Sistema de admisión

Se conoce como sistema de alimentación al conjunto de elementos del motor que participan en la preparación de la mezcla de aire-combustible y su introducción en el cilindro de trabajo, este sistema está compuesto por cinco partes básicas:

1.- Mecanismo de apertura y cierre de las válvulas

2.- Dispositivo de preparación de la mezcla aire-combustible.

Gasolina

Diesel

3.- Sistema de conductos y limpieza del aire de alimentación.

4.- Depósito, trasiego, limpieza y líneas de combustible.

Mecanismo de apertura y cierre de válvulas (viene de sistema de admisión)

En los motores de combustión interna pueden existir dos tipos de válvulas: las válvulas de admisión, encargadas de permitir la entrada de gases frescos al cilindro y las válvulas de escape, las que a su vez permiten la salida de los gases quemados al exterior

Ambas funcionan a través de un mecanismo de accionamiento acoplado al cigüeñal del motor a través de un engrane, una cadena, o una correa dentada, que garantiza el adecuado sincronismo entre el movimiento del pistón y la apertura y cierre de las válvulas. Este engrane está a su vez acoplado en un extremo a un árbol con levas llamado árbol de levas, en el árbol de levas existe una leva por cada válvula, esta leva acciona un empujador o pulsador en cuyo extremo se apoya la válvula, de manera que cuando gira, empuja la válvula y la abre, un resorte recuperador se ocupa de cerrar la válvula "siguiendo" el perfil de la leva. Vale aclarar que para el motor de cuatro tiempos, el árbol de levas gira la mitad de las vueltas que el cigüeñal debido a que el ciclo de trabajo se completa por cada dos vueltas de este.

El esquema, ilustra la acción leva-válvula para uno de los tipos de montaje de ellas, conocido como válvulas en L o laterales, que como veremos más adelante han quedado casi en desuso, aunque por su simplicidad resulta bueno para la comprensión.

Para más claridad el vástago de la válvula ha sido cortado, observe que el árbol de levas al girar hará que la leva empuje el pulsador y este a su vez moverá hacia arriba la válvula venciendo la

Fuerza del resorte recuperador. El regulador (generalmente un tornillo) es necesario para compensar el desgaste de las piezas en contacto por el uso, y para establecer una pequeña holgura que debe existir entre el pulsador y la válvula, debido al cambio de longitud del

vástago de esta entre frío y caliente. Este tornillo de regulación de la holgura no es necesario en los sistemas de empujadores hidráulicos.

Construcción de las válvulas.

En la figura se muestra la forma típica de una válvula de motor de combustión interna, así como las piezas que sirven para la sujeción.

Observe que el cuerpo de la válvula tiene forma de hongo, con un vástago largo y de poco diámetro que termina en un platillo de mucho mayor diámetro que se acopla al vástago mediante un cono de transición.

En el platillo se ha elaborado un asiento fino y también cónico, que se apoya en un borde maquinado al efecto en el orificio de entrada de gases del cuerpo del motor y sirve para cerrarlo. En la parte superior del vástago hay una ranura bajorrelieve que sirve para sujetar la válvula al collar superior a través de unas semi-cuñas en cuyo interior tienen un saliente que se ajusta a la ranura del vástago. Note que las semi-cuñas exteriormente son cónicas para alojarse de manera segura dentro del cono interior del collar. Este collar a su vez es el tope del resorte de recuperación que no se muestra en la figura.

Cuando se monta la válvula con el collar, el vástago de esta sobresale un tanto por encima, y allí es donde recibe el empuje del pulsador, también conocido como taqué.

Las válvulas están construidas de aceros especiales endurecidos, especialmente las de escape, que trabajan en el ambiente corrosivo y caliente de los gases quemados.

A los vástagos de ambas válvulas no puede llegar el aceite del motor, porque a las temperaturas de trabajo de estos el aceite se descompone y forma lacas sólidas que pueden terminar atascando la válvula. Además de resultar en un consumo excesivo de aceite. Por eso todas están provistas de un aditamento de sellaje que impida al aceite terminar en la válvula. En el esquema no se muestra.

Sistemas de montaje de las válvulas.

Aunque en todos los casos las válvulas se accionan con un árbol de levas a través de un taqué, en el desarrollo del motor, estas, y su mecanismo de accionamiento, han ido cambiando de posición y de diseño dentro del bloque por diferentes razones. A continuación haremos una descripción de los sistemas utilizados que son:

Válvulas en L o laterales

Válvulas a la cabeza.

Árbol de levas sobre cabeza.

Válvulas en L.

Este método de sistema de válvulas por su simplicidad fue el primero en utilizarse, pero tiene fuertes desventajas que hicieron que fuera abandonado por el uso de las válvulas a la cabeza que se describen más abajo. Hoy en día todavía pueden encontrarse pequeños motores mono-cilíndricos dotados de ese tipo de válvulas.

En el esquema se muestra un esquema del montaje de ese tipo de válvulas. Note la simplicidad del mecanismo, en él, el árbol de levas se mueve por la acción de un par de ruedas dentadas desde el cigüeñal (no representadas) ya que la distancia cigüeñal-árbol de levas es corta y puede cubrirse perfectamente con engranes. El empujador se apoya directamente en el árbol de levas, y a continuación, arriba, está la válvula, que se mueve en una guía montada en el bloque del motor. El resorte se monta en una oquedad apropiada dentro del mismo bloque. Además de la simplicidad inherente al mecanismo, se tiene la ventaja adicional de que por la posición vertical y hacia abajo de la válvula, el aceite está por diseño eliminado como problema.

Este método, tiene el inconveniente de que resulta imprescindible un espacio sobre la válvula para permitir su movimiento. Este espacio inevitable resulta finalmente parte del volumen de la cámara de combustión, lo que implica que el volumen final sea relativamente grande, afectando la posibilidad de obtener relaciones de compresión elevadas que son claves para mejorar la eficiencia del motor. Inicialmente este problema no era tan importante debido al octanaje bajo de las gasolinas que impedían relaciones de compresión altas, pero luego, se convirtió en un problema grave ya que las gasolinas fueron mejorando en ese sentido y con este método no podían aprovecharse plenamente para mejorar la eficiencia del motor.

Dado este inconveniente, los ingenieros automotrices crearon las válvulas a la cabeza que permiten reducir notablemente el volumen de la cámara de combustión.

Resulta importante aclarar que es muy necesario para un buen funcionamiento del motor acoplar el engranaje de mando del árbol de levas adecuadamente con el del cigüeñal para lograr el exacto tiempo de apertura y cierre de las válvulas de acuerdo a la posición del pistón. Los fabricantes de autos siempre proporcionan el modo de hacer este acople, lo más común es el uso de marcas en las caras de los engranes.

Válvulas a la cabeza.

En la figura se muestra de forma esquemática el mecanismo completo del accionamiento de las válvulas a la cabeza, el nombre proviene del hecho de que estas están en la parte superior de motor.En este caso el árbol de levas también está acoplado al cigüeñal por medio de un engranaje, pero las válvulas son accionadas a través de un mecanismo más complejo. Observe que sobre los taqués que siguen el perfil de las levas hay unas varillas relativamente largas que accionan piezas en forma de balancín. Este balancín pivota cerca del centro y en el extremo opuesto acciona la válvula.

