HISTORIA DE LOS SISTEMAS DE FRENOS

En el año 1902, en un camino sin pavimentar de la ciudad de Nueva York (lo que es hoy Riverside Drive), tuvo lugar una importante prueba sobre el sistema de frenos. Ransom E. Olds se decidió a comparar un nuevo sistema de frenos con el de tambora interna de un automóvil Victoria y con el freno de un coche tirado por cuatro caballos. Su vehículo, Oldsmobile, tenla un sistema de freno de una sola banda de acero Inoxidable flexible, envuelta alrededor de una tambora en el eje trasero. Al aplicarse el pedal de los frenos, la banda se contraía y sujetaba la tambora.

Un cable de acero envuelto alrededor de una tambora en la rueda trasera constituía el sistema de enfrenamiento del Damíer de 1899. Este sistema data de los tiempos de los conductores de carruajes romanos, quienes usaban cadenas. Los autos fabricados a principios de este siglo usaban frenos externos que funcionaban de esta forma, bien en las ruedas traseras solamente, en el eje de mando o en ambos elementos

Olds iba a participar con su auto en el concurso Blue Ribbon, una carrera de 160 km (100millas) que tendría lugar en el mes de agosto siguiente, y quería estar seguro de que su sistema de frenos externos podrá competir favorablemente con el diseño de tambora interna y con el freno aplicado sobre la rueda de los coches tirados por caballos -éste consistía en una almohadilla que se aplicaba a la rueda de caucho macizo con una palanca larga-. Aunque este freno desgastaba con rapidez la capa de rodamiento de caucho sólido, se usaba mucho en los coches tirados por caballos y en muchos de los primeros automóviles.Desde una velocidad de 22.5 kph (14 mph), considerada como rápida en aquel entonces, el Oldsmobile se detuvo a una distancia de 6.5 m (21.5 pies), el Victoria a una distancia de 11.27 m (37 pies) y los caballos, que no llegaron a correr a 22.5 kph; pero carecían de un freno de motor que los ayudase, se detuvieron a una distancia de 23.6 m (77.5 pies).

El Oldsmobile logro ganar dos de las nueve cintas azules otorgadas durante esa competencia. El sistema de frenos del automóvil causó una impresión tan favorable entre los otros fabricantes que, para el año de 1903, la mayoría de ellos adoptó su uso. En el año de 1904 casi todos los fabricantes de automóviles estaban construyendo vehículos con un freno externo en cada rueda trasera.

El Cadillac Ocho de 1915 empleaba zapatas de expansión internas y bandas de contracción externas, que actuaban sobre una misma tambora. Este sistema se empleaba en las ruedas traseras

Casi a la vez, el freno externo dio pruebas de tener graves problemas al ser sometido a un uso diario. En las colinas; por ejemplo, el freno se desenvolvía y se echaba a perder después de unos cuantos segundos. Un conductor que tuviese la mala suerte de quedarse varado en mitad de una pendiente, se vera obligado a dejar que su vehículo rodase hacia atrás.Por esta razón, las calzas o cuñas constituían artículos muy importantes que debían llevar consigo todos los vehículos Era común ver a un pasajero apresurándose a salir del interior de un automóvil con calzas de madera en las manos para así inmovilizar las ruedas.

El freno también tenía gran desventaja. El mismo carecía de protección contra la tierra, por lo que sus bandas y tamboras no tardaban en desgastarse. Era normal una reparación de los frenos cada 322 a 485 km (200 a 300 millas).

El desarrollo del freno interno eliminó los problemas relacionados con el freno externo. Mientras las zapatas de los frenos permanecieran bajo presión, quedaban aplicadas contra las tamboras para impedir que el auto rodara hacía atrás en pendientes. Y, como los componentes de los frenos se encontraban dentro de las tamboras, protegidas de la tierra, los conductores podían efectuar recorridos de más de 1,600 km (1,000 millas) entre un reacondicionamiento y otro de los frenos.El freno de tambora, como se le conoce ahora, se impuso en los Estados Unidos. En Europa, particularmente en Gran Bretaña, tuvo que compartir el mercado con los frenos de discos. Estos se convirtieron casi en equipo de norma en los autos europeos durante la década de 1950, aproximadamente 25 años antes de que fueran adoptados por los fabricantes norteamericanos, en el año 1973.Esto resulta irónico, debido a que el freno de disco de tipo de puntos fue un invento norteamericano. En 1898, Elmer Ambrose Sperry, de Cleveland, diseñó un auto eléctrico con frenos de discos en las ruedas delanteras.

Creó un disco grande como parte integrante de la maza de cada rueda. Empleó electroimanes para presionar discos más pequeños (forrados con un material de fricción) contra unos puntos en el disco giratorio, para conseguir que las ruedas se detuvieran. Unos resortes hacían que los discos de puntos se retrajeran al interrumpirse la corriente.Mientras tanto, en Gran Bretaña, se expidió una patente en 1902 a F.W. Lanchester para un sistema de frenos de disco de tipo de puntos no eléctricos, el que funcionaba de acuerdo con un principio muy similar al que tenemos hoy. El problema mayor que encontró Lanchester fue el relacionado con los ruidos. El contacto de metal con metal entre los forros de cobre y el disco de metal producía un intenso chirrido que resultaba sumamente molesto para todo el mundo.

