Distribucion variable automotriz
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DISTRIBUCION VARIABLE VALVULAR
VALVULAS INTELIGENTES
3
“VÁLVULAS INTELIGENTES” Primera edición: Enero 2013 Tiraje: 500 ejemplares Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú Registro Nº 2013 - 01672 AUTORES: Ing. WALTER ROLANDO ALIAGA GARCÍA Ing. ARMANDO ANTONIO RUTTI SURICHAQUI Lic. RUBÉN PALACIOS GARCÍA REVISIÓN: Lic. Liliana Tacay Elescano Ing. Luz Huamán Mendoza COLABORACIÓN ESPECIAL: Ing. Juan Quilca Heredia Ing. Víctor Bustamante Sueldo Derechos reservados de los autores: El presente trabajo no puede ser, en parte o totalmente reproducido, memorizado en sistemas de archivo o transmitido en medios electrónicos, mecánicos, fotocopia o cualquier otro sin la autorización de los Autores. Impreso en los Talleres Gráficos Editora ASOL RUC: 10199068674 Jr. Cuzco Nº 425 Int. 21B - Huancayo Cel.: 964496614 Printed in Perú / Impreso en Perú
4
Ing.WALTER ROLANDO ALIAGA GARCIA
Presidente Asociacion Autotronica del Peru
Docente Mecanica Automotriz IESTP”AACD”
Ing. ARMANDO ANTONIO RUTTI SURICHAQUI
Docente de Mecanica Automotriz UNCP- Tarma
Docente Mecanica Automotriz IESTP”PICHANAQUI”
Lic. RUBEN PALACIOS GARCIA
Docente Mecanica Automotriz IESTP “SIERRA LUMI”
Ing.Walter Rolando ALIAGA GARCIA
Ing. Mecanico Prof. Electricidad y electronica Master Gestión Pedagogica Tec. Mecanico automotriz“Mecanica Progreso”
5
Profesor Escuela Choferes “JSA” Administrador “Mecanica Progreso” Gerente General SIA Ings. SA Director deL Instituto Peruano de Capacitacion Tecnologica,
“IPITEC”, Docente de Mecanica Automotriz IESTP “Pichanaki” Jefe Departamento Mecanica Automotriz IESTP “Pichanaki” Docente de Mecanica Automotriz IESTP “AACD” Coordinador Departamento Mecanica Automotriz IESTP
“AACD” Jefe Area Academica Mecanica Automotriz IESTP “AACD” Presidente “Asociacion Autotronica del Peru” Gerente SIA Ings. SAC Ing. Armando Antonio RUTTI SURICHAQUI Ing. Mecanico Master Gestión Pedagogica Lic. Electromecanica UNEGV “La Cantuta” Docente de Mecanica Automotriz IESTP “Pichanaki” Docente de Mecanica Automotriz IESTP “Puerto Libre del
Perene” Docente de Mecanica Automotriz UNCP- Tarma
Lic. RUBEN PALACIOS GARCIA
Docente Mecanica Automotriz IESTP “SIERRA LUMI” Master Gestión Pedagogica Tecnico Profesional en Mecanica Automotriz IESTP A.Vierich Docente de Mecanica Automotriz IESTP “Pichanaki” Docente de Mecanica Automotriz IESTP “Puerto Libre del
Perene” Docente de Mecanica Automotriz UNCP- Junin
ÍNDICE INTRODUCCIÓN 11
HISTORIA DE LA DISTRIBUCIÓN VARIABLE O “VÁLVULAS
INTELIGENTES”
15
6
1. LA DISTRIBUCIÓN VARIABLE 20
1.1. TRASLAPE O CRUCE DE VÁLVULAS 22
1.2. ELEMENTOS 25
1.2.1. ELEMENTOS MECÁNICOS 25
a. Con cámaras de Paletas Hidráulicas 25
b. Electro hidráulico en el eje de levas 26
c. Cambiadores de fase con engranaje helicoidal 26
d. Con Leva Excéntrica 27
e. Alzado de Válvulas tipo vaso 27
f. Con movimiento Axial 28
g. Con levas Cónicas 28
h. Con electroválvula en el Variador de Calado 29