Con esta nueva disposición se puede lograr una notable disminución de la cámara de combustión, ya que la cabeza de la válvula puede moverse hacia el volumen dejado por el pistón cuando baja en la carrera de admisión, durante la apertura, y se cierra durante la carrera de compresión, por lo que nunca estaría en el camino del pistón en su

movimiento. Se puede decir que las válvulas "persiguen" el pistón para ocupar el espacio dejado por este en la cámara de combustión. Se comprenderá que es muy importante acoplar los engranes del cigüeñal y el árbol de levas de manera precisa, o de lo contrario se corre el riesgo del choque entre válvulas y pistón con consecuencias desastrosas para el motor.

El principal inconveniente de este método es el peso de todo el conjunto, ya que a las válvulas en L se le han agregado, las varillas y los balancines. Este peso adicional se convierte en un problema cuando sube la

velocidad de giro del motor, debido a que la inercia del sistema puede llegar a ser tal, que el mecanismo no pueda seguir el perfil de las levas. Tenga en cuenta que en un motor actual que puede girar a más de 7000 RPM el tiempo total del proceso de apertura y cierre de las válvulas es muy breve, lo que implica una alta velocidad de movimiento de las piezas que tienen en general un movimiento reciprocante.

Este asunto, junto con la tendencia de los motores a ser cada vez más rápidos hizo que sus problemas inerciales se convirtieran en una limitante del desarrollo. Pero la limitante estaba en el peso, no en la posición de las válvulas, ya que este método había demostrado su efectividad en el incremento de la eficiencia del motor. Ante esto, los fabricantes comenzaron a pasar al árbol de levas sobre cabeza del motor, accionando directamente las válvulas sin varillas ni balancines intermedios. La velocidad de giro podía seguirse incrementando.

Árbol de levas sobre cabeza.

Como el cigüeñal generalmente está en la parte inferior del motor, el asunto de colocar el árbol de levas en la parte alta del motor para que accione directamente las válvulas, y con ello reducir el peso del mecanismo, incrementaba notablemente la distancia entre ellos, por lo que ya no podía ser posible el uso de un par de ruedas dentadas para transmitir el movimiento. Pero, debido al desarrollo tecnológico y a la posibilidad de cada vez mejores materiales para construir cadenas y correas, se acudió a ellas para salvar el gran espacio intermedio.

En la figura 5 se muestra un esquema de árbol de levas sobre cabeza accionado por una correa dentada para evitar el patinaje. En el esquema puede verse que se usa una rueda tensora para mantener la tensión en la correa.

Aquí se han eliminado varias piezas del mecanismo tradicional de válvulas a la

cabeza, y el árbol de levas mueve directamente las válvulas con el uso de un empujador hueco en forma de vaso invertido, el que sirve a su vez para evitar la entrada de aceite al vástago de la válvula. Note que en este caso no existe ningún dispositivo para regular la holgura entre válvula y empujador, por lo que esta regulación en caso de ser necesaria se hace cambiando el taqué por otro de dimensiones adecuadas que están disponibles en el mercado.

Figura 5. Accionamiento por correa El inconveniente mayor de este modo de trasmisión es la relativa poca durabilidad de la correa, por lo que debe sustituir

como parte del mantenimiento de rutina programado por el fabricante (normalmente entre 60,000 y 80,000 Km) so pena de su fractura y el riesgo de choque entre pistones y válvulas.

No obstante, como las correas no requieren lubricación, si no todo lo contrario, estar lejos del aceite, estas siempre están como una pieza externa del motor y su cambio es relativamente fácil.

En la figura aparece otro esquema de trasmisión de los árboles de levas sobre cabeza, pero en este caso por cadena.

En cuanto a la forma de contacto entre las levas y las válvulas se distinguen dos tipos básicos, los de leva sobre vaso invertido que ya vimos, y el de palanca pivotante, ambos se muestran a continuación en las figuras 7 y 8.

Figura 7. Modo de leva sobre vasoInvertido

Figura 8. Modo de leva sobrePalanca pivotante

Preparación de la mezcla aire-combustible (viene de sistema de admisión)

Para que el motor de gasolina funcione adecuadamente, debe prepararse la mezcla de aire y gasolina de manera adecuada. Esta mezcla comienza a formarse desde el punto donde se unen gasolina y aire, continua por el conducto de admisión, luego durante la carrera de admisión del pistón y termina durante la carrera de compresión, en donde el calentamiento del aire debido al incremento de la presión (los gases se calientan cuando se comprimen) evapora la gasolina y la mezcla íntimamente con el aire.

Químicamente hablando, existe una cantidad exacta de aire (que proporciona el oxígeno) para hacer la combustión de la gasolina sin que sobre ni aire ni combustible, esta cantidad se llama relación estequiometria, y para las gasolinas comerciales, está entre 14 y 15 veces la cantidad de aire en peso, por la cantidad de gasolina, pero en la práctica, en el motor real no puede usarse esa relación porque parte del combustible saldría por el escape sin quemar, debido al escaso tiempo que tienen para encontrarse y reaccionar los miles de millones de átomos de oxígeno, con los otros tantos de combustible.

Ilustremos la situación de la combustión dentro del cilindro con el ejemplo siguiente.

Supongamos que vamos a un gran baile con mil mujeres (combustible), y mil hombres (aire), y que este; solo dure unos 30 minutos, la posibilidad de que todas las mujeres encuentren un hombre con quien bailar, es muy remota, y lo más probable es que se acabe el baile, y todavía queden parejas sin formarse, no obstante, si la cantidad de hombres es mayor que la de mujeres, la probabilidad de que las féminas no encuentren pareja es mucho menor, aunque sobren hombres que no bailarán con nadie. Del mismo modo se hace en el motor de combustión interna, se introduce al cilindro más aire del estequeométricamente necesario, para garantizar el quemado total del combustible cuando se quiere obtener, gases de escape limpios de combustible sin quemar.

Esta cantidad de exceso de aire no puede ser indiscriminada, ya que si es demasiado grande, parte de la energía de la gasolina se gasta calentando el aire sobrante, que luego es desechada por el escape reduciendo la potencia y eficiencia del motor, de manera que hay un óptimo que los dispositivos de preparación de la mezcla tratan de seguir lo mejor posible.

De acuerdo a los requerimientos a que se destine el motor, este "óptimo" puede ser variable siguiendo más o menos estas reglas generales:

1.-Para obtener la máxima potencia se usa algo menos de aire que el necesario.

2.-Para obtener la menor producción de gases tóxicos por el escape se una más aire del necesario.

Esta proporción puede variar desde el 95 al 125% de aire.

Es bueno aclarar aquí, que para la marcha en vacío (ralentí) o "en baja", resulta necesario usar una mezcla rica en gasolina si se quiere un trabajo estable del motor, por tal motivo

este es el régimen más contaminante del motor, y es el clásico problema de contaminación durante congestión de vehículos en las vías, en las grandes ciudades. Lo mismo sucede cuando el acelerador se pisa a fondo para obtener potencia elevada; por ejemplo para adelantar otro vehículo, aquí también debe usarse una mezcla pobre el aire (óptimo para gran potencia).

Un gráfico genérico de cómo debe ser la mezcla para un motor de automóvil real es como sigue:

Observe que para la marcha en vacío la mezcla se enriquece, haciéndose menor la cantidad de aire (relación aire/combustible disminuye). Luego se establece para los regímenes de trabajo normales del motor a niveles muy próximos a la mezcla óptima (posiciones intermedias del acelerador), para enriquecerse después cuando el motor marcha a gran potencia (acelerador cerca del máximo).

