectificado por la otra, transmitiendose así un movimiento uniforme a las ruedas. Esta junta se puede decir que se compone de dos juntas cardan simples que se acoplan entre sí mediante un árbol muy corto. Además posee un dispositivo de centrado constituido por una rótula y una pequeña esfera, de manera que pueden deslizar a lo largo del árbol conducido.

En el otro extremo del palier, o sea en la unión al diferencial, se acopla otra junta cardan deslizante, o bien en este lado del palier se dispone de una junta deslizante del tipo Glaencer. Esta junta esta constituida por un trípode (1) donde se acoplan los rodillos (2) alojados en las ranuras cilíndricas del manguito (3) donde pueden deslizarse. En el interior del trípode (1) donde se acoplan los rodillos (2) alojados en las ranuras cilíndricas del manguito (3) donde pueden deslizarse. En el interior del trípode (1) se aloja el palier (6) y, en el casquillo (3), el planetario (7), resultando una junta homocinética deslizante. El casquillo (4) y el guardapolvos (5) sirven de tapa y cierre del conjunto.

Esta junta es de engrase permanente y se caracteriza por su reducido volumen. Tiene un rendimiento muy elevado y muy poca resistencia al deslizamiento, la junta trípode deslizante Glaencer se comporta homocineticamente bajo

cualquier ángulo, con una gran capacidad para la transmisión de pares y un elevado rendimiento mecánico. A esta junta se le denomina G. I (interior) pues siempre se coloca en el lado del diferencial.

En los vehículos con tracción delantera se suele acompañar la junta anterior con una junta homocinética Glaenzer-Spicer (G. E, por utilizarse en el lado rueda) o con una junta homocinética de bolas denominada Rzeppa.

Junta homocinética RzeppaLa junta del tipo Rzeppa o mas conocida por "junta homocinética de bolas" es la mas utilizada hoy en día. Esta junta suele utilizarse combinada con la Glaenzer trípode deslizante (ver figura superior), esta ultima montada en el lado caja de cambios y junta Rzeppa en lado rueda, pues trabaja perfectamente bajo condiciones de gran angularidad.Esta junta debido a su complejidad constructiva no se ha impuesto su utilización hasta no hace muchos años. La junta Rzeppa consta de seis bolas que se alojan en una jaula especial o caja de bolas (7). A su vez, las bolas son solidarias del árbol conductor y del conducido; este acoplamiento se produce debido a que las bolas también se alojan en unas gargantas toricas, que están espaciadas uniformemente a lo largo de dos piezas interior y exterior. La pieza exterior (3), en forma de campana, esta unida al árbol conducido, en el lado rueda. La pieza interior (8) es el núcleo del eje conductor, eje que, a su vez, se une a la junta homocinética que sale de la caja de cambios.La disposición de las bolas y las gargantas hace que sean dos bolas las que transmiten el par, mientras que las otras cuatro aseguran el plano bisector. Tras una pequeña rotación, otras dos bolas son las que pasan a transmitir el par, mientras que las dos bolas que acaban de trabajar pasan al lado bisector. Una de las ventajas de la junta Rzeppa es su larga vida, superior generalmente a la del automóvil (esto es en teoría, por que en la practica vemos muchos

automóviles tirados en la carretera debido a la perdida de la grasa que esta en el interior del guardapolvos y que provoca una avería en la junta homocinética).

Vemos que la junta homocinética Rzeppa es uno de los componentes mecánicos del automóvil mas complejos y que juega un papel muy destacado dentro de su funcionamiento, controlando tanto la tracción como la dirección de las ruedas, de hay la gran precisión necesaria en el proceso de fabricación de la misma.

Una de las ventajas de la junta Rzeppa es su larga vida, superior generalmente a la del automóvil (esto es en teoría, por que en la practica vemos muchos automóviles tirados en la carretera debido a la perdida de la grasa que esta en el interior del guardapolvos y que provoca una avería en la junta homocinética). Los fabricantes de automóviles no aplican un mantenimiento preventivo de este elemento, simplemente se aconseja a los profesionales de la reparación (mecánicos) que realizen una inspección visual del guardapolvos del palier, cosa que no sirve para mucho, por que el guardapolvos a partir de un numero de km o un determinado tiempo de utilización del vehículo, se rasga, se rompe por que el guardapolvos es de goma y este material tiende a endurecerse perdiendo sus propiedades elásticas por lo que llega un momento en que se rompe, dejando salir la grasa consistente que lubrica la junta, por lo que esta se deteriora rapidamente ocasionando una avería grave en la transmisión.Para evitar este inconveniente seria recomendable cambiar el guardapolvos del palier entre los 100.000 o 150.000 km, con esto evitariamos una avería grave en el vehículo que en la mayor parte de las veces nos deja tirado en la carretera.

Otras juntas homocinéticas menos utilizadas o ya en desuso son:

Junta homocinética TractaDesarrollada en los años 20 del siglo pasado, se trata de una junta sencilla y relativamente fácil de fabricar. Los árboles de entrada y salida incorporan unas horquillas que se acoplan a dos piezas centrales, que hacen el efecto del árbol intermedio de las juntas. Estas dos piezas centrales, que denominaremos "nueces" por su enorme parecido con este alimento. Las nueces son macho y hembra, y se acoplan entre sí de manera que los elementos que transmiten el movimiento están siempre en el plano bisector. Los ángulos a los que puede trabajar esta junta son importantes; no obstante, cuando alcanzan valores del orden de 45º no permiten la transmisión de pares de elevado valor. La angularidad de la junta viene limitada por la geometría y la resistencia; en esas condiciones surgen movimientos relativos entre las piezas que dan lugar a rozamientos intensos que producen incrementos de temperatura. Ello limitara la vida de la junta, por lo que los pares a transmitir bajo ángulos fuertes tienen que ser mas bajos que los que podría transmitir con los arboles conductor y conducido en prolongación uno del otro.

Junta homocinética Bendix-WeissEsta junta como la Rzeppa utiliza bolas que proporcionan las puntos de contacto propulsores, en está no hay jaula que controle las bolas, las cuales van perfectamente ajustadas en sus pistas entre las dos mitades del acoplamiento. Las cuatro bolas deslizantes son fijadas por una bola interior taladrada que gira sobre un pasador alojado en el semieje exterior. El plano de los puntos de contacto se mantiene en la bisectriz del ángulo de los dos semiejes, pero la posición de las bolas se consigue por el "roce del rodamiento" entre las cuatro bolas y sus pistas.

Tracción 4x4

Con este artículo queremos dar una visión del funcionamiento de la transmisión de los vehículos con tracción a las 4 ruedas, y mas en concreto, a la utilizada en los turismos. No queremos entrar en el funcionamiento de los todoterreno (offroad), aunque en algún momento haremos referencia a ellos.

Los vehículos con tracción a las 4 ruedas se dividen en dos categorías:

Tracción total opcional: tienen tracción permanente sólo en las ruedas posteriores, no tienen diferencial central y la tracción delantera se engancha con una palanca, quedando bloqueada. Esto quiere decir que permanentemente las 4 ruedas giran a la misma velocidad. Este tipo de tracción se utiliza mas en todoterrenos (offroad).

Tracción total permanente: El sistema consiste en un diferencial central que distribuye la tracción a las 4 ruedas y puede tener un control de embrague viscoso que transmite mas tracción a uno de los ejes cuando el otro pierde adherencia. Este tipo de tracción se usa mas en turismos que circulan por carreteras que por caminos (offroad).

La gran diferencia entre los vehículos de tracción permanente y los enganchables es que estos últimos no se pueden mantener en carretera con tracción en las 4 ruedas porque se calientan. Sólo debe usarse cuando las condiciones del camino lo exigen. Los permanentes están diseñados para funcionar todo el tiempo y, si bien la distribución de tracción puede variar de acuerdo al terreno, nunca se desenganchan.

Tracción total permanenteMas utilizada en los turismos, tiene la particularidad de utilizar un diferencial central, este diferencial es independiente del diferencial que tiene cada uno de los ejes (delantero y trasero).

El la figura inferior tenemos un esquema del sistema de transmisión del Audi 100 Quattro. Este vehículo tiene un sistema de tracción permanente a las 4 ruedas, cuenta con un diferencial central que reparte el par motor a las ruedas de los dos ejes, dependiendo del la adherencia que tengan las ruedas al suelo en ese momento. El diferencial

que se aplica al eje delantero es convencional y sufre los inconvenientes que tiene este tipo de diferenciales, que son la perdida de tracción en el eje cuando una de las ruedas entra en una zona de suelo deslizante.

El eje trasero cuenta con un diferencial de bloqueo manual es decir no es "autoblocante". Esto nos sirve para que en caso de que una rueda entre en una zona de suelo deslizante, tenemos la posibilidad de bloquear el diferencial para suprimir precisamente el efecto "diferencial" y convertir el eje trasero en un eje rígido que reparte el par de tracción a las ruedas por igual.El accionamiento del bloqueo puede ser mecánico ("manual" mediante palanca-cable), eléctrico e incluso neumático.

El funcionamiento de este sistema (también llamado diferencial bloqueable o controlado) consiste en enclavar uno de los planetarios (1) a la corona (2) del grupo piñón-corona, haciendolo solidario con ella por medio del acoplamiento de un manguito de enclavamiento (4) que esta unido por un estriado al palier que se une al planetario. De esta forma, al accionar el enclavamiento, se obliga a este planetario (1) a girar solidario con la corona (2), con lo cual el otro planetario no puede adelantarse ni atrasarse, quedando anulado el sistema diferencial y quedando el eje trasero como un eje rígido que hace girar a la misma velocidad a las dos ruedas.Se utiliza en los vehículos con tracción total, en todoterrenos, en vehículos industriales y agrícolas. Este tipo de bloqueo solamente puede utilizarse a bajas velocidades y en terreno con poca adherencia. En caso contrario la transmisión se resiente pudiendo incluso llegar a la rotura de algún palier.

Para estudiar el funcionamiento del "diferencial central" tenemos la figura inferior donde se ve la caja de cambios, que es igual a la utilizada en cualquier automóvil sin tracción a las 4 ruedas, la diferencia esta en la incorporación del diferencial central y la forma de como reparte el par de tracción a cada uno de los ejes (ruedas delanteras y ruedas traseras). Vemos que el árbol secundario de la caja de cambios se divide en dos arboles (si lo comparamos con una caja de cambios para vehículos sin tracción a las 4 ruedas). Uno seria un árbol en forma de manguito que gira solidario con los piñones de las marchas 3ª, 4ª y 5ª y el sincronizador de 1ª y 2ª, ademas mueve la carcasa del diferencial central que a su vez mueve sus satélites. El segundo árbol secundario seria el que empujado por un planetario del diferencial central transmite el par de tracción al piñón del grupo piñón-corona del diferencial delantero. Así se transmitiría la tracción a las ruedas delanteras pero para la ruedas traseras necesitamos de otro árbol, este partiría del otro planetario del diferencial central, para sacar el movimiento fuera de la caja de cambios y de aquí por medio de una junta elástica al árbol de transmisión que lleva el movimiento al diferencial trasero.

El accionamiento del bloqueo del diferencial central en este caso es manual como vemos en la figura inferior, pero como hemos comentado antes: el accionamiento podría ser eléctrico, neumático, hidráulico. Este tipo de bloqueo solamente puede utilizarse a bajas velocidades y en terreno con poca adherencia y se recomienda desconectarlo una vez que hemos pasado la zona de mala adherencia para las ruedas.

¿Por qué se utiliza un diferencial central?. Al tomar una curva las ruedas del tren delantero giraran con radio diferente al las del trasero, por llegar estas al cambio de dirección con antelación, si no dispusiéramos de un diferencial que reduzca la velocidad en el puente trasero para aumentarla en el puente delantero y así evitar que se genere una deslizamiento entre los neumáticos, y una marcada tendencia a seguir recto por parte del vehículo.

El diferencial central tiene un sistema de bloqueo igual que el diferencial trasero, de accionamiento manual. Este diferencial sirve como hemos dichos anteriormente para repartir el par motor al 50% a cada uno de los ejes (delantero y trasero), pero se adapta a las pequeñas diferencias de velocidad que puede haber entre ambos ejes, debido a las curvas, aceleraciones o deceleraciones fuertes. ¿Que ocurre cuando uno de los ejes entra en una zona de la calzada muy deslizante?. Lo que ocurre es que todo el par del motor se nos va a ese eje, acelerandose sus ruedas, mientras que las ruedas del otro eje se quedan paradas (no tienen tracción) por lo que el vehículo no se mueve o perdemos el control sobre él, lo mismo que nos pasaba con el diferencial trasero. Para solucionar este problema tenemos el bloqueo del diferencial que convierte la transmisión en un solo eje, mandando el 50% del para motor a cada eje (delantero, trasero) independientemente del estado de adherencia de la carretera.

Diferencial central asimétricoEste diferencial tiene la particularidad de hacer un reparto asimétrico de par entre los dos ejes (delantero y trasero). Entregando mas porcentaje al eje que normalmente consideramos como "motriz". Para conseguir este efecto se le da un diametro diferente a los planetarios que forman el diferencial.

Existen otros tipos de diferenciales centralesOtros diferenciales centrales son el: Ferguson o viscoacoplador, el embrague multidisco o Haldex y el diferencial Torsen que se puede situar tambien como central.

Si quieres saber mas sobre diferenciales centrales y tracción a las 4 ruedas visita la sección de diferenciales autoblocantes.

Tracción permanente en vehículos de altas prestacionesLa tracción 4x4 en vehiculos de altas prestaciones, se utiliza principalmente para poder transmitir toda la potencia que desarrolla el motor a las 4 ruedas, buscando siempre las maximas prestaciones del vehículo, asi como la seguridad. Estas características se consiguen con la ayuda de una buena gestión electrónica. El embrague mutidisco Haldex es uno de los sistemas que gestionado electronicamente permite la tracción permanente del vehículo.

Tracción total opcionalEste tipo de tracción mas utilizada en vehículos todoterreno (offroad) que les permite circular por terrenos accidentados; si la ruedas de uno de los ejes pierde tracción, se puede trasladar la fuerza impulsora al otro eje de forma manual mediante una palanca.Hasta hace poco tiempo, este tipo de vehículos utilizaban en exclusiva la propulsión del tren trasero con conexión manual del tren delantero; pero actualmente se emplea tambien la transmisión integral permantente con diferencial

central o con viscoacoplador. Sin embargo, lo que es común a cualquier vehículo todoterreno es la caja de transferencia o reductora.La reductora va acoplada a la caja de cambios, con salida para doble transmisión a ambos trenes. Esta caja es accionada por una palanca adicional situada al lado de la palanca de cambios y puede transmitir, según su posición, el movimiento a los dos ejes o solamente al trasero. La relación de marchas mas larga es la de "normal" o de carretera y la "corta" o reductora selecciona una desmultiplicación que oscila generalmente entre 2 y 3 a 1.

Los piñones de la caja reductora van dispuestos en pares de engranajes de forma que, cuando se utiliza la transmisión total, se reduce el giro de las ruedas para obtener un mayor par de tracción en las mismas. La función de la caja reductora o de transferencia es los vehículos todo-terreno es multiplicar el par de salida de la caja de cambios, para coronar fuertes pendientes, avanzar lentamente por terrenos muy accidentados y vadear rios con seguridad. De la caja de transferencia sale el par a las transmisiones delantera y trasera. Esta transmisión puede hacerse a través de piñones o cadena.

La caja reductora esta compuesta por 5 piñones de los cuales 2 están montados en el eje intermedio y los otros 3 son intervenidos por los sincronizadores que funcionan igual que los utilizados en la caja de cambios. La misión de la reductora es la de transmitir al vehículo una marcha normal a la que se le denomina "larga" y otra reducida a la que se le denomina "corta", su otra misión es la de dar tracción a 2 ruedas o a las 4 según el deseo del conductor, accionando la palanca de transfer.

FuncionamientoEn el funcionamiento de la caja de transferencia adopta las siguiente posiciones:

Posición 2H : cuando arrancamos el vehículo con las velocidades normales, de la caja de cambios, y tenemos la palanca de transfer en 2H, quiere decirse que hemos arrancado el vehículo, solamente con tracción en las ruedas del eje trasero, para una conducción normal. Produciendo movimiento, al árbol trasero, el árbol de transmisión delantero, no tiene movimiento, ya que aunque los bujes están rodando, no existe movimiento en los palieres.

Posición 4H : se pasa la palanca a la posición 4L, el sincronizado ha conectado con el piñón (4x4), que transmite movimiento, a la transmisión delantera, esta, comienza, a girar y los cubos delanteros, automáticamente se conectan produciendose la transmisión 4x4. Tenemos al vehículo con tracción 4x4 con una marcha normal (larga) o directa.

Posición 4L : se pasa la palanca del transfer a la posición 4L, la tracción sigue estando en las 4 ruedas, pero ahora entra en funcionamiento el eje intermedio que va ha reducir el numero de revoluciones (marcha corta) que se transmiten a las ruedas traseras y delanteras, como contrapartida vamos a tener un aumento de par que nos sirva para salir de situaciones difíciles cuando el terreno así lo requiera.

Alguien se puede preguntar el porque no hemos hablado de la posición 2L, esta posibilidad no se contempla debido a que una marcha corta para 2 ruedas, con el aumento de par tan importante que se produce, puede provocar averías en el grupo cónico y diferencial así como la rotura de palieres. Para evitar esto, los vehículos que lleven reductora y tracción a las 4 ruedas, llevan una dispositivo mecánico, que no permite meter la reductora sin antes meter la tracción total.

Otra disposición de caja reductora es la que se ve en la figura inferior, este sistema es mas sencillo que el anterior ya que solo nos permite dos posibilidades, propulsión al eje trasero con una marcha directa (larga), y tracción a las 4 ruedas con una marcha reducida (corta) que aumenta el par. La reductora es como una caja de cambios de dos velocidades, directa (larga) y reducida (corta), en esta divide por dos aproximadamente el giro que sale de la caja de cambios, con lo que el par se multiplica por el mismo factor que se divide la velocidad. La reductora cuenta también con un dispositivo para transmitir o no el giro al puente delantero, con lo que la fuerza se divide entre los dos ejes en lugar de uno.

Cubos de ruedaA diferencia que en los automóviles los todoterrenos tienen una particularidad que los hace diferentes. Hasta hace algún tiempo, en muchos vehículos conectar la doble tracción significaba dos pasos: conectar la doble tracción desde el interior del vehículo, con una palanca, y bajarse y conectar los cubos de las ruedas delanteras, para así enganchar las mazas de las ruedas a los palieres o semiejes. Este sistema luego fue reemplazado en muchos vehículos, aunque de maneras no siempre satisfactorias.

FuncionamientoComo hemos comentado anteriormente el bloqueo de los cubos puede ser manual o automático, ahora vamos a ver como se hace el bloqueo según sea el sistema:

Bloqueo manual: Para bloquear el cubo1.- Parar el vehículo2.- Poner los cubos de ambas ruedas (delanteras) en posición de LOCK (bloqueo).3.- Colocar la palanca de transfer (caja reductora) en posición 4H o 4L.

Para desbloquear el cubo1.- Parar el vehículo 2.- Poner los cubos de ambas ruedas en posición FREE (libre).3.- Colocara la palanca del transfer en posición 2H.

Bloqueo automáticoPara bloquear el cubo1.- Parar el vehículo2.- Coloque la palanca de transfer en posición 4H o 4L.3.- Hacer avanzar el vehículo los cubos se bloquearan automáticamente.

Para desbloquear el cubo1.- Parar el vehículo2.- Coloque la palanca de transfer en 2H3.- Hacer retroceder lentamente el vehículo al menos un metro, los cubos se desbloquean automáticamente.

Este mecanismo es muy frecuente que pueda fallar ya que los estriados que llevan las piezas de engrane son muy pequeños ya que el acople se hace en marcha. Al final se desgastan los estriados y saltan de un diente a otro. Sabemos que nos están fallando los cubos de rueda por que al conectar el 4x4 se oye un ruido de carraca y al tocar los cubos de rueda estos están demasiado calientes.

Tracción total con embrague Haldex

Con el desarrollo del embrague Haldex se ha logrado un paso importante en la tecnología desarrollada para la tracción total en el automóvil. El embrague Haldex de funcionamiento mecánico, tiene un accionamiento hidráulico y es controlado mediante una gestión electrónica.La activación del embrague, es decir la transmisión de par al eje posterior, es totalmente automática. Mediante una gestión electrónica se reconoce el comportamiento del vehículo en cada momento; así es posible variar el par motriz transmitido al eje posterior desde el valor máximo hasta anularlo completamente.La gestión de la tracción total trabaja completamente ligada con la gestión de motor y el sistema de frenos; esto permite obtener el máximo rendimiento a las funciones de cada una de las gestiones y lograr un comportamiento dinámico del vehículo más estable ante cualquier situación. El intercambio de datos entre unidades de control se establece por la línea CAN-Bus.

Gracias al autodiagnóstico y al mínimo mantenimiento se han simplificado y facilitado las operaciones a realizar, a la vez que se reduce el tiempo de permanencia del vehículo en el Servicio de reparación.

La tracción total basada en el embrague Haldex, suele tener dispuesto este dispositivo entre el árbol cardán y el grupo diferencial posterior.El embrague Haldex permite disponer de una tracción regulable a las ruedas posteriores, según sean las condiciones dinámicas durante la circulación (aceleración, frenado, maniobra, etc.).Se trata de un sistema de accionamiento totalmente automático, el cual está formado por tres partes funcionales. La primera es el grupo mecánico responsable de transmitir el par motriz mediante unos discos de embrague. La segunda es un circuito hidráulico que acciona el grupo mecánico. Y una última, la gestión electrónica de control.

Además, la línea CAN-Bus facilita un constante intercambio de información entre las diferentes unidades de control, consiguiendo que las funciones de la gestión de motor, de frenos yde la tracción total trabajen conjuntamente.Debe resaltarse también que las versiones con tracción total tienen modificaciones respecto a las versiones de tracción delantera. Aparte de las diferencias propias en la transmisión, cabe destacar los cambios realizados en los trenes de rodaje, la carrocería y en el circuito de alimentación de combustible.

FLUJO DEL PAR MOTRIZAl igual que en un vehículo con tracción delantera, en los de tracción total el par motor llega a la caja de cambio a través del embrague.

La caja de cambio propulsa las ruedas delanteras de forma permanente, de la misma forma que un tracción delantera. Además, dispone de una toma de fuerza por la que se transmitepar motriz a la caja de reenvío y de ésta al árbol cardán.El extremo final del árbol cardán se une con embrague Haldex. Se trata de un conjunto de discos de embrague que conectan el árbol cardán con el diferencial posterior. Si los discos de embrague son presionados, el par motriz llega al eje posterior. Es entonces cuando se dispone de tracción total. Según sea la presión a la que se sometan los discos variará el par transmitido. Entonces la transmisión del par hacia el diferencial trasero únicamente puede producirse a través del conjunto multidisco cerrado en el embrague Haldex.El reparto del par motriz es decidido siempre por la unidad de control. Pero es imprescindible que exista una diferencia de giro entre las ruedas de ambos ejes para transmitir par al ejeposterior.

Ventajas del embrague HaldexLas ventajas que ofrece un vehículo equipado con embrague Haldex respecto a uno de tracción delantera, o incluso a otro tipo de tracción total, son las siguientes:

Tracción regulable en las ruedas posteriores, la cual es gestionada electrónicamente. Transmisión de un elevado par, hasta 3.200 Nm sobre el eje trasero. Reacción rápida en el reparto del par motriz entre ejes. El eje trasero es capaz de transmitir hasta 1.000 Nm

con tan sólo una diferencia de 10º de giro entre ejes. Conducción confortable, similar a la de un vehículo de tracción delantera. Es totalmente combinable con las funciones de los sistemas ABS, EBV, EDS, ASR, MSR y ESP. Posibilita la conducción con la rueda de emergencia, situación en la que se circula con tracción delantera. Permite el remolcado del vehículo con un eje levantado.

TREN DE RODAJE POSTERIORA diferencia del tren de rodaje delantero, el cual ha sido modificado, el tren de rodaje posterior es totalmente nuevo. Es del tipo de doble brazo transversal en el que destacan las siguientes características:El bastidor auxiliar del eje trasero ha sido diseñado en una versión muy plana, al objeto de mantener la mayor habitabilidad posible en el habitáculo. Dos brazos transversales, inferior y superior, con los que se consigue el guiado de las manguetas.El brazo oscilante está fijado a la carrocería por medio del soporte del eje trasero.Amortiguadores y muelles helicoidales montados por separado. Los amortiguadores son versiones bitubo inclinados hacia la parte posterior. Y los muelles helicoidales tienen como base una arandela de cinc. Además las articulaciones guía están recubiertas de PTFE (politetrafluoretileno = teflón).En el tren de rodaje posterior se puede ajustar la convergencia desplazando los soportes del eje trasero en sentido transversal. Y también la caída por medio de articulaciones con guía excéntrica.

MODIFICACIÓN EN LA ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLEEl depósito de combustible para los vehículos de tracción total ha sido adaptado a las condiciones más estrechas del espacio disponible, en comparación con el vehículo de tracción delantera. Un túnel en el depósito establece el espacio necesario para el árbol cardán. De ahí resulta un "depósito de combustible dividido en dos piezas".

Un eyector es accionado por una bomba de combustible biescalonada, a través del tubo de retorno, haciendo que eleve el combustible de la mitad izquierda del depósito hacia la cuba antioleaje de la bomba.

ESTRUCTURA DEL EMBRAGUE HALDEX

El embrague Haldex como hemos dicho anteriormente se compone de tres grupos de componentes:

mecánicos, hidráulico, y electrónicos.

Los componentes mecánicos asumen la función de transmitir el par de tracción, procedente del árbol cardán, al diferencial trasero mediante un embrague multidisco.

Las piezas que forman los componentes mecánicos se agrupan en:

el árbol de entrada los discos interiores y exteriores (conjunto mutídisco) el disco de leva los cojinetes de rodillos con el émbolo anular el árbol de salida

Los componentes hidráulicos tienen la función de generar la presión de aceite suficiente para comprimir el conjunto multidisco consiguiendo así que los componentes mecánicos transmitan el par al eje posterior.

Los elementos hidráulicos principales son:

la bomba hidráulica (electrobomba de aceite), la válvula reguladora de presión, el acumulador,

el filtro de aceite y unas válvulas auxiliares.

Los componentes electrónicos tienen la responsabilidad de gestionar la presión del aceite que comprime más o menos el conjunto multidisco.

Los componentes electrónicos situados en el embrague Haldex son:

la unidad de control, el transmisor de temperatura, el servomotor para la válvula reguladora y el motor de la electrobomba de aceite.

Componentes mecánicos

La parte mecánica estaría compuesta por los siguientes elementos:

El árbol de entrada: el embrague Haldex recibe el par a través del árbol de entrada, que se representa en la figura mediante el color azul y está formado por:

el eje con brida para el árbol cardán, la carcasa portadiscos de embrague y los rodillos.

Todas las piezas que forman el árbol de entrada permanecen solidarias girando a la misma velocidad.

El árbol de salida: esta representado por las piezas de color rojo, constituye un segundo conjunto, el cual también forma una unidad compacta y está compuesto por:

el disco de levas y el piñón de ataque.

El conjunto multidisco lo forman:

los discos de embrague (en azul), los discos metálicos (en rojo) y un disco prensaembragues.

El dentado de los discos de embrague encaja en el nervado interior de la carcasa portadiscos. Y el de los discos metálicos, en el nervado del árbol de salida.

Los émbolos anulares: se apoyan en los rodillos, y no giran tan sólo tienen posibilidad de movimientos axiales y se dividen en:

dos émbolos de elevación (en la figura sólo aparece uno) y un émbolo de trabajo.

El correcto funcionamiento de los componentes mecánicos, que están bañados en aceite, requiere el uso de un aceite de alto valor antifricción, así como de un circuito hidráulico y ungrupo de válvulas.

Nota: En la figura se ha simplificado el número de piezas para favorecer la comprensión del funcionamiento.

FuncionamientoSiempre que el árbol de entrada y el árbol de salida giren a la misma velocidad, no se transmite par motriz al eje

posterior.En el momento en que se produzca una diferencia de giro entre ejes, el árbol de entrada gira en torno al de salida, generándose una presión en el aceite, la cual es utilizada para comprimir el conjunto multidisco y transmitir así par motriz al eje posterior. Es decir, el árbol de entrada, formado por la carcasa portadiscos exteriores y los discos de embrague, giran solidarios y arrastran consigo a los rodillos.La diferencia de giro entre ejes provoca que los rodillos recorran la superficie del disco de levas, transmitiendo un movimiento alternativo a los émbolos de elevación.

Dichos movimientos de los émbolos de elevación generan una presión en el aceite mediante dos fases de bombeo:

admisión. y compresión.

El aceite a presión es conducido hasta el émbolo de trabajo, el cual desplaza otros rodillos y los empuja contra el disco prensaembrague. Así, el conjunto multidisco, formado por los discos de embrague del árbol de entrada y los discos metálicos del árbol de salida, es comprimido, quedando ambos árboles solidarios y se transmite par motriz al eje posterior.

Como ya se ha dicho, cuando hay una diferencia de giro entre el eje delantero y el trasero, se produce la generación de presión mediante dos fases de bombeo.

Fase de admisiónLos rodillos están apoyados en la parte más baja del disco de levas, lo que implica que el émbolo de elevación está en la fase de admisión de aceite. En este momento el aceite no es comprimido.

Fase de compresiónAl girar el disco de levas respecto al eje de entrada, los rodillos recorren el perfil del disco de levas hasta alcanzar las crestas. En este recorrido los rodillos empujan a su vez a losémbolos de elevación, lo que provoca el aumento de la presión de aceite que será utilizada para comprimir el conjunto multidisco.Más adelante se estudiará cómo mediante la válvula de regulación se consigue modificar la presión de aceite que actúa sobre el émbolo de trabajo, variando así la transmisión del parmotriz al eje posterior.

Componentes hidráulicos

Los componentes hidráulicos son los siguientes:

la bomba hidráulica (electrobomba de aceite), la válvula reguladora de presión, el acumulador, el filtro de aceite y las válvulas auxiliares.

La "bomba hidráulica" tiene la responsabilidad de generar una presión previa. Para ello aspira el aceite de la carcasa del embrague y lo envía a los émbolos de elevación, haciéndolopasar primero por el filtro.La "válvula reguladora" de presión regula y mantiene la presión en el émbolo de trabajo. Así se logra la transmisión de diferentes magnitudes de par motriz al eje posterior.El "acumulador de presión" mantiene y estabiliza la presión generada por la bomba hidráulica.

Las "válvulas auxiliares" consisten en un entramado de válvulas imprescindibles para el buen funcionamiento del sistema, y son:

una válvula limitadora de presión, dos válvulas de admisión y dos válvulas de presión.

Una serie de conductos completan el circuito hidráulico y permiten que el aceite llegue a todas las válvulas y émbolos.

El circuito hidráulico trabaja con dos tipos de presiones. La diferencia depende del componente que la genera y su función.

La presión previa : es aquella originada por la electrobomba de aceite y neutraliza las holguras. La presión de trabajo : es creada por los émbolos de elevación para comprimir el conjunto multidisco. Su

magnitud varía desde un valor nulo hasta uno máximo.

Presión previaLa función de la presión previa es neutralizar las holguras en el conjunto multidisco, favoreciendo así una respuesta rápida y suave del embrague Haldex.La unidad de control del Haldex excita a la electrobomba de aceite siempre que detecte un régimen de motor superior a las 400 r.p.m. En estas condiciones el aceite alcanza una presión de 4 bares.La presión previa no es suficiente para comprimir el conjunto multidisco, por lo que no se transmite par motriz al eje posterior.La electrobomba envía el aceite a presión hacia los émbolos de elevación y los de trabajo por dos conductos distintos.

Presión de trabajo máximaLa presión de trabajo siempre es generada por los émbolos de elevación cuando hay diferencia de giro entre el eje delantero y el trasero.El valor máximo en la presión de trabajo se alcanza cuando la unidad de control del Haldex determina la necesidad de disponer del máximo par motriz en el eje posterior.En el momento que los émbolos de elevación generan la presión de trabajo, se abren las válvulas de presión y llega al émbolo de trabajo para comprimir el conjunto multidisco.A su vez, las válvulas de admisión que están en reposo impiden la pérdida de la presión de aceite.

