Del embrague monodisco en seco al multidisco en baño de aceite

En este artículo vamos a recorrer la evolución del embrague en los últimos tiempos.

El par motor ha de llegar a las ruedas motrices para que el automóvil se desplace.

La caja de cambios situada tras el motor transforma el par, según las condiciones y velocidad de marcha, y lo pasa a las ruedas motrices por los demás componentes de la transmisión, entre estos el diferencial, que además distribuye la velocidad a cada rueda motriz en curvas según el radio de esta y la distancia que ha de recorrer cada rueda en el mismo tiempo.

El embrague es el enchufe o conexión entre el motor y la caja de cambios y lo acciona el conductor mediante un pedal.

Es necesaria la intervención del embrague al iniciar la marcha y para pasar de una a otra relación de caja de cambios.

La conexión entre motor y caja de cambios se puede hacer además de mediante el embrague también por convertidor de par, es el sistema utilizado por las cajas de cambio automáticas, que son las diseñadas con el objetivo de hacer los cambios de relación sin intervención del conductor.

En estas cajas automáticas la inserción de las relaciones es técnicamente muy diferente a las de las cajas manuales con sincronizadores, se hace en las automáticas mediante discos en baño de aceite con la función de arrastrar o frenar conjuntos de engranajes epicicloidales.

Hay otras cajas de cambio que pueden hacer los pasos de relaciones sin intervención del conductor, pero no son conceptualmente automáticas pues lo que hacen es insertar las relaciones mediante sincronizadores controlados por algún sistema que no requiere acciones del conductor (electrohidráulico, electrónico, …).

Estas cajas de cambio son; pilotada (un embrague sin pedal accionado por el control del sistema), automatizada (dos embragues, uno para las marchas impares y otro para las pares y marcha atrás, sin pedal de embrague).

Hay otra más que si se puede considerar automática, la transmisión de variación continua (CVT), en la que las relaciones varían de forma continua por la acción de dos conjuntos de poleas cónicas unidas por correa o cadena de transmisión, unas poleas están acopladas al motor y otras a las ruedas motrices.

Si estos temas te interesan al final se indican otros artículos del blog que los explican, además de más detalles relacionados con el embrague.

En este artículo con centramos en estos tipos de embragues; monodisco en seco, bidisco (en seco), cerámico y con discos en baño de aceite.

En cada tipo se explica con una aplicación en un automóvil o motocicleta que la incorpora.

También se ve la aplicación de dos embragues para una misma caja de cambios en dos implantaciones.

Embrague monodisco en seco (Auto Unión DKW 1000)

En este automóvil la implantación técnica es de motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea por detrás del eje y tracción (delantera):

  • La caja de cambios está por delante del motor y entre ambos se sitúa el embrague
  • El volante de inercia del motor recibe el par y está unido al cigüeñal
  • Se representa el dentado exterior para que engrane el piñón de mando del motor de arranque
  • La parte del volante de inercia del lado opuesto al motor tiene un tallado en forma de corona circular plana que será el apoyo del disco de embrague
  • A continuación está el disco de embrague, es un disco metálico con dos superficies de fricción adheridas una a cada lado, una hacia el volante motor y otra en el lado del plato de presión, que se explica a continuación
  • El disco de embrague tiene un dentado en su centro en el que acopla el árbol que va a la caja de cambios (primario)
  • Plato de presión, es una pieza metálica en forma de corona circular con un sistema para comprimir el disco sobre el volante motor, gira conjuntamente al volante motor.
  • Primero se utilizaba un conjunto de muelles que se sustituyó por un diafragma con la misma función y de empuje circular más uniforme
  • La superficie de fricción del lado opuesto al volante motor del disco de embrague apoya sobre la placa del plato de presión
  • El disco de embrague puede estar en contacto o separado del volante motor y plato de presión, en el primer caso se transmite el par motor a la caja de cambios, embragado, y en el segundo no hay paso de par a la caja de cambios, desembragado
  • Con el pedal de embrague suelto el sistema de presión mantiene comprimido el disco sobre el volante motor, embragado, y con el pedal pisado el plato de presión no comprime el disco separando el giro del motor de la caja de cambios, desembragado
  • Se representa en la imagen del coche el pedal de embrague y en esquema el sistema de accionamiento desde este al plato de presión
  • Al final del artículo se indica uno del blog en el que se ven los dos sistemas de accionamiento del embrague, y otro en el que se hace con control conjunto de la caja de cambios, embrague pilotado, hay embrague pero no pedal
  • Se ven en la imagen los elementos del embrague; en el automóvil, en detalle y las posiciones de embragado y desembragado
  • Los elementos del embrague son; volante de inercia del motor, disco de embrague con dos superficies de fricción sujetas al disco metálico central (por remaches en la imagen), plato de presión (con muelles o diafragma), pedal de embrague y sistema de accionamiento
  • Al embragar y desembragar se producen mínimos desplazamientos del disco de embrague sobre el eje que va a la caja de cambios (primario) para separarse o comprimirse del volante motor y plato de presión
  • En el embrague explicado el par se transmite mediante un disco de embrague que funciona en seco, es el sistema monodisco en seco
  • Si entran en contacto con aceite las superficies de fricción del disco, del motor o caja de cambios patina y se deteriora rápidamente