Los dispositivos de preparación de la proporción aire-gasolina de la mezcla pueden ser de dos tipos:

1.- El carburador

2.- La inyección de gasolina

Carburador

Se denomina así al dispositivo utilizado tradicionalmente para producir la mezcla aire-gasolina de los motores de combustión interna. El nombre deriva de la palabra carburante que es como se denominaba (y aun se usa) para nombrar al combustible proveedor de la energía del motor.

Este dispositivo nacido con los comienzos del motor de manera muy simple, fue evolucionando hasta convertirse en verdaderos ingenios neumo-mecánicos que se

ajustaban mas adecuadamente a las necesidades del motor, así como a los requerimientos de control de contaminación elaborados por los gobiernos. Aunque aun son muchos los automóviles que funcionan con carburadores, han ido siendo sustituidos por la inyección de gasolina y puede decirse que la era del carburador está tocando a su fin en el uso automotriz, aunque quedará todavía por mucho tiempo en otros motores como los pequeños motores estacionarios, las motocicletas y similares, donde la complejidad de la inyección de gasolina es un gran problema.

Para entender el funcionamiento del carburador es necesario conocer algunos detalles de la mecánica de los fluidos (se llama así a los gases y líquidos). Veamos:

Cuando un fluido circula por un conducto ejerce una cierta presión sobre las paredes del conducto según el gráfico siguiente

El gráfico representa un segmento de conducto por el que circula un fluido en la dirección de las flechas azules y se ejerce cierta presión sobre las paredes del conducto representadas por las flechas rojas

En la práctica puede ilustrarse el ejemplo con el clásico "chorrito" que sale de la manguera de jardín cuando se agujerea, aun cuando la salida esté abierta (el agua fluye).

La presión ejercida sobre las paredes depende de la velocidad del fluido dentro del conducto de forma tal que a mayor velocidad menor presión y a menor velocidad mayor presión, si en el conducto se hace un estrechamiento la velocidad del fluido crece y disminuye la presión. Si este estrechamiento es lo suficiente, la velocidad del fluido puede ser tan alta, que en vez de presión se produzca succión como se ilustra a continuación.

Observe que si existe suficiente estrechamiento la presión puede llegar a ser negativa (succión), debido a la elevada velocidad del fluido, indicado con las flechas rojas del centro. Este dispositivo que produce vacío cuando circula un fluido se conoce como tubo Venturi.

Este simple dispositivo conocido como difusor es la base de funcionamiento del carburador, si le agregamos una mariposa que obstruya más o menos la entrada de fluido y un tubo surtidor de combustible en el estrechamiento (zona de succión) tendremos el carburador elemental que es como sigue:

La aspiración de los pistones del motor fuerza el paso del aire a través del carburador, en la parte estrecha se produce cierto vacío que hace salir la gasolina desde un recipiente por un tubo surtidor, cuyo nivel es regulado por una válvula de flotador, de esta forma se juntan aire y gasolina que luego son conducidos al interior del cilindro. La mariposa se ocupa de cerrar más o menos el paso del aire y así lograr cambiar la potencia del motor.

El carburador elemental no cumple adecuadamente con los requerimientos del motor en todo su rango de trabajo, por lo que se agregan a él, otros artificios neumáticos que acercan la composición de la mezcla a la teóricamente óptima y así lograr eficiencia y economía. El gráfico que sigue muestra los comportamientos teóricos de la mezcla óptima al motor de automóvil y el comportamiento real de un carburador elemental.

Puede observarse como se aparta la curva del carburador elemental de las necesidades teóricas del motor, en general solo en regímenes de potencia media a alta las curvas se acercan y para alta potencia se desperdicia combustible.

No obstante para los motores que funcionan a régimen constante, este carburador bien diseñado para que dé el óptimo a ese régimen, es suficiente, por ejemplo para motores estacionarios con carga fija (sopladores, bombas de agua etc.).

Los principales dispositivos que se agregan al carburador elemental para hacerlo óptimo al automóvil son:

1.- Dispositivo de arranque en frío

2.- Surtidor de ralentí y marcha media

3.- Compensadores de marcha

4.- Reforzador de aceleración

5.- Cuba compensada

Inyección de gasolina (viene de sistema eléctrico)

Aunque el carburador nacido con el motor, se desarrolló constantemente hasta llegar a ser un complejo compendio de cientos de piezas, que lo convirtieron en un refinado y muy duradero preparador de la mezcla aire-gasolina para el motor del automóvil en todo el rango de trabajo, no pudo soportar finalmente la presión ejercida por las reglas de limitación de contaminantes emitidas por las entidades gubernamentales de los países más desarrollados y fue dando paso a la inyección de gasolina, comenzada desde la décadas 60-70s principalmente en Alemania, pero que no fue tecnológicamente realizable hasta que no se desarrolló lo suficiente la electrónica miniaturizada.

La diferencia conceptual fundamental entre los dos tipos de preparación de la mezcla, es que en el carburador se hace básicamente de acuerdo a patrones más o menos fijos, establecidos de fábrica, que con el uso se van alterando hasta sacarlo de los estrechos índices permitidos de producción de contaminantes, mientras que la inyección de gasolina tiene sensores en todos los elementos que influyen en el proceso de alimentación y escape del motor y ajusta automáticamente la mezcla para mantenerlos siempre dentro de las normas, a menos que se produzca una avería en el sistema.

Es notoria la mayor complejidad de la inyección de gasolina con respecto al carburador, lo que la encarece, pero no hay hasta ahora, ningún otro sistema que garantice la limpieza de los gases requerida para mantener la atmósfera respirable en las zonas de tránsito urbano intenso actual.

Para describir cómo funciona utilizaremos el diagrama de bloques siguiente

Colocado en el conducto de admisión del motor existe una electroválvula conocida como inyector, que al recibir una señal eléctrica, se abre y deja pasar la gasolina al interior del conducto. La línea de entrada al inyector tiene una presión fija mantenida desde el depósito, por una bomba eléctrica asistida por un regulador de presión. El tiempo de duración de la señal eléctrica y con ello la cantidad de gasolina inyectada, así como el momento en que se produce la inyección, los determina la unidad procesadora central en consecuencia con la posición de la mariposa de entrada de aire al motor y las señales emitidas por un grupo de sensores que miden los factores que influyen en la formación de la mezcla.

La clave de la inyección de gasolina es la unidad procesadora central (UPC) o unidad central electrónica (UCE), que es un miniordenador cuya señal de salida es un pulso eléctrico de determinada duración en el momento exacto que hace falta (durante la carrera de admisión) al, o los inyectores. La señal principal para hacer la decisión del tiempo de apertura del inyector la recibe de una mariposa colocada en el conducto de admisión en cuyo eje hay montada una resistencia eléctrica variable, así la posición de la mariposa es interpretada por la UPC como más o menos aire al cilindro y por lo tanto más o menos necesidad de gasolina, regulada a través del tiempo de apertura del inyector. El momento exacto de comenzar la apertura del inyector viene de un sensor de posición montado en el árbol de levas o el distribuidor, que le indica a la UPC cuando están abiertas las válvulas de admisión y por lo tanto se está aspirando el aire que arrastrará al interior del cilindro la gasolina inyectada en el conducto de admisión.

Este trabajo lo hace la UPC utilizando un tiempo básico que viene con él por defecto y que hace funcionar el motor en condiciones normales, pero que no son las óptimas para el trabajo del motor en otras condiciones.

