Como funcionan las suspensiones traseras de Moto

Muy interesante y completo análisis sobre la técnica de las suspensiones traseras de motocicleta de los años 70, artículo realizado por José Ansoleaga y publicado en la revista Motociclismo.

 

 

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EVOLUCION DE LAS SUSPENSIONES DE MOTO

Paco Tombas

Entrevista a Leopoldo Milá, director tecnico de Montesa 

Citroën DS 23 Tiburón

El Citroën DS también conocido como Citroën Tiburón es un vehículo del segmento E producido por el fabricante Citroën entre los años 1955 y 1975. Diseñado por el italiano Flaminio Bertoni, el DS es conocido por su diseño futurista y su tecnología innovadora, como por su suspensión hidroneumática con corrector automático de altura. El DS consiguió avances en estándares automovilísticos tales como la comodidad de conducción, la seguridad y el frenado. Durante su producción en masa, que duró 20 años, Citroën vendió 1,5 millones de unidades de este automóvil.

El modelo DS23 era la versión más potente de la gama, contaba con un motor de cuatro cilindros en línea y 2347cc, desarrollaba una potencia de 130cv que le permitían una velocidad punta de 183 km/h.

Su vanguardista carrocería de diseño muy avanzado para la época recordaba por su afilado frontal a un tiburón. Esta carrocería demostró que su aspecto era también funcional al conseguir un coeficiente de penetración aerodinámica muy bajo para la época, con un Cx de solamente 0,36.

Aunque no lo aparenta sus dimensiones son muy generosas, con una longitud superior a un Mercedes W123 por ejemplo. Su longitud es de 4.826mm, anchura máxima 1.791mm, altura 1.426mm y su batalla o distancia entre ejes era enorme, con unos poco usuales 3.124mm, cifra muy elevada incluso para grandes berlinas actuales. El peso en orden de marcha era de 1.270kg.

En 1968 Robert Opron rediseñó el DS cambiando sus faros redondos por faros ovalados direccionales. Esta versión del mismo es la más conocida y emblemática.

El Citroën DS fue nombrado el coche más bello de todos los tiempos por la revista Classic & Sports Car tras una encuesta realizada a 20 diseñadores de coches de renombre, entre los que se encontraban Giorgetto Giugiaro, Ian Callum, Roy Axe, Paul Bracq, y Leonardo Fioravanti. También en 1999 quedó tercero en el galardón: “Mejor Coche del Siglo XX”, detrás del Escarabajo y Mini, primero y segundo respectivamente.

Pero el elemento más innovador que incorporó el Citroën DS fue sin duda el sistema de suspensión hidroneumática. El impulsor de este sistema de suspensión fue Andre Lefebvre, ingeniero aeronaútico e incansable investigador sobre nuevos materiales y nuevas soluciones de ingeniería. Pero fue, realmente, Paul Magés fue el creador del revolucionario sistema de suspensión. El conocido como “Profesor”, entró en Citroen con 17 años y siempre se dedicó a la parte de suspensiones. En 1950 encuentra la solución al problema de las vibraciones en los prototipos basados en aire: se trata de adoptar una combinación de gas y líquido. Nace así la famosa suspensión hidroneumática de Citroen. Posteriormente se unificó en un sistema hidraúlico la dirección asistida, los frenos, faros direccionales, suspensión y embrague.

Evolución del modelo:

VIDEOS:

LINKS:
Citroen DS (Wiki) 
Citroen DS el Tiburon
Seat 1500
Mercedes 300d
Mercedes 240d 
Mercedes 220 colas W111
Concentración de coches clásicos de Ferrol 2015

Mercedes 300D (W123)

El Mercedes-Benz 300D de la serie W123 es un automóvil perteneciente al segmento E (berlinas de tamaño grande), caracterizado por contar con un nivel de acabado totalmente irreprochable y que en parte está conseguido gracias a no haberse escatimado lo más mínimo en la calidad de los materiales empleados en su fabricación. Los vehículos de la serie W123 estuvieron en producción desde 1975 hasta 1986, sumando un total de 2.696.914 unidades. Posteriormente fue sustituido por el Mercedes Clase E (W124).

