El funcionament del motor de dos temps, es el següent:
1. Primer temps. Durant la carrera ascendent, l'èmbol expulsa la resta de gasos residuals fins al tancament de les lumbreres de carrega y escapament. La lumbrera d'admissió queda oberta i el gasos frescos entren des de el carburador a l'interior del càrter, això passa per la depressió que crea el pistó al pujar. Durant el desplaçament ascendent de l'èmbol, es realitza la compressió de la mescla a l'interior del cilindre, mentre continua l'admissió a l'interior del càrter. Durant aquest temps l'extrem del cigonyal ha efectuat un gir de 180º i es realitzen les següents fases: Escombrat de gasos residuals, compressió de la mescla i admissió o emplenada del càrter.
2. Segon temps. Quan l'èmbol es troba en el PMS, al final de la compressió, salta la guspira elèctrica. En aquest moment es produeix l'inflamació i la combustió de la mescla, això provoca que s'elevi la pressió i la temperatura a l'interior del cilindre, cosa que provoca una força que empeny al pistó produint-se l'expansió o carrera de treball. Durant el descens del pistó, es tanca la lumbrera d'admissió i es comprimeix la mescla aire-combustible de l'interior del càrter (precompressió). Una mica abans d'arribar al PMI, el pistó, obre les lumbreres de càrrega i escapament, a través de les quals es produeix el buidament del gasos cremats i s'omple el cilindre amb els gasos procedents del càrter, els quals provenen del conducte de càrrega, que comunica el càrter amb el cilindre. La mescla aire-combustible a causa del la pressió a que es troben sotmesos a l'interior del càrter, la mescla, i degut a la velocitat d'entrada, arrosseguen els gasos cremats fins a l'exterior. En aquest segon temps l'extrem del cigonyal ha efectuat un altre gir de 180º completant així una volta de l'arbre motriu i realitzant les següents fases de funcionament: Explosió i expansió, precompressió de la mescla en el càrter, escapament i emplenament o carrega del cilindre.
Resumint, les quatre fases de funcionament d'aquests motors es realitzen en un cicle de dos temps, amb dues carreres lineals de l'èmbol i una volta del cigonyal o arbre motriu.
lunes, 19 de abril de 2010
jueves, 15 de abril de 2010
components de l'automòbil
Motor
El motor és un dels elements fonamentals necessaris pel funcionament de l'automòbil. Transforma energia no-mecànica - generalment química o elèctrica - en energia mecànica, genera un treball capaç de posar en moviment l'automòbil. Les seves prestacions generalment es mesuren en termes de potència (cavalls de vapor o quilowatts) i de parell (Newtons-metre).
[modifica] Motor tèrmic
Article principal: Motor d'explosió
Una vista isomètrica dels pistons i del cigonyal d'un motor de quatre cilindres en línia.
La majoria dels automòbils, de començaments del segle XXI, són propulsats per un motor de combustió interna, anomenat habitualment i equivocadament, motor d'explosió. Aquest motor transforma energia química, en energia calorífica per la combustió del carburant - barreja d'aire i d'hidrocarburs - i llavors en energia mecànica per mitjà d'un sistema biela-manovella.[1] El carburant líquid es transporta del diposit al motor per una bomba elèctrica a través d'un conducte i d'un filtre. Quan el carburant és gasós, aquest arriba al motor a través d'un descompressor.
El sistema biela-manovella funciona en base al principi següent: un pistó sobre el qual s'exerceix la pressió dels gasos procedents de la inflamació del carburant arrossega una biela que, connectada a un cigonyal, genera un moviment de rotació d'aquest últim. Així es genera un parell. El motor tèrmic generalment està constituït per diversos conjunts biela-pistó connectats a un mateix cigonyal. El seu arranjament al motor és l'origen de les diferents configuracions dels motors.[2]
Es distingeixen dos grans tipus de motors de combustió interna: els motors d'encesa per guspira, també anomenats d'encesa provocada (MEP) i els motors d'encesa per compressió (MEC). Aquestes dues categories de motors es distingeixen principalment pel tipus d'hidrocarburs utilitzats per al carburant, el mètode d'inflamació dels gasos (carburant) i les seves prestacions. El rendiment teòric del motor tèrmic d'automoció varia entre el 30 i el 45 %.[3][4] Aquests valors, relativament petits, s'expliquen pel fet que les lleis de la termodinàmica imposen un límit màxim al rendiment en funció de les temperatures a que opera el motor i a que una part de l'energia química es perd en fregaments mecànics, en transmissió de calor i per bombament dels fluids. El calors s'evacua en els gasos d'escapament - productes de la combustió del carburant - i també pels sistemes de refrigeració del motor (bescanviador aire/aigua, aire/oli) anomenats radiadors.[5]
[modifica] Motor elèctric
Article principal: Vehicle elèctric i Motor elèctric
Les bateries d'ió liti són les que generalment fan servir els automòbils elèctrics.
Aparegut el 1834 i popularitzat gràcies al rècord de velocitat de la Jamais Contente, l'automòbil elèctric ha tornat a rebre atenció a la fi dels anys 1990 ja que el seu impacte mediambiental és, en principi, menor que un automòbil «tèrmic» i el seu funcionament més silenciós, menys contaminant i molt flexible.[6] Un o diversos motors elèctrics poden assegurar parcialment o totalment la producció d'energia mecànica de l'automòbil.
Aquests motors treuen la seva energia de bateries d'acumuladors. Durant les fases d'acceleració, el motor transforma l'energia elèctrica en treball (fase «motor») mentre que en el moment de les fases de frenada, transformen la força inercial del vehicle en energia elèctrica (fase « generador ») permetent així recarregar la bateria.[7] Un sistema de regulació bidireccional administra els intercanvis entre els motors, generadors i la bateria. Variants al motor elèctric estan en procés de desenvolupament i fan servir un sistema de pila a combustible per subministrar l'energia elèctrica.
Dos tipus de motors elèctrics permeten propulsar l'automòbil: els motors de corrent alterna i els motors de corrent continua.[8] Aquests motors estan compostos d'un rotor (part giratòria) i d'un estator (part fixa). De manera simplificada, l'energia elèctrica es transmet als bobinats del rotor que, per magnetisme amb els bobinats del estator, generen la rotació del rotor (fase «motor»). Al ser les màquines elèctriques reversibles, l'energia cinètica de l'automòbil pot posar en moviment el rotor que per magnetisme, genera energia elèctrica (fase «generador »).[9]
[modifica] Propulsió hibrida
Article principal: Vehicle híbrid
Il·lustració del funcionament d'un vehicle híbrid.