Para ajustar con exactitud el tiempo de apertura de los inyectores y obtener la máxima eficiencia y la mínima emisión de gases tóxicos, la UPC tiene en cuenta un grupo de otras entradas que llegan a él, procedentes de varios sensores, que vigilan el comportamiento de los factores que influyen en el proceso de combustión, estas entradas son procesadas electrónicamente y sirven para modificar el tiempo de apertura del inyector a la cantidad exacta.

Las UPC están preparadas para ignorar los sensores cuando hay una avería de algunos de ellos, o están dando señales fuera del rango normal, y continuar con el programa básico, para permitir el funcionamiento del motor hasta llegar al taller de reparaciones. Este programa básico no se pierde aunque la UPC se quede sin alimentación eléctrica al desconectar la batería con el motor apagado como es frecuente oír.

De acuerdo al refinamiento el sistema de inyección puede ser más o menos complejo y tener más o menos sensores, pero en general están compuestos por las partes básicas siguientes.

1.-Los inyectores

2.-El sistema de gasolina presurizada

3.-Mariposa de aceleración

4-.Los sensores

5.-La unidad procesadora central (UPC)

Conductos de admisión y limpieza del aire. (Viene de sistema de admisión)

Estas partes del motor pertenecen al sistema de alimentación y pueden separarse en dos:

Conductos de admisión

Filtro de aire

Conductos de admisión

El conducto de admisión puede ser desde un simple tramo de tubo que tiene en un extremo el filtro de aire y en el otro el acople al motor cerca de las válvulas de admisión para un pequeño motor Diesel, hasta un complejo y bien diseñado sistema de tuberías que puede dividirse en dos partes:

Un haz de tubos que se distribuyen en un extremo a los cilindros del motor poli-cilíndrico y que coinciden en el otro en una cavidad común donde se apoya el carburador o la mariposa del sistema de inyección de gasolina conocido como múltiple de admisión.

Un conducto más o menos tortuoso que trae el aire del exterior al filtro y luego lo acopla a la entrada del carburador o a la mariposa del sistema de inyección.

Para el caso del motor Diesel, en la mayor parte de los casos no existe mariposa alguna en el sistema de alimentación de aire, por lo que lo común es, que este conducto de admisión comunique el aire exterior con el filtro y luego al múltiple de admisión.

La longitud, forma y diámetro de estos tubos son el resultado de un meticuloso trabajo de experimentación que tiene como objetivo obtener el mejor llenado del cilindro y su modificación nunca se recomienda. Aunque parezca simple, no lo es tanto, estos conductos corresponden a un sistema inter-dependiente y no a la unión de simples piezas, todos ellos hacen un trabajo conjunto que en muchos casos y en determinadas condiciones de funcionamiento, logran llenar el cilindro a presiones mayores que la atmosférica, especialmente en los llamados múltiples de resonancia, donde las ondas de presión generados por el cierre de unas válvulas de admisión llegan a otras, creando una sobre presión que favorece en mucho el llenado del cilindro. Estos múltiples de resonancia producen una suerte se sobrealimentación del motor.

La imagen que sigue representa un simple sistema de admisión y limpieza de aire.

Este es un sistema sin gran complejidad, en él, el aire del exterior entra directamente al filtro acoplado en un extremo del carburador, debajo de este último está el múltiple de admisión que se acopla a un costado del motor, justo en la entrada del conducto que conduce a la válvula de admisión.

Las flechas desde el exterior representan el flujo de aire.

Es común que desde el filtro hasta el exterior exista otro conducto que puede perseguir dos objetivos

1.- Obtener el aire más frío lejos del calentamiento redundante del motor

2.- Darle altura a la entrada, ya que

Mientras más cerca del suelo el aire tiene más polvo.

Las imágenes que sigue, corresponden a diferentes múltiples de admisión, puede observarse que van desde simples conductos hasta complejos sistemas de tubos.

Filtro de aire

El filtro de aire tiene una importancia vital para la duración del motor, ya que evitan la entrada de partículas sólidas flotantes en el aire que lo desgastarían por abrasión, especialmente en ambientes polvorientos.

Este filtro antiguamente estaba constituido por un recipiente lleno con un entramado de fibras humedecidas con aceite, por el cual pasaba el aire de admisión. El aceite retenía el polvo por adherenciay se denominaban filtros húmedos, su eficacia no era muy buena especialmente cuando se acumulaba en él mucha suciedad ya que dejaban de filtrar, pero tenían la ventaja de que eran "lavables" por lo que podían reusarse muchas veces.

Desde hace unas cuatro décadas, fueron sustituidos por los filtros de papel, en estos el material filtrante es un papel cuya porosidad ha sido elaborada cuidadosamente para que ofrezca poca resistencia al paso del aire, pero que retenga las partículas más pequeñas contenidas en el aire. Esto filtros se le llama filtros secos. Para aumentar la superficie de filtrado y tener mayor capacidad de trabajo sin obstruirse con la menor resistencia, el filtro se construye con un largo papel arrollado en forma de acordeón.

Son muy eficientes en cuanto a la limpieza del aire, pero tienen las desventajas que cuando se retiene mucha suciedad se obstruyen dificultando el trabajo del motor, y que son necesariamente desechables, porque si se intenta lavarlos se agrandan los poros y su eficacia se reduce dramáticamente.

Las imágenes que siguen representan dos tipos comunes de filtros secos.

Sistema de trasiego de combustible (viene de sistema de alimentación)

El sistema de trasiego de combustible está constituido por los elementos necesarios para bombear el combustible desde el depósito hasta el motor. Su composición estará en dependencia del tipo de motor y de la forma en que se realiza la mezcla de aire y combustible en él, generalmente está compuesto por una bomba, un sistema de filtrado y los conductos de transporte, en algunos casos hay conductos de retorno.

Las cada vez más exigentes normas de seguridad en cuanto a la emisión de vapores al exterior en el uso de los combustibles de los motores, especialmente los de gasolina, ha hecho que los automóviles vengan dotados de todo un sistema de captura y posterior quemado en el motor de los vapores del tanque de combustible. Estos sistemas serán tratados en punto aparte.

La bomba de combustible puede ser:

Eléctrica, colocada dentro, o muy cerca del tanque de combustible (inyección de gasolina).

De diafragma, accionada por el motor (generalmente para la mezcla por carburador).

De pistones (usada en los sistemas Diesel Bosh y otros)

El gráfico a continuación es un esquema básico de los elementos de un sistema moderno de trasiego de combustible en el automóvil de inyección de gasolina.

Las partes constituyentes del sistema de trasiego de combustible son:

1.- El depósito o tanque

2.- La bomba de gasolina

3.- Las líneas de combustible

4.- Las líneas de vapores

5.- El filtro

6.- La canita de carbón

Sistema de escape

A primera vista podía parecer que el dispositivo de evacuación de los gases de escape de los automóviles debía ser un simple tubo que desechara los gases a la atmósfera, pero en la práctica, ese concepto está bien lejos de la realidad, y, de hecho, este sistema es muy importante y tiene sus particularidades que veremos a continuación.

El sistema de escape se puede dividir en dos partes:

Las que corresponden al motor.

Las que corresponden al tubo de escape que conduce los gases al ambiente.

En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques de un sistema de escape. En él se podrá observar que las partes que lo constituyen son las siguientes:

1.-Las válvulas de escape.

2.-El múltiple de escape.

3.-Los sensores de oxígeno.

4.-El convertidor catalítico.

5.-El silenciador.

6.-El resonador.

