Volante motor bimasa

El embrague es el órgano encargado de conectar y desconectar el motor de la caja de cambios manual, también en las cajas de cambio pilotadas/robotizadas. En este artículo nos vamos a centrar en el embrague, sus elementos y funcionamiento, para ver los dos tipos de volante motor utilizados en el automóvil.

Elementos y funcionamiento del embrague

Empezamos a describir el embrague con la imagen de fondo de un Ford Granada:

    • Se ve la implantación técnica; motor delantero longitudinal y propulsión, identificando el motor MT, embrague EB, caja de cambios CC, árbol de transmisión AT, diferencial DF, palieres PL y resaltando el pedal de embrague PEB y el mando del embrague MEB

A continuación se amplía la imagen para apreciar con más detalle los componentes del embrague:

    • Volante de inercia del motor VIM; su función es reducir las vibraciones generadas por el motor al funcionar. Acumula las inercias de las sucesivas explosiones para lograr el giro lo más continuo posible, se deduce que con más número de cilindros, explosiones más seguidas, puede ser de menor peso. En su superficie opuesta al motor apoya el disco de embrague DE
    • Disco de embrague DE; es un disco metálico con dos superficie de fricción acopladas, una a cada lado. Una de estas fricciona con el volante motor y la otra con el plato de presión. En el centro del disco de embrague engrana un eje estriado que transmite el giro a la caja de cambios, es el árbol de la caja de cambios ACC
    • Árbol de caja de cambios ACC; pasa el movimiento desde el disco de embrague a la caja de cambios, y desde esta llega a las ruedas pasando por los demás elementos de transmisión
    • Plato de presión PP; hace dos funciones, en su superficie del lado del motor fricciona con el disco de embrague y por el otro lado tiene un sistema flexible para comprimir el disco contra el volante motor cuando está embragado. En posición de desembrague se separa del disco de embrague no trasmitiendo este giro a la caja de cambios
    • Cojinete de empuje CE; está en el lado opuesto al disco de embrague en el plato de presión, al empujar sobre este comprime el elemento flexible separándose del disco, es la posición de desembrague
    • Pedal de embrague PE; el pedal acciona el cojinete de empuje mediante un sistema de mando SM
    • Sistema de mando SM; es el encargado de transmitir el movimiento desde el pedal de embrague al cojinete de empuje. Se ha representado mediante una varilla rotatoria de forma simplificada pues no es el objetivo de este artículo hablar de los sistemas de accionamiento, que son cuatro; mecánico por cable flexible, hidráulico, pilotado y eléctrico (sin conexión mecánica o hidráulica), en otra ocasión trataré este tema

Se ve a continuación el funcionamiento del embrague:

    • Al pisar el pedal de embrague el cojinete de empuje actúa sobre el plato de presión que libera el disco del volante motor. Al soltar el pedal de embrague el elemento flexible del plato de presión comprime el disco contra el volante motor transmitiendo el movimiento a la caja de cambios
    • Los elementos se separan para verlos en detalle;

Embrague con volante motor mono masa

La función del volante de inercia del motor de reducir las vibraciones implica un peso añadido que afecta a la respuesta del motor al acelerar y retener. Pero no absorbe los efectos torsionales generados al soltar el pedal de embrague y comenzar a transmitir el movimiento desde el volante motor al disco de embrague y plato de presión, lo que implica tirones en la fase de acoplamiento hasta que se igualan las velocidades. Si se hace muy suavemente con el pedal de embrague se produce mucho desgaste en las superficies de fricción del disco. Se compensan en parte estos efectos torsionales añadiendo elementos específicos en el disco de embrague como se ve en la animación, con la imagen de fondo de un Pontiac Firebird, que se amplia para apreciar mejor los detalles:

    • Volante motor simple o mono masa; se denomina así al ser de una sola pieza la masa de inercia. Tiene en su periferia la corona para que engrane el piñón del motor de arranque, que no afecta para el tema que estamos tratando
    • El disco de embrague; se compone de dos discos metálicos en cuyas superficies exteriores están los materiales de fricción
    • Entre los dos discos metálicos hay un conjunto de muelles que permiten desplazamientos angulares entre ambos discos
    • Al empujar el plato de presión y comenzar a friccionar con el disco de embrague y este con el volante motor, los muelles se comprimen absorbiendo parte de los efectos torsionales, lo que reduce las vibraciones que se transmiten al pedal de embrague y carrocería, resultando más suave su acoplamiento
    • El disco de embrague reduce su desgaste al exigir menos patinamiento en las fases de acoplamiento, pero el incremento de peso aumenta sus propias inercias y agilidad de desplazamiento al pisar y soltar el pedal de embrague
    • Se ven al final dos imágenes reales, por la derecha un disco de embrague con los muelles de absorción torsional y por la izquierda un volante motor mono masa

Este sistema ha sido el utilizado en el automóvil con los muelles más adecuados en cada caso. Cuando se dispone de elevados valores de par motor los efectos torsionales son mayores, exigiendo más muelles y más duros, o de dureza variable para lograr el mejor equilibrio. Todo ha sido suficiente hasta los motores turbodiésel con muy altos valores de par y que se logran rápidamente al acelerar. Veamos que pasa en estas condiciones.