i. El Sistema Electrohidráulico Multiair (Inyección de Aire a
Voluntad)
29
1.2.2. ELEMENTOS ELECTRÓNICOS 30
1.2.2.1. SENSORES 30
a. Sensor de Caudal de Aire 30
b. Sensor Posición de la Mariposa del Acelerador 31
c. Sensor de RPM 31
d. Sensor de Posición del Árbol de Levas 32
e. Sensor de Temperatura del Motor 34
1.2.2.2. ACTUADORES 34
a. Electroválvula. 34
1.2.2.3. UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICO 35
1.3. TÉRMINOS 36
1.3.1. Paletas 36
1.3.2. Leva Agresiva 36
1.4. LA CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIÓN VARIABLE
36
1.4.1. POR ANTIGÜEDAD DE USO Y FORMA DE
MOVIMIENTO
36
1.4.2. POR LA ANTIGÜEDAD COMERCIAL 38
1.4.2.1. HONDA década de los 80 38
1.4.2.2. TOYOTA 38
a. VVT Toyota 38
7
b. VVT-i Toyota 38
c. VVTL-i Toyota con los dos Sistemas 38
1.4.2.3. PORSCHE
1.4.2.4. BMW
39
39
1.4.3. POR EL MOVIMIENTO 39
1.4.3.1. VERTICAL 40
1.4.3.2. AXIAL U HORIZONTAL 40
1.5. TIPOS 41
a. El calado del árbol de levas 41
b. Variación de la carrera de las válvulas 42
c. Los Mixtos que poseen los dos sistemas 44
d. La distribución electrónica o Multiair 44
1.6. DISTRIBUCIÓN CONVENCIONAL 45
1.6.1. DIAGRAMA DISTRIBUCIÓN CONVENCIONAL 47
1.7. DIAGRAMA DISTRIBUCIÓN VARIABLE 52
2. MARCAS CON VARIACIÓN DE LA CARRERA DE LA
VÁLVULA (ALZADA DE VÁLVULAS)
56
2.1. Sistema de Distribución Variable Honda VTEC 56
2.1.1. Funcionamiento del Honda VTEC: 58
2.1.2. Esquema de funcionamiento a alto régimen: 62
2.1.3. Control electrónico 62
2.1.4. Esquema del control electrónico del electro-válvula: 63
2.2. VALVELIFT (AUDI) 64
2.2.1. INTRODUCCIÓN 64
2.2.2. FUNCIONAMIENTO VALVELIFT 67
3. SISTEMAS CON CALADO DEL ÁRBOL DE LEVA 72
3.1. TOYOTA 72
3.1.1. INTRODUCCIÓN 72
3.1.2. FUNCIONAMIENTO VVT-i 73
3.1.3. FUNCIONAMIENTO VVT 73
3.1.4. FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR VVT-i DE
CÁMARA DE PALETAS
75
a. AVANCE DEL CONTROLADOR VVT-i: 76
b. RETARDO DEL CONTROLADOR VVT-i: 77
c. RETENCIÓN DEL CONTROLADOR VVT-i: 78
8
3.2 SISTEMA VANOS (BMW) 79
3.2.1. FUNCIONAMIENTO VANOS y Double- VANOS 80
3.2.1.1. Funcionamiento VANOS 80
3.2.1.2. Elementos del vanos BMW 80
3.2.1.3. Sistema VANOS con control de alzado de válvulas 82
3.2.1.4. Funcionamiento doble VANOS (Double- VANOS) 84
3.3. VARIOCAM (PORSCHE) 85
3.3.1. INTRODUCCIÓN 85
3.3.2. FUNCIONAMIENTO VARIOCAM 86
4. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN VARIABLE MIXTO 90
4.1. VALVETRONIC (BMW) 90
4.1.1. INTRODUCCIÓN 90
4.1.2. FUNCIONAMIENTO VALVETRONIC 91
a. LEVA Y BALANCÍN SECUNDARIO ALEJADOS (BAJO
RÉGIMEN)
93
b. LEVA Y BALANCÍN SECUNDARIO EN APROXIMACIÓN
MÁXIMA (ALTO RÉGIMEN)
94
c. POSIBLES AVERÍAS 97
4.2. VARIOCAM- PLUS (PORSCHE) 99
4.2.1. INTRODUCCIÓN 99
4.2.2. FUNCIONAMIENTO VARIOCAM- PLUS 101
4.2.2.1. CVCP (LOS VARIADORES DE CALADO DE
CÁMARA)
102
4.2.2.2. ALZADO DE LAS VÁLVULAS 107
4.3. MIVEC 110
4.3.1. LANZAMIENTO COMERCIAL 110
4.3.2. NUEVOS AVANCES 111
4.3.3. FUNCIONAMIENTO 112
4.3.4. LAS CARACTERÍSTICAS DELNUEVO SISTEMA
DEMIVEC– 1
115