7.-El tubo de cola o salida.

8.-Los tramos de conducto que unen las partes. Figura 1. Diagrama de bloques de un sistema de escape

Se observará que los gases muy calientes, (hasta 700ºC), que abandonan el motor se hacen converger en el múltiple de escape, y se conducen a través de tuberías a los distintos dispositivos que componen el sistema, hasta terminar en la atmósfera a través del tubo de cola. Note que la temperatura de los gases va decreciendo a medida que se mueve por el sistema, pero siempre se tratará de que salgan a la atmósfera aun a más de 100ºC.

Veamos ahora algunas particularidades de las partes componentes.

Válvulas de escape

Son una parte constituyente del motor, pero como al mismo tiempo son parte del sistema de escape las trataremos aquí.

Estas válvulas tienen un trabajo muy severo, se mueven a alta velocidad cuando el motor gira rápido, tiene la responsabilidad de cerrar herméticamente la salida de la cámara de combustión y están en el medio del paso de gases a mas de 700ºC cuando el motor trabaja con carga y velocidad elevadas. Estas condiciones hacen que las válvulas de escape sean una pieza del motor de altas exigencias constructivas y de material.

Desde el punto de vistas de funcionamiento, las válvulas se abren y cierran por el empuje de una leva (figura 2), de este modo, la apertura y cierre no son instantáneas y demoran algún tiempo; tiempo en el que se mantiene el movimiento del pistón. Si se espera hasta que el pistón esté abajo, al final de la carrera de fuerza, en su movimiento, el pistón se habrá elevado una distancia notable mientras se abre completamente la válvula de escape, durante esta elevación tendrá que oponerse a la presión residual que queda en el cilindro, una suerte de compresión de los gases quemados, y esto, evidentemente, va en contra de la eficiencia del motor. Teniendo en cuenta ese asunto, la válvula de escape comienza a abrirse antes de que el pistón alcance el punto muerto inferior, y los gases de escape, aun a presión dentro de cilindro, comienzan a fluir a través de la abertura formada entre la cabeza de la válvula y su asiento, abertura que crece con el tiempo. Literalmente fluye "fuego" que envuelve la cabeza de la válvula. Más tarde cuando el pistón comience a subir podrá "barrer" los gases quemados con mucha menor oposición dado que la válvula ya estará abierta.

Constructivamente las válvulas están hechas de aceros muy especiales, que son capaces de resistir por largo tiempo la acción erocionante y corrosiva de los gases de salida y también las altas temperaturas de trabajo, pero aun así, la temperatura de la cabeza de las válvulas puede llegar a valores muy altos y no soportables por los materiales de que están hechas, si no se les dota de una vía de enfriamiento.

En la figura se muestra un esquema de cómo está montada la válvula de escape, podrá ver que la cabeza está en la misma línea de fuego, especialmente cuando se abre y los gases incandescentes la rodean. La única zona de contacto de la cabeza de la válvula con un material "frío" es con el delgado borde del asiento donde cierra, y este, a todas luces, no es suficiente vía para eliminar el calor que va recibiendo la válvula, por lo que se va produciendo un notable aumento de su temperatura. En la figura puede apreciarse la vía efectiva por donde puede fluir el calor para enfriar la cabeza, es decir a través del vástago, y de este, a las paredes frías del bloque de cilindros rodeado del líquido refrigerante. Pero hay un factor agravante, y es el material de la válvula, ella, para soportar el ambiente extremadamente corrosivo, de gases altamente oxidantes a muy elevada temperatura se construyen de aceros de fuerte aleación, que son malos conductores del calor, lo que impide en cierta manera el tráfico del calor.

Para palear esta situación, en muchos motores los vástagos de las válvulas son huecos, como puede verse en la figura. El interior se rellena con alguna sal o con sodio, estos materiales se funden cuando la temperatura de la cabeza de la válvula crece, y ya en estado líquido, establecen una corriente convectiva que transporta el calor mucho más rápido que el material del vástago de la válvula hasta la zona donde se puede disipar, es decir a la zona del vástago rodeado de la masa metálica del bloque, el que a su vez lo está del líquido refrigerante.

El múltiple de escape.

Esta pieza es algo más que un conjunto de conductos que hacen converger los gases quemados a un tubo único dotado de un platillo de acople donde se une el tubo de escape. Lo primero que debe cumplir el múltiple de escape es tener suficiente resistencia a la corrosión para ser duradero a las altas temperaturas de funcionamiento, lo que generalmente se logra con un proceso de aluminación, silicación, cromización o la combinación de estos procesos sobre un tubo de acero, o bien utilizando hierro fundido aleado, además debe impedir un elevado enfriamiento de los gases calientes, por eso, es común que sean de paredes metálicas gruesas. Más adelante cuando tratemos las partes del tubo de escape veremos porqué es importante conservar la temperatura de la mezcla quemada.

La forma y longitud de los tubos del múltiple de escape pueden jugar un papel notable a la hora de favorecer la limpieza del cilindro, y su diseño en particular está relacionado con las características del motor.

Cuando se abre la válvula de escape, los gases en el interior del cilindro aun están a elevada presión, por lo que se expanden en forma de una onda mecánica de choque dentro del espacio más amplio del tubo al que desembocan, esta onda mecánica debe viajar por los tubos que componen el múltiple de escape con libertad, si durante su trayectoria, la onda de expansión tropieza contra una superficie, por ejemplo con un codo muy pronunciado, puede rebotar en él (reflexión) y tomar un movimiento en reversa que se opone al libre paso del resto de los gases, por lo que el cilindro no se limpiará adecuadamente. Incluso, si se da el caso, la onda de retorno puede llegar a la válvula de escape abierta cuando el pistón está casi en el punto muerto superior y ya no realiza empuje de los gases, con la consecuencia de que entran gases quemados por esa válvula a alimentar la cámara de combustión. No hay que explicar que esto es muy nocivo para la eficiencia del motor.

Observe el múltiple de escape hecho por soldadura de un motor de cuatro cilindros mostrado en la figura, en él se deben destacar las características siguientes:

Todas las bocas de unión a los cilindros están montadas en una pieza común, lo que le permite a través de pernos acoplarse de manera segura y apretada al motor.

Todos los codos de los tubos son de curvatura alargada para facilitar el flujo de las ondas de presión sin rebote.

Los tubos convergen dos a dos en una "Y" hasta terminar en el tubo final de salida.

Los diámetros de los tubos crecen a medida que se acoplan mas de ellos, la segunda sección después de la primera "Y" es de diámetro más grande que los tubos que entran a la "Y", lo mismo sucede en la segunda convergencia. Esto se debe a que más de un cilindro puede estar aportando volumen de flujo al conductor y por tanto se necesita más diámetro para reducir las pérdidas por rozamiento.

Finalmente termina en un platillo con orificios para pernos a fin de acoplarse al tubo de escape.

La convergencia en "Y" se usa porque tiene ventajas con respecto a otras formas, veamos cuales son estas ventajas.

Se produce un cambio de dirección suave y poco pronunciado en la trayectoria de los gases, lo que introduce pocas pérdidas por rozamiento y evita además la posibilidad de rebote de las ondas de presión.

