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El frenado con motor se produce cuando se utilizan las fuerzas de retardo dentro de un motor de combustión interna para reducir la velocidad de un vehículo , en lugar de utilizar mecanismos de frenado externos adicionales, como frenos de fricción o frenos magnéticos .
Este término suele confundirse con otros tipos de frenado, sobre todo con el frenado por compresión-liberación o "frenado Jake", que utiliza un mecanismo diferente.
En muchos países, las normas de tráfico exigen que los camiones circulen siempre con una marcha engranada, lo que a su vez proporciona una cierta cantidad de frenado del motor (pérdidas viscosas en el aceite del motor y el aire bombeado a través del motor, y pérdidas por fricción en las paredes de los cilindros y los cojinetes) cuando no se aplica el pedal del acelerador.
Frenado del motor en diferentes tipos de motores
Motores de gasolina
El término «freno motor» se refiere al efecto de frenado que se produce en los motores de gasolina al soltar el pedal del acelerador . Esto provoca que cese la inyección de combustible y que la mariposa se cierre casi por completo, restringiendo considerablemente el flujo de aire forzado, por ejemplo, de un turbocompresor. Esta restricción genera un fuerte vacío en el colector de admisión contra el que los cilindros deben trabajar, lo que disipa gran parte de la energía potencial del sistema con el tiempo y produce la mayor parte del efecto de frenado motor. [ 1 ] Este efecto de vacío en el colector de admisión a menudo se puede amplificar mediante una reducción de marcha, que induce una mayor velocidad de giro de la transmisión para acoplarse al motor.
El frenado con motor es un método eficaz para controlar la velocidad de un vehículo en descenso. Al cambiar a una marcha inferior en una transmisión manual o al activar el modo "bajo" en una transmisión automática , el frenado con motor reduce la necesidad de accionar repetidamente el freno de pie , disminuyendo así el riesgo de sobrecalentamiento de los frenos. [ 2 ]
Si bien parte de la fuerza de frenado se produce debido a la fricción en la transmisión , esto es insignificante en comparación con el efecto del vacío del colector causado por la restricción del flujo de aire.
En una transmisión automática, el frenado del motor suele aumentar espontáneamente las RPM del motor, provocando una aceleración repentina incluso sin pisar el pedal del acelerador. Esto se debe a que la transmisión automática, como su nombre indica, automatiza las acciones mecánicas de un vehículo con transmisión manual que normalmente se producirían cuando un conductor humano controlara el pedal del embrague y la palanca de cambios con el pie y la mano, respectivamente. Por lo tanto, la aceleración espontánea es la reproducción automatizada de una técnica de conducción con transmisión manual denominada sincronización de revoluciones .
La sincronización de revoluciones se utiliza al reducir de marcha para igualar la frecuencia o velocidad de rotación (RPM) de la marcha entrante con la del eje de transmisión que ya está en movimiento. Esto requiere un breve toque del acelerador en punto muerto durante el cambio de marcha. De esta forma, la marcha más grande (inferior) alcanza primero su velocidad de rotación antes de engranar. Reducir de marcha sin realizar esta sincronización provoca una sacudida repentina del vehículo, ya que las velocidades de rotación incompatibles generan fuerzas y direcciones de impulso contradictorias.
Motores diésel
Los motores diésel de los coches particulares ofrecen poca frenada, ya que no están equipados con una mariposa de admisión y, por lo tanto, no pueden generar vacío en el colector de admisión.
En los vehículos pesados, el motor suele estar diseñado para proporcionar potencia de frenado adicional, aliviando así la carga del sistema de frenos convencional y evitando el sobrecalentamiento de los frenos. En su forma más simple, esto consiste en una válvula de mariposa que restringe el flujo de escape. Este sistema se conoce como freno de escape y se encuentra principalmente en camiones antiguos. Su efecto es limitado, y los sistemas más avanzados, como los que se describen a continuación, son prácticamente universales en los vehículos pesados más modernos.