El valor máximo en la presión de aceite se obtiene cuando la válvula reguladora de presión está totalmente cerrada, impidiendo así la fuga del aceite al acumulador.Una válvula limitadora de presión protege el circuito ante un aumento excesivo de la presión, ya que ésta abre cuando se supera el valor máximo de trabajo. Así se evitan daños enlos componentes hidráulicos.

Presión de trabajo intermediaHay ocasiones en las que se produce una diferencia de giro entre ejes, pero la unidad de control determina que no es necesario disponer del máximo par motriz en el eje trasero. Esdecir, se requiere de una tracción total con un reparto de par desigual entre ejes.En esta situación, la presión también la generan los émbolos de elevación, con la diferencia que la válvula reguladora de presión

Presión de trabajo nulaLa última posibilidad es cuando hay diferencia de giro entre los ejes y no se requiere motricidad en el eje posterior. Es decir, sólo se precisa tracción en el eje delantero.Para anular la presión de trabajo generada por los émbolos de elevación, la válvula reguladora de presión se desplaza a la posición de totalmente abierta. El aceite es desalojado pordicha válvula hasta el acumulador y de ahí conducido a la carcasa del embrague Haldex.El resultado es que el conjunto multidisco no es comprimido y no se transmite par motriz al eje posterior.

Gestión electrónica del embrague Haldex

El embrague Haldex utiliza tanto sensores exclusivos para la tracción total como de otras gestiones, concretamente de la gestión de motor y de la gestión de frenos.Las señales utilizadas por la unidad de control Haldex llegan por dos vías:

directamente del sensor o por la línea CAN-Bus de las unidades de control del motor y del ABS.

Funciones asumidas gestión del par motriz del eje traseroLa unidad de control Haldex analiza las señales de los sensores para reconocer las condiciones en que circula el vehículo.A continuación calcula el par motriz necesario en el eje posterior y, mediante los actuadores, genera la presión previa y controla la presión de trabajo.La presión de trabajo comprime el conjunto multidisco en mayor o menor medida, logrando así modificar el resbalamiento de los embragues y variar el par motriz en el eje posterior.

Autodiagnosis

Vigilancia de los sensores y actuadores. Memorización de averías. Diagnóstico de elementos actuadores. Emisión de valores de medición a través del lector de averías.

Transmisor de régimenEl transmisor de régimen registra la posición angular del cigüeñal para definir los momentos de encendido e inyección, así como el régimen del motor.La unidad de control Haldex utiliza esta señal para excitar la electrobomba de aceite.

Transmisor de posición del aceleradorMontado en la parte superior del pedal del acelerador formando un conjunto, consta de dos potenciómetros cuya variación de resistencia es lineal y diferente en cada caso.La unidad de control Haldex utiliza estas señales para determinar la posición del acelerador.

Sensores de revoluciones Situados uno en cada rueda envían a la unidad de control ABS una señal senoidal, la frecuencia de la cual depende del régimen de cada rueda. Con estas señales la unidad de control ABS cálcula la velocidad de cada rueda.Esta información es utilizada por la unidad de control para calcular la diferencia de giro entre ejes.

Transmisor de aceleración longitudinalSe monta en el pilar A derecho sólo en los vehículos con ESP y tiene como función reconocer las aceleraciones longitudinales del vehículo.La unidad de control Haldex utiliza la señal del transmisor para confirmar el cálculo teórico de la velocidad de marcha y optimizar el par motriz al eje trasero.

Interruptor de frenoAl accionar el freno se iluminan las luces de freno y se informa a las unidades control Haldex y ABS de dicha acción. La unidad ABS también vuelca a la línea CAN-Bus dicha información.La unidad de control Haldex utiliza esta señal para anular la presión de trabajo cuando el pedal de freno está accionado.

Interruptor de freno de manoTransmite la información de freno de mano accionado hacia el cuadro de instrumentos, la unidad de control Haldex y la unidad de control ABS; esta última vuelca a la línea CAN-Bus el estado del interruptor.La unidad de control Haldex utiliza esta señal para anular la presión de trabajo, siempre que se accione el freno de mano y la velocidad sea inferior a 50 km/h.

Transmisor de temperatura de aceiteEstá alojado en el interior de la carcasa de la unidad de control Haldex, junto a la válvula reguladora de presión. Permanece bañado en aceite, pudiendo determinar así la temperatura instantánea del mismo.La temperatura de aceite es procesada por la unidad de control Haldex para adaptar el sistema a las variaciones de viscosidad del aceite.

La unidad establece tres niveles de corrección según sea la temperatura del aceite:

por debajo de 0ºC, entre 0 y 20ºC, y entre los 20 y los 100ºC.

Si la temperatura del aceite supera los 100ºC, la unidad de control anula la presión de trabajo y no se transmite par motriz al eje posterior. En caso de avería del transmisor se desactiva la tracción al eje posterior.

CAN-BusLa unidad de control Haldex recibe de la unidad de control motor a través de la línea CAN-Bus los siguientes datos:

el régimen del motor, la posición del acelerador electrónico y el par motor.

Y de la unidad de control ABS:

la velocidad real de cada rueda, la aceleración real del vehículo, el estado del freno y la activación del freno de mano.

Además la unidad de control ABS informa a la del Haldex si ha activado o no alguna función propia del sistema de frenos. En caso de avería de la línea CAN-Bus se desactiva la tracción total.

ServomotorSe trata de un motor paso a paso que forma un conjunto funcional con la válvula reguladora de presión. Está integrado en la carcasa de la unidad de control Haldex formando una sola pieza.El servomotor tiene acoplado un piñón, que al girar desplaza la corredera. Al cambiar la posición se modifica la sección de paso en el taladro de retorno para variar así la presión detrabajo que comprime al conjunto multidisco.La unidad de control, mediante un cableado interno, excita y controla de forma alternativa la polaridad de las bobinas del estátor del servomotor, de tal forma que gira paso a paso, enambos sentidos y de forma muy precisa.En caso de avería en el servomotor, la válvula reguladora de presión queda totalmente abierta, anulándose la presión de trabajo y por lo tanto la tracción en el eje trasero.

Electrobomba de aceiteEstá unida en la zona inferior de la carcasa del embrague Haldex.Se reúnen en un conjunto único: un motor eléctrico de giro continuo y una bomba hidráulica, que son solidarios. Al girar el motor eléctrico arrastra los engranajes de la bomba hidráulica, la cual comprime el aceite y se genera la presión previa en el circuito hidráulico.La unidad de control excita directamente a la electrobomba con una tensión aproximada de 6 voltios, siempre que detecte un régimen de motor superior a las 400 r.p.m.En caso de avería no genera presión previa, siendo imposible lograr la presión de trabajo y no se dispondrá de tracción en el eje trasero.

Comportamiento del embrague HaldexLa unidad de control del embrague Haldex asume la función de controlar la presión de trabajo en el conjunto multidisco, y así lograr que se transmita el par motriz necesario en cada

momento al eje posterior.El éxito de está regulación requiere que la unidad de control reconozca el comportamiento dinámico del vehículo, para posicionar correctamente la válvula reguladora y modificar la presión de trabajo. Así se controla la presión ejercida sobre el conjunto multidisco y en definitiva la transmisión del par motriz al eje posterior.La variación en la tracción puede entenderse con un sencillo estudio del comportamiento dinámico del vehículo. Basta con observar primero la carrocería (basculado, aceleración, frenado, etc.) y ver cómo varían en cada rueda las siguientes magnitudes físicas:

fuerza de rozamiento, peso aplicado y velocidad de giro.

La unidad de control Haldex reconoce las magnitudes mediante los sensores.

Según sea el comportamiento detectado en la carrocería, la unidad de control Haldex gestiona el par motriz aplicado en el eje trasero, a través del control de la presión de trabajo.

ManiobrasLas maniobras (aparcamiento) en condiciones normales se realizan a bajas velocidades por lo que la carrocería no bascula, es decir, el peso del vehículo queda repartido entre ambos ejes, así como una escasa solicitud de par en el eje posterior.La unidad de control Haldex detecta dicho comportamiento mediante el régimen de motor, la posición del acelerador y los cuatro sensores de rueda. Además, la unidad detecta que elconductor solicita poco par motor.En estas situaciones la presión de trabajo es nula en el conjunto multidisco y no se transmite par motriz al eje posterior.

AceleraciónDurante las aceleraciones el peso del vehículo se apoya con mayor intensidad en el eje posterior. Si se aumenta el par motriz en dicho eje se mejora la aceleración del vehículo.Gracias a las señales del par motor, el régimen del motor, la posición del acelerador y los sensores de rueda, la unidad de control detecta esta fase.Durante la aceleración la presión de trabajo es máxima, transmitiendose así par motriz al eje posterior.

Circulación deportiva La posición de la carrocería varía rápidamente, también el reparto de carga entre ruedas y la diferencia de giro entre ejes. Sin olvidar que el conductor varía continuamente la posicióndel acelerador. En estos casos se requiere un elevado par en el eje posterior.La circulación deportiva es identificada por la unidad de control a partir de las señales del par motor, el régimen del motor, la posición del acelerador y los sensores de rueda.En situaciones tan variables la presión de trabajo es máxima, pudiendo ser nula en algún momento puntual.

Circulación de cruceroA pesar que la velocidad puede ser alta, el vehículo tiene un reparto de peso equitativo entre ambos ejes, siendo nula la diferencia de giro entre ejes y escasa la necesidad de par enel eje posterior.La unidad de control del Haldex utiliza las señales del par motor, el régimen del motor, la posición del acelerador y los sensores de rueda para detectar dicha situación.La conducción bajo estas condiciones provoca que la presión de trabajo sea nula y no haya transmisión de par motriz al eje posterior.

FrenadoDurante el frenado, la carrocería bascula hacia delante, aumentando el peso que recae en el eje delantero y disminuyendo en el trasero.La unidad de control detecta la intención de frenado por parte del conductor mediante las señales del interruptor de freno, de la unidad de control ABS y de los cuatro sensores de rueda.En el frenado la presión de trabajo es nula para que el eje trasero no disponga de par motriz.

Circulación en firme resbaladizoLa circulación en terrenos con arena, nieve o lugares de similares características ocasiona rápidas variaciones en el reparto de cargas entre ruedas, y en consecuencia entre los ejesdelantero y trasero.Estas situaciones se reconocen por la unidad de control por las señales de par motor, régimen del motor, posición del acelerador, los sensores de rueda y de si se ha activado o noalguna función propia del sistema de frenos.Cuando el firme es resbaladizo la presión de trabajo que se genera es máxima para disponer de tracción total.

Esquema eléctrico

Curso de sistemas de dirección

El conjunto de mecanismos que componen el sistema de dirección tienen la misión de orientar las ruedas delanteras para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor.Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo en la orientación de las ruedas (a estas ruedas se las llama "directrices"), el vehículo dispone de un mecanismo desmultiplicador, en los casos simples (coches antiguos), o de servomecanismo de asistencia (en los vehículos actuales).

Características que deben reunir todo sistema direcciónSiendo la dirección uno de los órganos mas importantes en el vehículo junto con el sistema de frenos, ya que de estos elementos depende la seguridad de las personas; debe reunir una serie de cualidades que proporcionan al conductor, la seguridad y comodidad necesaria en la conducción. Estas cualidades son las siguientes:

Seguridad: depende de la fiabilidad del mecanismo, de la calidad de los materiales empleados y del entretenimiento adecuado.

Suavidad: se consigue con un montaje preciso, una desmultiplicación adecuada y un perfecto engrase.La dureza en la conducción hace que ésta sea desagradable, a veces difícil y siempre fatigosa. Puede producirse por colocar unos neumáticos inadecuados o mal inflados, por un "avance" o "salida" exagerados, por carga excesiva sobre las ruedas directrices y por estar el eje o el chasis deformado.

Precisión: se consigue haciendo que la dirección no sea muy dura ni muy suave. Si la dirección es muy dura por un excesivo ataque (mal reglaje) o pequeña desmultiplicación (inadecuada), la conducción se hace fatigosa e imprecisa; por el contrario, si es muy suave, por causa de una desmultiplicación grande, el conductor no siente la dirección y el vehículo sigue una trayectoria imprecisa. La falta de precisión puede ser debida a las siguientes causas: - Por excesivo juego en los órganos de dirección.- Por alabeo de las ruedas, que implica una modificación periódica en las cotas de reglaje y que no debe de exceder de 2 a 3 mm. - Por un desgaste desigual en los neumáticos (falso redondeo), que hace ascender a la mangueta en cada vuelta, modificando por tanto las cotas de reglaje.- El desequilibrio de las ruedas, que es el principal causante del shimmy, consiste en una serie de movimientos oscilatorios de las ruedas alrededor de su eje, que se transmite a la dirección, produciendo reacciones de vibración en el volante.- Por la presión inadecuada en los neumáticos, que modifica las cotas de reglaje y que, si no es igual en las dos ruedas, hace que el vehículo se desvíe a un lado.

Irreversibilidad: consiste en que el volante debe mandar el giro a las pero, por el contrario, las oscilaciones que toman estas, debido a las incidencias del terreno, no deben se transmitidas al volante. Esto se consigue dando a los filetes del sin fin la inclinación adecuada, que debe ser relativamente pequeña.

Como las trayectorias a recorrer por la ruedas directrices son distintas en una curva (la rueda exterior ha de recorrer un camino mas largo por ser mayor su radio de giro, como se ve en la figura inferior), la orientación que debe darse a cada una distinta también (la exterior debe abrirse mas), y para que ambas sigan la trayectoria deseada, debe cumplirse la condición de que todas las ruedas del vehículo, en cualquier momento de su orientación, sigan trayectorias curvas de un mismo centro O (concéntricas), situado en la prolongación del eje de las ruedas traseras. Para conseguirlo se disponen los brazos de acoplamiento A y B que mandan la orientación de las ruedas, de manera que en la posición en linea recta, sus prolongaciones se corten en el centro C del puente trasero o muy cerca de este.

Esta solución no es totalmente exacta, sino que existe un cierto error en las trayectorias seguidas por las ruedas si se disponen de la manera reseñada. En la practica se alteran ligeramente las dimensiones y ángulos formados por los brazos de acoplamiento, para conseguir trayectorias lo más exactas posibles. La elasticidad de los neumáticos corrige automáticamente las pequeñas variaciones de trayectoria.Las ruedas traseras siguen la trayectoria curva, como ya se vio, gracias al diferencial (cuando el vehículo tiene tracción trasera), que permite dar a la exterior mayor numero de vueltas que a la interior; pero como estas ruedas no son orientables y para seguir su trayectoria debe abrirse más la rueda exterior, resulta de ello un cierto resbalamiento en curva, imposible de corregir, que origina una ligera perdida de adherencia, más acusada si el piso está mojado, caso en el que puede producirse el derrape en curvas cerradas tomadas a gran velocidad.

Arquitecturas del sistema de direcciónEn cuanto se refiere a las disposiciones de los mecanismos que componen el sistema de dirección, podemos distinguir dos casos principales: dirección para el eje delantero rígido y dirección para tren delantero de suspensión independiente. Cada uno de estos casos tiene su propia disposición de mecanismos.

El sistema de dirección para eje delantero rígido No se usa actualmente por lo que haremos una pequeña reseña sobre el sistema.Se utiliza una barra de acoplamiento única (4) que va unida a los brazos de la rueda (3) y a la palanca de ataque o palanca de mando (2).

El sistema de dirección para tren delantero de suspensión independienteCuando hay una suspensión independiente para cada rueda delantera, como la separación entre estas varía un poco

al salvar las irregularidades de la carretera, se necesita un sistema de dirección que no se vea afectada por estas variaciones y mantenga la dirección de las ruedas siempre en la posición correcta.

Un tipo de dirección es el que utiliza una barra de acoplamiento dividida en tres partes (1, 2, 3, en la figura inferior). El engranaje (S) hace mover transversalmente el brazo (R) que manda el acoplamiento, a su vez apoyado por la palanca oscilante (O) en la articulación (F) sobre el bastidor.

Para transformar el giro del volante de la dirección en el movimiento a un lado u otro del brazo de mando, se emplea el mecanismo contenido en la caja de la dirección, que al mismo tiempo efectúa una desmultiplicación del giro recibido, para permitir al conductor orientar las ruedas con un pequeño esfuerzo realizado en el volante de la dirección. Se llama relación de desmultiplicación, la que existe entre los ángulos de giro del volante y los obtenidos en la orientación de las ruedas. Si en una vuelta completa del volante de la dirección (360º) se consigue una orientación de 20º en las ruedas, se dice que la desmutiplicación es de 360:20 o, lo que es igual 18:1. El valor de esta orientación varia entre 12:1 y 24:1, dependiendo este valor del peso del vehículo que carga sobre las ruedas directrices.

Existen varios tipos de mecanismos de la dirección, están los de tornillo sin fin y los de cremallera.

Mecanismos de dirección de tornillo sinfínConsiste en un tornillo que engrana constantemente con una rueda dentada. El tornillo se une al volante mediante la "columna de dirección", y la rueda lo hace al brazo de mando. De esta manera, por cada vuelta del volante, la rueda gira un cierto ángulo, mayor o menor según la reducción efectuada, por lo que en dicho brazo se obtiene una mayor potencia para orientar las ruedas que la aplicada al volante.

En la figura inferior se ha representado el sistema de tornillo y sector dentado, que consiste en un tornillo sinfín (7), al que se une por medio de estrías la columna de la dirección. Dicho sinfín va alojado en una caja (18), en la que se apoya por medio de los cojinetes de rodillos (4). Uno de los extremos del sinfín recibe la tapadera (5), roscada a la caja, con la cual puede reglarse el huelgo longitudinal del sinfín. El otro extremo de éste sobresale por un orificio en la parte opuesta de la carcasa, donde se acopla el reten (20), que impide la salida del aceite contenido en el interior de la caja de la dirección.

Engranando con el sinfín en el interior de la caja de la dirección se encuentra el sector (11), que se apoya en el casquillo de bronce (17) y que por su extremo recibe el brazo de mando (28) en el estriado cónico, al que se acopla y mantiene por medio de la tuerca (30) roscada al mismo eje del sector. Rodeando este mismo eje y alojado en la carcasa se monta el retén (24). El casquillo de bronce (17), donde se aloja el eje del sector, es excéntrico para permitir, mediante el tornillo con excéntrica (10) acercar mas o menos dicho sector el sinfín. con el fin de efectuar el ajuste de ambos a medida que vaya produciendose desgaste. El tornillo de reglaje (10) se fija por medio de la tuerca (8) para impedir que varíe el reglaje una vez efectuado. La posición del casquillo (17) se regula por la colaboración de la chapa (22) y su sujección al tornillo (27).

Mecanismo de dirección de cremalleraEsta dirección se caracteriza por la sencillez de su mecanismo desmultiplicador y su simplicidad de montaje, al eliminar gran parte de la tiranteria direccional. Va acoplada directamente sobre los brazos de acoplamiento de las ruedas y tiene un gran rendimiento mecánico.Debido a su precisión en el desplazamiento angular de las ruedas se utiliza mucho en vehículos de turismo, sobre todo en los de motor y tracción delantera, ya que disminuye notablemente los esfuerzos en el volante. Proporciona gran suavidad en los giros y tiene rapidez de recuperación, haciendo que la dirección sea muy estable y segura.El mecanismo esta constituido por una barra (1) tallada en cremallera que se desplaza lateralmente en el interior del cárter. Esta barra es accionada por un piñón helicoidal (2) montado en el árbol del volante y que gira engranado a la cremallera.

En la esquema inferior se ve el despiece del sistema de dirección de cremallera, que consiste en una barra (6), donde hay labrada una cremallera en la que engrana el piñón (9), que se aloja en la caja de dirección (1), apoyado en los cojinetes (10 y 16). El piñón (9) se mantiene en posición por la tuerca (14) y la arandela (13); su reglaje se efectúa quitando o poniendo arandelas (11) hasta que el clip (12) se aloje en su lugar. La cremallera (6) se apoya en la caja de dirección (1) y recibe por sus dos extremos los soportes de la articulación (7), roscado en ella y que se fijan con las contratuercas (8). Aplicado contra la barra de cremallera (6) hay un dispositivo (19), de rectificación automática de la holgura que pueda existir entre la cremallera y el piñón (9). Este dispositivo queda fijado por la contratuerca (20).

Al girar el volante en uno u otro sentido también lo hace la columna de la dirección unida al piñón (9), que gira con ella. El giro de este piñón produce el movimiento de la barra de cremallera (6) hacia uno u otro lado, y mediante los soportes de articulación (7), unidos por unas bielas a los brazos de acoplamiento de las ruedas, se consigue la orientación de estas. Esta unión se efectúa como se ve en la figura inferior, por medio de una rótula (B), que permite el movimiento ascendente y descendente de la rueda, a cuyo brazo de acoplamiento se une. La biela de unión resulta partida y unida por el manguito roscado de reglaje (A), que permite la regulación de la convergencia de las ruedas.

Sistema de reglaje en el mecanismo de cremalleraEl reglaje para mantener la holgura correcta entre el piñón (1) y la cremallera (2), se realiza por medio de un dispositivo automático instalado en la caja de dirección y que además sirve de guía a la cremallera.El sistema consiste en un casquillo (3) acoplado a la caja de dirección (4), en cuyo interior se desplaza un empujador (6) y tornillo de reglaje (7), que rosca en una pletina (8) fija con tornillo (9) al casquillo. Una vez graduada la holgura entre el piñón y la cremallera, se bloquea la posición por medio de la contratuerca (10).Existen varios sistemas de reglaje de la holgura piñón cremallera, pero los principales son los representados en las figuras.

Sistemas de montajeTeniendo en cuenta la situación y disposición del motor en el vehículo, así como los otros órganos del mismo con respecto a la caja de la dirección, los fabricantes han adoptado diferentes sistemas de enlace entre la cremallera y los brazos de acoplamiento, adaptados a las características del vehículo.

Sistema lineal: el mas sencillo de todos ellos es el adaptado en los vehículos Simca y Renault, que consiste en unir directamente la barra de cremallera (2) a los brazos de las ruedas (6) a través de las bieletas o barras de acoplamiento (4). Estas bieletas se unen por un extremo a la cremallera (2) y, por el otro, al brazo de acoplamiento (6), por medio de unas rótulas (5); de esta forma se hace regulable la unión con las ruedas. Este sistema, completamente lineal, transmite el movimiento directamente de la cremallera a las ruedas directrices.

Sistema no lineal: el fabricante Peugeot utiliza un mecanismo que consiste en unir las ruedas por medio de una barra de acoplamiento (2) en paralelo con la cremallera (1), de lo cual resulta un ensamblaje no lineal, sino paralelo rígido y sin desmultiplicación. La barra (2) se desplaza, al mismo tiempo, con la barra de cremallera (1), ya que ambos elementos van unidos por medio de un pivote de acoplamiento o dedo (3). A los extremos de la barra se unen unos pivotes roscados (4) y el guardapolvos (8) que enlazan con las bieletas (6) de acoplamiento a las ruedas.

Columna de la direcciónTanto en el modelo de la figura inferior como en otros, suele ir "partida" y unidas sus mitades por una junta cardánica, que permite desplazar el volante de la dirección a la posición mas adecuada de manejo para el conductor. Desde hace muchos años se montan en la columna dispositivos que permiten ceder al volante (como la junta citada) en caso de choque frontal del vehículo, pues en estos casos hay peligro de incrustarse el volante en el pecho del conductor. Es frecuente utilizar uniones que se rompen al ser sometidas a presión y dispositivos telescopicos o articulaciones angulares que impiden que la presión del impacto se transmita en linea recta a lo largo de la columna.

En la figura inferior se muestra el despiece e implantación de este tipo de dirección sobre el vehículo. La carcasa (Q) o cárter de cremallera se fija al bastidor mediante dos soportes (P) en ambos extremos, de los cuales salen los brazos de acoplamiento o bieletas de dirección (N), que en su unión a la cremallera están protegidas por el capuchón de goma o guardapolvos (O), que preserva de suciedad esta unión. El brazo de acoplamiento dispone de una rótula (M) en su unión al brazo de mangueta y otra axial en la unión a la cremallera tapada por el fuelle (O). Esta disposición de los brazos de acoplamiento permite un movimiento relativo de los mismos con respecto a la cremallera, con el fin de poder seguir las oscilaciones del sistema de suspensión, sin transmitir reacciones al volante de la dirección.

La columna de la dirección va partida, por las cuestiones de seguridad ya citadas, y para llevar el volante a la posición idónea de conducción. El enlace de ambos tramos se realiza con la junta universal (B) y la unión al eje del piñón de mando (K) se efectúa por interposición de la junta elástica (D).El ataque del piñón sobre la cremallera se logra bajo la presión ejercida por el muelle (S) sobre el pulsador (R), al que aplica contra la barra cremallera de la parte opuesta al engrane del piñón, mientras que el posicionamiento de esté se establece con la interposición de las arandelas de ajuste (H).

Rótulas La rótula es el elemento encargado de conectar los diferentes elementos de la suspensión a las bieletas de mando, permitiendose el movimiento de sus miembros en planos diferentes. La esfera de la rótula va alojada engrasada en casquillos de acero o plásticos pretensados. Un fuelle estanqueizado evita la perdida de lubricante. La esfera interior, macho normalmente, va fija al brazo de mando o a los de acoplamiento y la externa, hembra, encajada en el macho oscila en ella; van engrasadas, unas permanentes herméticas que no requieren mantenimiento, otras abiertas que precisan ajuste y engrase periódico.

Dirección asistida

Debido al empleo de neumáticos de baja presión y gran superficie de contacto, la maniobra en el volante de la dirección para orientar las ruedas se hace difícil, sobre todo con el vehículo parado. Como no interesa sobrepasar un cierto limite de desmultiplicacíon, porque se pierde excesivamente la sensibilidad de la dirección, en los vehículos se recurre a la asistencia de la dirección, que proporciona una gran ayuda al conductor en la realización de las maniobras y, al mismo tiempo, permite una menor desmultiplicación, ganando al mismo tiempo sensibilidad en el manejo y poder aplicar volantes de radio mas pequeño.La dirección asistida consiste en acoplar a un mecanismo de dirección simple, un circuito de asistencia llamado servo-mando. Este circuito puede ser accionado por el vacío de la admisión o el proporcionado por una bomba de vacío, la fuerza hidráulica proporcionada por una bomba hidráulica, el aire comprimido proporcionado por un

compresor que también sirve para accionar los frenos y también últimamente asistido por un motor eléctrico (dirección eléctrica).

El mas usado hasta ahora es el de mando hidráulico (aunque actualmente los sistemas de dirección con asistencia eléctrica le están comiendo terreno) del que se muestra el esquema básico en la figura inferior. Puede verse en ella que el volante de la dirección acciona un piñón, que a su vez mueve una cremallera como en una dirección normal de este tipo; pero unido a esta cremallera se encuentra un pistón alojado en el interior de un cilindro de manera que a una u otra de las caras puede llegar el liquido a presión desde una válvula distribuidora, que a su vez lo recibe de un depósito, en el que se mantiene almacenado a una presión determinada, que proporciona una bomba y se conserva dentro de unos limites por una válvula de descarga.

Ventajas e inconvenientes de la servodirección

Ventajas: 1ª.- Reducen el esfuerzo en el volante, con menor fatiga para el conductor, ventaja muy conveniente en los largos recorridos o para las maniobras en ciudad.2ª.- Permiten acoplar una dirección mas directa; es decir, con una menor reducción con lo que se obtiene una mayor rapidez de giro en las ruedas. Esto resulta especialmente adecuado en los camiones y autocares.3ª.- En el caso de reventón del neumático, extraordinariamente grave en las ruedas directrices, estos mecanismos corrigen instantáneamente la dirección, actuando automáticamente sobre las ruedas en sentido contrario al que el neumático reventado haría girar al vehículo.4ª No presentan complicaciones en el montaje, son de fácil aplicación a cualquier vehículo y no afectan a la geometría de la dirección.5ª.- Permiten realizar las maniobras mas delicadas y sensibles que el conductor precise, desde la posición de paro a la máxima velocidad. La capacidad de retorno de las ruedas, al final del viraje, es como la de un vehículo sin servodirección.6ª.- En caso de avería en el circuito de asistencia, el conductor puede continuar conduciendo en las mismas condiciones de un vehículo sin servodirección, ya que las ruedas continúan unidas mecánicamente al volante aunque, naturalmente, tenga que realizar mayor esfuerzo en el mismo.

Inconvenientes:Los inconvenientes de estos mecanismos con respecto a las direcciones simples con prácticamente nulos ya que, debido a su simplicidad y robustez, no requieren un entretenimiento especial y no tienen prácticamente averías. Por tanto los únicos inconvenientes a destacar son:1ª.- Un costo mas elevado en las reparaciones, ya que requieren mano de obra especializada.2ª.- El costo mas elevado de este mecanismo y su adaptación inicial en el vehículo, con respecto a la dirección simple.

Modelos de sistemas de servodirección hidráulicaUno de los mas empleados de este tipo de sistemas es el de Virex-Fulmina, cuya disposición de elementos corresponde al tipo integral (mando directo). Esta formada por un dispositivo hidráulico de accionamiento, montado en su interior, y un mecanismo desmultiplicador del tipo sinfín y tuerca.El circuito hidráulico esta constituido (figura inferior) por una bomba de presión (2) accionada por el motor del vehículo y cuya misión es enviar aceite a presión al dispositivo de mando o mecanismo integral (1) de la servodirección. El aceite es aspirado de un depósito (3) que lleva incorporado un filtro para la depuración del aceite. La conducción del aceite a presión entre los tres elementos se realiza a través de las tuberías flexibles (4, 5 y 6) del tipo de alta presión.

El émbolo (1) del dispositivo hidráulico (figura inferior), alojado en el interior del mecanismo de la dirección, actúa al mismo tiempo como amortiguador de las oscilaciones que se pudieran transmitir desde las ruedas a la dirección. Por ejemplo, en caso de un reventón en una de las ruedas, la válvula de distribución (2) reacciona automáticamente en sentido inverso al provocado por el reventón; esto permite al conductor mantener el control del vehículo hasta poderlo parar con solo mantener sujeto el volante.

Existe ademas, un dispositivo hidráulico de reacción de esfuerzos sobre el volante, proporcional al esfuerzo realizado por la dirección, que permite al conductor conocer las reacciones del vehículo en todo momento, haciendo la dirección sensible al mando.

Como hemos visto hasta ahora la dirección asistida se divide en lo que hemos llamado dirección simple o mando mecánico y en el sistema de asistencia a la dirección o mando hidráulico.

Dispositivo de mando mecánicoEl mando mecánico esta formado por un mecanismo desmultiplicador de tornillo sinfín y tuerca. El husillo del sinfín (3), unido al árbol de la dirección, va apoyado, a través del dispositivo elástico de la válvula distribuidora (2) sobre dos rodamientos axiales. El giro del volante se transmite del husillo (3) a la tuerca (4), que se desplaza longitudinalmente empujado al émbolo de mando (1) unido a ella. El émbolo va unido, a su vez, a través de una biela (5), a la manivela (6) que hace girar al eje (7) y al brazo de mando (8).

Dispositivo de mando hidráulicoLa válvula de distribución (figura inferior), situada en el interior del cuerpo central de la servodirección, esta formada por una caja de válvulas (1), en cuyo interior se desplaza una corredera (2) movida por el árbol de la dirección (3). Esta válvula canaliza, según la maniobra realizada en el volante, el aceite a presión hacia uno u otro lado del émbolo (4) de doble efecto.Mientras no se actúa sobre el volante; las válvulas se mantienen abiertas por estar situada la corredera en su posición media. Esta posición es mantenida por un dispositivo elástico de regulación por muelles (5), que tienen una tensión inicial apropiada a las características del vehículo. En esta posición el aceite tiene libre paso de entrada y salida por el interior del distribuidor sin que realice presión alguna sobre las caras del émbolo.

