1.1 SISTEMAS Y SUBSISTEMAS DE UN VEHICULO 1.2 Introducción Un vehículo está compuesto por dos grandes partes que interactúan entre sí para su optima operación una de ellas llamada carrocería y la otra es llamada chasís, la carrocería es aquella parte visible en donde se ubican los pasajeros y la carga, y el chasís es aquella parte no visible en donde se alojan todos los sistemas encargados de producir el movimiento que a través de otros sistemas mecánicos se encargan de transmitir el movimiento a las ruedas; de esta manera estas dos grandes partes interactúan permitiendo que un vehículo funcione adecuadamente. 1.3 Objetivos del módulo o Competencias a desarrollar Diagnosticar averías en los sistemas y subsistemas asociados al vehículo, utilizando documentación técnica, instrumentos de medida y control y equipos de diagnosis. 2 CONTENIDO DEL MÓDULO 1 2.1 Índice temático del módulo 1 1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.6
Sistemas Mecánicos De Un Vehículo Motor y subsistemas del motor Subsistema de lubricación Subsistema de combustible Subsistema de descarga Subsistema de enfriamiento Subsistema de admisión Subsistema de distribución Sistema y subsistema de transmisión Embrague Caja de velocidades Diferencial Sistema y subsistema de frenos Subsistema delantero Subsistema trasero Servos Sistema y subsistemas eléctricos Subsistema de producción y almacenamiento Subsistema de encendido Subsistema de arranque Sistema y subsistemas de dirección Sistema y subsistemas de suspensión
2.2 Ideograma del módulo 1
2.3 Contenido
1
SISTEMAS MECÁNICOS DE UN VEHÍCULO
1.1
Motor y subsistemas del motor
Un motor es una máquina que funciona con combustible, que en la mayoría de las aplicaciones es un líquido como el diesel y la gasolina. Esta máquina convierte la energía química que libera el combustible en energía mecánica, para el caso de los combustibles líquidos más comunes el motor necesita para su óptimo funcionamiento del oxígeno que al combinarse con el combustible, generan una mezcla explosiva en cada una de las cámaras de combustión que posee esta máquina. Para que su funcionamiento sea continuo y confiable el motor se apoya en otros subsistemas como son el sistema de refrigeración el cual ayuda a disminuir las altas temperaturas que se generan por la explosión en la cámara de combustión; otro sistema de apoyo que compone el motor se llama sistema de lubricación, el cual ayuda a evitar contactos entre todas las partes móviles que lo componen aumentando la vida útil de los componentes. El sistema eléctrico, muy utilizado en los motores a gasolina debido a que se encarga de generar la energía para crear la chispa que desencadena la liberación de la energía química, y que por lo general permite la iniciación de los ciclos de generación de energía (arranque); los sistemas mencionados son los sistemas externos del cuerpo principal del motor, los sistemas dentro del cuerpo principal son el sistema distribución que es el encargado de transmitir el movimiento del cigüeñal(parte móvil que convierte la energía química en un movimiento rotatorio) al eje levas (elemento de sincronización de las partes internas del motor) y por último el sistema de pistón-biela-manivela que se encarga de darle el movimiento al cigüeñal. Toda esta interacción entre los sistemas y la reacción química del combustible permiten el funcionamiento de un motor en donde se tiene como entrada una energía química que se transforma en energía mecánica; los motores tienen una amplia utilización en automóviles, generadores de energía y en compresores, en general los motores de combustión interna tienen un amplio rango de acción para su utilización.
