Conducción a vela con caja de cambios automática

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Video resumen Conducción a vela con caja de cambios automática

Por el título de conducción a vela se entendería que el automóvil se desplaza sobre el suelo por efecto del viento en una vela sobre el techo, tal como hace un barco velero sobre el mar.

Pero el significado de circulación o conducción a vela aplicado al automóvil es diferente.

Los carruajes se desplazaban por el arrastre de fuerza animal, que había que alimentar.

El automóvil se mueve por la energía que genera su motor y se ha de reponer.

El concepto de conducción o circulación a vela en el automóvil consiste en lograr que se desplace en llano sin aportar energía que consuma combustible, o lo menos posible, y se basa en aprovechar su inercia cuando marcha a ciertas velocidades que se han alcanzado por aporte de combustible a su motor.

Se han de tener en cuenta los aspectos relacionados con la seguridad activa o primaria, por lo que para que sea posible obtener este comportamiento de conducción a vela en el automóvil se ha de hacer de forma que no intervenga el conductor, de forma automática, de lo que se deduce que la caja de cambios automática o automatizada es la que va a permitir diseñar y aplicar esta forma de circular sin consumo de combustible, o con sensibles disminuciones.

Para llegar a los resultados y conclusiones finales proponemos una introducción para aclarar el concepto de conducción a vela con caja de cambios manual, y algunas tecnologías que con esta caja manual pueden lograr que el automóvil circule a vela, por inercia, en determinadas circunstancias.

Se representan en los vídeos de este artículo automóviles de diferentes tipos de carrocería, en los cuatro primeros con motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea y propulsión (tracción trasera).

Se mencionan en este artículo diversas tecnologías relacionadas, se puede ampliar la información en otros artículos del blog indicados al final.

Concepto de conducción a vela

Con caja de cambios manual

Se ve un automóvil con carrocería familiar circulando en recta y llano por carretera:

Conducción a vela es que el automóvil se desplace por su inercia sin utilizar la energía que genera el motor
Pero … para que se mueva el automóvil es necesario que el motor aporte par y potencia
El motor produce el par …
… el embrague conecta el motor con la caja de cambios …
… la caja de cambios adapta el par motor a las condiciones de la marcha y orografía del terreno circulando en la relación adecuada, 5ª en este caso …
… desde la caja de cambios llega el par motor adaptado a las ruedas motrices
La conducción a vela la puede poner en práctica el conductor circulando en autopista en recta y llano
Acciona el conductor el embrague y pasa a punto muerto la caja de cambios. Entonces se desplaza el automóvil por inercia durante un recorrido variable según la inercia. El consumo del motor es el correspondiente a ralentí. No se debería hacer al implicar riesgos
Si el conductor durante la conducción a vela en punto muerto para el motor … no hay consumo de combustible. Esta práctica entraña importantes riesgos; falta de tiempo de reacción en caso de imprevisto para arrancar el motor y posible merma de eficacia del servofreno
Lo que se ha visto es para explicar el concepto de conducción a vela que se desarrolla a continuación con caja de cambios automática, automatizada o de variación continua, por la misma gestión de la caja de cambios sin intervención del conductor

En ciudad es frecuente que muchos conductores pasen a punto muerto al aproximarse a un semáforo en rojo o una detención de tráfico, circulando con el motor a ralentí este recorrido.

En los automóviles con inyección electrónica, en todos los coches desde hace años, al soltar el acelerador con marcha insertada se corta la inyección durante la retención del motor hasta acercarse a las RPM de ralentí en las que se inyecta de nuevo.

Si durante la retención se acelera se recupera la inyección.

¿Es mejor circular antes de parar en punto muerto o decelerando desde el punto de vista del consumo?, depende de diversos factores y situaciones que no vamos a desarrollar.

