Consumo con 4×4

La transmisión a las cuatro ruedas, 4×4, se diseñó para circular fuera de carretera; con grandes desigualdades del terreno, baches, pendientes y adherencia, para lo que contaban los vehículos con 4×4 y reductora, esta multiplica más el par tras la caja de cambios para poder circular muy lentamente y subir o bajar fuertes pendientes.

Las utilizaciones más habituales han sido militares y en entornos rurales. Con el paso del tiempo el 4×4 se implantó en automóviles para usos más diversos, con los que circular fuera de carretera en situaciones extremas iba siendo menos frecuente, dejando en el camino la reductora y otros aspectos técnicos de uso 4×4 intenso; suspensiones, estructura de carrocería, …De hecho, la evolución de los automóviles 4×4 ha derivado en una moda, hasta el punto de que la apariencia de la carrocería es lo importante y se mantiene la forma de vehículo todoterreno, más o menos suavizada, pero en muchos casos ni dispone de cuatro ruedas motrices.

En esta situación, en las que se va a desenvolver el automóvil por asfalto, se busca que en las versiones que mantienen el 4×4 el consumo de combustible sea lo más similar a los modelos equivalentes con dos ruedas motrices. Si la carrocería es más alta que un turismo se ha de asumir que a velocidades de carretera el consumo subirá, por la peor aerodinámica, pero es lo que atrae al comprador, por lo que se ha de trabajar en la transmisión para tratar de reducir el consumo de combustible.

En este artículo se enfocan los diferentes sistemas de 4×4 desde el punto de vista del consumo. Si se considera interesante tener más información de las diferentes tecnologías 4×4, al final se indican enlaces a otros artículos del blog relacionados.

4×4 permanente (con diferencial central)

Hay diferentes sistemas para que las cuatro ruedas reciban el par motor, de las que se van a explicar en este artículo las más utilizadas. Empezando por el sistema que envía el par a las cuatro ruedas de forma permanente, para lo que es imprescindible un diferencial central.

    • Este automóvil tiene motor delantero longitudinal. Es un Lamborghini LM002, todoterreno con reductora.
    • El motor a través del embrague y caja de cambios pasa el par motor a un diferencial central, desde este mediante dos árboles de trasmisión es enviado a los diferenciales de los ejes trasero y delantero. Cada rueda recibe la mitad del par con relación al mismo automóvil con dos ruedas motrices

 

    • Ventajas del 4×4 permanente con relación a dos ruedas motrices.
      • Con baja adherencia más capacidad de avance; al recibir cada rueda la mitad del par que con dos ruedas motrices puede transmitir la fuerza motriz al suelo con la mitad de adherencia.
      • Mejor estabilidad circulando rápido en curvas; al ser menor la fuerza motriz en cada rueda, la fuerza resultante de esta y la de apoyo lateral es menor, reduciendo la tendencia al deslizamiento de la rueda.
      • Puede requerir bloquear el diferencial central en usos extremos 4×4, manual (saber cuándo) o automáticamente; con adherencia muy baja se ha bloquear el diferencial central para evitar deslizamientos de ruedas. Si el sistema es automático el conductor no ha de intervenir, si es manual es el conductor el que ha de accionar el mando. Debe saber que no ha de mantenerse el diferencial central bloqueado en piso adherente, pues se provocarían daños en los neumáticos y transmisiones.
    • Desventajas del 4×4 permanente con relación a dos ruedas motrices.
      • Misma capacidad de avance con buena adherencia.
      • Igual estabilidad en uso normal en curvas.
      • Más consumo de combustible; a causa de los rozamientos de la transmisión.

Este sistema de 4×4 permanente es adecuado si el uso previsto es frecuentemente por zonas de baja adherencia, ya que al disponer las ruedas de menos par pueden transmitir mejor la fuerza motriz al suelo en pisos deslizantes. Si no es esta la utilización, se desaprovechan las ventajas del 4×4 permanente y se ha de asumir más consumo de combustible.

4×4 conectable manual

Un paso para poder contar con 4×4 pero reduciendo el consumo cuando no sea necesario, es que un eje sea motriz permanente y el otro lo conecte el conductor mediante un mando específico cuando sea necesario.

    • El coche que vemos tiene motor delantero transversal. Es un Fiat Panda 4×4, todocamino o SUV (“Sport Utiliy Vehicle”).
    • La tracción delantera es permanente; desde el diferencial delantero sale un árbol de transmisión hacia el diferencial trasero, con un sistema de conexión para que llegue a este. El árbol gira permanentemente con el diferencial delantero hasta el sistema de conexión.
    • Este sistema de conexión se acciona mediante una palanca que mueve el conductor, acoplando las dos partes del árbol de transmisón trasero que acciona el diferencial de este eje. Propulsión conectable por el conductor.