La versión 300D, cuenta con un motor delantero longitudinal de 5 cilindros en linea, ciclo diesel, del tipo OM617. Cuenta con unas cotas de 90,9 x 92,4 mm, para una cilindrada total de 2998 cm³. La relación de compresión está cifrada en un valor de 21:1. La potencia máxima es de 88 CV. DIN a 4.400 r.p.m., siendo el régimen máximo de giro de 5.300 r.p.m. El par motor es de 17,5 mkg. a 2.400 r.p.m. Son cifras que explican las brillantes prestaciones de este coche. Es un motor de buen rendimiento y parecido en su comportamiento a un gasolina, tanto en baja como en alta, por lo progresivo de sus reacciones. La tracción es a las ruedas posteriores, cambio de 4 velocidades sincronizadas (opcional cambio de 5 velocidades) y su velocidad máxima es de unos 155 km/h obtenidos en terreno llano, aunque en las ocasiones más favorables (cuesta abajo en autopista) la aguja llega a los 185, que son 169 km/h. reales. En cuanto a los valores de aceleración, se registraron 38,9 segundos en los 1.000 metros con salida parada, acabando ese primer kilómetro a casi 140 km/h. La recuperación partiendo de 40 km/h. en cuarta baja algo, invirtiendo 41,1 segundos en los mil metros.

Su carrocería es de diseño clásico, tipo berlina tres volúmenes y posee un coeficiente de penetración aerodinámica Cx de 0,44, y un CxS de 0,93, valores altos en la actualidad pero que en los años en que fue fabricado entraban dentro de los parámetros normales.

Comparando la aerodinámica del Mercedes W123 con la del Citroen CX (famoso por su buena aerodinámica), se obtienen los siguientes resultados:

MODELO	Cx	A (m²)	d (kg/m³)	V (Km/h)	Fuerza Rx (N)	Potencia (kW)	Potencia (CV)
Mercedes 300d	0,44	2,11	1,225	120	631,828	21,06	28,727
Citroen CX	0,36	1,93	1,225	120	472,850	15,76	21,499

Se observa que el Citroen CX tiene un coeficiente aerodinámico y un area frontal menor, por lo cual la resistencia aerodinámica es reducida de forma notable. A una velocidad de 120 Km/hora, el Citroen obtiene una resistencia aerodinámica un 33,6% menor, lo cual suponen 7,22 CV menos de potencia para mantener dicha velocidad. Ello se reflejaría también en los consumos de combustible, en caso de equipar ambos motores del mismo tipo.

Cuenta con unas dimensiones bastante respetables con una longitud de 4.725mm, anchura máxima 1.786mm, altura 1.438mm y distancia entre ejes (batalla) 2.795mm. El peso en orden de marcha es de 1445kg.

Los Mercedes de la serie W123 contaban con un interior bastante espacioso y confortable, estableciendo  unos estandares de seguridad totalmente nuevos para la época, incluyendo entre otros los siguientes elementos:

• Faros delanteros ajustables desde el interior, además de faro antiniebla incorporado al faro trasero para calles muy oscuras.
• Parabrisas de dos capas de seguridad.
• Columna de dirección deformable (algo totalmente nuevo para la época).
• Cierre central para todas las puertas incluyendo la cajuela y el depósito de combustible.
• Espejo eléctrico del lado del copiloto.

En cuanto a la habitabilidad, cuenta con cinco plazas sumamente correctas y una amplitud de habitáculo que sólo se ve enturbiada por ese sempiterno volante de tamaño desmedido, que a veces dificulta los movimientos del conductor cuando quiere coger algo del asiento de atrás, por ejemplo, si bien al ser el asiento regulable en altura, tal pega es casi más una anécdota. 

A partir de 1980, se ofrecen además, por primera vez la opción de frenos ABS, y Airbag para el conductor, siendo el segundo vehículo del mundo en el mercado (después del Mercedes Benz Clase S W116) que ofrece estas revolucionarias opciones de seguridad, las cuales junto a la inmensa cantidad de extras incluyendo desde Aire Acondicionado con Climatizador individual para las zonas del pasajero y el copiloto, el techo corredizo eléctrico y el Tempomat (Control de Velocidad Crucero), Ventanillas eléctricas, son parte de las opciones más valoradas hoy en día para adquirir un buen ejemplar.

Los Mercedes de la serie W123 supusieron una revolución dentro de la fabricación de Mercedes, ya que se trata de unos vehículos muy bien construidos y fiables, tanto que se han contratado unidades que sobrepasan el millón de kilómetros, principalmente en unidades con motor diesel. Son vehículos sin apenas puntos débiles, con una calidad de materiales y componentes muy buena, por lo que es posible situarlos eentre los vehículos más robustos fabricados en los últimos 50 años.

