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de inyección
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Glosario
Automóvil,
cualquier vehículo mecánico autopropulsado diseñado
para su uso en carreteras. El término se utiliza en un
sentido más restringido para referirse a un vehículo
de ese tipo con cuatro ruedas y pensado para transportar menos
de ocho personas. Los vehículos para un mayor número
de pasajeros se denominan autobuses o autocares, y los dedicados
al transporte de mercancías se conocen como camiones. El
término vehículo automotor engloba todos los anteriores,
así como ciertos vehículos especializados de uso
industrial y militar.
Las
partes de un automovil
los
automoviles modernos están compuestos por miles de partes,
las cuales estan dispuestas de tal manera que cumplen la función
especifica de desplazamiento del vehiculo, sin embargo un auto
no solamente esta diseñado para esto, por eso esta dividido
en muchos sistemas, entre ellos encontramos: el sistema de escape,
el sistema de apoyo, el motor, el sistema de dirección,
el sistema de potencia, el sistema eléctrico, el sistema
de refrigeración, el sistema de combustible, el sistema
de frenos entre otros.
Aquí
mostramos un gráfico con los sistemas y las partes que
lo componen, es un gráfico bastante básico, pero
intenta mostrar las partes principales del automovil.
Motor
El
motor proporciona energía mecánica para mover el
automóvil. La mayoría de los automóviles
utiliza motores de explosión de pistones, aunque a principios
de la década de 1970 fueron muy frecuentes los motores
rotativos o rotatorios. Los motores de explosión de pistones
pueden ser de gasolina o diesel.
Motor
de gasolina
Los
motores de gasolina pueden ser de dos o cuatro tiempos. Los primeros
se utilizan sobre todo en motocicletas ligeras, y apenas se han
usado en automóviles. En el motor de cuatro tiempos, en
cada ciclo se producen cuatro movimientos de pistón (tiempos),
llamados de admisión, de compresión, de explosión
o fuerza y de escape o expulsión. En el tiempo de admisión,
el pistón absorbe la mezcla de gasolina y aire que entra
por la válvula de admisión. En la compresión,
las válvulas están cerradas y el pistón se
mueve hacia arriba comprimiendo la mezcla. En el tiempo de explosión,
la bujía inflama los gases, cuya rápida combustión
impulsa el pistón hacia abajo. En el tiempo de escape,
el pistón se desplaza hacia arriba evacuando los gases
de la combustión a través de la válvula de
escape abierta.
El
movimiento alternativo de los pistones se convierte en giratorio
mediante las bielas y el cigüeñal, que a su vez transmite
el movimiento al volante del motor, un disco pesado cuya inercia
arrastra al pistón en todos los tiempos, salvo en el de
explosión, en el que sucede lo contrario. En los motores
de cuatro cilindros, en todo momento hay un cilindro que suministra
potencia al hallarse en el tiempo de explosión, lo que
proporciona una mayor suavidad y permite utilizar un volante más
ligero.
El
cigüeñal está conectado mediante engranajes
u otros sistemas al llamado árbol de levas, que abre y
cierra las válvulas de cada cilindro en el momento oportuno.
A
principios de la década de 1970, un fabricante japonés
empezó a producir automóviles impulsados por el
motor de combustión rotativo (o motor Wankel), inventado
por el ingeniero alemán Felix Wankel a principios de la
década de 1950. Este motor, en el que la explosión
del combustible impulsa un rotor en lugar de un pistón,
puede llegar a ser un tercio más ligero que los motores
corrientes.
Carburación
En
el carburador se mezcla aire con gasolina pulverizada. La bomba
de gasolina impulsa el combustible desde el depósito hasta
el carburador, donde se pulveriza mediante un difusor. El pedal
del acelerador controla la cantidad de mezcla que pasa a los cilindros,
mientras que los diversos dispositivos del carburador regulan
automáticamente la riqueza de la mezcla, esto es, la proporción
de gasolina con respecto al aire. La conducción a velocidad
constante por una carretera plana, por ejemplo, exige una mezcla
menos rica en gasolina que la necesaria para subir una cuesta,
acelerar o arrancar el motor en tiempo frío. Cuando se
necesita una mezcla extremadamente rica, una válvula conocida
como estrangulador o ahogador reduce drásticamente la entrada
de aire, lo que permite que entren en el cilindro grandes cantidades
de gasolina no pulverizada.
Encendido
La
mezcla de aire y gasolina vaporizada que entra en el cilindro
desde el carburador es comprimida por el primer movimiento hacia
arriba del pistón. Esta operación calienta la mezcla,
y tanto el aumento de temperatura como la presión elevada
favorecen el encendido y la combustión rápida. La
ignición se consigue haciendo saltar una chispa entre los
dos electrodos de una bujía que atraviesa las paredes del
cilindro.