Com el seu nom indica, un vehicle híbrid és una hibridació entre un vehicle amb motor tèrmic i un amb motor elèctric per tal de combinar-ne els avantatges. Els dos tipus de motors muntats sobre el vehicle, un sistema informàtic embarcat combinat amb una electrònica de potència administra la seva complementarietat així com els recursos disponibles en funció de les demandes i de les restriccions.[10]
Aquest tipus de motorització, tot i ser més complex de dissenyar i fabricar, és en teoria particularment ecològic respecte als sistemes clàssic tèrmic o elèctric.[10] Permet en particular una emissió de monòxid de carboni (CO) clarament inferior al d'un motor tèrmic únic. L'avantatge més evident és la no-contaminació pels gasos d'escapament dels indrets on aquestes emissions són menys desitjables - les ciutats per exemple - ja que el motor elèctric funciona sol fins a una certa velocitat, tret que, és clar, les bateries no estiguin descarregades. El motor tèrmic pren llavors el relleu.[10]
[modifica] Transmissió
El motor, elèctric o tèrmic, subministren un parell sobre el seu eix de sortida. Aquest parell ha de ser transmes doncs a les rodes per permetre el desplaçament de l'automòbil. Els diferents òrgans de transmissió - el embragatge,la caixa de canvi, els ponts i el diferencial entre altres - asseguren aquesta funció.
[modifica] Caixa de canvi
Article principal: Caixa de canvi
Caixa de canvi automàtica d'un Lexus IS.
La caixa de canvi és l'òrgan que permet modificar la velocitat d'un cotxe fins i tot si la velocitat de rotació del motor és constant. En el cas del motor d'explosió, permet sobretot adaptar el parell motriu disponible a les necessitats del conductor.[11] La caixa de canvi habitualment es connecta al motor amb l'ajuda d'un embragatge, element que permet aïllar la transmissió del motor.
Una caixa de canvi esta composada per un conjunt d'engranatges mòbils i fixos sobre eixos, tancats en un càrter estanc i lubrificat per xipolleig o a pressió. Aquest sistema permet modificar la relació de desmultiplicació - relació entre la velocitat de rotació del motor i la de les rodes motrius - indispensable entre les rodes i el motor, donat que els motors d'explosió no generen pas un parell disponible prou gran a tots els règims de rotació.
Caixa de canvi manual de 5 marxes en H i marxa enrere d'un volkswagen golf 1600 sèrie 4.
Les caixes de canvi es poden classificar en quatre grans tipus: els canvis manuals, els robotitzats, els automàtics i els de variació continua.
Les caixes de canvi manuals són administrades únicament pel conductor. El conductor desembraga el motor per tal de desconnectar-lo de la transmissió i modifica la relació de desmultiplicació accionant la palanca de canvi de velocitat. Les caixes robotitzades funcionen més o menys amb el mateix principi, exceptuat el fet que el canvi de relació és accionat per motors o actuadors (hidràulics o electrotècnics). El conductor pot efectuar la maniobra o deixar que un autòmata electrònic s'en encarregui.[12]
Una caixa de canvi automàtica ofereix una comoditat suplementària ja que no requereix la interrupció de la tracció per canviar de relació de transmissió. La gestió d'altra banda es confia completament a un autòmata electrònic al servei de D'hidràulica. Les relacions de desmultiplicació no es materialitzen amb l'ajuda d'una sèrie de pinyons sinó amb l'ajuda d'un tren epicicloïdal en cascada (per exemple el tren de Ravignaux) frenant unes corones o uns planetaris. Un convertidor de parell hidràulic col·locat entre el motor i la caixa, augmenta el parell disponible a baix règim, filtra els cops i reemplaça l'embragatge clàssic.[13]
Finalment, una caixa de canvi amb variació continua (CVT) és d'una concepció radicalment diferent. Aquestes caixes ofereixen una infinitat de relacions de transmissió sense salts, ni ruptura de la propulsió i una adaptació constant entre el règim de rotació del motor i la seva càrrega instantània.[14] Hi ha diverses formes de realitzar-les una és amb una corretja que enllaça dues politges - una costat motor i una costat diferencial - els diàmetres de les quals varien automàticament, adaptant així el parell subministrat pel motor a la demanda.
[modifica] Pont i arbre de transmissió
En els vehicles amb tracció a les rodes de davant i motor al davant el pont és el conjunt que integra l'eix que rep el parell que surt de la caixa de canvi, el diferencial que transmet el moviment als dos arbres de sortida, i els paliers que es connecten amb els arbres a traves de juntes cardan o universals que permeten variar l'angle del palier i adaptar-se a la posició relativa entre la roda i el xassís que varia degut a l'elasticitat dels amortidors.
En automòbils amb diferents disposicions relatives entre el motor i les rodes motrius que poden ser dues o quatre l'arbre de transmissió recull aquestes funcions amb un o dos diferencials (en cas de transmissió a les quatre rodes) i diferents arbres connectats amb juntes universals.
[modifica] Diferencial
Article principal: Diferencial
Secció d'un mecanisme diferencial d'un automòbil amb tracció al darrere. La barra de transmissió, a reves d'un pinyó fa girar la corona que és solidària al porta-satel·lits, els satel·lits engranen simultàniament amb dos planetes que transmeten el moviment un a cada roda a traves dels paliers.
El diferencial és el dispositiu que permet que les rodes motrius de l'automòbil girin a velocitats diferents a les corbes mentre se'ls continua aplicant parell. Normalment els diferencials es materialitzen emprant trens d'engranatges epiciloidals el parell s'aplica al porta satel·lits i els satel·lits engranen simultàniament amb dos planetes iguals. D'aquesta forma el parell transmès a les dues rodes és sempre igual independentment de la velocitat de cada una. El diferencial permet diferències de velocitat entre les rodes però de forma que la suma de velocitats sempre es mantingui constant i igual a la velocitat del porta-satel·lits. Si una de les rodes llisca i perd la tracció el diferencial permet que l'altra adopti la velocitat necessària per tal de que cap de les dues transmeti parell. Per evitat aquesta situació de pèrdua de tracció en cassos on només patina una de les dues rodes hi ha diferencials amb sistemes d'auto blocatge o de limitació del lliscament entre les dues rodes que bloquen la roda que patina per poder continuar transmetent parell a l'altre de forma que el vehicle pugui avançar i sortir de la situació.