Embrague monodisco en seco (Auto Unión DKW 1000)

Embrague bidisco en seco (BMW M5 E39)

Motor longitudinal delantero de ocho cilindros en V y propulsión (tracción trasera) es la implantación técnica de este coche.

El diámetro de los componentes de desgaste del embrague, disco, volante motor y plato de presión, en este también la fuerza de empuje, determinan el par motor que puede transmitir.

Es mucho más sensible al desgaste el disco de embrague, de hecho sus forros de fricción son los elementos fusibles que determinan la duración del embrague.

Si el par motor a transmitir es elevado es necesario aumentar el diámetro del disco de embrague, y en consonancia el volante motor y plato de presión.

Pero puede ser excesivo el tamaño para un automóvil, en un motor de camión o autobús hay más espacio.

  • Para asumir valores elevados de par motor en automóviles con enfoques muy prestacionales y que han de poder circular por infraestructuras convencionales, se suele utilizar el embrague bidisco como se ve en las imágenes, con dos discos de embrague de la mitad de diámetro del necesario para transmitir el par motor
  • A continuación del volante motor está el disco de embrague 1
  • Tras este un plato de apoyo intermedio con dos superficies en forma de corona circular, una a cada lado
  • En uno de los lados apoya el disco de embrague 1
  • Al otro lado del plato de apoyo intermediario hay otro disco de embrague, el 2
  • Este disco de embrague 2 asienta por el lado opuesto con la placa de apoyo del plato de presión
  • El volante motor, el plato de apoyo intermedio y el plato de presión están acoplados en giro, pudiendo desplazarse el plato de presión intermedio, como ambos discos de embrague, longitudinalmente al desembragar y embragar
  • Los dos discos de embrague engranan con el árbol que va a la caja de cambios (primario)
  • El accionamiento desde el pedal es como en el embrague monodisco en seco, se representa un sistema de mando genérico
  • En la imagen se ven los componentes citados, ubicados en el automóvil, en detalle y en posiciones de embragado y desembragado
  • La denominación de este sistema de embrague está relacionado con el número de discos de embrague, bidisco, y que trabaja en seco pues funciona sin aceite u otro fluido

Embrague bidisco en seco (BMW M5 E39)

Embrague cerámico (Nissan 370Z)

La implantación técnica de este automóvil coupé de dos puertas es motor longitudinal delantero de seis cilindros en V y propulsión (tracción trasera):

  • Los componentes del embrague son similares al monodisco en seco explicado, con diferencias en el disco de embrague
  • Los elementos de fricción sobre el volante motor y plato de presión de este disco de embrague son implantes cerámicos, que soportan altas temperaturas y con mucha resistencia al desgaste
  • Se podría considerar este sistema una solución alternativa al embrague bidisco al poder transmitir muy altos valores de par, pero el acoplamiento de los implantes cerámicos en el plato de presión y volante motor es brusco lo que afectaría al circular por zonas que requieran frecuentes cambios de marcha con avances y retenciones
  • Por esta razón este sistema de embrague se utiliza en automóviles de competición o usos en los que sea asumible este comportamiento, en este caso suele ser opcional
  • Se representa conceptualmente el sistema de mando de accionamiento del embrague desde el pedal en la imagen del coche
  • Se ve en las imágenes los componentes de este sistema de embrague; montados en el coche, en detalle, y en las situaciones de embragado y desembragado
  • Se identifica a este sistema de embrague por el material de los componentes de fricción del disco, embrague cerámico

Embrague cerámico (Nissan 370Z)

Embrague multidisco en aceite (BMW “bóxer”)

La aplicación más habitual de este sistema de embrague es en motocicletas, pues su diámetro es reducido facilitando su integración entre motor y caja de cambios y trasmite valores de par suficientes, además de que el peso a arrastrar de la moto es sensiblemente menor que el de un coche.