Con caja de cambios manual y “stop & start”

Se representa un coupé circulando en recta y llano en 3ª relación:

El motor produce el par, el embrague lo pasa a la caja de cambios y esta adapta su valor según la relación insertada y continua por la transmisión a las ruedas motrices
Se ven además la batería (acumulador de electricidad), el alternador (genera electricidad arrastrado por el motor con este en marcha) y el motor de arranque (con la electricidad de la batería se pone en marcha el motor del automóvil)
Al decelerar el conductor, frenar y pasar a posición de punto muerto la caja de cambios, el motor baja a las RPM de ralentí y el automóvil sigue circulando por inercia, a vela, perdiendo progresivamente velocidad …
… cuando el automóvil está totalmente parado el sistema STOP & start detiene el motor

Al soltar el pedal de freno, o pisar el de embrague, el stop & START pone en marcha el motor del automóvil, se inserta 1ª y se acelera soltando el pedal de embrague para iniciar de nuevo la marcha
Si al frenar para reducir la velocidad del automóvil se mantiene la relación de cambio insertada, se corta la inyección reduciendo el consumo de combustible hasta que al llegar a las proximidades de las RPM de ralentí se reactiva la inyección, parándose el motor al detenerse totalmente el automóvil por el STOP & start
Particularidad del motor de arranque; para que engrane el piñón de mando del motor de arranque con el dentado exterior del volante de inercia motor ha de estar el motor del automóvil parado

Por esta razón no se para el motor durante la retención, pues al estar insertada una relación y girando el motor no podría engranar el piñón del motor de arranque con el volante motor, ha de estar este detenido.

Conducción a vela con caja de cambios manual y “stop & start” con alterno – arranque

El coche que se ve circulando en 3ª marcha en llano es, como en el anterior vídeo, un coupé:

El par motor pasa por el embrague a la caja de cambios, se adapta según la marcha insertada y sigue hasta las ruedas motrices por la transmisión
Batería y ALTERNO – ARRANQUE, este está conectado permanentemente al motor por un sistema de arrastre sin deslizamiento; se ve ampliado
Con alterno – arranque el stop & start puede parar y poner en marcha el motor del automóvil, aunque esté girando arrastrado por la transmisión al decelerar, pues la puesta en marcha la hace la función arranque del alterno – arranque que gira con el motor
Con el alterno – arranque se puede circular a vela ciertos recorridos antes de que se detenga el automóvil en condiciones de velocidad variable en entornos urbanos o con tráfico denso sin intervención del conductor
Se puede prescindir del motor de arranque tradicional o conservarle para la puesta en marcha del motor del automóvil por el conductor

El alterno – arranque suele tener otras funciones adicionales, una que se está aplicando habitualmente es que ayude al motor térmico del automóvil al iniciar la marcha y en aceleraciones, lo puede hacer con la batería de 12 voltios de servicio debidamente adaptada o contar con otra batería específica de 48 voltios, mejorando su capacidad de intervención.

Esta aplicación se denomina de asistencia híbrida o “mild hybrid”.

Conducción a vela con caja de cambios automática o automatizada

Este automóvil es un coupé de cinco puertas:

El motor genera el par
La conexión entre motor y caja de cambios se puede hacer de diferentes formas, dos generalmente, convertidor de par o embragues, se explican al final del vídeo resumidamente algunas con ciertas particularidades relacionadas con la tecnología de la caja de cambios utilizada
La caja de cambios es automática o automatizada, con estas posiciones en la palanca o mando:
- P (“Parking”) aparcamiento; quedan bloqueadas las ruedas motrices
- R (“Reverse”); marcha atrás
- N (“Neutral”); punto muerto
- D (“Drive”); automático, las relaciones se van insertando al acelerar o decelerar sin intervención del conductor
- + y – son para subir o bajar de relación. Pueden estar estas posiciones en la palanca y también en mandos junto al volante
Desde la caja de cambios el par motor adaptado sigue por la transmisión a las ruedas motrices
Circula el automóvil en recta y llano con el cambio en posición automático D a velocidad mantenida …
… si se dan las condiciones adecuadas se desconecta el motor de las ruedas motrices circulando el automóvil a vela …
… el motor se puede mantener a ralentí … o pararse sin consumo de combustible …
Tras cierto recorrido a vela se pone en marcha el motor si se ha parado y se conecta con las ruedas motrices