 

    • Ventajas con relación al 4×4 permanente.
      • Menos consumo de combustible; circulando en carretera con dos ruedas motrices, el motor no ha de consumir energía para mover a las otras dos ruedas.
    • Desventajas con relación al 4×4 permanente.
      • Requiere acciones del conductor sobre la transmisión.
      • No se debe circular en 4×4 con piso adherente por riesgos mecánicos.
      • Es preciso que el conductor sepa utilizar este sistema de 4×4.

Con el 4×4 conectado el comportamiento de este sistema es como con 4×4 permanente y diferencial central con bloqueo manual, e igualmente no se debe circular así sobre piso adherente.

4×4 conectable manual con rueda libre

Con el 4×4 conectable manual se reduce el consumo cuando no es preciso que las cuatro ruedas sean motrices, pero las ruedas que no mueve el motor las hace girar el desplazamiento del automóvil, lo que sigue generando rozamientos internos en los componentes de transmisión de este eje.

    • Este automóvil es un todoterreno con motor delantero longitudinal. Es un Uaz 469, todoterreno con reductora.
    • La propulsión es permanente; no está conectada la salida hacia el árbol de transmisión delantero.
    • Las ruedas delanteras están desconectadas de sus palieres “rueda libre” B; al no estar unidas a los palieres las ruedas, no hacen girar la transmisión delantera al desplazarse el automóvil.
    • Se conectan las ruedas delanteras a los palieres accionando la “rueda libre” de cada lado; esta conexión puede ser manual, actuando en el buje de cada rueda o automático, en este caso se auto conecta al girar los palieres tras haber conectado la tracción delantera.
    • Ventajas con relación a 4×4 conectable manual sin rueda libre.
      • Menos consumo de combustible con dos ruedas motrices.
    • Desventajas con relación a 4×4 conectable sin rueda libre.
      • Requiere conectar la rueda libre B antes del 4×4, si el accionamiento es manual, si es automático se auto conecta al girar los palieres delanteros tras pasar a 4×4.
      • Tras pasar a dos ruedas motrices se ha de desconectar la rueda libre (para que las ruedas no arrastren a la transmisión y reducir el consumo); manualmente desde el buje de cada rueda delantera o automáticamente, en este caso se ha de circular unos metros en sentido contrario.
      • Es preciso que el conductor sepa utilizar este complemento de 4×4.

Con la rueda libre mejora la versatilidad de uso de automóviles 4×4 conectables, sobre todo en los todoterreno con un eje permanente y el otro conectable.

 

4×4 auto conectable

Con la difusión de automóviles 4×4 con pocas o ninguna salida fuera de carretera, se simplifica la transmisión para que no sea sensible la fiabilidad a usos inadecuados. La solución es que la conexión 4×4 sea automática sin intervención del conductor.

    • El automóvil de la imagen superior tiene motor delantero transversal. Es un Toyota RAV4, todocamino o SUV.
    • Tracción delantera permanente, desde el diferencial delantero sale un árbol de transmisión al diferencial trasero, pasando por un sistema de auto conexión.
    • El sistema de conexión es automático; cuando detecta deslizamiento de las ruedas delanteras acopla las ruedas traseras, para desacoplarlas a continuación, va acoplando y desacoplando mientras se mantiene la tendencia al deslizamiento de las ruedas motrices delanteras permanentes. Propulsión auto conectable.
    • En la imagen inferior el automóvil tiene motor delantero longitudinal. Es un BMW X3, todocamino o SUV.
    • Propulsión permanente.
    • Desde la caja de cambios sale un árbol de trasmisión hacia el diferencial delantero, pasando por un sistema de auto conexión.
    • El sistema de conexión es automático; cuando detecta deslizamiento de las ruedas traseras acopla las ruedas delanteras, para desacoplarlas a continuación, va acoplando y desacoplando mientras se mantiene la tendencia al deslizamiento de las ruedas motrices traseras permanentes. Tracción delantera auto conectable.
    • Ventajas sobre 4×4 conectable manual.
      • No necesita acciones del conductor con similar consumo de combustible.
    • Desventajas sobre 4×4 conectable manual.
      • Menos adaptado para uso intensivo sobre pisos deslizantes; los continuos acoplamientos y desacoplamientos del sistema de conexión automática del eje no permanente pueden fatigar a los componentes del sistema.

 

Este sistema de auto conexión 4×4 es muy utilizado para simplificar la labor del conductor cuando la adherencia disminuye. Con la más eficiente gestión electrónica y respuestas de los componentes mecánicos e hidráulicos, se puede hacer que el acoplamiento 4×4 se anticipe a que deslicen las ruedas del eje motriz permanente, mejorando el comportamiento especialmente en pisos deslizantes.