Embrague con volante de inercia mono masa y motor con mucho par

La evolución de los motores turbodiésel ha logrado valores de par excepcionales y que se obtiene desde bajas RPM, lo que implica muy altos efectos torsionales que han de pasar desde el volante motor al disco de embrague. No se pueden añadir más muelles, no hay espacio, por lo que se ha de asumir el incremento de vibraciones. La imagen animada con la base de un Nissan Navara reproduce este comportamiento:

    • El volante motor trata de reducir las vibraciones inherentes a las explosiones, que generan mucho par, por lo que resultará difícil…….
    • El disco de embrague no puede disminuir lo suficiente los efectos torsionales….…
    • El resultado es asumir vibraciones y tirones al actuar sobre el pedal de embrague, bueno las vibraciones pueden ser en parte compensadas por apoyos elásticos del motor en la carrocería más elaborados, pero los efectos torsionales no desaparecen

Este hecho sería aceptado por quienes utilizan profesionalmente el automóvil, pues valoran más los aspectos de consumo, capacidad de carga y respuesta del motor, pero no si se trata de automóviles de turismo y que cuentan con motores de estas características. La solución la aporta el volante motor bi masa.

Embrague con volante motor bi masa

Se explica el siguiente paso con la imagen de fondo de un BMW serie 3:

    • La primera parte del volante motor, con el dentado para el motor de arranque, tiene en su interior un conjunto de muelles, al ser de más diámetro y espesor que el disco de embrague se pueden utilizar más muelles y de diferentes elasticidades
    • A continuación se acopla la segunda parte del volante motor que asienta en la otra zona de los muelles. La primera y segunda parte conforman el volante motor bi masa, separadas por los muelles de absorción
    • Seguidamente se incorpora el disco de embrague, sin muelles
    • Al funcionar el motor el volante motor bi masa hace dos funciones, reducir las vibraciones del funcionamiento del motor y absorber los efectos torsionales
    • Se observa cómo no se transmiten vibraciones ni tirones al pedal de embrague ni carrocería
    • Para terminar, aparecen por derecha e izquierda respectivamente el disco de embrague sin muelles y el volante motor bi masa

Comparación volante motor mono masa y bi masa

En las dos animaciones siguientes se aprecian las diferencias entre los dos sistemas explicados.

La primera sobre un motor – caja de cambios con diferencial de un Saab 92, tiene un volante motor mono masa y disco de embrague con muelles.

La  segunda con la base de un motor Fiat, dispone de volante motor bi masa y disco de embrague sin muelles.

En ambos casos el plato de presión y el cojinete de empuje (este último no representado) son similares. Las características del plato de presión están relacionadas con el par motor a transmitir.

Sustitución del embrague por desgaste

Cuando se desgaste el embrague lo más habituales que sea porque los forros de fricción del disco han llegado a su mínimo espesor, son los elementos fusibles. En un automóvil actualmente se aprecia esta situación por la subida en el pedal del punto de acoplamiento, cuando se empieza a mover el coche al soltar lentamente el pedal de embrague. En un automóvil más antiguo era cuando el reglaje de tensión del sistema de accionamiento no tenía más recorrido. Si no se sustituye el disco de embrague desgastado  comenzará a patinar, sube el motor de RPM sin  que el automóvil avance en la misma proporción, llegando a dañar el volante motor al rozar metal con metal.

Imagen superior con volante de inercia del motor mono masa:

    • Cuando se desgasta el disco de embrague se ha de sustituir el conjunto de elementos de desgaste, el “kit” de embrague. En un sistema con volante motor mono masa se compone de; disco de embrague DEM, plato de presión PP y cojinete de empuje CE. El volante de inercia del motor mono masa VIM no se sustituye si no ha sido dañado por excesivo desgaste del disco de embrague

Imagen inferior con volante de inercia del motor bi masa

    • El volante bi masa permite recuperar desde muy bajas RPM en motores con mucho par, lo que somete a los componentes de absorción de vibraciones y efectos torsionales a un trabajo muy severo. Cuando se desgasta el disco de embrague es frecuente que al comprobar el estado del volante bimasa presente holguras, lo que indica que en breve empezará a no hacer correctamente sus funciones, es más generará vibraciones y ruido, justamente lo que hasta entonces ha evitado. En estas circunstancias se ha de añadir al “kit” de embrague la sustitución del volante motor bi masa VIB, que por su complejidad es frecuente que duplique el coste de la reparación

El volante motor bimasa puede incorporar además sistemas pendulares que permiten recuperar desde prácticamente el ralentí incluso en 6ª marcha en llano. Se puede hacer funcionar al motor a muy bajas RPM con excelentes consumos. Pero si se abusa de esta utilización se somete al volante bimasa a unos esfuerzos sumamente exigentes que mermarán su duración. Además, si se trata de un motor turbodiésel con sistemas de limpieza de gases de escape complejos (EGR, filtro antipartículas, turbo de geometría variable, catalizador SCR,…) se deterioran prematuramente estos elementos si no se circula con cierta frecuencia por carretera.

 

Volante motor bi masa

http://diccionario.motorgiga.com/diccionario/volante-bimasa-definicion/gmx-niv15-con194463.htm

 

http://www.aficionadosalamecanica.com/volante-bimasa.htm

 

 

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2 comentarios

  1. Muy buena nota.

  2. Excelente post. Gracias!

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