La alta velocidad de los gases que circulan por la "Y" desde uno de los tubos, pueden hacer trabajo de succión a modo de tubo Vénturi en el otro conducto del par, lo que es un factor de limpieza adicional del cilindro del segundo tubo, si en ese momento se está produciendo el final de la carrera de escape del pistón correspondiente. Note en la figura 4 que los tubos que se llevan a una "Y" no corresponden siempre a cilindros vecinos, se hacen converger aquellos en los que el efecto de succión se puede aprovechar, es decir, aquellos cuyos pistones tengan las posiciones relativas adecuadas para que se cumpla lo descrito arriba.

El sensor de oxígeno.

Ya este asunto se ha tratado en el artículo correspondiente, estos dispositivos solo se usan en los automóviles dotados de inyección de gasolina y el algunos Diesel, y no siempre estará presente el sensor secundario.

El convertidor catalítico.

El convertidor catalítico es una de las numerosas piezas caras que tienen los automóviles y que no son necesarias para su funcionamiento. La utilización de este dispositivo se debe a la necesidad de eliminar hasta un alto porcentaje los gases tóxicos que acompañan al escape del motor. Solo está reglamentado su uso obligatorio en algunos países, donde el tránsito vial es intenso y por consiguiente la contaminación ambiental elevada. La dinámica de su funcionamiento es compleja y dependiente de diversos factores que deben ser controlados con exactitud para lograr el objetivo perseguido, la moderna forma de alimentar los motores por inyección de gasolina asistida por ordenador, y el uso de sensores de precisión han hecho posible que el trabajo eficiente del convertidos catalítico sea una realidad.

A este dispositivo entran los gases aun calientes procedentes del motor y en su interior se producen las reacciones químicas que convierten los gases tóxicos, en gases no tóxicos a la salida. Las reacciones se producen de forma catalítica por lo que de ello deriva su nombre.

En los convertidores modernos (de triple acción) las transformaciones se producen cambiando el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos sin quemar (CnHm) que vienen del motor, a dióxido de carbono (CO2), nitrógeno molecular (N2) y agua (H2O). Anteriormente los convertidores solo transformaban los hidrocarburos sin quemar y el monóxido de carbono y se les llama de doble acción, pero en la actualidad se les considera obsoletos o tienen un campo de utilización limitada.

Como catalizadores se emplean metales preciosos que son escasos y caros, entre ellos los más utilizados son el platino, el paladio y el rodio, especialmente el primero.

Para que el trabajo de convertidor pueda llevarse a cabo debe haber cierta cantidad de oxígeno sobrante en los gases de escape y una elevada temperatura (se dice que mas de 400ºC), por tal motivo en los 5-10 minutos iniciales del arranque del motor frío la eficacia del convertidor es prácticamente nula.

El uso de estos aparatos establece altas exigencias en cuanto a ciertos elementos que son frecuentes en las gasolinas, de hecho el plomo, que fue utilizado por mucho tiempo como mejorador del octanaje de la gasolina en forma de tetra etilo de plomo no puede utilizarse, ya que resulta muy tóxico para los materiales catalíticos. Otro componente indeseable en la gasolina es el azufre, debido a que en el convertidor produce sulfuro de hidrógeno que tiene un olor desagradable. Existen otras reacciones adversas en el catalizador pero el diseño cada vez mejor de estos va resolviendo esos problemas.

En la figura se muestra un esquema de un convertidor catalítico cortado para ver el interior, la parte fundamental del dispositivo es un cuerpo de estructura en forma de panal de abejas que ocupa todo el núcleo, y por donde pasan los gases de escape a través de las celdas. Este cuerpo, que puede ser de alguna aleación metálica de alta resistencia a la corrosión y a la temperatura, o de cerámica, tiene recubierto el interior de las celdas con una capa que contiene los materiales catalizadores (sustrato activo).

La gran compartimentación de núcleo hace que la superficie de contacto entre los gases de escape y los materiales catalizadores sea muy elevada y así favorecer las reacciones, pero al mismo tiempo, supone un elemento que adiciona resistencia al flujo de los gases. Por eso hay cierta situación de compromiso en el diseño del núcleo, lo que da lugar a un constante trabajo de mejoras.

El núcleo es un material frágil, por lo que se recubre con un paño de material refractario expandido para evitar su rotura durante las dilataciones y contracciones de todo el conjunto al calentarse y enfriarse. Por fuera del paño hay una cubierta metálica de protección, luego está cubierta, a su vez, está rodeada de un material aislante para evitar el enfriamiento del convertidor, y, finalmente, viene la cubierta externa que es la que vemos. Resulta evidente que todos los materiales involucrados en la construcción del convertidor catalítico deben ser de alta resistencia al calor y a la corrosión.

Finalmente creemos conveniente aclarar que las reacciones químicas principales que se desarrollan en el convertidor son de tipo exotérmicas, es decir generan calor, por eso es normal que los gases de salida tengan una temperatura superior que los de entrada, si la cantidad de oxígeno sobrante e hidrocarburos sin quemar que llegan al convertidor es muy grande, se puede dar el caso de que se fundan parcialmente algunas partes del núcleo arruinando por completo el dispositivo.

El silenciador

Este elemento tiene el objetivo de amortiguar el ruido que se produciría si la onda mecánica de choque generada cuando se abre la válvula de escape llegase directamente al exterior. El silenciador tampoco es imprescindible, pero pueden imaginarse una vía de tráfico intenso si todos los automóviles produjeran ruido intenso, por eso, en la mayoría de los países es de uso obligatorio este dispositivo.

Hay infinidad de diseños de silenciadores con mejor o peor eficiencia acústica, pero todos sin excepción, lo que buscan es convertir el flujo pulsante de ondas de choque de los gases de escape a un flujo continuo y silencioso. Para ello se utiliza la cualidad de las ondas de reflejarse e interferirse, veamos cómo funciona.

La clave para su funcionamiento radica en conducir los gases de escape que salen del motor, como ondas de choque desde cada uno de los cilindros, a una cámara donde estas ondas choquen y se reflejen desde las paredes y actúen de manera destructiva sobre las ondas entrantes.

En la figura se ha representado un esquema simplificado de como se atenúan las ondas dentro del silenciador. Para comenzar, diremos que el silenciador es una cámara cerrada, con una entrada por donde se introducen los gases del motor y una salida al resto del tubo de escape. Adentro tiene un tabique separador para formar dos cámaras (en la práctica son hasta 4), a una de las cámaras se introduce la mezcla entrante (rojo), formada por una serie de pulsos de presión u ondas de choque, estas ondas se mueven por la cámara hasta alcanzar la pared de donde se reflejan (azul). Si la distancia desde la boca del tubo de entrada hasta la pared del fondo se calcula bien, teniendo en cuenta la velocidad de propagación de las ondas en ese medio, se puede lograr que las ondas de rebote interactúen con las de entrada interfiriéndolas de modo destructivo, con la consiguiente disminución de la amplitud. De esa cámara pasan a la otra, donde el efecto se repite, y al final del silenciador salen los gases con las ondas (equivalentes al ruido) muy atenuadas. El gráfico de abajo muestra como podía ser el

proceso a lo largo del silenciador. Entran con una gran amplitud y salen con ella muy reducida.

El proceso en la figura está bastante simplificado y sirve para entender el funcionamiento, pero en la práctica, las ondas chocan en todas las paredes del dispositivo, y la interacción es entre un patrón de ondas más complejo que el representado.

En los silenciadores reales, se usan otros modos de favorecer el objetivo, como por ejemplo, llenar de perforaciones los tubos interiores para convertir la onda de choque en múltiples ondas (una por cada agujero), que al moverse y rebotar dentro de la cámara producen un intenso patrón de interferencia.

