Este documento describe el sistema de dirección de un automóvil. Explica que el sistema de dirección hidráulico usa una bomba, válvula de control y servo cilindro para asistir el movimiento de la cremallera y piñón de dirección y reducir el esfuerzo requerido para girar el volante. También describe los componentes clave como la bomba de aceite, válvula de control de presión y flujo, y válvula de control hidráulica, y explica brevemente su funcionamiento.

1. Sistema de
Dirección 1
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2. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 2 STST-1ST8K
Índice
Temas Página
Información General 3
Sistema de Dirección Hidraulica 5
Bomba de Aceite, Válvula de Control de Presión y Flujo 7
Válvula de Control Hidráulica 9
Principio de Funcionamiento 10
Servicio y Mantención 11

3. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 3 STST-1ST8K
Información General
Para controlar la dirección de un automóvil, se necesita un volante de dirección, piñones, varillas y
otros componentes. Debido a la fricción entre los neumáticos delanteros y el piso, especialmente al
estacionar, se requiere esfuerzo para girar el volante de dirección. Para minimizar el esfuerzo
requerido, el volante esta conectado mediante un sistema de engranajes a los componentes que
dirigen los neumáticos delanteros. Los engranajes proveen al conductor una ventaja mecánica, por
que multiplican la fuerza aplicada, pero también aumentan la cantidad de giro que el conductor debe
dar al volante, con el fin de girar las ruedas una cantidad especifica. Para que el vehículo gire
suavemente, cada rueda debe seguir un círculo diferente. Mientras que la rueda interna describe
un círculo con un radio menor, efectivamente describe una curva mas cerrada que la rueda exterior.
Si se dibuja una línea perpendicular a cada rueda. Las líneas se intersectarán el punto central de
giro. La geometría del varillaje de la dirección hace que la rueda interior gire más que la rueda
exterior.
Se utilizan varios tipos de conjuntos de engranajes. El sistema de dirección de piñón y cremallera
es el más común. El conjunto de piñón y cremallera esta inserto en un tubo de metal, con cada
punta de la cremallera sobresaliendo del tubo. Una barra, llamada extremo de acople, esta conecta
con cada extremo de la cremallera. El piñón esta fijo al eje de la dirección. Cuando se gira el volante
de dirección, el piñón gira moviendo la cremallera. El extremo de acople en cada lado de la
cremallera conecta al brazo de dirección. El conjunto de piñón y cremallera convierte el movimiento
rotacional del volante de dirección en el movimiento lineal necesario para girar las ruedas y provee
un efecto de reducción a través de engranajes, haciendo más fácil dirigir las ruedas.

4. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 4 STST-1ST8K
El sistema de dirección con recirculación de bolas contiene un tornillo sin fin. El engranaje consta
de dos partes. La primera parte es un bloque de metal con un agujero y con hilo en su interior. Este
bloque tiene dientes de piñón en el lado exterior, que engranan con un engranaje que mueve el
brazo Pitman. El volante de dirección se conecta con una barra con hilo, semejante a un perno, que
se introduce en el orificio del bloque. Cuando el volante de dirección gira, se produce el movimiento
del perno. En lugar de desplazarse en el bloque, como lo haría el perno regular, este se mantiene
fijo, de forma que cuando gira mueve el bloque, el que a su vez mueve el piñón que direcciona las
ruedas.
En lugar de engranar el perno directamente con los hilos del bloque, todos los hilos están llenos de
bolitas de cojinete que circulan a través del engranaje cuando este gira. Las bolitas efectivamente
cumplen dos propósitos: Primero,reducen la fricción y el desgaste del engranaje; Segundo, reducen
los residuos en el engranaje. La acumulación de residuos podría sentirse cuando se acciona el
volante de dirección; sin las bolitas en el engranaje de dirección, los dientes podrían perder el
contacto unos con otros por algún momento, haciendo que la dirección se sienta floja. En muchos
vehículos, toma tres o cuatro vueltas completas del volante de dirección para hacer que las ruedas
giren de tope a tope (desde el extremo izquierdo al extremo derecho). En vehículos rápidos y
pesados, la fuerza necesaria para girar las ruedas puede ser muy grande. Muchos de esos
vehículos utilizan un sistema hidráulico o eléctrico de dirección. Como una cualidad de seguridad
en muchos vehículos modernos, la columna en la que esta montado el volante de dirección
colapsará si el conductor es arrojado contra el volante en caso de colisión.
Sistema de DirecciónHidráulica

5. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 5 STST-1ST8K
El sistema de dirección asistida del tipo cremallera y piñón, consiste en una válvula de control y un
servo cilindro. Junto con la bomba de dirección asistida, el depósito del líquido de la dirección, las
mangueras de presión y retorno son los componentes principales del sistema. La dirección asistida
usa la presión hidráulica para reducir el esfuerzo de la dirección. Facilitando al conductor la
operación del volante de dirección. El esfuerzo de la dirección es generalmente de 20N a 39N. En
adición a esto, el sistema de dirección asistida ofrece gran estabilidad durante la conducción y
prevención de golpes desde las irregularidades de la superficie del camino, que de otra manera
serian transmitidas al volante de dirección. El líquido de la dirección hidráulica es bombeado desde
la bomba de dirección a la válvula de control, donde el líquido es dirigido al lado derecho o izquierdo
del servo cilindro, dependiendo de la dirección en que se gire el volante. Esta válvula de control se
conoce como la Válvula Hidráulica de Control. El líquido de dirección dentro del cilindro actúa sobre
el pistón de la cremallera (2), suministrando de esa manera asistencia a la cremallera y al piñón de
la dirección. Los componentes mecánicos del engranaje de dirección son lubricados con una grasa
de alta viscosidad y están sellados del circuito hidráulico y otras partes del sistema mediante sellos
y retenes de goma. Algunos sistemas incorporan consideraciones especiales para reducir el
esfuerzo durante la operación a baja velocidad e incrementar el esfuerzo de la dirección durante la
operación a alta velocidad. Estos sistemas se conocen como Sistema Electrónico de Dirección
Asistida (EPS).

6. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 6 STST-1ST8K
El cuerpo de la válvula hidráulica de control, que esta acoplado al cuerpo del engranaje de la
dirección, tiene cuatro conexiones para el flujo del líquido de la dirección: Suministro al servo desde
la bomba de dirección (A), retorno del líquido de dirección al depósito (B), al servo cilindro cuando
gira a la derecha o desde el servo cilindro cuando gira a la izquierda (C) y al servo cilindro cuando
gira a la izquierda o desde el servo cilindro cuando gira a la derecha (D). El cilindro es parte del
cuerpo del engranaje de la dirección. La cremallera (1) esta equipada con un pistón (2)
completamente sellado. Para el flujo del líquido de la dirección hidráulica hacia y desde la válvula
de control hay conexiones al servo cilindro, una a cada lado del pistón. Cuando se gira a la derecha,
el líquido de dirección es conducido a la sección del lado derecho del servo cilindro. El pistón y la
cremallera son forzados a la izquierda y el líquido de la dirección es descargado desde la sección
izquierda del servo cilindro. El sello de goma en el lado izquierdo se expande al mismo tiempo que
el del lado derecho se comprime. El movimiento de la cremallera es transmitido mediante
articulaciones de rotula interiores (3), pistas de la barra y, extremos y pistas de la barras exteriores
a los brazos de dirección del conjunto giratorio de la dirección. Ambos articulaciones de rotulas
interiores y los extremos de la dirección están lubricados de por vida y auto-ajustados, de forma que
no es necesario ni es posible la lubricación o ajustes posteriores.

7. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 7 STST-1ST8K
Bomba de Aceite, Válvula de Controlde Presión y Flujo
Bomba de aceite
La potencia hidráulica para la dirección es suministrada por una bomba rotatoria de paletas. Esta
bomba es conducida por el motor del vehículo mediante una correa y una polea. El elemento de
bombeo esta compuesto por un rotor con un cierto número de ranuras y una paleta en cada ranura,
un anillo de bombeo y dos placas a cada extremo con orificios de entrada y salida del líquido de
dirección. Debido al perfil ovalado del anillo de bombeo, el volumen entre las paletas aumenta y
disminuye dos veces durante cada revolución del motor. Los orificios de entrada conducen a las
áreas en las que el volumen aumenta y los orificios de salida conducen a aquellas en las que el
volumen disminuye, produciendo de esa manera el efecto de bombeo. Aparte de ser forzadas hacia
afuera por la fuerza cientrífuga, las paletas también son presionadas contra el anillo de la bomba
mediante la presión del líquido. El líquido es dirigido a las ranuras dentro de las paletas.
Válvula de Control de Presión y Flujo
El propósito de la válvula de control es regular el flujo desde la bomba de forma que este
permanezca constante, sin importar las rpm del motor o de la bomba. La válvula de control esta
situada en un costado de la bomba, directamente conectada al flujo de aceite (A). En el pasaje de
salida (B) de la bomba, se ubica una restricción desde la cual hay una conexión (1) que conduce al
otro extremo de la válvula y que contiene un resorte (2). Cuando no actúa, la válvula esta presionada
contra el lado de la salida. Cuando la presión es alta, una válvula de sobre flujo (3) contenida en la
válvula de control, es accionada por la presión del líquido de dirección, el que vence la tensión del
resorte de la válvula de control. Para que opere la válvula de control, una cierta cantidad de líquido
de dirección debe circular continuamente entre (A) y (C), aunque esto no ocurre cuando el volante
de dirección esta a tope en un extremo.

8. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 8 STST-1ST8K
Dirección y estacionamiento a baja velocidad del motor: La presión producida por la bomba es
levemente reducida sobre la restricción de la salida de la bomba. La presión reducida es conducida
al lado presionado por el resorte de la válvula de control, en este caso hay una diferencia de presión
menor entre ambos lados de la válvula. Esto se debe a la baja velocidad de la bomba, sin embargo,
esta diferencia de presión no es suficiente para accionar la válvula.
Dirección con alta velocidad del motor (bomba en el modo de control de flujo): El flujo del líquido de
la dirección aumenta con el incremento de las rpm del motor y debido a la restricción en la salida
de la bomba, la velocidad del flujo también aumenta. Esto reduce la presión en el pasaje de conexión,
resultando en una menor presión en el lado cargado con el resorte de la válvula, y con ello menor
presión que en el lado de salida de la válvula. La válvula por lo tanto sobrepasala presión del resorte,
abriendo un orificio del lado de succión de la bomba y permitiendo la recirculación de una cierta
cantidad de fluido, de forma que el flujo desde la bomba se mantiene a una relación constante,
prescindiendo de las rpm del motor/bomba.
Volante de dirección girado hasta el tope: La velocidad de la bomba en este caso es normalmente
baja. Cuando el volante de dirección es girado hacia el tope. La válvula de control del engranaje de
dirección se cierra. El flujo del líquido desde la bomba será entonces 0. La alta presión resultante
es dirigida a través del pasaje de conexión al lado de la válvula de control presionada por el resorte.
La presión abre la válvula de sobre flujo y permite al fluido pasar al lado de entrada de la bomba.
La diferencia de presión sobre la válvula de control la fuerza a moverse contra el resorte y entonces
abre el orificio para la recirculación total del flujo de suministrado desde la bomba. La presión
máxima se mantiene durante el tiempo en que la válvula de control permanece cerrada.

9. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 9 STST-1ST8K
Válvula de Control Hidráulica
Válvula de Control Hidráulica
La válvula de control hidráulica esta compuesta por una válvula de carrete (1), un manguito (2), una
barra de torsión (3) y un piñón (4). El eje intermedio de la columna de la dirección esta conectado a
la válvula mediante una junta universal. La barra de torsión esta conectada al extremo superior de
la válvula mediante un pasador (5). El otro extremo de la barra de torsión esta conectado a presión
en el piñón. El manguito esta conectado al piñón por un pasador (6) y sigue exactamente la rotación
del piñón. Existe también una conexión a prueba de fallas entre la válvula de carrete y el piñón,
necesaria para mantener la capacidad de dirección en caso de rotura de la barra de torsión. El
manguito tiene tres ranuras radiales (7), el líquido de la dirección es bombeado a la ranura central.
Cuando el volante de dirección esta en posición recta. La válvula de control esta abierta y el líquido
fluye a través de la válvula y vuelve al depósito de la dirección mediante una cámaraen el manguito.
El extremo superior del piñón esta montado en un cojinete de agujas mientras que el extremo inferior
esta montado en un cojinete de bolas. Un vástago accionado por un resorte presiona la cremallera
contra el piñón. Cuando el volante de dirección gira, el movimiento es transferido mediante la barra
de torsión al piñón. Como la barra de torsión es de alguna manera elástica, habra una diferencia
entre el grado de rotación de la válvula de carrete (que sigue la rotación del eje intermedio) y el
manguito que esta fijo al piñón. Como resultado, el líquido no puede fluir a través de la válvula de
control hacia el depósito del líquido de la dirección directamente. En su lugar se abren conductos
de suministro y retorno al servo cilindro.

10. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 10 STST-1ST8K
Principio de Funcionammiento
En posición recta hacia delante, el líquido presurizado es suministrado a través del puerto “a” y al
lado derecho (puerto “b”) y a la izquierda (puerto “c”) del servo cilindro. La presión es igual en ambos
lados del servo cilindro, y el líquido es drenado a través del puerto “d”, el que retorna hacia el
depósito de reserva. Cuando gira a la izquierda, el líquido de dirección es bombeado al lado
izquierdo del servo cilindro a través de la ranura radial superior (puerto “b”) del manguito. Al mismo
tiempo, el lado izquierdo del servo cilindro se vacía a través de la ranura radial inferior (puerto “c”)
del manguito. El líquido de dirección es conducido a través de la válvula a la cámara superior de la
válvula de carrete y retorna al depósito de reserva de la dirección. Cuando se gira a la izquierda, el
proceso se invierte. Durante el tiempo en que la barra de torsión esta accionada, el líquido de
dirección presiona sobre la cremallera de manera que se consigue el efecto de servo. La diferencia
entre la válvula de carrete y el manguito se reduce cuando el líquido de dirección acciona la
cremallera en la mismadirecciónque el piñón. Cuando ya no hay diferencia, la válvula abre el pasaje
de retorno al depósito de reserva del líquido de la dirección. Algo del líquido de dirección circula
continuamente en la válvula excepto cuando el volante de dirección es girado hasta la posición
extrema. Esto hace posible que la válvula de control en la bomba de dirección funcione, mientras
que la circulación enfría el líquido de la dirección.

11. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 11 STST-1ST8K
Servicio y Mantención
Revisión de juego libre del volante de dirección:
Arrancar el motor con el volante de dirección en posición centrada. Medir el juego mientras se gira
el volante hacia la derecha e izquierda. Las especificaciones están dadas en el Manual de Servicio.
Si el juego excede el valor normal, debe revisarse la conexión entre el eje de dirección y los
terminales.
Revisión del retorno del volante de dirección:
La fuerza necesaria para girar el volante y el retorno del volante debe ser la misma para giros
moderados y cerrados. Cuando el volante de dirección se gira en 90° y se mantiene fijo en esa
posición por un par de segundos mientras el vehículo es conducido entre 20~30 km/hr (12~19 mph),
el volante de dirección debe volver al menos 20° desde esa posición cuando es liberado. Si el
volante se gira en forma muy rápida, la dirección puede tornarse difícil por un momento. Este no
corresponde a un mal funcionamiento debido a que la potencia de la bomba disminuye
momentáneamente.

12. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 12 STST-1ST8K
Revisión del nivel del líquido de la dirección hidráulica:
Posicionar el vehículo en una superficie plana y nivelada y arrancar el motor. Con el vehículo
estacionado, girar el volante de dirección en forma contínua varias veces para que el líquido eleve
su temperatura de 50~60°C. Con el motor en ralentí, girar el volante completamente en sentido del
reloj y en sentido contrario varias veces. Asegurarse que el líquido en el depósito de reserva no
tenga espuma ni este turbio. Detener el motor y comprobar si hay alguna diferencia en el nivel del
líquido entre la condición de motor detenido y funcionando. Si el nivel del líquido varia 5mm (0.2
pulgadas) o más, purgar el sistema. Si el nivel del líquido aumenta repentinamente después de
detener el motor, se necesita una purga exhaustiva. Una purga incompleta producirá un ruido en la
bomba y ruido en la válvula de control de flujo, y conducirá a un desgaste prematuro.
Reemplazo del líquido de la dirección:
Levantar las ruedas delanteras y soportarlas con un gato. Desconectar la manguera de retorno
desde el depósito de reserva y poner un tapón en el depósito. Conectar una manguera de vinilo a
la manguera de retorno y drenar el líquido en un contenedor. Retirar el fusible de la bomba de
combustible, arrancar el motor y esperar hasta que el motor se detenga. Luego mientras se opera
el arranque del motor intermitentemente, girar el volante de dirección completamente a la derecha
y a la izquierda varias veces para drenar el fluido. Conectar las mangueras de retorno y luego llenar
el depósito de reserva con el líquido especificado.

13. Sistema de Dirección1
Rev:0 01.01.2007 13 STST-1ST8K
Purga del aire:
Retirar el fusible de la bomba de combustible, luego arrancar el motor y esperar hasta que el motor
se detenga. Luego, mientras se opera el arranque del motor intermitentemente (por 15~20
segundos), girar el volante de dirección completamente a la izquierda y a la derecha cinco o seis
veces. Durante la purga del aire, rellenar el fluido de manera que el nivel nunca baje más allá de
la posición inferior del filtro. Si la purga de aire se efectúa mientras el motor funciona en ralentí,
existe el riesgo que el aire provoque espumaen el fluido. Asegurarse de efectuar la purga solamente
mientras se gira el motor. Reinstalar el fusible de la bomba de combustible, y arrancar el motor
(mantener en ralentí). Girar el volante de dirección a la izquierda y derecha hasta que ya no haya
burbujas en el depósito de reservas del fluido. No mantener el volante girado a tope en cualquier
lado por más de 10 segundos. Verificar que el fluido no esta lechoso y que el nivel este en la posición
especificada en el indicador de nivel. Verificar que haya un pequeño cambio en el nivel de la
superficie del líquido cuando se gira el volante a la derecha y a la izquierda. Si la superficie del
líquido cambiaconsiderablemente, debe repetirse la operación de purga de aire. Si el nivel del fluido
se eleva repentinamente cuando se detiene el motor esto indica que todavía hay aire en el sistema.
Si hay aire en el sistemase oirá un ruido metálico en la bomba y la válvula de control puede producir
ruidos inusuales. El aire en el sistema acortará la vida útil de la bomba y otros componentes.
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