Al girar el volante para tomar una curva, es necesario vencer previamente la fuerza de resistencia que oponen los muelles para actuar las válvulas; esto hace que, para maniobras que requieren poco esfuerzo sobre el volante, las válvulas no actúan, realizandose la maniobra con el dispositivo mecánico sin intervención del mecanismo de asistencia.Vencido ese pequeño esfuerzo, y para mayores maniobras con el volante, las válvulas actúan desplazandose en uno u otro sentido y contando el paso de aceite a presión en una de las caras del émbolo. La presión del aceite sobre la otra cara del émbolo ayuda al conductor a realizar la maniobra necesaria. En las figuras inferiores pueden verse el funcionamiento y como se desplaza la corredera y los anillos que forman las válvulas, así como el paso de aceite al lado correspondiente del émbolo. El aceite sin presión, desalojado por el émbolo es expulsado a través de la válvula correspondiente nuevamente al depósito.

La presión de aceite necesaria en cada maniobra es regulada automáticamente en función del esfuerzo de reacción necesario para hacer girar las ruedas del vehículo. Este esfuerzo de reacción depende de la carga que gravita sobre las ruedas del estado de los neumáticos y de la velocidad del vehículo en el momento de efectuarse la maniobra.Para cada presión de maniobra, que oscila de 0 a 70 kg/cm2, se produce un autoequilibrio en las válvulas que regulan con su mayor o menor paso de aceite la presión necesario.En el interior del cuerpo de válvulas, y situada entre los conductos de entrada y salida de aceite, hay instalada una válvula de seguridad que, en caso de avería en el sistema hidráulico, establece automáticamente la circulación continua de aceite sin transmitir presión de uno al otro lado del émbolo. Con esto se anula el peligro de bloqueo en la dirección y se permite la conducción mecánica sin la ayuda de la servo-dirección. Dada la misión que cumple esta válvula, esta prevista de forma que, ni por desgaste no por causa accidental, pueda anularse su funcionamiento.

Bomba de presiónEl tipo de bomba empleado en estas servodirecciones es el de tipo de paletas que proporciona un caudal progresivo de aceite hasta alcanzar las 1000 r.p.m. y luego se mantienen prácticamente constante a cualquier régimen de funcionamiento por medio de unos limitadores de caudal y presión situados en el interior de la misma.

El limitador o regulador de caudal está formado por una válvula de pistón (1) y un resorte tarado (2), intercalados entre la salida de la cámara de presión y el difusor de la bomba; hace retornar el caudal sobrante al circuito de entrada. El limitador de presión esta formado por una válvula de asiento cónico o una esfera (3) y un resorte tarado (4), que comunica la salida de aceite con la parte anterior del difusor. El accionamiento de la bomba se efectúa por una polea y correas trapeciales acopladas a la transmisión del motor.

Servodirección hidráulica coaxialEsta servodirección se caracteriza por llevar el sistema de accionamiento hidráulico (cilindro de doble efecto) independiente del mecanismo desmultiplicador, aplicando el esfuerzo de servoasistencia. coaxialmente, es decir, en paralelo con el sistema mecánico.La servodirección coaxial puede aplicarse a cualquier tipo de dirección comercial, ya sea del tipo sinfín o de cremallera.El circuito hidráulico esta formado por un depósito (1) y una bomba que suministran aceite a presión a la válvula distribuidora de mando (2). Esta válvula acoplada a la dirección, es accionada el mover el volante y tiene como misión dar paso al aceite a una u otra cara del émbolo del cilindro de doble efecto (3). El cilindro puede ir acoplado en el cuerpo de válvulas o acoplado directamente al sistema direccional de las ruedas (bieletas) como ocurre en las direcciones de cremallera.

Colocación, despiece y funcionamiento de un sistema de servodirección en el vehículo de la marca Audi 100

Esquema de situación y funcionamiento de un sistema de servodirección de un vehículo de la marca Audia 80 Quattro.

Servodirección hidráulica de asistencia variable

Este sistema permite adaptar la tasa de asistencia a la velocidad del vehículo, o lo que es lo mismo varia el esfuerzo que hay que hacer sobre el volante dependiendo de la velocidad del vehículo y del valor de fricción, esfuerzo rueda-suelo. Haciendo variar el esfuerzo que hay que hacer en el volante según la velocidad, este sistema de dirección tiene dos fases de funcionamiento:

Cuando el vehículo esta parado o circulando a muy baja velocidad, la tasa de asistencia tiene que ser grande para facilitar las maniobras cuando mas falta hace.

Cuando el vehículo aumenta la velocidad la tasa de asistencia tiene que ir disminuyendo progresivamente, endureciendo la dirección, con el fin de ganar en precisión de conducción y en seguridad.

El sistema toma los componentes de base de la dirección asistida clásica con:

Cilindro hidráulico de doble efecto integrado en el cárter o caja de dirección. Depósito. Bomba de alta presión y regulador de presión (caudal). Válvula distribuidora rotativa. Canalizaciones.

A los anteriores se les viene añadir los elementos siguientes:

Regulador de caudal integrado en el cárter de la válvula rotativa y constituido por un elemento de regulación cuyos desplazamientos están controlados por un motor eléctrico paso a paso o también por un convertidor electrohídraulico..

Un calculador electrónico situado bajo el asiento del pasajero que pilota el motor paso a paso, la velocidad se le transmite por medio de dos captadores, uno mecánico y otro electrónico.

Un sistema de dirección con asistencia variable es el Servotrónic ZF

Estructura del Servotrónic ZFLos componentes mas importantes son:

El depósito La bomba hidráulica con regulador de presión (caudal) Mecanismo de dirección con caja de válvulas (válvulas distribuidoras) Velocímetro controlado electrónicamente Módulo de servodirección (calculador electrónico) Convertidor electrohidráulico

La caja de válvulas contiene:

Barra de torsión Distribuidor giratorio Manguito de control Embolo de reacción

Funcionamiento del Servotrónic ZF

Funcionamiento sin señal de velocidad: La barra de torsión (10) va unida por su parte superior al distribuidor giratorio (12) y por su parte inferior al piñón propulsor (20) y el casquillo de control (13).Al mover el volante se gira el distribuidor rotativo (12) conjuntamente con el piñón propulsor (20), el casquillo de control (13) y el émbolo de reacción (8) en la caja de válvula (23). Mediante el par de giro transmitido por la columna de la dirección se deforma la barra de torsión (10) en la sección elástica. Con ello se produce un desplazamiento radial del distribuidor giratorio (12) hacia el manguito de control (13). El liquido hidráulico que proviene de la bomba se dirige al lado correspondiente del émbolo de trabajo (24) en el mecanismo de la

dirección.El émbolo de reacción (8) permanece desactivado.

Funcionamiento con señal de velocidad: La carga del émbolo de trabajo (24) permanece inalterada.El módulo de servodirección (calculador) recibe una señal de tensión procedente del velocímetro electrónico (1) y somete el convertidor de par electrohidráulico (3) a una corriente, cuya intensidad corresponde a la velocidad de marcha momentánea. En correspondencia a dicha intensidad de corriente se abre la válvula del convertidor de par electrohidráulico (3) y libera los canales hidráulicos hacia el émbolo de reacción (8).El émbolo de reacción (8) va unido hacia el interior con el distribuidor giratorio (12) mediante tres guías esféricas dispuestas axialmente. Hacia el exterior van unido el manguito de control (13) mediante una rosca esférica de cuatro filetes.El movimiento axial del émbolo de reacción (8), provocado por la carga de liquido hidráulico, es transformado en un movimiento radial por la rosca esférica, el cual obra en sentido contrario al desplazamiento radial del distribuidor giratorio (12).En la caja de válvulas (23) se encuentra de válvula de limitación de reacción (4), que tiene la función de limitar la presión sobre el émbolo de reacción (8) y hacer retomar el liquido hidráulico sobrante.

El fabricante Mercedes Benz utiliza una dirección de asistencia variable a la que denomina servodirección "paramétrica" (PML) y la monta en serie en los vehículos de la clase S. Este sistema utiliza las señales de velocidad que proporcionan los sensores del numero de revoluciones del ABS o por los sensores del ASR. Otra señal de velocidad utilizada es la que proporciona un transmisor inductivo colocado en la caja de cambios. Mediante la información de velocidad proporcionada por estos sensores, el calculador o módulo electrónico utilizando un campo característico que tiene en memoria, proporciona una señal de control que gobierna una válvula proporcional que se encuentra en la caja de la dirección. Esta válvula según la intensidad de la corriente eléctrica que le proporciona el calculador, controla una "corredera reguladora", que a su vez controla la presión diferencial en las superficies frontales de la "corredera de mando". La fuerza manual a aplicar por el conductor a velocidades superiores a 80 km/h es aproximadamente de 5 Nm (newton por metro); para velocidades inferiores, la fuerza manual sobre el volante se reduce de forma que durante las maniobras de estacionamiento es de aproximadamente 2 Nm.Si existe algún fallo en el sistema electrónico de asistencia de la dirección, se desconecta la función que depende de la velocidad del vehículo, pero se conserva la servoasistencia en función del valor de la fricción, esfuerzo rueda-suelo.

Dirección electromecánica de asistencia variable

En estos últimos años se esta utilizando cada vez mas este sistema de dirección, denominada dirección eléctrica. La dirección eléctrica se empezó a utilizar en vehículos pequeños (utilitarios) pero ya se esta utilizando en vehículos del segmento medio, como ejemplo: la utilizada por el Renault Megane. En este tipo de dirección se suprime todo el circuito hidráulico formado por la bomba de alta presión, depósito, válvula distribuidora y canalizaciones que formaban parte de las servodirecciones hidráulicas. Todo esto se sustituye por un motor eléctrico que acciona una reductora (corona + tornillo sinfín) que a su vez mueve la cremallera de la dirección.

Sus principales ventajas son:

Se suprimen los componentes hidráulicos, como la bomba de aceite para servoasistencia, entubados flexibles, depósitos de aceite y filtros

Se elimina el líquido hidráulico Reducción del espacio requerido, los componentes de servoasistencia van instalados y actúan directamente

en la caja de la dirección. Menor sonoridad Reducción del consumo energético. A diferencia de la dirección hidráulica, que requiere un caudal

volumétrico permanente, la dirección asistida electromecánica solamente consume energía cuando realmente se mueve la dirección. Con esta absorción de potencia en función de las necesidades se reduce también el consumo de combustible (aprox. 0,2 L cada 100 km)

Se elimina el complejo entubado flexible y cableado. El conductor obtiene una sensación óptima al volante en cualquier situación, a través de una buena

estabilidad rectilínea, una respuesta directa, pero suave al movimiento del volante y sin reacciones desagradables sobre pavimento irregular.

Como se puede ver, este sistema de dirección se simplifica y es mucho mas sencillo que los utilizados hasta ahora.

Sus inconvenientes son:

Estar limitado en su aplicación a todos los vehículos (limitación que no tiene el sistema de dirección hidráulica) ya que dependiendo del peso del vehículo y del tamaño de las ruedas, este sistema no es valido. A mayor peso del vehículo normalmente mas grandes son las ruedas tanto en altura como en anchura, por lo que mayor es el esfuerzo que tiene que desarrollar el sistema de dirección, teniendo en cuenta que en las direcciones eléctricas todo la fuerza de asistencia la genera un motor eléctrico, cuanto mayor sea la asistencia a generar por la dirección, mayor tendrá que ser el tamaño del motor, por lo que mayor será la intensidad eléctrica consumida por el mismo. Un excesivo consumo eléctrico por parte del motor eléctrico del sistema de dirección, no es factible, ya que la capacidad eléctrica del sistema de carga del vehículo esta limitada. Este inconveniente es el que impide que este sistema de dirección se pueda aplicar a todos los vehículos, ya que por lo demás todo son ventajas.

Estructura y componentes

En la dirección asistida electromecánica cuenta con doble piñón. Se aplica la fuerza necesaria para el mando de la dirección a través de uno de los piñones llamado "piñón de dirección" y a través del otro piñón llamado "piñón de accionamiento". El piñón de dirección transmite los pares de dirección aplicados por el conductor y el piñón de accionamiento transmite, a través de un engranaje de sin fin, el par de servoasistencia del motor eléctrico para hacer el gobierno de la dirección mas fácil..Este motor eléctrico con unidad de control y sistema de sensores para la servoasistencia de la dirección va asociado al segundo piñón. Con esta configuración está dada una comunicación mecánica entre el volante y la cremallera. De esa forma se sigue pudiendo dirigir mecánicamente el vehículo en caso de averiarse el servomotor.

Funcionamiento

1. El ciclo de servoasistencia de dirección comienza al momento en que el conductor mueve el volante. 2. Como respuesta al par de giro del volante se tuerce una barra de torsión en la caja de dirección. El sensor de

par de dirección (situado en la caja de dirección) capta la magnitud de la torsión e informa sobre el par de dirección detectado a la unidad de control de dirección asistida.

3. El sensor de ángulo de dirección, informa sobre el ángulo momentáneo y el sensor de régimen del rotor del motor eléctrico informa sobre la velocidad actual con que se mueve el volante.

4. En función del par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, el régimen del motor de combustión, el ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y las curvas características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par de servoasistencia necesario para el caso concreto y excita correspondientemente el motor eléctrico.

5. La servoasistencia a la dirección se realiza a través de un segundo piñón que actúa paralelamente sobre la cremallera. Este piñón es accionado por un motor eléctrico. El motor ataca hacia la cremallera a través de un engranaje de sin fin y un piñón de accionamiento y transmite así la fuerza de asistencia para la dirección.

6. La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y el par de servoasistencia constituye el par eficaz en la caja de dirección para el movimiento de la cremallera.

Funcionamiento de la dirección al aparcar

1. El conductor gira bastante el volante para poder aparcar. 2. La barra de torsión se tuerce. El sensor del par de dirección detecta la torsión e informa a la unidad de control

de que se está aplicando al volante un par de dirección intenso. 3. El sensor de ángulo de dirección avisa que hay un ángulo de dirección pronunciado y el sensor de régimen

del rotor informa sobre la velocidad del mando actual de la dirección. 4. Previo análisis de las magnitudes correspondientes al par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo

de 0 km/h, el régimen del motor de combustión, el pronunciadoángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y, en función de las curvas características implementadas en la unidad de control para v = 0 km/h, la unidad de control determina la necesidad de aportar un intenso par de servoasistencia y excita correspondientemente el motor eléctrico.

5. En las maniobras de aparcamiento se aporta de ese modo la servoasistencia máxima para la dirección a través del segundo piñón que actúa paralelamente sobre la cremallera.

6. La suma del par aplicado al volante y el par de servoasistencia máximo viene a ser el par eficaz en la caja de dirección para el movimiento de la cremallera en maniobras deaparcamiento.

Funcionamiento de la dirección circulando en ciudad

1. El conductor mueve el volante al recorrer una curva en tráfico urbano. 2. La barra de torsión se tuerce. El sensor de par de dirección detecta la torsión y avisa a la unidad de control de

que hay un par de dirección, de mediana intensidad, aplicado al volante de la dirección. 3. El sensor de ángulo de dirección avisa que hay un ángulo de dirección de mediana magnitud y el sensor de

régimen del rotor informa sobre la velocidad momentánea con que se mueve el volante. 4. Previo análisis del par de dirección de mediana magnitud, la velocidad de marcha del vehículo de 50 km/h, el

régimen del motor de combustión, un ángulo de dirección de mediana magnitud y la velocidad con que se mueve el volante, así como en función de las curvas características implementadas en la unidad de control para v = 50 km/h, la unidad de control determina la necesidad de aportar un par de servoasistencia de mediana magnitud y excita correspondientemente el motor eléctrico.

5. Al recorrer una curva se produce así una servoasistencia de mediana magnitud para la dirección a través del segundo piñón, que actúa paralelamente sobre la cremallera.

6. La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y el par de servoasistencia de mediana magnitud viene a ser el par eficaz en la caja de la dirección para elmovimiento de la cremallera al recorrer una curva en el tráfico urbano.

Funcionamiento de la dirección circulando en autopista

1. Al cambiar de carril, el conductor mueve el volante en pequeña magnitud. 2. La barra de torsión se tuerce. El sensor de par de dirección detecta la torsión y avisa a la unidad de control de

que está aplicado un leve par de dirección al volante. 3. El sensor de ángulo de dirección avisa que está dado un pequeño ángulo de dirección y el sensor de régimen

del rotor avisa sobre la velocidad momentánea con que se acciona el volante. 4. Previo análisis del par de dirección de baja magnitud, la velocidad de marcha del vehículo de 100 km/h, el

régimen del motor de combustión, un pequeño ángulo de dirección y la velocidad con que se acciona el volante, y en función de las curvas características implementadas en la unidad de control para v = 100 km/h, la unidad de control determina la necesidad de aportar ya sea un par de dirección leve o no aportar ningún par de dirección, y excita correspondientemente el motor eléctrico.

5. Al mover la dirección circulando en autopista se realiza de esta forma la servoasistencia de baja magnitud o bien no se aporta ninguna servoasistencia a través del segundo piñón que actúa paralelamente sobre la cremallera.

6. La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y un mínimo par de servoasistencia viene a ser el par eficaz para el movimiento de la cremallera en un cambio de carril.

Funcionamiento de la dirección en "retrogiro activo"

1. Si el conductor reduce el par de dirección al circular en una curva, la barra de torsión se relaja correspondientemente.

2. En combinación con el descenso del par de dirección, teniendo en cuenta el ángulo de dirección y la velocidad con que se acciona el volante, el sistema calcula una velocidadteórica para el retrogiro y la compara con la velocidad de mando de la dirección. De ahí se calcula el par de retrogiro.

3. La geometría del eje hace que se produzcan fuerzas de retrogiro en las ruedas viradas. Las fricciones en el sistema de la dirección y del eje suelen hacer que las fuerzas deretrogiro sean demasiado bajas como para poder devolver las ruedas a su posición de marcha recta.

4. Previo análisis del par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, el régimen del motor de combustión, el ángulo de dirección y la velocidad con que se gira el volante, así como en función de las curvas características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par que debe aportar el motor eléctrico para el retrogiro de la dirección.

5. El motor es excitado correspondientemente y las ruedas vuelven a la posición de marcha recta.

Funcionamiento corrección de marcha recta

La corrección de marcha recta es una función que se deriva del retrogiro activo. Aquí se genera un par de servoasistencia para que el vehículo vuelva a la marcha rectilínea exenta de momentos de fuerza. El sistema distingue entre un algoritmo de corto y uno de largo plazo.

El algoritmo de largo plazo está dedicado a compensar las discrepancias a largo plazo que surgen con respecto a la marcha rectilínea, por ejemplo debido al cambio de neumáticos de verano por neumáticos de invierno (usados).

El algoritmo de corto plazo corrige discrepancias de duración breve. Con ello se respalda al conductor, evitando que por ejemplo tenga que «contravolantear» continuamente al circular habiendo viento lateral constante.

1. Una fuerza lateral constante, por ejemplo la del viento lateral, actúa sobre el vehículo. 2. El conductor tuerce un poco el volante, para mantener el vehículo en marcha recta. 3. Analizando el par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, el régimen del motor de combustión, el

ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y actuando en función de las curvas características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par que debe aportar el motor eléctrico para la corrección de la marcha recta.

4. El motor eléctrico de la dirección es excitado correspondientemente. El vehículo adopta la trayectoria de marcha recta. El conductor ya no tiene que dar «contravolante».

Diagrama de los elementos que intervienen en la gestión electrónica de la dirección electromecánica

Sensor de ángulo de direcciónEl sensor de ángulo de dirección va situado detrás del anillo retractor con el anillo colector para el sistema airbag. Se instala en la columna de dirección, entre el mando combinado y el volante.Suministra la señal para la determinación del ángulo de dirección, destinándola a la unidad de control para electrónica de la columna de dirección a través del CAN-Bus de datos.En la unidad de control para electrónica de la columna de dirección se encuentra el analizador electrónico para estas señales.

Efectos en caso de averíaSi se avería el sensor se pone en vigor un programa de emergencia. La señal faltante se sustituye por un valor supletorio.La servoasistencia para la dirección se conserva plenamente La avería se indica encendiéndose el testigo de averías del cuadro de instrumentos.

Los componentes básicos del sensor de ángulo de dirección son:

un disco de codificación con dos anillos parejas de barreras luminosas con una fuente de luz y un sensor óptico cada una

El disco de codificación consta de dos anillos, el anillo exterior de valores absolutos y el anillo interior de valores incrementales.

El anillo de incrementos esta dividido en 5 segmentos de 72º cada uno y es explorado por una pareja de barreras luminosas. El anillo tiene almenas en el segmento. El orden de sucesión de las almenas es invariable dentro de un mismo segmento, pero difiere de un segmento a otro. De ahí resulta la codificación de los segmentos.El anillo de absolutos viene a determinar el ángulo. Es explorado por 6 parejas de barreras luminosas.

El sensor de ángulo de dirección puede detectar 1044º de ángulo (casi 3 vueltas de volante). Se dedica a sumar los grados angulares. De esa forma, al sobrepasar la marca de los 360º reconoce que se ha ejecutado una vuelta completa del volante.La configuración especifica de la caja de la dirección permite dar 2,76 vueltas al volante de la dirección.

Si por simplificar la explicación se contempla solamente el anillo de incrementos, se aprecia por un lado del anillo la fuente luminosa y por el otro el sensor óptico (figura inferior)..La medición del ángulo se realiza según el principio de la barrera luminosa. Cuando la luz incide en el sensor al pasar por una almena del anillo se engendra una señal de tensión. Al cubrirse la fuente luminosa se vuelve a interrumpir la tensión de la señal.Al mover ahora el anillo de incrementos se produce una secuencia de señales de tensión.

De esa misma forma se genera una secuencia de señales de tensión en cada pareja de barreras luminosas aplicadas al anillo de valores absolutos.Todas las secuencias de señales de tensión se procesan en la unidad de control para electrónica de la columna de dirección.Previa comparación de las señales, el sistema puede calcular a qué grados han sido movidos los anillos. Durante esa operación determina también el punto de inicio del movimiento en el anillo de valores absolutos.

Sensor de par de direcciónEl par de mando a la dirección se mide con ayuda del sensor de par de dirección directamente en el piñón de

dirección. El sensor trabaja según el principio magnetorresistivo.Está configurado de forma doble (redundante), para establecer el mayor nivel de fiabilidad posible.

El sensor del par de giro acopla la columna y la caja de dirección a través de una barra de torsión. El elemento de conexión hacia la columna posee una rueda polar magnética, enla que se alternan 24 zonas de diferente polaridad magnética.Para el análisis de los pares de fuerza se emplean dos polos respectivamente.La contrapieza es un elemento sensor magnetorresistivo, que va fijado a la pieza de conexión hacia la caja de la dirección.Al ser movido el volante se decalan ambas piezas de conexión entre sí en función del par que interviene.En virtud de que con ello también se decala la rueda polar magnética con respecto al elemento sensor, resulta posible medir el par aplicado a la dirección de esa forma y se lo puede transmitir a la unidad de control en forma de señal.

Efectos en caso de averíaSi se avería el sensor de par de dirección se tiene que sustituir la caja de la dirección. Si se detecta un defecto se desactiva la servoasistencia para la dirección. La desactivación no se realiza de forma repentina, sino «suave». Para conseguir esta desactivación «suave» la unidad de control calcula una señal supletoria para el par de dirección, tomando como base los ángulos de dirección y del rotor del motor eléctrico. Si ocurre una avería se la visualizaencendiéndose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

Sensor de régimen del rotorEl sensor de régimen del rotor es parte integrante del motor para la dirección asistida electromecánica. No es accesible por fuera.

Aplicaciones de la señalEl sensor de régimen del rotor trabaja según el principio magnetorresistivo y su diseño es igual que el del sensor del par de dirección.Detecta el régimen de revoluciones del rotor que tiene el motor eléctrico para la dirección asistida electromecánica; este dato se necesita para poder excitar el motor con la debida precisión.

Efectos en caso de averíaSi se avería el sensor se emplea la velocidad de ángulo de dirección a manera de señal supletoria.La asistencia a la dirección se reduce de forma segura. De ese modo se evita que se interrumpa de golpe la servoasistencia en caso de averiarse el sensor. La avería se indica encendiéndose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

Velocidad de marcha del vehículoLa señal de la velocidad de marcha del vehículo es suministrada por la unidad de control para ABS.

Efectos en caso de averíaSi se ausenta la señal de velocidad de marcha del vehículo se pone en vigor un programa de marcha de emergencia. El conductor dispone de la plena servoasistencia a la dirección, pero se ausenta la función Servotronic. La avería se visualiza encendiéndose en amarillo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

Sensor de régimen del motorEl sensor de régimen del motor es un sensor Hall. Va atornillado a la carcasa de la brida de estanqueidad del cigüeñal.

Aplicaciones de la señalLa señal del sensor de régimen del motor es utilizada por la unidad de control del motor para detectar el número de vueltas del motor y la posición exacta del cigüeñal.

Efectos en caso de averíaSi se avería el sensor de régimen del motor, la dirección pasa a funcionar con borne 15. La avería no se visualiza con el testigo luminoso

Motor eléctricoEl motor eléctrico es una versión de motor asíncrono sin escobillas. Desarrolla un par máximo de 4,1 Nm para servoasistencia a la dirección.Los motores asíncronos no poseen campo magnético permanente ni excitación eléctrica. La característica que les da el nombre reside en una diferencia entre la frecuencia de la tensión aplicada y la frecuencia de giro del motor. Estas dos frecuencias no son iguales, en virtud de lo cual se trata de un fenómeno de asincronía.Los motores asíncronos son de construcción sencilla (sin escobillas), lo cual los hace muy fiables en su funcionamiento. Tienen una respuesta muy breve, con lo cual resultan adecuados para movimientos muy rápidos de la dirección.El motor eléctrico va integrado en una carcasa de aluminio. A través de un engranaje de sin fin y un piñón de accionamiento ataca contra la cremallera y transmite así la fuerza de servoasistencia para la dirección. En el extremo del eje por el lado de control va instalado un imán, al cual recurre la unidad de control para detectar el régimen del rotor. La unidad de control utiliza esta señal para determinar la velocidad de mando de la dirección.

Efectos en caso de averíaUna ventaja del motor asíncrono consiste en que también es movible a través de la caja de la dirección al no tener corriente aplicada.Esto significa, que también en caso de averiarse el motor y ausentarse por ello la servoasistencia, sigue siendo posible mover la dirección aplicando una fuerza sólo un poco superior. Incluso en caso de un cortocircuito el motor no se bloquea. Si el motor se avería, el sistema lo visualiza encendiéndose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.

Unidad de control para la direcciónLa unidad de control para dirección asistida va fijada directamente al motor eléctrico, con lo cual se suprime un cableado complejo hacia los componentes de la servodirección.Basándose en las señales de entrada, tales como:

la señal del sensor de ángulo de dirección, la señal del sensor de régimen del motor, el par de dirección y el régimen del rotor, la señal de velocidad de marcha del vehículo la señal de que se identificó la llave de contacto en la unidad de control.

La unidad de control calcula las necesidades momentáneas de servoasistencia para la dirección. Calcula la intensidad de corriente excitadora y excita correspondientemente elmotor eléctrico.La unidad de control tiene integrado un sensor térmico para detectar la temperatura del sistema de dirección. Si la temperatura asciende por encima de los 100 °C se reduce de forma continua la servoasistencia para la dirección.Si la servoasistencia a la dirección cae por debajo de un valor de 60%, el testigo luminoso para dirección asistida se enciende en amarillo y se inscribe una avería en la memoria.

La familia de características y sus curvasLa regulación de la servoasistencia para la dirección se lleva a cabo recurriendo a una familia de características almacenada en la memoria permanente de programas de la unidad de control. Esta memoria abarca hasta 16 diferentes familias de características. Por ejemplo, en el caso del Golf 2004 se utilizan 8 familias de características de entre todas las disponibles.Según el planteamiento (p. ej. el peso del vehículo) se activa en fábrica una familia de características específica.Sin embargo, también en el Servicio Postventa es posible activar la familia de características con ayuda del sistema de diagnosis. Esto resulta necesario, p. ej., si se sustiuye la unidad de control de la dirección.

Como ejemplos se han seleccionado aquí respectivamente una familia de características para un vehículo pesado y una para uno ligero de entre las 8 familias de características implementadas para el Golf2004. Una familia de características contiene cinco diferentes curvas asignadas a diferentes velocidades del vehículo (p. ej. 0 km/h, 15 km/h, 50 km/h, 100 km/h y 250 km/h). Una curva de la familia de característica expresa el par de dirección a que el motor eléctrico aporta mas o menos servoasistencia para hacer mas fácil y preciso el manejo de la dirección teniendo en cuenta variables como por ejemplo: el peso del vehículo.

Efectos en caso de averíaSi se avería la unidad de control para dirección asistida se la puede sustituir completa.La familia de características correspondiente en la memoria no volátil para programas de la unidad de control tiene que ser activada por medio del sistema de diagnosis.

Testigo luminoso de averíasEl testigo luminoso se encuentra en la unidad indicadora del cuadro de instrumentos. Se utiliza para avisar sobre funciones anómalas o fallos en la dirección asistida electromecánica.El testigo luminoso puede adoptar dos diferentes colores para indicar funciones anómalas. Si se enciende en amarillo, significa un aviso de menor importancia. Si el testigo luminoso se enciende en rojo hay que acudir de inmediato a un taller. Cuando el testigo luminoso se enciende en rojo suena al mismo tiempo una señal de aviso acústico en forma de un gong triple.

Al conectar el encendido, el testigo se enciende en rojo, porque el sistema de la dirección asistida electromecánica lleva a cabo un ciclo de autochequeo.Sólo a partir del momento en que llega la señal procedente de la unidad de control para dirección asistida, según la cual el sistema trabaja de forma correcta, es cuando el testigose apaga. Este ciclo de autochequeo tarda unos dos segundos. El testigo se apaga de inmediato en cuanto se arranca el motor.

Particularidad

Baterías descargadasEl sistema detecta tensiones bajas y reacciona ante éstas. Si la tensión de la batería desciende por debajo de los 9 voltios se reduce la servoasistencia para la dirección hasta llegar a su desactivación y se enciende el testigo luminoso en rojo.Si surgen caídas breves de tensión por debajo de 9 voltios el testigo luce en amarillo.

DiagnosisLos componentes del sistema de la dirección asistida electromecánica son susceptibles de autodiagnosis.

Autoadaptación de los topes de la direcciónPara evitar topes mecánicos secos de la dirección se procede a limitar el ángulo de mando por medio de software.El «tope de software» y, con éste, la amortiguación del mando se activan al llegar el volante a un ángulo de aprox. 5° antes del tope mecánico.El par de servoasistencia se reduce durante esa operación en función del ángulo y par de dirección.

Otros fabricantes de vehículos utilizan otro tipo de sistemas de dirección electromecánica, cuyo diseño es diferente al anterior.

El fabricante Renault utiliza el siguiente sistema:En la figura inferior se pueden ver los elementos que forman la dirección electromecánica, falta la parte de la columna de dirección que mueve el piñón que a su vez acciona la cremallera.

En la figura inferior se puede ver el esquema eléctrico donde se aprecia la centralita o módulo electrónico, que controla el motor eléctrico y que recibe información del estado de la dirección a través de los sensores de la posición del motor eléctrico y del captador óptico de par/volante que mide la desviación que hay en la barra de torsión entre su parte superior y su parte inferior, este valor compara el esfuerzo que hace el conductor en mover el volante y la asistencia que proporciona el motor eléctrico. La centralita con esta información mas la que recibe a través de la red

multiplexada (CANbus) y teniendo en cuenta un campo característico que tiene en memoria, genera una señal en forma de corriente eléctrica que es la que gobierna el motor eléctrico.

El captador de par y ángulo del volante, utiliza dos discos solidarios unidos por una barra de torsión que esta debilitada en su centro, esto es para que permita un cierto retorcimiento cuando las fuerzas son distintas en sus extremos. Unos rayos de luz atraviesan las ventanas practicadas en los discos, esto sirve en primer lugar para conocer la posición angular del volante, es decir para saber cuanto se ha girado el volante. En segundo lugar cuando las fuerzas que se aplican en los extremos de la barra de torsión son distintas, las ventanas del disco superior no coinciden con las del disco inferior, esto provoca que el rayo de luz no llegue en su totalidad y parte de la luz que envía el emisor no es recibida por el receptor del captador óptico.