Este problema se solucionó en 1907, cuando a Herbert Frood, otro inglés, se le ocurrió la idea de forrar las almohadillas con asbesto. El nuevo material fue adoptado rápidamente por los fabricantes de automóviles para usarlo tanto en los frenos de discos como en los de tambora. Los forros de asbesto también tenían una duración mucho mayor que la de otros materiales de fricción. Había aparecido el freno de los 16,000 km (10,000 millas).Al mejorarse los caminos y al comenzar los autos acorrer a altas velocidades, los fabricantes

reconocieron la necesidad de contar con una fuerza de enfrenamiento aún mayor. Una solución para este problema se hizo aparente durante la Carrera Elgin Road Race de 1915. Un auto Duesenberg pudo alcanzar una velocidad de 128 kph (80 mph) en las rectas, para luego desacelerar y poder dar vueltas por curvas cerradas. El secreto de esta extraordinaria fuerza de enfrenamiento del auto Duesenberg radicaba simplemente en el uso de un freno interno en cada rueda delantera, así como en cada rueda trasera.

Los sistemas hidráulicos modernos se dividen entre la parte trasera y la parte delantera. Si se produce una filtración en un circuito, el otro todavia puede detener el auto. En el sistema Volvo (semuestra aquí) se emplean dos conductos para los frenos delanteros, a fin de que los tras frenos funcionen todo el tiempo. El Hudson de 1936 usó el primer sistema doble: frenos hidráulicos con auxiliar mecánico.

En el año 1918, un joven inventor, Malcolm Lougheed (quien posteriormente cambió la escritura de su nombre por la de Lockheed), aplicó fuerza hidráulica al sistema de frenos. Empleó cilindros y tubos para trasmitir la presión de un liquido contra las zapatas de los frenos, a fin de empujar éstas contra las tamboras. En 1921 apareció el primer auto de pasajeros equipado con frenos hidráulicos en las cuatro ruedas: el Duesenberg Modelo A. Los discos para frenos de autos de carrera Airhart usaban unos pistones que trasferían de forma uniforme la presión a las almohadillas.

Pero el sistema hidráulico no fue adoptado de inmediato por todos los fabricantes de automóviles. Diez años después de aparecer el Duesenberg Modelo A, en 1931, sólo los modelos Chrysler, Dodge, Desoto, Plymouth, Auburn, Franklin, Reo y Granham tenfan frenos hidráulicos. Todos los

otros vehículos todavía tenían frenos mecánicos activados por cables. De hecho, no fue hasta 1939 que la Ford finalmente los adoptó, convirtiéndose en el último fabricante de importancia en emplear frenos hidráulicos.El sistema básico de frenos que utilizamos hoy ya era cosa común en 1921, cuando tambíen comenzó a usarse en un refinamiento que muchos consideran como algo contemporáneo: los frenos motrices.Los frenos motrices, técnicamente, datan del año de 1903, cuando un auto llamado Tincher empleó frenos de aire. Pero el primer automóvil en equiparse con un reforzador motriz activado por el vacío, similar a los que tenemos en la actualidad, fue el Pierce-Arrow de 1928. Empleaba el vacío del múltiple de admisión para reducir el esfuerzo físico requerido para aplicar los frenos. Hasta la fecha, los reforzado res de vacío tienen un diseño similar.Este año se ha producido la primera desviación de importancia con respecto a los sistemas motrices de vacío. Algunos autos GM de 1985 están empleando un reforzador eléctrico de los frenos que es más pequeño y liviano que el reforzador de vacío convencional, creando así un sistema de frenos totalmente hidráulico. Algunos automóviles con frenos de tipo anticierre también emplean sistemas totalmente hidráulicos.El primer automóvil que salió con frenos de ajuste automático fue el Cole de 1925. El prototipo de los sistemas actuales apareció en el Studebaker de 1946. El mecanismo, creado por la Wagner Electric Co., consistía en una cuña de ajuste que era regulada para mover un pasador y una palanca contra el muelle: esto forzaba la cuña de ajuste contra las zapatas de los frenos, las cuales se expandían para mantener los forros separados de las tamboras una cierta distancia, la cual se determinaba de antemano.En cuanto a las unidades anticierre (contra patinazos) que se están usando en los Estados Unidos, se trata de algo ya conocido desde hace bastante tiempo. El primer sistema de frenos contra patinazos de resultados prácticos, llamados Maxaret, fue desarrollado en 1958 por los Laboratorios Road Research de Gran Bretaña y se aplicaron por primera vez al sedán deportivo Jensen FF en 1966. Tres años después, en 1969, se equipó un Lincoln Continental Mark III con una unidad antitrabas Auto-Linear desarrollada por la Kelsey-Hayes. Unos sensores en las ruedas traseras transmitían señales a una computadora que funcionaba con transistores y que se hallaba colocada detrás de la guantera. La computadora controlaba una válvula activada por el vacío en el conducto trasero de los frenos, para modular la presión trasmitida a los frenos traseros cuando los sensores le indicaban a la computadora que los frenos se estaban trabando.Los altos costos y algunos problemas técnicos no permitieron comercializar esta unidad. Pero en la actualidad existen versiones mejoradas que impiden que las cuatro ruedas de un vehículo patinen, las que se han instalado en modelos Lincoln, Mercedes y algunos otros automóviles que se están vendiendo sólo en Europa. No obstante la computarización de los frenos, hay que hacer cierta advertencia sobre el uso de los frenos que resulta tan útil hoy como lo fue en 1909, cuando apareció por primera vez en "The American Cyclopedia of the Automobile":"Un buen consejo en medio del tránsito consiste en usar al mínimo los frenos. La tensión que experimentan el conductor y los pasajeros de un vehículo llega a convertirse en nerviosismo intenso, cuando un conductor se ve obligado a aplicar violentamente los frenos, de manera continua, cada vez que el vehículo que marcha delante de él altera en lo más mínimo su dirección o reduce la velocidad".