4.3.5. LAS CARACTERÍSTICAS DELNUEVO SISTEMA
DEMIVEC– 2
116
4.4. VVTL-i TOYOTA 117
4.4.1. FUNCIONAMIENTO VVTL-i 118
4.4.1.1. VARIACIÓN DEL CALADO ÁRBOL DE LEVAS 119
9
4.4.1.2. VARIACIÓN ALZADA CON EL PATIN 119
5. MULTIAIR DISTRIBUCIÓN VARIABLE ELECTRÓNICA 121
5.1. FUNCIONAMIENTO 121
5.2. ELEMENTOS DEL MULTIAIR 123
5.2.1. Seguidor de Rodillos 123
5.2.2. Pistón Hidráulico 125
5.2.3. Electroválvula 126
5.2.4. Conjunto de válvula 127
5.3. LA ACTUACIÓN DEL AIRE EN EL PROCESO DE
ADMISIÓN
129
6. DESARMADO, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO 133
6.1. DESARMADO E INSTALACIÓN DEL CONTROLADOR
DEL SISTEMA VVTi
133
6.1.1. MANTENIMIENTO DEL CONTROLADOR DEL
SISTEMA VVT-i
133
6.1.2. MANTENIMIENTO DE LA VÁLVULA HIDRÁULICA DEL
SISTEMA VVT-i
6.1.3. DESARMADO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA VETC
(HONDA)
6.1.4. DESMONTAJE DEL SISTEMA VARIOCAM
137
141
142
6.2. DESMONTAJE VANOS 143
6.3. MIVEC MITSUBISHI 149
REFERENCIASBIBLIOGRÁFICAS
REFERENCIAINFORMÁTICA- LINKOGRAFIA
151
152
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
153
155
10
11
INTRODUCCIÓN
No solo las “Válvulas Inteligentes” están produciendo profundos
y veloces cambios en la industria automotriz, en la cual se realiza
una acción sinérgica entre diferentes ramas como la informática,
controles, mecánica y electrónica para compensar y mejorar los
elementos existentes que afectan las estructuras automotrices
existentes. Considerando a la sinergia como la integración de las
partes sea superior a la simple unión de estas .El desarrollo de la
industria automotriz en el Perú es relevante, han arribado marcas y
modelos con tecnología de punta que antes sólo se veía en las
películas de ciencia ficción y que ahora son una realidad. Por lo que
en primer lugar hay que tener a la gente capacitada para enfrentar el
reto de seguir siendo una de las industrias más importantes del país.
Hay nuevos elementos de mejora de rendimiento y de
comportamiento incorporados a los motores de automóviles. Estos
elementos se caracterizan por tener algo en común, que son
variables, es decir, varían para mejorar el rendimiento del vehículo y
adaptarse a diferentes situaciones y exigencias técnicas.
Los cambios en los sistemas automotrices son constantes
debido a que es una ciencia aplicada, integradora de otras ciencias
aplicadas tales como la telemática, la biónica, la electrónica, la
mecánica, el control, la informática, entre otras, permite ver al todo
como un sistema en el que se busca la optimización global del
sistema llamado automóvil. Estas transformaciones tienen
consecuencias muy diversas que exigen a los sistemas educativos la
formación de profesionales altamente calificados que impulsen la
reconversión productiva, la inserción en el mercado internacional y el
crecimiento sostenible del país, en una perspectiva de desarrollo
12
humano. Esta es una de las principales causas por los cuales los
mecánicos deben de buscar alternativas de capacitación e
información acerca de esos cambios.