1.1.1
Subsistema de lubricación
Este subsistema crea una película microscópica entre todas las superficies móviles del motor evitando de esta manera la fricción de metal con metal que genera altas temperaturas y degradación de los materiales , contribuyendo con la refrigeración de las partes en contacto,. En algunos motores se tiene un subsistema de refrigeración del aceite que hace más eficiente la disminución de temperatura dentro del cuerpo principal del motor a través de un intercambiador de calor, que permite el contacto continuo con partes o aceite del mismo sistema que están a más bajas temperaturas. El subsistema de lubricación consta básicamente de una bomba de aceite o bomba de circulación, un regulador de presión, un filtro, un radiador o intercambiador de calor y unos ductos internos y externos por donde circula el aceite. La bomba de aceite, la cual está formada por engranajes, toma el aceite del depósito llamado comúnmente cárter y lo envía por intermedio de los conductos a un filtro que se encuentra en la parte externa del motor, luego por el intercambiador de calor, cuya función es extraer el calor que ha absorbido el aceite de las piezas que se encuentran expuestas a altas temperaturas y retornar al cárter para reiniciar su ciclo y mantener el motor de dentro de los parámetros normales de funcionamiento. Dentro de este subsistema de lubricación hay métodos para poder determinar si está funcionando adecuadamente, uno es el sistema mecánico llamado varilla de medición de aceite la cual se encuentra la parte externa del motor; por medio de ella podemos medir el volumen de aceite que se encuentran entre el cárter. Para poder realizar esta prueba debemos ubicar el vehículo sobre una parte plana dejando reposar el vehículo aproximadamente unos cinco minutos para que el aceite que se encuentra en la parte superior del motor se desplace hacia el cárter; después de esto se puede medir con la varilla del aceite si hay pérdidas se puede en primera instancia identificar un consumo excesivo de aceite o una fuga por algún componente del sistema; otro instrumento llamado manómetro, permite ver la presión de aceite que se encuentra dentro del sistema e identifica si la presión esta dentro de tolerancias permitidas lo cual puede ayudar a evitar daños severos al motor. Por lo general en las cabinas de los vehículos o tableros de control de las maquinas se puede tener un reloj indicador de temperatura del sistema de lubricación que actúa como sistema de aviso y prevención de daños mayores dentro del motor.. Este sistema puede tener diferentes fallas, la primera es la pérdida de aceite por los retenedores o por consumo excesivos. Una segunda falla es la degradación del aceite por las altas temperaturas. La caída de presión debido al bajo nivel de aceite o avería en la bomba de lubricación, daño en el regulador de presión de aceite lo cual hace que la presión del aceite se disminuya y por último el huelgo (juego) excesivo entre las partes móviles del motor.
1.1.2
Subsistema de combustible
El subsistema de combustible es aquel que provisiona y regula la cantidad de combustible al subsistema de inyección o carburador del motor. Este subsistema es de vital importancia puesto que se encarga de llevar el combustible de los tanques de almacenamiento hasta la bomba de inyección, para el caso de motores diesel y de gasolina con inyección. Funciona mediante una bomba ubicada en la parte interior del depósito de combustible para motores a gasolina o en la parte exterior del motor para motores diesel, el combustible es regulado y pasado por un filtro el cual se encarga retener gran parte de las partículas sólidas que se encuentran en el depósito y en el combustible propiamente dicho.. La bomba es de tipo centrífuga de engranes en motores diesel o tipo eléctrica en motores a gasolina. Posee también un regulador de presión, inyectores y los conductos por los que pasa el combustible hacia
el subsistema de inyección, este último funciona adecuadamente si el suministro de combustible se realiza de forma limpia sin interrupciones de presión la cual se puede verificar adecuadamente en el tablero de mandos con el manómetro de presión. Para mantener las condiciones de ese subsistema de combustible es necesario mantener siempre un nivel adecuado en el depósito de combustible evitando que se vacíe completamente contaminando de impurezas el sistema. De gran importancia se constituye el realizar el cambio de aceite y del filtro periódicamente de acuerdo con las normas técnicas del fabricante. Las fallas del subsistema se pueden detectar fácilmente, una de ellas por ejemplo se puede apreciar a través de la observación de los manómetros de presión de combustible, también de manera visual en los tanques por la ausencia de combustible. Si este subsistema falla una de las principales causas puede ser que el filtro se encuentra obstruido o que haya fugas por las uniones o conductos o por avería en la bomba.