Resumen características técnicas MERCEDES 300D
Producción: Febrero de 1976 a Noviembre de 1985.
Nº de ejemplares construidos: 331.999
Motor: OM617, 5 cilindros en línea.
Diámetro/Carrera: 90,9x92,4 mm.
Cilindrada: 3.005 cc. a partir de 1979 2.998 cc.
Relación de compresión: 21:1.
Alimentación: Bomba de inyección Bosch.
Potencia: 80 CV DIN a 4.000 rpm, a partir de Septiembre de 1979 88 CV DIN a 4.400 rpm.
Par Máximo: 17,5 mkg a 2.400 rpm.
Transmisión: Cambio standard de 4 velocidades: 1ª-3,90:1, 2ª-2,30:1, 3ª-1,41:1, 4ª-1,00:1, MA-3,66:1, opcional automática de 4 velocidades: 1ª-3,98:1, 2ª-2,39:1, 3ª-1,46:1, 4ª-1,00:1, MA-5,47:1. Opcionalmente de 5 velocidades: 1ª-3,82:1, 2ª-2,20:1, 3ª-1,40:1, 4ª-1,00:1, 5ª-0,81:1, MA-3,66:1
Grupo cónico: 3,46:1.
Suspensión: Independiente a las 4 ruedas, delantera con trapecios transversales, muelles, amortiguadores y estabilizadora, trasera con brazos diagonales oscilantes, amortiguadores y estabilizadora. Control de nivel.
Dirección: Servo asistida de recirculación de bolas. Diámetro de giro 11,25 m.
Frenos: Circuito hidráulico doble. Discos a las 4 ruedas servoasistidos.
Neumáticos: 175 SR14.
Dimensiones: Largo 4,725 m., Ancho 1,786 m., Alto 1,438 m. Batalla 2,795 m., Peso 1.445 Kgr.
Velocidad Máxima: 148 Km/h., a partir de 1979 155 Km/h., Automático 143 Km/h a partir de 1979 150 Km/h.
Aceleración: 19,9 Seg. 0/100 Km/h., automático 20,8 Seg., a partir de 1979 17,8, automático 19,2 Seg. 0/100 Km/h.
Consumo: 11,5 litros/100 Km., automático 12,4 litros/100 Km.
Tanque de combustible: 65 u 80 litros. 

Catálogo del Mercedes 300D (W123):

 LINKS:

• Concentración de Coches Clásicos en Ferrol 2015
• Mercedes 300d
• Mercedes 240d  
• Mercedes 350 SLC
• Mercedes 220 colas W111
• Mercedes Ponton
• Mercedes Adenauer

EVOLUCION DE LAS SUSPENSIONES DE MOTO

Interesante artículo técnico sobre la "Evolución de las suspensiones de motocicleta", realizado por Estanislao Soler y publicado en la revista La Moto.

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Paco Tombas

Entrevista a Leopoldo Milá, director tecnico de Montesa
Bultaco TSS-MK2 50cc de 1979

Ossa 250 Monocasco

Fairbanks Morse 38D8-1/8 (1937)

El motor diesel de dos tiempos Fairbanks-Morse 38D8-1/8 es uno de los motores de émbolos opuestos con más éxito de la historia. Fue desarrollado a mediados de los años 30 del siglo XX, entrando en producción regular en el año 1937. Se empleó en tracción ferroviaria, pero fue en el sector naval donde tuvo más éxito, principalmente como propulsor de submarinos, se utilizó en prácticamente todas las clases de submarinos norteamericanos durante la II Guerra Mundial, tales como los de la clase Tambor (1939-1941), Gato (1940-1944), Balao (1942-1946), Tech (1944-1951) y el más reciente de la clase Tang (1949-1952). Posteriormente, el 38D8-1/8 también fue utilizado como generador auxiliar en todas las clases de submarinos nucleares hasta los submarinos de la clase Virginia.

Motor diesel Fairbanks-Morse 38D8-1/8 de 12 cilindros y 24 pistones

Además de su aplicación inicial en buques de guerra, el 38D8-1/8 se empleó posteriormente en multitud de buques civiles tales como remolcadores, pesqueros, grandes yates, y barcos de pequeño y mediano porte en general. En menor medida, otras aplicaciones fueron la propulsión ferroviaria y la producción de energía eléctrica. Su éxito se ha consolidado después de muchas décadas de fabricación y miles de unidades producidas. Increíblemente, más de 80 años después desde la aparición de los primeros prototipos, el 38D8-1/8 todavía continúa en producción en la actualidad como generador diesel dual fuel (gas natural-gasoil).