El fabricante Opel (General Motors) utiliza este tipo de dirección electromecánica

Cotas de reglaje de la dirección

Para que le funcionamiento de la de dirección resulte adecuado, es preciso que los elementos que lo forman cumplan unas determinadas condiciones, llamadas cotas de dirección o geometría de dirección, mediante las cuales, se logra que las ruedas obedezcan fácilmente al volante de la dirección y no se altere su orientación por las irregularidades del terreno o al efectuar una frenada, resultando así la dirección segura y de suave manejo. También debe retornar a la linea recta y mantenerse en ella al soltar el volante después de realizar una curva.Las cotas que determinan la geometría del sistema de dirección son:

Ángulo de salida Ángulo de caída Ángulo de avance Cotas conjugadas Convergencia de las ruedas

Los nombres con que se han identificado los ángulos son los mas habituales, pero en bibliografía de origen no hispano pueden encontrarse que al avance se le llama Caster, a la salida kin-pin inclination, a la caída Camber, la convergencia Toe-in y la divergencia Toe-aut.

Ángulo de salida Se llama ángulo de salida al ángulo (As) que forman la prolongación del eje del pivote, sobre el que gira la rueda para orientarse, con la prolongación del eje vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda y cuyo vértice coincide en A´. Este ángulo suele estar comprometido entre 5 y 10º, siendo en la mayoría de los vehículos de 6 a 7º. Esta disposición del pivote sobre el que se mueve la mangueta reduce el esfuerzo a realizar para la orientación de la rueda ya que, depende directamente de la distancia "d" (figura inferior) cuanto menor sea "d" menor será el esfuerzo a realizar con el volante para orientar las ruedas. Este esfuerzo será nulo cuando el eje del pivote pase por el punto "A", centro de la superficie de contacto del neumático con el suelo. En este caso solo habría que vencer el esfuerzo de resistencia de rodadura (Fr) correspondiente al ancho del neumático, ya que el par de giro seria nulo. En la practica "d" no puede ser cero ya que, entonces la dirección se volvería inestable.

De la inclinación del eje del pivote resultan fuerzas de retroceso, las cuales, después del paso de una curva, hacen volver a las ruedas a la posición en linea recta en sentido de la marcha. Esto es debido a que al orientar la rueda para tomar una curva, como gira sobre el eje de pivote y éste esta inclinado. la rueda tiende a hundirse en el suelo, y como no puede hacerlo, es la carrocería la que se levanta, oponiendose a esto su propio peso, por lo cual, en cuanto se suelte el volante de la dirección, el peso de la carrocería, que tiende a bajar, hará volver la rueda a su posición de marcha en linea recta.Además el ángulo de salida, minimiza el efecto de las irregularidades de la carretera en el ensamblaje del conjunto de dirección.

La presión de inflado de los neumáticos tiene una importancia vital en este ángulo, pues con menor presión, el punto "A´" se desplaza mas hacia abajo, aumentando la distancia "d" y, por tanto, el esfuerzo para girar las ruedas.

Ángulo de caídaSe llama ángulo de caída al ángulo"Ac" que forma la prolongación del eje de simetría de la rueda con el vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda.Este ángulo se consigue dando al eje de la mangueta una cierta inclinación con respecto a la horizontal. Tiene por objeto desplazar el peso del vehículo que gravita sobre este eje hacia el interior de la mangueta, disminuyendo así el empuje lateral de los cojinetes sobre los que se apoya la rueda.

La mangueta esta sometida a esfuerzos de flexión equivalentes a peso que sobre ella gravita (P) por su brazo de palanca (d). Con el ángulo de caída lo que se busca es reducir el brazo de palanca o distancia (d), por ello al inclinar la rueda, se desplaza el punto de reacción (A) hacia el pivote, con lo que el brazo de palanca o distancia (d) se reduce y, por tanto, también se reduce el esfuerzo a que están sometidos los rodamientos de la mangueta.El valor del ángulo de caída (Ac), que suele estar comprendido entre treinta minutos y un grado, hace disminuir el ángulo de salida (As), aunque mantiene se mantiene dentro de unos limites suficientes.

Ángulo de avanceSe llama ángulo de avance, al ángulo (Aa) que forma la prolongación del eje del pivote con el eje vertical que pasa por el centro de la rueda y en el sentido de avance de la misma.Cuando el empuje del vehículo se realiza desde las ruedas traseras (propulsión), el eje delantero es arrastrado desde atrás, lo que supone una inestabilidad en la dirección. Esto se corrige dando al pivote un cierto ángulo de avance (Aa), de forma que su eje corte a la linea de desplazamiento un poco por delante del punto (A) de apoyo de la rueda. Con ello aparece una acción de remolque en la propia rueda que da fijeza a la dirección, haciendo que el punto (A) de apoyo tienda a estar siempre en linea recta y por detrás de (B) punto de impulsión.Al girar la dirección para tomar una curva la rueda se orienta sobre el punto (B) fijado para el avance: esto hace que el punto (A) se desplace hasta (A´), creandose un par de fuerzas que tiende a volver a la rueda a su posición de linea recta ya que, en esta posición, al ser (d = 0), desaparece el par.

De esta forma se consigue dar a la dirección fijeza y estabilidad, ya que las desviaciones que pueda tomar la rueda por las desigualdades del terreno, forman este par de fuerzas que la hacen volver a su posición de linea recta.El avance debe ser tal, que cumpla la misión encomendada sin perturbar otras condiciones direccionales. Si este ángulo es grande, el par creado también lo es, haciendo que las ruedas se orienten violentamente. Si el ángulo es pequeño o insuficiente, el par de orientación también lo es, resultando una dirección inestable.El ángulo de avance suele estar comprendido entre 0 y 4º para vehículos con motor delantero y de 6 a 12º para vehículos con motor trasero.

Cotas conjugadasLas cotas de salida y caída hacen que el avance corte a la linea de desplazamiento por delante y hacia la derecha de punto (A). De ello resulta que, para vehículos de propulsión trasera, el empuje que se transmite el eje delantero pasa de éste a la rueda por el pivote, teniendo su punto de tiro en la rueda sobre el punto (B). Como la resistencia de rodadura actúa sobre su punto de apoyo (A), resulta un par de fuerzas que tiende a abrir la rueda por delante, debiendo dar una convergencia a la rueda para corregir esta tendencia.La convergencia será tanto mayor cuanto mas adelantado y hacia la derecha se encuentre el punto (B). Esta posición viene determinada por los ángulos de caída, salida y avance, lo que quiere decir que la convergencia depende directamente de estas tres cotas.

En vehículos con tracción delantera, la fuerza de empuje está aplicada al mismo punto de apoyo de la rueda, siendo las ruedas traseras remolcadas sin ejercer efecto alguno sobre la dirección. No obstante, se les da un pequeño

avance para mantener estable la dirección resultando, junto a las cotas de salida y caída, una convergencia que pueda ser positiva o negativa.

ConvergenciaLa convergencia o paralelismo de las ruedas delanteras es la posición que ocupan las dos ruedas con respecto al eje longitudinal del vehículo. Este valor se mide en milímetros y es la diferencia de distancia existente entre las partes delanteras y traseras de las llantas a la altura de la mangueta; está entre 1 y 10 mm para vehículos con propulsión y cero a menos 2 mm para vehículos con tracción.El ángulo de caída (Ac) y el de salida (As) hace que la rueda esté inclinada respecto al terreno y que al rodar lo haga sobre la generatriz de un "cono" lo que implica que las ruedas tienden a abrirse. Para corregir esto se cierran las ruedas por su parte delantera, con lo que adelanta el vértice del cono en el sentido de la marcha.

La convergencia también contrarresta el par de orientación que se forma entre el empuje y el rozamiento de la rueda y que tiende a abrirla, siendo esta la razón de que los coches con propulsión tengan mayor convergencia que los de tracción, en efecto: debido al avance y salida, la prolongación del pivote corta al suelo en un punto mas adelantado y hacia el centro que el de apoyo del neumático. Si el coche lleva propulsión, la fuerza de empuje se transmite a la rueda delantera a través del pivote y la de resistencia se aplica en el punto de contacto del neumático, esto origina un par de giro que tiende a abrir las ruedas delanteras, cosa que no ocurre en vehículos con tracción ya que la fuerza se aplica en el punto de contacto.

El ángulo de convergencia (Av) o desviación angular de las ruedas con respecto a la dirección de marcha, se expresa en función de las distancias (A) y (B) y de la cota (h), o bien, del diámetro de la llanta (d). La formula para calcular este ángulo es:

El que el valor de la convergencia pueda ser positivo o negativo (divergencia) depende de los valores que tengan los ángulos de caída, salida y, ademas, de que el vehículo sea de tracción delantera o propulsión trasera. El valor de esta convergencia viene determinado por los valores de las cotas de caída, salida y avance.

La convergencia, determinada en función del resto de las cotas de dirección, debe mantenerse dentro de los limites establecidos por el fabricante ya que, cualquier alteración produce la inestabilidad en la dirección; además debe ser igual en las dos ruedas.Una convergencia excesiva, al producir mayor tendencia en la orientación de las ruedas para seguir la trayectoria en linea recta, produce un desgaste irregular en los neumáticos que se manifiesta por el desgaste lateral que se produce en su banda de rodadura.

En los vehículos con propulsión trasera, la resistencia a la rodadura de las ruedas delanteras crea un par que tiende a abrir ambas ruedas, para compensar este efecto, se contrarresta con un ángulo de convergencia positivo.

En el caso de vehículos con tracción delantera, el problemas es distinto, el esfuerzo de tracción de las ruedas produce un par que actúa en sentido contrario que en el caso anterior, es decir tendiendo a cerrar las ruedas en vez de abrirlas, por consiguiente para compensar esta tendencia será necesario dar a las ruedas un ángulo de convergencia negativo (divergencia).

Una excesiva convergencia respecto a la que nos da el fabricante, provoca un desgaste lateral en la zona exterior de los neumáticos. Una convergencia insuficiente provoca un desgaste lateral en el interior de los neumáticos.

Suspensión independienteLas cotas de dirección varían de forma sustancial según sea el vehículo con dirección montada sobre eje rígido o sobre suspensión independiente. Excepto el ángulo de salida que apenas varia los demásángulos varían sensiblemente, debido al diferente montaje de las ruedas, que se mueven y separan entre sí, de forma distinta a como lo hacen las montadas sobre eje rígido. Otra característica a tener en cuenta es el creciente aumento del grosor de los neumáticos y disminución de la presión de los neumáticos. Los constructores de automóviles han determinado experimentalmente para cada caso los valores mas convenientes Así ocurre que el avance es mucho menor y en bastantes casos negativo, o sea, que el pivote va hacia atrás en vez de apuntar adelante. La caída es prácticamente nula (de 3/4º positivo a 1º negativo). La convergencia aun es positiva en la mayoría de automóviles (de 0 a 6 milímetros, como eje rígido); pero ya algunos la tienen negativa, o sea, que las ruedas abren hacia delante (divergencia).

ComprobaciónAsí pues, salvo deformación aparente por largo uso, carga excesiva o golpe, las cotas que deben comprobarse son: avance, caída, y convergencia, y precisamente por este orden, pues cada una influye en las siguientes. Si se tiene cuidado de no dar golpes de refilón a las ruedas contra los bordillos, piedra grandes, etc., no es fácil que se desregle la dirección por torceduras del eje o doblado de las bielas y palancas de la dirección, y, por tanto, el ajuste se limitará casi siempre a la convergencia, la mas sencilla de medir y corregir. La convergencia al ser una cota resultante directa de las otras tres cotas (salida, caída y avance), cualquier variación en cualquiera de ellas produce una desviación en la convergencia. Siendo esta cota la única fácil de corrección en el vehículo, para pequeñas desviaciones en la cotas de salida, caída y avance, en muchos talleres ante la dificultad de corrección en ellas se actúa corrigiendo la convergencia para compensar el efecto conjugado del conjunto.Los síntomas que denuncian alteración de las cotas y que aconsejan revisión especial son los siguientes:

Desgaste de las cubiertas mas acentuado en una mitad de la banda de rodadura que en la otra: la causa será un ángulo de caída excesivo si el desgaste es hacia afuera del vehículo; si por el lado de dentro, caída insuficiente.

Un achaflamiento con desgaste en borde afilado, si éste queda hacia dentro del vehículo denota exceso de convergencia; si por fuera, falta.

En general, cualquier anomalía en el desgaste de las cubiertas aconseja revisar inmediatamente la alineación de las ruedas.

Radio de giro máximoLa distancia entre pivotes (a) que recibe el nombre de vía y la longitud e inclinación de los brazos de acoplamiento en

función de la batalla (b) del vehículo, que corresponde a la distancia entre ejes, determinan una de las características de la dirección, como es su radio de giro máximo. Este radio viene determinado de forma que las ruedas puedan girar describiendo un circulo de diámetro cuatro veces mayor que la batalla del vehículo.

El ángulo de viraje (Avi ) para un determinado radio de giro (R), según los triángulos rectángulos 0AB y 0CD de la figura inferior, se obtiene por la función trigonométrica de los ángulos que forman las ruedas en función de la batalla (b) del vehículo y del ancho de vía (a).Teniendo en cuenta que el radio de giro mínimo en los vehículos suele ser aproximadamente el doble de la batalla o distancia entre ejes: R = 2 b. El ángulo de viraje máximo entre las ruedas es:

Influencia del estado de los neumáticos en la DirecciónSe ha estudiado, al explicar las cotas de dirección, la gran influencia de una presión del neumático defectuosa. Un neumático con presión baja es el peor defecto que puede permitirse en las ruedas, en cuanto a su economía. Además de desgastarse desigualmente, por los bordes de la banda de rodadura, según se muestra en la figura inferior, detalle 1, la destrucción es muy rápida, por la gran deformación a que está sometida la cubierta que, al rodar, produce

tensiones y deformaciones con roces en los flancos que elevan su temperatura produciendo el corte de los tejidos que sirven para reforzar la goma.Una presión excesiva hace que la dirección sea mas suave, pero aumenta las trepidaciones y aumenta la fatiga en todas las articulaciones, desgastando la cubierta desigualmente por el centro de la banda de rodadura.

Los defectos en la alineación de las ruedas influyen mucho en el desgaste rápido y desigual de las cubiertas e incluso con la sola observación de una rueda prematuramente desgastada un técnico puede deducir, aproximadamente la cota o cotas que han dado lugar al desgaste anormal.

En líneas generales podemos decir que, excepto el avance que aunque sea excesivo no produce desgaste de los neumáticos, las otras cotas suelen producir los siguientes:

Una caída anormal tanto positiva como negativa, crea en el neumático diámetros variables lo que hace que el diámetro más pequeño frote contra el suelo desgastando con gran rapidez los bordes de la banda de rodadura (parte exterior con exceso de caída y parte interior con exagerada caída negativa).

La salida suele ser fija en casi todos los vehículos modernos, e influye en la caída por lo tanto si la primera se deforma, los desgastes producidos por la salida son los mismos que los que se deben a la caída.

La convergençia, por poco que varíe, influye mucho en el desgaste de las cubiertas, si ésta es pequeña desgasta la parte interior del neumático derecho y si es superior a la debida desgasta la parte exterior del neumático izquierdo, en vehículos con conducción por la izquierda y lo contrario, en aquellos que ruedan por la derecha. El desgaste debido a esta cota, produce un leve reborde que puede apreciarse, pasando la mano por la banda de rodadura de dentro hacia fuera, y el debido a una divergencia anormal se aprecia pasando la mano en sentido contrario.

Los desgastes anormales son siempre producidos por frote de la cubierta con el pavimento y es muy difícil establecer con exactitud la causa que puede producirlo, pues pueden ser varias a la vez.Además de las mencionadas por defecto de las cotas, influyen también, de una forma muy acusada, el "shimmy", presión de inflado, deformación del chasis, etc.

Valores reales de las cotas de reglaje de un automóvil de la marca: Renault Laguna II

Curso de sistemas de distribución variable

IntroducciónFundamentalmente, cuanto mayor es la cantidad de aire que penetra en el cilindro, mayor será la potencia que desarrolla el motor, por eso es fundamental el sistema de distribución que es el encargado regular los tiempos del funcionamiento del motor. La distribución (respiración) del motor va estar controlada por el árbol de levas que es el elemento fundamental junto con las válvulas.

Cuanto más rápido gira un motor, más difícil resulta llenar los cilindros, puesto que las válvulas abren y cierran mucho más deprisa. Lo ideal es que la válvula de admisión se abra un poco antes del inicio de la carrera de admisión, y la de escape un poco antes de iniciarse la carrera de escape, para ayudar así al vaciado y llenado de los cilindros. El inconveniente proviene de que el momento óptimo de apertura de las válvulas es diferente para cada régimen del motor, por lo que resulta imprescindible sacrificar rendimiento en todos los regímenes de giro para obtener un resultado aceptable también en todos los regímenes de giro. Lo que hace la distribución variable es precisamente cambiar el momento de apertura y cierre de las válvulas en función del régimen del motor. Los sistemas más sofisticados también pueden controlar el tiempo durante el que la válvula permanece abiertaA la hora de cambiar los tiempos de distribución tenemos que hacer una serie de consideraciones sobre los sistemas de distribución en general:

Sincronización de las válvulasEn la figura inferior se ilustra un diagrama de distribución así como la apertura de las válvulas y el llamado "cruce de válvulas". Hay que destacar los siguientes puntos:- La válvula de admisión debe abrirse antes del P.M.S., es decir, antes de que el pistón empiece a descender en el tiempo de admisión.- La válvula de admisión permanece abierta mucho después del P.M.I., (en plena fase de compresión) para aprovechar la velocidad de los gases entrantes, lo cual ayuda a introducir una cantidad adicional de la mezcla de aire y combustible en el cilindro.- La válvula de admisión regula el rango de revoluciones del motor. Si esta se cierra mas tarde, entra mas combustible en el cilindro y, por lo tanto, las revoluciones aumentan.- El punto de cierre de la válvula de admisión también determina la relación de compresión efectiva, opuesto a lo que ocurre con la relación de compresión estática. Si la válvula se cierra mas tarde, la compresión real del motor será menor.- La válvula de escape debe abrirse mucho antes de que termine el tiempo de explosión para liberar la presión de los gases en expansión que están en el cilindro antes de que el pistón suba en el tiempo de escape. La potencia del motor no se ve afectada por el hecho de que las válvulas de escape se abran en ese punto, ya que la mayor parte de la potencia de los gases en explosión ha sido transmitida al pistón durante el tiempo de explosión. La válvula de escape debe estar casi totalmente abierta en el momento en el que pistón alcance la velocidad máxima. De esta manera, no hay resistencia al movimiento causada por la presión del gas de admisión, la cual produciría una perdida de bombeo.- La leva mantiene abierta la válvula de escape pasado el P.M.S. En regímenes elevados, la inercia del gas que sale del cilindro crea un vacío tras de si, absorbiendo más mezcla de admisión. Al vaciar al máximo el cilindro de gases de escape, aumenta la capacidad para alojar la mezcla fresca de aire y combustible, aumentado así la potencia del motor.

Cruce de válvulasEl periodo de cruce de válvulas tiene lugar en el inicio del tiempo de admisión, cuando la válvula de admisión ya esta abierta y la de escape no se ha cerrado por completo. Los motores de serie tienen un cruce de válvulas de 15 a 30 grados de giro del cigüeñal. En el ejemplo de la figura superior la magnitud del cruce es de 20 grados. Los árboles de levas de los vehículos de carreras tienen cruces de válvulas que van de 60 a 100 grados. Un cruce adicional proporciona un llenado de cilindro mas eficaz a altas revoluciones, pero produce un vacío en el motor mas bajo, así como una mayor pobreza en el rendimiento en los bajos regímenes, en la calidad de marcha en ralentí y en la economía de combustible a baja velocidad.Si la válvula de admisión se abre demasiado pronto, la calidad de marcha en ralentí se deteriora, mientras que el rendimiento en regímenes elevados no mejora demasiado. La velocidad máxima del pistón en el tiempo de admisión se alcanza antes de la apertura máxima de válvula, por lo que si la válvula se abre antes, podría mejorar la respiración del motor. El factor del cruce de válvulas que afecta al rendimiento en regímenes elevados es el cierre de la válvula de escape. De hecho, aumentar el tamaño de la válvula de escape y su orificio correspondiente no suele considerarse demasiado adecuado para la obtención de mas potencia, ya que la válvula de escape limita en mayor medida el flujo procedente del cilindro a medida que se cierra. Un cruce elevado de válvulas puede generar problemas de holguras entre la válvula y el pistón, es decir, que podrían llegar a tocarse. La elevada alzada de las válvulas no causa este problema, ya que el pistón esta en una posición baja dentro del cilindro cuando la válvula se abre al máximo.Un cruce válvulas mas reducido aumenta la presión en el cilindro a revoluciones mas bajas.Los diseñadores de árboles de levas intentan minimizar el cruce de válvulas al tiempo que procuran maximizar el rendimiento en regímenes elevados.

Forma de levasLas levas están formadas por un circulo base y una cresta que esta flanqueada por dos costados mas o menos rectos. Las levas tienen un contorno preciso. Su forma constituye una solución de compromiso, ya que el perfil de leva que mejora el rendimiento a altas revoluciones impide un funcionamiento optimo a bajas revoluciones. Esto se debe a la inercia de los gases. La inyección de aire mas grande tiene lugar cuando la velocidad del pistón alcanza su nivel máximo, que ocurre cuando el diferencial de presión entre el interior y el exterior llega a su máximo.Los dos factores que caracterizan el contorno de la leva son la alzada y el ángulo de apertura. La alzada es la altura a la que la leva eleva el taqué, mientras que el ángulo de apertura es el numero de grados del giro del cigüeñal durante los cuales la válvula esta fuera de su asiento.

La mayor parte de los árboles de levas están diseñados para dividir el cruce de válvulas, es decir, mantener la misma apertura de las válvulas de admisión y de escape en el P.M.S. Si la válvula de admisión está mas abierta en el P.M.S. que la de escape, se dice que el árbol de levas esta "adelantado", mientras que si esta ultima es la que esta mas abierta que la primera, el árbol de levas esta "retrasado". Un árbol de levas de patrón único tiene levas con la misma forma en ambos costados (flanco de cierre y flanco de apertura). Un diseñador de arboles de levas puede efectuar un ajuste fino en el funcionamiento del motor cambiando el punto en el que se abre o se cierra una válvula. Las levas cuyos flancos presentan formas distintas se consideran "asimétricas".

Arboles de levas de alto rendimientoSe instalan arboles de levas de alto rendimiento sin tener en cuenta que esto conlleva otras modificaciones necesarias. Estos árboles de levas deben ir acompañados de muelles mas fuertes para que los componentes de las válvulas se mantengan en contacto en regímenes elevados (para evitar el fenómeno de "válvula flotante"). Tenga cuidado de no llegar a la compresión total del muelle, en el caso de que el árbol de levas nuevo produzca una alzada de válvula demasiado elevada para la altura del muelle. En tal caso, lo mas conveniente será utilizar doble muelle (uno interno y otro externo). Cuando se alcanza al nivel máximo de la alzada de válvula, debe haber una holgura mínima entre las espiras del muelle de 0,25 a 0,30 milímetros. Otro inconveniente que puede haber es que la alzada de la válvula esta limitada por la parte superior de la guía de válvula y la holgura entre las válvulas y la parte superior del pistón, hay que evitar que lleguen a tocarse, si se produce este hecho, habría que rectificar dichos elementos.

Cuando instale calces para los muelles de válvula o un árbol de levas con alzada aumentada (alto rendimiento), verifique que los muelles no se comprimen al máximo..

El cambio del árbol de levas por otro de alto rendimiento suele ir acompañado de modificaciones o cambios en el colector de admisión, escape y sistema de alimentación de combustible (carburador, inyección).

Distribución variableSistema que permite modificar los ángulos de apertura de las válvulas para aumentar el tiempo de llenado y vaciado del cilindro cuando el motor gira alto de vueltas y el tiempo disponible para ello es menor. Estos sistemas permiten utilizar el tiempo óptimo de apertura y cierre de las válvulas a cualquier régimen de giro del motor. Según el fabricante

del sistema se utilizan diferentes soluciones que modifican el calado de los árboles de levas, hacen actuar otra leva a altas revoluciones o modifican por medio de excéntricas la posición del árbol de levas sobre sus apoyos. Hay dos sistemas fundamentales a la hora de variar la distribución.1.- Variación de la alzada de válvula, con ello se consigue modificar simultáneamente el avance y cierre de la válvula, además de disminuir el área de paso de los gases frescos.2.- Desplazamiento del árbol de levas con respecto al cigüeñal.De la combinación de estos dos movimientos es posible ajustar cada uno de los ángulos de manera independiente al valor deseado.

Convertidores de fase Es posible adaptar el diagrama de distribución de un motor para conseguir un buen compromiso entre las exigencias de empuje a bajos regímenes y elevado rendimiento volumétrico (buen llenado de la cámara) a altos regímenes utilizando un variador de fase. Los hay de varios tipos, pero el más utilizado es el que controla la admisión variando la posición angular del árbol de levas respecto al engranaje que lo arrastra. Esta variación se controla a través de un accionador electromagnético comandado por la centralita del motor, de forma que la presión del aceite en el mecanismo variador de fase permite ese desacoplamiento de unos grados en el árbol. Los perfiles de las levas (alzada) propiamente dichos y, con ello, también la carrera de la válvula no se modifican. Para un rendimiento eficaz de este sistema basta con modificar los tiempos de distribución de las válvulas de admisión. Los ensayos realizados han demostrado que una modificación de los tiempos de distribución de las válvulas de escape no aportan una mejora significativa.

La utilización de convertidores de fase, normalmente, solo se hace en motores con dos árboles de levas en cabeza (DOCH), tal y como los encontramos en motores multivalvulas. Sin embargo. la primera regulación de árboles de este tipo, fabricada en serie, se introdujo en un motor de 2 válvulas por cilindro de Alfa Romeo en el modelo Twin Spark de 2,0 litros, el cual también dispone de 2 árboles de levas en cabeza. Este motor gracias al convertidor de fase y a un doble encendido, da unos valores de rendimiento de 150 CV que, normalmente, solo los alcanzan motores multiválvulas y, por tanto, demuestra como a pesar de usar un motor de 2 válvulas se consigue unos valores de potencia elevados.

El elemento mas importante del "variador de fase"es el actuador electro-hidráulico acoplado al engranaje que arrastra en rotación al árbol de levas de las válvulas de admisión. Este actuador permite dar al mismo árbol dos posiciones angulares diversas y, por lo tanto, variar los tiempos de apertura de las válvulas de admisión. Su regulación está dirigida por el microprocesador del sistema electrónico de gestión del motor y que en este caso es la centralita que gestiona tanto el sistema de inyección como de encendido BOSCH Motronic. La lógica de actuación de la variación de fase se establece de antemano, de manera tal que el cruce de válvulas -es decir, esa fracción del ciclo de funcionamiento del motor durante la cual están abiertas de manera simultánea las válvulas de admisión y de escape- se reduzca a los regímenes bajos y con poca carga, y aumente en los regímenes altos y en caso de fuerte solicitación de potencia. De ese modo se obtienen los siguientes resultados: - En los regímenes altos y medio-altos y en caso de fuerte demanda de potencia (puesta en fase normal), llenado óptimo de los cilindros y, por lo tanto, máximo de la potencia y del par. - En los regímenes bajos y medio-bajos y con reducidas cargas (puesta en fase atrasada), regularidad óptima de funcionamiento y reducción de los consumos específicos. - En todos los regímenes, reducción al mínimo de las emisiones que contaminan.

En el convertidor de fase normalmente se regulan hacia adelante o hacia atrás los árboles de levas de admisión durante el funcionamiento alrededor de 10º a 20º con respecto al ángulo entre árboles de levas (que corresponde a 20 - 40º del ángulo de calado respecto al cigüeñal). Para la construcción de tales mecanismos de regulación solo son adecuados aquellos mandos del árbol de levas en los que las cadenas de distribución (o correa de distribución) discurra a lo largo de los 2 árboles de levas o bien solo se accione el árbol de levas de escape. Entre la rueda de propulsión de accionamiento del árbol de levas y el árbol de levas de admisión se instala un mecanismo electrohidráulico de torsión, que lleva a cabo la torsión relativa deseada y que es gestionada electrónicamente.Durante la torsión del árbol de levas de admisión se modifican simultáneamente 4 parámetros importantes del diagrama de distribución.- El cruce de válvulas- El inicio de la apertura de admisión- El fin del cierre de la válvula de admisiónEstos parámetros tienen una influencia esencial sobre la potencia y el par motor, pero también sobre la calidad de la marcha en vacío, del comportamiento de los gases de escape y del consumo.Hay dos procedimientos de regulación que se utilizan hoy en día en los convertidores de fase que dependen de la carga y del numero de revoluciones. Vamos a explicar todo esto tomando el ejemplo del motor V6 de 24 válvulas de Mercedes.

- En la marcha en vacío y para la zona inferir de la carga parcial, el árbol de levas de admisión esta atrasado, lo cual da como resultado una calidad elevada de la marcha en vacío y un buen comportamiento de respuesta.- Como muy tarde a 2000 r.p.m. se produce la posición adelantada del árbol de levas de admisión a 34º del ángulo de calado respecto al cigüeñal, para conseguir el incremento deseado del par motor.- Algo por encima de 5000 r.p.m. se produce la posición atrasada del árbol de levas de admisión, para mantener la potencia elevada hasta el régimen de revoluciones máximo (7000).

En el motor V8 de 5 litros de Mercedes se utiliza la regulación del árbol de levas, incluso, para la limitación de la potencia, dependiendo de la velocidad de conducción: a una velocidad de 250 km/h pasan ambos arboles de levas de admisión de nuevo a la posición adelantada.

La desventaja que muestran los convertidores de fase sencillos es que los perfiles de levas y, por tanto, las curvas de elevación de las válvulas se mantienen. Se han realizado diferentes ensayos para tratar de eliminar este defecto por medio de perfiles cónicos de levas (figura inferior). La utilización de levas cónicas en el árbol de levas requieren

debido a la forma de las levas, de un segmento de ajuste entre el fondo del empujador y la leva. La torsión del árbol de levas se produce por medio de un dentado helicoidal entre el árbol de levas y su corona de arrastre. La distribución de la presión del aceite para el desplazamiento del árbol de levas la proporciona un regulador que actúa debido a la fuerza centrifuga.

Sistema VANOSEste sistema no deja de ser un convertidor de fase aunque tenga una denominación distinta. VANOS son las siglas de Variable Nockenwellen Steuerung (separación variable del árbol de levas) que es un sistema de distribución variable empleado por la marca BMW. Consiste en desplazar el calado del árbol de levas utilizando la presión del aceite del sistema de engrase. El sistema aumenta el cruce de válvulas cuando el motor gira a altas revoluciones. El adelanto o retraso del árbol de levas con respecto al cigüeñal dependerá de las condiciones de funcionamiento del motor (carga, r.p.m. y temperatura).Por medio de una gestión electrónica del motor y también de un electroimán se conecta una válvula distribuidora 4-2 (4 vías, 2 posiciones), para lo cual un pistón hidráulico admite alternativamente presión del aceite del motor y se mantiene en sus dos posiciones iniciales posibles por medio de topes mecánicos. En el pistón se encuentra un eje dentado montado sobre rodamientos de baja fricción, que transforma la carrera del pistón por medio de un dentado helicoidal en un giro del árbol de levas con relación a la rueda dentada accionadora. El margen de ajuste es de 25º del ángulo de calado con respecto al cigüeñal. Gracias al sistema VANOS se ha logrado reducir el tiempo de apertura de las levas de admisión de 240º a 228º, sin reducir por eso el rendimiento máximo del motor. Esta medida tiene, ante todo una ventaja con respecto a la calidad en marcha en vacío.

Un sistema mas complejo utilizado por BMW para motores de 3 litros de cilindrada, es el que permite cualquier posición intermedia del árbol de levas de admisión dentro de un ámbito total de regulación de 42º. La regulación del vehículo para una velocidad máxima de 250 km/h también se produce por medio de este sistema.El sistema de accionamiento que utiliza el aceite a presión para su funcionamiento cuenta con un sistema propio que trabaja con una presión de 100 bar y también dispone de un depósito de aceite. La bomba de aceite de alta presión esta integrada en la unidad de regulación y se acciona por medio del árbol de levas de escape. La presión elevada del aceite es necesaria, para mantener el pistón regulador, que realiza la torsión de la rueda dentada hacia el árbol de levas de admisión por medio de un dentado helicoidal, en cualquier posición intermedia con seguridad. Para ello se requieren también 2 válvulas de mando electromagnéticas, así como 2 ruedas con marcas para la posición de los árboles de levas con sus correspondientes indicadores de posición. La información necesaria para la regulación procede de un mecanismo de mando propio del motor.