[modifica] Sistema de fre
Article principal: Fre, fre motor, i fre d'estacionament
Fotografia d'un fre de disc.
Mentre que el motor permet posar en moviment l'automòbil, el sistema de fre permet reduïr-ne la velocitat fins a parar-lo. Per això, hi ha tres opcions. La primera consisteix a utilitzar el «fre motor», tècnica que fa servir el motor per frenar el vehicle. No aliment-lo de carburant es comporta com a compressor i utilitza l'energia cinètica de l'automòbil per comprimir l'aire d'admisió, el que genera una resistència a l'avançament. Canviant de relació de la caixa de canvi, el règim-motor augmenta i ofereix una major rsistència.[15]
De manera més convencional, el conductor atura l'automòbil gràcies al fre principal. Una pressió sobre el pedal de fre posa en marxa el funcionament dels frens que transformen en calor, l'energia cinètica acumulada pel vehicle. Aquests frens són, durant la major part del temps, de comandament hidràulic encara que n'hi comença a haver de comandament elèctric.
Finalment, l'automòbil pot ser immobilitzat amb l'ajuda del fre de mà. Una palanca acciona un mecanisme específic - generalment amb l'ajuda d'un cable - actuant davant o més sovint darrere bloquejant les rodes. Aquest fre es fa servir únicament per a l'estacionament del vehicle. Fa alguns anys, els frens d'estacionament elèctrics s'estan generalitzant i reemplacen poc a poc el fre a mà.
[modifica] Suspensió
Article principal: Suspensió (automòbil)
Animació d'una suspensió.
En general, el terme de suspensió es fa servir per designar una relació elàstica deformable entre elements d'un vehicle.
La suspensió entre les rodes i el xassís contribueix a l'adherència del vehicle, a la comoditat dels ocupants i a la reducció de l'energia transmesa a l'estructura del vehicle i els seus equips per millorar-ne la fiabilitat. En el cas més general, un sistema de braços associats a una o diverses molles, acoblat a un amortidor hidràulic, constitueix una relació elàstica entre cada roda i el xassís del vehicle. Aquest muntatge mecànic és de disseny molt variable en funció dels models i dels constructors. Alguns fan servir sistemes hidro-neumàtics complexos i assistits electrònicament. Però el cost d'aquest tipus de suspensió és tal, que està reservada als vehicles gamma alta.
La suspensió entre el motor i el xassís contribueix a atenuar els sorolls i les vibracions que el motor transmet a l'estructura del vehicle, tant en ralentí com en les diferents fases de conducció, així com a la fiabilitat de les estructures (caixa i motor). La connexió elàstica es materialitza amb cautxú natural o artificial, les formes i les dureses del qual s'escullen en funció de resultat que es pretén (suspensió més o menys flexible, més o menys esmorteïda).
Hi ha dos tipus principals de suspensions: independent i rígida. En una suspensió independent, cada roda pot efectuar moviments sense influir a l'altra roda del mateix eix. És el tipus de suspensió més utilitzat per als vehicles particulars. Ofereix una bona adherència i una bona comoditat. En una suspensió rígida, les rodes d'un i fins i tot dels dos eixos es lliguen de manera rígida, els moviments d'una influencien l'altre. Aquest tipus de suspensions es fan servir per als vehicles pesats ja que permeten suportar càrregues pesades. Els eixos rígids també es fan servir en vehicles tot terreny per la seva robustesa.
Pneumàtic Michelin untat en una llanda amb 10 braços d'un BMW M3 E92.
[modifica] Rodes
Article principal: Roda, llanda, i Pneumàtic
Les rodes d'un automòbil són quatre, més (generalment) una roda de recanvi no muntada. Aquesta última de vegades es reemplaça per un conjunt antipunxada o, per motius de reducció d'espai, per una roda dotada d'un pneumàtic reduït que permet circular a velocitat moderada fins al pròxim garatge. Cada roda està formada del muntatge d'un pneumàtic sobre una llanda. Aquest conjunt forma un espai estanc inflat d'aire o de vegades de nitrogen (per reduir les pèrdues).
Els pneumàtics juguen un paper molt important ja que constitueixen la interfície entre el sòl i el vehicle i contribueixen a l'establiment d'accions mecàniques (forces) del sòl sobre el vehicle (fre, acceleració i gir). Per aquesta raó, és important mantenir els pneumàtics en bon estat, amb una pressió d'inflat adequada. A més a més de les condicions d'adherència (glaç, neu, pluja, etc.), la qualitat del contacte entre el sòl i els pneumàtics l'és també molt important. És pel què el paper dels pneumàtics està vinculat al de les suspensions.
[modifica] Control
Els comandaments designen el conjunt dels elements d'un automòbil que permeten al conductor conduir-lo. Aquesta tasca seria extremadament difícil d'efectuar si el conductor rebés informació de l'estat físic en el qual es troba l'automòbil. És la raó per la qual els comandaments s'associen al taulell de control.
[modifica] Direcció
Article principal: Direcció (automòbil)
Esquema d'una direcció de cremallera.
El sistema de direcció permet orientar l'automòbil en la direcció desitjada. Aquest sistema es compon entre altres d'un dispositiu do control - generalment un volant circular - que permet que les mans del conductor apliquin una parell sobre el sistema de direcció. El volant, situat en front al conductor, és en general regulable per adaptar-se el millor possible a la morfologia i als costums dels conductors. La transmissió del moviment imprès pel conductor es fa sobre la columna de direcció fixada en el centre del volant de control; transmet el parell a les maneguetes de direcció (que actuen directament sobre les rodes) per mitjà d'una caixa de direcció. Aquesta caixa és o bé un sistema pinyó cremallera, o bé un sistema de vis sens fi.
Quan l'automòbil es desplaça en línia recta, les rodes de davant giren entorn a un mateix eix paral·lel al de les rodes de darrere. En canvi, en el moment d'un gir, les rodes de davant ja no són paral·leles ja que els seus eixos i el de les rodes de darrere han de ser concurrents en un punt, el centre instantani de rotació.
