1.22.1. Transmisión integral

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Para su desplazamiento el automóvil utiliza dos de sus ruedas, traseras, propulsión (tracción trasera) o delanteras, tracción (delantera), que son las que reciben la fuerza motriz, el par motor.

Las ruedas del otro eje no motriz giran por el arrastre del automóvil.

Las ruedas son los puntos de contacto del coche con el suelo en la huella, en esta se trasmiten todas las fuerzan dinámicas entre neumático y suelo.

En las cuatro ruedas se generan fuerzas de frenada y laterales, pero fuerzas motrices solamente en las que reciben el par motor de la transmisión.

Hay situaciones en las que disponer de cuatro ruedas motrices o transmisión integral, las cuatro reciben el par motor, puede resultar adecuada para el desplazamiento del automóvil.

Para ir entrando en materia vamos a comenzar presentando el diferencial, que se explica con detalle en el capítulo 2.17.2 de caja de cambios.

Aportaciones del 4×4

Presentación de la función del diferencial

El diferencial es la base para que el automóvil pueda tomar curvas con seguridad, pero también supone un inconveniente al circular sobre pisos de reducida adherencia.

Así actúa el diferencial:

  • El automóvil de la imagen tiene motor delantero longitudinal y propulsión (tracción trasera)
  • El diferencial está en el eje trasero; reparte mecánicamente la velocidad entre las ruedas motrices del eje según la distancia que han de recorrer
  • En recta las dos ruedas motrices reciben la misma velocidad, pues sus recorridos sobre el suelo son iguales
  • En curva recibe más velocidad la rueda exterior que la interior, pues recorre más espacio en el mismo tiempo, el diferencial da a cada rueda la velocidad que precisa si la adherencia es buena
  • Si una rueda motriz pasa sobre piso poco adherente, la izquierda en este caso, recibe toda la velocidad y todo el par no avanzando el automóvil
  • Al no haber casi resistencia para girar sobre el suelo de muy baja adherencia, el diferencial envía a esta rueda toda la velocidad (el doble), y la otra se para

Es habitual en carreteras nevadas ver como en algunos automóviles patina una de las ruedas motrices girando sobre si mismas sin que avance el automóvil, pues la otra esta parada, es el efecto del diferencial.

Cuanto más acelere el conductor peor, pues aumenta el par motor y la fuerza motriz que trasmite la rueda al suelo es mayor, incrementando el deslizamiento.

Concepto de 4×4

Para valorar las aportaciones de la transmisión integral se va a ver cómo se transmite el par a suelo, es la fuerza que reciben las ruedas motrices, con propulsión, tracción y 4×4:

  • El coche de la imagen superior tiene motor longitudinal delantero y propulsión (tracción trasera), se resalta el diferencial en el eje trasero
  • En el coche de la imagen central el motor longitudinal es central (tras el eje delantero) y es de tracción (delantera), se ve el diferencial en el eje delantero
  • El coche de la imagen inferior tiene motor longitudinal delantero y tracción a las cuatro ruedas, hay un diferencial en cada eje
  • Se representa la fuerza motriz por una flecha amarilla
  • Con propulsión (imagen superior) las ruedas traseras reciben toda la fuerza motriz, el par motor, desde el diferencial
  • En el coche con tracción (imagen central) son las ruedas delanteras las que reciben la fuerza motriz, par motor, desde el diferencial
  • Con transmisión integral (coche de la imagen inferior) las cuatro ruedas reciben la fuerza motriz, el par motor, cada una de las ruedas desde el diferencial de su eje
  • Al repartirse entre cuatro el par motor cada rueda recibe la mitad comparado con los otros coches que tienen solamente un eje motriz, propulsión o tracción

Si las fuerzas motrices en las ruedas son elevadas, será necesaria buena adherencia para poder transmitirlas al suelo, como con 4×4 la fuerza motriz es la mitad en cada rueda se vislumbra que tendrá mejor capacidad de avance según se reduce la adherencia neumáticos – suelo.

Circulo de adherencia

Con propulsión (tracción trasera)

Se representa el automóvil en planta y vista lateral:

  • Implantación de motor delantero longitudinal y propulsión
  • Se resalta la ubicación del diferencial en el eje trasero
  • Bajo cada rueda motriz aparece su círculo de adherencia, representa didácticamente la adherencia entre el neumático y el suelo
  • Se ve la fuerza motriz en el círculo de adherencia de cada rueda trasera
  • Si la fuerza motriz no supera el círculo de adherencia el automóvil se desplaza sin problema
  • En caso de que la fuerza motriz aumente o disminuya el circulo de adherencia (piso más deslizante) las ruedas traseras motrices deslizan, lo que implica:
    • Menos capacidad de avance, las ruedas giran sobre sí mismas
    • Desvíos de trayectoria si la adherencia es diferente en cada rueda motriz

El peso sobre las ruedas motrices influye en su capacidad de adherencia, con más peso aumenta y a la inversa.

Este automóvil tiene más peso en vacío delante que detrás, que se va equilibrando e invirtiendo con la ocupación y equipaje.