Todas estas características de estos elementos que tienen
objetivos finales comunes se basan en una idea principal e
imprescindible para comprender el porqué de la creación de todos
estos elementos de funcionamiento variable: la mejora del llenado en
los motores de gasolina. Este tipo de elementos dedican su
funcionamiento a extraer un mayor rendimiento del motor (mayor y
mejor respuesta), así como una mayor progresividad (dando así al
conductor más facilidades) y una variación muy significativa en los
consumos de combustible.
La distribución de válvulas variable es un sistema que hace
variar el tiempo de apertura y cierre de las válvulas de admisión de
aire (o escape de gases) en un motor de combustión interna
alternativo, en función de las condiciones de régimen y de carga
motor con objeto de optimizar el proceso de renovación de la carga.
La proporción de masa de mezcla aire/combustible depende del
tiempo disponible cuando se abren o cierran las válvulas de
admisión y escape. Con objeto de dinamizar este proceso, hay un
momento en que las dos válvulas (o cuatro) están abiertas a la vez,
es lo que se denomina «cruce de válvulas» o traslape.
En las zonas de bajas rpm, un cruce reducido favorece un
ralentí estable y unas emisiones bajas. En altas RPM, el poco tiempo
disponible requiere un mayor cruce, especialmente con elevada
carga motor.
13
Al modificarse el tiempo de descarga o salida entre el cierre de
las válvulas de escape y la apertura de las de admisión, varía el
llenado de mezcla aire/combustible , obteniendo lo mejor de las dos
situaciones en el comportamiento del motor para que sea óptima la
combustión, dando por resultado un mayor aprovechamiento del
combustible, emisiones de escape más limpias y máximo par motor.
El sistema de calado utiliza la presión hidráulica para modificar
la posición del árbol de levas de las válvulas de admisión en relación
con el cigüeñal del motor. La posición del árbol de levas puede
avanzarse o retrasarse en 60 grados de ángulo del cigüeñal.
Los Autores
14
15
HISTORIA DE LA DISTRIBUCIÓN VARIABLE O “VÁLVULAS
INTELIGENTES”
Se conoce como “Válvulas Inteligentes”, a las válvulas del
Sistema de Distribución Variable de Toyota VVT-i (Variable Valve
Timing Intelligence{Distribución Variable Inteligente de Válvulas})
que Honda lo denomina como: VTEC, (Variable Valve Timing and
Lift Electronic Control{Distribución Variable con Control
Electrónico}). Esto se debe a que en el sistema convencional el
árbol de levas por lo tanto las mismas levas estaban completamente
estáticas (cuando se sincronizaba se calibraba de tal manera que no
se movía hasta cuando por falta de potencia debido a la altitud u
otra necesidad se “adelantaba la Chispa”, utilizando la Lámpara
Estroboscópica “que ya paso al recuerdo”), en el nuevo sistema
estas se mueven a la solicitud del vehículo ya sea de potencia o
velocidad del motor, cuando necesita mayores revoluciones y
cuando están en ralentí o mínimo. El avance tecnológico o la
adherencia de la Electrónica, la computación y la informática a la
industria automotriz permiten la utilización de microprocesadores o
computadoras en el funcionamiento del motor, esto ya había ocurrido
con la inyección de combustible en la famosa “fullI inyection”, en la
cual se usa los ECUs, los sensores y los actuadores. Los sistemas
de distribución variable del calado del árbol de levas se usan en la
mayoría de casos, con el DOHC o doble árbol de levas en la cabeza
o culata.