Con el paso del tiempo BMW incorpora la tecnología del sistema de decalador variable a los dos arboles de levas, es decir, al de admisión y también al de escape. Se regulan en continuo los árboles de levas de admisión y de escape dentro de un campo amplio, lo que provoca una elevada potencia especifica y al desarrollo homogéneo del par motor. El sistema VANOS doble o también denominado Bi-VANOS es la denominación que se da al sistema que acabamos de explicar con regulación en ambos arboles de levas (admisión, escape).

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http://www.mecanicavirtual.org/distribucion_variable-bivanos.htm

Porsche: utilizo en sus modelos 968 y en las primeras series del 996 Carrera un sistema (Variocam) para variar los tiempos de distribución un tanto peculiar. El mecanismo hidráulico controlado por la unidad electrónica de control según el régimen de vueltas del motor empuja con dos patines y abre la cadena, que mueve los árboles de levas, provocando su desplazamiento y por lo tanto se produce un reajuste del los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión. Al reducir el número de vueltas del motor los muelles repliegan el mecanismo de empuje de la cadena a su posición inicial. Este dispositivo se monta sobre una distribución de 4 válvulas por cilindro y se complementa con un sistema de distribución variable.

Si quieres ver una animación de este sistema haz clic aqui

Este sistema de distribución variable es controlado por una señal eléctrica que envia la centralita de inyección (ECU) hacia un actuador que empuja unos patines que tensan la cadena de distribución. La regulación de la distribución se hace siguiendo unos parametros:

Para regimenes inferiores a 1500 rpm, las válvulas de admisión abren 7º despues del PMS y cierra 52º después del PMI. Con estos parametros, el motor funciona con un giro uniforme a bajas rpm, y la emisión gases sin quemar es muy baja debido a que no existe cruce de válvulas.

Para regimenes comprendidos entre 1500 y 5500 rpm, el árbol de levas de admisión recibe un avance de 9º respecto al de escape. Esto significa que las válvulas de admisión abre 8º antes del PMS y cierran 37º después del PMI. Con este diagrama se consigue un buen llenado de los cilindros y un aumento del par motor.

A partir de 5500 rpm, el árbol de admisión vuelve a la posición inicial, es decir, apertura 7º después del PMS y cierra 52º despues del PMI. Como vemos esto es una contrariedad, pero es debido a que la alta velocidad de entrada de los gases de la mezcla necesitan un mayor retraso al cierre de admisión. para aprovechar su inercia y lograr que entre mas cantidad de mezcla en los cilindros.

Este sistema de distribución cambia el momento en que abren y cierran las válvulas de admisión pero el ángulo total de apertura permanece invariable. Las valvulas de escape cuyos tiempos de distribucion permanecen constantes, tienen un adelanta a la apertura de escape (AAE) de 31º y un retraso al cierre de escape (RCE) de 1º.

Audi A3 1.8l 5V y 2.8 V6: este motor utiliza un sistema parecido al anterior donde se varian los tiempos de distribución actuando sobre el árbol de levas de admisión.

En la posición de reposo la "linea de control A" esta abierta y el aceite a presión actua sobre el "pistón actuador" por debajo del "pistón actuador", por lo tanto no hay variacion en la apertura de las válvulas de admisión..

Por encima de las 1300 rpm la "linea de control B" esta abierta y el aceite a presión actua por encima del "pistón actuador" que empuja los patines hacia abajo, con lo que se adelanta la apertura de las válvulas de admisión.

A partir de 5000 rpm, el árbol de admisión vuelve a la posición inicial, es decir se retrasa la apertura de las válvulas de admisión. Esto se debe a que la alta velocidad de entrada de los gases necesita de un mayor retraso al cierre de admisión, para aprovechar su inercia y lograr que entre mas cantidad de mezcla en los cilindros. Este variador de los tiempos de distribución cambia el momento de apertura y cierre de las válvulas de admisión pero el ángulo total de apertura permanece invariable.

Sistema VTEC de Honda

Siglas de Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System. Honda presento en el año 1989 un sistema para la variación de los tiempos de distribución, en el cual los arboles de levas no se torsionan. No solo se regula la fase de apertura, sino el también el tiempo y la sección de la misma. El objetivo de esta medida son leyes creadas a medida para la apertura de la válvulas para regímenes de revoluciones diferentes. Para un numero de revoluciones medio, los tiempos de apertura mas cortos y una carrera de válvula menor elevan la velocidad de gas y, por tanto, también el llenado y el par motor dentro de este margen. Para un numero de revoluciones superior, los tiempos de apertura mas largos y una carrera de válvula mas grande intensifican la respiración del motor, lo cual, a su vez, tiene un efecto sobre la potencia.

El método por el cual puede conseguirse este efecto, requiere para 4 válvulas por cilindro, 6 levas y 6 balancines de palanca. Las levas externas, que están asignadas directamente a las válvulas, portan perfiles suaves y la leva central tiene los tiempos de distribución mas largos y la carrera de la leva mas grande. En el régimen de revoluciones bajo, solo están activas las levas externas, mientras que la leva central se acciona, por decirlo de alguna forma, en vacío, es decir, no tiene efecto alguno sobre las válvulas de los balancines de palanca centrales. Un muelle adicional evita que se pierda el contacto entre la leva y el balancín de palanca. Existen unos pasadores que se pueden desplazar de forma hidráulica y que entre 5000 y 6000 r.p.m. realizan una conexión mecánica entre los 3 balancines de palanca. Desde ese momento es la leva central mas grande la que señala la apertura de la válvula. La presión de distribución necesaria para el desplazamiento la proporciona el circuito de aceite lubricante del motor. Para que el acoplamiento de los balancines de palanca funcione bien, es necesario que los círculos de base de todas las levas sean igual, de modo que cuando las válvulas estén cerradas los alojamientos y los pasadores estén alineados.Honda ha demostrado la capacidad de rendimiento del sistema VTEC (DOCH) que tiene dos árboles de levas situados en la parte superior

Resumiendo el sistema de distribución variable empleado por Honda en sus automóviles se basa en una tercera leva en cada cilindro que entra en funcionamiento a altas revoluciones. El balancín de esta leva no actúa a bajas revoluciones, mientras que al acelerar, la presión del aceite desplaza un vástago entre los balancines de las otras levas y el de la leva central, quedando todo el conjunto unido. En este momento los balancines son abiertos por la leva con mayor perfil (que es la central) y se incrementa el alzado de las válvulas y su momento de apertura y de cierre. Cuando el motor reduce el régimen de giro, el vástago se recoge y el balancín central queda suelto. El perfil que ahora actúa es el de las levas exteriores. Este sistema se acopla a las válvulas de admisión y escape en los motores de doble árbol de levas (DOCH) y solamente a las válvulas de admisión en los motores de un árbol de levas (SOCH).

Dependiendo del enclavamiento de los pernos o bulones se pueden obtener los siguientes estados de funcionamiento.

Estado 1. Por debajo de las 2500 rpm y con el motor con poca carga, los tres bulones están desenclavados con lo que los balancines pueden girar unos con respecto a los otros. El de más a la izquierda está apoyado sobre un anillo mecanizado en el árbol de levas, con lo que la alzada de la válvula correspondiente será nula, permaneciendo cerrada. El motor pues, estará funcionando en modo 12 válvulas (3 válvulas por cilindro). El balancín intermedio por no estar enclavado no acciona ninguna válvula.El balancín de la derecha es accionado por la leva de perfil más suavizado, accionando su correspondiente válvula, con lo que se obtiene un diagrama de distribución propio de un motor elástico con un rendimiento de la combustión alto.

Estado 2. Al sobrepasar las 2500 r.p.m. o acelerar, se introduce presión al bulón superior, enclavándolo, con lo que los balancines extremos se hacen solidarios. Con ello las dos válvulas de admisión son accionadas por el perfil de leva más suave, funcionando el motor en modo 16 válvulas. El motor opera en este estado desde alrededor de la 2500 r.p.m. hasta las 6000.

Estado 3. Cuando el motor sobrepasa las 6000 r.p.m. se manda presión al bulón inferior, haciendo solidarios los tres balancines, con lo que pasan a ser accionados por el perfil de leva de mayor alzada. Con ello se consigue una mayor potencia, propia de un motor rápido.

Una variante del VTEC es el VTEC-E, la "E" viene de "Econony", este sistema se adapta al funcionamiento de un motor con mezcla pobre. El objetivo de este motor esta en la reducción del consumo de combustible y de las emisiones de los gases de escape. Para el primer VTEC-E Honda utilizo como base el conocido motor Civic de 4 cilindros y 1,5 litros. Para la desconexión de las válvulas se utiliza el VTEC-SOCH desarrollado con tan solo un árbol de levas situado en la parte superior.

El VTEC-E no actúa sobre las válvulas de escape teniendo estas una distribución fija. El sistema solo actúa sobre las válvulas de admisión, a bajas r.p.m. solo abre una de las válvulas y altas r.p.m. abren las dos. De esta manera se aprovechan las ventajas de los motores de dos válvulas por cilindro en unos momentos determinados y en otros momentos las ventajas de los motores de 4 válvulas por cilindro.

El funcionamiento de este sistema se puede dividir en dos estados:

Balancines sin acoplar : por debajo de de 2500 r.p.m. las balancines primario y secundario actúan independientemente y son movidos por las levas (1), de 8 mm de alzada, y (2), de 0,65 mm de alzada. Esta pequeña abertura evita la acumulación no deseable de la mezcla en el segundo conducto de admisión. El uso de una sola entrada para la mezcla provoca un fuerte turbulencia dentro del cilindro que permite realizar una combustión mas eficaz, incluso con mezclas pobres. Con la apertura de una sola válvula el llenado del cilindro mejora a bajas r.p.m. por lo que aumenta el par motor. La válvula de admisión que se mantiene inactiva se acciona durante esta fase, también por motivos de refrigeración, por medio de una leva muy plana con una carrera de tan solo 0,65 mm, mientras que la válvula que trabaja realiza toda la carrera de la válvula que es de 8 mm.

Balancines acoplados : a partir de 2500 r.p.m., el calculador de la inyección envía una señal al actuador hidráulico que da paso a la presión que desplaza los pistones que acoplan los balancines. Es la leva de mas alzada (8 mm) la que mueve las dos válvulas de admisión con la misma elevación y los mismo tiempos de distribución. En estas condiciones aumenta la potencia al aumentar el numero de r.p.m..

El colector de admisión dispone ademas de un sistema de admisión variable, que selecciona el conducto de admisión mas favorable teniendo en cuenta el numero de r.p.m. del motor.

Valvetronic

El sistema Valvetronic de BMW combina la regulación de los tiempos de distribución (VANOS doble) con una regulación continua de la carrera de las válvulas de admisión. El árbol de levas no actúa directamente sobre la palanca de arrastre que, por su parte acciona la válvula, sino que actúa sobre una palanca intermedia. Sin embargo, esta palanca intermedia no se encuentra en posición horizontal debajo del árbol de levas sino que está ubicada en posición vertical junto a dicho árbol. La palanca intermedia está dotada en el centro de un rodillo que está en contacto con la leva (árbol de levas). El extremo inferior de la palanca intermedia está apoyado sobre el rodillo de la palanca de arrastre, mientras que en la parte superior está apoyada en un eje excéntrico dotado a su vez de un segundo rodillo.

Cuando gira el árbol de levas, la palanca intermedia ejecuta un movimiento pendular. Para conseguir que este movimiento horizontal se transforme en un movimiento vertical, la palanca intermedia tiene en su parte inferior un perfil sumamente complejo que, a primera vista, tiene forma de bumerang, ya que la mitad del perfil transcurre casi paralelamente a la palanca de arrastre, mientras que la otra mitad tiene un ligero ángulo. Sólo cuando la parte en ángulo actúa sobre el rodillo de la palanca de arrastre presionándola hacia abajo, se abre la válvula.

La relación de la palanca ha sido definida de tal modo que tan sólo aproximadamente la mitad de todo el perfil que tiene forma de bumerang actúa sobre la palanca de arrastre. El principio y el final de esa mitad son determinados por el fulcro de la palanca de desviación. Es aquí donde interviene el árbol de excéntrica accionado por un motor

eléctrico: si aplica presión sobre el rodillo superior de la palanca de desviación en dirección del árbol de levas, cambia el fulcro de la palanca y, en consecuencia, cambia también la parte efectiva del perfil en forma de bumerang. De esta manera es posible variar de modo continuo la carrera de la válvula de admisión, teóricamente desde las posiciones completamente cerrada hasta completamente abierta. Este es el principio de funcionamiento del sistema VALVETRONIC.

Cuando el motor ha de entregar su máxima potencia, la alzada de las válvulas es alta de modo que descubren una mayor sección de paso al aire, facilitando su entrada a los cilindros. Si se le hace funcionar a cargas bajas, la alzada se reduce, de forma que la sección de paso es menor, limitando de este modo la entrada de aire. La alzada de las válvulas puede variar desde los 0,0 a los 9,7 milímetros, en función del aire necesario para la combustión.

Si el llenado de los cilindros del motor no se controla por medio de una válvula mariposa, sino por medio de una carrera variable de las válvulas, se puede mejorar el rendimiento del motor otto en aproximadamente un 10%, porque ya no es necesario aspirar en contra de la depresión existente en el multiple de admisión. Para la fabricación del sistema valvetronic de BMW se utilizan unos valores de tolerancias muy reducidos. Para garantizar que todas las válvulas de admisión tengan siempre el mismo grado de apertura, se funden, durante el montaje de la culata, cada uno de los conductos por separado. Si se producen desviaciones, deben sustituirse las piezas mecánicas de accionamiento. Cuantos mas cilindros (bancadas de cilindros) tenga un motor, mas dificil resultara esa tarea. Ademas de la complejidad del montaje es considerable, por lo cual se trata de un sistema de distribución muy caro.

El sistema Valvetronic de BMW combina la regulación de los tiempos de distribución (VANOS doble) con una regulación continua de la carrera de las válvulas de admisión. Un servomotor eléctrico torsiona el árbol de excéntricas que forma la base de apoyo para la palanca intermedia, que actuan sobre las palancas de arrastre.Un procesador de 32 bits, físicamente independiente de la centralita del motor (ECU), controla el movimiento del motor eléctrico (8), que coloca estos actuadores intermedios, en la posición requerida. El tiempo necesario para cambiar la carrera de las válvulas desde la mínima a la máxima alzada es de 300 ms, el mismo que necesita el sistema de distribución variable Bi-VANOS, en ajustar los tiempos de apertura.La regulación del caudal de aire de entrada se sigue consiguiendo a costa de introducir una restricción a su paso por las válvulas de admisión, y por tanto, de unas ciertas pérdidas por bombeo, pero las pérdidas a través de las válvulas de admisión del motor Valvetronic son menores que la suma de las que se producen en la válvula del acelerador y las de admisión de un motor convencional.

Únicamente para funciones de diagnóstico y en caso de avería del sistema, el motor Valvetronic de BMW sigue equipando una válvula de mariposa convencional a la entrada del conducto de admisión, que en condiciones normales permanece completamente abierta, ofreciendo una resistencia despreciable a la entrada del aire.Con este sistema BMW asegura una reducción de consumos, menos emisiones contaminantes sin necesidad de recurrir a catalizadores especiales y una notable mejoria en el agrado de cuducción.

VarioCam Plus

Porsche adopto un sistema de distribución variable cambiando la alzada de las válvulas por medio de empujadores de vaso invertido cambiables. Este sistema lo utilizo por primera vez para el Carrera turbo del año 2000 y, posteriormente, también para los motores por aspiración. Para la marcha en vacío y para una carga reducida son los empujadores de vaso invertido dobles (concentricos) los que funcionan sobre una leva plana con una carrera de la válvula de solo 3 mm. Si la carga es superior, el sistema cambia a 2 levas mas inclinadas con una carrera de válvual de 10 mm. Simultaneamente, la marca Porsche aprovecha la posibilidad de la regulación de fases (variación de los tiempos de distribución) del árbol de levas de admisión (de ahí la palabra -PLUS- de la denominación del sistema), para optimizar la separación y el solapamiento. Porsche utiliza la abreviatura CVCP para el regulador continuo del árbol de levas que funciona con pistones de desplazamiento axial (turbo) o reguladores equipados con alabes.

El sistema de control de la carrera de válvulas consta de empujadores de vaso invertido cambiables controlados por una electroválvula de 3 vías . Los árboles de levas cuentan con levas de diferentes tamaños. Según las necesidades del motor, el sistema se adaptará proporcionando la carrera de las válvulas más adecuada a esta situación. Se utilizan dos empujadores concéntricos, que pueden bloquearse por medio de un pequeño bulón. El interior tiene contacto con la leva pequeña y el exterior con la leva grande. En el mecanismo va integrado además un sistema para el reglaje hidráulico del juego de válvulas. Los empujadores de vaso invertido cambiables son una obra maestra de la mecánica de precisión. La regulación de la carrera de la válvula funciona como sigue: para la transmisión de 2 carreras diferentes de las válvulas se ha subdividido el empujador de vaso invertido en una carcasa externa y en otra interna situada concentricamente en el interior de la externa. El mecanismo de cierre que se localiza en la zona del empujador de vaso invertido propio de la leva permite el acoplamiento de control hidraulico de la carcasa interna y de la externa por medio de la presión del aceite del motor. Una válvula de inversión electrohidráulica da admisión a los pistones de bloqueo, que dan lugar a un acoplamiento de las 2 piezas del empujador al alcanzar una presión de aceite de, como minimo de 1,2 bar.Carrera pequeña de la válvula: Los empujadores funcionan sin acoplamiento. El empujador interno y la leva central (plana) son determinantes para la carrera. El empujador interno tambien soporta el elemento para la compensación hidráulica de juego de las válvulas. El empujador externo se mueve con relación al empujador interno y dependiendo de la curva de elevación de la válvula de las dos levas externas (altas). Realiza, por así decirlo, un movimiento en vacío, es decir, no acciona la válvula. Además existe un muelle debil de la carrera del pistón diferenciadora que es el que garantiza el contacto con las levas.Carrera grande de la válvula: El empujador interno y el empujador externo estan acoplados. Pero es el empujador externo el que determina la carrera del pistón y el que sigue las curvas de elevación de las 2 levas externas. La disposición doble de las 2 levas altas también sirve para reducir la presión superficial y para evitar el momento basculante.

El sistema de distribución denominado "VarioCam Plus" consta de cuatro válvulas por cilindro, elementos de regulación de los árboles de levas (convertidores de fase) y empujadores de vaso invertido. Las cuatro válvulas de cada cilindro están dispuestas en forma de "V" con un ángulo de 27,4 grados . Para reducir las masas oscilantes en el mecanismo, los vástagos de las válvulas tienen un diámetro de seis milímetros. A diferencia del 996 Carrera , dispone de dos muelles por válvula. Este sistema optimiza la potencia y el par en todos los regímenes, ayuda a reducir el consumo y las emisiones y a mejorar el confort de marcha del motor.

El sistema VarioCam Plus está formado en realidad por dos mecanismos que se complementan: la distribución variable mejora el funcionamiento del motor al ralentí al accionar la leva pequeña (carrera de 3 mm) y ajustar un pequeño cruce de válvulas. En función de la longitud de la carrera de válvulas disminuyen los rozamientos internos en el mecanismo de distribución. Los tiempos cortos de apertura permiten además una combustión de la mezcla en los cilindros más homogénea y eficaz. Los niveles de consumo y emisiones son hasta un diez por ciento más favorables, mejorando al mismo tiempo la estabilidad de giro del motor al ralentí. Para mejorar los niveles de consumo en carga parcial, es conveniente aprovechar la recirculación interna de gases de escape. El sistema de distribución variable conecta en este caso un cruce de válvulas más amplio, con carrera corta de las válvulas de admisión, con lo que se alarga el tiempo disponible para aspirar gases desde el colector de escape. En condiciones de plena carga, el conductor del 996 Turbo deberá alcanzar los máximos niveles de par y potencia. La carrera de válvulas es en este caso de diez milímetros, con tiempos de apertura y cierre adaptados. Pero el sistema Porsche VarioCam Plus ofrece otras propiedades, notables en el momento del arranque: con bajas temperaturas, la fase de calentamiento es más rápida y las emisiones contaminantes, por lo tanto, más limpias.

Tanto la distribución variable como el control de la carrera de válvulas están controlados por la unidad de mando del Motronic ME7.8 , que ha sido diseñada específicamente con una capacidad de proceso más alta. El sistema VarioCam Plus requiere numerosos parámetros para su control, como por ejemplo el régimen del motor, la posición del acelerador, temperatura de aceite y agua y detección de la marcha acoplada. El sistema compara los deseos del conductor en cuanto a potencia y par en un momento dado con los contenidos de su memoria. En milésimas de segundo, el ordenador decide si debe intervenir el VarioCam Plus . En caso afirmativo, las operaciones de regulación y ajuste son efectuadas de forma imperceptible.

Las ventajas de este metodo (VarioCam Plus) para el control variable de la alzada de las válvulas las encontramos en los costes relativamente bajos del sistema, en el peso reducido y en una estabilidad superior del numero de revoluciones (en comparación con el sistema Valvetronic de BMW). Si bien tampoco se consigue con este sistema el objetivo de un control de la carga completamente libre de estrangulaciones, si que se aprovecha una gran parte de las ventajas que tiene. Además se puede realizar una desconexión total de las válvulas por medio del empujador de vaso invertido (carrera de la válvula cero), lo cual puede aprovecharse para la desconexión del cilindro o la anulación del conducto. Sin embargo, ha de tenerse en cuenta que, en tal caso, solo se dispone de un perfil de leva.

Sistema VVTl-i (Variable Valve Timing & Lift - Intelligent) de Toyota

El sistema VVTl-i controla las siguientes funciones- Control de los tiempos de distribución- Control mediante dos estados de funcionamiento de la alzada de la leva- Control tanto en el árbol de levas de admisión como en el de escape

El mecanismo consta de un solo balancín, el cual acciona las dos válvulas de admisión a la vez. Dicho balancín es accionado por dos levas de diferente perfil, uno más suave que el otro.El apoyo del perfil de leva agresivo es un bulón al cual se le permite un cierto desplazamiento mientras no actúe un tope que se acciona hidráulicamente.

Cuando el motor funciona a bajas y medias vueltas el tope no está accionado, con lo que el bulón sube y baja, de manera que el perfil de leva agresivo no acciona el balancín, siendo las válvulas accionadas por el perfil de leva suave.

A altas r.p.m., la unidad de control electrónica acciona la válvula hidráulica, con lo que enclavamiento se acciona bloqueando el bulón, de manera que es ahora el perfil de leva agresivo el que acciona a las válvulas consiguiéndose así un diagrama de distribución propio de un motor rápido.

Escape AdmisiónApertura

AAE CierreRCE

Duracion

centro de leva

Alzada de leva (mm)

AperturaAAA

CierreRCA

Duración

centro de leva

Alzada de leva (mm)

Bajas R.P.M.

34° 14° 228° 110° 7.6 -10 a 33° 58 a 15° 228° 124 - 81° 7.6

Altas R.P.M.

56° 40° 276° 108° 10.0 15 a 58° 97 a 54° 292° 131 - 88° 11.2

Curso de sistemas de inyección gasolina

Diferencias entre la carburación y la inyecciónEn los motores de gasolina, la mezcla se prepara utilizando un carburador o un equipo de inyección. Hasta ahora, el carburador era el medio más usual de preparación de mezcla, medio mecánico. Desde hace algunos años, sin embargo, aumentó la tendencia a preparar la mezcla por medio de la inyección de combustible en el colector de admisión. Esta tendencia se explica por las ventajas que supone la inyección de combustible en relación con las exigencias de potencia, consumo, comportamiento de marcha, así como de limitación de elementos contaminantes en los gases de escape. Las razones de estas ventajas residen en el hecho de que la inyección permite ( una dosificación muy precisa del combustible en función de los estados de marcha y de carga del motor; teniendo en cuenta así mismo el medio ambiente, controlando la dosificación de tal forma que el contenido de elementos nocivos en los gases de escape sea mínimo.Además, asignando una electroválvula o inyector a cada cilindro se consigue una mejor distribución de la mezcla.También permite la supresión del carburador; dar forma a los conductos de admisión, permitiendo corrientes aerodinámicamente favorables, mejorando el llenado de los cilindros, con lo cual, favorecemos el par motor y la potencia, además de solucionar los conocidos problemas de la carburación, como pueden ser la escarcha, la percolación, las inercias de la gasolina.

Ventajas de la inyección

Consumo reducidoCon la utilización de carburadores, en los colectores de admisión se producen mezclas desiguales de aire/gasolina para cada cilindro. La necesidad de formar una mezcla que alimente suficientemente incluso al cilindro más desfavorecido obliga, en general, a dosificar una cantidad de combustible demasiado elevada. La consecuencia de esto es un excesivo consumo de combustible y una carga desigual de los cilindros. Al asignar un inyector a cada

cilindro, en el momento oportuno y en cualquier estado de carga se asegura la cantidad de combustible, exactamente dosificada.

Mayor potenciaLa utilización de los sistemas de inyección permite optimizar la forma de los colectores de admisión con el consiguiente mejor llanado de los cilindros. El resultado se traduce en una mayor potencia especifica y un aumento del par motor.

Gases de escape menos contaminantesLa concentración de los elementos contaminantes en los gases de escape depende directamente de la proporción aire/gasolina. Para reducir la emisión de contaminantes es necesario preparar una mezcla de una determinada proporción. Los sistemas de inyección permiten ajustar en todo momento la cantidad necesaria de combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor.

Arranque en frío y fase de calentamientoMediante la exacta dosificación del combustible en función de la temperatura del motor y del régimen de arranque, se consiguen tiempos de arranque más breves y una aceleración más rápida y segura desde el ralentí. En la fase de calentamiento se realizan los ajustes necesarios para una marcha redonda del motor y una buena admisión de gas sin tirones, ambas con un consumo mínimo de combustible, lo que se consigue mediante la adaptación exacta del caudal de éste.

Clasificación de los sistemas de inyección.Se pueden clasificar en función de cuatro características distintas:

1. Según el lugar donde inyectan. 2. Según el número de inyectores. 3. Según el número de inyecciones. 4. Según las características de funcionamiento.

A continuación especificamos estos tipos:

1. Según el lugar donde inyectan:

INYECCION DIRECTA: El inyector introduce el combustible directamente en la cámara de combustión. Este sistema de alimentación es el mas novedoso y se esta empezando a utilizar ahora en los motores de inyección gasolina como el motor GDi de Mitsubishi o el motor IDE de Renault.

INYECCION INDIRECTA: El inyector introduce eI combustible en el colector de admisión, encima de la válvula dc admisión, que no tiene por qué estar necesariamente abierta. Es la mas usada actualmente.

2. Según el número de inyectores:

INYECCION MONOPUNTO: Hay solamente un inyector, que introduce el combustible en el colector de admisión, después de la mariposa de gases. Es la más usada en vehículos turismo de baja cilindrada que cumplen normas de antipolución.

INYECCION MULTIPUNTO: Hay un inyector por cilindro, pudiendo ser del tipo "inyección directa o indirecta". Es la que se usa en vehículos de media y alta cilindrada, con antipolución o sin ella.

3. Según el número de inyecciones:

INYECCION CONTINUA: Los inyectores introducen el combustible de forma continua en los colectores de admisión, previamente dosificada y a presión, la cual puede ser constante o variable.

INYECCION INTERMITENTE: Los inyectores introducen el combustible de forma intermitente, es decir; el inyector abre y cierra según recibe ordenes de la centralita de mando. La inyección intermitente se divide a su vez en tres tipos:

SECUENCIAL: El combustible es inyectado en el cilindro con la válvula de admisión abierta, es decir; los inyectores funcionan de uno en uno de forma sincronizada.

SEMISECUENCIAL: El combustible es inyectado en los cilindros de forma que los inyectores abren y cierran de dos en dos.

SIMULTANEA: El combustible es inyectado en los cilindros por todos los inyectores a la vez, es decir; abren y cierran todos los inyectores al mismo tiempo.

4. Según las características de funcionamiento:

INYECCIÓN MECANICA (K-jetronic)INYECCIÓN ELECTROMECANICA (KE-jetronic)INYECCIÓN ELECTRÓNICA (L-jetronic, LE-jetronic, motronic, Dijijet, Digifant, etc.)

Todas las inyecciones actualmente usadas en automoción pertenecen a uno de todos los tipos anteriores.

Historia de los sistemas de inyección de gasolina del fabricante Bosch

1912.- Primeros ensayos de bombas de inyección de gasolina basada en las bombas de aceite de engrase.

1932.- Ensayos sistemáticos de inyección de gasolina para motores de aviación.

1937.- Aplicación en serie de la inyección de gasolina en motores de aviación.

1945.- Primera aplicación en serie de la inyección de gasolina en vehículos a motor.

1951.- Sistemas de inyección de gasolina para pequeños motores de dos tiempos.

1952.- Sistemas de inyección de gasolina para motores de 4 tiempos para vehículos, en serie a partir de 1954.

1967.- Primer sistema electrónico de inyección de gasolina D-Jetronic.

1973.- Inyección electrónica de gasolina L-Jetronic Inyección electrónica de gasolina K-Jetronic.

1976.- Sistemas de inyección de gasolina con regulación Lambda.

1979.- Sistema digital de control del motor Motronic.

1981.- Inyección electrónica de gasolina con medidor de caudal de aire por hilo caliente LH-Jetronic.

1982.- Inyección continua de gasolina con control electrónico KE-Jetronic.

1987.- Sistema centralizado de inyección Mono-Jetronic.

1989.- Control digital del motor con dispositivo de control de la presión del colector de admisión Motronic MP3.

1989.- Control digital del motor con ordenador de 16 bit, Motronic M3.

1991.- Gestión del motor mediante CAN (Controller Area Network), sistema de bus de alta velocidad para acoplar las diferentes centralitas.

Inyección Mecánica

El sistema K-Jetronic de Bosch proporciona un caudal variable de carburante pilotado mecánicamente y en modo continuo. Este sistema realiza tres funciones fundamentales:- Medir el volumen de aire aspirado por el motor, mediante un caudalímetro especial.- Alimentación de gasolina mediante una bomba eléctrica que envía la gasolina hacia un dosificador-distribuidor que proporciona combustible a los inyectores.- Preparación de la mezcla: el volumen de aire aspirado por el motor en función de la posición de la válvula de mariposa constituye el principio de dosificación de carburante. El volumen de aire esta determinado por el caudalímetro que actúa sobre el dosificador-distribuidor.

Componentes del modelo K-jetronic

Alimentación de combustibleEl sistema de alimentación suministra bajo presión la cantidad exacta de combustible necesaria para el motor en cada estado de funcionamiento. El sistema de alimentación consta del depósito de combustible (1), la electrobomba de combustible (2), el acumulador de combustible (3), el filtro de combustible (4), el regulador de presión (5), el distribuidor-dosificador de combustible (16) y las válvulas de inyección (9). Una bomba celular de rodillos accionada eléctricamente aspira el combustible desde el depósito y lo conduce bajo presión a través de un acumulador de presión y un filtro.

Bomba eléctrica de combustible: Es una bomba de tipo centrifugo situado a la salida del deposito; en un interior hay una cámara excéntrica con un disco que contiene cinco cavidades donde están los rodillos. Debido a la fuerza centrifuga los rodillos resultan proyectados contra las paredes, aumentando el volumen de las cavidades y aspirando la gasolina, que se impulsa hasta el tubo distribuidor.La bomba tiene una válvula de descarga que limita la presión del circuito. De esta manera se evita que una posible obstrucción provoque la avería de la propia bomba.Cuando la bomba esta parada, una válvula a la salida mantiene una presión residual en el circuito.El motor de la bomba esta bañado en la propia gasolina que le sirve al mismo tiempo de lubrificante y refrigerante.Aunque pueda parecer que existe riesgo de inflamación el estar en contacto con la gasolina con el motor eléctrico, esto no es posible debido a la ausencia de aire para la combustión.Al poner el contacto del vehículo la bomba se pone en marcha permaneciendo en funcionamiento todo el tiempo en que el motor esta en marcha.Un sistema de seguridad detiene la bomba cuando no hay mando de encendido.