Tipos de cajas de cambio automáticas o automatizadas:

Automática con convertidor de par CV, para conducción a vela
Con motor en marcha desconexión del convertidor de par CV del motor o paso a punto muerto N en el interior de la caja de cambios
Si además se para el motor es necesario contar con una bomba eléctrica para el funcionamiento electrohidráulico del sistema

Automatizada con dos embragues en seco, para conducción a vela
Con motor en marcha desembraga el embrague de la marcha insertada. También se podría hacer pasando a punto muerto en el interior de la caja de cambios
Si además se para el motor es necesario contar con una bomba eléctrica para el funcionamiento electrohidráulico del sistema
Automatizada con dos embragues multidisco en baño de aceite, para conducción a vela
Con motor en marcha desembraga el embrague de la marcha insertada. También se podría hacer pasando a punto muerto en el interior de la caja de cambios
Si además se para el motor es necesario contar con una bomba eléctrica para el funcionamiento electrohidráulico del sistema
Transmisión de variación continua CVT, para conducción a vela
Con motor en marcha desconexión del convertidor de par CV (o embrague de conexión según el sistema utilizado) de la CVT
Si además se para el motor es necesario contar con una bomba eléctrica para el funcionamiento electrohidráulico del sistema

Como se ha explicado, la conducción a vela se puede hacer en dos fases; 1 desconexión del motor de las ruedas motrices manteniéndose a ralentí, y 2 parándose a continuación.

Hay otro tipo de caja de cambios con posiciones PRND en la palanca, con un embrague monodisco en seco y sin pedal; es la pilotada o robotizada, pero no es habitual que disponga de posibilidad de conducción a vela.

Estas cajas de cambio se basan en una manual tradicional incluyendo complementos para la inserción de las relaciones y accionamiento del embrague sin intervención del conductor.

Las cajas automatizadas cuentan con dos embragues, en seco o en aceite, siendo una tecnología específica para la inserción de las relaciones por control electrónico o/y electrohidráulico sin que intervenga el conductor, con la palanca o mando en posición D.

Resistencia al avance del automóvil

En la imagen superior está representado un automóvil con línea coupé y en la inferior un todoterreno de pequeño tamaño.

El coupé tiene mejor aerodinámica que el todoterreno y pesa más que este.

Circulan los dos automóviles y para avanzar han de superar determinadas resistencias, dos principalmente
Aerodinámica; el aire opone resistencia al avance por la forma del automóvil y su tamaño. Esta resistencia al avance se incrementa exponencialmente con la velocidad, bastante más en el todoterreno con peor aerodinámica que en el coupé
Rozamientos por rodadura; se producen entre la superficie de la banda de rodamiento de los neumáticos y el suelo. Depende de la anchura del neumático, más rozamiento con mayor ancho, de sus características y un factor determinante es el peso del automóvil. El coupé pesa más que el todoterreno y sus neumáticos son más anchos, por lo que presenta más resistencia de rodadura

El peso es proporcional a la inercia.

Con más peso, para alcanzar velocidad hace falta más energía durante la aceleración y menos para mantener la velocidad ya alcanzada en llano.

Circulando a determinada velocidad, al desconectar el motor de las ruedas motrices la superior inercia por el mayor peso aporta más recorrido a vela, entonces la aerodinámica es muy importante, más según sea más alta la velocidad de partida.

Circulando a 90 km/h se estima que la aerodinámica influye un 29,8% en el consumo de combustible del automóvil, y la resistencia de rodadura un 18,8%.

Con respecto a la aerodinámica, se ha de tener en cuenta que depende de dos factores principales, la calidad de forma C_X y la superficie frontal S, del producto de estos dos factores se obtiene el resultado aerodinámico de cada automóvil.