Circuitos de fluidos en el automóvil

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Para que el automóvil se desplace hacen falta diversas tecnologías, y muchas de estas necesitan algún fluido, líquido, gas o ambos para realizar sus funciones.

En este artículo vamos a comentar estas tecnologías y analizar sus circuitos de fluidos, antes de que vayan siendo desplazados por otro circuito no visible, el eléctrico, que ya controla muchos sistemas del automóvil y que va a ir tomando más funciones, sustituyendo más o menos progresivamente a tecnologías que han estado funcionando con fluidos hasta ahora.

En las diapositivas se explica el funcionamiento de cada tecnología con su respectivos circuitos de fluidos, complementada con imágenes.

Circuitos de aceite del motor y de la dirección asistida hidráulica de cremallera

Circuito de aceite del motor

  • El motor tiene cuatro cilindros en línea
  • El circuito de aceite del motor es necesario para el engrase de los componentes móviles que trabajan con fricción, reduciendo principalmente desgastes, rozamientos y ruido
  • Es un circuito cerrado y repetitivo; el aceite se succiona del cárter, hace su recorrido lubricante calentándose y recogiendo residuos e impurezas y cae de nuevo al cárter donde se enfría por el aire de la marcha, y radiador de aceite si lo hay
  • La suciedad e impurezas que recoge el aceite las va depositando en el filtro
  • El funcionamiento del motor supone que se queme algo de aceite por lo que se han de hacer mantenimientos periódicos, revisar nivel de aceite y sustituir aceite y filtro

Circuito de aceite de dirección asistida hidráulica de cremallera

La dirección de cremallera es la habitual desde que los automóviles llevan suspensión delantera independiente.

Unos aspectos que afectan a la seguridad activa o primaria y el confort de conducción es que el giro del volante no requiera esfuerzo excesivo, y que no hagan falta demasiadas vueltas para el funcionamiento de la dirección, ambos aspectos se logran con la dirección asistida, de la que vamos a ver la hidráulica:

  • El aceite a presión de la dirección asistida hidráulica empuja a la cremallera en el sentido de giro, reduciendo la fuerza necesaria en el volante, y número de vueltas
  • Durante este trabajo la temperatura en uso intensivo aumenta y puede ser conveniente incluir un radiador de aceite en el circuito
  • La bomba de presión de aceite de la dirección asistida puede ser arrastrada por el motor mediante una correa o disponer de un motor eléctrico, entonces se denomina dirección asistida electrohidráulica, siendo el circuito de aceite el mismo
  • El aceite circula haciendo un recorrido repetitivo y cerrado, desde el depósito hace el recorrido de asistencia y retorna de nuevo al depósito
  • Se ha de comprobar el nivel de aceite periódicamente y sustituir el aceite según el mantenimiento previsto

Circuitos de aceite del motor y de la dirección asistida hidráulica de cremallera

Circuitos de aceite de caja de cambios automática, automatizada y de variación continua

La función de la caja de cambios es adaptar el par aportado por el motor a las necesidades, pues hace falta más para iniciar la marcha, llevar peso y subir cuestas:

  • La caja de cambios manual habitualmente se lubrica por barboteo, el aceite genera turbulencias y se reparte por el arrastre del dentado de los engranajes, sin circuito de aceite
  • En las cajas manuales compactas los engranajes están unos alrededor de otros, como satélites, lo que dificulta la llegada del aceite, entonces se puede disponer de un sistema de bombeo de aceite que asegure la lubricación de todos los piñones

Circuito de aceite de caja de cambios automática con convertidor de par

  • Esta caja automática se diseñó específicamente para el paso automático de las relaciones con la palanca en posición D
  • La conexión con el motor se hace mediante el convertidor de par, es un conjunto de dos más una turbinas en baño de aceite, una viene del motor y la otra va a la caja de cambios, y entre ambas hay otra turbina que redirige los flujos de aceite para multiplicar el par motor hasta unas 2.000 a 2.500 RPM
  • La relaciones de transmisión se obtienen mediante engranajes epicicloidales, agrupando conjuntos de piñones mediante embragues en baño de aceite, y frenando otros grupos con discos en baño de aceite
  • La presión de aceite la genera una bomba y llega a cada sistema, embragues y frenos, por el distribuidor electrohidráulico
  • El aceite realiza un circuito cerrado repetitivo
  • El mantenimiento contempla comprobar el nivel de aceite y su sustitución con el filtro si lo lleva

