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El frenado con 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 otros tipos de frenado, en particular el frenado con liberación de compresión o el "frenado Jake", que utiliza un mecanismo diferente.
Las normas de tráfico en muchos países exigen que los camiones circulen siempre con una marcha engranada, lo que a su vez proporciona una cierta cantidad de frenado del motor (pérdidas viscosas del aceite del motor y del aire bombeado a través del motor y pérdidas por fricción en las paredes y cojinetes de los cilindros) cuando no se aplica el pedal del acelerador.
El término "frenado 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 del acelerador se cierre casi por completo, lo que restringe en gran medida el flujo de aire forzado proveniente, por ejemplo, de un turbocompresor. La restricción provoca un fuerte vacío en el colector contra el cual los cilindros tienen que trabajar, agotando gran parte de la energía potencial del sistema con el tiempo y produciendo la mayor parte del efecto de frenado del motor. [1] Este efecto del colector de vacío a menudo puede amplificarse mediante una reducción de marcha, lo que induce a un tren motriz que gira más rápido a acoplarse con el motor.
El frenado motor es un método viable para controlar la velocidad a la que un vehículo viaja cuesta abajo. Al cambiar a una marcha más baja en una transmisión manual o seleccionar el modo de "marcha baja" en una transmisión automática , el frenado con motor reduce la necesidad de aplicar repetidamente el freno de pie , lo que reduce el riesgo de sobrecalentamiento de los frenos. [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 necesaria ]
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 personales proporcionan poco frenado motor ya que no están equipados con un cuerpo de mariposa y, por lo tanto, no pueden generar vacío en el colector de admisión.
En los vehículos pesados, el motor suele estar diseñado para proporcionar potencia de frenado adicional para aliviar un poco el 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 detiene 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 los que se describen 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 comúnmente se confunde con el freno motor real; Se utiliza principalmente en grandes camiones diésel y funciona abriendo las válvulas de escape en la parte superior de la carrera de compresión, de modo que la gran cantidad de energía almacenada en ese aire comprimido no regresa 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 prolonga significativamente la vida útil de los frenos 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 cuando el pistón que se desplaza hacia arriba comprime el aire en el cilindro; Luego, el aire comprimido actúa como un resorte comprimido y empuja el pistón hacia abajo. Sin embargo, con el freno Jake en funcionamiento, el aire comprimido se libera repentinamente justo antes de que el pistón comience su recorrido descendente (esta liberación repentina de aire comprimido crea ondas sonoras audibles similares a los gases en expansión que se escapan de la boca de un arma de fuego ). Habiendo perdido la energía almacenada en el aire comprimido, no hay "retroceso elástico", por lo que el motor debe gastar aún más energía tirando el pistón hacia abajo nuevamente.
Este tipo de freno produce cantidades extremas de contaminación acústica si no hay un silenciador en el colector de admisión del motor, lo suficientemente fuerte como para perturbar el entorno. Como anécdota, 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 sólo 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 provocando una restricción en el escape, muy similar a lo que provoca el acelerador de admisión en un motor de gasolina. En términos simples, funciona aumentando 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 motores diésel modernos están sujetos a muchos controles estrictos de emisiones y, a menudo, tienen muchas obstrucciones en el escape, lo que hace que parezca que tienen algo de freno motor como un motor de gasolina. Los principales son:
El frenado del motor en un motor de dos tiempos premezclado puede ser extremadamente dañino para el motor, porque el lubricante para cilindros y pistones se entrega a cada cilindro mezclado con combustible. En consecuencia, durante el frenado del motor, el motor carece no sólo de combustible sino también de 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 freno 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 motriz , recargando la batería 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 freno 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 , desacoplaría las ruedas o absorbería la energía de frenado. La fuerza de frenado varía según el motor y la marcha en la que se encuentra la transmisión. Cuanto más baja sea la marcha, mayor será el efecto de frenado debido a las mayores rpm y el par transferido a través de la transmisión (el motor entrega un par más alto 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 freno motor cambiando a una marcha más baja puede ayudar a controlar la velocidad mientras se conduce por pendientes muy pronunciadas y largas, evitando que los frenos se sobrecalienten o se desgasten excesivamente. Si se aplica antes de que se hayan utilizado los frenos, puede dejar los frenos disponibles para realizar paradas de emergencia. La velocidad deseada se mantiene utilizando el freno motor para contrarrestar la aceleración gravitacional. El posible desgaste de la transmisión causado por el frenado del motor puede mitigarse mediante determinadas técnicas. Deslizar el embrague para completar un cambio descendente desgasta el disco del embrague a medida que desacelera el vehículo, haciendo el trabajo de las pastillas o zapatas de freno. Un ajuste de revoluciones bien ejecutado en la misma configuración minimiza las tensiones en los componentes de la transmisión, por lo que el freno motor hace el trabajo de reducir la velocidad del vehículo.
Una técnica inadecuada de frenado del motor puede hacer que las ruedas patinen (también llamado bloqueo de cambios), especialmente en superficies resbaladizas, como resultado de una desaceleración excesiva. Al igual que en un patinazo causado por un frenado excesivo, el vehículo no recuperará tracción hasta que se permita que las ruedas giren más rápidamente. Si el conductor reduce el frenado del motor volviendo a subir o desconectando el embrague en una transmisión manual, se puede recuperar la tracción.
En los vehículos eléctricos híbridos , como el Toyota Prius , el software de computadora simula el frenado del motor para igualar la sensación de una transmisión automática tradicional. Para carreras largas cuesta abajo, 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 son capaces de convertir el movimiento cinético en electricidad, es decir, frenos regenerativos , pero dado que el motor de combustión interna no se utiliza para frenar el vehículo cuando se utiliza el frenado regenerativo, no es lo mismo que el frenado 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 el 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 motor es contraproducente para el ahorro de combustible debido a la falta de un mecanismo DFCO. El coste del combustible desperdiciado puede superar con creces el beneficio que supone un menor desgaste de los frenos.