La mayor parte del diseño de los parámetros automotrices se
realiza a nivel del mar, anteriormente cuando se utilizaba los
carburadores y el distribuidor convencionales, se tenía que adelantar
la chispa cuando estos vehículos arribaban a ciudades como la
16
nuestra, debido a la altitud y la consiguiente disminución de oxígeno
en el aire, era necesario adelantar la chispa, para que retomara la
potencia con la cual se le conocía a nivel del mar, este adelanto se
realizaba con una pistola estroboscópica, variando los grados del
ángulo de trabajo ( en los nuevos motores con inyección electrónica
son los sensores y actuadores, mediante el ECU que se encargan de
este trabajo).Un antecedente de estos Sistemas Variables los
encontramos en el avance centrífugo de la chispa por contrapesas
que entraba en acción cuando el avance por vacío dejaba de
funcionar. A altas velocidades del motor, la mariposa del acelerador
se abría totalmente y el vacío del múltiple bajaba al mínimo. Al
aumentar la velocidad del motor, los contrapesos se separaban de la
flecha. Estos estaban conectados a la leva de manera que, cuando
se abrían, la leva se movía ligeramente en el sentido de rotación de
la flecha del distribuidor. Esto hacia que los platinos se abrieran más
pronto de lo que se hacía a bajas velocidades del motor, a alta
velocidad los contrapesos se separaba y se adelantaba el tiempo del
encendido. El avance de la chispa por vacío lo realizaba un
diafragma conectado al cuerpo del distribuidor tradicional, mediante
una manguera que iba de uno de los lados del diafragma del
distribuidor a la base del carburador. Al abrirse la mariposa, el vacío
parcial del múltiple flexionaba el diafragma y hacia girar la placa y los
platinos. Al cambiar de posición en relación con la leva, los platinos
se abrían antes y la chispa saltaba más pronto.
Ya en manuales automotrices de 1960 en los Estados Unidos
de Norte América, se mostraba una polea de levas, el cual se
atornillaba a la leva de un motor Small Block Ford y poseía un
mecanismo que funcionaba como un sistema de avance mecánico
17
en el distribuidor, para cuando las revoluciones subieran este
avanzaba el tiempo de apertura las levas. También se cree que la
ALFA ROMEO o la FIAT utilizaban un sistema similar.
El sistema VVTi de Toyota no es nuevo, sin embargo, sistemas
similares han sido utilizados por muchas décadas anteriormente.
Pero no para motores de producción en masa o comerciales y
menos para el control altamente efectivo de los sistemas de
distribución variable de los motores modernos. El sistema VTEC de
HONDA es relativamente nuevo efectivo y simple en comparación
con un sistema altamente complejo como el utilizado por el sistema
Toyota, Honda está haciendo motores que producen figuras de HP
similarmente iguales que los mejores motores de competencia
(RACING).
Utilizando un sistema convencional de válvulas, es difícil
mantener un motor multi-válvulas andando en las calles, debido a la
insuficiencia de potencia al dar solamente 85 hp a 90hp por litro de
gasolina. Se puede utilizar una leva más grande para obtener más
hp fácilmente, pero solamente pero solamente está supeditado a
revoluciones altas, a expensa de perder potencia a revoluciones
bajas. Entonces con un poco de sentido común sé está haciendo
más común el cambiar ese tipo de levas que limitaba la potencia
mientras el motor estaba en funcionamiento normal.
Sin embargo. La primera regulación de árboles de este tipo,
fabricada en serie, se introdujo en un motor de 2 válvulas por cilindro
de Alfa Romeo en 1987en el modelo Twin Spark de 2,0 litros, el cual
también dispone de 2 árboles de levas en cabeza. Este motor
gracias al convertidor de fase y a un doble encendido, da unos
valores de rendimiento de 150 CV que, normalmente, solo los
18
alcanzan motores multiválvulas y, por tanto, demuestra cómo a
pesar de usar un motor de 2 válvulas se consigue unos valores de
potencia elevados. Si bien en el FIAT la Sincronización de válvulas
variable comenzó con el motor de doble chispa el Twin Spark, con
muy buen rendimiento para su cilindrada, pero es una de las zonas
más débiles del motor de 16 válvulas. Es el variador de levas que
controla el tiempo. Los síntomas son una ligera pérdida de
rendimiento y un diesel tipo sonajero de la parte superior del motor,
que aparece en el inicio y poco a poco dura más tiempo. Por lo tanto,
es recomendable para cambiar el variador a pesar de su aparente
buena condición a las 36000 millas (60.000 km). El variador tiene un
problema a solamente en la versión anterior del 8V Twin Spark, ya
que al utilizar un sistema diferente de variador de levas, también es
el caso para las versiones 16v utilizadas en el Alfa Romeo 156 y los
147.