El freno de disco Porche está ventilado y tiene perforaciones para su enfrenamiento. Unas costillas de refuerzo impiden que las pinzas, a causa de la alta presión hidráulica, se flexionen. Este tipo de freno desacelera a los autos de carreras desde una velocidad de 370 kph (230 mph) a sólo 48 kph (30 mph), en las competencias de resistencia de 24 horas

CLASIFICACIÓN DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

Se clasifican según el emplazamiento del árbol de levas:

o    Árbol de levas en bloque o lateral.

o    Árbol de levas en la culata o cabeza.

Las válvulas generalmente, van colocadas en la culata. En algunos motores se utilizan válvulas laterales (sistema SV), pero está en desuso.

·         Árbol de levas en el bloque (sistema OHV) (fig. 21)

Es un sistema muy utilizado en motores diesel de medianas y grandes cilindradas. En los turismos, debido a las revoluciones que alcanzan estos motores cada vez se emplean menos. Esto es como consecuencia de las fuerzas de inercia creadas en los elementos que tienen movimientos alternativos.

Funcionamiento

El cigüeñal le da movimiento al árbol de levas (L) y éste acciona el taqué (T), en el cual está apoyada la varilla (V). Al ser accionada la varilla se levanta y acciona la cola del balancín (B) (basculante) que al girar sobre el eje (E) de balancines hace que éste actúe sobre la cola de la válvula (C), venciendo la acción del muelle (M), abriendo el orificio correspondiente. Al desaparecer la acción de la leva, el muelle recupera su longitud inicial y la válvula cierra el orificio, al permitirlo la leva.

Fig. 21

·         Árbol de levas en la culata (OHC)

Es el sistema más utilizado. El accionamiento de las válvulas es o bien directo o a través de algún órgano. Esto hace que lo utilicen los motores que alcanzan un elevado número de revoluciones, aunque el mando es más delicado.

El accionamiento puede ser:

o    Directo.

o    Indirecto.

Sistema OHC de accionamiento directo (fig. 22)

Es un sistema que lleva pocos elementos. Se emplea para motores revolucionados. La transmisión entre el cigüeñal y árbol de levas se suele hacer a través de correa dentada de neopreno. Utiliza cámara de compresión tipo hemisférica, empleándose con mucha frecuencia tres o cuatro válvulas por cilindro. Estos sistemas presentan el problema de que la culata es de difícil diseño.

Puede llevar uno o dos árboles de leva en la culata, llamado sistema DOHC, si son dos árboles de levas.

Fig. 22

Sistema OHC de accionamiento indirecto (fig. 23)

Este sistema prácticamente es igual que el anterior, con la única diferencia de que el árbol de levas (E), acciona un semi-balancín (S), colocado entre la leva y la cola de la válvula (R).

El funcionamiento es muy parecido al sistema de accionamiento directo.

Al girar la leva, empuja el semi-balancín, que entra en contacto con la cola de la válvula, produciendo la apertura de ésta.

