Fundamentos de Propulsión Vehicular y Componentes Mecánicos

Este documento aborda conceptos esenciales sobre diversas tecnologías de propulsión vehicular, incluyendo sistemas híbridos, eléctricos y motores rotativos, así como sus componentes clave y principios de funcionamiento.

Tecnologías de Propulsión Alternativa

Objetivos de las Tecnologías de Propulsión Alternativa

• Reducir las emisiones contaminantes.
• Aprovechar mejor la energía.
• Reducir el consumo de combustibles.

Vehículos Híbridos

Componentes Clave de Vehículos Híbridos

• Motor térmico.
• Motor eléctrico.
• Inversor/Convertidor.
• Batería de alto voltaje.
• Divisor de potencia.

Clasificación de Sistemas Híbridos

• Vehículo híbrido serie.
• Vehículo híbrido paralelo.
• Vehículo híbrido serie-paralelo.

Características Operativas del Vehículo Híbrido-Eléctrico

• El inicio de la marcha es con propulsión eléctrica.
• Al alcanzar 50 km/h, el motor térmico empieza a funcionar.
• En trayectos cortos, el generador recarga la batería.
• En aceleración, se suma la potencia del motor eléctrico al térmico.
• En frenadas, la electricidad generada se usa para recargar las baterías (frenada regenerativa).
• Con paradas frecuentes, se utiliza el sistema Stop-Start.

Definición y Rol del Motor Térmico en Híbridos

Se busca un alto par en regímenes medios más que una elevada potencia. Es un motor más eficiente, ya que se dimensiona para desarrollar una potencia promedio. Cuando es necesario, se recurre al motor eléctrico para aumentar la potencia.

Sistema de Gestión de Energía en Vehículos Híbridos

• Determina cuándo se realiza la asistencia del motor eléctrico al motor térmico.
• Gestiona la corriente del generador.
• Para el motor cuando el vehículo se detiene y se reinicia la marcha solo con el eléctrico.

Vehículos Eléctricos

Características del Vehículo de Propulsión Eléctrica

Es aquel impulsado únicamente por un motor eléctrico. Puede tener varias fuentes de energía (red eléctrica, pila de hidrógeno, generador).

Vehículo Eléctrico Recargable (Plug-in Electric Vehicle – PEV)

Es aquel impulsado por un motor eléctrico y se recarga a través de la red eléctrica.

Vehículo Eléctrico de Pila de Combustible (FCEV)

Produce la electricidad necesaria para alimentar el motor eléctrico. La pila consume hidrógeno y no necesita ser cargada de forma exterior. El coche no emite ningún gas contaminante.

Batería de Alto Voltaje en Vehículos Eléctricos/Híbridos

Es capaz de almacenar una energía eléctrica que oscila entre 100 y 300 V.

Función del Generador en Sistemas de Propulsión

Es de corriente alterna (CA), que debe ser convertida a continua (CC) para las baterías. Actúa como propulsor del coche solo o junto al motor térmico. Se utiliza para el arranque del coche de combustión interna (el motor térmico se desactiva y se reinicia cuando es necesario).

Diferencias entre Vehículos Híbridos y Eléctricos Recargables (PHEV/BEV)

El vehículo híbrido-eléctrico (HEV) combina un motor térmico con uno eléctrico. El vehículo eléctrico recargable (PHEV o BEV) solo consta de un motor eléctrico unido a la transmisión, generalmente con baterías de iones de litio. En la mayoría de los PHEV se monta un motor térmico que aumenta la autonomía (extensor de autonomía).

Pila de Hidrógeno

Composición de la Célula de una Pila de Hidrógeno

Por un conjunto de células, cada una de ellas contiene dos electrodos separados por una membrana. El ánodo recibe hidrógeno y el cátodo oxígeno procedente del aire.

Proceso de Generación de Corriente en una Pila de Hidrógeno

Es un generador que consume hidrógeno y transforma la energía química en eléctrica a través de una electrólisis inversa. El hidrógeno reacciona con el oxígeno del aire para producir electricidad.