Caja de cambios automatizada, robotizada o pilotada

  • La conexión con el motor se hace habitualmente mediante dos embragues, en seco o con discos en baño de aceite, uno para las relaciones impares y otro para las pares
  • El accionamiento de los embragues está automatizado y no hay pedal
  • La inserción de las relaciones es mediante sincronizadores, como en la caja manual, pero el accionamiento está automatizado
  • Estas inserciones se hacen de forma automática por un grupo electrohidráulico (o electrónico) que mueve los sincronizadores por presión de aceite que recibe desde el distribuidor electrohidráulico (también se puede hacer con motores eléctricos)
  • La presión de aceite es producida por una bomba y se distribuye a los componentes mediante el distribuidor electrohidráulico
  • El aceite circula y hace un recorrido repetitivo y cerrado
  • Se ha de comprobar el nivel de aceite y sustituirle periódicamente según el mantenimiento, incluyendo el filtro si lo tiene

Transmisión de variación continua (CVT)

  • Consiste en que no haya saltos de marchas, se pasa de forma continua de la relación más corta a la más larga y a la inversa
  • El funcionamiento se basa en dos grupos de poleas cónicas, uno sale del motor y otro va a las ruedas motrices
  • Entre las poleas hay una correa o cadena de transmisión
  • Las poleas motor y ruedas se juntan o separan simultáneamente lo que hace variar de forma continua el diámetro donde apoya la correa o cadena en las poleas
  • Lo más habitual es que la conexión con el motor se haga mediante convertidor de par
  • Es un circuito de aceite cerrado y repetitivo
  • El mantenimiento prevé comprobar el nivel de aceite y su sustitución periódicamente, incluyendo el filtro si lo hay
  • En estos dos enlaces hay más información relacionada; sustitución de aceite en cajas de cambios; enlace 1 y enlace 2 (automática, automatizada y CVT)

Circuitos de aceite de caja de cambios automática, automatizada y de variación continua

4×4 auto conectable por circuito de presión de aceite

  • En los automóviles 4×4 el rozamiento de transmisión es mayor lo que incrementa el consumo de combustible
  • En los todoterreno la transmisión a las cuatro ruedas puede ser permanente, con un diferencial central, lo que implica el consumo adicional mencionado cuando no se necesitan las aportaciones 4×4
  • Se soluciona haciendo que solo sea motriz permanente un eje, el trasero, y el conductor mediante un mando conecta el otro eje, delantero, cuando es necesario
  • Sabiendo que en piso adherente no se ha de circular en 4×4, pues la diferente velocidad de las ruedas, sobre todo en curvas, implica daños en las transmisiones y neumáticos
  • Estas acciones requieren que el conductor valore las situaciones, y en muchos casos se implanta el 4×4 en automóviles de turismo o SUV que lo van a necesitar poco y el conductor puede no saber utilizar bien un sistema conectable manual
  • Para solucionarlo se implantaron los sistemas 4×4 auto conectables, hay un eje motriz permanente y el otro se auto conecta cuando la adherencia hace deslizar a las ruedas motrices permanentes

De estos sistemas hay uno que trabaja por presión de aceite y encaja en el contenido de este artículo, se denomina haldex y funciona así

  • Es utilizado con implantación de motor delantero transversal, tracción permanente y propulsión auto conectable
  • En el árbol de transmisión delantero hay una bomba de aceite comunicada con una cámara con discos, unos giran con el árbol de transmisión delantero y otros con el trasero
  • En el árbol de transmisión trasero hay una válvula de paso de aceite
  • Cuando las dos transmisiones giran a la misma velocidad el aceite que envía la bomba a la válvula de paso vuelve de nuevo y se repite el circuito
  • Si el árbol de transmisión delantero gira más rápido, patina una o las dos ruedas delanteras, al girar a menor velocidad el trasero, incluso llegar a pararse, la válvula de paso cierra parcial o totalmente
  • Entonces el aceite de la bomba aumenta la presión en el interior de la cámara con los discos que se acoplan haciendo que llegue par motor al eje trasero, 4×4
  • Cuando giran de nuevo a la misma velocidad los dos árboles de transmisión la válvula de paso abre llegando aceite a la bomba y se separan los discos, tracción exclusivamente
  • Si pierden adherencia las ruedas delanteras de nuevo se repite este proceso, tantas veces como sea necesario
  • Es un circuito cerrado, el aceite hace un recorrido repetitivo con tracción para cortarse total o parcialmente aumentando la presión en fase 4×4
  • Se ha de hacer el mantenimiento previsto

4x4 autoconectable por circuito de presión de aceite

Circuitos de combustible del motor, aire de admisión y gases de escape

El motor representado tiene cuatro cilindros en línea.