Fig. 23

Reglajes
Como consecuencia de la temperatura en los elementos de la distribución, estos elementos se dilatan durante su funcionamiento por lo que hay que dotarles de un cierto juego en frío (separación entre piezas que permita su dilatación).
Aunque la razón principal de dar este juego (holgura de taqués) es que determinan las cotas de la distribución, es importante no olvidar los efectos de la dilatación en la válvula.
Esta holgura con el funcionamiento, tiende a reducirse o aumentarse (dependiendo del sistema empleado), por lo que cada cierto tiempo hay que volver a ajustarlos pues de lo contrario las válvulas no cerrarán ni abrirán correctamente. Esta holgura viene determinada por el fabricante y siguiendo sus instrucciones.
Esta comprobación hay que realizarla cuando la válvula está completamente cerrada. En un sistema OHV el juego de los taqués (J) se mide entre el vástago de la válvula y el extremo del balancín (fig. 20).
En el sistema de distribución OHC de accionamiento directo, el reglaje de taqués se hace colocando en el interior del taqué, más o menos láminas de acero (R) (fig. 22).
En el sistema de distribución OHC de accionamiento indirecto el reglaje de taqués se hace actuando sobre los tornillos de ajuste y contratuerca (J) (fig. 23). El reglaje se hará siempre con el motor en frío y como se dijo anteriormente, su valor, depende del fabricante.
Un juego de taqués grande provoca que, la válvula no abra del todo el orificio correspondiente, con lo que los gases no pasarán en toda su magnitud. Un juego de taqués pequeño provoca que la válvula esté más tiempo abierta incluso no llegue a cerrar si no existe holgura, no pudiéndose conseguir una buena compresión y pudiéndose fundir la válvula en la parte de su cabeza (válvula descabezada) dando lugar a producirse grandes averías en el interior del cilindro y de la culata.

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

Introducción El sistema de distribución es el conjunto de elementos que regulan la apertura y cierre de válvulas en el momento oportuno y a su vez la entrada de la mezcla, (gases frescos) y la salida de los gases residuales de los cilindros, en el momento adecuado después de producirse la explosión.

   

Del momento en el cual se realice la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape, así será el correcto funcionamiento del motor (avance y retraso a la apertura y cierre de las válvulas correspondientes).

Diferentes tipos de cámaras de compresión

Las cámaras de compresión se clasifican por su forma geométrica. La forma de las cámaras de compresión es fundamental en el rendimiento y en la potencia del motor.

La forma de la cámara viene impuesta por la disposición y tamaño, tanto de las bujías como de las válvulas.

Es muy utilizada, por su sencillez en el diseño, y el buen funcionamiento producido por la proximidad de la chispa al punto de máximo aprovechamiento. Son económicas.

Se fabrican generalmente con válvulas en la culata y la bujía se sitúa lateralmente. Tienen la ventaja de que el recorrido de la chispa es muy corto y reduce el exceso de turbulencia del gas. Produce, a la entrada de los gases, un soplado sobre la cabeza del émbolo que reduce el picado de bielas

Elementos del sistema de distribución

Los elementos principales de la distribución son: árbol de levas, engranaje de mando, y las válvulas con sus muelles.

Se clasifican, de acuerdo con su función en:

·         Elementos interiores

o    Válvula de admisión

o    Válvulas de escape

·         Elementos de exteriores

o    Árbol de levas.

o    Elementos de mando.

o    Taqués. 

o    Balancines 

·         Elementos interiores

Estos elementos son las válvulas de admisión y las válvulas de escape.

Válvulas

Son las encargadas de abrir o cerrar los orificios de entrada de mezcla o salida de gases quemados en los cilindros.

Fig. 5

En cada válvula (fig. 5), se distinguen dos partes: cabeza (K) y cola (A). La cabeza, que tiene forma de seta, es la que actúa como verdadera válvula, pues es la que cierra o abre los orificios de admisión o escape. La cola o vástago, (prolongación de la cabeza) es la que, deslizándose dentro de una guía (G), recibirá en su extremo opuesto a la cabeza el impulso para abrir la válvula.

Las válvulas se refrigeran por la guías, principalmente, y por la cabeza.

Las válvulas que más se deterioran son las de escape, debido a las altas temperaturas que tienen que soportar 1000º C.

Fig. 6

Algunas válvulas, sobre todo las de escape, se refrigeran interiormente con sodio (fig. 6).

Debe tener una buena resistencia a la fatiga y al desgaste (choques).

Debe presentar igualmente una buena conductividad térmica (el calor dilata las válvulas) y buenas propiedades de deslizamiento.

La cabeza o tulipa de admisión es de mayor diámetro que la de escape, para facilitar el llenado.

Muelles (fig. 7 y fig. 8)

Las válvulas se mantienen cerradas sobre sus asientos por la acción de un resorte (muelle) (R).

Los muelles deben tener la suficiente fuerza y elasticidad para evitar rebotes y mantener el contacto con los elementos de mando.

o    Debe asegurar la misión de la válvula y mantenerla plana sobre su asiento.

o    El número de muelles puede ser simple o doble.

Fig. 7

Guías de válvula (fig. 7 y fig. 8)

Debido a las altas velocidades, el sistema de distribución es accionado muchas veces en cortos periodos de tiempo. Para evitar un desgaste prematuro de los orificios practicados en la culata por donde se mueven los vástagos de las válvulas y puesto que se emplean aleaciones ligeras en la fabricación de la culata, se dotan a dichos orificios de unos casquillos de guiado G, llamados guías de válvula, resistentes al desgaste y se montan, generalmente, a presión en la culata.

