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Moreno Hernandez Jose Ricardo

5SV

Sistemas automotrices

2019361334 Indice

UNIDAD I Conceptos fundamentales y terminología del automóvil

1.1 Historia 4 pg 1.2 Características fundamentales 8 pg 1.3 terminología automotriz 11 pg 1.4 descripción del automóvil 17 pg

UNIDAD II Sistemas fundamentales

2.1 Tipos de motor 20 pg 2.2 Sistemas de inyección 24 pg 2.2.1 Carburador 28 pg 2.2.2 Inyección electrónica 30 pg 2.2.3 Sistemas turbocargados y supercargados 33 pg 2.3 Transmisión y diferencial 37 pg 2.4 Bastidor y Carroceria 40 pg 2.5 Sistemas eléctrico y electrónico 44 pg 2.6 Sistemas de rodamientos y neumático 48 pg 2.7 Dirección, Suspensión y frenos 55 pg

Unidad III Sistemas Auxiliares

3.1 Seguridad, Integridad y Confort 66 pg 3.2 Iluminación 73 pg 3.3 Instrumentación 81 pg 3.4 Clima 85 pg

Unidad IV Sistemas de vanguardia

4.1 Sistemas híbridos 90 pg 4.2 Celdas de Hidrógeno 97 pg 4.3 Biocombustibles 99 pg 4.4 Perspectivas automotrices 103 pg Bibliografía (^) 105 pg

2019361334 1.1 Historia La historia del automóvil involucra la serie de eventos, innovaciones y conocimientos científico-tecnológicos que dieron nacimiento al automóvil. Son los eventos que le permitieron evolucionar y convertirse finalmente en lo que hoy forma parte de nuestra vida cotidiana. Llamados carros, autos o coches, los vehículos automotores terrestres son una de las más exitosas invenciones del ser humano en lo que a desplazamiento se refiere. Su popularidad durante sus más de dos siglos de historia ha sido tal, que se estima un número total de 1,2 billones de automóviles circulando en la actualidad. El desarrollo del automóvil no hubiese sido posible sin los adelantos tecnológicos e industriales que conllevó la Revolución Industrial. Entre ellos, por ejemplo, la máquina de vapor, cuyo máximo desarrollador fue el británico James Watt, y que permitió la invención de los trenes y, a la vez, los primeros intentos de automóvil. Otras tecnologías indispensables para la aparición del automóvil tenían que ver con la electricidad. Este fenómeno era conocido desde antaño pero generado y aprovechado en términos modernos desde el último cuarto del siglo XIX, gracias a las investigaciones de científicos como Gramme, Tesla, Sprague, Graham Bell, entre otros. Por último, fue necesario el conocimiento de los combustibles, especialmente el motor a combustión interna. A mediados del siglo XIX, cuando comenzó la explotación petrolera en el mundo y se conoció del potencial energético de esta sustancia fósil, fue desarrollado en su plenitud. El Benz Patent-Motorwagen, de 1885, se considera el primer automóvil de la historia. El auto a vapor tenía el inconveniente de mantener la caldera caliente.

Junio 8 1769 Primer vehículo El primer vehículo era propulsado a vapor y fue creado por Nicholas-Joseph Cugnot. Se trataba de un verdadero triciclo con ruedas de madera, llantas de hierro y pesaba 4, toneladas Junio 1 1801 Taxi Aparece el primer taxi a vapor. Junio 1 1860 Coche a explosión Con el belga Etienne Lenoir, quien patentó el primer motor a explosión. Junio 1 1876 Motor de combustión interna El único pistón del que dispone esta máquina esta montado en forma horizontal. Junio 1 1881 Vehículo eléctrico de Jeantaud La corriente necesaria para su funcionamiento la proporcionaban veintiún baterías. Junio 1 1883 Primer motor de Maybach Fue el primer motor de gasolina de alta velocidad construida y diseñada por W. Maybach.