Por esto hemos incluido una moto en este artículo del blog dedicado a la tecnología del automóvil.

También se aplica este sistema de embrague en el automóvil; en algunas cajas de cambios automatizadas y alguna caja de cambios automática en sustitución del convertidor de par, esta combinación es peculiar.

Ambas aplicaciones las vamos a ver en automóviles que las equipan.

  • El motor de esta motocicleta es longitudinal de dos cilindros horizontales opuestos, a continuación está el embrague y después la caja de cambios con la transmisión a la rueda trasera.
  • Hemos seleccionado esta motocicleta por su similitud de implantación a la utilizada en automóviles, por ejemplo Panhard Dyna o Citroën 2CV, pero con ruedas delanteras motrices y embrague monodisco en seco en estos coches
  • El Citroën 2CV puede tener otro tipo que se comenta en un artículo del blog que se indica al final
  • El volante de inercia del motor tiene la corona dentada para el motor de arranque
  • A continuación del volante motor, en el interior de una cámara de aceite, hay varios discos intercalados, unos son metálicos que giran con el volante motor, y otros de fricción que están acoplando por un eje a la caja de cambios (primario)
  • El número de discos depende del par motor que ha de transmitir el embrague
  • En el extremo opuesto al volante motor tras los discos se ubica el sistema de presión, representado como el plato de presión que hemos utilizado en las anteriores explicaciones de otros sistemas de embrague
  • La fuerza ejercida por el plato de presión comprime los discos que giran acoplados en posición embragado
  • Desde la maneta izquierda del manillar el motorista acciona el mando del embrague, que se ve en la imagen
  • Se representa en las imágenes los componentes de este sistema de embrague; colocados en la moto, en detalle y en posiciones de embragado y desembragado
  • El funcionamiento mediante discos intercalados en una cámara de aceite da nombre a este sistema de embrague; multidisco en baño de aceite

Embrague multidisco en aceite (BMW “bóxer”)

Embrague multidisco en aceite en caja de cambios automática (Mercedes C63 AMG)

El automóvil que se ve en la imagen es 4×4 y tiene motor longitudinal delantero de ocho cilindros en V y caja de cambios automática.

La caja de cambios automática se diseñó para la inserción automática de las relaciones sin que intervenga el conductor en posición D (“Drive”) de la palanca de cambios.

Ha contado con la posibilidad de limitar la actuación de las relaciones más altas, sobre todo para tener retención motor en descensos prolongados.

Con la evolución se ha pasado a poder seleccionar el conductor la relación que quiere en cada momento, + para subir de marcha y – para bajar, manteniendo por supuesto el funcionamiento automático D, que es la razón de su diseño original.

Estas cajas de cambios automático cuentan con una tecnología específica de inserción de las relaciones, mediante discos en baño de aceite, cuya actuación se hace mediante presión de aceite y control electrohidráulico, que arrastran (embragues) o bloquean (frenos) conjuntos de piñones epicicloidales, ya se comentó en la introducción.

La forma de conectar estas cajas de cambios con el motor es habitualmente mediante convertidor de par, funciona por torbellinos de aceite a presión sin contacto mecánico.

Como el convertidor implica cierto patinamiento al iniciar la marcha y durante los cambios de relación, algunos automóviles con enfoques muy prestacionales sustituyen el convertidor por uno (o más) embrague(s) multidisco en baño de aceite, como el coche de la imagen:

  • Las posiciones de la palanca de cambios son; P aparcamiento, la caja de cambios se bloquea y también las ruedas motrices. R marcha atrás. N neutro o punto muerto. D (“drive”) automático, se insertan automáticamente las relaciones al actuar el conductor sobre el acelerador
  • Las posiciones + y – seleccionadas por el conductor suben o bajan relaciones, es el funcionamiento secuencial
  • Además de en la palanca es habitual disponer de mandos junto al volante, + y –, para que el conductor controle el funcionamiento secuencial
  • Tras el volante motor están los componentes del sistema de embrague multidisco en una cámara llena de aceite; conjuntos de discos metálicos y de fricción (se representan dos de cada pero su número depende del para motor a transmitir)
  • A continuación de los discos en baño de aceite está el sistema de empuje sobre estos, representado por un plato de presión, que puede ser accionado por un sistema similar al diafragma o por presión de aceite, en la imagen se ven los dos sistemas de accionamiento
  • El control electrónico interviene sobre elementos electrohidráulicos para la actuación del embrague multidisco, sistema de accionamiento, y del interior de la caja de cambios para la inserción de las relaciones
  • Se ve en la imagen los elementos de este sistema de embrague en el automóvil, en detalle, y en las dos posiciones de embragado y desembragado
  • Se resalta la actuación del control electrónico sobre el sistema de accionamiento que controla el embrague multidisco que conecta con el motor
  • La denominación de este embrague es multidisco en baño de aceite, y se ha de mencionar en las características de la caja de cambios automática que, como se ha dicho, habitualmente utiliza convertidor de par