Las guías (G) permiten que la válvula quede bien centrada y guiada.

Fig. 8

La guía de válvula debe permitir un buen deslizamiento de la cola de la válvula, sin rozamiento.

Si existiera demasiada holgura entre la guía y el cuerpo de una válvula de admisión, entraría aceite en la cámara de compresión, debido a la succión del pistón, produciendo un exceso de carbonilla en dicha cámara, y si fuera en una válvula de escape, el aceite se expulsará por el tubo de escape.

Asientos de válvulas (fig. 9)

Son unos arillos (A) postizos colocados a presión sobre la culata para evitar el deterioro de ésta, por el contacto con un material duro como el de la válvula, su golpeteo, y a la corrosión debido a los gases quemados.

El montaje de los asientos se hace a presión mediante un ajuste (frío-calor), y cuando estén deteriorados se pueden sustituir.

Fig. 9 ·         Elementos exteriores Son el conjunto de mecanismos que sirven de mando entre el cigüeñal y las válvulas. Estos elementos son: árbol de levas, elementos de mando, empujadores o taqués y balancines. Según el sistema empleado, los motores a veces carecen de algunos de estos elementos. Árbol de levas (fig. 10) Es un eje que controla la apertura de las válvulas y permite su cierre. Tiene distribuidas a lo largo del mismo una serie de levas (L), en número igual al número de válvulas que tenga el motor. Fig. 10 El árbol de levas o árbol de la distribución, recibe el movimiento del cigüeñal a través de un sistema de engranajes (E). La velocidad de giro del árbol de levas ha de ser menor, concretamente la mitad que la del cigüeñal, de manera que por cada dos vueltas al cigüeñal (ciclo completo) el árbol de levas dé una sola vuelta. Así, el engranaje del árbol de levas, tiene un número de dientes doble que el del cigüeñal. El árbol de levas lleva otro engranaje (G), que sirve para hacer funcionar por la parte inferior a la bomba de engrase, y por la parte superior al eje del distribuidor. Además tiene una excéntrica para la bomba de combustible en muchos casos. Según los tipos de motores y sus utilizaciones, las levas tienen formas y colocaciones diferentes. En la fig. 10 se representa dos tipos de árbol de levas: o    Detalle B: con engranaje para accionar la bomba de aceite y distribuidor. o    Detalle A: con excéntrica para la bomba de combustible. En la fig. 11, se representa el perfil de la leva y las correspondientes fases que se realiza durante su giro. Fig. 11 Elementos de mando El sistema de mando está constituido por un piñón del cigüeñal, colocado en el extremo opuesto al volante motor y por otro piñón que lleva el árbol de levas en uno de sus extremos, que gira solidario con aquél. En los motores diesel se aprovecha el engranaje de mando para dar movimiento, generalmente, a la bomba inyectora. El acoplamiento entre ambos piñones se puede realizar por alguno de los tres sistemas siguientes: Transmisión por ruedas dentadas Cuando el cigüeñal y el árbol de levas se encuentran muy separados (fig. 12), de manera que no es posible unirlos de forma directa, se puede emplear un mecanismo consistente en una serie de ruedas dentadas en toma constante entre sí para transmitir el movimiento. Fig. 12 Los dientes de los piñones pueden ser rectos, éstos son ruidosos y de corta duración o en ángulo helicoidales bañados en aceite en un cárter o tapa de distribución, siendo éstos de una mayor duración. En el caso de dos ruedas dentadas (fig. 13), el cigüeñal y el árbol de levas giran en sentido contrario y, si son tres, giran el cigüeñal y árbol de levas en el mismo sentido. Fig. 13 Transmisión por cadena (fig. 14) Igual que en el caso anterior, este método se utiliza cuando el cigüeñal y el árbol de levas están muy distanciados. Aquí se enlazan ambos engranajes mediante una cadena. Para que el ajuste de la cadena sea siempre el correcto, dispone de un tensor consistente en un