Un cigüeñal o cigoñal1 2 es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En los motores de automóviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigueñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.
Normalmente se fabrican de aleaciones capaces de soportar los esfuerzos a los que se ven sometidos y pueden tener perforaciones y conductos para el paso de lubricante. Sin embargo, estas aleaciones no pueden superar una dureza a 40 Rockwell "C" (40 RHC), debido a que cuanto más dura es la aleación más frágil se convierte la pieza y se podría llegar a romper debido a las grandes fuerzas a las que está sometida. Hay diferentes tipos de cigüeñales; los hay que tienen un apoyo cada dos muñequillas y los hay con un apoyo entre cada muñequilla.
Por ejemplo, para el motor de automóvil más usual, el de cuatro cilindros en línea, los hay de tres apoyos (hoy ya en desuso), y de cinco apoyos, el más común actualmente.
En otras disposiciones como motores en V o bien horizontales opuestos (boxer) puede variar esta regla, dependiendo del número de cilindros que tenga el motor. El cigüeñal es también el eje del motor con el funcionamiento del pistón y gradualmente se usa así en los automóviles con motor de combustión interna actuales.
Esquema de funcionamiento.
La palabra Climatización se refiere al conjunto de sistemas que permiten obtener en el interior del vehículo unas condiciones de temperatura, humedad y ventilación óptimas tales que permitan al conductor concentrarse en la conducción con la máxima confortabilidad , es decir es un medio esencial de seguridad preventiva ; al mismo tiempo haciendo el trayecto lo más confortable posible a los acompañantes.
Historia
En una primera época los vehículos automóviles carecían de cualquier protección contra la intemperie para sus ocupantes, eran totalmente abiertos , restringiendo su uso en épocas invernales y obligando a llevar unas prendas características de abrigo, gorros, gafas, guantes, etc. La visibilidad era prioritaria en aquellos primeros momentos (principios de siglo XX). Posteriormente al irse controlando la técnica de conducción y las normas de circulación se adoptaron capotas plegables o incluso fijas a imagen y semejanza de los carruajes de caballos. Hacia los años 20 y 30 la carrocería cerrada se fue haciendo cada vez más popular, aunque los modelos descapotables tanto de 2 como de 4 puertas seguían teniendo una enorme aceptación, lo mismo en las gamas más humildes de vehículos (Ford T) como en las de máximo lujo (Duesenberg J), esto para citar dos modelos americanos, otro tanto ocurría en Europa.
Posteriormente se generalizó la carrocería cerrada, dejando los descapotables para obtener una imagen deportiva y juvenil como ocurre hoy en día.
Con la carrocería cerrada fue posible introducir la calefacción, con muchas variantes, así como la ventilación. Estas dos comodidades fueron las únicas de que se dispuso durante mucho tiempo.
En los años 40 se introdujo por fin , en muy pequeñas unidades, elaire acondicionado en los vehículos, en los Estados Unidos , pioneros del automóvil en su consideración de medio de transporte práctico y accesible a todo el mundo . Este dispositivo se popularizó luego en Europa, llegando hoy día a ser equipamiento básico del automóvil más económico.
Funcionamiento del circuito de refrigeración del habitáculo
Se trata de un circuito de gas refrigerante, llamado también medio refrigerante , antiguamente el R12 y hoy día el R 134 por motivos ecológicos, el cual extrae el calor del interior del habitáculo, para transferirlo al aire exterior mediante las siguientes 4 fases características del ciclo de Carnot inverso, característico del ciclo de refrigeración de todo sistema frigorífico
1 - Evaporación del medio , a una presión de unos 2- 3 bar y unos 4- 5 °C en un intercambiador de calor llamado evaporador, integrado en el módulo o caja climatizadora del habitáculo : en esta fase el calor extraído del interior se emplea para el cambio de estado, defase líquida a fase gaseosa del medio refrigerante, con gran absorción de calor.