Acumulador de combustible: mantiene bajo presión el circuito de carburante después del paro del motor, para facilitar una nueva puesta en marcha, sobretodo si el motor esta caliente. Gracias a la forma particular de su cuerpo, el acumulador ejerce una acción de amortiguación de los impulsos presentes en el circuito y debidos a la acción de la bomba.El interior del acumulador esta dividido por dos cámaras separadas por una membrana (4). Una cámara (5) tiene la misión de acumular carburante y la otra (1) contiene un muelle.Durante el funcionamiento, la cámara de acumulación se llena de carburante y la curva se curva hasta el tope, oponiendose a la presión ejercida por el muelle. La membrana queda en esta posición, que corresponde al volumen máximo hasta que el motor deja de funcionar. A medida que el circuito de carburante va perdiendo presión la membrana va desplazandose para compensar esta falta de carburante.

Medición del caudal de aireEl regulador de mezcla cumple dos funciones medir el volumen de aire aspirado por el motor y dosificar la cantidad correspondiente de combustible para conseguir una proporción aire/combustible adecuada. El medidor del caudal de aire), situado delante de la mariposa en el sistema de admisión mide el caudal de aire. Consta de un embudo de aire (2) con un plato-sonda móvil colocado en el nivel de diámetro más pequeño. Cuando el motor aspira el aire a través dei embudo, el plato (1) es aspirado hacía arriba o hacia abajo (depende de cada instalación), y abandona su posición de reposo. Un sistema de palancas transmite el movimiento del plato a la válvula corredera (8) que determina la cantidad de combustible a inyectar. Al parar el motor el plato-sonda vuelve a la posición neutra y

descansa en un resorte (3) de lámina ajustable (en el caso de los platos-sonda que se desplazan hacia arriba). Para evitar estropear la sonda en caso de retornos de llama por el colector de admisión, el plato-sonda puede oscilar en el sentido contrario, contra el resorte de lámina, hacia una sección más grande. Un amortiguador de goma limita su carrera.

Para la adaptación de la relación aire/combustible a diferentes regímenes del motor: ralentí, carga parcial y plena carga, el embudo del caudalímetro esta compuesto de secciones que presentan diferentes pendientes. En las zonas de ralentí y plena carga la pendiente del embudo permitirá que el plato sonda se eleve mas para así poder enriquecer mas la mezcla.

Admisión de combustibleEl dosificador-distribuidor de combustible dosifica la cantidad necesaria de combustible y la distribuye a los inyectores. La cantidad de combustible varia en función de la posición del plato-sonda del medidor del caudal de aire, y por lo tanto en función del aire aspirado por el motor. Un juego de palancas traduce la posición del plato-sonda en una posición correspondiente a la válvula de corredera. La posición de la válvula corredera en la cámara cilíndrica de lumbreras determina la cantidad de combustible a inyectar. Cuando el émbolo se levanta, aumenta la sección liberada en las lumbreras, dejando así pasar más combustible hacia las válvulas de presión diferencial (cámaras superiores) y de estas hacia los inyectores. Al movimiento hacia arriba del émbolo de control se opone la fuerza que proviene del circuito de presión de mando. Esta presión de mando está regulada por el "regulador de la presión de mando" y sirve para asegurar que el émbolo de la válvula corredera sigue siempre inmediatamente el movimiento del plato-sonda sin que permanezca en posición alta cuando el plato-sonda vuelve a la posición de ralentí. Las válvulas de presión

diferencial del dosificador-distribuidor de combustible aseguran el mantenimiento de una caída de presión constante entre los lados de entrada y de salida de las lumbreras. Esto significa que cualquier variación en la presión de línea del combustible o cualquier diferencia en la presión de apertura entre las inyectores no puede afectar el control del caudal de combustible.

Funcionamiento de la válvula correderaLa posición del émbolo de la válvula corredera en si es determinada por la posición del plato-sonda, por lo tanto esta en función del caudal de aire en el embudo del caudalimetro. El combustible debe ser repartido uniformemente entre los cilindros del motor. El principio de este reparto descansa en el mando de la sección de paso de las "rajas de estrangulación", mecanizadas en el cilindro de la "válvula corredera". El cilindro lleva tantas aperturas (rajas de estrangulamiento) como cilindros lleva el motor.Una válvula de presión diferencial afectado a cada una de las rajas tiene la función de mantener en ellas una caída de presión de valor constante. Está válvula esta constituida por una cámara inferior y otra superior separadas por una membrana de acero. La presión reinante en la cámara superior es inferior a 0,1 bar (valor que representa la presión diferencial). Esta diferencia de presión se produce por un muelle helicoidal incorporado en la cámara superior. Si la cantidad de combustible que pasa a través de la cámara superior por las rajas de estrangulamiento se incrementa, la presión aumenta momentáneamente en esta cámara. La membrana de acero se encorva hacia la parte inferior y descubre la sección de salida hacia el inyector en la medida necesaria para que se establezca en la raja de estrangulamiento una presión diferencial de 0,1 bar. El embolo de la válvula corredera según su posición descubre mas o menos las rajas de estrangulamiento.

El circuito de la presión de mando se deriva del circuito de alimentación por medio de un "orificio calibrado" situado en el dosificador-distribuidor. La presión de mando queda determinada por el regulador de presión de mando. El "estrangulamiento" que se sitúa por encima de la válvula corredera tiene la función de amortiguar los movimientos del plato-sonda ocasionados por las pulverizaciones de aire que se manifiestan a menudo a escasa velocidad.

Regulador de presiónUn regulador de presión de combustible situado en el regulador de mezcla (dosificador-distribuidor) mantiene una presión constante de 5 bar en la parte inferior de las válvulas de presión diferencial cualquiera que sea la fase de utilización del motor, o las variaciones de caudal de la bomba de alimentación. El regulador de presión devuelve el combustible sobrante al depósito con la presión atmosférica. También el regulador de presión devuelve al deposito el combustible que le llega del "regulador de fase de calentamiento" a través de la entrada (8) y pasando por la válvula de aislamiento (5).

Arranque en fríoAl arrancar en frío el motor necesita más combustible para compensar las pérdidas debidas a las condensaciones en las paredes frías del cilindro y de los tubos de admisión. Para compensar esta pérdida y para facilitar el arranque en frío, en el colector de admisión se ha instalado un inyector de arranque en frío (10), el cual inyecta gasolina adicional durante la fase de arranque. El inyector de arranque en frío se abre al activarse el devanado de un electroimán que se aloja en su interior. El interruptor térmico temporizado limita el tiempo de inyección de la válvula de arranque en frío de acuerdo con la temperatura del motor. A fin de limitar la duración máxima de inyección de el inyector de arranque en frío, el interruptor térmico temporizado va provisto de un pequeño elemento caldeable que se activa cuando se pone en marcha el motor de arranque. El elemento caldeable calienta una tira de bimetal que se dobla debido al calor y abre un par de contactos; así corta la corriente que va a el inyector de arranque en frío.

Enriquecimiento para la fase de calentamientoMientras el motor se va calentando después de haber arrancado en frío, hay que compensar la gasolina que se condensa en las paredes frías de los cilindros y de los tubos de admisión. Durante la fase de calentamiento se enriquece la mezcla aire/combustible, pero es preciso reducir progresivamente este enriquecimiento a medida que se calienta el motor para evitar una mezcla demasiado rica. Para controlar la mezcla durante la fase de calentamiento se ha previsto un regulador de presión de mando (también llamado: regulador de fase de calentamiento) que regula la presión de mando. Una reducción de la presión de mando hace disminuir la fuerza antagonista en el medidor del caudal de aire, permitiendo así que el plato suba más en el embudo, y con ello se eleve la válvula de corredera dejando pasar más combustible por las lumbreras. En el interior del regulador de presión de mando una válvula de membrana (1) es controlada por un muelle helicoidal (4) a cuya fuerza se opone una lamina de bimetalica (3). Si el motor está frío, durante el calentamiento, la lamina bimetálica se curva hacia abajo debido a la resistencia calefactora (2) (que es alimentada durante la fase de calentamiento del motor) contrarrestando la fuerza del muelle (4) con lo que la membrana (1) se mueve de tal manera que la presión de mando sobre la válvula corredera disminuye fugandose la gasolina hacia el regulador de presión y de este al deposito, al disminuir la presión de mando sube la válvula corredera y aumenta la riqueza de la mezcla suministrada a los cilindros del motor.Durante el arranque en frío la presión de mando es de 0,5 bar aproximadamente mientras que en condiciones normales se alcanza el valor de 3,7 bar.

Para los motores concebidos para funcionar a carga parcial con mezclas aire/combustible muy pobres, se ha perfeccionado el regulador de la fase de calentamiento equipándolo con un empalme de depresión hacia el colector de admisión. Ello permite al regulador de la fase de calentamiento de ejercer una presión de control reducida con la correspondiente mezcla aire/combustible más rica, cuando el motor funciona a plena carga. En este estado de servicio el acelerador está totalmente abierto y la depresión del colector es muy débil. El efecto combinado de una segunda válvula de membrana y de un muelle helicoidal es de reducir el efecto de la válvula de membrana de control de presión, la cual a su vez reduce la presión de mando que provoca el enriquecimiento de la mezcla con el motor en carga. La membrana de regulación de carga (5) actúa sobre el segundo muelle (3) debido a que esta sometida en su parte superior a la depresión del colector de admisión y en su parte inferior a la presión atmosférica. Con una carga de motor intermedia la depresión en el colector de admisión es suficiente para comprimir el muelle regulador de carga por lo que la membrana de la válvula de presión de mando (1) sube aumentando la presión de mando sobre la válvula de corredera por lo que se empobrece la mezcla que inyecta en los cilindros.

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Válvula de aire adicionalLas resistencias por rozamiento del motor frío hacen necesario aumentar el caudal de aire/combustible mientras el motor se va calentando. Esto permite asimismo mantener un régimen de ralentí estable. La válvula de aire adicional se encarga de aumentar el caudal de aire en el motor mientras que el acelerador continúa en posición de ralentí. La válvula de aire adicional abre un conducto en bypass con la mariposa; como todo el aire que entra ha de pasar por el medidor del caudal de aire, el plato sube y deja pasar una cantidad de combustible proporcional por las lumbreras del distribuidor-dosificador de combustible. Una tira de bimetal controla el funcionamiento de la válvula de aire adicional al regular la sección de apertura del conducto de derivación. Al arrancar en frío queda libre una sección mayor que se va reduciendo a medida que aumenta la temperatura del motor, hasta que, finalmente, se cierra. Alrededor de la tira de bimetal hay un pequeño elemento caldeable que se conecta cuando el motor entra en funcionamiento. De este

modo se controla el tiempo de apertura y el dispositivo no funciona si el motor está caliente porque la tira recibe la temperatura del motor.

InyectoresEl combustible dosificado por el dosificador-distribuidor, es enviado a los inyectores y de estos se inyecta en los diversos conductos de admisión antes de las válvulas de admisión de los cilindros del motor. Los inyectores están aislados del calor que genera el motor evitando la formación de pequeñas burbujas de vapor en los tubos de inyección después de parar el motor. La válvula (1) responde incluso a las cantidades pequeñas, lo cual asegura una pulverización adecuada incluso en régimen de ralentíLos inyectores no contribuyen en la dosificación. Las válvulas de inyección se abren automáticamente cuando la presión sobrepasa un valor fijado (3,3 bar) y permanecen abiertas; inyectando gasolina

mientras se mantiene la presión. La aguja de la válvula oscila a una frecuencia elevada obteniendose una excelente vaporización. Después del paro del motor los inyectores se cierran cuando la presión de alimentación es inferior a los 3,3 bar. Cuando se para el motor y la presión en el sistema de combustible desciende por debajo de la presión de apertura de la válvula de inyección un muelle realiza un cierre estanco que impide que pueda llegar ni una gota más a los tubos de admisión.

VEHÍCULO SISTEMA AÑOAudi 80/90/Coupe/QuattroAudi 100/200 QuattroAudi 200 Turbo/200 Turbo Quattro Audi QuattroAudi 100 2.0

Ford Escort XR3iFord Orion 1.6iFord Sierra XR4i/Xr 4x4Ford Granada 2.8iFord Capri 2.8i

Mercedes-Benz 230E/TE/CE (123)Mercedes-Benz 280SE/SEL (116)Mercedes-Benz 350SE/SEL (116)Mercedes-Benz 450 SE/SEL (116)Mercedes-Benz 280SE/SEL (126)Merc-Benz 380SE/SEL/SEC (126) Merc-Benz 500SE/SEL/SEC (126)Mercedes-Benz 280SL/SLC (107)Mercedes-Benz 350SL/SLC (107)Mercedes-Benz 380SL/SLC (107)Mercedes-Benz 450SLC (107)Mercedes-Benz 500SL/SLC (107)Renault 30 TX

Saab 900Saab 900 TurboVolkswagen Golf/Jetta GTiVolkswagen Golf GTi 16VVolkswagen Jetta GTi 16VVolkswagen Passat GLi/GTiVolkswagen Passat/Santana 2.0Volkswagen Passat/Santana 2.1Volkswagen Passat 2.2Volkswagen Passat GTVolkswagen Scirocco GTiVolvo 240/244/245/TurboVolvo 740

Bosch K-Jetronic

1983-971984-881983-881980-871989-92

1982-901983-901983-881977-851981-87

1976-851976-801976-801975-801979-861979-861979-861974-86 1976-801979-861978-791978-811978-84

1979-911979-911976-901985-901985-901979-811983-871981-831985-8719841976-901974-861984-90

kat: Catalizado

Esquema eléctrico para un sistema de inyección Bosch K-Jetronic

Como se ve en la figura inferior el esquema eléctrico de este sistema de inyección es muy sencillo, esto es debido a que no lleva centralita o unidad de control (ECU) que complica extraordinariamente el sistema.

Funcionamiento

1.- Contacto puesto - Motor parado

Al poner en circuito el encendido, el relé I (Relé de seguridad) se engancha.

El relé II (Relé de bomba de alimentación) estando en reposo, significa que la bomba de alimentación está fuera de circuito.

2.- Arranque

En el arranque, la corriente de mando del relé II pasa por el contacto de trabajo del relé I.

Simultáneamente, la corriente llega a la bomba de alimentación, al regulador de presión de mando y a la válvula de aire adicional. El termocontacto temporizado pone igualmente en circuito el inyector de arranque en frío.3.- Motor girando

En cuanto el motor espira aire, el plato sonda se desplaza en la divergente y corta la masa del relé I. Este ultimo se vuelve a la posición de descanso. En relé II queda excitado y la bomba de alimentación sigue funcionando.

Nota.- Si, en razón de cualquier circunstancia particular, el motor se detuviera, la bomba cesaría su funcionamiento automáticamente por el cierre del contactor de plato-sonda que corta la excitación del relé II.

Diagnosis de la inyección Bosch K-Jetronic

Cuadro de busqueda de averías

Inyección Mecánica-electrónica

El KE-Jetronic de Bosch es un sistema perfeccionado que combina el sistema K-Jetronic con una unidad de control electrónica (ECU). Excepto algunos detalles modificados, en el sistema KE-Jetronic encontramos los principios de base hidráulicos y mecánicos del sistema K-Jetronic. La diferencia principal entre los dos sistemas es que en el sistema KE se controlan eléctricamente todas las correcciones de mezcla, por lo tanto no necesita el circuito de control de presión con el regulador de la fase de calentamiento que se usa en el sistema K-Jetronic. La presión del combustible sobre el émbolo de control permanece constante y es igual a la presión del sistema. La corrección de la mezcla la realiza un actuador de presión electromagnético que se pone en marcha mediante una señal eléctrica variable procedente de la unidad de control. Los circuitos eléctricos de esta unidad reciben y procesan las señales eléctricas que transmiten los sensores, como el sensor de la temperatura del refrigerante y el sensor de posición de mariposa. El medidor del caudal de aire del sistema KE difiere ligeramente del que tiene el sistema K. El del sistema

KE está equipado de un potenciómetro para detectar eléctricamente la posición del plato-sonda. La unidad de control procesa la señal del potenciómetro, principalmente para determinar el enriquecimiento para la aceleración. El dosificador-distribuidor de combustible instalado en el sistema KE tiene un regulador de presión de carburante de membrana separado, el cual reemplaza al regulador integrado del sistema K-jetronic.

1.- Bomba eléctrica de combustible; 2.- Filtro; 3.- Acumulador de presión; 4.- Dosificador-distribuidor; 5.- ECU; 6.- Regulador de presión; 7.- Inyectores; 8.- Regulador de ralentí; 9.- Sensor posición de mariposa;

10.- Inyector de arranque en frío; 11.- Sensor de temperatura; 12.- Termocontacto temporizado; 13.- Sonda lambda.

Actuador electrohidráulico o regulador de presiónEl funcionamiento de este actuador puede describirse teniendo en cuenta el funcionamiento del sistema K-Jetronic,

partiendo de que la alimentación a los inyectores se produce cuando las presiones en las cámaras de las válvulas de presión diferencial son diferentes. Sabiendo que la entrada de combustible a las cámaras inferiores (1) de las válvulas esta controlada por una placa de rebote (3) que puede obturar o reducir el paso del combustible procedente de la bomba de combustible (4), esta variaciones de caudal pueden afectar de forma importante el dosado de la mezcla. El actuador puede, en efecto, reducir o aumentar la presión según tapone, o no, el paso de combustible (10). Consta el actuador de la citada placa de rebote (3) que se mantiene en equilibrio entre dos electroimanes y otro imán permanente. Las señales eléctricas que activan el actuador y por lo tanto la placa de rebote vienen proporcionadas por la centralita (ECU), de acuerdo con los datos que recoge por medio de sus sensores, y se logra así una regulación muy afinada en las presiones, y en la dosificación.Si nos fijamos mas en el funcionamiento del actuador podemos ver la distribución de los flujos magnéticos que determinan la modulación de la presión. Por (5) tenemos la entrada de combustible al actauador a la presión que envía la bomba de combustible. La placa de rebote (3) significa un freno mayor o menor según su posición. El paso de combustible hacia las cámaras del dosificador se efectúa la salida (11). El principal elemento del actuador es el conjunto de imanes. En (12) tenemos el imán permanente del que las lineas de trazos y las flechas muestran el sentido de flujo magnético. Por otra parte tenemos las bobinas magnéticas (5) de los dos electroimanes, junto con una armadura (6) unida a la placa de rebote (3) y que puede desplazarla. Aquí se forman los entrehierros (7 y 8).Como que el flujo del imán permanente es constante y el del electroimán es proporcional a la corriente que le manda la ECU capaz de hacer regulaciones de presión de centésimas de bar.En situación de reposo, la placa de rebote da una dosificación equivalente a 14,7/1, razón por la cual, en el caso de fallo de ECU el motor puede seguir funcionando; pero durante la marcha normal existe una gran variedad de dosificaciones que la citada UCE determina gracias a las informaciones que recibe de los sensores. Como puede verse un tornillo de reglaje (9) permite la puesta punto del actuador.

Regulador de presión del circuito de alimentación de combustibleOtro elemento diferencial con respecto al sistema K-Jetronic es el uso de este elemento. Su misión es mantener un valor de presión estable en el circuito aun cuando el consumo sea elevado o se observen valores irregulares en la presión proporcionada por la electrobomba. En cuanto la electrobomba se pone en marcha, el combustible pasa a llenar la cámara de presión (1) gracias a su entrada por (2). El valor de esta presión esta calculado para que venza la presión que ejerce el muelle (3) que empuja una membrana (4), con un plato central (5) que a su vez actúa sobre la válvula principal (6).La válvula principal al moverse la membrana por los efectos de la presión abre el conducto (7) dejando una vía de descarga, entre (8 y 9), a la gasolina que proviene del actuador y, en general, del distribuidor-dosificador. En este

momento, la presión general puede descender pero se autocorrige de inmediato por la posición de la membrana (4) y de la válvula principal (6). Un tornillo de ajuste (10) completa el equipo.En el gráfico se representa los estados de presión que se producen en el regulador. Mientras la electrobomba funciona tenemos un valor de presión descrito por el punto (1) del gráfico. Cuando la electrobomba se para, la membrana cierra inmediatamente el paso de la válvula principal (6), pero la presión desciende hasta el punto (2) del gráfico. Acto seguido, al hacerse sensible esta perdida de presión en todo el circuito, el acumulador suelta el combustible retenido y, como consecuencia de ello, la presión asciende hasta el punto (3) del gráfico, ligeramente por debajo del valor de inyección que esta representado por (4). De esta forma y con el motor parado, el circuito se mantiene bajo presión.

El regulador también esta en contacto con el estado de depresión del colector de admisión (11) que actúa sobre la membrana en ciertos momentos, dependiendo del estado de carga del motor. Cuando el motor funciona a medias cargas la depresión en el colector de admisión es grande por lo que se transmite a través de (11) al regulador tirando de la membrana hacia abajo para abrir la válvula principal (6) y así hacer disminuir la presión en el circuito de alimentación lo que se traduce en un empobrecimiento final de la mezcla que se inyecta en los cilindros. A plena carga de funcionamiento del motor no hay apenas depresión en el colector de admisión por lo que no afecta para nada en la posición de la membrana y así se aumenta la presión en el circuito de alimentación que se traduce en un enriquecimiento de la mezcla precisamente cuando mas falta hace.

Actuador rotativo de ralentíEste dispositivo sustituye a la válvula de aire adicional utilizada en el sistema K-Jetronic. Esta constituido por un conducto por donde pasa la corriente de aire adicional que pone en by-pass a la mariposa de aceleración. Este conducto esta controlado por una válvula corredera giratoria (5) que puede abrir mas o menos el paso de este conducto según la posición que le imprima el inducido giratorio (4) cuya posición inicial viene controlada por el muelle espiral (2) que le sujeta por su extremo superior. El dispositivo esta provisto de un bobinado (3) que recibe corriente a través de una conexión eléctrica (1).Según el estado de saturación eléctrica a que se encuentre el bobinado se determina una variación angular (giro) del inducido. Esta variación angular del inducido arrastra a la válvula giratoria (5) lo que se traduce en diferentes posiciones de abertura para el paso del aire a través del by-pass.El actuador rotativo es controlado por la centralita ECU. Esta tiene en cuenta los datos que le proporcionan los sensores de: temperatura motor, régimen de giro y posición de abertura de la mariposa de gases. Estos tres valores son tratados por la ECU y son comparados con los valores tipo que tiene memorizados, y de aquí se elabora una señal eléctrica que es enviada al bobinado del actuador rotativo el cual determina el ángulo de giro del inducido y con ello la abertura de la válvula corredera giratoria. De esta manera el régimen de ralentí se ajusta automáticamente no solo a la diferente temperatura del motor sino a otros estados del mismo e incluso a su desgaste ocasionado por el envejecimiento del motor..

El ángulo de giro del inducido esta limitado a 60ºC y en caso de desconexión o de mal funcionamiento de la unidad se queda en una posición neutra, con una determinada sección de abertura, que permite el funcionamiento provisional del motor hasta el momento de la reparación del dispositivo.

Sensor de posición de mariposaEste sensor llamado interruptor de mariposa tiene como misión informar a la unidad de control ECU de la posición en que se encuentra la mariposa de gases. En su interior incorpora dos contactos eléctricos correspondientes a la posición de ralentí y de plena carga cuando se encuentra el pedal del acelerador en reposo o pisado a fondo. La posición del interruptor de mariposa permite su graduación por medio de dos ranuras (pletinas de anclaje) donde unos tornillos la sujetan en la posición correcta.

Fase de deceleraciónOtra particularidad del sistema KE-Jetronic es la de interrumpir la inyección de combustible durante la fase de deceleración. Si el conductor levanta el pie del acelerador, la mariposa va a la posición cero. El sensor informa a la centralita de la posición de la mariposa, al mismo tiempo que el sistema de comando recibe información relativa al régimen de giro del motor. Si el régimen real se sitúa dentro de la zona de interrupción de inyección en fase de

deceleración, el sistema invierte el sentido de corriente del mando de presión electrohidráulico en la bobina del regulador. De esta manera la presión en la cámara inferior de la válvula de presión diferencial se eleva prácticamente al valor de presión principal y el muelle de la cámara inferior cierra la salida de combustible hacia los inyectores.

Regulación LambdaLa sonda lambda transmite a la unidad de control ECU una señal característica de la composición instantánea de la mezcla (aire/gasolina). Esta sonda esta montada en un punto del colector de escape donde la temperatura necesaria para su funcionamiento exista en todos los regímenes motor. Esta señal sirve a la ECU para mantener una dosificación de la mezcla correcta en todos modos de funcionamiento del motor y para permitir el funcionamiento correcto del catalizador que es muy sensible e ineficaz para mezclas inadecuadas al régimen de funcionamiento del motor.La sonda lambda esta en contacto en su cara exterior a los gases de escape mientras que en cara interna comunica con la atmósfera. Esta constituida por dos electrodos de platino microporoso separados por material cerámico (dióxido de circonio) que actúa como electrolito en el proceso de funcionamiento. El electrodo exterior es el negativo y esta en contacto con los gases de escape recubierto por una capa protectora de cerámica porosa. Ambos electrodos son permeables a los gases.

Cuando la sonda funciona se produce una tensión entre ambos electrodos. La tensión que suministra la sonda varia entre 200 y 800 mV. Se toma como referencia lambda que es el coeficiente de aire, con valor 1, que es cuando la relación estequiométrica es la ideal con un valor de mezcla 14,7/1, si el valor es mayor de 1, se entiende que la mezcla es rica y si es menor que 1 se entiende que la mezcla es pobre.El tiempo de respuesta de la sonda de Lambda es muy pequeño, de milisegundos a unos 600 ºC o 800 ºC que es su temperatura ideal de trabajo, pero el problema es que por debajo de 300 ºC de temperatura su funcionamiento es más lento y defectuoso. Para tratar de remediarlo se le incorpora un pequeño calefactor (resistencia térmica) que permite alcanzar la temperatura de funcionamiento en unos 20 o 30 segundos, pero hasta que se alcance la temperatura la señal debe ser ignorada, lo mismo que en máxima aceleración puesto que en esta última situación prima la entrega de potencia sobre la calidad de los gases de escape.

Unidad de controlTambién llamada centralita o ECU (Electronic Control Unit) esta concebida bajo los mismos criterios y diseño que las

utilizadas en los sistemas de inyección L-Jetronic, pero como las funciones en el sistema que nos ocupa son mucho mas sencillas y limitadas, se construyen en técnica analógico, preferente, aunque también pueden encontrarse en ellas circuitos que trabajan por la técnica digital.El funcionamiento se resume diciendo que recibe las señales eléctricas que le mandan los sensores; estas señales que las compara con valores de tensión que tienen establecidos en sus circuitos-patrón, y según el resultado de esta comparación emite una señal eléctrica de control. Esta señal se manda a los electroimanes del actuador electrohidráulico de presión.

Para conocer el funcionamiento típico de la centralita es necesario saber cuales son los sensores que le proporcionan información:Sensor de mariposa de gases: manda dos señales eléctricas diferentes según la mariposa de gases se halle en posición de plena carga o de ralentí.Distribuidor de encendido: desde aquí se informa del numero de rpm del motorArranque: esta señal indica cuando el conmutador de encendido y arranque esta conectadoTemperatura motor: informa de la temperatura del motor tomando como medida la temperatura del liquido refrigerante.Ademas esta centralita puede llevar otros circuitos correspondientes a funciones de corrección altimetrica y de análisis de la contaminación de gases de escape (sonda lambda).

La centralita internamente cuenta con un estabilizador de tensión que mantiene un valor muy estricto de 8 Voltios, de forma que no le afecten las variaciones de tensión del circuito eléctrico general del vehículo. Luego existen los bloques de amplificación de las señales recibidas procedentes de los sensores. Estos bloques son:Corrección de plena carga (CPC), corte en deceleración (CED); enriquecimiento para la aceleración (EA); elevación después del arranque (EDA); elevación para el arranque (EPA) y enriquecedor para el calentamiento (EC).Todas las magnitudes recogidas en estos bloques deben pasar al sumador, en donde todas las señales son

analizadas y se elabora una nueva señal que es verificada en el bloque de la etapa final (EF), la cual puede dar corriente positiva o negativa según se trate de una aceleración y una deceleración. Esta corriente se envía al actuador electrohidráulico de presión.

A pesar de la introducción de la electrónica en sus principales circuitos de mando, el KE-Jetronic puede seguir funcionando en caso de avería o incluso aunque quede inutilizada la centralita (ECU) si el motor esta caliente, ventaja importante que no comparten otros sistemas electrónicos.

VEHÍCULO SISTEMA AÑOAudi 90 2.0 katAudi 90 2.3E katAudi 80 1.8 katAudi 80/90 1.9 katAudi 100/200 1.8 katAudi 80/90 2.0Audi 100 2.2 katAudiQuattro 2.2 katAudi VW Passat 2.2 kat Audi 100 2.3E/100 Quattro

Mercedes-Benz (201)Mercedes-Benz 230E (124)Mercedes-Benz 260E (124) Merced-Benz 300E/CE/TE (124) Mercedes-Benz 260 SE (126)Mercedes-Benz 300 SE (126)Mercedes-Benz 300 SL (107)Mercedes 190E 1.8 (201)

Volkswagen Golf GTi katVolkswagen Jetta GTi katVolkswagen Passat katVolkswagen Sirocco kat

Bosch KE-Jetronic

1987-901987-901986-921986-921985-921990-921984-911984-91 1984-911987-91

1982-901985-901985-901985-901985-901985-901985-901990-93

1985-901985-901988-901985-90

kat: Catalizado

Se puede ver la denominación KE-Motronic que es una evolución del sistema estudiado hasta ahora y que integra en la misma unidad de control (ECU) el sistema de inyección y el sistema de encendido.Hay marcas como Volkswagen que a este sistema de inyección sobre todo en Estados Unidos lo denominan en vez de K o KE-Jetronic, los llaman "CIS" (Continuous Injection System) y si le añaden una "E" seria CIS-E (E: de Electronic). Asi que es bastante frecuente encontrar la denominación de CIS-E Motronic para denominar un sistema de inyección continua de gasolina con control electrónico..

Esquema eléctrico para un sistema de inyección Bosch KE-Jetronic

Como se ve en la figura inferior el esquema eléctrico de este sistema de inyección se complica bastante, ademas de incluir una centralita o unidad de control de inyección con regulación Lambda, tambien lleva en este caso un sistema de encendido con regulación antidetonante. Este esquema en concreto se refiere a un sistema de inyección montado por las marcas SEAT, AUDI.

Diagnosis de la inyección Bosch KE-Jetronic

Cuadro de busqueda de averías

Inyección Electrónica.

L-jetronic y sistemas asociados

El L-Jetronic es un sistema de inyección intermitente de gasolina que inyecta gasolina en el colector de admisión a intervalos regulares, en cantidades calculadas y determinadas por la unidad de control (ECU). El sistema de dosificación no necesita ningún tipo de accionamiento mecánico o eléctrico.

Sistema DigijetEl sistema Digijet usado por el grupo Volkswagen es similar al sistema L-Jetronic con la diferencia de que la ECU calcula digitalmente la cantidad necesaria de combustible. La ECU controla también la estabilización del ralentí y el corte de sobrerégimen.

Sistema DigifantEl sistema Digifant usado por el grupo Volkswagen es un perfeccionamiento del sistema Digijet. Es similar al Motronic e incorpora algunas piezas VAG. La ECU controla la inyección de gasolina, el encendido, la estabilización del ralentí y la sonda Lambda (sonda de oxígeno). Este sistema no dispone de inyector de arranque en frío.

MotronicEl sistema Motronic combina la inyección de gasolina del L- Jetronic con un sistema de encendido electrónico a fin de formar un sistema de regulación del motor completamente integrado. La diferencia principal con el L-Jetronic consiste en el procesamiento digital de las señales.