1.1.3
Subsistema de descarga
Este subsistema es aquel que conduce todos los gases resultantes de la combustión hacia el exterior, es de gran importancia pues una falla puede conducir a perdidas de potencia , inoperancia del sistema, altos consumos de combustible y una elevación en los niveles de contaminación Ambiental. Esta compuesto por el múltiple de escape, conductos, un catalizador, un silenciador e instalaciones de sensores. Los gases que se producen de la combustión son expulsados por el pistón cuando está realizando la carrera ascendente, estos gases salen por las válvulas de escape y pasan a través de todos los conductos hacia el catalizador el cual se encarga a través de procesos físico químicos de minimizar los gases tóxicos que van hacia el medio ambiente, posteriormente estos gases son conducidos al silenciador en donde se reducen los niveles de ruido producidos por las explosiones de la combustión interna. La calidad del combustible juega un papel muy importante en el subsistema de descarga debido a que si es un combustible de mala calidad puede averiar de forma significativa el catalizador, así mismo afectar otros componentes del motor. Las fallas más comunes encontradas dentro del subsistema es el taponamiento de los conductos debidos a las partículas carbonosas que se generan por una mala combustión, esto hace que se genere una pérdida de potencia. Otra falla común es la rotura de uno de los sensores que se encuentra en la parte externa del subsistema de escape lo cual hace que haya malas mediciones por parte del computador del vehículo y se genere de hecho una pérdida de potencia del motor. Uno de los mantenimientos que se debe tener en cuenta en el subsistema de descarga es la limpieza de los conductos para extraer todos los depósitos de carbón, el reemplazo de los componentes como el catalizador en caso tal de que se encuentre averiado o el reemplazo de los sensores que se encuentran en mal estado
1.1.4
Subsistema de enfriamiento (Refrigeración)
Este subsistema se encarga de extraer todo el calor excesivo generado dentro del motor, es de suma importancia debido a que si fallara puede poner en gran riesgo la vida útil o la integridad del motor, su función es la de mantener el motor a una temperatura constante según condiciones específicas del fabricante debido a que si la temperatura del motor estuviera por encima o por debajo del especificada por el fabricante se generarán fallas y por lo tanto el mal funcionamiento del mismo. Este subsistema se
encuentra conformado por una bomba de circulación o bomba de agua, líquido refrigerante que por lo general es agua o un producto químico que se encarga de cambiar ciertas condiciones químicas del agua, uno o más termostatos, un intercambiador de calor llamado radiador, un ventilador, conductos rígidos y mangueras. La bomba de agua se encarga de tomar el líquido refrigerante que se encuentra en el radiador el cual repone su nivel con un depósito de líquido refrigerante auxiliar que se encuentra la parte superior del motor, este líquido refrigerante es impulsado hacia el interior del motor el cual se encarga de extraer energía calórica de todas las piezas mecánicas que se encuentran expuestas a altas temperaturas, luego el refrigerante es conducido a través del múltiple de admisión, camisas, culatas, intercambiador de calor de aceite y posteriormente se dirige a través de uno o varios termostatos que ejercen una función de regulación de temperatura, importante para el correcto funcionamiento del motor, regresando por último al radiador, donde se enfría al circular por un diseño especial de los conductos que adicionalmente están construidos de un material especial que permite la rápida disipación de calor, por lo general el intercambio de calor se lleva a cabo con el aire que circula a través del l radiador el cual es forzado por un ventilador a circular por los conductos. Para poder verificar si el subsistema funciona de manera apropiada, los motores están dotados de varios termómetros que indican en cualquier momento el nivel de temperatura del líquido refrigerante, si hay temperaturas anormales se pueden presentar dos cosas una de ellas es que hay fallas en el subsistema de refrigeración tales como falta del líquido refrigerante o una falla mecánica del motor. Es necesario medir periódicamente el nivel de líquido refrigerante, revisar el funcionamiento óptimo delos termostatos e, inspeccionar el radiador el cual debe estar libre de impurezas y sus conductos internos no deben de estar obstruidos, también se debe revisar la parte externa del radiador para observar que no haya obstrucción con ningún elemento que impida el tránsito del aire a través de los conductos y por último revisar que la bomba tenga el caudal adecuado y que esté funcionando adecuadamente, además se deben revisar las mangueras y las conexiones las cuales deben de estar en perfecto estado y no mostrar fugas. Las fallas se pueden detectar fácilmente revisando los indicadores de temperatura que se encuentran en tablero del control de mandos, prestando atención a cualquier incremento anormal que se pueda presentar de temperatura, por tal motivo es aconsejable instalar alarmas o protectores que nos permitan identificar de manera instantánea cuando hay un incremento de temperatura fuera de lo normal.
