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EMBRAGUES

 

autor: jjhv@arpem.com
 

Uno de los problemas de los motores de combustión es que no pueden acoplarse directamente al mecanismo de transmisión, ya que para que la regularidad de giro se produzcan, precisan de un número determinado de revoluciones, y a estas el vehículo ya se debería desplazar a una velocidad razonable.

Además para iniciar el movimiento se precisa de un aporte de par superior al necesario para mantenerlo en movimiento, todos los que hemos tenido que empujar un coche en llano sabemos que lo que mas cuesta es comenzar a moverlo.

Este mayor aporte inicial hace preciso que el motor eleve su régimen de giro sin que el coche le siga mediante una unión rígida , para eso se intercala el embrague.

En los vehículos dotados de caja manual el embrague cumple una doble función por un lado proporciona el resbalamiento que nos permite la forma de poner el coche en marcha y por otra desacopla el eje de la caja de cambios ,de la salida del motor, lo cual facilita la labor de los sincronizadores , para introducir las distintas relaciones.

Hay distintos tipos de embrague pero los que nos van a centrar son los hidráulicos, y multidiscos bañados en aceite.

El embrague hidráulico es de un funcionamiento sencillo, consta básicamente de una bomba y una turbina, la bomba mueve un fluido, de un modo similar a como lo haría un ventilador, y la turbina enfrentada directamente a él recoge la energía del fluido el cual la arrastra del mismo modo que un molinillo gira cuando recibe una corriente de aire. El fluido es aceite , y para cerrar el circuito del mismo la forma de la turbina y la bomba se encuentran enfrentadas de forma que el aceite que sirve de fluido describe una trayecto de forma toroidal, su diseño evita que el arrastre sea grande a revoluciones bajas, del orden de 500 rpm, de esa forma a ralentí cuando el aporte de par es bajo la turbina no se ve arrastrada.

Cuando se demanda carga al motor, la no existencia de un par resistente eleva las revoluciones de este, acelerando la bomba del embrague y arrastrando la turbina del mismo, esta pasa el par aportado a la caja y comienza el movimiento, el régimen del motor sube lo suficiente como para comenzar a producir un arrastre significativo, y llegado este, el aumento de carga en el motor se traduce en un incremento de par del mismo no en una subida de régimen de revoluciones.

Este sencillo elemento evita cualquier calado del motor por bajo régimen, o por una aporte de par reducido, permitiendo a su vez que cuando se le demanda mayor esfuerzo al motor en marchas largas, se traduzca en un deslizamiento en el embrague que le permita subir el régimen del motor a un valor de mayor aporte de par.

El abuso del embrague acarrea un mayor consumo , precisamente por ese deslizamiento , y tiene el defecto de no poder aumentar el par de salida frente al de entrada , eso significa que ante demandas excesivas podría calentarse innecesariamente su fluido.

El convertidor de par es una evolución del propio embrague hidráulico, básicamente son iguales, salvo por una corona llamada estator o reactor que va intercalada entre la bomba y la turbina, su misión es que cuando las revoluciones de la bomba (cigüeñal) son bajas, inferiores a 2000 rpm se bloquea en una posición respecto de la carcasa donde desvía el flujo de aceite que sale de la bomba haciendo incidir el aceite sobre la turbina con mayor velocidad, permitiendo que el par de salida del mismo sea incluso mayor que el de entrada, es de notar que no viola ninguna ley de conservación de la energía , simplemente aumenta el rendimiento evitando que el resbalamiento entre la turbina y bomba se traduzca en un mayor calentamiento del fluido, y transforma mayores velocidades de la bomba en menores en la turbina pero con mas par disponible.

El estator rebasadas el nivel de revoluciones de bajo aporte de par queda libre no oponiéndose a la libre circulación del fluido, ni cambiando su trayectoria, quedando como un simple embrague para revoluciones superiores.

Con esta sencilla mejora, que seria al embrague como la geometría variable al turbo, se consigue un mayor aprovechamiento de la energía aportada por el motor, reduciendo las perdidas energéticas en calentamiento del fluido.

Las mejoras que introduce son del tipo de conseguir una multiplicación de par llegando a duplicar el de salida frente a la entrada , por lo que es como si ser dispusiera de una pareja de engranajes a la entrada de la caja aunque de relación variable.

La suavidad de transmisión de movimiento es otra de las característica de este tipo de embrague frente a los tradicionales de disco, lo cual implica una unión rígida.

Esta suavidad tiene un precio a pagar, el cual consiste en un resbalamiento continuo aunque muy bajo cuando se circula a altas vueltas , este es el responsable de los malos consumos de los vehículos dotados de cajas automáticas.

Como nota importante habría que considerar, que someter las cajas con convertidor a deslizamientos permanentes, pueden llevar a un calentamiento excesivo del aceite, esto de soluciona elevando el giro del motor en casos de arrastras un peso, (una caravana) en vez de mantener regímenes mas bajos en una marcha mas larga.

En los coches se extendió la costumbre de bloquear mecánicamente el convertidor de par en marchas largas para reducir el consumo, así como los tiempos de aceleración, esto permite circular al vehículo con una unión rígida, este sistema se aplica en la marcha superior o como mucho en la inmediatamente inferior, ya que se supone que en las primeras velocidades el convertidor aporta una ventaja al multiplicar su par quitando trabajo al motor.

En modelos recientes, caso de la proactiva de Renault, el bloqueo se da en todas las relaciones salvo en la primera, esto le hace ser una caja con muy buenos consumos medios, así como buenas aceleraciones, seguramente en poco tiempo las cajas automáticas , lleven todas bloqueo del convertidor en todas las marchas, para que esto llegue se debe conseguir un accionamiento suave de los cambios de marchas, así como una gestión inteligente del cambio, que supla la unión elástica entre caja y motor con una frenado y embragado progresivo de las distintas relaciones.

