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El frenado del motor se produce cuando las fuerzas de retardo dentro de un motor de combustión interna se utilizan para reducir la velocidad de un vehículo de motor , en lugar de utilizar mecanismos de frenado externos adicionales, como frenos de fricción o frenos magnéticos .
El término a menudo se confunde con varios otros tipos de frenado, especialmente el frenado por compresión y liberación o "frenado jake", que utiliza un mecanismo diferente.
Las normas de tránsito en muchos países exigen que los camiones circulen siempre con una marcha acoplada, lo que a su vez proporciona una cierta cantidad de frenado del motor (pérdidas viscosas en el aceite del motor y el aire bombeado a través del motor y pérdidas por fricción en las paredes del cilindro y los cojinetes) cuando no se aplica el pedal del acelerador.
El término "frenado del motor" se refiere al efecto de frenado que se produce en los motores de gasolina cuando se suelta el pedal del acelerador . Esto hace que cese la inyección de combustible y que la válvula de mariposa se cierre casi por completo, lo que restringe en gran medida el flujo de aire forzado procedente, por ejemplo, de un turbocompresor. La restricción provoca un fuerte vacío en el colector contra el que deben trabajar los cilindros, lo que con el tiempo absorbe gran parte de la energía potencial del sistema y produce la mayor parte del efecto de frenado del motor. [1] Este efecto de vacío en el colector a menudo se puede amplificar con un cambio a una marcha inferior, que induce a una transmisión que gira más rápido para acoplarse con el motor.
El frenado con motor es un método viable para controlar la velocidad a la que un vehículo se desplaza cuesta abajo. Al cambiar a una marcha más baja en una transmisión manual o aplicar el modo "bajo" en una transmisión automática , el frenado con motor reduce la necesidad de aplicar repetidamente el freno de pie , lo que disminuye el riesgo de que los frenos se sobrecalienten. [2]
Si bien parte de la fuerza de frenado se produce debido a la fricción en el tren de transmisión , esto es insignificante en comparación con el efecto del vacío del colector causado por la restricción del flujo de aire. [ cita requerida ]
En una transmisión automática, el frenado del motor a menudo aumenta espontáneamente las RPM del motor, lo que provoca una aceleración repentina incluso sin aplicar el pedal del acelerador.
Los motores diésel de los automóviles particulares proporcionan poco frenado del motor, ya que no están equipados con un cuerpo del acelerador y, por lo tanto, no pueden generar vacío en el colector de admisión.
En los vehículos pesados, el motor suele estar diseñado para proporcionar una potencia de frenado adicional para aliviar un poco la tensión del sistema de frenos normal del vehículo y ayudar a evitar el sobrecalentamiento de los frenos. En su forma más simple, consiste en una válvula de mariposa que restringe el flujo de escape. Esto se conoce como freno de escape y se encuentra principalmente en camiones más antiguos. Tiene un efecto limitado y los sistemas más avanzados, como se describe a continuación, son casi universales en los vehículos pesados más nuevos.
Un freno de liberación de compresión (también conocido como freno Jacobs o "freno Jake") es el tipo de freno que más se confunde con el freno de motor real; se utiliza principalmente en camiones diésel de gran tamaño y funciona abriendo las válvulas de escape en la parte superior de la carrera de compresión, por lo que la gran cantidad de energía almacenada en ese aire comprimido no se devuelve al cigüeñal, sino que se libera a la atmósfera. Es un método de frenado muy eficaz, que crea grandes cantidades de fuerza de frenado que extienden significativamente la vida útil del freno de fricción: un motor diésel de 565 hp (421 kW) puede producir hasta 600 hp (450 kW) de potencia de frenado a 2100 RPM. [3]
Normalmente, durante la carrera de compresión, se utiliza energía a medida que el pistón que se desplaza hacia arriba comprime el aire en el cilindro; el aire comprimido actúa entonces como un resorte comprimido y empuja el pistón hacia abajo. Sin embargo, con el freno de mano en funcionamiento, el aire comprimido se libera repentinamente justo antes de que el pistón comience su recorrido hacia abajo (esta liberación repentina de aire comprimido crea ondas de sonido audibles similares a los gases en expansión que escapan de la boca de un arma de fuego ). Al perder la energía almacenada en el aire comprimido, no hay "retorno elástico", por lo que el motor debe gastar aún más energía para tirar del pistón hacia abajo nuevamente.
Este tipo de freno produce cantidades extremas de contaminación acústica si no hay silenciador en el colector de admisión del motor, lo suficientemente fuerte como para perturbar el área circundante. Anecdóticamente, suena similar a un martillo neumático , sin embargo, el volumen es entre 10 y 20 veces el nivel de presión sonora de un martillo neumático (10 a 13 dB mayor). Numerosas ciudades, municipios, estados y provincias han prohibido el uso de frenos de compresión sin silenciador, que normalmente solo son legales en carreteras alejadas de las poblaciones. En Australia, actualmente se están probando cámaras de control de tráfico que fotografían automáticamente los vehículos pesados que utilizan el frenado por compresión. [4]
Un freno de escape funciona al provocar una restricción en el escape, de forma muy similar a la que provoca el acelerador de admisión en un motor de gasolina. En términos simples, funciona al aumentar la contrapresión del escape. Casi todos estos frenos son válvulas de mariposa similares a una válvula de mariposa, montadas aguas abajo del turbocompresor, si lo hay.