Motores Rotativos y de Combustión Interna

Motor Rotativo

Ciclos por Vuelta del Rotor en un Motor Rotativo

3 ciclos.

Engranaje del Rotor en Motores Rotativos

Con el piñón situado en la pieza lateral.

Cilindrada de Motores Rotativos

Motores de 2 o 3 rotores con cilindradas entre 600 y 700 cc.

Intercambio de Gases en el Motor Rotativo

Mediante lumbreras controladas por el rotor.

Forma Interior de la Camisa del Motor Rotativo

Epitrocoide.

Componentes Principales del Motor Rotativo

1. Carcasa.
2. Segmento lateral.
3. Rotor.
4. Cámaras de refrigeración.
5. Segmento de vértice.

Proceso de Funcionamiento del Rotor en una Vuelta

El movimiento del rotor hace variar el volumen de las cámaras, realizando de forma simultánea un proceso diferente en cada una de ellas:

1. En los primeros 90º se produce la admisión.
2. Después, compresión y expansión.
3. Finalmente, escape.

Ciclo de Funcionamiento de 4 Tiempos en el Motor Rotativo

1. Admisión: La mezcla de aire-combustible comienza cuando el vértice A descubre la lumbrera de admisión. El desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara al llenarse.
2. Compresión: La mezcla admitida queda encerrada en la cámara (lado AC), que ahora disminuye su volumen, dando lugar a la compresión. Antes de llegar a la máxima compresión, se produce el encendido mediante una chispa.
3. Expansión: El rápido aumento de presión produce la combustión, impulsando el giro del rotor mientras se realiza la expansión de los gases.
4. Escape: Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases residuales son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión.

Ventajas del Motor Rotativo frente al de Pistones

• La rotación la genera el rotor.
• Par uniforme y elevado número de revoluciones.
• Pocas piezas en movimiento y peso reducido.

Extracción de Potencia en el Motor Rotativo

A través de las excéntricas situadas en el árbol motriz.

Componentes y Funcionamiento del Motor de Combustión Interna

Componentes del Cigüeñal

1. Rodamiento de agujas.
2. Biela.
3. Arandela.
4. Retén.
5. Rodamiento de bolas.
6. Contrapeso.
7. Muñequilla.

Rodamientos vs. Cojinetes en el Cigüeñal

En la biela es así porque necesita engrase a presión, pero los rodamientos pueden funcionar con pequeñas cantidades de aceite. El cigüeñal lubrica el aceite con combustible a su paso por el cárter. Los rodamientos aseguran la hermeticidad del cárter donde se hace la compresión de la mezcla.

Importancia de los Retenes en los Rodamientos del Cigüeñal

Para asegurar la hermeticidad en el cárter.

Alojamiento de la Excéntrica del Árbol Motriz

Orificio central del motor.

Régimen de Giro del Árbol Motriz

Si el árbol motriz gira a 1500 rpm, el régimen de giro es de 500 rpm (asumiendo una relación 3:1, común en motores rotativos).

Carreras en un Ciclo de 2 Tiempos

Son necesarias 2 carreras del pistón.

Carrera Útil del Pistón en Motores de 2 Tiempos

Desde que se cierra la lumbrera de escape hasta el PMS (Punto Muerto Superior).

Tipos de Lumbreras

1. Transferencia.
2. Escape.
3. Admisión.

Lumbrera de Gases del Cárter

Lumbrera de transferencia.

Comportamiento de la Lumbrera de Admisión

Deja paso solo cuando el gas se dirige hacia el cárter y se cierra cuando es empujado en sentido contrario.

Tipos de Barrido de Gases: Lazo y Transversal

El barrido transversal consiste en situar la lumbrera de transferencia frente al escape. En la cabeza del pistón hay un deflector que desvía el aire. En el barrido de lazo (más utilizado) consta de 2 a 5 lumbreras de transferencia situadas a ambos lados de la lumbrera de escape. Los canales de entrada están orientados y el aire fresco entra hacia arriba.