Freno de liberación de compresión
Un freno de descompresión (también conocido como freno Jacobs o "freno Jake") es el tipo de freno que más comúnmente se confunde con el frenado del motor; se utiliza principalmente en camiones diésel grandes y funciona abriendo las válvulas de escape en la parte superior de la carrera de compresión, de modo que la gran cantidad de energía almacenada en ese aire comprimido no regresa al cigüeñal, sino que se libera a la atmósfera. Es un método de frenado muy eficaz, que genera una gran fuerza de frenado que prolonga significativamente la vida útil de los frenos de fricción: un motor diésel de 565 hp (421 kW) puede producir hasta 600 hp (450 kW) de potencia de frenado a 2100 RPM. [ 3 ]
Normalmente, durante la carrera de compresión, se utiliza energía cuando el pistón, al ascender, comprime el aire en el cilindro; este aire comprimido actúa como un resorte y empuja el pistón hacia abajo. Sin embargo, con el freno motor activado, el aire comprimido se libera repentinamente justo antes de que el pistón comience su descenso (esta liberación repentina de aire comprimido genera ondas sonoras audibles similares a las de los gases que se expanden al salir del cañón de un arma de fuego ). Al perderse la energía almacenada en el aire comprimido, no hay efecto de retorno, por lo que el motor debe gastar aún más energía para volver a bajar el pistón.
Este tipo de freno produce una contaminación acústica extrema si no hay silenciador en el colector de escape del motor, lo suficientemente fuerte como para perturbar el área circundante. Anecdóticamente, suena similar a un martillo neumático ; sin embargo, el nivel de presión sonora es entre 10 y 20 veces mayor que el de un martillo neumático (de 10 a 13 dB más). Numerosas ciudades, municipios, estados y provincias han prohibido el uso de frenos de compresión sin silenciador, que generalmente solo son legales en carreteras alejadas de zonas pobladas. En Australia, desde 2008, se estaban probando cámaras de control de tráfico que fotografiaban automáticamente los vehículos pesados que utilizaban el frenado por compresión. [ 4 ]
freno de escape
Un freno de escape funciona restringiendo el flujo de escape, de forma similar a como lo hace la mariposa de admisión en un motor de gasolina. En términos sencillos, aumenta la contrapresión de los gases de escape. Casi todos estos frenos son válvulas de mariposa , parecidas a las de la mariposa de admisión, y se instalan después del turbocompresor , si lo hay.
obstrucciones en el escape
Los motores diésel modernos están sujetos a muchos controles estrictos sobre emisiones y a menudo presentan numerosas obstrucciones en el sistema de escape, lo que provoca que se sientan como si tuvieran cierto freno motor, similar al de un motor de gasolina. Las principales son:
- El turbocompresor crea cierta contrapresión cuando se cala.
- La válvula de recirculación de gases de escape (EGR) redirige los gases de escape de vuelta a la admisión del motor, a menudo a través de un conducto estrecho o restringido.
- El filtro de partículas diésel (DPF) está diseñado para capturar las partículas de hollín que, de otro modo, se liberarían a la atmósfera; obstruye en gran medida el flujo de escape y puede consumir casi tanta energía como un pequeño compresor de aire acondicionado.
Motores de dos tiempos
El frenado con motor en un motor de dos tiempos de premezcla puede ser extremadamente perjudicial para el motor, ya que el lubricante para cilindros y pistones se suministra a cada cilindro mezclado con el combustible. En consecuencia, durante el frenado, el motor no solo se queda sin combustible, sino también sin lubricante, lo que provoca un desgaste acelerado. Muchos coches antiguos de dos tiempos ( Saab Automobile , Wartburg 353 , etc.) tenían un dispositivo de rueda libre en la transmisión para que el frenado con motor fuera opcional. La mayoría de los motores de motocicletas de dos tiempos desde la década de 1970 han tenido lubricación mediante una bomba de aceite , independiente del acelerador y del sistema de combustible, como el sistema Posi-Force de Suzuki .
motores eléctricos
En los vehículos eléctricos e híbridos, los motores eléctricos proporcionan la resistencia necesaria para la transmisión , recargando la batería a bordo mediante la energía recuperada del movimiento cinético del vehículo, que de otro modo se habría desperdiciado. En los vehículos híbridos , el motor funciona con energía eléctrica para disipar el exceso de energía una vez que la batería está completamente recargada.
Aplicaciones
En cuanto se suelta el acelerador lo suficiente como para reducir la velocidad del motor, se activa el freno motor mientras las ruedas permanezcan conectadas al motor a través de la transmisión. Un embrague que patina o se desacopla , o un convertidor de par , desacoplarían las ruedas o absorberían la energía de frenado. La fuerza de frenado varía según el motor y la marcha engranada. Cuanto menor sea la marcha, mayor será el efecto de frenado debido a las mayores revoluciones por minuto y al par motor transmitido a través de la transmisión (el motor proporciona un mayor par motor en marchas bajas).
