Servofreno: Bomba de vacío

Bomba de vacío

Origen de las presiones de trabajo

Como es conocido, el principio de funcionamiento del servofreno se basa en la diferencia de presiones que actúan sobre la membrana. En los sistemas Mastervac se emplea la presión atmosférica para la cámara de presión, mientras que la depresión necesaria para la cámara de vacío puede provenir de diferentes fuentes:

  • En los motores de gasolina normalmente se aprovecha el vacío que se genera entre la mariposa de admisión, cuando está mayormente cerrada, y los pistones en su carrera descendente durante el ciclo de admisión. En motores que tienen que abastecer a un gran número de solenoides neumáticos o que por su modo de funcionamiento la mariposa de admisión trabaja la mayor parte del tiempo con un ángulo de apertura pronunciado, se emplean bombas de vacío.
  • Los motores diésel que por su principio de funcionamiento trabajan con exceso de aire, no suelen equipar mariposa estranguladora de admisión y si equipan está la mayor parte del tiempo abierta o no cierra lo suficiente, por lo que el vacío originado en el colector de admisión no es suficiente para abastecer al servofreno, por lo que es necesario utilizar depresores o bombas de vacío.
Bomba tándem de un Volkswagen Passat
Bomba tándem (de combustible y de vacío) de un Volkswagen Passat

Bomba de vacío

La bomba de vacío es un mecanismo que genera la depresión necesaria para el funcionamiento del servofreno (entre 0,3 y 0,5 bares absolutos) por la variación de volumen en su cámara de trabajo. Su accionamiento puede ser mecánico o eléctrico y las más utilizadas son de tipo centrífugo, aunque también existen de membrana o pistón. Algunas equipan además un pequeño acumulador para asegurar la capacidad de suministro y evitar las posibles fluctuaciones que puedan surgir durante la apertura de los solenoides neumáticos o por el accionamiento del servofreno.

Bomba mecánica

Estas bombas toman el movimiento del motor de combustión interna de diferentes maneras, las más habituales son:

  • Del alternador.
  • De la bomba de aceite.
  • Del árbol de levas mediante una leva adicional o por el propio eje.
  • De la correa auxiliar.

Este tipo de bombas se utilizan por su simplicidad y fiabilidad.

Bombas de vacío en diferentes configuraciones
Bombas de vacío en diferentes configuraciones: junto a la bomba de agua, con el alternador y en la culata movida por el árbol de levas

Algunos fabricantes también emplean bombas de vacío movidas por el eje de la bomba de aceite que se encuentra en el interior del cárter motor, de esta forma se ahorra espacio y se baja el centro de gravedad del motor. En caso de sufrir una avería, es necesario sustituir todo el conjunto.

Conjunto de la bomba de vacío y de aceite del motor N47 de BMW
Conjunto de la bomba de vacío y de aceite del motor N47 de BMW

Bomba eléctrica

En estos depresores se utiliza un motor eléctrico para producir el movimiento de la bomba. Este tipo de bombas tienen la ventaja de no requerir una ubicación fija, por lo que son más permisibles con el diseño del motor y además reducen las pérdidas energéticas ocasionadas al motor de combustión interna al ser no ser continua su activación. Estas bombas se activan generalmente por la unidad de control del motor en función de la señal suministrada por el sensor de vacío del servofreno, aunque también puede tener en cuenta señales tales como: las revoluciones del motor, la posición de la mariposa de admisión, la presión exterior, etc.

La bomba eléctrica y el sensor de vacío están incluidas en el sistema de autodiagnóstico de la unidad de motor, por lo que es posible verificar las averías relacionadas mediante el útil de diagnosis.

Bomba de vacío eléctrica
Bomba de vacío eléctrica

Bomba centrífuga

También denominada bomba celular de aletas, es la más utilizada en la actualidad. Está formada por un rodete o rotor que gira en una cámara circular fija y descentrada con respecto a este. En dicho rodete se alojan las aletas que separan las cámaras de trabajo.

El rodete -2- gira solidario al eje de la bomba -1- y con él, las aletas -3-. Cuando el eje se pone en movimiento, la fuerza centrífuga hace que las aletas se deslicen hasta apoyarse en la pared interior del estátor -6-, sellando las cámaras de trabajo -5-. Al girar y por la disposición descentrada del eje, el rotor y las aletas respecto al estátor se crea la variación de volumen en las cámaras. Dicha disposición se diseña para que haya un aumento de volumen en la zona de admisión, provocando la aspiración del aire a través del conducto de entrada de la bomba -7-, y una reducción del tamaño de las celdas que trasportan el aire al alcanzar el conducto de salida -4-, propiciando la expulsión del gas por el conducto de salida hasta el exterior.

Bomba centrífuga de paletas
Bomba centrífuga de paletas

Bomba de membrana

Actualmente su implantación es muy limitada y se considera casi en desuso. Se compone de un pulmón neumático accionado por una leva que aspira el aire procedente del servofreno, lo comprime y posteriormente lo expulsa al exterior.

La leva -9- gira solidaria el eje -10- actúa sobre un rodillo -8- que está unido mediante un eje al taqué -11-. El taqué es el elemento encargado de transmitir el movimiento al vástago de mando -12- y este a la membrana -4-. La leva recibe el movimiento del árbol de levas o de un motor eléctrico, por lo que en ambos casos gira a gran velocidad, siendo necesario equipar dos resortes de diferente dureza -7- para mantener estable la membrana. Cuando el perfil de la leva es menor, el conjunto desciende por efecto de los muelles aumentando el volumen de la cámara de trabajo, efecto que provoca una succión capaz de vencer la fuerza del muelle situado en el interior de la válvula de admisión -2-, abriéndola y permitiendo la entrada de aire procedente del conducto de vacío -1-.

Conforme aumenta el perfil de la leva al girar, la membrana asciende en la misma medida, comprimiendo el aire a la vez que se cierra la válvula de admisión por efecto de su pequeño resorte.Cuando la presión en el interior de la cámara de trabajo -3- supera el valor de tarado de la válvula de escape -5-, esta se abre permitiendo la expulsión del gas por el conducto de salida -6-. Al liberar el aire, desciende la presión interna de la cámara y por efecto del muelle se cierra la válvula de salida, iniciándose con ello un nuevo ciclo de trabajo.

Despiece de la bomba de membrana
Despiece de la bomba de membrana

Sensor de vacío del servofreno

El sensor de vacío se encarga de medir la depresión existente en la cámara de vacío y se ubica en la pared de dicha cámara o está conectado a ella neumáticamente. Su señal es necesaria para controlar el trabajo de la bomba de vacío en caso de ser eléctrica, además de ser utilizada para otras funciones como el Start-Stop. Suele ser de tipo piezorresistivo y basa su funcionamiento en la variación de su conductividad eléctrica cuando son sometidos a un esfuerzo físico, en este caso producido al estar sometido a presión/depresión.

Este sensor está compuesto de un grupo de piezorresistencias de silicio situadas sobre una membrana deformable. Por un lado dicha membrana dispone de una presión fija y por el otro se aplica la presión a medir (vacío del servofreno). Cuando la membrana se deforma por efecto de la diferencia de presión entre sus caras, provoca una variación en el conjunto de resistencias que es analizada por la electrónica del sensor y enviada de forma analógica a la unidad pertinente. El valor de la señal suele estar comprendido entre 0,5 y 5 voltios, pudiendo variar en función del fabricante.

Ubicación y sección del sensor de vacío del servofreno
Ubicación y sección del sensor de vacío del servofreno