En
los automóviles actuales se usan cada vez más sistemas
de encendido electrónico. Hasta hace poco, sin embargo,
el sistema de encendido más utilizado era el de batería
y bobina, en el que la corriente de la batería fluye a
través de un enrollado primario (de baja tensión)
de la bobina y magnetiza el núcleo de hierro de la misma.
Cuando una pieza llamada ruptor o platinos abre dicho circuito,
se produce una corriente transitoria de alta frecuencia en el
enrollado primario, lo que a su vez induce una corriente transitoria
en el secundario con una tensión más elevada, ya
que el número de espiras de éste es mayor que el
del primario. Esta alta tensión secundaria es necesaria
para que salte la chispa entre los electrodos de la bujía.
El distribuidor, que conecta el enrollado secundario con las bujías
de los cilindros en la secuencia de encendido adecuada, dirige
en cada momento la tensión al cilindro correspondiente.
El ruptor y el distribuidor están movidos por un mismo
eje conectado al árbol de levas, lo que garantiza la sincronización
de las chispas.
Motor
diesel
Los
motores diesel siguen el mismo ciclo de cuatro tiempos explicado
en el motor de gasolina, aunque presentan notables diferencias
con respecto a éste. En el tiempo de admisión, el
motor diesel aspira aire puro, sin mezcla de combustible. En el
tiempo de compresión, el aire se comprime mucho más
que en el motor de gasolina, con lo que alcanza una temperatura
extraordinariamente alta. En el tiempo de explosión no
se hace saltar ninguna chispa —los motores diesel carecen
de bujías de encendido—, sino que se inyecta el gasoil
o gasóleo en el cilindro, donde se inflama instantáneamente
al contacto con el aire caliente. Los motores de gasoil no tienen
carburador; el acelerador regula la cantidad de gasoil que la
bomba de inyección envía a los cilindros.
Los
motores diesel son más eficientes y consumen menos combustible
que los de gasolina. No obstante, en un principio se utilizaban
sólo en camiones debido a su gran peso y a su elevado costo.
Además, su capacidad de aceleración era relativamente
pequeña. Los avances realizados en los últimos años,
en particular la introducción de la turboalimentación,
han hecho que se usen cada vez más en automóviles;
sin embargo, subsiste cierta polémica por el supuesto efecto
cancerígeno de los gases de escape (aunque, por otra parte,
la emisión de monóxido de carbono es menor en este
tipo de motores).
Lubricación
y refrigeración
Los
motores necesitan ser lubricados para disminuir el rozamiento
o desgaste entre las piezas móviles. El aceite, situado
en el cárter, o tapa inferior del motor, salpica directamente
las piezas o es impulsado por una bomba a los diferentes puntos.
Además,
los motores también necesitan refrigeración. En
el momento de la explosión, la temperatura del cilindro
es mucho mayor que el punto de fusión del hierro. Si no
se refrigeraran, se calentarían tanto que los pistones
se bloquearían. Por este motivo los cilindros están
dotados de camisas por las que se hace circular agua mediante
una bomba impulsada por el cigüeñal. En invierno,
el agua suele mezclarse con un anticongelante adecuado, como etanol,
metanol o etilenglicol. Para que el agua no hierva, el sistema
de refrigeración está dotado de un radiador que
tiene diversas formas, pero siempre cumple la misma función:
permitir que el agua pase por una gran superficie de tubos que
son refrigerados por el aire de la atmósfera con ayuda
de un ventilador.
Equipo
eléctrico
El
equipo eléctrico del automóvil comprende —además
del sistema de encendido en el caso de los motores de gasolina—
la batería, el alternador, el motor de arranque, el sistema
de luces y otros sistemas auxiliares como limpiaparabrisas o aire
acondicionado, además del cableado o arnés correspondiente.
La batería almacena energía para alimentar los diferentes
sistemas eléctricos. Cuando el motor está en marcha,
el alternador, movido por el cigüeñal, mantiene el
nivel de carga de la batería.
A
diferencia de un motor de vapor, un motor de gasolina o diesel
debe empezar a girar antes de que pueda producirse la explosión.
En los primeros automóviles había que arrancar el
motor haciéndolo girar manualmente con una manivela. En
la actualidad se usa un motor de arranque eléctrico que
recibe corriente de la batería: cuando se activa la llave
de contacto (switch), el motor de arranque genera una potencia
muy elevada durante periodos de tiempo muy cortos.