El frenado con motor evita el desgaste de los frenos y puede ayudar al conductor a mantener el control del vehículo. El uso activo del frenado con motor, al cambiar a una marcha inferior, puede ayudar a controlar la velocidad al conducir cuesta abajo por pendientes muy pronunciadas y largas, evitando el sobrecalentamiento o el desgaste excesivo de los frenos. Si se aplica antes de que se hayan usado los frenos, estos quedan disponibles para realizar frenadas de emergencia. La velocidad deseada se mantiene utilizando el frenado con motor para contrarrestar la aceleración gravitatoria. El posible desgaste de la transmisión causado por el frenado con motor puede mitigarse mediante ciertas técnicas. Al deslizar el embrague para completar una reducción de marcha, se desgasta el disco de embrague al frenar el vehículo, realizando la función de las pastillas o zapatas de freno. Una sincronización de revoluciones bien ejecutada en la misma configuración minimiza las tensiones en los componentes de la transmisión, de modo que el frenado con motor realiza el trabajo de desaceleración del vehículo.
Una técnica incorrecta de frenado con el motor puede provocar que las ruedas patinen (también conocido como bloqueo de la transmisión), especialmente en superficies resbaladizas, debido a una desaceleración excesiva. Al igual que en un derrape causado por un frenado excesivo, el vehículo no recuperará la tracción hasta que las ruedas puedan girar más rápidamente. Si el conductor reduce el frenado con el motor cambiando a una marcha superior o desembragando en una transmisión manual, se puede recuperar la tracción.
En los vehículos eléctricos híbridos , como el Toyota Prius , el frenado del motor es simulado por el software de la computadora para igualar la sensación de una transmisión automática tradicional. Para descensos largos, el modo "B" actúa como una marcha más baja, utilizando las RPM más altas del motor de combustión interna para disipar energía, evitando que la batería se sobrecargue. [ 5 ] Casi todos los vehículos eléctricos e híbridos pueden convertir el movimiento cinético en electricidad, es decir, frenos regenerativos , pero dado que el motor de combustión interna no se utiliza para desacelerar el vehículo cuando se utiliza el frenado regenerativo, no es lo mismo que el frenado del motor.
Limitaciones
El frenado con motor es una práctica generalmente aceptada que ayuda a reducir el desgaste de los frenos de fricción. Incluso se utiliza en algunos deportes de motor para disminuir el riesgo de sobrecalentamiento de estos frenos. Además, los motores de inyección de combustible generalmente no consumen combustible durante el frenado con motor. Esto se conoce como corte de combustible por desaceleración (DFCO, por sus siglas en inglés).
Aunque ya no se fabrican en la mayoría de los países, todavía hay muchos motores con carburador en servicio, en los que el freno motor sigue consumiendo combustible. A altas revoluciones y con la mariposa cerrada, el alto vacío del colector de admisión aspira más combustible a través del sistema de derivación de ralentí que en ralentí real. Sin embargo, la seguridad que ofrece el freno motor casi siempre compensa este mínimo consumo de combustible.
Véase también
- Frenado dinámico , efecto similar con motores eléctricos.
- Retardador
- Ciertos tipos de frenado en locomotoras de vapor que son conceptualmente comparables (utilizando la compresión en los cilindros de la máquina de vapor para frenar).
Referencias
- ↑ Megli, Thomas. "Mayor frenado del motor con sincronización ajustable de las válvulas de admisión" . Patentes de Google . Consultado el 15 de diciembre de 2019 .
- ↑ "Controlando su vehículo" . Conducción segura para toda la vida . Agencia de Normas para Conductores y Vehículos . Consultado el 12 de agosto de 2019 .
- ↑ "Comprensión del rendimiento de los tractores con remolque" (PDF) . Caterpillar Inc. pág. 20. Archivado del original (PDF) el 14 de marzo de 2022. Consultado el 13 de octubre de 2023 .
- ↑ "Informe Anual 2007" (PDF) . Autoridad de Carreteras y Tráfico . 2007. Consultado el 30 de junio de 2008 .
- ↑ Explicación del modo B
- Tecnologías de frenado de vehículos
- contaminación acústica
- Dinámica de la motocicleta