Otra cosa que se hace es llenar el espacio interior del silenciador con un material fibroso que absorbe y atenúa las ondas sonoras.

El resonador

El resonador no es más que otro dispositivo con un funcionamiento análogo al silenciador, y que refuerza el trabajo de eliminación de ruidos para obtener un escape más silencioso. No todos los vehículos tienen el resonador, más bien está reservado para los automóviles más caros y silenciosos.

Hay una variante del resonador que hace todo lo contrario, lo que busca es cambiar el patrón de ruido y hacerlo de mayor volumen y con una frecuencia modificada que da la impresión sicológica de un motor más potente. Estos resonadores no vienen nunca de fábrica en los automóviles, se compran y montan por los amantes a esos ruidos, generalmente jóvenes. Lo más común es que se coloquen en el lugar del tubo de cola.

El tubo de cola.

Durante su trayectoria a lo largo de todo el laberinto anterior en el tubo de escape, los gases se han enfriado, este enfriamiento, en ciertos casos de funcionamiento a poca potencia, permite que los gases puedan llegar a una temperatura menor de 100ºC dentro del tubo de escape, lo que implica que el abundante vapor de agua que contienen pueda condensarse como agua líquida, más probablemente en el tubo de cola que está al final. El agua en este estado puede formar soluciones con las otras sustancias que contienen los gases de escape, para producir agentes muy corrosivos, preferentemente ácidos: nítrico, con los óxidos de nitrógeno, y sulfúrico, con el dióxido de azufre de las gasolinas que contiene este elemento.

Además de este factor funcional, el tubo de cola es el elemento visible del tubo de escape, por estas dos razones esta parte final se construye de materiales vistosos y resistentes a la corrosión.

Los tramos de tubo

No son tramos de un tubo cualquiera, son en general de paredes muy finas para que sean de poco peso, y relativamente flexibles y así evitar cargas adicionales a las partes

integrantes durante las dilataciones y contracciones, por el notable cambio de temperatura entre reposo y funcionamiento. Además recuerde que están en el "frente de guerra" sometido por el exterior a la intemperie y por el interior a gases oxidantes muy caliente, por eso reciben un tratamiento protector superficial, generalmente aluminado, que le permite resistir esas condiciones por largo tiempo.

Sistema de Transmisión

TRANSMISION DE POTENCIA

Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u órganos de una máquina, muchas veces clasificados como uno de los dos subgrupos fundamentales de estos elementos de transmisión y elementos de sujeción.

En la gran mayoría de los casos, estas transmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación.

Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisión

Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automóviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias).

En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones más altas pueden ser sobre marchas que aumentan la velocidad de salida.

También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de construcciones y de minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas y accionadores eléctricos de velocidad ajustable.

Tipos de Transmisión

Entre las formas más habituales de transmisión son:

>Con correa, como una correa de distribución.

>Con cadena.

>Con balancines.

>Con cascada de engranajes.

>Con cardán.

>Con Mattia.

Correa de distribución

Definición

La correa de distribución o dentada, es uno de los más comunes métodos de transmisión de la energía mecánica entre el un piñón de arrastre y otro arrastrado, mediante un sistema de dentado mutuo que posee tanto la correa como los piñones, impidiendo su deslizamiento mutuo. Se emplea muy frecuentemente en motores Otto y Diesel de 4 tiempos entre el cigüeñal y el árbol de levas sistemas, en motores de, motocicletas y maquinaria industrial, de forma general, es una correa de goma normalmente que enlaza un generador de movimiento con un receptor de la misma por medio de poleas o piñones.

Funcionamiento

En automoción, usada en muchos motores de 4 tiempos tanto diesel como gasolina, la correa de distribución transmite el movimiento desde el cigüeñal al árbol de levas, con una relación de transmisión o de desmultiplicación de 1: 2, es decir el árbol de levas gira a la mitad de revoluciones que el cigüeñal. Va montada sobre unas ruedas dentadas llamadas piñones. La función de esta correa es sincronizar los 4 tiempos del motor, la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape y la función del Encendido del motor ya sea la chispa de la bujía o la sincronización de los inyectores diesel. Su forma, material, longitud y ubicación varían dependiendo del tipo de motor. En muchos casos arrastra también la bomba de refrigerante y / o la bomba de aceite del motor. Hay motores que poseen más de una correa, por ejemplo para ejes contrarrotantes anti vibratorios.

La correa de distribución, o correa dentada, debe sustituirse periódicamente dependiendo del uso, ya que el desgaste que se produce en ésta puede provocar daños graves en la culata, especialmente las válvulas, e incluso en los pistones. En los motores diesel de bomba rotativa está sometida a mucho más trabajo por las compresiones/descompresiones cíclicas del gasoil; esta circunstancia se ha eliminado con las bombas de alta de los sistemas Common-Rail.

Definición

Una cadena de transmisión sirve para transmitir del movimiento de arrastre de fuerza entre ruedas dentadas.

Cadenas de eslabones planos enlazados mediante pernos, habitualmente usadas en motos y bicicletas.

Transmitir el movimiento de los pedales a la rueda en las bicicletas o del cambio a la rueda trasera en las motos.

En los motores de 4 tiempos, para transmitir movimiento de un mecanismo a otro. Por ejemplo del cigüeñal al árbol de levas, o del cigüeñal a la bomba de lubricación del motor.

Hay algunos modelos de motos que usa un cardán para transmitir el movimiento a las ruedas. Sin embargo, el sistema de cadena da una cierta elasticidad que ayuda a iniciar el movimiento, sobre todo en cuestas. Su inconveniente es que se puede enganchar y es más débil que un cardan. Existe un dispositivo llamado falcón utilizado para absolver parte de la vibración de la cadena lo que impide la fragmentación de algún eslabón.

También hay sistemas hidráulicos o por correa.

En los motores de ciclo Otto de 4 tiempos se usan cadenas para el árbol de levas desde hace mucho tiempo, sobre todo desde la aparición de los motores SOHC y DOHC por su mayor silencio y menor coste que los piñones de distribución. Las correas dentadas sin embargo han ido ganado terreno para esta función.

Cada vez se tiende más a sustituir la cadena del árbol de levas por una correa ya que hace menos ruidoso el motor. A cambio, hay que sustituir la correa con más frecuencia que una cadena y consume un poco más de potencia del motor. La cadena de distribución, siempre que su engrase y su mecanismo tensor funcionen correctamente, dura lo que dura el motor.

Cardán

Junta cardán.

Junta cardan en movimiento.

El cardán es un componente mecánico, descrito por primera vez por GirolamoCardano, que permite unir dos ejes que giran en un ángulo distinto uno respecto del otro. Su objetivo es transmitir el movimiento de rotación de un eje al otro a pesar de ese ángulo. En los vehículos de motor se suele utilizar como parte del árbol de transmisión, que lleva la fuerza desde el motor situado en la parte delantera del vehículo hacia las ruedas traseras. El principal problema que genera el cardán es que, por su configuración, el eje al que se le transmite el movimiento no gira a velocidad angular constante.

En la actualidad, la configuración más común en los automóviles es el motor delantero transversal con tracción delantera. En esta configuración, así como en otras en que el

motor se ubica cerca de las ruedas motrices, no se utiliza el cardán. En estos casos la fuerza se transmite típicamente mediante semiejes y juntas homocinéticas.