1.1.5
Subsistema de admisión
Este subsistema es aquel que se encarga de regular la cantidad de aire que se necesita para la combustión, es de gran importancia para la vida del motor puesto que uno de sus componentes es llamado filtro de aire, encargado de retener todas las impurezas sólidas sostenidas en el aire que puedan dañar las partes móviles del motor Este filtro puede ser seco o húmedo además puede tener sensores que permiten determinar la vida útil del filtro. Para poder determinar si el subsistema se encuentra funcionando en óptimas condiciones se deben realizar mediciones sobre los gases de escape por intermedio de sondas que permiten identificar el estado de la combustión. A través de inspección visual de los gases de escape se pueden diagnosticar anomalías del sistema, puesto que estos pueden presentar una gama de colores que muestran una posible falla.. Una de las principales precauciones que se deben de tener con este subsistema es el cambio periódico del filtro de aire de acuerdo a las especificaciones técnicas del fabricante o en su defecto al tipo de operación en la que se encuentra el vehículo.
1.1.6
Subsistema de distribución
El subsistema de distribución es el conjunto de piezas que se encargan de regular la apertura y cierre de las válvulas del motor en el momento oportuno tanto de la entrada de la mezcla como la de la salida los gases residuales de la combustión.
1.2
Sistema y subsistema de transmisión
Este sistema está compuesto por tres subsistemas que al interactuar de forma sincronizada son los que se encargan de transmitir el movimiento a las ruedas.
1.2.1
Embrague
La función del subsistema embrague es tomar el movimiento del volante del motor y transmitirlo a un eje por intermedio unos discos y platos giratorios, estos discos encuentran fabricados de una fibra especial y metal los cuales pueden ser intercambiables. Este subsistema se basa fundamentalmente en la acción de freno o embrague que generan los discos en movimiento sobre los platos fijos y deslizantes cuando éstos se juntan entre sí por medio un mecanismo de palancas y resortes que mantienen una presión adecuada evitando que los discos se deslicen y finalmente transmitan el movimiento al eje de salida de la caja de cambios, la transmisión de potencia se realiza de forma uniforme y su accionamiento a través de la palancas se realiza de forma suave. Para que este subsistema funcione correctamente hay que mantener una distancia adecuada entre los discos para que a su vez los resortes tengan la tensión de separación adecuada a la fuerza que se ejerce por el accionamiento de las palancas. Las fallas más comunes en este subsistema se producen por el desgaste que sufren los discos, los cuales están fabricados de una fibra especial metálica, como consecuencia del acople y desacople a que esta sometido el sistema por parte del operador del vehiculo, lo cual hace que los discos se resbalen y flexionen aumentando de esta manera su desgaste. También se puede presentar una falla en los rodamientos del sistema por falta de lubricación. Las reparaciones que se pueden dar a este subsistema van desde un simple ajuste a una tuerca que permite accionar el embrague hasta el cambio total de los discos, prensa y rodamientos.