Junio 2 1927 Volvo La marca VOLVO produce su primer coche, el modelo P4. Junio 2 1988 Air bag El Chrysler New Yorker del año 1988 fue el primer automóvil americano con "Air Bag" como equipamiento estándar. Juan 2 2000 Honda insight HONDA empieza el siglo XXI vendiendo el INSIGHT, un híbrido gasolina-electricidad en los Estados Unidos. Actualidad Los coches actuales van avanzando cada vez mas, la velocidad y seguridad van de la mano y ésto en todos los coches. Es fácil encontrar un auto comodo para cualquier persona. Futuro del automóvil El futuro del automóvil es incierto. No parece haber un nuevo modelo de automóvil que reemplace drásticamente a los ya existentes, a pesar de los sueños que durante el siglo XX cosechamos sobre automóviles voladores y otros vehículos similares. La crisis de la industria es energética y ecológica: la quema de combustible fósil, destruye los ecosistema y contrubuye al cambio climático en el proceso. Además, los combustibles fósiles son una fuente energética no renovable y, eventualmente, han de acabarse. La respuesta de la industria ha sido tímida, pero apunta a los automóviles eléctricos, como los creados por Tesla Motors Inc. El futuro del automóvil apunta a energías limpias y renovables.

1.2 Características Fundamentales Antes de proceder al estudio de los elementos objeto de diseño en este proyecto, es fundamental conocer las características del vehículo en cuestión que nos vienen dadas y que “a priori” no podremos modificar, exceptuando pequeños cambios para adaptar nuestro sistema pero que sobretodo no deben de influir en el comportamiento y funcionalidad de las demás partes del vehículo que ya nos vienen prediseñadas. Para nuestro estudio, se dividirá el vehículo en 3 partes fundamentales:  Parte suspendida: Consiste en la parte del vehículo que contiene toda la estructura que reposa en la suspensión, o sea, el chasis o bastidor más la carrocería (con todos sus elemento internos), o bien la carrocería sólo si ésta es autoportante. Diseño de los elementos de suspensión de un vehículo de competición  Ruedas: Se entenderá como “ruedas”, todos los elementos que transmiten los esfuerzos que provienen del asfalto a los brazos de suspensión y viceversa, se empleará el nombre “rueda” a todo el conjunto formado por: Neumáticos, llantas, buje, disco de frenos, pinzas de freno, rodamientos, tornillos, elementos de unión, sensores, toberas de refrigeración y demás elementos constituyentes de las mismas.  Suspensión: Es el sistema del automóvil en el cual se unen las ruedas por una parte, con la carrocería por la otra, controlado por un elemento elástico (muelle) y otro disipativo (amortiguador), todo esto unido mediante una

 Un buen maletero. Capacidad y accesibilidad son las dos características principales que debe tener un buen maletero de un coche. El segmento del coche también influirá en su capacidad y por supuesto, una de las claves también dependerá de nosotros y de la destreza para distribuir el equipaje de la forma más adecuada.  Buenos materiales y acabados tanto interiores como exteriores. Aquí es importante fijarse en qué tipo de material se ha empleado para su fabricación. No dejes de preguntar esto a tu asesor comercial. Además no solo el material, también el uso que hace el coche de ellos, si respetan el medio ambiente y si influyen en la eficiencia del vehículo. En definitiva, un buen coche debe ser un compendio de las características antes mencionadas independientemente de la marca que lo fabrique, el equipamiento de serie o extra que aporte y el diseño interior o exterior que presente. Las máquinas están compuestas por el motor y por una serie de mecanismos complejos que van a ayudar a transmitir y controlar el movimiento hacia los diferentes elementos que tiene la máquina. Estos mecanismos están agrupados en sistemas del automóvil que en conjunto hacen que el vehículo en general funcione. Son diferentes los tipos de sistemas automotrices que tiene una máquina dependiendo del tipo de motor y de su operación. Por ejemplo, un buque tiene el sistema de lubricación, sistema del motor, sistema de enfriamiento, entre otros. La evolución de los sistemas automotrices está siendo favorecida por el rápido desarrollo tecnológico de los sistemas electrónicos, integrando cada día nuevas y más complejas redes de sensores y actuadores en los vehículos, interconectadas mediante protocolos avanzados de comunicación. Los sistemas automotrices que hace que un vehículo se ponga en marcha son: sistema de lubricación, sistema del motor, sistema de transmisión, sistema de dirección, sistema de combustible, sistema de suspensión, sistema de frenos y sistema de seguridad.