Circuito de combustible del motor

  • Viene desde el depósito y llega hasta los inyectores que aportan el combustible al motor; en el colector de admisión si es inyección indirecta o directa si es dentro de los cilindros
  • El combustible puede ser líquido, gasolina o gasóleo, gas GNC o hidrógeno, y líquido en el depósito y gas para la inyección GLP
  • En el recorrido desde el depósito hay una o más bombas, filtro y sistema de distribución y control de inyección
  • Dentro de los cilindros el combustible se quema con el oxígeno del aire y el conjunto conforma los gases de escape
  • El circuito de combustible es abierto, parte desde el depósito y se va consumiendo por las inyecciones durante la marcha y se ha de repostar
  • El mantenimiento es sustituir el filtro de combustible
  • Inyección en motor de gasolina y en motor diésel

Circuito de aire de admisión

  • El aire exterior es succionado en admisión y entra a los cilindros pasando por el filtro de aire
  • Si el motor tiene turbocompresor el aire entra a los cilindros a presión, lo que implica más trabajo para el filtro
  • Dentro de los cilindros el oxígeno del aire induce la combustión con el combustible y se generan los gases de escape
  • El circuito de admisión es abierto y el aire se va renovando
  • El mantenimiento contempla la sustitución del filtro de aire

Circuito de gases de escape

  • Los gases de escape se forman en el interior de los cilindros al quemarse el combustible con el oxígeno del aire, cuando se genera el par motor
  • Durante la combustión se producen gases contaminantes tóxicos, no tóxicos y otros no contaminantes
  • Los gases de escape se evacuan al exterior por la línea de escape, en la que se incluyen complementos para neutralizar los gases contaminantes tóxicos y reducir el ruido y vibraciones, antes de salir al exterior ya sin contaminación tóxica
  • Con turbocompresor, es lo primero que se encuentran los gases de escape tras salir del motor para hacer girar la turbina que mediante un eje arrastra al compresor en admisión aumentando el caudal y presión del aire de admisión
  • El circuito de gases de escape es abierto desde los cilindros al exterior, habiendo cambios en su composición química en el recorrido
  • No hay mantenimiento periódico

Circuito de admisión y escape con turbocompresor.

Evolución de los sistemas anticontaminación.

Circuitos de combustible el motor, aire de admisión y gases de escape

Circuito de refrigeración por líquido con calefacción y circuito de aire acondicionado

Se ve el motor delantero en posición transversal:

  • El motor al funcionar genera calor y se mantiene la temperatura mediante el sistema de refrigeración
  • Toma el exceso de calor del motor y lo pasa a un líquido que es transportado al exterior para enfriarse en un radiador y volver de nuevo al motor a menor temperatura para refrigerarle
  • En el circuito de refrigeración se añade otro radiador con líquido caliente situado en el circuito del aire exterior al habitáculo, será la calefacción
  • El circuito de refrigeración es cerrado y el líquido hace un recorrido repetitivo
  • El mantenimiento contempla comprobar el nivel del líquido de refrigeración en el vaso de expansión y sustituirle periódicamente

Circuito de aire acondicionado

  • Para lograr que el habitáculo esté a menor temperatura que el aire exterior cuando hace calor se ha de fabricar frío
  • Se logra con el aire acondicionado mediante un fluido que hace una parte del recorrido en el circuito como gas y otra como líquido
  • Para fabricar frío se aumenta la presión del fluido en forma de gas, se enfría y licua, se limpia de posibles impurezas y de humedad que se pueda haber generado, y se le hace caer bruscamente de presión en un radiador situado en el paso de aire exterior al habitáculo
  • Esta caída de presión le hace pasar de nuevo a gas y absorber gran cantidad de calor en el proceso, enfriando el aire que pasa por el exterior del radiador de frío (evaporador)
  • El fluido de aire acondicionado circula en un recorrido repetitivo, como gas o líquido
  • El mantenimiento se basa en comprobar que la temperatura a máximo frío de salida del aire al habitáculo no supera 8º, de hacerlo se ha de revisar el sistema