piñón o un patín (P) pequeño, generalmente de fibra, situado a mitad del recorrido y conectado a un muelle, que mantiene la tensión requerida. En este sistema se disminuye el desgaste y los ruidos al no estar en contacto los dientes. Es poco ruidoso. Fig. 14 Transmisión por correa dentada (fig. 15) El principio es el mismo que el del mando por cadena, sólo que en este caso se utiliza una correa dentada de neopreno que ofrece como ventaja un engranaje más silencioso, menor peso y un coste más reducido, lo que hace más económico su sustitución. Es el sistema más utilizado actualmente, aunque la vida de la correa dentada es mucho menor que el de los otros sistemas. Si se rompiese ésta, el motor sufriría grandes consecuencias. Estos piñones se encuentran fuera del motor, por lo que es un sistema que no necesita engrase, pero sí la verificación del estado y tensado de la correa. En la figura (T), indica los tornillos para el tensado de la correa. Fig. 15 Taqués (fig. 16) Son elementos que se interponen entre la leva y el elemento que estas accionan. Su misión es aumentar la superficie de contacto entre estos elementos y la leva. Los taqués (T), han de ser muy duros para soportar el empuje de las levas y vencer la resistencia de los muelles de las válvulas. Para alargar la vida útil de los taqués, se les posiciona de tal manera, que durante su funcionamiento realicen un movimiento de rotación sobre su eje geométrico. Los taqués siempre están engrasados por su proximidad al árbol de levas. La ligereza es una cualidad necesaria para reducir los efectos de inercia. Fig. 16 Taqués hidráulicos (fig. 17) Los taqués hidráulicos funcionan en un baño de aceite y son abastecidos de lubricante del circuito del sistema de engrase del motor. Los empujadores o taqués se ajustan automáticamente para adaptarse a las variaciones en la longitud del vástago de las válvulas a diferentes temperaturas. Carecen de reglaje. Las ventajas más importantes de este sistema son su silencioso funcionamiento y su gran fiabilidad. Fig. 17 Varilla empujadora (fig. 18) No existen en los motores que llevan árbol de levas en cabeza. Las varillas (V) van colocadas entre los balancines (B) y los taqués (T). Tienen la misión de transmitir a los balancines (B) el movimiento originado por las levas (L). Las varillas empujadoras: o    Son macizas o huecas, en acero o aleación ligera. o    Sus dimensiones se reducen al máximo para que tengan una débil inercia y al mismo tiempo una buena resistencia a las deformaciones. o    El lado del taqué tiene forma esférica. o    El lado del balancín tiene una forma cóncava que permite recibir el tornillo de reglaje. Fig. 18 Balancines (fig. 19 y fig. 20) Son unas palancas que oscilan alrededor de un eje (eje de balancines), que se encuentra colocado entre las válvulas y las varillas de los balancines (o bien entre las válvulas y las levas, en el caso de un árbol de levas en cabeza). Los balancines son de acero. Oscilan alrededor de un eje hueco en cuyo interior circula aceite a presión. Este eje va taladrado para permitir la lubricación del balancín. La misión de los balancines es la de mandar la apertura y el cierre de la válvula. Se distinguen dos tipos de balancines: o    Balancines oscilantes. o    Balancines basculante. Balancines oscilantes (fig. 19) Lo utilizan los motores con árbol de levas en cabeza. El eje de giro pasa por un extremo del balancín. Se le conoce también con el nombre de "semibalancín". Recibe el movimiento directo del árbol de levas y lo transmite al vástago de la válvula a través de su extremo libre. Fig. 19 Balancines basculantes (fig. 20) Lo utilizan los motores con árbol de levas laterales. Las válvulas van en cabeza. El eje de giro pasa por el centro del balancín. Uno de sus extremos recibe el movimiento de la varilla empujadora y lo transmite al vástago de la válvula por el otro extremo. Fig. 20