Motor FM 38D8-1/8 moderno equipado con turbocompresor y quemando GNL.

El diseño del Fairbanks-Morse 38D8-1/8 fue inspirado en el motor diesel alemán de aviación Junkers Jumo 204, un diseño muy avanzado para la época y que entró en producción en 1932. Sin embargo el motor Fairbanks-Morse era más grande y pesado que el Junkers, sobre todo debido a que estaba destinado a la propulsión de buques y a tracción ferroviaria, no obstante conservaba las características de alta potencia específica, bajo consumo específico y elevada densidad de potencia, características que en el ambito de los buques militares lo convertían en un candidato muy adecuado para la propulsión de submarinos. 

Sala de máquinas de un submarino de la clase Balao, equipada con 2 motores FM 38D8-1/8 cada una.

El motor diesel Fairbanks-Morse 38D8-1/8 se caracteriza por se un motor de dos tiempos de émbolos opuestos, esto significa que la cámara de combustión está conformada por las paredes del cilindro y los dos pistones, uno superior y otro inferior, careciendo de la culata que caracteriza a la mayoría de los motores convencionales. Ambos cigueñales se encuentran conectados mecánicamente por medio de una transmisión vertical, el cigueñal superior es el encargado de accionar el compresor espiral de lóbulos tipo Roots, que insufla aire fresco a las lumbreras superiores de admisión. Las lumbreras inferiores son las de escape, el cigueñal inferior es el encargado de transmitir la potencia al exterior.

Sección del motor Fairbanks-Morse 38D8-1/8

Sus principales ventajas son el empleo de barrido uniflujo y diagrama de distribución asimétrico, lo cual mejora considerablemente la eficacia del barrido y el rendimiento debido a la optimización de los tiempos de apertura y cierre de las lumbreras. Estas características de los motores de émbolos opuestos hacen que alcancen una eficiencia en consumos de combustible equiparable a la obtenida por los mejores motores diesel de cuatro tiempos, pero con la ventaja de menor complejidad mecánica y menor peso.

Cilindros de motor de émbolos opuestos. Fairbanks-Morse 38D8-1/8 [1].

El sistema de barrido uniflujo es, sin lugar a dudas, el mejor sistema para un motor de dos tiempos, permitiendo utilizar relaciones carrera/diámetro muy elevadas sin problemas para la obtención de un barrido eficiente (el 3808-1/8 tiene una relación carrera/diámetro de 2,45). En este sistema, el aire de barrido entra por las lumbreras de admisión y se desplaza en línea recta sin cambios de dirección, empujando como si fuera un pistón a los gases quemados fuera del cilindro a través de las lumbreras de escape, y quedando el cilindro lleno con carga de aire fresco. A pesar de que la máxima eficacia nunca se alcanza, se pueden alcanzar valores muy cercanos al óptimo. 

Secuencia del ciclo de un motor de embolos opuestos.

La secuencia del barrido y renovación de la carga es la siguiente. Una el vez completada la inyección e iniciada la combustión, los pistones se separan en su carrera de trabajo. El pistón inferior (que tiene un adelanto de 12°) aprovecha la mayor parte de la energía de los gases y, en su desplazamiento hacia abajo, descubre las lumbreras de escape. Esto provoca una caída brusca de la presión residual dentro del cilindro. A continuación, el pistón superior descubre las lumbreras de admisión. Cada cilindro posee 10 lumbreras de escape y 16 lumbreras de admisión. Estas últimas tienen una orientación en sentido randial para forzar al flujo de aire a girar dentro del cilindro en forma de es remolino (fenómeno conocido como swirling). A pesar de la velocidad axial que posee el aire de barrido cuando entra en el cilindro, a medida que la masa de aire fresco va descendiendo en dirección al escape, se va disipando progresivamente su velocidad y se va concentrando cada vez más hacia el centro del cilindro, pudiendo quedar pequeñas porciones de gases residuales en las inmediaciones de las paredes, haciendo que el barrido nunca sea perfecto. Sin embargo, se han hecho muchos esfuerzos para reducir en lo posible este fenómeno. En motores modernos se ha minimizado gracias a los enormes caudales de aire de barrido que producen las turbosoplantes modernas, y que en estos motores con compresor mecánicos no se podrían utilizar debido a la elevada potencia que consumiría el compresor.