Si se utiliza habitualmente el automóvil en recorridos largos con continuas pérdidas de adherencia, se pueden provocar fatigas en los componentes, que son habitualmente discos en baño de aceite con diferentes sistemas técnicos, eléctricos y electrónicos de presión para su acoplamiento.

4×4 con las transmisiones de las ruedas no permanentes auto conectables

Los 4×4 auto conectables no disponen habitualmente del sistema de rueda libre, por lo que las ruedas sin tracción permanente al girar arrastran a la transmisión, como se ha explicado en el sistema 4×4 conectable manual. Se puede solucionar con conexiones automáticas en los palieres de las ruedas sin tracción permanente.

    • Se ve un automóvil genérico con motor delantero transversal.
    • La tracción delantera es permanente.
    • Del diferencial delantero sale un árbol de transmisión hacia el trasero, pasando por un sistema de auto acoplamiento, como en el sistema de 4×4 auto conectable.
    • En el palier de cada rueda trasera hay otro sistema de auto conexión.
    • En el centro del eje trasero no hay un diferencial, es una corona que mueve las salidas hacia los palieres de cada rueda, sobre los que actúa cada uno de los sistemas de auto conexión.
    • Cuando las ruedas delanteras deslizan se auto conecta el árbol de transmisión trasero, moviendo la corona de este eje.
    • En función de las necesidades de adherencia se auto acopla uno o los dos palieres para que el automóvil pueda seguir avanzando.
    • Ventajas sobre 4×4 auto conectable.
      • Tampoco necesita acciones del conductor y menor consumo de combustible.
      • Puede actuar como control de tracción y estabilidad.
    • Desventajas sobre 4×4 auto conectable.
      • Exceso de fatiga en usos intensivos con baja adherencia.

 

Hay automóviles 4×4 auto conectables que pueden desacoplar uno de los dos palieres del eje no permanente, reduciendo los elementos de transmisión que arrastran las ruedas de este eje.

Cuando se auto conecta el eje no permanente lo hace también el palier auto conectable. Este sistema sería similar a disponer de rueda libre automática en una de las ruedas del eje no permanente.

Comparación de consumos con diferentes sistemas de 4×4

Se resumen las particularidades de los sistemas 4×4 explicados, resaltando el consumo en cada uno.

    • 4×4 permanente; más consumo de combustible y buena adaptación para uso intensivo con baja adherencia.
    • 4×4 conectable manual; menor consumo que 4×4 permanente, buena adaptación a uso intensivo en pisos deslizantes y requiere saber utilizar el 4×4.
    • 4×4 conectable manual con rueda libre; menos consumo que 4×4 permanente, menos consumo que 4×4 conectable manual, buena adaptación a uso intensivo con baja adherencia y requiere saber utilizar tanto el 4×4 conectable como la rueda libre.
    • 4×4 auto conectable; menos consumo que 4×4 permanente, consumo similar a 4×4 conectable manual, no necesita acciones del conductor y menos adaptado para uso intensivo con baja adherencia.
    • 4×4 con transmisiones auto conectables; menos consumo que 4×4 permanente, menos consumo que 4×4 conectable manual o auto conectable, no necesita acciones del conductor y menos adaptado a uso que requiera el 4×4 intensivamente.

 

Hay sistemas 4×4 más complejos que tratan de conjugar su comportamiento en carretera lo más similar a un turismo, incluido el consumo, con capacidades más o menos eficientes fuera de carretera.

Los resultados son favorecer el rendimiento en carretera, con fiabilidad técnica variable de los elementos de transmisión si se hacen frecuentes recorridos largos sobre suelos de baja adherencia.

Enlaces de interés relacionados

Estos artículos en el blog tratan de temas complementarios

En esta sección de “Tecnologías limpias”

    • “La carrocería, consumo y contaminación” (18.06.2014).

En la sección “Nuevas tecnologías”

    • “Tipos de automóviles 4×4” (16.04.2013)
    • “Tipos de tecnologías 4×4 I y II” (24.06.2015 y 29.09.2015)
    • “Diferencial activo” (16.11.16)

En la sección “Historia del automóvil”

    • “Jeep Willys” (vídeos 2 y 3, 4.02.2013)
    • “Lada Niva” (vídeo 4, 3.12.2014)
    • “Audi Quattro” (vídeo 4, 20.04.2015)
    • “Citroën 2CV” (vídeo 6, 30.03.2016)

En la sección “Evolución de órganos y elementos”

    • “Círculo de adherencia” (vídeos 4 y 7, 2.07. 2015)

En la sección “Actualidad”

    • “Todoterreno y todocamino” (10.03.2014)
    • “Cuadro de actuaciones de seguridad activa o primaria” (25.01.2017)

En la sección “Curso de tecnología básico”

    • “1.22.1. Transmisión integral” (21.06.2017)

 

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