LINEAS CAN BUS

Can-Bus es un protocolo de comunicación en serie desarrollado por Bosch para el intercambio de información entre unidades de control electrónicas del automóvil. Can significa Controller Area Network (Red de área de control) y Bus, en informática, se entiende como un elemento que permite transportar una gran cantidad de información. Este sistema permite compartir una gran cantidad de información entre las unidades de control abonadas al sistema, lo que provoca una reducción importante tanto del número de sensores utilizados como de la cantidad de cables que componen la instalación eléctrica. De esta forma aumentan considerablemente las funciones presentes en los sistemas del automóvil donde se emplea el Can-Bus sin aumentar los costes, además de que estas funciones pueden estar repartidas entre dichas unidades de control. La información que circula entre las unidades de mando a través de los dos cables (bus) son paquetes de 0 y 1 (bit) con una longitud limitada y con una estructura definida de campos que conforman el mensaje. · Uno de esos campos actúa de identificador del tipo de dato que se transporta, de la unidad de mando que lo trasmite y de la prioridad para trasmitirlo respecto a otros. El mensaje no va direccionado a ninguna unidad de mando en concreto, cada una de ellas reconocerá mediante este identificador si el mensaje le interesa o no. · Todas las unidades de mando pueden ser trasmisoras y receptoras, y la cantidad de las mismas abonadas al sistema puede ser variable (dentro de unos límites). · Si la situación lo exige, una unidad de mando puede solicitar a otra una determinada información mediante uno de los campos del mensaje (trama remota o RDR). · Cualquier unidad de mando introduce un mensaje en el bus con la condición de que esté libre, si otra lo intenta al mismo tiempo el conflicto se resuelve por la prioridad del mensaje indicado por el identificador del mismo. · El sistema está dotado de una serie de mecanismos que aseguran que el mensaje es trasmitido y recepcionado correctamente. Cuando un mensaje presenta un error, es anulado y vuelto a trasmitir de forma correcta, de la misma forma una unidad de mando con problemas avisa a las demás mediante el propio mensaje, si la situación es irreversible, dicha unidad de mando queda fuera de servicio pero el sistema sigue funcionando. CABLES: La información circula por dos cables trenzados que unen todas las unidades de control que forman el sistema. Esta información se trasmite por diferencia de tensión entre los dos cables, de forma que un valor alto de tensión representa un 1 y un valor bajo de tensión representa un 0. La combinación adecuada de unos y ceros conforman el mensaje a trasmitir. En un cable los valores de tensión oscilan entre 0V y 2.25V, por lo que se denomina cable L (Low) y en el otro, el cable H (High) lo hacen entre 2.75V. y 5V. En caso de que se interrumpa la línea H o que se derive a masa, el sistema trabajará con la señal de Low con respecto a masa, en el caso de que se interrumpa la línea L, ocurrirá lo contrario. Esta situación permite que el sistema siga trabajando con uno de los cables cortados o comunicados a masa, incluso con ambos comunicados también sería posible el funcionamiento, quedando fuera de servicio solamente cuando ambos cables se cortan. Es importante tener en cuenta que el trenzado entre ambas líneas sirve para anular los campos magnéticos, por lo que no se debe modificar en ningún caso ni el paso ni la longitud de dichos cables. RESISTENCIAS DE CIERRE DEL CIRCUITO: Son resistencias conectadas a los extremos de los cables H y L. Sus valores se obtienen de forma empírica y permiten adecuar el funcionamiento del sistema a diferentes longitudes de cables y número de unidades de control abonadas, ya que impiden fenómenos de reflexión que pueden perturbar el mensaje. Estas resistencias están alojadas en el interior de algunas de las unidades de control del sistema por cuestiones de economía y seguridad de funcionamiento. CONTROLADOR: Es el elemento encargado de la comunicación entre el microprocesador de la unidad de control y el trasmisor-receptor. Trabaja acondicionando la información que entra y sale entre ambos componentes. El controlador está situado en la unidad de control, por lo que existen tantos como unidades estén conectadas al sistema. Este elemento trabaja con niveles de tensión muy bajos y es el que determina la velocidad de trasmisión de los mensajes, que será mas o menos elevada según el compromiso del sistema. Así, en la línea de Can-Bus del motor-frenos-cambio automático es de 500 K baudios, y en los sistema de confort de 62.5 K baudios. Este elemento también interviene en la necesaria sincronización entre las diferentes unidades de mando para la correcta emisión y recepción de los mensajes. ELEMENTO DE TRANSMISION-RECEPTOR: El trasmisor-receptor es el elemento que tiene la misión de recibir y de trasmitir los datos, además de acondicionar y preparar la información para que pueda ser utilizada por los controladores. Esta preparación consiste en situar los niveles de tensión de forma adecuada, amplificando la señal cuando la información se vuelca en la línea y reduciéndola cuando es recogida de la misma y suministrada al controlador. El trasmisor-receptor es básicamente un circuito integrado que está situado en cada una de las unidades de control abonadas al sistema, trabaja con intensidades próximas a 0.5 A y en ningún caso interviene modificando el contenido del mensaje. Funcionalmente está situado entre los cables que forman la línea Can-Bus y el controlador. PRINCIPAL FUNCIONAMIENTO: Las unidades de mando que se conectan al sistema Can-Bus son las que necesitan compartir información, pertenezcan o no a un mismo sistema. En automoción generalmente están conectadas a una línea las unidades de control del motor, del ABS y del cambio automático, y a otra línea (de menor velocidad) las unidades de control relacionadas con el sistema de confort. El sistema Can-Bus está orientado hacía el mensaje y no al destinatario. La información en la línea es trasmitida en forma de mensajes estructurados en la que una parte del mismo es un identificador que indica la clase de dato que contiene. Todas las unidades de control reciben el mensaje, lo filtran y solo lo emplean las que necesitan dicho dato. Naturalmente, la totalidad de unidades de control abonadas al