2 - Compresión adiabática (sin aporte ni pérdida de calor del exterior ) del vapor en un compresor mecánico arrastrado por el motor mediante correa . En esta fase la elevación de presión (hasta 10 a 20 bares según el régimen del motor) sirve para llevar el medio refrigerante a un nivel de temperatura superior a la del exterior.
3- Condensación en el condensador , situado en la parte delantera del vehículo delante del radiador con objeto de liberar el calor absorbido del habitáculo, más el equivalente calórico del trabajo de compresión según delsegundo principio de la termodinámica. Este calor pasa todo al circuito de refrigeración del vehículo. En esta fase el medio refrigerante cambia de estado de gaseoso a líquido debido a la gran liberación de calor. Esta fase se lleva a cabo a la temperatura de 50 - 60 °C debida a la presión obtenida en la fase anterior. El medio sale en forma líquida.
4- Expansión del medio refrigerante en la válvula de expansión, de modo instantáneo y de modo adiabático, , situada a la entrada del evaporador, en el cual retorna el medio refrigerante a estado semigaseoso, favoreciendo la evaporación según se describió en la fase 1- . Al pasar por la válvula el descenso de presión instantáneo hace bajar la temperatura al valor indicado en el punto 1-
common-rail o conducto común es un sistema electrónico de inyección de combustible para motores diésel de inyección directa en el que el gasóleo es aspirado directamente del depósito de combustible a una bomba de alta presión, y esta a su vez lo envía a un conducto común para todos los inyectores y a alta presión desde cada uno de ellos a sucilindro.
En 1998 recibió el Premio "Paul Pietsch Preis" para Bosch y Fiat por el sistema Common Rail como innovación técnica para el futuro.
Este sistema para coches fue desarrollado por el grupo industrial italiano Fiat Group, en elCentro Ricerche Fiat en colaboración con Magneti Marelli, filial del grupo especializada en componentes automovilísticos y electrónicos. La industrialización sin embargo la llevó a caboBosch. El primer vehículo del mundo en equipar este sistema fue el Alfa Romeo 156 con motor JTD en 1997.
Concepto
La idea esencial que rige el diseño es lograr una pulverización mucho mayor que la obtenida en los sistemas de bomba inyectora anteriores, para optimizar el proceso de inflamación espontánea de la mezcla que se forma en la cámara al inyectar el diésel, principio básico del ciclo Diesel. Para ello se recurre a hacer unos orificios mucho más pequeños, dispuestos radialmente en la punta del inyector (tobera), compensando esta pequeña sección de paso con una presión mucho mayor.
Es esencialmente igual a la inyección multipunto de un motor de gasolina, en la que también hay un conducto común para todos los inyectores, con la diferencia de que en los motores diésel se trabaja a una presión mucho más alta.
Funcionamiento
El combustible almacenado en el depósito de combustible a baja presión es aspirado por una bomba de transferencia accionada eléctricamente y enviado a una segunda bomba, en este caso, de alta presión que inyecta el combustible a presiones que pueden variar desde unos 300 bar hasta entre 1500 y 2000 bar al cilindro, según las condiciones de funcionamiento.
La bomba de transferencia puede ir montada en la propia bomba de alta presión, accionada por el mecanismo de distribución y sobre todo en el interior del depósito de combustible. El conducto común es una tubería o "rampa" de la que parte una ramificación de tuberías para cada inyector de cada cilindro.
La principal ventaja de este sistema es que permite controlar electrónicamente el suministro de combustible permitiéndo así realizar hasta 5 pre-inyecciones antes de la inyección principal, con lo que se consigue preparar mejor la mezcla para una óptima combustión. Esto genera un nivel sonoro mucho más bajo y un mejor rendimiento del motor.
Sensores principales
- Sensor de régimen o CKP para sincronizar las inyecciones a los ciclos del motor.
- Sensor de fase o CMP para distinguir entre los cilindros gemelos (por.ej. el 2 y el 3) cuál de ellos está en fase de compresión y cuál en escape, para inyectar en el cilindro que corresponde.