Generalment s'associa a la direcció na sistema d'assistència que permet al conductor no a haver d'aplicar un esforç important sobre el volant. És generalment autoadaptatiu amplificant més o menys les forces impreses al volant d'acord amb els esforços necessaris per dirigir el vehicle. Aquests esforços per la seva naturalesa són variables i inversament proporcionals a la velocitat del vehicle. Aquesta assistència, tradicionalment hidràulica, es regula amb la velocitat per tal d'augmentar l'estabilitat a alta velocitat sense penalitzar la manejabilitat a baixa velocitat. També pot ser elèctrica emprant un motor elèctric. Aquest sistema és més econòmic, donat que resta inactiu en línia recta, mentre que un sistema hidràulic sempre ha de romandre amb pressió.
[modifica] Pedals
Pedals d'un Peugeot 206.
Els pedals són els comandaments que permeten al conductor d'actuar sobre el grup motopropulsor de l'automòbil així com sobre el sistema principal de fre.
De dreta a esquerra hi ha el pedal de l'accelerador, que permet regular la potència requerida al motor, el pedal del fre que transmet al sistema de fre una força proporcional a la pressió exercitada sobre aquest pedal i finalment, el pedal d'embragatge, present només en els vehicles amb caixa de canvi manual, que permet el canvi de relació de transmissió de la caixa de canvi desacoblant -la del motor, produint una interrupció de la tracció.
[modifica] Taulell de control
Taulell de control d'un Porsche 911.
Sota una visera integrada al taulell de control (protegint el parabrisa de les reflexions lluminoses), generalment en front al conductor i, de vegades en el centre del taulell de control, però girat cap al conductor es troba un conjunt encarregat del manteniment de cartells indicadors de l'estat físic de l'automòbil.
Un indicador de velocitat, obligatòria, implica un comptador o odòmetre, no reinicialitzable, que totalitza els quilòmetres recorreguts pel vehicle, així com un comptador amb posada a zero per a ús diari. Un indicador de nivell de carburant indica el volum de carburant que queda en el dipòsit. Testimonis lluminosos es disposen, sota la mateixa visera, que recorden al conductor certs esdeveniments: encesa dels llums de posició, de cruïlla i de carretera així com dels intermitents i de la senyalització annexa.
Els indicadors d'alerta - falta de pressió d'oli, temperatura excessiva d'aigua, falta de càrrega de la bateria i, indicador de funcionament de diversos accessoris - s'agrupen en el mateix espai. Es poden afegir diferents indicadors - temperatura de l'oli, temperatura de l'aigua, temperatura de l'aire, pressió de l'oli, pressió de del turbo, voltímetre, amperímetre -. Finalment, sovint hi ha un compta-revolucions que indica el nombre de voltes del motor per minut. Conté una zona delimitada en vermell que indica la velocitat de rotació del motor que no s'ha de superar.
[modifica] Sistemes de seguretat
[modifica] Sistemes de seguretat activa
Article principal: Seguretat activa i enllumenat del automòbil
Enllumenat de dia amb LED d'un Audi A4 B8.
Els «sistemes de seguretat activa» designes el conjunt dels elements que es posen en joc en la utilització de l'automòbil per tal d'evitar un accident. Aquesta categoria d'elements reuneix el conjunt de les assitències a la conducció (ESP, ABS, fixació del cap, etc.) així com els elements anomenats de percepcions (dispositius d'enllumenat, retrovisors, neteja-parabrises, claxon, etc).
Pel que fa als dispositius d'enllumenat, l'automòbil va equipat amb una sèrie d'elements que informen els altres usuaris de les accions del conductor - els llums de fre vermells adverteixen d'una frenada, els llums de marxa enrere blancs per a la marxa darrere, els intermitents d'un canvi de direcció, etc. - o permeten il·luminar la carretera de nit (llums de posició, de cruïlla, de carretera i antiboira). Aquests llums funcionen gràcies a làmpades halògenes o de descàrrega elèctrica (xenó), i més recentment, gràcies als LEDs. Des de fa poc, els automòbils s'equipen també amb llums de dia per tal de ser percebuts per altres usuaris a distàncies més llargues. Un element d'últim recurs si els elements visuals no s'han percebut consisteix a assenyalar la seva presència o un perill utilitzant el clàxon.
Il·lustracions dels angles de visió dels retrovisors.
Els retrovisors són accessoris indispensables a la conducció d'un automòbil. Estan constituïts per un mirall orientable que permet al conductor conèixer els elements exteriors situats al voltant del seu vehicle. Generalment col·locat dalt del parabrisa i en posició central de cara al conductor, el retrovisor interior permet al conductor visualitzar el que passa darrere el seu vehicle. Aquest retrovisor implica dues posicions: una per al dia i una per a la nit. En aquest últim cas, un segon mirall semireflectant col·locat darrere del mirall permet limitar l'enlluernament pels vehicles que el segueixen. Els retrovisors exteriors, col·locats sobre els alerons de l'automòbil, permeten veure el que passa darrere i als flancs del vehicle.
Els neteja parabrises, estan constituïts per un rascador en cautxú, fixat al final d'un braç. L'altra extrem d'aquest braç és solidari amb l'eix d'un motor elèctric manat per un interruptor des de l'habitacle. El braç, gràcies a una molla, pressiona el rascador sobre el vidre amb una certa pressió i permet així, gràcies al moviment de va i ve imprès pel motor, netejar el parabrisa de l'aigua de la pluja. Aquest accessori és present en nombre variable, segons la mida del parabrisa i el disseny dels braços. Se'n troba molt freqüentment en el vidre darrere, generalment un de sol. Present necessàriament al davant. Associats al sistema de netejaparabrises hi ha una bomba elèctrica que bombeja aigua d'un dipòsit amb o sense un detergent. El líquid a pressió es condueix per un tub a sortidors que el polvoritzen sobre la superfície del parabrises.
[modifica] Sistemes de seguretat passiva
Article principal: Seguretat passiva i Coixí de seguretat
Els «coixins de seguretat cortines» eviten que els passatgers deixin sortir un membre fora del vehicle.
El paper de la «seguretat passiva» és reduir les conseqüències d'un accident quan aquest no s'ha pogut evitar. Els vehicles moderns es dissenyen per tal del que un xoc sigui esmorteït per la deformació de les zones perifèriques (capota motor, xassís, flancs), per preservar la integritat de l'habitacle que es beneficia d'una estructura reforçada. A nivell de l'estructura, de peces és calculada la dimensió per que es deformi. En tots els casos, s'intenta fer passar les forces generades pel xoc per «tres vies d'esforços».