Con tracción (delantera)

Se ve el automóvil en planta y vista lateral:

  • El motor longitudinal es delantero – central y son motrices las ruedas delanteras, tracción
  • El diferencial está en el eje delantero
  • Debajo de cada rueda motriz se ve su círculo de adherencia, es la representación didáctica de la adherencia entre el neumático y el suelo
  • Se ve la fuerza motriz en el círculo de adherencia de cada rueda delantera
  • Cuando la fuerza motriz se mantiene dentro del círculo de adherencia el automóvil se desplaza con normalidad
  • Si la fuerza motriz aumenta o disminuye el circulo de adherencia (piso más deslizante) las ruedas delanteras motrices deslizan, lo que supone:
    • Menos avance, las ruedas delanteras giran sobre sí mismas
    • Menos capacidad direccional al no poder transmitir las ruedas delanteras la fuerza motriz al suelo en la huella, ya que son también directrices
    • Pérdida de trayectoria, más si la adherencia es desigual ente los lados

El peso en esta implantación técnica es mayor que en la anterior sobre las ruedas motrices delanteras, lo que mejora la capacidad de transmitir las fuerzas motrices al suelo.

Con transmisión integral

Las imágenes representan al automóvil en planta y vista lateral:

  • Motor longitudinal delantero transmisión a las cuatro ruedas
  • Un diferencial en cada eje, delantero y trasero
  • Debajo de cada una de las cuatro ruedas motrices se ve su círculo de adherencia, didácticamente indica la adherencia entre cada neumático y el suelo
  • Aparece la fuerza motriz en el círculo de adherencia de las cuatro ruedas motrices
  • Al repartirse la fuerza entre las cuatro ruedas no se supera el círculo de adherencia en situaciones en qué si se produciría con un único eje motriz, propulsión o tracción:
    • Si la adherencia se reduce mucho llegarán a deslizar las ruedas al superar la fuerza motriz el círculo de adherencia

Con cuatro ruedas motrices podrán transmitir mejor el par al suelo las que soporten más peso.

Circulando sobre hielo la adherencia en tan escasa que solamente se puede avanzar con cadenas o neumáticos de clavos, aunque el automóvil disponga de 4×4.

Velocidad de ruedas en recta y curva

Ya se sabe cuál es la función del diferencial, el como lo hace se trata en el capítulo 2.17.2, con esta información se explica un aspecto trascendental relacionado con el 4×4:

  • Circulando en recta las ruedas giran a la misma velocidad y los diferenciales de este automóvil 4×4, uno en cada eje, aportan igual velocidad a cada rueda
  • En curvas las ruedas exteriores han de recorrer más distancia en el mismo tiempo, la función del diferencial de cada eje es permitirlo
  • Pero también deben girar a distinta velocidad las ruedas de cada eje, es decir sus árboles de transmisión desde la caja de cambios deberían girar a diferentes velocidades, al no estar los ejes delantero y trasero a la misma distancia del centro de la curva
  • En piso deslizante no importa esta diferencia pues las ruedas deslizan parte de su giro sobre el suelo sin generar grandes esfuerzos en la transmisión
  • Pero si el piso es adherente se producirán grandes esfuerzos entre los neumáticos, el suelo y los elementos de transmisión
  • Se ha de contar con sistemas que impidan o compensen estas situaciones para evitar daños en los neumáticos y elementos de transmisión
  • De momento definimos este sistema como distribuidor 4×4

Hay diferentes tecnologías para evitar daños en los automóviles 4×4 circulando sobre pisos adherentes, que además es frecuentemente donde más van a rodar.

De los sistemas originales que precisan de la capacidad del conductor para manejar el mando de conexión 4×4, a los automáticos que adaptan la transmisión del par a las ruedas con más adherencia sin que intervenga el conductor.

En este capítulo se presentan estos sistemas que se desarrollan en el 2.22.1.

Soluciones de transmisión en curva

Se presentan tres formas de implantar el 4×4 para circular tanto por piso deslizante como adherente.

Imagen superior izquierda; es un sistema 4×4 conectable manual:

  • La propulsión es permanente
  • La tracción se conecta mediante una palanca que ha de accionar el conductor cuando se circule por pisos de baja adherencia
  • Si se va en 4×4 con buen agarre de los neumáticos se dañarán estos y la trasmisión, el conductor ha de saber cómo utilizar este sistema 4×4

Imagen superior derecha; es 4×4 auto conectable:

  • La propulsión es permanente
  • La tracción es auto conectable, mediante un sistema que mide la velocidad de las ruedas traseras se detecta su deslizamiento, entonces se auto conecta también la tracción hasta que las ruedas traseras recuperan la adherencia, sin que actúe el conductor

Imagen inferior; este es un 4×4 permanente:

  • Hay un diferencial central que permite diferentes velocidades de los árboles de transmisión delantero y trasero, por lo que puede circular en pisos con buena adherencia
  • Se reparte el par permanentemente entre las cuatro ruedas
  • Si alguna de las cuatro ruedas pasa sobre piso muy deslizante se lleva toda la velocidad no avanzando el automóvil
  • Para circular sobre pisos de baja adherencia se dispone de un bloqueo manual o automático del diferencial central
  • Si el accionamiento es manual solamente se ha de utilizar en pisos deslizantes para no dañar neumáticos y trasmisión

Son diversas las tecnologías posibles para controlar la transmisión 4×4, se explican en el capítulo 2.22.1 y en este se presentan algunas.

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