VEHÍCULO SISTEMA AÑOAlfa 33 1.5/1.7 i.e.Citroen BX 1.9 GTi Citroen CX 2.5 Ri/TRi/GTi Fiat Uno Turbo i.e.Jaguar XJ6 1.6/Sovereign

Lancia Thema 2000 i.e.Lancia Thema 2000 i.e. Tur

Lancia Thema Turbo 16VLancia Thema V6Opel Corsa GSIOpel Kadett E 1.8iOpel Ascona C 1.8iOpel Vectra 1.8iOpel Omega 1.8iOpel Senator 2.5i/3.0i

Peugeot 205 GTi CTi 1.6/1.9Peugeot 309 SRi/GTi 1.6/1.9Peugeot 405Peugeot 505 GTiPeugeot 205/309 1.6/1.9Peugeot 605 2.0

Saab 900 Turbo 16VSaab 9000i 16V/TurboSeat Ibiza 1.5i/katSeat Malaga 1.5i/katVolvo 740 GLT 2.3 16V kat

Bosc LE3.1/2-Jetronic

Bosch LE3-JetronicBosch LE2-JetronicBosch LE2-JetronicLucas LH

Bosch LE2-JetronicBosch LE2-JetronicBosch LE2-JetronicBosch LE2.2-JetronicBosch LE3-JetronicBosch LE3-JetronicBosch LE3-JetronicBosch LE3-JetronicBosch LE3-JetronicBosch LE3-Jetronic

Bosch LE3-JetronicBosch LE3-JetronicBosch LE3-JetronicBosch LE3-JetronicBosch LE2-JetronicBosch LE2-Jetronic

Bosch LH-JetronicBosch LH-JetronicBosch LE2-JetronicBosch LE2-JetronicBosch LH-Jetronic 2.4

1990-921986-901983-901985-901986-90

1985-901985-901988-921988-921988-901986-901986-881988-901986-881988-90

1984-911986-911988-901983-901984-921989-92

1984-91

1985-911988-901988-901988-90

Kat: Catalizado

Esquema de un sistema L-jetronic

Componentes del sistema L-jetronic: 1.- Medidor de caudal de aire; 2.- ECU; 3.- Bomba eléctrica de gasolina4.- Filtro; 5.- Válvula de aire adicional; 6.- Sonda lambda; 7.- Sensor de temperatura; 8.- Inyectores electromagnéticos

9.- Sensor de posición de la mariposa; 10.- Regulador de presión de combustible.

Esquema de un sistema Motronic

Componentes del sistema Motronic: 1.- Medidor de caudal de aire; 2.- Actuador rotativo de ralentí; 3.- ECU4.- Bomba eléctrica de combustible; 5.- Distribuidor (Delco); 6.- Detector de posición de mariposa; 7.- Bobina de encendido

8.- Sonda lambda; 9.- Sensor de r.p.m; 10.- Sensor de temperatura; 11.- Inyectores electromagnéticos; 12.- Filtro13.- Regulador de presión de combustible.

Resumen de los sistemas L-Jetronic y Motronic.

Sistema de admisiónEl sistema de admisión consta de filtro de aire, colector de admisión, mariposa y tubos de admisión conectados a cada cilindro. El sistema de admisión tiene por función hacer llegar a cada cilindro del motor el caudal de aire necesario a cada carrera del pistón.

Medidor del caudal de aireEl medidor del caudal de aire (8) registra la cantidad de aire que el motor aspira a través del sistema de admisión. Como todo el aire que aspira el motor ha de pasar por el medidor del caudal de aire, una compensación automática corrige las modificaciones del motor debidas al desgaste, depósitos de carbono en las cámaras de combustible y variaciones en el ajuste de las válvulas. El medidor del caudal de aire envía una señal eléctrica a la unidad de control; esta señal, combinada con una señal del régimen, determina el caudal de combustible necesario. La unidad de control puede variar esta cantidad en función de los estados de servicio del motor.

Otros sensoresUn cierto número de sensores registran las magnitudes variables del motor supervisan su estado de funcionamiento. El interruptor de mariposa (12) registra la posición de la mariposa y envía una señal a la unidad de control electrónica para indicar los estados de ralentí, carga parcial o plena carga. Hay otros sensores encargados de indicar el régimen del motor (11), la posición angular del cigüeñal (sistemas Motronic), la temperatura del motor (10) y la temperatura del aire aspirado. Algunos vehículos tienen otro sensor, llamado "sonda Lambda" (16), que mide el contenido de oxígeno en los gases de escape. La sonda transmite una señal suplementaria a la UCE, la cual a su vez disminuye la emisión de los gases de escape controlando la proporción aire/combustible.

Unidad de control electrónica (UCE)Las señales que transmiten los sensores las recibe la unidad de control electrónica (7) y son procesadas por sus circuitos electrónicos. La señal de salida de la UCE consiste en impulsos de mando a los inyectores. Estos impulsos determinan la cantidad de combustible que hay que inyectar al influir en la duración de la apertura de los inyectores a cada vuelta del cigüeñal. Los impulsos de mando son enviados simultáneamente de forma que todas los inyectores se abren y se cierran al mismo tiempo. El ciclo de inyección de los sistemas L-Jetronic y Motronic se ha concebido de forma que a cada vuelta del cigüeñal los inyectores se abren y se cierran una sola vez.

Si quieres ver el mapa de memoria de la inyección, encendido asi como fotos de la ECU y sus conexiones visita: Motronic Secrets

Sistema de alimentaciónEl sistema de alimentación suministra bajo presión el caudal de combustible necesario para el motor en cada estado de funcionamiento. El sistema consta de depósito de combustible (1 ), electro-bomba (2), filtro (3), tubería de distribución y regulador de la presión del combustible (4), inyectores (5) y en algunos modelos inyector de arranque en frío (6) en los sistemas de inyección mas antiguos. Una bomba celular de rodillos accionada eléctricamente conduce bajo presión el combustible desde el depósito, a través de un filtro, hasta la tubería de distribución. La bomba impulsa más combustible del que el motor puede necesitar como máximo y el regulador de presión del combustible lo mantiene a una presión constante. El combustible sobrante en el sistema es desviado a través del regulador de presión y devuelto al depósito. De la rampa de inyección parten las tuberías de combustible hacia los inyectores y por lo tanto la presión del combustible en cada inyector es la misma que en la rampa de inyección. Los inyectores van alojadas en cada tubo de admisión, delante de las válvulas de admisión del motor. Se inyecta la gasolina en la corriente de aire delante de las válvulas de admisión y al abrirse el inyector el combustible es aspirado con el aire dentro del cilindro y se forma una mezcla inflamable debido a la turbulencia que se origina en la cámara de combustión durante el tiempo de admisión. Cada inyector está conectado eléctricamente en paralelo con la unidad de control que determina el tiempo de apertura de los inyectores y por consiguiente la cantidad de combustible inyectada en los cilindros.

Inyector electromagnético.1.- Aguja.2.- Nucleo magnético.3.- Bobinado eléctrico.4.- Conexión eléctrico.5.- Filtro.

Para conocer los distintos tipos de inyectores visita esta pagina.

Regulador de presión1.- Entrada de combustible.2.- Salida de combustible hacia deposito.3.- Carcasa metálica.4.- Membrana.6.- Tubo que conecta con el colector de admisión.7.- Válvula.

Arranque en fríoAl arrancar en frío se necesita un suplemento de combustible para compensar el combustible que se condensa en las paredes y no participa en la combustión. Existen dos métodos para suministrar gasolina adicional durante la fase de arranque en frío:

1.- En el momento de arrancar el inyector de arranque en frío (6) inyecta gasolina en el colector de admisión, detrás de la mariposa. Un interruptor térmico temporizado (9) limita el tiempo de funcionamiento del inyector de arranque en frío, para evitar que los cilindros reciban demasiado combustible y se ahogue el motor. El interruptor térmico temporizado va instalado en el bloque-motor y es un interruptor de bimetal calentado eléctricamente que es

influenciado por la temperatura del motor. Cuando el motor está caliente, el interruptor de bimetal se calienta con el calor del motor de forma que permanece constantemente abierto y el inyector de arranque en frío no inyecta ningún caudal extra.

2.- En algunos vehículos el enriquecimiento para el arranque en frío lo realiza la unidad de control junto con la sonda térmica del motor y los inyectores. La unidad de control prolonga el tiempo de apertura de los inyectores y así suministra más combustible al motor durante la fase de arranque. Este mismo procedimiento también se usa durante la fase de calentamiento cuando se necesita una mezcla aire/combustible enriquecida.

Válvula de aire adicionalEn un motor frío las resistencias por rozamiento son mayores que a temperatura de servicio. Para vencer esta resistencia y para conseguir un ralentí estable durante la fase de calentamiento, una válvula de aire adicional (13) permite que el motor aspire más aire eludiendo la mariposa, pero como este aire adicional es medido por el medidor del caudal de aire, el sistema lo tiene en cuenta al dosificar el caudal de combustible. La válvula de aire adicional funciona durante la fase de calentamiento y se desconecta cuando el motor alcanza la temperatura de servicio exacta.

Actuador rotativo de ralentíEn algunos modelos, un actuador rotativo de ralentí (13) reemplaza a la válvula de aire adicional y asume su función para la regulación del ralentí. La unidad de control envía al actuador una señal en función del régimen y la temperatura del motor. Entonces el actuador rotativo de ralentí modifica la apertura del conducto en bypass, suministrando más o menos aire en función de la variación del régimen de ralentí inicial.

Resumen del sistema Bosch LH-Jetronic.Es un sistema de inyección electrónico de gasolina cuya diferencia principal con el sistema L-Jetronic es la utilización de un medidor de caudal de aire distinto (medidor de la masa de aire por hilo caliente).

Componentes de un sistema LH-jetronic: Los mismos que el sistema L-jetronic con la diferencia del uso de unmedidor de caudal de aire por hilo caliente (1), y un actuador rotativo de ralentí (2)

1.- Conexiones eléctricas.2.- Circuito electrónico de control.3.- Conducto.4.- Anillo.5.- Hilo caliente.6.- Resistencia de compensación térmica.7.- Rejilla.8.- Cuerpo principal.

Despiece de un caudalimetro de hilo caliente.

Medidor del caudal de aire (medidor de la masa de aire por hilo caliente)El medidor de la masa de aire por hilo caliente es un perfeccionamiento del medidor del caudal de aire clásico. En la caja tubular hay un tubo de medición del diámetro más pequeño, atravesado por una sonda térmica y un hilo. Estos dos componentes forman parte de un circuito de puente que mantiene el hilo a una temperatura constante superior a la temperatura del aire medido por el medidor. La corriente necesaria es directamente proporcional a la masa de aire, independientemente de su presión, su temperatura o su humedad. Se mide la corriente necesaria para mantener el hilo a esta temperatura superior y esta señal se envía a la unidad de control electrónica (UCE), la cual, combinada con una señal del régimen del motor, determina la cantidad de combustible necesario. Entonces la unidad de control puede modificar esta cantidad en función del estado de funcionamiento que indican los sensores adicionales. Dado que todo el aire que aspira el motor ha de pasar por el medidor de la masa de aire, una compensación automática corrige no sólo las variaciones de los estados de marcha, sino también los cambios debidos al desgaste, a la disminución de la eficacia del convertidor catalítico, a los depósitos de carbono o a modificaciones en el ajuste de las válvulas.

Arranque en frióOtra diferencia importante del sistema LH-Jetronic con respecto al L-jetronic es que suprime el inyector de arranque en frió. Al arrancar en frío se necesita un suplemento de combustible para compensar el combustible que se condensa en las paredes y no participa en la combustión. Para facilitar el arranque en frío se inyecta gasolina adicional utilizando la unidad de control junto con la sonda térmica del motor y los inyectores. La unidad de control prolonga el tiempo de apertura de los inyectores y así suministra más combustible al motor durante la fase de arranque. Este mismo procedimiento también se usa durante la fase de calentamiento cuando se necesita una mezcla aire/ combustible enriquecida.

Sistema que combina la gestión de la inyección y el encendido en la misma ECU.

VEHÍCULO SISTEMA AÑO

Alfa Romeo Alfetta 2.0iAlfa Romeo75 Twin SparkAlfa Romeo 90 2.0iAlfa Romeo164 2.0 TS/V6Alfa 155 1.8 Twin SparkAlfa 155 2.0 Twin SparkAlfa 155 2.5 V6Alfa 33 1.7 kat i.e.Alfa 164 2.o Twin Spark

Audi A4 1.6/1.8

BMW 325i/325eBMW 530i/535i/kat

Bosch Motronic Motronic ML4.qBosch MotronicMotronic ML4.1Bosch Motronic M1.7Bosch Motronic M1.7Bosch Motronic M1.7BoschMotronic ML4.1BoschMotronic ML3.1

Bosch Motronic 3.2

Bosch MotronicBosch Motronic

1981-851987-901984-871986-901992-941992-941992-941990-921993-

1995-

1985-911980-90

BMW M535i/katBMW 730i/735i/katBMW 520i (E34)BMW 525i (E34)BMW 316i/318i/518iBMW 316i/318i/518iBMW 320i/325i

Citroën ZX 1.9Citroën BX 1.9 GTiCitroën XM 2.0Citroen ZX 1.9 8VCitroën BX 1.9 TZICitroën BX 1.9 GTi 16VCitroën BX 1.9 16VCitroën ZX 1.8iCitroën Xantia 1.8iCitroën XM 2.0 TurboCitroën XM 2.0 16V

Merced-Benz C180 (202) Merced-Benz C200 (202)

Opel Kadett 2.0i GSi/katOpel Ascona C 2.0i/katOpel Omega 2.0iOpel Corsa-A 1.6i katOpel Astra-F 2.0Opel Astra-F 2.0Opel Vectra 2.0Opel Vectra 2.0 TurboOpel Vectra 2.5 V6Opel Omega-B 2.0Opel Calibra 2.0Opel Calibra 2.0 TurboOpel Calibra 2.5 V6Opel Senator-B 2.6i 12VOpel kadett/astra GSi 16VOpel Vectra 2000 16VOpel Calibra 2.0i 16V. Kade/Calibr/Vect/Ome 2.0

Peugeot 306 1.6/1.8iPeugeot 405 1.8iPeugeot 405 Mi 16Peugeot 106 1.4Peugeot 405 Mi 16Peugeot 205/309/405 1.9Peugeot 309/405 1.9 16VPeugeot 405 1.9/ 605 2.0

Volvo 740 kat/TurboVolvo 960 3.0 24V

Bosch MotronicBosch MotronicBosch Motronic M3.1Bosch Motronic M3.1Bosch Motronic 1.3Bosch Motronic M1.7Bosch Motronic M3.1

Bosch Motronic MP3.1Bosch Motronic MP3.1Bosch Motronic MP3.1Bosch Motronic M1.3Bosch Motronic M1.3BoschMotronic ML4.1Bosch Motronic M1.3Bosch Motronic MP5.1Bosch Motronic MP5.1Bosch Motronic MP3.2Bosch Motronic MP5.1

PMS-MotronicPMS-Motronic

Bosch Motronic ML4Bosch Motronic ML4Bosch Motronic ML4Bosch Motronic M1.5BoschMotronic M1.5.2Bosch Motronic M2.8Bosch Motronic M2.8Bosch Motronic 2.7Bosch Motronic M2.8Bosch Motronic 1.5.4Bosch Motronic M2.8Bosch Motronic 2.7Bosch Motronic M2.8Bosch Motronic 1.5Bosch Motronic M2.5Bosch Motronic M2.5Bosch Motronic M2.5Bosch Motronic M1.5

Motronic MP5.1Motronic MP5.1Bosch Motronic ML4Bosch Motronic MP3.1Bosch Motronic MP3.2Bosch Motronic M1.3Bosch Motronic M1.3Bosch Motronic MP3.1

Bosch Motronic Motronic 1.8

1985-881987-901988-901988-901988-921991-921991-92

1991-921990-921990-921991-921990-921988-921990-921992-941993-941991-941994-

1993-1993-

1986-901986-881986-901991-931993-1993-1993-951993-951993-1994-1993-1993-1993-1990-931988-921989-921990-921990-92

1992-94 1992-941988-921992-1993-1989-921990-921990-92

1985-911991-92

VEHÍCULO SISTEMA AÑORenault 21 2.0iRenault 25 V6 Turbo

Volvo 480 ES

Renault Clio 1.8 RT

Renix ElectronicRenix Electronic

Renix

Bendix/Renix Multipunto

1986-90 1985-90

1986-88

1991-92

Renault 19 1.8 16VRenault 19 1.7iRenault Espace 2.0iRenault 26 V6Renaut Espace V6

Bendix/Renix MultipuntoRenix/Bendix MPIRenix MultipuntoRenix/Bendix MPIRenix/Bendix MPI

1990-921989-941988-911988-931991-

VEHÍCULO SISTEMA AÑO

Toyota Corolla GT 16VToyota Corolla Coupe GTToyota Celica 2.0 GTToyota Camry 2.0iToyota MR2Toyota 3.0iToyota Camry GLXi V6Toyota Carina II 2.0iToyota Camry GLiToyota Camry 2.2Toyota PreviaToyota Corolla 1.3iToyota Corolla 1.6iToyota Corolla 1.8iToyota Carina E 1.6iToyota Carina E 2.0iToyota Carina E 2.0 GTi

Toyota TCCSToyota TCCSToyota TCCSToyota TCCSToyota TCCSToyota TCCSToyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI Toyota TCCS EFI

1984-901984-871985-901986-901985-90 1986-901989-921988-921986-921991-941990-94 1992-1992-1992-1992-1992-1992-

Sistemas de inyección monopunto

Este sistema apareció por la necesidad de abaratar los costes que suponía los sistemas de inyección multipunto en ese momento (principios de la década de los 90) y por la necesidad de eliminar el carburador en los coches utilitarios de bajo precio para poder cumplir con las normas anticontaminación cada vez mas restrictivas. El sistema monopunto consiste en único inyector colocado antes de la mariposa de gases, donde la gasolina se a impulsos y a una presión de 0,5 bar.

Los tres elementos fundamentales que forman el esquema de un sistema de inyección monopunto son el inyector que sustituye a los inyectores en el caso de una inyección multipunto. Como en el caso del carburador este inyector se encuentra colocado antes de la mariposa de gases, esta es otra diferencia importante con los sistemas de inyección

multipunto donde los inyectores están después de la mariposa.La dosificación de combustible que proporciona el inyector viene determinada por la ECU la cual, como en los sistemas de inyección multipunto recibe información de diferentes sensores. En primer lugar necesita información de la cantidad de aire que penetra en el colector de admisión para ello hace uso de un caudalimetro, también necesita otras medidas como la temperatura del motor, el régimen de giro del mismo, la posición que ocupa la mariposa de gases, y la composición de la mezcla por medio de la sonda Lambda. Con estos datos la ECU elabora un tiempo de abertura del inyector para que proporcione la cantidad justa de combustible.

El elemento distintivo de este sistema de inyección es la "unidad central de inyección" o también llamado "cuerpo de mariposa" que se parece exteriormente a un carburador. En este elemento se concentran numerosos dispositivos como por supuesto "el inyector", también tenemos la mariposa de gases, el regulador de presión de combustible, regulador de ralentí, el sensor de temperatura de aire, sensor de posición de la mariposa, incluso el caudalímetro de aire en algunos casos.

El regulador de presión es del tipo mecánico a membrana, formando parte del cuerpo de inyección donde esta alojado el inyector. El regulador de presión esta compuesto de una carcasa contenedora, un dispositivo móvil constituido por un cuerpo metálico y una membrana accionada por un muelle calibrado.Cuando la presión del carburante sobrepasa el valor determinado, el dispositivo móvil se desplaza y permite la apertura de la válvula que deja salir el excedente de carburante, retornando al depósito por un tubo.

Un orificio calibrado, previsto en el cuerpo de mariposa pone en comunicación la cámara de regulación con el tubo de retorno, permitiendo así disminuir la carga hidrostática sobre la membrana cuando el motor esta parado. La presión de funcionamiento es de 0,8 bar.

El motor paso a paso o también llamado posicionador de mariposa de marcha lenta, sirve para la regulación del motor a régimen de ralentí. Al ralentí, el motor paso a paso actúa sobre un caudal de aire en paralelo con la mariposa, realizando un desplazamiento horizontal graduando la cantidad de aire que va directamente a los conductos de admisión sin pasar por la válvula de mariposa. En otros casos el motor paso a paso actúa directamente sobre la mariposa de gases abriendola un cierto ángulo en ralentí cuando teóricamente tendría que estar cerrada.El motor paso a paso recibe unos impulsos eléctricos de la unidad de control ECU que le permiten realizar un control del movimiento del obturador con una gran precisión. El motor paso a paso se desplaza en un sentido o en otro en función de que sea necesario incrementar o disminuir el régimen de ralentí.Este mecanismo ejecuta también la función de regulador de la puesta en funcionamiento del sistema de climatización, cuando la unidad de control recibe la información de que se ha puesto en marcha el sistema de climatización da orden al motor paso a paso para incrementar el régimen de ralentí en 100 rpm.El motor

VEHÍCULO SISTEMA AÑOCitroën ZX/BX 1.6 Citroën XM 1.9Citroën AX 1.0Citroën AX 1.4Citroën AX 1.1iCitroën AX/ZX 1.4i Citroën Saxo 1.0Citroën Saxo 1.1

Fiat Regata 100S i.e.Opel Corsa-A 1.2i/1.4i Opel Corsa-B 1.2i/1.4iOpel Astra/Astra-F 1.4iOpel Astra F 1.6Opel Vectra B 1.6

Peugeot 205/309/405 1.6Peugeot 605 2.0Peugeot 106 1.1Peugeot 205 1.1Peugeot 205 1.6Peugeot 306 1.1Peugeot 105 1.6

Renault Clio 1.2/1.4Renault 19 1.4Renault Clio 1.2/1.4Renault Express 1.4Renault 19 1.4Renault Laguna 1.8iRenault 19 1.8iRenault Clio 1.8iRenault Clio 1.4Renaul Extra/Express1.4

Rover 820E/SERover Metro 1.4 16VRover 214/414

Volkswagen Golf 1.8/katVolkswagen Jetta 1.8/katVolkswage Passat 1.8/kat

MMFD Monopunto G5 MMFD Monopunto G5BoschMA3.0MonopuntoBoscMA3.0 MonopuntoBosch Monopunto A2.2Bosch Monopunto A2.2Bosch Monopunto MA3BoscMonopunto MA3.1

Fiat SPIGM Multec SPIGM Multec SPIGM Multec SPIMultec-CentralGM Multec Central

MMFD Monopunto G5MMFD Monopunto G5MMFD G6 MonopuntoMMFD G6 MonopuntoMMFD G6 MonopuntoMMFD G6 MonopuntoMMFD G6 Monopunto

Bosch Monopunto SPI Bosch Monopunto SPI AC Delco MonopuntoAC Delco MonopuntoAC Delco MonopuntoBosch MonopuntoBosch Monopunto SPIBosch Monopunto SPIAC Delco MonopuntoAC Delco Monopunto

Rover SPIRover MEMS SPiRover MEMS SPi

Bosch Mono-JetronicBosch Mono-JetronicBosch Mono-Jetronic

1991-92

1990-921991-941991-941993-941991-941996-1996-

1986-901991-931993-941991-941993-971995-

1990-921990-921993-1993-1992-941993-1993-

1991-921990-921994-1994-1994-1994-1992-941992-941994-971995-

1986-901990-921989-92

1987-901987-901988-90

kat: Catalizado

Sistema Bosch Mono-JetronicUna vez mas el fabricante Bosch destaca con un sistema de inyección, en este caso "monopunto", donde se

encuentran los componentes mas característicos de este sistema así como los componentes comunes con otros sistemas de inyección multipunto, siendo el mas parecido el L-Jetronic.

Componentes del sistema Mono-jetronic: 1.- ECU; 2.- Cuerpo de mariposa; 3.- Bomba de combustible; 4.- Filtro5.- Sensor temperatura refrigerante; 6.- Sonda lambda.

Sistema de admisiónEl sistema de admisión consta de filtro de aire, colector de admisión, cuerpo de mariposa/inyector (si quieres ver un despiece del cuerpo mariposa/inyector haz click aquí) y los tubos de admisión conectados a cada cilindro. El sistema de admisión tiene por misión hacer llegar a cada cilindro del motor la cantidad de mezcla aire/combustible necesaria a cada carrera de explosión del pistón.

Cuerpo de la mariposaEl cuerpo de la mariposa (figura 1ª aloja el regulador de la presión del combustible, el motor paso a paso de la mariposa, el sensor de temperatura de aire y el inyector único. La ECU controla el motor paso a paso de la mariposa y el inyector. El contenido de CO no se puede ajustar manualmente. El interruptor potenciómetro de la mariposa va montado en el eje de la mariposa y envía una señal a la ECU indicando la posición de la mariposa. Esta señal se convierte en una señal electrónica que modifica la cantidad de combustible inyectado. El inyector accionado por solenoide pulveriza la gasolina en el espacio comprendido entre la mariposa y la pared del venturi. El motor paso a paso controla el ralentí abriendo y cerrando la mariposa. El ralentí no se puede ajustar manualmente.

CaudalímetroLa medición de caudal de aire se hace por medio de un caudalímetro que puede ser del tipo "hilo caliente", o también del tipo "plato-sonda oscilante". El primero da un diseño mas compacto al sistema de inyección, reduciendo el numero

de elementos ya que el caudalímetro de hilo caliente va alojado en el mismo "cuerpo de mariposa". El caudalimetro de plato-sonda forma un conjunto con la unidad de control ECU (como se ve en la figura inferior)..

Interruptor de la mariposaEl interruptor de la mariposa es un potenciómetro que supervisa la posición de la mariposa para que la demanda de combustible sea la adecuada a la posición de la mariposa y al régimen del motor. La ECUcalcula la demanda de combustible a partir de 15 posiciones diferentes de la mariposa y 15 regímenes diferentes del motor almacenados en su memoria.

Sensor de la temperatura del refrigeranteLa señal que el sensor de la temperatura o sonda térmica del refrigerante envía a la ECU asegura que se suministre combustible extra para el arranque en frío y la cantidad de combustible más adecuada para cada estado de funcionamiento.

DistribuidorLa ECU supervisa el régimen del motor a partir de las señales que transmite el captador situado en el distribuidor del encendido.

Sonda LambdaEl sistema de escape lleva una sonda Lambda (sonda de oxígeno) que detecta la cantidad de oxigeno que hay en los gases de escape. Si la mezcla aire/combustible es demasiado pobre o demasiado rica, la señal que transmite la sonda de oxígeno hace que la ECU aumente o disminuya la cantidad de combustible inyectada, según convenga.

Sonda lambda si quieres saber mas sobre este dispositivo visita la pagina.

Unidad de control electrónica (ECU)La UCE está conectada con los cables por medio de un enchufe múltiple. El programa y la memoria de la ECUcalculan las señales que le envían los sensores instalados en el sistema. La ECUdispone de una memoria de autodiagnóstico que detecta y guarda las averías. Al producirse una avería, se enciende la lámpara de aviso o lámpara testigo en el tablero de instrumentos.

Sistema de alimentaciónEl sistema de alimentación suministra a baja presión la cantidad de combustible necesaria para el motor en cada estado de funcionamiento. Consta de depósito de combustible, bomba de combustible, filtro de combustible, un solo inyector y el regulador de presión. La bomba se halla situada en el depósito de la gasolina y conduce bajo presión el combustible, a través de un filtro, hasta el regulador de la presión y el inyector. El regulador de la presión mantiene la presión constante a 0,8-1,2 bar, el combustible sobrante es devuelto al depósito. El inyector único se encuentra en el

cuerpo de la mariposa y tiene una boquilla o tobera especial, con seis agujeros dispuestos radialmente, que pulveriza la gasolina en forma de cono en el espacio comprendido entre la mariposa y la pared del venturi. El inyector dispone de una circulación constante de la gasolina a través de sus mecanismos internos para conseguir con ello su mejor refrigeración y el mejor rendimiento durante el arranque en caliente. El combustible pasa del filtro al inyector y de aquí al regulador de presión.La bobina (4) recibe impulsos eléctricos procedentes de la unidad de control ECU a través de la conexión eléctrica (1). De este modo crea un campo magnético que determina la posición del núcleo (2) con el que se vence la presión del muelle (5). Este muelle presiona sobre la válvula de bola (7) que impide el paso de la gasolina a salir de su circuito.Cuando la presión del muelle se reduce en virtud del crecimiento del magnetismo en la bobina, la misma presión del combustible abre la válvula de bola y sale al exterior a través de la tobera (6) debidamente pulverizado, se produce la inyección.

La apertura del inyector es del tipo "sincronizada", es decir, en fase con el encendido. En cada impulso del encendido, la unidad de control electrónica envía un impulso eléctrico a la bobina, con lo que el campo magnético así creado atrae la válvula de bola levantándolo hacia el núcleo. El carburante que viene de la cámara anular a través de un filtro es inyectado de esta manera en el colector de admisión por los seis orificios de inyección del asiento obturador.Al cortarse el impulso eléctrico, un muelle de membrana devuelve la válvula de bola a su asiento y asegura el cierre de los orificios.El exceso de carburante es enviado hacia el regulador de presión a través del orificio superior del inyector. El barrido creado de esta manera en el inyector evita la posible formación de vapores.

Sistema Bosch Mono-MotronicLa diferencia fundamental con el sistema anterior es que integra en la misma unidad de control (ECU) la gestión de la inyección de gasolina así como la del encendido. Este sistema se puede equiparar al sistema de inyección multipunto Motronic por la forma de trabajar y por los elementos comunes que tienen. Dentro de este sistema podemos encontrar dos esquemas: los que utilizan encendido con distribuidor (figura del final de pagina)y los que utilizan encendido estático o sin distribuidor (como el de la figura inferior). La unidad central de inyección o cuerpo de mariposa funciona igual que la utilizada en el sistema Mono-Jetronic así como el sistema de alimentación de combustible y el sistema de admisión de aire.

En la figura inferior podemos ver como elemento fundamental unidad central de inyección o también llamado cuerpo de mariposa (1) sobre la cual se aplica la carcasa del filtro de aire (2). El paso de aire viene regulado, en estos equipos, por una caja termostatica (3) que distribuye la entrada de aire caliente o frió, según la estación del año, de la forma ya conocida en muchos motores de todas las marcas. La unidad de inyección se ajusta al colector de admisión (4) a través de una brida (5) y sus elementos de sujeción. Se ve también que se utiliza el calentador del aire de admisión (6) conocido normalmente con el nombre de "erizo" propio de los motores de la marca Seat y Volkswagen.Otros elementos importantes son: la unidad de control ECU (7) con su conector (8), también esta el sensor de temperatura del liquido refrigerante (9) en contacto con el refrigerante (10) en la culata, y la sonda de oxigeno Lambda (11) junto con su enchufe y conector de cuatro bornes (12) que atiende también a la calefacción de la misma sonda.En (13) tenemos la toma de depresión para el servofreno. En (16) tenemos el tubo que va hacia la válvula electromagnética para el depósito de carbón activo o canister.

En la figura inferior tenemos un esquema de un sistema de inyección Mono-Motronic, así como la parte de componentes que forman el sistema de encendido de un vehículo de la marca SEAT.La unidad de control ECU, a través de los cables que se derivan de su conector (2) controla por igual tanto el sistema de inyección como el sistema de encendido a través de su modulo electrónico o amplificador (4). Este modulo integra a su vez la bobina de encendido. El modulo esta conectado con la ECU a través del conector (5). Desde aquí recibe las ordenes necesarias (teniendo en cuenta el régimen de giro del motor y la carga) procedentes de la ECU de forma que la transformación de la corriente en alta tensión se produce de acuerdo con las curvas memorizadas en la ECU y con un resultado de avance de encendido perfectamente adecuado a las necesidades variantes del motor, en

condiciones similares o iguales a lo que ocurre en el Motronic multipunto.Los demás elementos del sistema de encendido están formados por las diferentes partes de distribuidor (7) con un generador de impulsos de efecto Hall (9), también tenemos la bujía (10) y los cables de alta tensión.

Sistemas de inyección monopunto (continuación.....)

Sistema de inyección monopunto MULTEC de OpelEs un modelo de inyección monopunto propio de Opel.Gestiona la inyección y el encendido. Este sistema lo encontramos en los modelos:Corsa (91),Corsa (93),Kadett (91),Astra (91),Astra-F (93), Vectra (91)y Vectra-B (98).

Como todos los sistemas, este también ha ido evolucionando desde su inicio hasta el final de su producción. Los primeros modelos disponían de un distribuidor con generador inductivo (como los Corsa 1.2,1.3 con carburador) y la memoria de programa PROM era insertable y sustituible en caso de avería. Después se cambió a distribuidor de efecto Hall y en los últimos modelos el encendido es con generador inductivo en el volante y bobinas DIS o distribuidor normal.