Los diésel modernos están sujetos a muchos controles estrictos sobre emisiones y suelen tener muchas obstrucciones en el escape, que provocan que parezca que tienen algún tipo de freno motor como un motor de gasolina. Las principales son:
El frenado con motor en un motor de dos tiempos de premezcla puede ser extremadamente perjudicial para el motor, porque el lubricante de los cilindros y pistones se suministra a cada cilindro mezclado con combustible. En consecuencia, durante el frenado con motor, el motor no solo se queda sin combustible sino también sin lubricante, lo que provoca un desgaste acelerado. Muchos coches antiguos de dos tiempos ( Saab Automobile , Wartburg 353 , etc.) tenían un dispositivo de rueda libre en la transmisión para que el frenado con motor fuera opcional. La mayoría de los motores de motocicletas de dos tiempos desde la década de 1970 han tenido lubricación mediante una bomba de aceite , independiente del acelerador y del sistema de combustible, como el sistema Posi-Force de Suzuki .
En los vehículos eléctricos e híbridos, los motores eléctricos proporcionan resistencia al tren de potencia y recargan la batería de a bordo utilizando energía recuperada del movimiento cinético del vehículo que, de otro modo, se habría desperdiciado. En los vehículos híbridos , el motor funciona con energía eléctrica para disipar el exceso de energía cuando la batería se ha recargado por completo.
Tan pronto como se suelta el acelerador lo suficiente como para frenar el motor, el frenado del motor entra en vigor siempre que las ruedas permanezcan conectadas a través de la transmisión al motor. Un embrague patinando o desacoplado , o un convertidor de par , desacoplarían las ruedas o absorberían la energía de frenado. La fuerza de frenado varía según el motor y la marcha en la que se encuentre la transmisión. Cuanto más baja sea la marcha, mayor será el efecto de frenado debido a mayores rpm y al par transferido a través de la transmisión (el motor entrega un par mayor en marchas más bajas).
El frenado con motor evita el desgaste de los frenos y puede ayudar al conductor a mantener el control del vehículo. El uso activo del frenado con motor al cambiar a una marcha más baja puede ayudar a controlar la velocidad al conducir por pendientes muy pronunciadas y largas, lo que evita que los frenos se sobrecalienten o se desgasten excesivamente. Si se aplica antes de que se hayan utilizado los frenos, puede dejarlos disponibles para hacer paradas de emergencia. La velocidad deseada se mantiene utilizando el frenado con motor para contrarrestar la aceleración gravitacional. El posible desgaste de la transmisión causado por el frenado con motor se puede mitigar con ciertas técnicas. Al patinar el embrague para completar un cambio descendente, se desgasta el disco del embrague a medida que reduce la velocidad del vehículo, haciendo el trabajo de las pastillas o zapatas de freno. Una igualación de revoluciones bien ejecutada en la misma configuración minimiza las tensiones en los componentes de la transmisión, por lo que el frenado con motor hace el trabajo de reducir la velocidad del vehículo.
Una técnica inadecuada de frenado con motor puede provocar que las ruedas patinen (también llamado bloqueo de la palanca de cambios), especialmente en superficies resbaladizas, como resultado de una desaceleración excesiva. Como en un derrape causado por un frenado excesivo, el vehículo no recuperará tracción hasta que se permita que las ruedas giren más rápido. Si el conductor reduce el frenado con motor cambiando de marcha o desacoplando el embrague en una transmisión manual, se puede recuperar la tracción.
En los vehículos eléctricos híbridos , como el Toyota Prius , el frenado del motor es simulado por el software de la computadora para que coincida con la sensación de una transmisión automática tradicional. Para recorridos largos en bajada, el modo "B" actúa como una marcha más baja, utilizando las RPM más altas del motor de combustión interna para desperdiciar energía, evitando que la batería se sobrecargue. [5] Casi todos los vehículos eléctricos e híbridos pueden convertir el movimiento cinético en electricidad, es decir, frenos regenerativos , pero como el motor de combustión interna no se utiliza para reducir la velocidad del vehículo cuando se utiliza el frenado regenerativo, no es lo mismo que el frenado del motor.
El frenado con motor es una práctica generalmente aceptada y puede ayudar a reducir el desgaste de los frenos de fricción. Incluso se utiliza en algunos deportes de motor para reducir el riesgo de sobrecalentamiento de los frenos de fricción. Además, los motores de inyección de combustible generalmente no utilizan combustible mientras frenan con motor. Esto se conoce como corte de combustible por desaceleración (DFCO).
Aunque ya no se fabrican en la mayoría de los países, todavía hay muchos motores con carburador en servicio, en los que el frenado del motor es contraproducente para el ahorro de combustible debido a la falta de un mecanismo DFCO. El costo del combustible desperdiciado puede superar con creces la ganancia que supone un menor desgaste de los frenos.