Transmisión
La
potencia de los cilindros se transmite en primer lugar al volante
del motor y posteriormente al embrague (clutch) —que une
el motor con los elementos de transmisión—, donde
la potencia se transfiere a la caja de cambios o velocidades.
En los automóviles de tracción trasera se traslada
a través del árbol de transmisión (flecha
cardán) hasta el diferencial, que impulsa las ruedas traseras
por medio de los palieres o flechas. En los de tracción
delantera, que actualmente constituyen la gran mayoría,
el diferencial está situado junto al motor, con lo que
se elimina la necesidad del árbol de transmisión.
Embrague
Todos
los automóviles tienen algún tipo de embrague. En
los automóviles europeos suele accionarse mediante un pedal,
mientras que en los estadounidenses suele ser automático
o semiautomático. Los dos sistemas principales son el embrague
de fricción y el embrague hidráulico; el primero,
que depende de un contacto directo entre el motor y la transmisión,
está formado por el volante del motor, un plato conductor
que gira junto a éste y un disco conducido o de clutch
situado entre ambos que está unido al eje primario o flecha
de mando de la caja de cambios. Cuando el motor está embragado,
el plato conductor presiona el disco conducido contra el volante,
con lo que el movimiento se transmite a la caja de cambios. Al
pisar el pedal del embrague, el volante del motor deja de estar
unido al disco conducido.
El
embrague hidráulico puede usarse de forma independiente
o con el embrague de fricción. En este sistema, la potencia
se transmite a través de un fluido aceitoso, sin que entren
en contacto partes sólidas. En el embrague hidráulico,
un disco de paletas (o impulsor) que está conectado con
el volante del motor agita el aceite con suficiente fuerza para
hacer girar otro disco similar (rotor) conectado a la transmisión
(véase Hidráulica).
Caja
de cambios
Los
motores desarrollan su máxima potencia a un número
determinado de revoluciones. Si el cigüeñal estuviera
unido directamente a las ruedas, provocaría que sólo
pudiera circularse de forma eficiente a una velocidad determinada.
Para solventar este problema se utiliza el cambio de marchas,
que es un sistema que modifica las relaciones de velocidad y potencia
entre el motor y las ruedas motrices. En los automóviles
europeos, el sistema más usado es la caja de cambios convencional,
de engranajes desplazables. En los automóviles americanos
se utilizan mucho más los sistemas Hydra-Matic y los convertidores
de par o torsión.
Una
caja de cambios convencional proporciona cuatro o cinco marchas
hacia delante y una marcha atrás o reversa. Está
formada esencialmente por dos ejes dotados de piñones fijos
y desplazables de diferentes tamaños. El eje primario,
conectado al motor a través del embrague, impulsa el eje
intermedio, uno de cuyos piñones fijos engrana con el piñón
desplazable del secundario correspondiente a la marcha seleccionada
(salvo si la palanca está en punto muerto: en ese caso
el eje secundario no está conectado con el intermedio).
Para la marcha atrás hace falta un piñón
adicional para cambiar el sentido de giro del eje secundario.
En la marcha más alta, el eje primario queda unido directamente
al secundario, girando a la misma velocidad. En las marchas más
bajas y en la marcha atrás, el eje secundario gira más
despacio que el primario. Cuando el eje secundario gira más
rápido que el primario, se habla de overdrive o supermarcha,
que permite aumentar la velocidad del automóvil sin que
el motor exceda del número normal de revoluciones.
La
transmisión de tipo Hydra-Matic combina el embrague hidráulico
o convertidor de torsión con una caja de cambios semiautomática.
Un regulador controlado por la presión ejercida sobre el
pedal del acelerador selecciona las marchas a través de
un sistema de válvulas distribuidoras de control hidráulico.
El cambio Hydra-Matic proporciona dos o tres marchas hacia delante.
Los
convertidores de par proporcionan un número ilimitado de
relaciones de velocidad entre los ejes primario y secundario sin
que se produzca ningún desplazamiento de engranajes. El
convertidor de par es un mecanismo hidráulico que utiliza
la potencia del motor para mover una bomba que a su vez impulsa
chorros de aceite contra las aspas de una turbina conectada a
las ruedas motrices.
Diferencial
Cuando
el automóvil realiza un giro, las ruedas situadas en el
lado interior de la curva realizan un recorrido menor que las
del lado opuesto. En el caso de las ruedas motrices, si ambas
estuvieran unidas a la transmisión directamente darían
el mismo número de vueltas, por lo que la rueda externa
patinaría; para evitarlo se utiliza un mecanismo llamado
diferencial, que permite que una de las ruedas recorra más
espacio que la otra. En el caso de los vehículos con tracción
en las cuatro ruedas se utilizan dos diferenciales, uno para las
ruedas delanteras y otro para las traseras.