 

EMBRAGUES MULTIDISCO

Tratamos este tema , por un comentario sobre la caja multitronic de audi, esta es básicamente una caja de cambio variable, aunque la cadena que se usa para el paso de movimiento es de un tipo especial de eslabones , que permite el funcionamiento con altos valores de par, y con poco ruido.

El tipo de embrague de multidiscos en aceite, como casi todo en el automóvil lleva mucho tiempo usándose, aunque mas en ciclomotores, que en los automóviles en si.

Básicamente su disposición es similar a la de un disco de embrague normal, solo que se presentan en varias capas, a cada disco de embrague le corresponde un disco hembra que va acoplado a la salida, esto permite paso de pares mas bajos en cada uno de los discos, así como un acoplamiento suaves.

Al encargarse cada pareja de discos de una cantidad de par, se reduce el tamaño del embrague, con gran cantidad de superficie, el baño en aceite suaviza el acoplamiento, a la vez que evita un calentamiento por el roce excesivo entre los discos, cuando se realiza un medio embrague. El menor coeficiente de rozamiento por la presencia de liquido deslizante, se subsana con una mayor superficie.

Este tipo de embrague, aunque con la denominación de freno es lo que se usa en la caja de cambios tradicionales con engranajes epicicloidales para frenar los portasatelites y producir las distintas relaciones.

En las cajas de cambio de trenes epicicloidales, el empleo de este tipo de frenos así como los de cinta facilitan el mantener todas los engranajes acoplados, dependiendo de que parte del tren se frene se permite una salida mayor o menor de revoluciones y par, en este caso los frenos multidiscos, no se mantienen embragados por medio de resortes, sino que es la presión del sistema hidráulico la que permite que se frenen mediante la aplicación en las superficie de los discos.

El empleo de discos bañados en aceite, no es usual hoy en día, salvo la suavidad de acoplamiento y el no ser sensible a calentamientos no aporta grandes ventajas al de disco en seco.

¿Porqué audi monta ahora este tipo de embrague?

Yo no tengo la respuesta (hoy no he hablado con Piech), pero, si vemos las ventajas de este sistema, y la desventajas de las cajas variables, podemos sacar nuestras propias conclusiones.

La cajas de cambio continuo o variable, han chocado siempre con el ruido de las cadenas, y su imposibilidad de transmitir grandes cantidades de par, siempre se les asocia un sistema de embrague automático, ya que son básicamente cajas automáticas, de donde se deduce que podría ponerse un convertidor a la entrada.

El uso de un convertidor como ya hemos comentado sirve para multiplicar el par , sobre todo a bajas revoluciones, lo que se usa para arrancadas. O sea que de un motor de 28.6 mkg que ya es récord en cuanto al par que maneja una caja de cambio continuo, si además lo multiplicamos por 2, legaría a mas de 50mkg lo que parece improbable que pudiera soportar la cadena.

No parece muy buena solución, podemos recurrir a un embrague de disco en seco, pero sabemos de su rigidez en el accionamiento de hecho aunque no hemos hablado de él todos tenemos en mente los muelle o elementos elásticos presentes en el disco, que suavizan en lo posible el desembrague del mismo. Tampoco parece lo mas apropiado para una caja muy sensible ( por el par máximo que maneja) a vibraciones torsionales, que se traducen en aportes de par discontinuo. Parece que la elección de discos bañados en aceite, aparte de suavidad en el acoplamiento, le aportarán la ventaja de no existir resbalamiento, con el consiguiente ahorro, y mejora en las prestaciones.

Si miramos la relación de grupo vemos que es de 4,775 : 1 parece ser que nuestras sospechas van bien enfiladas, las reducciones de vueltas, y por tanto las multiplicaciones de par se han dejado para el ultimo salto en la transmisión de movimiento. A la vez que si observamos la primera relación veremos un desarrollo de 9.1 km/h a 1000 rpm, el cual es muy bajo para tratarse de una caja automáticas, pero precisamente la no existencia de convertidor debe compensarse con una relación mas corta para facilitar la arrancada.

La fiabilidad está fuera de toda duda, aunque no es normal encontrar este tipo de embragues, como he comentado usa el mismo principio que los frenos de la cajas automáticas, las cuales existen desde hace mucho tiempo.

No puedo pasar por alto otro punto que quería comentar, aunque ahora vamos por el derrotero de los convertidores de par.

El uso del convertidor de par proporciona una multiplicación extra de fuerza que se aprovecha por el fabricante para alargar todas las relaciones de cambio elevando la desmultiplicacion en primera del normal 7, 8 ó 9 km/h a mil vueltas hasta 11 e incluso 12 km/h a 1000 vueltas, esto permite mantener una caja con relaciones mas largas en todas las marchas, intentando mitigar el exceso de consumo por deslizamiento.

Esta costumbre nace en el momento en que las cajas automáticas son mas caras, por lo que se les dota de 4 o como mucho 5 marchas, teniendo que compensar las reacciones mas abiertas con la colaboración inestimable del convertidor.

Hoy donde se extienden continuamente cajas manuales dotadas de accionamiento manual, es de notar, que los fabricantes deben compensar la no existencia de un convertidor mediante la adopción de relaciones mas cortas, lo apunto, por la razón de que cuando analicemos un coche según sus datos nos hagamos una idea de cómo se va a comportar considerando que no tenemos un convertidor de ayuda, y viceversa cuando analicemos una caja automática con convertidor, veamos que las relaciones mas largas serán rebajadas mediante el uso de convertidor, aunque solo para arranques.

 

Marcas y modelos

 

     
  Asesoría técnica (por: JJHV)  
     

 

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