El cardán es fácilmente observable en camiones por su tamaño abultado, en los que el árbol de transmisión se observa como una larga pieza de metal que rota sobre sí misma cuando el vehículo está en marcha. Está ubicada longitudinalmente entre el motor y el tren trasero donde están montadas las ruedas, pudiéndose observar un cardán típicamente en el acople con el diferencial o a la salida de la caja de cambios.

CAJA DE CAMBIOS

En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades (suele ser llamada sólo caja) es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento el vehículo desde parado, y una vez en marcha obtener un par suficiente en ellas para poder vencer las resistencias al avance, fundamentalmente las resistencias aerodinámicas, de rodadura y de pendiente

FUNDAMENTO

El motor de combustión interna alternativo, al revés de lo que ocurre con la máquina de vapor o el motor eléctrico, necesita un régimen de giro suficiente (entre un 30% y un 40% de las rpm máximas) para proporcionar la capacidad de iniciar el movimiento del vehículo y mantenerlo luego. Aún así, hay que reducir las revoluciones del motor en una medida suficiente para tener el par suficiente; es decir si el par requerido en las ruedas es 10 veces el que proporciona el motor, hay que reducir 10 veces el régimen. Esto se logra mediante las diferentes relaciones de desmultiplicación obtenidas en el cambio, más la del grupo de salida en el diferencial. El sistema de transmisión proporciona las diferentes relaciones de engranes o engranajes, de tal forma que la misma velocidad de giro del cigüeñal puede convertirse en distintas velocidades de giro en las ruedas. El resultado en la ruedas de tracción es la disminución de velocidad de giro con respecto al motor, y el aumento en la misma medida del par motor. Esto se entenderá mejor con la expresión de la potencia P en un eje motriz:

CONSTITUCION DE LA CAJA DE CAMBIOS

La caja de cambios está constituida por una serie de ruedas dentadas dispuestas en tres árboles.

Árbol primario. Recibe el movimiento a la misma velocidad de giro que el motor. Habitualmente lleva un único piñón conductor en las cajas longitudinales para tracción trasera o delantera. En las transversales lleva varios piñones conductores. Gira en el mismo sentido que el motor.

Árbol intermedio o intermediario. Es el árbol opuesto o contra eje. Consta de un piñón corona conducida que engrana con el árbol primario, y de varios piñones (habitualmente tallados en el mismo árbol) que pueden engranar con el árbol secundario en función de la marcha seleccionada. Gira en el sentido opuesto al motor.

En las cajas transversales este eje no existe.

Árbol secundario. Consta de varios engranajes conducidos que están montados sueltos en el árbol, pero que se pueden hacer solidarios con el mismo mediante un sistema de desplazables. Gira en el mismo sentido que el motor (cambios longitudinales), y en sentido inverso en las cajas transversales. En otros tipos de cambio, especialmente motocicletas y automóviles y camiones antiguos, los piñones se desplazan enteros sobre el eje.

La posición axial de cada rueda es controlada por unas horquillas accionadas desde la palanca de cambios y determina qué pareja de piñones engranan entre el secundario y el intermediario. , o entre primario y secundario según sea cambio longitudinal o transversal. Cuando se utilizan sincronizadores, el acoplamiento tangencial puede liberarse en función de la posición axial de estos y las ruedas dentadas no tienen libertad de movimiento axial. En las cajas transversales, la reducción o desmultiplicación final eje secundario/corona del diferencial invierte de nuevo el giro, con lo que la corona gira en el mismo sentido que el motor.

Eje de marcha atrás. Lleva un piñón que se interpone entre los árboles intermediario y secundario (longitudinal) o primario y secundario (transversal) para invertir el sentido de giro habitual del árbol secundario. En el engranaje de marcha atrás, normalmente se utiliza un dentado recto, en lugar de un dentado helicoidal, más sencillo de fabricar.

Todos los árboles se apoyan, por medio de cojinetes, axiales, en la carcasa de la caja de cambios, que suele ser de fundición gris, (ya en desuso) aluminio o magnesio y sirve de alojamiento a los engranajes, dispositivos de accionamiento y en algunos casos el diferencial, así como de recipiente para el aceite de engrase.

En varios vehículos como algunos camiones, vehículos agrícolas o automóviles todoterrenos, se dispone de dos cajas de cambios acopladas en serie, mayoritariamente mediante un embrague intermedio. En la primera caja de cambios se disponen pocas relaciones de cambio hacia delante, normalmente 2, (directa y reductora); y una marcha hacia atrás, utilizando el eje de marcha atrás para invertir el sentido de rotación.

La lubricación puede realizarse mediante uno de los siguientes sistemas:

Por barboteo.

Mixto.

A presión.

A presión total.

Por cárter seco.

CLASIFICACION DE LAS CAJAS DE CAMBIOS

Existen varios tipos de cajas de cambios y diversas maneras de clasificarlas. Hasta el momento en que no se habían desarrollado sistemas de control electrónico la distinción era mucho más sencilla e intuitiva ya que describía su construcción y funcionamiento. En tanto que se han desarrollado sistemas de control electrónico para cajas se da la paradoja que existen cajas manuales con posibilidad de accionamiento automatizado (por ejemplo Alfa Romeo) y cajas automáticas con posibilidad de intervención manual. La clasificación en función de su accionamiento es una de las clasificaciones aceptadas por mayor número de autores:

Manuales, mecánicas o sincrónicas

Tradicionalmente se denominan cajas mecánicas a aquellas que se componen de elementos estructurales (y funcionales), rodamientos, etc. de tipo mecánico. En este tipo de cajas de cambio, la selección de las diferentes velocidades se realiza mediante mando mecánico, aunque éste puede estar automatizado.

Los elementos sometidos a rozamiento ejes, engranajes, sincronizadores, o selectores están lubricados mediante baño de aceite (específico para engranajes) en el cárter aislados del exterior mediante juntas que garantizan la estanqueidad.

Los acoplamientos en el interior se realizan mediante mecanismos compuestos de balancines y ejes guiados por cojinetes. El accionamiento de los mecanismos internos desde el exterior de la caja -y que debería accionar un eventual conductor- se realizan mediante cables flexibles no alargables o varillas rígidas.

Las distintas velocidades de que consta la caja están sincronizadas. Esto quiere decir que disponen de mecanismos de sincronización que permiten igualar las velocidades de los distintos ejes de que consta la caja durante el cambio de una a otra.

La conexión cinemática entre el motor y la caja de cambios se realiza mediante el embrague.

Dentro de este grupo se encuentra la caja de cambios manual automatizada de doble embrague DSG -en alemánDirektSchaltgetriebe- del Grupo Volkswagen y la caja de cambios automática de doble embrague en seco DDCT -en inglés Dual DryCluthTransmision- de Fiat GroupAutomobiles, las cuales permiten el funcionamiento en modo manual o automático, además de obtener una velocidad de transmisión entre marchas muy superior al contar con la presencia de dos embragues, uno encargado de las marchas pares y el otro de las impares (y marcha atrás).

Automáticas o hidromáticas

La caja automática es un sistema que, de manera autónoma, determina la mejor relación entre los diferentes elementos, como la potencia del motor, la velocidad del vehículo, la presión sobre el acelerador y la resistencia a la marcha, entre otros. Se trata de un dispositivo electro hidráulico que determina los cambios de velocidad; en el caso de las cajas de última generación, el control lo realiza un calculador electrónico.

Mientras que la caja de cambios manual se compone de pares de engranajes cilíndricos, la caja automática funciona con trenes epicicloidales en serie o paralelo que conforman las distintas relaciones de transmisión