El coixí inflable de seguretat també pren part en la seguretat passiva. S'activa a partir d'una certa taxa de desceleració i d'una certa velocitat inicial, per tal de limitar el xoc sofert pels ocupants del vehicle, repartint-lo durant un major període de temps (la força aplicada pel xoc és funció de la diferència de velocitat i del temps necessari per canviar de velocitat) i entre una major superfície de contacte (la pressió és la força a suportar dividida entre la superfície a la que s'aplica).
Finalment, el cinturó de seguretat permet mantenir l'ocupant d'un vehicle en moviment en el seient en el moment d'un xoc. Evita la seva ejecció fora del vehicle o la seva projecció contra un part de l'habitacle (tauler de control, parabrisa, etc.). Equipat amb un a molla pretensada i amb un limitador d'esforç, permet, com en el cas dels coixins inflables de seguretat, minimitzar la potència del xoc, transferint l'energia del xoc a traves de les subjeccions del cinturó.
El motor és un dels elements fonamentals necessaris pel funcionament de l'automòbil. Transforma energia no-mecànica - generalment química o elèctrica - en energia mecànica, genera un treball capaç de posar en moviment l'automòbil. Les seves prestacions generalment es mesuren en termes de potència (cavalls de vapor o quilowatts) i de parell (Newtons-metre).
[modifica] Motor tèrmic
Article principal: Motor d'explosió
Una vista isomètrica dels pistons i del cigonyal d'un motor de quatre cilindres en línia.
La majoria dels automòbils, de començaments del segle XXI, són propulsats per un motor de combustió interna, anomenat habitualment i equivocadament, motor d'explosió. Aquest motor transforma energia química, en energia calorífica per la combustió del carburant - barreja d'aire i d'hidrocarburs - i llavors en energia mecànica per mitjà d'un sistema biela-manovella.[1] El carburant líquid es transporta del diposit al motor per una bomba elèctrica a través d'un conducte i d'un filtre. Quan el carburant és gasós, aquest arriba al motor a través d'un descompressor.
El sistema biela-manovella funciona en base al principi següent: un pistó sobre el qual s'exerceix la pressió dels gasos procedents de la inflamació del carburant arrossega una biela que, connectada a un cigonyal, genera un moviment de rotació d'aquest últim. Així es genera un parell. El motor tèrmic generalment està constituït per diversos conjunts biela-pistó connectats a un mateix cigonyal. El seu arranjament al motor és l'origen de les diferents configuracions dels motors.[2]
Es distingeixen dos grans tipus de motors de combustió interna: els motors d'encesa per guspira, també anomenats d'encesa provocada (MEP) i els motors d'encesa per compressió (MEC). Aquestes dues categories de motors es distingeixen principalment pel tipus d'hidrocarburs utilitzats per al carburant, el mètode d'inflamació dels gasos (carburant) i les seves prestacions. El rendiment teòric del motor tèrmic d'automoció varia entre el 30 i el 45 %.[3][4] Aquests valors, relativament petits, s'expliquen pel fet que les lleis de la termodinàmica imposen un límit màxim al rendiment en funció de les temperatures a que opera el motor i a que una part de l'energia química es perd en fregaments mecànics, en transmissió de calor i per bombament dels fluids. El calors s'evacua en els gasos d'escapament - productes de la combustió del carburant - i també pels sistemes de refrigeració del motor (bescanviador aire/aigua, aire/oli) anomenats radiadors.[5]
[modifica] Motor elèctric
Article principal: Vehicle elèctric i Motor elèctric
Les bateries d'ió liti són les que generalment fan servir els automòbils elèctrics.
Aparegut el 1834 i popularitzat gràcies al rècord de velocitat de la Jamais Contente, l'automòbil elèctric ha tornat a rebre atenció a la fi dels anys 1990 ja que el seu impacte mediambiental és, en principi, menor que un automòbil «tèrmic» i el seu funcionament més silenciós, menys contaminant i molt flexible.[6] Un o diversos motors elèctrics poden assegurar parcialment o totalment la producció d'energia mecànica de l'automòbil.
Aquests motors treuen la seva energia de bateries d'acumuladors. Durant les fases d'acceleració, el motor transforma l'energia elèctrica en treball (fase «motor») mentre que en el moment de les fases de frenada, transformen la força inercial del vehicle en energia elèctrica (fase « generador ») permetent així recarregar la bateria.[7] Un sistema de regulació bidireccional administra els intercanvis entre els motors, generadors i la bateria. Variants al motor elèctric estan en procés de desenvolupament i fan servir un sistema de pila a combustible per subministrar l'energia elèctrica.
Dos tipus de motors elèctrics permeten propulsar l'automòbil: els motors de corrent alterna i els motors de corrent continua.[8] Aquests motors estan compostos d'un rotor (part giratòria) i d'un estator (part fixa). De manera simplificada, l'energia elèctrica es transmet als bobinats del rotor que, per magnetisme amb els bobinats del estator, generen la rotació del rotor (fase «motor»). Al ser les màquines elèctriques reversibles, l'energia cinètica de l'automòbil pot posar en moviment el rotor que per magnetisme, genera energia elèctrica (fase «generador »).[9]
[modifica] Propulsió hibrida
Article principal: Vehicle híbrid
Il·lustració del funcionament d'un vehicle híbrid.
Com el seu nom indica, un vehicle híbrid és una hibridació entre un vehicle amb motor tèrmic i un amb motor elèctric per tal de combinar-ne els avantatges. Els dos tipus de motors muntats sobre el vehicle, un sistema informàtic embarcat combinat amb una electrònica de potència administra la seva complementarietat així com els recursos disponibles en funció de les demandes i de les restriccions.[10]
Aquest tipus de motorització, tot i ser més complex de dissenyar i fabricar, és en teoria particularment ecològic respecte als sistemes clàssic tèrmic o elèctric.[10] Permet en particular una emissió de monòxid de carboni (CO) clarament inferior al d'un motor tèrmic únic. L'avantatge més evident és la no-contaminació pels gasos d'escapament dels indrets on aquestes emissions són menys desitjables - les ciutats per exemple - ja que el motor elèctric funciona sol fins a una certa velocitat, tret que, és clar, les bateries no estiguin descarregades. El motor tèrmic pren llavors el relleu.[10]
[modifica] Transmissió
El motor, elèctric o tèrmic, subministren un parell sobre el seu eix de sortida. Aquest parell ha de ser transmes doncs a les rodes per permetre el desplaçament de l'automòbil. Els diferents òrgans de transmissió - el embragatge,la caixa de canvi, els ponts i el diferencial entre altres - asseguren aquesta funció.