1.2.2
Caja de velocidades
La caja de velocidades es el dispositivo encargado de acoplar el motor con el subsistema de transmisión con diferentes relaciones de engranes o engranajes de forma tal que a una misma velocidad de giro del cigüeñal se pueda convertir en diferentes velocidades de giro de las ruedas. A medida que la velocidad de las ruedas es mayor, la fuerza disminuye, suponiendo que el motor este en una potencia constante, por tal motivo la caja de velocidades permite que se mantenga la velocidad de
giro del motor a una potencia y par más adecuados con base en la velocidad que se requiera mantener el vehículo. Una de las misiones de este elemento es reducir la velocidades del motor e invertir el sentido de giro de las ruedas teniendo una marcha hacia adelante o una marcha hacia atrás de acuerdo a las necesidades que se tenga, la caja de velocidades recibe el movimiento a través del embrague y ésta se encarga de transmitir el movimiento al subsistema diferencial
1.2.3
Diferencial
Una diferencial es un subsistema mecánico que permite que las ruedas derecha e izquierda de un vehículo giren a diferentes revoluciones en una curva esto quiere decir que la rueda interna en la curva gire a menos revoluciones que la rueda externa a la curva. Anteriormente las ruedas estaban montada sobre ejes rígidos las cuales en las curvas las ruedas no giraban bien lo que hacía que el vehículo se desestabilizara, mediante el subsistema diferencial se consigue estabilidad en las curvas
1.3
Sistema y subsistema de frenos
La principal función del sistema de frenos es disminuir la velocidad del vehículo o mantenerlo inmóvil, este sistema permite controlar el movimiento del vehículo llegando a detenerlo si fuera preciso de manera eficaz, rápida y precisa. El sistema cuenta con el freno de estacionamiento que se puede utilizar como freno de emergencia en caso de falla del sistema de frenos principal, el freno de estacionamiento debe cumplir la función de inmovilizar el vehículo en pendiente incluso en ausencia el conductor, el freno de emergencia es eficaz si al accionarlo que evita el vehículo se desplace, hay que tener en cuenta que un sistema de frenos está bien equilibrado cuando al frenar el vehículo éste mantiene su trayectoria. 1.3.1
Subsistema delantero
Este subsistema por lo general está compuesto por frenos de disco los cuales cumplen la función de detener o reducir la velocidad de la rueda de manera segura y eficaz Este está unido al eje el cual sirve para detener la rueda, dispone de unas pastillas, compuestas de un material ferroso, que presionan el disco con ayuda de un émbolo accionado de manera hidráulica de acuerdo al mando dado por el operador.. En la actualidad hay diferentes clases de frenos de discos algunos son de acero macizo y otros se encuentran rayados en la superficie o tienen agujeros que lo atraviesan, todas estas formas diversas de diseños de discos permiten una mejor velocidad de disipación de calor, además los agujeros en los discos ayudan a evacuar el agua en la superficie de frenado y las ranuras en la superficie de los discos ayudan a evacuar el liquido de las pastillas.
1.3.2
Subsistema trasero
El subsistema de frenos trasero está compuesto por frenos de tambor el cual actúa por medio de los zapatas o pastillas que se friccionan con la campana la cual es giratoria.
Una de las grandes ventajas de las zonas de tambor es proteger todo el mecanismo de zapatas contra el agua y el barro haciéndolos de esta manera importante en la utilización de condiciones adversas del terreno
1.3.3
Servos
El servo es aquel dispositivo que funciona con el vacío generado por el múltiple de admisión el cual se encarga de multiplicar la fuerza de frenado aliviando la presión de la bomba de freno. 1.4
Sistema y subsistemas eléctricos
1.4.1
Subsistema de producción y almacenamiento
Este subsistema está compuesto por un alternador que genera corriente alterna gracias al movimiento que es inducido por la transmisión de poleas del cigüeñal, la corriente alterna generada es convertida en corriente continua con el conjunto de un sistema de diodos o rectificadores.. Esta corriente continua llega a la batería del vehículo, que funciona como acumulador de energía. Este acumulador está compuesto por múltiples vasos intercomunicados y en donde se encuentran placas positivas y negativas intercaladas entre sí, aisladas mediante separadores y sumergidas en un líquido llamado electrólito, por lo general estas baterías o acumuladores encuentran formadas por seis vasos los cuales generan 2 Voltios de tensión y están conectados en serie para generar una tensión total de 12 Voltios. 1.4.2