Suspensión,
dirección y frenos
La
suspensión del automóvil está formada por
las ballestas, horquillas rótulas, muelles y amortiguadores,
estabilizadores, ruedas y neumáticos. El bastidor del automóvil
se puede considerar el cuerpo integrador de la suspensión.
Está fijado a los brazos de los ejes mediante ballestas
o amortiguadores. En los automóviles modernos, las ruedas
delanteras (y muchas veces las traseras) están dotadas
de suspensión independiente, con lo que cada rueda puede
cambiar de plano sin afectar directamente a la otra. Los estabilizadores
son unas barras de acero elástico unidas a los amortiguadores
para disminuir el balanceo de la carrocería y mejorar la
estabilidad del vehículo.
La
dirección se controla mediante un volante montado en una
columna inclinada y unido a las ruedas delanteras por diferentes
mecanismos. La servodirección, empleada en algunos automóviles,
sobre todo los más grandes, es un mecanismo hidráulico
que reduce el esfuerzo necesario para mover el volante.
Un
automóvil tiene generalmente dos tipos de frenos: el freno
de mano, o de emergencia, y el freno de pie o pedal. El freno
de emergencia suele actuar sólo sobre las ruedas traseras
o sobre el árbol de transmisión. El freno de pie
de los automóviles modernos siempre actúa sobre
las cuatro ruedas. Los frenos pueden ser de tambor o de disco;
en los primeros, una tira convexa de amianto (asbesto) o material
similar se fuerza contra el interior de un tambor de acero unido
a la rueda; en los segundos, se aprietan unas pastillas (balatas)
contra un disco metálico unido a la rueda.
Tendencias
actuales
A
comienzos del siglo XXI, los automóviles se enfrentan a
dos desafíos fundamentales: por un lado, aumentar la seguridad
de los ocupantes para reducir así el número de víctimas
de los accidentes de tráfico, ya que en los países
industrializados constituyen una de las primeras causas de mortalidad
en la población no anciana; por otro lado, aumentar su
eficiencia para reducir el consumo de recursos y la contaminación
atmosférica, de la que son uno de los principales causantes.
Véase Efecto invernadero.
En
el primer apartado, además de mejorar la protección
ofrecida por las carrocerías, se han desarrollado diversos
mecanismos de seguridad, como el sistema antibloqueo de frenos
(ABS) o los airbags. En cuanto al segundo aspecto, la escasez
de petróleo y el aumento de los precios del combustible
en la década de 1970 alentaron en su día a los ingenieros
mecánicos a desarrollar nuevas tecnologías para
reducir el consumo de los motores convencionales (por ejemplo,
controlando la mezcla aire-combustible mediante microprocesadores
o reduciendo el peso de los vehículos) y a acelerar los
trabajos en motores alternativos. Para reducir la dependencia
del petróleo se ha intentado utilizar combustibles renovables:
en algunos países se emplean hidrocarburos de origen vegetal
(véase gasohol), y también se estudia el uso de
hidrógeno, que se obtendría a partir del aire utilizando,
por ejemplo, la energía solar. El hidrógeno es un
combustible muy limpio, ya que su combustión produce exclusivamente
agua.
Nuevos
tipos de motores
Entre
las alternativas a los motores de explosión convencionales,
los motores eléctricos parecen ser los más prometedores.
El motor de turbina continúa sin resultar práctico
a escala comercial por sus elevados costes de fabricación
y otros problemas; el motor Stirling modernizado presenta todavía
obstáculos técnicos, y el motor de vapor, con el
que se experimentó en las décadas de 1960 y 1970,
demostró ser poco práctico. Por otra parte, el motor
rotativo Wankel, cuyo consumo es inherentemente mayor, ha seguido
produciéndose en pocas cantidades para aplicaciones de
alta potencia.
Los
importantes avances en la tecnología de baterías
han permitido fabricar automóviles eléctricos capaces
de desarrollar velocidades superiores a los 100 km/h con una gran
autonomía. Este tipo de vehículos es extremadamente
limpio y silencioso, y resulta ideal para el tráfico urbano.
Además, como la mayoría de las centrales eléctricas
utiliza carbón, el uso masivo de los vehículos eléctricos
reduciría la demanda de petróleo. La desventaja
de los automóviles eléctricos es su elevado coste
actual (que, entre otras razones, es ocasionado por el bajo número
de unidades producidas) y la necesidad de crear una infraestructura
adecuada para recargar las baterías.
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