Tipos de automóviles 4×4

¿Por qué 4×4?

Un automóvil es de propulsión (tracción trasera) o tracción (delantera) siendo las ruedas traseras o delanteras las que reciben la fuerza (par) del motor; es la fuerza motriz que se aplica desde las ruedas a través de los neumáticos al piso, y el automóvil avanza. Cuando se desplazan las otras ruedas no motrices son arrastradas en giro por el automóvil.

En los inicios del automóvil las ruedas eran motrices, generalmente, las traseras para ir pasando años después a ser las delanteras en la mayor parte de los automóviles. En otras ocasiones ya he hablado de las particularidades de la propulsión y tracción comparativamente y lo volveré a retomar más veces, sin embargo el enfoque de este artículo es diferente.

¿Qué aporta el hecho de que sean motrices las cuatro ruedas?, ¿qué razones han llevado a su aplicación?. Las respuestas vienen a continuación, comparando la capacidad de desplazamiento del automóvil en pisos deslizantes, según sea de propulsión o tracción.

Propulsión (tracción trasera) en piso deslizante

En la siguiente animación, sobre un Mazda RX8, vamos a ver la capacidad de avance de un automóvil con propulsión en piso deslizante, y que pasa al acelerar con más energía, es decir aumentar la fuerza (par) motriz:

  • Se ve la implantación de motor delantero longitudinal y propulsión
  • Aparece el círculo de adherencia bajo las ruedas motrices traseras; representa la adherencia disponible en esta situación entre el neumático y el suelo. Si la fuerza motriz se mantiene dentro del círculo de adherencia las ruedas girarán y se desplazará el automóvil, como sucede en la animación
  • Al acelerar aumenta la fuerza (par) motriz, es decir la fuerza rueda – suelo, cuando esta fuerza supera el cículo de adherencia, hay más fuerza que adherencia, la rueda desliza, gira sobre si misma sin que avance el automóvil o lo haga más lentamente

Cuanto más peso haya sobre el eje motriz mayor será el círculo de adherencia. En el caso del automóvil de la imagen se produce con más ocupación y equipaje.

Tracción (delantera) en piso deslizante

Repetimos las mismas secuencias, sobre un Citroën SM, en la animación que sigue. Se va a analizar la capacidad de avance de un automóvil con tracción en piso deslizante y después los resultados al acelerar más:

  • Aparece la implantación de motor delantero longitudinal por detrás del eje, central, y tracción
  • Bajo las ruedas motrices delanteras se representa el círculo de adherencia. Si la fuerza motriz está dentro del círculo de adherencia el automóvil se desplaza
  • Al aumentar la fuerza motriz, al acelerar, si esta llega a superar el círculo de adherencia desliza la rueda, alterando la capacidad de avance del automóvil

A más peso mayor es el círculo de adherencia. En este caso el conjunto motor cambio está próximo al eje delantero lo que aporta una buena capacidad motriz.

Tanto con propulsión como con tracción al disminuir la adherencia se va perdiendo proporcionalmente capacidad motriz, ¿hay soluciones si se necesita que el automóvil se desplace en estas condiciones?.

Transmisión integral, 4×4, en piso deslizante

Antes de ver la animación unos comentarios. El deslizamiento de las ruedas motrices se produce por ser mayor la fuerza motriz que el círculo de adherencia. Éste va variando con el piso (y estado de los neumáticos) y la fuerza motriz con la aceleración y relación de cambio utilizada. La fuerza motriz es inversamente proporcional a la relación insertada; es decir, en 1ª relación será muy elevada y en 4ª menor. Teniendo esto en cuenta en piso deslizante es mejor circular en las relaciones más altas que sea posible. Pero el peso del automóvil y la orografía pueden exigir relación más corta y acelerar, subida por ejemplo, lo que hace que el automóvil no pueda avanzar, sea de propulsión o tracción. Queda otra solución, ¿será posible reducir la fuerza motriz y que sea suficiente para poder avanzar incluso en subida?. La respuesta la proporciona la transmisión integral y lo vemos en esta animación sobre un BMW X5:

  • Se ve la implantación de motor delantero longitudinal y 4×4
  • Aparece el círculo de adherencia bajo las cuatro ruedas motrices; representando la adherencia disponible entre el neumático y el suelo. La fuerza motriz que recibe cada rueda es la mitad pues se reparte entre cuatro en lugar de dos. Al estar la fuerza motriz dentro del círculo de adherencia el automóvil se desplaza
  • Al acelerar aumenta la fuerza (par) motriz, es decir la fuerza rueda – suelo, pero como es la mitad no supera el círculo de adherencia y el automóvil mantiene su capacidad motriz, se desplaza

Si el piso es muy deslizante llegará un momento en que la fuerza motriz supere el círculo de adherencia de alguna/s rueda/s, por lo que los automóviles 4×4 suelen incorporar sistemas que ayuden en estas situaciones; diferenciales autoblocantes,  bloqueo de los diferenciales, control de tracción, ….