1.3 Terminología automotriz Para el estudio de un motor alternativo o de pistón existen diferentes términos que debemos conocer a fin de entender todo acerca del motor, su arquitectura y como se realizan los diferentes cálculos que van a determinar el rendimiento y la eficiencia. Términos comunes que encontramos en las fichas técnicas y que en cierta forma nos dan un indicio de la máquina y su funcionamiento. Motor El motor es lo que da vida a un automóvil. Es el encargado de convertir la energía química del combustible en energía cinética o movimiento. La capacidad de un motor para hacer esto está dado en cifras estándar como lo so n potencia y par. Actualmente los motores más comunes con aplicación automotriz son los llamados reciprocantes, o de pistones. Su operación es básicamente realizar la combustión del combustible en un espacio reducido y aprovechar esta explosión para mover un pistón y este a su vez hacer girar al cigüeñal. Transmisión Dado que los motores sólo pueden operar en un rango determinado de revoluciones, la transmisión se encarga de modificar la relación de giros del motor con respecto a los neumáticos, modif icando también la relación de par que el motor entrega. En el diseño de las transmisiones se ha trabajado mucho y hoy en día pueden requerir de mucha interacción del conductor o extremadamente poca dependiendo de la orientación del vehículo. Tracción La tracción es donde la energía del motor se transmite a los neumáticos. Dependiendo del tipo de vehículo la tracción puede estar en las ruedas delanteras, en las ruedas traseras o en las cuatro ruedas. Suspensión Es uno de los elementos más importantes para la calidad de marcha de un vehículo. Su diseño es un balance delicado, pues dependiendo de sus características dependerá su capacidad de curveo, su capacidad de carga y la suavidad de marcha. Existen muchas formas diferentes de suspensión, y pueden ser suspensiones dependientes en las que generalmente dos ruedas operan juntas o independientes en donde los movimientos de una rueda no afectan a los de otra. Dinámica de manejo

Eje a lo largo del cual se encuentran levas encargadas del accionamiento de las válvulas de admisión y de escape. Puede estar en el monoblock o en la cabeza del motor y ser uno o más. Algunos motores automotrices todavía experimentales no lo utilizan y lo reemplazan con solenoides que mueven directamente las válvulas. Monoblock: Base sobre la cual se colocan todos los mecanismos del motor. En él se encuentran los cilindros y puede ser de hierro vaciado o de aluminio. Cilindros: Cavidades del motor por donde se desliza el pistón. Arreglo de los Cilindros: Es la forma en cómo están acomodados los cilindros del motor. En general se utilizan en línea (cuando están todos alineados en un mismo eje) o en "V", cuando existe un ángulo de separación entre cada banco de cilindros. Hay motores en arreglos nuevos como el llamado "W" de Volkswagen. Cilindrada o Desplazamiento: Es el tamaño del motor y consiste en la suma del volumen desplazado en todos los cilindros del motor. Se expresa en centímetros cúbicos, pulgadas cúbi cas o litros. Cabeza del Motor: Tapa superior del Monoblock. Generalmente en ella se encuentran las cámaras de combustión, las válvulas y la bujía. Bujía: Elemento compuesto de dos electrodos localizados en el interior de la cámara de combustión que se encargan de crear la chispa para la combustión de la gasolina. DOHC: Abreviación en inglés para: Doble Árbol de Levas a la Cabeza. SOHC: Abreviación en inglés para: Árbol de Levas Sencillo a la Cabeza. Turbo: Compresor de aire impulsado por los gases de escape. Se utiliza para comprimir el aire que entra al motor para aumentar su potencia. Turbo Lag: Es el tiempo que tarda el turbo en acelerarse y generar presión a partir de que el conductor demanda la potencia. Supercargador: Compresor de aire impulsado por una relación directa con el motor. En los supercargadores grandes es con una banda dentada. Al igual que el turbo se utiliza para aumentar la potencia del motor comprimiendo el aire que entra. TRANSMISIÓN Automática: Es el tipo de transmisión en la que intervienen elementos hidráulicos para transmitir la potencia. Utilizando los beneficios de un embrague hidráulico, este tipo de transmisiones tienen una operación automática en los cambios de velocidades. Auto-Manual: Es una transmisión automática modificada para que el conductor pueda seleccionar y fijar una relación de velocidad como opción a su operación automática. Los cambios se realizan generalmente de forma secuencial, es decir con un orden establecido. El embrague es hidráulico, idéntico a una automática. Continuamente Variable:

Es la forma más nueva de transmisión automática. Su operación es también con embrague hidráulico pero no cuenta con velocidades definidas. Mediante una banda y un sistema de poleas variable la relación es modificada continuamente. El resultado es un mejor aprovechamiento de la capacidad del motor pues se puede operar en el régimen óptimo en todo momento. Manual: Opera con un embrague de fricción que el conductor debe de accionar con un pedal para cambiar de velocidad. Los cambios de velocidades se realizan con una palanca ubicada en la parte central del auto o en la columna de dirección en vehículos antiguos y están colocados con un patrón en forma de "H". Manual-Secuencial: Estas transmisiones son de las más recientes y se utilizan en vehículos deportivos principalmente. Operan con un embrague de fricción pero a diferencia de las transmisiones manuales es accionado por un actuador y no el conductor. Los cambios se realizan de forma secuencial y no en patrón "H". Los cambios de este tipo de transmisión están ubicados en el volante generalmente. Estas transmisiones también tienen la facultad de operar de forma automática con algoritmos electrónicos. TRACCIÓN Tracción Sencilla: Cuando la potencia del motor se transmite a un solo eje del auto. En vehículos utilitarios también se le conoce como tracción 4x2. Tracción Delantera: Cuando la potencia del motor se transmite al eje delantero del vehículo. Tracción Trasera: Cuando la potencia del motor se transmite al eje trasero del vehículo. Tracción Permanente en las Cuatro Ruedas: Cuando la potencia del motor se transmite a los dos ejes del vehículo. También llamados AWD por sus siglas en inglés "All-Wheel Drive". La transferencia de potencia se efectúa de forma automática entre los dos ejes en todas las condiciones. Doble Tracción: Estos sistemas están diseñados para una operación de todo terreno intensa. Pueden operar a velocidades altas o a velocidades bajas en un rango reforzado. Generalmente la distribución de potencia entre los ejes está cerca del 50/50. Comúnmente son conocidos como 4x4. SUSPENSIÓN Independiente: Es la suspensión en que las ruedas pueden moverse de forma independiente una de la otra. De esta forma si durante su operación una se ve afectada por algún golpe o vibración del camino esta alteración no se transmite a las demás ruedas. Las más comunes son McPherson, doble horquilla y multi-link. Dependiente: Es la suspensión en la que dos ruedas están unidas por un elemento mecánico en donde el movimiento de una afecta directamente a la otra. McPherson: Tipo de suspensión independiente en donde el muelle y el amortiguador se encuentran ensamblados en forma muy compacta aunque larga. Es muy utilizada en suspensiones delanteras para liberar espacio para el motor. Resorte o Muelle:

acortar la distancia de frenado, al contrario su operación amplifica ligeramente la distancia. Es un sistema orientado a mantener el control del conductor en todo momento. Asistencia al Frenado: Este sistema detecta la rapidez con la que se presiona el pedal del freno y amplifica el efecto del pedal. Es común que el conductor no presione el pedal del freno al máximo en maniobras de emergencia y lo que hace este sistema es llegar a una resistencia máxima antes de que el pedal efectúe todo el recorrido. Control de Tracción: Este es un sistema electrónico que monitorea el deslizamiento de las ruedas con tracción. Si existe un diferencial marcado entre las ruedas dosifica la potencia del motor para evitar el deslizamiento. Puede hacer esto retardando el encendido, dosificando la gasolina y/o aplicando los frenos de forma individual. Su operación se da principalmente a bajas velocidades y en superficies resbaladizas. Control de Estabilidad: Es un sistema complejo en donde las condiciones del vehículo son abundantemente monitoreadas. Este sistema puede llegar a tomar mediciones de la rotación del vehículo en el eje vertical, la rotación de las ruedas, la posición del volante, la inclinación, la aceleración lateral y la velocidad del auto entre otros aspectos. Con esta información detecta subviraje o sobreviraje y toma medidas correctivas al aplicar frenos de forma independiente a cada rueda para lograr que el vehículo tome la trayectoria que se le indica. Control de Chasis: Estos sistemas operan con una suspensión activa principalmente. Su funcionamiento es monitorear las condiciones de estabilidad y tracción y modificar los ajustes de la suspensión de forma acorde. Los sistemas más avanzados toman decisiones en conjunto con el Control de Estabilidad, de Tracción y el ABS. Bolsas de Aire: También conocido como SRS o Sistema de Restricción Suplementario. Las bolsas de aire funcionan como medida de seguridad en caso de colisión. Se pueden desplegar de varios lugares y su función única es amortiguar el golpe de los tripulantes. Su diseño está realizado para operar en cierto tipo de golpes y son un sistema suplementario, es decir funcionan conjuntamente con el cinturón de seguridad.