Circuitos de refrigeración por líquido con calefacción y circuito de aire acondicionado

Circuito de aire de climatización; calefacción y aire acondicionado

En el paso del aire exterior al habitáculo hay dos radiadores, el primero es el de frío o evaporador y el segundo de calefacción:

  • Se coloca antes el de frío para que el agua que contenga el aire exterior se condense en su superficie y siga seco para agilizar el desempañado
  • Los caudales de paso de aire caliente y frío están regulados por la trampilla de mezcla que determina la temperatura del aire que entra al habitáculo, por tres posibles zonas, parabrisas, frontal y pies
  • El aire sale después del habitáculo por zonas previstas, se representan en el pilar C y bajo el maletero
  • Para evitar que aire exterior con suciedad entre al habitáculo se cuenta con el circuito de recirculación, se corta la entrada de aire exterior y el sistema se retroalimenta del aire del habitáculo
  • No se ha de mantener mucho tiempo pues no se renueva el aire
  • También se incorpora un filtro en el paso de aire exterior antes de llegar al habitáculo para reducir la entrada de suciedad, polución, olores …
  • El circuito de are de climatización es abierto con entrada y salida del aire exterior o cerrado en recirculación
  • El mantenimiento consiste en cambiar el filtro del habitáculo periódicamente

Circuito de aire de climatización; calefacción y aire acondicionado

Circuito hidráulico de frenos

Consiste en transmitir la fuerza de frenada desde el pedal a los frenos de rueda mediante líquido, que al no comprimirse mantiene la presión en todo el circuito:

  • Desde la bomba de frenos alimentada de líquido por el depósito llega a presión a los bombines de rueda al frenar
  • Los bombines de rueda empujan a las pastillas sobre los discos generando la fricción que provoca el efecto de frenada y calor
  • Se representa el circuito hidráulico independiente en diagonal o “X” el más habitual
  • Si hay fuga en uno de los circuitos el otro sigue operativo y además frena una rueda delantera que es la que más frena
  • Si se dispone de ABS las ruedas no se llegan a bloquear manteniendo capacidad direccional, y el EBV regula con máxima precisión la tendencia al bloqueo de las ruedas traseras, prescindiendo de los reguladores mecánicos de frenada de estas ruedas
  • Además de los discos en el coche y detalle ampliado se representan tambores con zapatas como sistema de frenos con circuito hidráulico
  • El líquido de frenos no circula, hace un pequeño movimiento de traslación para empujar a las pastillas sobre los discos (o zapatas sobre los tambores), su movimiento es de vaivén desde la bomba a las ruedas y vuelta, en recorridos muy cortos
  • Se va degradando el líquido por el calor que recibe al estar próximo a las zonas de fricción y al ir acumulando humedad por la entrada de aire en el depósito al bajar el nivel para compensar el desgaste de pastillas, discos, zapatas y tambores
  • El mantenimiento es sustituir el líquido según tiempo transcurrido y distancia recorrida
  • Implantaciones de frenos con circuito hidráulico

Circuito hidráulico de frenos

Circuito de accionamiento hidráulico del embrague

El accionamiento desde el pedal de embrague se puede hacer por un sistema mecánico de cable flexible de acero o mediante un circuito hidráulico, que es el que nos interesa:

  • El pedal de embrague mueve un pistón dentro del bombín emisor de embrague que recibe líquido desde un depósito
  • Un conducto lleva el líquido a presión al otro bombín receptor junto al embrague, el líquido empuja a un pistón y este al sistema de accionamiento del embrague
  • El sistema hidráulico permite recorridos sinuosos desde el pedal sin que afecte al funcionamiento, y además reduce el esfuerzo sobre el pedal
  • El líquido actúa como transmisor del movimiento al no comprimirse, y no está sometido a elevadas temperaturas
  • El líquido del circuito hidráulico de accionamiento el embrague es como el de frenos, no circula y realiza movimiento de vaivén
  • Se degrada el líquido por el uso y la dilución con la humedad del aire ambiente que entra al depósito al bajar el nivel para compensar el desgaste del disco de embrague
  • El mantenimiento es comprobar el nivel y cambiar periódicamente el líquido por distancia o tiempo

Circuito de accionamiento hidráulico del embrague

Otros enlaces

Vídeos de interés

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