Modelo 3D del cilindro del Fairbanks-Morse 38D8-1/8

Para comprobar el buen funcionamiento de este motor se ha simulado el proceso de barrido mediante CFD con el Software OpenFoam, uno de los mejores programas del mundo para la simulación numérica de mecanica de fluidos computacional. Los resultados se pueden ver en el siguiente vídeo, que representa el rojo aire y en azul gases frescos. En el instante inicial de la simulación el cilindro está lleno de gases (color azul), y al abrirse las lumbreras de admisión (situadas en la parte superior del cilindro) entra aire (color rojo) en el cilindro que expulsa los gases al exterior por medio de las lumbreras de escape.

La extremada rapidez en que se efectua el ciclo hace que sea prácticamente imposible, (manteniendo una precisión razonable) realizar los cálculos por otros métodos. Un ciclo completo se realiza en menos de 0,083 segundos, lo cual da lugar a velocidades en los gases desplazados muy elevadas.

Mediante la técnica de análisis CFD se puede cuantificar con precisión la cantidad de flujo de gases que pasa por las lumbreras de admisión y escape, diferenciando además las cantidades de cada especie, lo cual permite calcular, entre otras cosas, la eficiencia de barrido, que en esta simulación nos da un resultado de 89,2%. Este valor concuerda satisfactoriamente con el 90% calculado por Schweitzer para este mismo motor y en las mismas condiciones de funcionamiento. Esto demuestra las ventajas del análisis CFD en el estudio de la fluidodinámica interna de motores, representando un ahorro muy significativo frente al estudio experimental.

En la tabla siguiente se compara el Fairbanks-Morse 38D8-1/8 con otros motores empleados con éxito en submarinos norteamericanos y alemanes en la II Guerra mundial.

 

	FM 38D8-1/8	GM 16-278A	GM 16-248	MAN M9V 40/46	MAN M6V 40/46	Krupp-GW F46a6pu
Tipo de motor	2 tiempos, uniflujo	2 tiempos, uniflujo	2 tiempos, uniflujo	4 tiempos	4 tiempos	4 tiempos
Nº de cilindros	10	16	16	9	6	6
Sistema de barrido	Compresor Mecánico	Compresor Mecánico	Compresor Mecánico	Turbo-compresor	Turbo-compresor	Compresor Mecánico
Presión de barrido (bar)	0,22	0,2		0,264
Diámetro (mm)	206,375	222,25	215,9	400	400	400
Carrera (mm)	254	266,7	266,7	460	460	460
Cilindrada unitaria (l)	16,99	10,35	9,76	57,81	57,81	57,81
Cilindrada total (l)	169,93	165,55	156,22	520,25	346,83	346,83
Potencia efectiva (kW)	1194	1194	1194	1617	1470	1103
Velocidad (r.p.m.)	720	750	756	470	520	480
P.m.e. (bar)	5,86	5,77	6,07	7,94	9,78	7,95
Peso del motor (Kg)	13314,0	13266,7		25446,5		19300
Velocidad media del pistón (m/s)	6,1	6,7	6,7	7,2	8,0	7,4
Consumo específico a 100% MCR* (g/kw.h)	224,8			226,1	228,48	240
Potencia especifica (kW/l)	7,03	7,21	7,64	3,11	4,24	3,18
Densidad de potencia (kW/t)	89,68	88,9		63,55		57,15
Rendimiento efectivo (100% MCR)	0,375			0,373	0,369	0,351

     *MCR: Maximum continuous rating (máxima potencia capaz de producir continuamente en condiciones normales).

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LINKS:

1- Comparativa del motor para submarinos FM 38-D8-1/8 frente sus principales rivales
2- Motores diesel en los Uboote
3- Revista Ingeniería Naval, nº 905, julio/agosto 2012: "Descripción técnica y análisis CFD del motor marino  de émbolos opuestos Fairbanks-Morse 3808-1/8", por C. Rodríguez Vidal y M.I. Lamas Galdo.
4- U.S. NAVY. The FleetType Submarine, 1946, ISBN 1411677536.
5- RODRIGUEZ VIDAL, Carlos; ANTELO GONZÁLEZ Felipe. Sistemas de distribución en motores lentos de dos tiempos con barrido uniflujo, en lazo y transversal. Ingeniería de Mantenimiento Marítimo. 2009, pp. 46-51.