1.4 Descripción del automóvil Un automóvil o coche, es un vehículo mecánico de propulsión propia destinado al transporte de personas, generalmente con cuatro ruedas y capacidad entre una y nueve plazas. Las ruedas "delanteras" pueden moverse hacia los lados para permitir giros y tomar las curvas. Se mueve gracias a un motor a explosión de combustión interna alimentado por gasolina, gas licuado del petróleo, gasóleo o aire comprimido. El automotor o automóvil, tal como lo conocemos en la actualidad, fue inventado en Alemania en 1886 por Carl Benz. Poco después otros pioneros, como Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, presentaron a su vez sus modelos. El primer viaje largo en un automotor lo realizó Bertha Benz en 1888, al ir de Mannheim a Pforzheim, ciudades separadas entre sí por unos 105 km. Cuando Henry Ford lanzó en Detroit el primer coche fabricado en cadena ("Ford T"), no se planteó el problema del color, porque para que la primera fábrica de coches funcionara se debía economizar al máximo. Paradójicamente, el prototipo del Ford T era rojo. Este automotor combinaba sencillez, fiabilidad y precio módico. El sueño de Henry Ford de poner en marcha la fabricación de autos en cadena y para todo el mundo se cumplió: más de 15 millones de unidades del Ford T fueron adquiridas por los norteamericanos, la serie más vendida en el mundo del automóvil. Tipos de automóviles Turismo Automóvil de distintos segmentos (global), desde coches urbanos hasta berlinas de lujo. Los hay con dos y cuatro puertas laterales, y con distintas carrocerías: hatchback, liftback, sedán y familiar. Destinado al transporte de personas, con capacidad hasta de nueve plazas como máximo. Monovolumen Automóvil alto en el que el compartimiento del motor, la cabina y el maletero están integrados en uno. Han ido adquiriendo últimamente popularidad, sobre todo entre las familias con varios niños, por el número elevado de asientos que estos coches ofrecen. Cupé Automóvil con dos puertas laterales cuyo techo redondeado cae lentamente, acompañado por la forma del vidrio trasero y la tapa del maletero. Suelen tener capacidad para dos o cuatro personas. El inventor y su creación: Karl Benz al volante de su automóvil

Unidad II

Sistemas

fundamentales

2.1 Tipos de motor A la hora de comprarnos un coche hace no demasiado solo había que preocuparse por si te convenía un motor a gasolina o diésel, no obstante, en la actualidad la amplia gama de propulsores ha revolucionado el mercado y suscitado muchas dudas en la sociedad. Los motores se pueden clasificar de diversas maneras, por su tamaño, por el tipo de aparatos en los que se utilizan y tal vez la más relevante, por el tipo de combustible o fuente de energía que permite su funcionamiento, entre otras cosas. A continuación conoceremos los tipos de motor que existen y la forma cómo estos funcionan, teniendo en cuenta su fuente de energía. MOTOR DIÉSEL Es un motor térmico que tiene combustión interna alternativa producida por el autoencendido del combustible debido a altas temperaturas que se derivan de la compresión del aire en el interior del cilindro, según el principio del ciclo del diésel. Se diferencia con el motor de gasolina porque utiliza gasóleo, o gasoil como combustible. Ha sido uno de los más utilizados desde su creación. Este motor funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin chispa. El combustible diésel se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de manera que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Este proceso es lo que se llama la autoinflamación. Además este tipo de motor consume menos combustible comparado con un motor a gasolina. El kilometraje recorrido por un carro con motor diésel depende del modelo de éste, estamos hablando de un rango de 23 Km a 50 Km respectivamente. Por lo general, los motores diésel son principalmente empleados en medios de transporte que requieren una dosis extra de potencia y que están pensados para una mayor carga diaria de trabajo, como vehículos industriales, de carga,