[modifica] Caixa de canvi
Article principal: Caixa de canvi
Caixa de canvi automàtica d'un Lexus IS.
La caixa de canvi és l'òrgan que permet modificar la velocitat d'un cotxe fins i tot si la velocitat de rotació del motor és constant. En el cas del motor d'explosió, permet sobretot adaptar el parell motriu disponible a les necessitats del conductor.[11] La caixa de canvi habitualment es connecta al motor amb l'ajuda d'un embragatge, element que permet aïllar la transmissió del motor.
Una caixa de canvi esta composada per un conjunt d'engranatges mòbils i fixos sobre eixos, tancats en un càrter estanc i lubrificat per xipolleig o a pressió. Aquest sistema permet modificar la relació de desmultiplicació - relació entre la velocitat de rotació del motor i la de les rodes motrius - indispensable entre les rodes i el motor, donat que els motors d'explosió no generen pas un parell disponible prou gran a tots els règims de rotació.
Caixa de canvi manual de 5 marxes en H i marxa enrere d'un volkswagen golf 1600 sèrie 4.
Les caixes de canvi es poden classificar en quatre grans tipus: els canvis manuals, els robotitzats, els automàtics i els de variació continua.
Les caixes de canvi manuals són administrades únicament pel conductor. El conductor desembraga el motor per tal de desconnectar-lo de la transmissió i modifica la relació de desmultiplicació accionant la palanca de canvi de velocitat. Les caixes robotitzades funcionen més o menys amb el mateix principi, exceptuat el fet que el canvi de relació és accionat per motors o actuadors (hidràulics o electrotècnics). El conductor pot efectuar la maniobra o deixar que un autòmata electrònic s'en encarregui.[12]
Una caixa de canvi automàtica ofereix una comoditat suplementària ja que no requereix la interrupció de la tracció per canviar de relació de transmissió. La gestió d'altra banda es confia completament a un autòmata electrònic al servei de D'hidràulica. Les relacions de desmultiplicació no es materialitzen amb l'ajuda d'una sèrie de pinyons sinó amb l'ajuda d'un tren epicicloïdal en cascada (per exemple el tren de Ravignaux) frenant unes corones o uns planetaris. Un convertidor de parell hidràulic col·locat entre el motor i la caixa, augmenta el parell disponible a baix règim, filtra els cops i reemplaça l'embragatge clàssic.[13]
Finalment, una caixa de canvi amb variació continua (CVT) és d'una concepció radicalment diferent. Aquestes caixes ofereixen una infinitat de relacions de transmissió sense salts, ni ruptura de la propulsió i una adaptació constant entre el règim de rotació del motor i la seva càrrega instantània.[14] Hi ha diverses formes de realitzar-les una és amb una corretja que enllaça dues politges - una costat motor i una costat diferencial - els diàmetres de les quals varien automàticament, adaptant així el parell subministrat pel motor a la demanda.
[modifica] Pont i arbre de transmissió
En els vehicles amb tracció a les rodes de davant i motor al davant el pont és el conjunt que integra l'eix que rep el parell que surt de la caixa de canvi, el diferencial que transmet el moviment als dos arbres de sortida, i els paliers que es connecten amb els arbres a traves de juntes cardan o universals que permeten variar l'angle del palier i adaptar-se a la posició relativa entre la roda i el xassís que varia degut a l'elasticitat dels amortidors.
En automòbils amb diferents disposicions relatives entre el motor i les rodes motrius que poden ser dues o quatre l'arbre de transmissió recull aquestes funcions amb un o dos diferencials (en cas de transmissió a les quatre rodes) i diferents arbres connectats amb juntes universals.
[modifica] Diferencial
Article principal: Diferencial
Secció d'un mecanisme diferencial d'un automòbil amb tracció al darrere. La barra de transmissió, a reves d'un pinyó fa girar la corona que és solidària al porta-satel·lits, els satel·lits engranen simultàniament amb dos planetes que transmeten el moviment un a cada roda a traves dels paliers.
El diferencial és el dispositiu que permet que les rodes motrius de l'automòbil girin a velocitats diferents a les corbes mentre se'ls continua aplicant parell. Normalment els diferencials es materialitzen emprant trens d'engranatges epiciloidals el parell s'aplica al porta satel·lits i els satel·lits engranen simultàniament amb dos planetes iguals. D'aquesta forma el parell transmès a les dues rodes és sempre igual independentment de la velocitat de cada una. El diferencial permet diferències de velocitat entre les rodes però de forma que la suma de velocitats sempre es mantingui constant i igual a la velocitat del porta-satel·lits. Si una de les rodes llisca i perd la tracció el diferencial permet que l'altra adopti la velocitat necessària per tal de que cap de les dues transmeti parell. Per evitat aquesta situació de pèrdua de tracció en cassos on només patina una de les dues rodes hi ha diferencials amb sistemes d'auto blocatge o de limitació del lliscament entre les dues rodes que bloquen la roda que patina per poder continuar transmetent parell a l'altre de forma que el vehicle pugui avançar i sortir de la situació.
[modifica] Sistema de fre
Article principal: Fre, fre motor, i fre d'estacionament
Fotografia d'un fre de disc.
Mentre que el motor permet posar en moviment l'automòbil, el sistema de fre permet reduïr-ne la velocitat fins a parar-lo. Per això, hi ha tres opcions. La primera consisteix a utilitzar el «fre motor», tècnica que fa servir el motor per frenar el vehicle. No aliment-lo de carburant es comporta com a compressor i utilitza l'energia cinètica de l'automòbil per comprimir l'aire d'admisió, el que genera una resistència a l'avançament. Canviant de relació de la caixa de canvi, el règim-motor augmenta i ofereix una major rsistència.[15]
De manera més convencional, el conductor atura l'automòbil gràcies al fre principal. Una pressió sobre el pedal de fre posa en marxa el funcionament dels frens que transformen en calor, l'energia cinètica acumulada pel vehicle. Aquests frens són, durant la major part del temps, de comandament hidràulic encara que n'hi comença a haver de comandament elèctric.