Sistema MAGNETI-MARELLI G6Este sistema de origen Italiano es muy parecido al Mono-Motronic de Bosch, el G6 y sus derivados controlan conjuntamente la inyección y el encendido.

El funcionamiento por lo tanto es similar al ya estudiado para el Mono-Motronic pero vamos a destacar varias diferencias como es la forma de medir el aire de admisión por medio de un captador de presión.

Captador de presiónEl captador de presión absoluta (MAP), viene a sustituir al conocido caudalímetro de "plato-sonda" oscilante o al de "hilo caliente". Por medio de este captador (11) la unidad de control ECU recibe permanente información sobre el estado de depresión reinante en el interior del colector de admisión. Los valores proporcionados pueden ser traducidos a valores relativos a la cantidad de aire que existe en el circuito y ello le permite a la ECU poder determinar con exactitud, y en cada caso, la dosificación de la mezcla, es decir, la cantidad de combustible inyectada a través del inyector.

El captador de presión detecta las variaciones y presión en el interior del colector de admisión según los cambios de carga y velocidad de rotación del motor. Este sistema permite conjuntamente con el valor de temperatura de aire saber el peso del aire que entra en el colector de admisión y así poder establecer con exactitud la cantidad de gasolina a inyectar para conseguir una determinada relación de mezcla.El captador esta constituido por un diafragma realizado en materia aislante dentro del cual están emplazadas unas resistencias que forman un puente de medida.El puente de resistencias esta formados por sensores piezoelectricos que son sensibles a las deformaciones

mecánicas.El diafragma esta unido mediante un tubo al colector de admisión de manera que las variaciones de presión actúan directamente sobre el diafragma provocando su deformación. Esta deformación actúa sobre el puente de resistencias variando la tensión de salida.La tensión de salida del puente es ajustada a las escalas de trabajo deseadas de manera que se obtiene una tensión final de salida comprendida entre 0 y 5 V. siguiendo de manera lineal las variaciones de presión.

Sensor de rpmPara conocer el nº de rpm del motor y la posición de los pistones con respecto al PMS se utiliza un sensor de rpm que se enfrenta a los dientes del volante motor. Con esta información la unidad de control sabe el nº de rpm del motor así como el momento de hacer saltar la chispa en la bujía de acuerdo con el avance de encendido mas conveniente.

CanisterEste sistema también lleva incorporado una válvula electromagnética (14 )para el control del canister. El canister es el filtro de carbón activo que controla los gases producidos por los vapores del combustible que se encuentra en el interior del circuito de combustible sobre todo en el depósito (16). La presencia de la válvula electromagnética permite a la ECU abrir paso de estos gases en precisas y determinada circunstancias. Cuando el motor esta parado, por ejemplo. Los gases quedan almacenados en el filtro o canister, hasta que el motor se pone en funcionamiento en cuyo momento la ECU puede dar orden de abertura a la válvula electromagnética y efectuar una purga del canister. De esta forma se aprovecha el combustible y se evita la salida al exterior la salida de los gases nocivos. Esta válvula también es conocida con el nombre de "válvula de aireación" y al canister se le suele llamar también"filtro de carbón activo".

Sistema de inyección monopunto de Ford.Este sistema que pertenece en concreto al modelo Ford Escort, esta provisto de un captador de presión absoluta para la medida del aire que entra en los cilindros del motor.En la parte superior tenemos los elementos clásicos de un sistema de inyección, es decir, la electrobomba (1) sumergida en el depósito de combustible (2). La gasolina pasa a través del filtro (3) y va a parar directamente al inyector (4). Como en casos similares, la presión del circuito esta controlada por un regulador de presión (5).La unidad de control ECU (6), que es del tipo EEC IV, de forma que ejerce un perfecto control tanto de la inyección como del encendido. La ECU recibe información del régimen de giro del motor a través de una toma que se encuentra en la base del bloque, que no es otro que el captador de posición del cigüeñal (7), y el estado de la temperatura del motor a través del sensor (8). También recibe información del estado de giro de la mariposa de gases a través del sensor de posición de la mariposa (9).La medición del caudal de aire se lleva a cabo por medio de un captador de la presión absoluta (10) que trabaja en contacto con el interior del colector de admisión a través del tubo o toma de depresión (11).

También recibe información la ECU de la sonda de temperatura de aire (12) y de la sonda Lambda (13), además de la llegada de la corriente directa procedente de la batería (14) o de la llave de contacto (15) cuando este esta conectado. El relé general de alimentación (16) suministra tensión a la ECU. La ECU controla a su vez: el inyector (4) a través de una resistencia compensadora (17), también controla la electrobomba de combustible (1) a través del relé (18) y el circuito de encendido representado por el módulo de encendido (19) desde el que se ejerce el control sobre la bobina (20), de doble arrollamiento (chispa perdida) para encendido simultáneo. Por ultimo tenemos la válvula de ralentí y calentamiento (21) constituida por un motor paso a paso.Los sistemas de inyección utilizados por la casa Ford están provistas también de un sistema canister que se aplica incluso para las instalaciones mas modestas, como es el caso general de los sistemas monopunto. El canister (22) es controlado por la electroválvula de purga (23).

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Esquema de diagnosis de un sistema de inyección monopunto

Sistema de inyección multipunto Mitsubishi MPI

La gestión de los motores Mitsubishi esta confiada a un sistema propio de la marca, lo cual permite la estandarización de los elementos y que la colocación de los elementos sea prácticamente idéntico para diferentes modelos de la marca. Los métodos de puesta a punto y de diagnóstico están unificados para toda la gama.La parte mas característica del sistema de inyección de esta marca esta en el caudalímetro de aire y el cuerpo de la mariposa. En los primeros sistemas, la medida del caudal de aire estuvo confiado a un sistema de ultrasonidos, pero en la actualidad ha sido sustituido por un sistema de medición por presión. En cuanto a la regulación de ralentí, o bien se actúa directamente sobre el eje de la mariposa (motor con un solo árbol de levas) o bien se trata de una válvula en derivación con la mariposa (motor con doble árbol de levas).

Alimentación de combustibleLa bomba de combustible (2) esta sumergida en el depósito, cuenta con una válvula a la salida para mantener la presión al pararse y otra válvula de sobrepresión tarada a 6 bar. Esta pilotada por una salida del relé principal que impide su funcionamiento si el motor esta en marcha o el motor de arranque no gira. Un conector libre situado cerca de la unidad de control ECU permite accionar la bomba dandole masa, para comprobar el funcionamiento, el caudal y la presión máxima de impulsión. El combustible se filtra a continuación por medio de un elemento colocado en el compartimento motor sobre el salpicadero, para ser distribuido a los inyectores en la rampa de inyección. Los inyectores son de apertura electromagnética y simultánea durante el arranque, para pasar a secuencial en funcionamiento normal. El sobrante de combustible vuelve al depósito desde el regulador de presión (4) situado en punta de la rampa, manteniendo constante la diferencia de presión entre la gasolina y el colector de admisión.

Alimentación de aireDespués del paso del aire por el filtro, se mide su caudal mediante un caudalímetro. En una primera época, se utilizo un sistema de ultrasonidos (del tipo Karman Vortex) y, posteriormente, un sistema de presión.El cuerpo del caudalímetro incluye también el captador de presión atmosférica y la sonda de temperatura de aire.

Funcionamiento del caudalímetro de ultrasonidosEl flujo de aire pasa por un conductor que tiene una entrada en forma de nido de abeja, que sirve para crear una corriente laminar ya que el flujo no debe ser turbulento o arremolinado. El flujo es dividido a continuación en dos partes por medio de una columna de forma triangular colocada en el centro del conducto; esto tiene como consecuencia originar torbellinos de Karman, que se producen alternativamente a izquierda y derecha de la columna y poseen sentidos de arrollamientos contrarios. El numero de torbellinos creados es directamente proporcional a la velocidad del flujo. Un emisor situado en uno de los extremos produce ultrasonidos de una frecuencia determinada bajo la acción de la unidad de control; un receptor colocado frente al emisor recibe los ultrasonidos y transmite una señal a la unidad de control. Cuando no hay caudal de aire ni, por consiguiente, torbellinos de Karman, el tiempo invertido por la onda para pasar del emisor al receptor es constante; por el contrario cuando hay torbellinos, hay una cierta atenuación o aceleración de la onda que depende de la dirección y sentido de los torbellinos, esto hace que el tiempo invertido en pasar del emisor al receptor toma una forma sinusoidal. Un modulador envía una señal eléctrica a la unidad de control cada vez que que la sinusoide pasa por un mínimo (T1). La frecuencia de la señal es directamente proporcional al caudal volumétrico.

Funcionamiento del caudalímetro a presiónEl flujo de aire llega al caudalímetro a través de una rejillas en forma de nido de abeja encargada de alinear el flujo de aire y a continuación, al igual que en el caudalímetro de ultrasonidos, una columna divide la corriente en dos flujos para formar torbellinos de Karman. Dos tomas de presión estáticas colocada a ambos lados de la columna están unidas al captador de presión. Al ser los torbellinos alternos, el captador de presión sufre un fenómeno de bombeo y emite una señal sinusoidal cuya frecuencia es directamente proporcional al numero de torbellinos y, por lo tanto, al caudal. El modulador transforma esta señal sinusoidal en una señal cuadrada que es enviada a la unidad de control.

Funcionamiento del captador de presión atmosféricaEste captador se compone de un semiconductor sometido en una cara a la presión atmosférica y en la otra, a una presión nula (vacío). La deformación sufrida por el semiconductor bajo la acción de la presión hace variar su resistencia. De este modo la variación de presión se transforma en una variación de tensión.

Cuerpo de mariposaEl cuerpo de la mariposa incluye el potenciómetro, el interruptor de posición del ralentí, el actuador del ralentí y la válvula de aire adicional.

Funcionamiento de la válvula de aire adicionalEs un elemento termodilatable de cera, sumergido en el liquido refrigerante, que gobierna la apertura y el cierre de un conductor en derivación con la mariposa. El conducto se cierra a partir de 50ºC.Funcionamiento del actuador de ralentíEl actuador de ralentí es un motor paso a paso que acciona, o bien directamente el eje de la mariposa, haciendolo girar (motor de un solo árbol de levas en cabeza), o bien sobre una válvula que cierra mas o menos un conducto en derivación con la mariposa (motor de doble árbol de levas en cabeza). El motor permite una rotación por pasos de 15º. Un captador controla la posición del actuador e informa de la misma a la unidad de control.Funcionamiento del interruptor de ralentíCuando la mariposa esta cerrada, el interruptor cierra el circuito y lo abre en caso contrario. En los primeros motores con un solo árbol de levas en cabeza, formaba parte del actuador de ralentí y aseguraba la conexión entre este y el eje de la mariposa. Posteriormente, en todos los motores, esta situado en uno de los extremos del eje de la mariposa y asegura su tope de ralentí, teniendo una posición ajustable para evitar el contacto entre la mariposa y el cuerpo. Esta posición se ajusta en fabrica y no debe modificarse.Funcionamiento del potenciómetroInforma a la unidad de control de la posición angular de la mariposa. La tensión en sus bornes depende de la posición de la mariposa. Se ajusta en fabrica y no debe sufrir ninguna modificación.

Sensores de rpm y ángulo de cigüeñalSon dos uno informa a la unidad de control ECU del régimen del motor y de la posición de un pistón con respecto al PMS, el otro identifica el cilindro en cuestión. Estos sensores están reagrupados o bien en el distribuidor de encendido o bien en una caja en el extremo del árbol de levas de admisión, cuando se trata de un encendido estático.FuncionamientoUn disco giratorio lleva 4 hendiduras repartidas cada 90º en su periferia y otras 2 cerca del centro. La parte de detección se compone de 2 diodos electrolumiscentes (LED) y 2 fotodiodos colocados a ambos lados del disco, que detectan el paso de las hendiduras. Cada vez que una hendidura pasa por delante de un LED, el haz luminoso alcanza el fotodiodo y cierra el circuito. Una vez ha girado la hendidura, el haz ya no llega al fotodiodo, que abre el circuito. Este dispositivo produce así señales en forma de impulsos, utilizables por la unidad de control.

Captador de velocidad del vehículoEste captador esta colocado en el indicador de velocidad del cuadro de instrumentos y mediante su información, la unidad de control el régimen de ralentí cuando la velocidad es distinta de 0. Su funcionamiento se basa en un relé herméticamente sellado. Un imán de 4 polos es movido al girar el cable del velocímetro (el cable que viene de la caja de cambios). En consecuencia, el paso de los polos delante del relé le hace conductor 4 veces por vuelta. Este relé convierte el numero de vueltas del cable en impulsos eléctricos y según la frecuencia de la señal, la unidad de control conoce la velocidad del vehículo.

Interruptor de presión hidráulica de la dirección asistidaEs un manocontacto colocado en la salida de impulsión de la bomba de la servodirección. En cada movimiento del volante, aumenta la presión y el manocontacto cierra el circuito para informar de ello a la unidad de control que de este modo, actúa instantáneamente sobre el régimen de ralentí, para compensar la caída de régimen que provoca la potencia absorbida por la bomba.

Interruptor del climatizadorEl contacto del climatizador recibe información de la unidad de mando del climatizador, de los manocontactos en los circuitos de climatización y del sensor de temperatura del motor. Solicita el embrague del compresor de climatización a la unidad de control, que efectúa esta operación después de haber aumentado el régimen de ralentí para avanzarse a la caída de vueltas que se deriva de la puesta en marcha del climatizador. La unidad de control embraga el compresor a través de un relé.

Sistema de inyección y encendido integrado RENIX de Renault

Este sistema ideado por Renault trabaja de forma muy similar al sistema Motronic de Bosch, con el sistema de inyección y encendido integrado en la misma unidad de control ECU. El sistema Renix es de inyección simultánea, de forma que todos los inyectores inyectan gasolina al mismo tiempo y una vez cada vuelta de cigüeñal.

Unidad de control ECUEsta unidad trabaja en modo digital y consta de un microprocesador, como unidad fundamental. La unidad de control va alojada en el cofre motor, debidamente aislada y protegida. Como en todos los casos semejantes precisa de una serie de sensores para recibir las informaciones que le son necesarias para cumplir eficazmente con su trabajo.Principalmente la ECU debe conocer el régimen de giro del motor y la presión que existe en el colector de admisión, ya que de estos valores dependerá la dosificación básica del combustible. Después necesita una serie de periféricos de referencia tales como:

Sensor de temperatura del aireFunciona por medio de un termistor (resistencia de valor variable en función de la temperatura) que manda a la ECU una señal eléctrica según la temperatura del aire aspirado. Se halla colocado en el cuerpo de la mariposa

Temperatura del refrigerante motorActúa de igual forma que el anterior. Las señales eléctricas enviadas permiten a la ECU determinar las correcciones de riqueza de la dosificación y el avance necesario.

Regulación de riquezaA través del potenciómetro de riqueza de ralentí.

Tensión de bateríaPara conocer siempre el estado de tensión de la red y hacer las modificaciones necesarias tanto en la inyección como en el encendido.

Detector de picadoPara hacer las correcciones en el avance de encendido inmediatamente que se detecta el picado.

Información de arranqueLa ECU ha de poder distinguir si se trata o no de una situación de arranque.

Sensor de posición de mariposaEste sensor avisa de la posición de ralentí por no hallarse accionado el pedal del acelerador y la posición de plena carga (pedal pisado al máximo).

Válvula de regulación de ralentíHa de funcionar en caso de puesta en marcha y durante determinados momentos del giro del motor.

Una vez que la ECU tiene información del estado de funcionamiento del motor elabora las señales de salida para el control de la bomba de combustible, los inyectores y la bobina de encendido.

Sensor de fase y régimenPara conseguir integrar el encendido resulta indispensable que la ECU conozca en todo momento el estado angular de giro en que se encuentra el cigüeñal. La unidad de control ECU puede determinar de esta forma no solamente la posición que el cigüeñal tiene en cada momento, sino también la velocidad de régimen (nº de rpm).El sensor trabaja conjuntamente con el volante motor. El volante motor consta de un circulo que se ha dispuesto para ser tallado en el 44 dientes, aunque se han dejado 4 sin tallar (dos en cada semigiro) pues esta en la zona en la que se va producir la señal que la ECU podrá elaborar. De este modo se produce la señal exacta 90º antes de los PMS y 90º antes del PMI a cada vuelta completa del cigüeñal.El sensor esta formado por un imán permanente al cual esta enrollado una espiral. Cerca del sensor se encuentra una rueda fónica dentada (volante motor) que gira sincronizadamente con el motor. Cuando la rueda fónica gira

pasando cerca del sensor rompe las lineas de fuerza generadas por el imán permanente y se induce una tensión en la bobina del sensor.

Sensor de presión absolutaEste elemento permite junto con el valor de temperatura de aire saber el peso del aire que entra en el colector de admisión y así poder establecer con exactitud la cantidad de gasolina a inyectar para conseguir una determinada relación de mezcla.El captador esta constituido por un diafragma realizado en materia aislante dentro del cual están emplazadas unas resistencias que forman un puente de medida.El puente de resistencias esta formados por sensores piezoelectricos que son sensibles a las deformaciones mecánicas.El diafragma esta unido mediante un tubo al colector de admisión de manera que las variaciones de presión actúan directamente sobre el diafragma provocando su deformación. Esta deformación actúa sobre el puente de resistencias variando la tensión de salida.La tensión de salida del puente es ajustada a las escalas de trabajo deseadas de manera que se obtiene una tensión final de salida comprendida entre 0 y 5 V. siguiendo de manera lineal las variaciones de presión.

Sensor posición mariposaLa ECU necesita saber los estados de plena carga del motor (pedal de acelerador pisado a fondo) así como el estado en el que el pedal no esta pisado, estos datos nos lo proporciona el sensor de posición de mariposa. Este elemento es del tipo de "todo o nada" y su funcionamiento se basa en el recorrido que un rodillo (1) efectúa a través de una leva (2) al ser desplazada con el pie del conductor la palanca de la mariposa de gases. El rodillo (1) es en realidad el extremo de una palanca (3) que dentro de la caja de contactos (4) permite establecer un circuito eléctrico según se trate de cada una de las posiciones extremas de la mariposa y que no actúa en el caso de posiciones intermedias.La transmisión de estas señales a la ECU determina el ligero enriquecimiento de la mezcla cuando se esta en la posición de máxima abertura, y el corte de suministro cuando se establece un proceso de deceleración.

Válvula de regulación de ralentíEs similar a la utilizada en otros sistemas de inyección (Motronic, Ke-Motronic, etc). Se trata de una válvula de cierre que gira solamente 90º con lo que abre o cierra el conducto de aire adicional que determina el arranque y la velocidad de calentamiento del motor. La ECU determina el funcionamiento de esta válvula por medio de la corriente que le envía de acuerdo, a su vez, con lo que le indican los sensores de temperatura. En el momento del arranque en frío o durante el régimen de calentamiento del motor el giro del mismo sube entre 1000 y 1100 rpm, siempre y cuando la temperatura del agua refrigerante entre 0 y 20º C.Si el conductor pisa el pedal del acelerador y supera este régimen, la ECU manda cerrar la válvula y se establece una posición de equilibrio que se desarrolla en el caudal de mantenimiento en régimen de ralentí. Cuando se da el contacto y el motor esta parado, se abre esta válvula, lo que se denota por un ruido característico. La válvula permanece abierta durante la puesta en marcha del motor.

Potenciómetro de riqueza de ralentíSu función principal es la de dosificar el combustible con relación al aire. También sirve para recuperar los desgastes que se producen en los diferentes componentes del sistema, tales como los inyectores, los sensores de aire y de presión y el regulador de presión de gasolina. Posee un tornillo de regulación que esta protegido con un tapón de inviolabilidad.

Esquema eléctrico

Inyección electrónica de gasolina para motor wankel -Mazda MPI-

El motor Mazda MPI instalado en el modelo Mazda RX7 con motor giratorio (wankel) de doble cámara es un sistema de inyección intermitente. El inyector primario inyecta gasolina en la lumbrera de admisión y el inyector secundario lo hace en el colector de admisión. El cuerpo de la mariposa lleva incorporadas dos válvulas de mariposa, la primaria y la secundaria. El medidor del caudal de aire no necesita ningun tipo de accionamiento mecánico.

Elementos que forman el sistema Mazda MPI

Sistema de admisiónEl sistema de admisión consta de filtro de aire, medidor del caudal de aire, colector de admisión y tubos de admisión conectados a cada cámara giratoria. El sistema de admisión tiene por función hacer llegar a las cámaras la cantidad de aire necesaria a cada ciclo de combustión. La forma especial del colector de admisión utiliza las pulsaciones de alta velocidad del motor giratorio para proporcionar un efecto de sobrealimentación a la mezcla aire/combustible dentro de las cámaras de combustión.

Medidor del caudal de aireEl medidor del caudal de aire o caudalímetro registra la cantidad de aire que el motor aspira a través del sistema de admisión. El caudalímetro (8) envía una señal eléctrica a la unidad de control (7), la cual determina la cantidad de combustible necesaria. La cantidad variará en función del estado de funcionamiento del motor que supervisan varios sensores.

Otros sensoresVarios sensores supervisan el estado de funcionamiento del motor y, junto con la UCE, registran sus magnitudes variables. El interruptor de la mariposa (12) registra la posición de las mariposas. El sensor de la temperatura o sonda térmica (16) registra la temperatura del refrigerante, mientras que el sensor de la temperatura del aire (17) mide la temperatura del aire de admisión.

Unidad de control electrónicaLas señales eléctricas que transmiten los sensores las recibe la unidad de control (7) y son procesadas por sus circuitos electrónicos. La señal de salida de la UCE consiste en impulsos de mando a los inyectores. Estos impulsos determinan la cantidad de combustible que hay que inyectar al controlar el tiempo de apertura de los inyectores a cada revolución del motor.

Sistema de alimentaciónConsta de depósito de gasolina (1), electrobomba (2), que se halla sumergida en el deposite de la gasolina, filtro de combustible (3), regulador de presión (4) y las válvulas de inyección o inyectores (5 y 6).Una bomba celular de rodillos accionada eléctricamente conduce bajo presión el combustible desde el depósito, a través de un filtro, hasta los inyectores. La bomba impulsa más gasolina de la que el motor puede necesitar como máximo y la cantidad sobrante es devuelta al depósito. Una válvula solenoide (9) instalada en el tubo de vacío entre el colector y el regulador de la presión se encarga de las variaciones de la presión del combustible.

Válvula de control de la derivación del aire (BAC)Para vencer las resistencias por rozamiento en un motor frío una válvula de control de la derivación del aire "(BAC, By-pass Air Control) (15) permite que entre más aire eludiendo la mariposa para conseguir un ralentí estable durante la fase de calentamiento. La UCE controla la válvula.

Constitución del motor wankelEsta constituido por una carcasa en forma de elipse -estator- (que se puede comparar al bloque en el motor alternativo), que encierra el cilindro y todas las piezas móviles del motor, la forma del cilindro se llama hipotrocoide. En la carcasa van las lumbreras de admisión y de escape, las camisas de liquido refrigerante, la o las bujías de encendido y a ella se fija el piñón sobre el que rueda el rotor por su corona dentada interior.

El rotor, que es el émbolo giratorio, tiene forma de triángulo equilátero curvilíneo y gira excéntricamente apoyado en el piñón fijo y sus vértices se mantienen siempre en contacto con la superficie del cilindro o carcasa del estator. Para mantener estanqueidad entre las tres cámaras en que en todo momento esta dividido el "cilindro" por el "embolo", este lleva en sus vértices una especie de patines que serian los segmentos en el motor alternativo. Entre el "émbolo" o rotor y el eje motor va un importante rodamiento de rodillos para articular ambos.Estos motores funcionan en un ciclo de cuatro tiempos y producen tres ciclos de trabajo en cada vuelta completa del mismo, por lo que equivalen a un motor de tres cilindros. En cada cara del triángulo del rotor, va un vaciado que es la cámara de compresión. Cada cara del rotor actúa como un pistón y realiza los cuatro tiempos del ciclo por vuelta, por lo que el motor de un solo rotor equivale a uno de tres cilindros y dos tiempos ateniendose a que estos se realizan en una revolución del motor, aunque lo cierto es que por cada vuelta del rotor el árbol motor da 3 vueltas, siendo ello debido a 2 causas: primera, el numero de dientes de la corona interna del rotor es 1,5 veces el de dientes de piñón fijo, (ejemplo: para corona 45 - piñón 30); segunda, el rotor tiene un movimiento de rotación y otro de translación; ambas causas recogidas en la excéntrica del eje del motor hace que este sea impulsado a una velocidad angular triple de la del rotor.

Si quieres ver una animación de un motor wankel visita esta web.

Comparado con los motores alternativos el motor wankel tiene las siguientes:Ventajas:- Menos pesado (1/3) y mas sencillo y compacto al disminuir considerablemente el numero de piezas.- Mas silencioso y suave.- Puede girar a mayor numero de revoluciones sin los efectos de inercia tan apreciables.- Como el motor de 2 tiempos, elimina el sistema de distribución.- Precio mucho menor fabricado en serie.

http://www.keveney.com/Wankel.html

Inconvenientes:- Refrigeración muy potente y complicada, pues un lado del motor (por las lumbreras) esta a unos 150ºC y por el opuesto (cámara de combustión) a unos 1000ºC.- Engrase complejo; el eje a presión, el rotor con mezcle (como el 2 tiempos) del 1 al 2%.- El cierre entre compartimentos formados por las caras del rotor es uno de los mayores problemas que plantea este motor.- El par cae rápidamente por debajo de las 1000 rpm del motor, lo que hace que sea poco elástico - Poco freno motor.

El revolucionario motor de Felix Wankel tuvo que esperar a que la tecnología de sellado alcanzara un nivel tal que le permitiera realizar la combustión en condiciones aceptables. A pesar de los progresos realizados en el sellado de los

motores Wankel, actualmente la relación de compresión todavía está bastante limitada en relación con los motores convencionales.

El modelo RX de Mazda se viene fabricando desde los años 70, (actualmente denominado Mazda RX-7). El Mazda RX-7 incorpora un motor Wankel de dos rotores que giran sincronizadamente para entregar mayor potencia, y dos turbos para proporcionarles mayor carga. Con estos dos turbos (uno para bajas velocidades de giro y otro para altas) el motor proporciona 255 caballos de potencia con 1.3 litros de desplazamiento. Los motores RX-7 se consideran bastante fiables en los primeros seis años de vida, después los sellos comienzan a estropearse y necesitan ser reemplazados.

Los estrictos requerimientos para mantener las cámaras selladas entre si era para Felix Wankel el desafío más grande, y fue la causa del fracaso de la tecnología rotativa en el decenio de 1970. Entonces simplemente no se encontró la forma de obtener un motor razonablemente eficiente. La estanqueidad entre el rotor y la carcasa se consigue por medio de unos patines situados en los vértices del rotor y la estanqueidad entre el rotor y las tapas se obtiene mediante la colocación de unas láminas que se alojan en unos canales laterales tallados a ambos lados del rotor. Los patines y las láminas van provistos de expansores elásticos, situados por debajo de ellos en las ranuras del rotor, que aseguran su salida incluso cuando el motor está parado.

Otro problema detectado en el motor Wankel, y que aún no ha sido totalmente resuelto, es una tendencia a provocar "dieseling" en determinadas condiciones de funcionamiento. Como el punto de combustión del rotor es muy preciso, cuando el tiempo se retrasa un poco, puede ocurrir que la combustión empiece antes de que el rotor gire por si mismo. Esto provoca que la explosión empuje al rotor en sentido contrario al ciclo de rotación, lo cual puede dañar al motor. Esto ocurre con frecuencia a baja velocidad.

Las mas usuales y las soluciones mas sencillas: Exponemos las AVERIAS que por experiencia propia y a lo largo de años hemos resuelto con la sola ayuda de un mult¡metro e instrumentos de Taller pero con conocimientos sobre el funcionamiento exacto de los Sensores o Componentes

electrónicos. Otras AVERIAS las hemos analizado en los Talleres de AUTOXUGA en profundidad a traves de estudios pormenorizados de las mismas, lo que nos obligó a desarrollar técnicas sencillas para su

resolución; mientras que otras AVERIAS son el fruto de infinidad de consultas de profesionales y usuarios del automóvil. En todo caso, el cap¡tulo de AVERIAS se complementa con llamadas a teor¡as

de la Web que son el resumen de los Programas Técnico-Informáticos de AUTOXUGA

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1.- AVERIA: Ralentí irregular. El motor se para. Excesivo régimen de revoluciones Causas y correcciones: a).- Verificar entradas de aire anómalo a la admisión, lo que conlleva a regular el ralent¡ inicial de forma errónea y sucede que en ciertas condiciones, al regular el ralentí muy bajo puede pararse el motor al ralentí.b).- Válvula estabilizadora de ralent¡ con funcionamiento incorrecto. Comprobar si se abre la válvula de forma rápida y total sin engancharse o quedar atascada al aplicarle 12 V. PRECAUCIÓN: Sin aplicar tensión de 12 V a la válvula no mover el émbolo giratorio de la misma; se deteriora.c).- La Resistencia de la bobina de las válvulas estabilizadoras suelen tener valores de unos 30 Ohmios, lo que equivale a decir, que aplicando una tensión de 12 V se generan unos 400 mA (miliAmperios) = 0,4 Amperios que se percibirán si tocamos la válvula con la mano como un cosquilleo

o vibración permanente. Simplemente se constata la Ley de Ohm: I = V/R, es decir: 12/30 = 0,4 Amperios = 400 mAd).- Sin tensión de 12 V, la válvula estabilizadora, debe tener abierta solamente la rendija de marcha por emergencia.e).- Al desconectar la batería, sustitución de la Unidad de Mando, ó fallo de tensión, pueden producirse variaciones del ralentí.f).- Si se montó un aparato de Radio conexionando el volumen a la función de velocidad en el Cuadro de Instrumentos, al parar en un semáforo, la señal de velocidad es incomprensible y el motor se para.Análisis: Ver en ELECTRONICA; "elementos controlados por la Unidad de Mando"

1.- AVERIA: Baches de enriquecimiento en frío y merma de potencia Causas y correcciones:a).- Depósitos o residuos carbonosos producidos por las gasolinas sobre las partes bajas de los vástagos de las Válvulas de Admisión, lo que impide que entre suficiente cantidad de aire a los cilindros.b).- Bujías de Grado Térmico incorrecto para la Cilindrada y Potencia.c).- Suciedad en el hilo de platino (elemento térmico) del medidor de masa de aired).- Se reguló ralentí con el interruptor de mariposa abierto falseándose a la Unidad de Mando la señal de continuidad en estado de ralentí.e).- En algunos casos la sonda Lambda está encharcada por demasiado nivel de aceite en el cárter.Análisis: Ver los apartados de: ELECTRONICA y BUJÍAS PARA MOTORES

NORMAS GENERALES a tener en cuenta para el GRUPO 1Las averías analizadas sobre INYECCION ELECTRONICA se refieren a los sistemas: DIGIFANT, DIGIJET, MONO-JETRONIC, MONO-MOTRONIC, MOTRONIC y MPI o Multipoint Injection. El Esquema-Resumen expuesto a continuación es válido para todos los sistemas descritos aunque pueden variar los valores de Resistencia o Tensión de los Sensores y Componentes según cada sistema. Pero el funcionamiento en sí, es siempre el mismo, con las variantes que se especifiquen. Por ejemplo: un MOTRONIC colocado a un BMW; YUGO; AUDI; VW; OPEL; PEUGEOT, etc. funcionan de la misma manera. Podrán variar los valores de los Sensores ó Componentes de las MAGNITUDES DE CORRECCION ó MAGNITUDES ADICIONALES, pero la forma y modo de funcionamiento será siempre la misma.Teniendo en cuenta el esquema inferior de bloques se podrá intervenir cualquier Sensor ó Componente con un simple Multímetro, toda vez que estos Esquemas Prácticos son siempre los mismos y son la abreviatura simplificada de un circuito representativo de un elemento (lado derecho), que en todos los casos son similares. Solo hay que tener la precaución al puentear unas patillas ó pins de la Centralita, en caso de no hacerlo con un Multímetro como el de la imágen, el PONER una RESISTENCIA entre dicha patilla y MASA para no FUNDIR el CIRCUITO de la Centralita ó Unidad de Mando conocida también como: UCE = Unidad de Control Electrónico

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