- Sensor de pedal de acelerador, para detectar la carga requerida por el conductor y según la pendiente.
- Sensor de presión de Rail o RPS, para detectar la presión en cada instante.
Sensores secundarios
- Sensor de temperatura del motor o ECT para compensar en el arranque en frío.
- Sensor de temperatura del gasoil para compensar con gasóleo muy caliente.
- Caudalímetro másico de aire o MAF para controlar el funcionamiento del EGR o Recirculación de gases de escape.
- Sensor de presión de admisión del colector o MAP , para detectar la sobrealimentación del Turbo.
Actuadores principales
- Inyectores hidráulicos de mando electromagnético, o piezoeléctrico.
- Regulador de presión del raíl.
- Regulador de caudal de entrada a la bomba de alta presión.
Actuadores secundarios
- Electroválvula de regulación del EGR.
- Relé de control de los precalentadores.
- Mariposa de parada.
Ventajas del common-rail
La principal ventaja de este sistema es que se puede regular la presión en los inyectores en función de la carga motor, de una manera muy precisa, con lo que se obtiene una regulación del caudal óptima. Por ejemplo, al circular el vehículo subiendo a 2000 rpm por una ligera pendiente, la necesidad de par motor y por tanto de potencia = par motor x rpm es mayor que cuando el vehículo circula a las mismas 2000 rpm cuando baja la misma pendiente. En los sistemas mecánicos anteriores de inyección por bomba, la presión era prácticamente la misma y había que variar el caudal mediante variación del tiempo de inyección actuando sobre el tiempo de compresión de la bomba inyectora.
Valores típicos de presión son 250 bar a ralentí, hasta 2000 bar a plena carga (no necesariamente a revoluciones máximas).
La óptima atomización del combustible por parte de los inyectores hidráulicos de mando electrónico, controlados por una centralita de inyección electrónica, y la alta presión a la que trabaja el sistema hacen que se aumente el par y por tanto la potencia en todo el rango de revoluciones, se reduzca el consumo de combustible y se disminuya la cantidad de emisiones contaminantes, en especial los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar.
Al no haber un mecanismo mecánico que rija cuándo se debe inyectar el combustible, se puede elegir libremente cuándo inyectar, incluso realizar varias inyecciones en un mismo ciclo. Esto permite la preinyección que se produce justo antes de la principal, aumentando la presión y temperatura dentro del cilindro, lo que mejora la combustión y disminuye el ruido característico de los diésel.
Common-rail en la actualidad
Actualmente, casi todos los automóviles nuevos fabricados en Europa con motor diésel incorporan common-rail identificados bajo distintas siglas según el fabricante (CDI, CDTI, CRDI, DCI, DTI, HDi, I-CTDI, I-DTEC, JTD, TDCI), actualmente se empieza a incorporar en todos los TDI, ....). Bosch, Siemens, Delphi y Denso son los fabricantes más importantes de estos sistemas. Entre los sistemas mencionados existen diferencias considerables en cuanto a la regulación de la presión y el funcionamiento eléctrico de los inyectores, pero básicamente se rigen por la misma forma de trabajo mecánico.
Desde 2003, los automóviles comercializados por Fiat Group Automobiles disponen de una variante más sofisticada del sistema common-rail denominada MultiJet. Esta tecnología desarrollada y patentada por Magneti Marelli (Fiat S.p.A.) permite un mejor control de la mezcla con hasta cinco inyecciones diferentes por ciclo, lo que conlleva mejoras en los consumos, prestaciones y menor impacto ambiental. En 2009 se comenzaron a comercializar automóviles con tecnología MultiJet II, una segunda versión de este sistema con hasta 8 inyecciones, mejorando todos los parámetros de la anterior y sin tener que recurrir a filtros de partículas de escape, como en la gran mayoría del resto de marcas automotrices.
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