Finalment, l'automòbil pot ser immobilitzat amb l'ajuda del fre de mà. Una palanca acciona un mecanisme específic - generalment amb l'ajuda d'un cable - actuant davant o més sovint darrere bloquejant les rodes. Aquest fre es fa servir únicament per a l'estacionament del vehicle. Fa alguns anys, els frens d'estacionament elèctrics s'estan generalitzant i reemplacen poc a poc el fre a mà.
[modifica] Suspensió
Article principal: Suspensió (automòbil)
Animació d'una suspensió.
En general, el terme de suspensió es fa servir per designar una relació elàstica deformable entre elements d'un vehicle.
La suspensió entre les rodes i el xassís contribueix a l'adherència del vehicle, a la comoditat dels ocupants i a la reducció de l'energia transmesa a l'estructura del vehicle i els seus equips per millorar-ne la fiabilitat. En el cas més general, un sistema de braços associats a una o diverses molles, acoblat a un amortidor hidràulic, constitueix una relació elàstica entre cada roda i el xassís del vehicle. Aquest muntatge mecànic és de disseny molt variable en funció dels models i dels constructors. Alguns fan servir sistemes hidro-neumàtics complexos i assistits electrònicament. Però el cost d'aquest tipus de suspensió és tal, que està reservada als vehicles gamma alta.
La suspensió entre el motor i el xassís contribueix a atenuar els sorolls i les vibracions que el motor transmet a l'estructura del vehicle, tant en ralentí com en les diferents fases de conducció, així com a la fiabilitat de les estructures (caixa i motor). La connexió elàstica es materialitza amb cautxú natural o artificial, les formes i les dureses del qual s'escullen en funció de resultat que es pretén (suspensió més o menys flexible, més o menys esmorteïda).
Hi ha dos tipus principals de suspensions: independent i rígida. En una suspensió independent, cada roda pot efectuar moviments sense influir a l'altra roda del mateix eix. És el tipus de suspensió més utilitzat per als vehicles particulars. Ofereix una bona adherència i una bona comoditat. En una suspensió rígida, les rodes d'un i fins i tot dels dos eixos es lliguen de manera rígida, els moviments d'una influencien l'altre. Aquest tipus de suspensions es fan servir per als vehicles pesats ja que permeten suportar càrregues pesades. Els eixos rígids també es fan servir en vehicles tot terreny per la seva robustesa.
Pneumàtic Michelin untat en una llanda amb 10 braços d'un BMW M3 E92.
[modifica] Rodes
Article principal: Roda, llanda, i Pneumàtic
Les rodes d'un automòbil són quatre, més (generalment) una roda de recanvi no muntada. Aquesta última de vegades es reemplaça per un conjunt antipunxada o, per motius de reducció d'espai, per una roda dotada d'un pneumàtic reduït que permet circular a velocitat moderada fins al pròxim garatge. Cada roda està formada del muntatge d'un pneumàtic sobre una llanda. Aquest conjunt forma un espai estanc inflat d'aire o de vegades de nitrogen (per reduir les pèrdues).
Els pneumàtics juguen un paper molt important ja que constitueixen la interfície entre el sòl i el vehicle i contribueixen a l'establiment d'accions mecàniques (forces) del sòl sobre el vehicle (fre, acceleració i gir). Per aquesta raó, és important mantenir els pneumàtics en bon estat, amb una pressió d'inflat adequada. A més a més de les condicions d'adherència (glaç, neu, pluja, etc.), la qualitat del contacte entre el sòl i els pneumàtics l'és també molt important. És pel què el paper dels pneumàtics està vinculat al de les suspensions.
[modifica] Control
Els comandaments designen el conjunt dels elements d'un automòbil que permeten al conductor conduir-lo. Aquesta tasca seria extremadament difícil d'efectuar si el conductor rebés informació de l'estat físic en el qual es troba l'automòbil. És la raó per la qual els comandaments s'associen al taulell de control.
[modifica] Direcció
Article principal: Direcció (automòbil)
Esquema d'una direcció de cremallera.
El sistema de direcció permet orientar l'automòbil en la direcció desitjada. Aquest sistema es compon entre altres d'un dispositiu do control - generalment un volant circular - que permet que les mans del conductor apliquin una parell sobre el sistema de direcció. El volant, situat en front al conductor, és en general regulable per adaptar-se el millor possible a la morfologia i als costums dels conductors. La transmissió del moviment imprès pel conductor es fa sobre la columna de direcció fixada en el centre del volant de control; transmet el parell a les maneguetes de direcció (que actuen directament sobre les rodes) per mitjà d'una caixa de direcció. Aquesta caixa és o bé un sistema pinyó cremallera, o bé un sistema de vis sens fi.
Quan l'automòbil es desplaça en línia recta, les rodes de davant giren entorn a un mateix eix paral·lel al de les rodes de darrere. En canvi, en el moment d'un gir, les rodes de davant ja no són paral·leles ja que els seus eixos i el de les rodes de darrere han de ser concurrents en un punt, el centre instantani de rotació.
Generalment s'associa a la direcció na sistema d'assistència que permet al conductor no a haver d'aplicar un esforç important sobre el volant. És generalment autoadaptatiu amplificant més o menys les forces impreses al volant d'acord amb els esforços necessaris per dirigir el vehicle. Aquests esforços per la seva naturalesa són variables i inversament proporcionals a la velocitat del vehicle. Aquesta assistència, tradicionalment hidràulica, es regula amb la velocitat per tal d'augmentar l'estabilitat a alta velocitat sense penalitzar la manejabilitat a baixa velocitat. També pot ser elèctrica emprant un motor elèctric. Aquest sistema és més econòmic, donat que resta inactiu en línia recta, mentre que un sistema hidràulic sempre ha de romandre amb pressió.
[modifica] Pedals
Pedals d'un Peugeot 206.
Els pedals són els comandaments que permeten al conductor d'actuar sobre el grup motopropulsor de l'automòbil així com sobre el sistema principal de fre.
De dreta a esquerra hi ha el pedal de l'accelerador, que permet regular la potència requerida al motor, el pedal del fre que transmet al sistema de fre una força proporcional a la pressió exercitada sobre aquest pedal i finalment, el pedal d'embragatge, present només en els vehicles amb caixa de canvi manual, que permet el canvi de relació de transmissió de la caixa de canvi desacoblant -la del motor, produint una interrupció de la tracció.