Subsistema de encendido
Este subsistema se encarga de dar inicio al funcionamiento del motor utilizando energía eléctrica acumulada en la batería, bien para mover las piezas en un motor diesel y generar la suficiente presión en las cámaras de combustión y producir autoencendido del combustible o bien para además del movimiento inicial de las piezas, generar una chispa eléctrica que produzca la explosión del combustible dentro de las cámaras de combustión en un motor a gasolina. En motores a gasolina la principal función de este subsistema es convertir la energía eléctrica de baja tensión en alta tensión por intermedio de una bobina y llevarla a través de los cilindros del motor por medio de un distribuidor. Está compuesto básicamente por un generador de corriente llamado alternador, un acumulador llamado batería, una bobina, un condensador, un distribuidor y bujías. Las fallas más comunes de este subsistema son la avería de las bujías lo cual se manifiesta en una falla constante del motor el cual no mantiene su velocidad de giro constante sino que es irregular, se basa en presentar aislamientos o discontinuidades eléctricas en los cables que conduce la energía de alta tensión del distribuidor a la bujía, se puede presentar un aislamiento de la escobilla presenten el distribuidor lo cual evita la salida de corriente a las bujías, la reparación de este subsistema se limita al cambio de elementos que lo componen los cuales no son reparables ni reutilizables.
1.4.3
Subsistema de arranque
Este subsistema tiene su finalidad en dar el movimiento al cigüeñal del motor del cual consigue dar el primer impulso o fuerza que inicie su funcionamiento. Este subsistema consume una gran cantidad de energía la cual está formada energía mecánica que es la que se encarga del movimiento del cigüeñal y vencer la resistencia que opone la mezcla al comprimirse en la cámara de combustión, una bateria completamente cargada puede quedarse sin carga en cuestión de minutos si se ejecuta de manera constante este subsistema de arranque, el arranque funciona exactamente como un motor eléctrico simplemente que cuenta con un dispositivo para guiar un piñón en la rueda dentada del volante el cual engrana y al accionar permite el giro del cigüeñal.
1.5
Sistema y subsistemas de dirección
El sistema dirección es aquel mecanismo que permite orientar las ruedas delanteras (y en algunos vehículos modernos también las traseras) para que el vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor. Para disminuir el esfuerzo necesario para orientar las ruedas y por lo tanto el vehículo en conjunto existe un sistema llamado serbo mecanismo de asistencia.
El sistema de frenos y el sistema dirección son sistemas importantes en un vehículo puesto que proporcionan seguridad y maniobrabilidad a los tripulantes. Estos sistemas deben de tener una serie de características que proporcionen al operador la comodidad y seguridad en la conducción; la seguridad depende en gran parte de la confiabilidad del mecanismo y de la calidad de los materiales empleados para la fabricación de las piezas, mientras que la suavidad se consigue con un montaje preciso, una desmultiplicación adecuada y un perfecto engrase, y en medio de la seguridad y la suavidad se encuentra la precisión, la cual se consigue haciendo que la dirección no sea ni muy suave ni muy dura, la falta de precisión se debe a diferentes causas tales como el excesivo juego en los mecanismos de la dirección, el alabeo de la ruedas, desgaste irregular de las llantas, des balanceo de las ruedas y por último una presión inadecuada en las llantas.
1.6
Sistema y subsistemas de suspensión
El subsistema de suspensión tiene como objetivo atenuar las irregularidades del terreno, para tal caso entre las ruedas y el chasis se colocan medios elásticos llamado muelles o amortiguadores los cuales tienden a deformarse con el peso del vehículo y con la inercia del mismo al elevarse y bajarse como consecuencia de las irregularidades del terreno, este subsistema sirve para mitigar el impacto de irregularidades del camino sobre el conductor y los tripulantes en general , dentro de este subsistema de todos los dispositivos deben ser lo suficientemente resistentes y elásticos para resistir todas las cargas a las que se somete el sistema sin que se produzcan deformaciones permanentes o roturas.