sistema son capaces tanto de introducir como de recoger mensajes de la línea. Cuando el bus está libre cualquier unidad conectada puede empezar a trasmitir un nuevo mensaje. En el caso de que una o varias unidades pretendan introducir un mensaje al mismo tiempo, lo hará la que tenga una mayor prioridad. Esta prioridad viene indicada por el identificador. El proceso de trasmisión de datos se desarrolla siguiendo un ciclo de varias fases: Suministro de datos: Una unidad de mando recibe información de los sensores que tiene asociados (r.p.m. del motor, velocidad, temperatura del motor, puerta abierta, etc.) Su microprocesador pasa la información al controlador donde es gestionada y acondicionada para a su vez ser pasada al trasmisor-receptor donde se transforma en señales eléctricas. Trasmisión de datos: El controlador de dicha unidad transfiere los datos y su identificador junto con la petición de inicio de trasmisión, asumiendo la responsabilidad de que el mensaje sea correctamente trasmitido a todas las unidades de mando asociadas. Para trasmitir el mensaje ha tenido que encontrar el bus libre, y en caso de colisión con otra unidad de mando intentando trasmitir simultáneamente, tener una prioridad mayor. A partir del momento en que esto ocurre, el resto de unidades de mando se convierten en receptoras. Recepción del mensaje: Cuando la totalidad de las unidades de mando reciben el mensaje, verifican el identificador para determinar si el mensaje va a ser utilizado por ellas. Las unidades de mando que necesiten los datos del mensaje lo procesan, si no lo necesitan, el mensaje es ignorado. El sistema Can-Bus dispone de mecanismos para detectar errores en la trasmisión de mensajes, de forma que todos los receptores realizan un chequeo del mensaje analizando una parte del mismo, llamado campo CRC. Otros mecanismos de control se aplican en las unidades emisoras que monitorizan el nivel del bus, la presencia de campos de formato fijo en el mensaje (verificación de la trama), análisis estadísticos por parte de las unidades de mando de sus propios fallos etc. Estas medidas hacen que las probabilidades de error en la emisión y recepción de mensajes sean muy bajas, por lo que es un sistema extraordinariamente seguro. El planteamiento del Can-Bus, como puede deducirse, permite disminuir notablemente el cableado en el automóvil, puesto que si una unidad de mando dispone de una información, como por ejemplo, la temperatura del motor, esta puede ser utilizada por el resto de unidades de mando sin que sea necesario que cada una de ellas reciba la información de dicho sensor. Otra ventaja obvia es que las funciones pueden ser repartidas entre distintas unidades de mando, y que incrementar las funciones de las mismas no presupone un coste adicional excesivo. COMO ES EL TIPO DE MENSAJE DE QUE TIPO DE SEÑAL? El mensaje es una sucesión de “0” y “1”, que como se explicaba al principio, están representados por diferentes niveles de tensión en los cables del Can-Bus y que se denominan “bit”. El mensaje tiene una serie de campos de diferente tamaño (número de bits) que permiten llevar a cabo el proceso de comunicación entre las unidades de mando según el protocolo definido por Bosch para el Can-Bus, que facilitan desde identificar a la unidad de mando, como indicar el principio y el final del mensaje, mostrar los datos, permitir distintos controles etc. Los mensajes son introducidos en la línea con una cadencia que oscila entre los 7 y los 20 milisegundos dependiendo de la velocidad del área y de la unidad de mando que los introduce. Ejemplo de cómo se escribe un mensaje. COMO ES LA LINEA DEL MENSAJE: Campo de inicio del mensaje: El mensaje se inicia con un bit dominante, cuyo flanco descendente es utilizado por las unidades de mando para sincronizarse entre sí. Campo de arbitrio: Los 11 bit de este campo se emplean como identificador que permite reconocer a las unidades de mando la prioridad del mensaje. Cuanto más bajo sea el valor del identificador más alta es la prioridad, y por lo tanto determina el orden en que van a ser introducidos los mensajes en la línea. El bit RTR indica si el mensaje contiene datos (RTR=0) o si se trata de una trama remota sin datos (RTR=1). Una trama de datos siempre tiene una prioridad más alta que una trama remota. La trama remota se emplea para solicitar datos a otras unidades de mando o bien porque se necesitan o para realizar un chequeo. Campo de control: Este campo informa sobre las características del campo de datos. El bit IDE indica cuando es un “0” que se trata de una trama estándar y cuando es un “1” que es una trama extendida. Los cuatro bit que componen el campo DLC indican el número de bytes contenido en el campo de datos. La diferencia entre una trama estandar y una trama extendida es que la primera tiene 11 bits y la segunda 29 bits. Ambas tramas pueden coexistir eventualmente, y la razón de su presencia es la existencia de dos versiones de CAN. Campo de datos: En este campo aparece la información del mensaje con los datos que la unidad de mando correspondiente introduce en la linea Can-Bus. Puede contener entre 0 y 8 bytes (de 0 a 64 bit). Campo de aseguramiento (CRC): Este campo tiene una longitud de 16 bit y es utilizado para la detección de errores por los 15 primeros, mientras el último siempre es un bit recesivo (1) que delimita el campo CRC. Campo de confirmación (ACK): El campo ACK esta compuesto por dos bit que son siempre trasmitidos como recesivos (1). Todas las unidades de mando que reciben el mismo CRC modifican el primer bit del campo ACK por uno dominante (0), de forma que la unidad de mando que está todavía trasmitiendo reconoce que al menos alguna unidad de mando ha recibido un mensaje escrito correctamente. De no ser así, la unidad de mando trasmisora interpreta que su mensaje presenta un error. Campo de final de mensaje (EOF): Este campo indica el final del mensaje con una cadena de 7 bits recesivos. Puede ocurrir que en determinados mensajes se produzcan largas cadenas de ceros o unos, y que esto provoque una pérdida de sincronización entre unidades de mando. El protocolo CAN resuelve esta situación insertando un bit de diferente polaridad cada cinco bits iguales: cada cinco “0” se inserta un “1” y viceversa. La unidad de mando que utiliza el mensaje, descarta un bit posterior a cinco bits iguales. Estos bits reciben el nombre de bit stuffing.