[modifica] Taulell de control
Taulell de control d'un Porsche 911.
Sota una visera integrada al taulell de control (protegint el parabrisa de les reflexions lluminoses), generalment en front al conductor i, de vegades en el centre del taulell de control, però girat cap al conductor es troba un conjunt encarregat del manteniment de cartells indicadors de l'estat físic de l'automòbil.
Un indicador de velocitat, obligatòria, implica un comptador o odòmetre, no reinicialitzable, que totalitza els quilòmetres recorreguts pel vehicle, així com un comptador amb posada a zero per a ús diari. Un indicador de nivell de carburant indica el volum de carburant que queda en el dipòsit. Testimonis lluminosos es disposen, sota la mateixa visera, que recorden al conductor certs esdeveniments: encesa dels llums de posició, de cruïlla i de carretera així com dels intermitents i de la senyalització annexa.
Els indicadors d'alerta - falta de pressió d'oli, temperatura excessiva d'aigua, falta de càrrega de la bateria i, indicador de funcionament de diversos accessoris - s'agrupen en el mateix espai. Es poden afegir diferents indicadors - temperatura de l'oli, temperatura de l'aigua, temperatura de l'aire, pressió de l'oli, pressió de del turbo, voltímetre, amperímetre -. Finalment, sovint hi ha un compta-revolucions que indica el nombre de voltes del motor per minut. Conté una zona delimitada en vermell que indica la velocitat de rotació del motor que no s'ha de superar.
[modifica] Sistemes de seguretat
[modifica] Sistemes de seguretat activa
Article principal: Seguretat activa i enllumenat del automòbil
Enllumenat de dia amb LED d'un Audi A4 B8.
Els «sistemes de seguretat activa» designes el conjunt dels elements que es posen en joc en la utilització de l'automòbil per tal d'evitar un accident. Aquesta categoria d'elements reuneix el conjunt de les assitències a la conducció (ESP, ABS, fixació del cap, etc.) així com els elements anomenats de percepcions (dispositius d'enllumenat, retrovisors, neteja-parabrises, claxon, etc).
Pel que fa als dispositius d'enllumenat, l'automòbil va equipat amb una sèrie d'elements que informen els altres usuaris de les accions del conductor - els llums de fre vermells adverteixen d'una frenada, els llums de marxa enrere blancs per a la marxa darrere, els intermitents d'un canvi de direcció, etc. - o permeten il·luminar la carretera de nit (llums de posició, de cruïlla, de carretera i antiboira). Aquests llums funcionen gràcies a làmpades halògenes o de descàrrega elèctrica (xenó), i més recentment, gràcies als LEDs. Des de fa poc, els automòbils s'equipen també amb llums de dia per tal de ser percebuts per altres usuaris a distàncies més llargues. Un element d'últim recurs si els elements visuals no s'han percebut consisteix a assenyalar la seva presència o un perill utilitzant el clàxon.
Il·lustracions dels angles de visió dels retrovisors.
Els retrovisors són accessoris indispensables a la conducció d'un automòbil. Estan constituïts per un mirall orientable que permet al conductor conèixer els elements exteriors situats al voltant del seu vehicle. Generalment col·locat dalt del parabrisa i en posició central de cara al conductor, el retrovisor interior permet al conductor visualitzar el que passa darrere el seu vehicle. Aquest retrovisor implica dues posicions: una per al dia i una per a la nit. En aquest últim cas, un segon mirall semireflectant col·locat darrere del mirall permet limitar l'enlluernament pels vehicles que el segueixen. Els retrovisors exteriors, col·locats sobre els alerons de l'automòbil, permeten veure el que passa darrere i als flancs del vehicle.
Els neteja parabrises, estan constituïts per un rascador en cautxú, fixat al final d'un braç. L'altra extrem d'aquest braç és solidari amb l'eix d'un motor elèctric manat per un interruptor des de l'habitacle. El braç, gràcies a una molla, pressiona el rascador sobre el vidre amb una certa pressió i permet així, gràcies al moviment de va i ve imprès pel motor, netejar el parabrisa de l'aigua de la pluja. Aquest accessori és present en nombre variable, segons la mida del parabrisa i el disseny dels braços. Se'n troba molt freqüentment en el vidre darrere, generalment un de sol. Present necessàriament al davant. Associats al sistema de netejaparabrises hi ha una bomba elèctrica que bombeja aigua d'un dipòsit amb o sense un detergent. El líquid a pressió es condueix per un tub a sortidors que el polvoritzen sobre la superfície del parabrises.
[modifica] Sistemes de seguretat passiva
Article principal: Seguretat passiva i Coixí de seguretat
Els «coixins de seguretat cortines» eviten que els passatgers deixin sortir un membre fora del vehicle.
El paper de la «seguretat passiva» és reduir les conseqüències d'un accident quan aquest no s'ha pogut evitar. Els vehicles moderns es dissenyen per tal del que un xoc sigui esmorteït per la deformació de les zones perifèriques (capota motor, xassís, flancs), per preservar la integritat de l'habitacle que es beneficia d'una estructura reforçada. A nivell de l'estructura, de peces és calculada la dimensió per que es deformi. En tots els casos, s'intenta fer passar les forces generades pel xoc per «tres vies d'esforços».
El coixí inflable de seguretat també pren part en la seguretat passiva. S'activa a partir d'una certa taxa de desceleració i d'una certa velocitat inicial, per tal de limitar el xoc sofert pels ocupants del vehicle, repartint-lo durant un major període de temps (la força aplicada pel xoc és funció de la diferència de velocitat i del temps necessari per canviar de velocitat) i entre una major superfície de contacte (la pressió és la força a suportar dividida entre la superfície a la que s'aplica).
Finalment, el cinturó de seguretat permet mantenir l'ocupant d'un vehicle en moviment en el seient en el moment d'un xoc. Evita la seva ejecció fora del vehicle o la seva projecció contra un part de l'habitacle (tauler de control, parabrisa, etc.). Equipat amb un a molla pretensada i amb un limitador d'esforç, permet, com en el cas dels coixins inflables de seguretat, minimitzar la potència del xoc, transferint l'energia del xoc a traves de les subjeccions del cinturó.
Suscribirse a:
Entradas (Atom)