El convertidor de par en la caja de cambios automática induce efecto arrastre, el coche tiende a desplazarse en las posiciones de movimiento de la palanca.

Este efecto facilita las maniobras a muy baja velocidad y arranque en subida.

Para que el embrague en baño de aceite en este automóvil tenga similar comportamiento se hace que con marcha insertada patine ligeramente generando el mismo efecto de arrastre.

En la imagen acompaña a las posiciones embragado y desembragado un pedal de embrague virtual pues no hay pedal físico”.

Embrague multidisco en aceite en caja de cambios automática (Mercedes C63 AMG)

Dos embragues; en seco y multidisco en baño de aceite para cajas de cambios automatizadas

En estas cajas de cambios se parte de una caja manual que se ha desarrollado para comportarse como una automática, con las mismas posiciones de la palanca; P, R, N, D, + y –, son las cajas de cambios automatizadas, que mantienen la inserción de las relaciones mediante sincronizadores y controlan la subida y bajada de marchas según actúe el conductor sobre el acelerador, sin su intervención sobre la palanca, a la vez que accionan el o los embragues, pues no hay pedal.

Estas cajas de cambios se denominan pilotadas y pueden tener un embrague en seco exclusivamente o, como es habitual dos, es decir hay dos embragues independientes, uno para las relaciones impares y otro para las pares y marcha atrás, se denominan estas cajas de cambios con dos embragues automatizadas.

Los dos embragues pueden ser concéntricos o ir uno detrás del otro.

Como el tema de este artículo es sobre el embrague no añadimos más sobre estas cajas de cambios, si se quiere más información se indican al final otros artículos del blog relacionados.

Con dos embragues en seco EBS (Renault Talismán)

  • Se ven los componentes de los dos embragues. EBS 1; volante motor, disco de embrague y plato de presión. EBS 2; plato de apoyo, que conecta con el motor, disco de embrague y plato de presión
  • Se representan estos dos embragues en el coche y en detalle embragado y desembragado cada uno
  • Al indicar las característica de esta caja de cambios se ha de resaltar que cuenta con dos embragues en seco

Con dos embragues multidisco en baño de aceite EBA (Audi TT)

  • Los componentes del embrague en baño de aceite 1 EBA1 son; volante motor y en una cámara de aceite los discos de fricción y metálicos y el sistema de empuje representado por un plato de presión
  • El EBS2 con sus elementos en la cámara de aceite tiene una placa de apoyo, que gira con el motor, discos de fricción y metálicos y sistema de plato de presión como empuje sobre los discos
  • Se ven los embragues en el coche y se detallan las posiciones de embragado y desembragado de cada uno
  • Al identificar esta caja de cambios se indica que dispone de dos embragues multidisco en baño de aceite

Las cajas de cambios automatizadas pueden tener un tacto más o menos brusco en maniobras a muy baja velocidad hacia adelanta o atrás, se llega a apreciar al aparcar y al iniciar subidas en rampa.

La causa es que con el pedal del acelerador se  han de hacer dos cosas, adaptar las RPM del motor y el punto de acoplamiento del embrague que interviene.

Se compensa este comportamiento haciendo que el embrague implicado patine ligeramente simulando efecto arrastre, como hace el convertidor de par, lo que ayuda en las situaciones comentadas.

Dos embragues; en seco y multidisco en baño de aceite para cajas de cambios automatizadas

 

Además de los embragues explicados quedan dos, el electromagnético (funciona controlando la inducción magnética para conectar o desconectar el motor de la caja de cambios) y el centrífugo, antes citado.

Este último se menciona en dos artículos; “Daf Variomatic” y “Citroën 2 CV”, en el primero además se ven los inicios de la transmisión de variación continua (CVT), se indica a continuación donde están los artículos en el blog, entre otros más relacionados.

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Vídeos de interés

¿Cómo funciona un embrague? (Animación)
¿Cómo funciona un embrague multidisco? (Animación)

 

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