En otro momento retomaré el 4×4 explicando sus diferentes tecnologías; conexión manual, 4×4 permanente, conexión automática, rueda libre y algunas opciones más.

Tipos de automóviles 4×4

Hemos explicado las aportaciones del 4×4 para poder desplazarse en pisos deslizantes, pero hay más razones para su aplicación. De hecho la necesidad que llevó a su desarrollo y posterior difusión fue para fines militares, era necesario disponer de vehículos capaces de transitar fuera de carretera en las condiciones más severas. Para poder cumplir estas exigencias era imprescindible la transmisión integral, entre otros aspectos relacionados con la estructura de carrocería y suspensiones. Para afrontar las condiciones de marcha fuera de carretera es preciso poder subir y bajar fuertes pendientes y poder circular muy lentamente por zonas muy agrestes, para solucionarlo se incluyó una segunda caja de cambios. La función de la caja de cambios es multiplicar la fuerza (par) del motor, más en las primeras relaciones. La segunda caja de cambios, “reductora” tiene dos relaciones, una es normal para uso en carretera y otra muy corta permite multiplicar más la fuerza (par) del motor para subir rampas muy inclinadas, bajarlas con retención del motor y rodar muy despacio sin fatigar el embrague. El vehículo con estas capacidades es el conocido como “todoterreno”.

Después de la segunda guerra mundial la producción de todoterreno se redujo y los fabricantes buscaron alternativas ofreciendo sus automóviles 4×4 cada vez más adaptados al uso civil, primero para actividades rurales, después de ocio y deportes hasta llegar a ser una moda, tanto que se va perdiendo progresivamente capacidad de circular por zonas agrestes manteniendo la  apariencia más o menos de todoterreno.

En la siguiente imagen vemos los tipos de automóviles 4×4 que existen actualmente:

  • Todoterreno; es la evolución del 4×4 original, con capacidad de transitar fuera de carretera y reductora. Las tecnologías empleadas para su uso extremo en zonas agrestes merman sus capacidades en uso en carretera, menos seguridad activa; es más alto e inestable, consume y contamina bastante más por peso y aerodinámica. La seguridad pasiva no es su fuerte por la estructura robusta de la carrocería. En la imagen se ve un Mercedes G con la implantación de motor longitudinal delantero, 4×4 permanente con diferencial central y reductora
  • Todocamino; mantiene una imagen exterior más o menos próxima a un todoterreno pero deriva de un turismo. Se adapta para poder circular por pistas con algunos baches, firmes con baja adherencia y poco más pues no cuenta con reductora. En algunos todocamino se ha incluido una especie de reductora pero no tan corta como un todoterreno, permite arrastrar caravana y superar pendientes más inclinadas, pero sin demasiados baches o la estructura de la carrocería se resentirá. Se ve en la imagen un Toyota RAV – 4. Su implantación es motor transversal delantero y tracción permanente con la propulsión autoconectable. Sin reductora
  • Turismo 4×4; su denominación ya lo dice, el 4×4 permite avanzar en piso deslizante y poco más. Es ideal para subir a estaciones de esquí. En la imagen un BMW serie 5 Xdrive con la implantación de motor longitudinal delantero y propulsión permanente con la tracción autoconectable. Sin reductora
  • 4×4 prestacional: el objetivo es poder pasar al suelo lo mejor posible gran cantidad de fuerza (par) y velocidad (potencia). En aceleraciones fuertes mejora la capacidad de tracción compensando el mayor rozamiento de la transmisión integral. Se ve en la imagen el Porsche Carrera 4 con la implantación de motor longitudinal trasero por detrás del eje y 4×4 variable

Tipos de automóviles 4x4

Las tecnologías 4×4 empleadas son muy distintas según los objetivos y tipo de automóvil 4×4, lo explicaré en otro artículo, como anticipo resaltar que hay dos tendencias genéricas; 4×4 permanente con diferencial central y otros con un eje motriz y el otro autoconectable cuando es preciso.    

 

Todoterreno

 

Todocamino

 

Turismo 4×4

 

4×4 prestacional

 

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