El Sistema VTEC cuyo mecanismo fue diseñado por Ikuo
Kajitani cuando trabajaba en el primer departamento de diseño de
Honda. Entonces Nobuhiko Kawamoto era el presidente y le solicitó
a Ikuo Kajitani que desarrollara un motor que fuera la base de los
futuros motores de la compañía nipona. En un principio la propuesta
surgió para crear un motor ligeramente más eficiente y más potente
de lo normal, pero pronto Kawamoto presionó a Kajitani para que
desarrollara un motor de 1.6 litros con 160cv de potencia (100cv/l) en
una época en la que los motores erogaban un máximo de 70 u 80cv
con ese mismo cubicaje. La inspiración del VTEC es simple; se fija
en el cuerpo humano y su sistema respiratorio. Cuando los humanos
estamos en reposo, sentados, parados o inclusive caminando,
nuestro sistema respiratorio consume poco aire, ya que nuestros
19
músculos y cerebro requieren una cantidad moderada de oxígeno en
ese momento. Cuando corremos o estamos bajo un estado
estresante para el cuerpo, nuestros pulmones se abren (bronco
dilatación) permitiendo una mayor oxigenación. De esta forma
nuestro cuerpo se llena de oxigeno cuando lo necesita y conforme lo
necesita, sin la necesidad de sobresaltar los pulmones en todo
momento. Cuando a Kajitani le pidieron un motor de 1600cm³ con
160 cv, él dijo “It felt like a dream” (Parecía un sueño) ya que incluso
para su ingenio esas cifras sonaban casi imposibles, pero cuando se
introdujo el Honda Integra en abril de 1989 con motor DOHC VTEC,
las palabras de Kajitani fueron “It was a true dream engine” (Era un
verdadero motor de ensueño). De ahí el lema de “Honda, The power
of Dreams” (El poder de los sueños).
El sistema Multiair, ultimo avance tecnológico en cuanto a
distribución Variable, que nos permite tener diferentes
comportamientos de funcionamiento en el motor, viene a ser un
sistema de distribución variable completamente electrónico,
quedando los anteriores modelos como meramente mecánicos, este
sistema funciona controlando la entrada de aire a voluntad. Los
motores para adquirir potencia tendrían que hacerse más grandes,
pero no se puede por costo y espacio; por lo que es necesario tener
en un mismo motor con diferentes comportamientos, es decir uno o
dos motores dentro de uno solo. En los últimos años la tecnología
automotriz ha avanzado a pasos gigantescos, por lo tanto el
mantenimiento del novedoso sistema MULTIAIR, que permite abrir y
cerrar la válvula de admisión a voluntad, durante el tiempo que se
estime necesario, permitiendo la entrada de aire directamente dentro
del cilindro, por lo que mejora el rendimiento y el comportamiento de
20
los motores que tienen incorporado este sistema, proponiendo así
cubrir las expectativas de aprendizaje de los estudiantes y así de
alguna manera reducir el alto de mantenimiento en las
concesionarias para disminuir dicho costo y aportar al avance de la
ciencia en pos de un mejor futuro.
1. LA DISTRIBUCIÓN VARIABLE
La distribución variable valvular o las “válvulas inteligentes”
viene a solucionar las rígidas normas europeas para la
comercialización de automóviles en territorio de Unión Europea, la
solución primeramente se centró en las emisiones de gases
contaminantes para evitar el deterioro del medio ambiente, pero al
realizar las innovaciones trajo como complemento el ahorro de
combustible y el aumento de potencia.
La relación de transmisión entre el cigüeñal, el árbol de levas y
las válvulas casi nunca se tocó, pero la incidencia de la electrónica,
la informática y la computación, en el automóvil, permitió utilizar la
velocidad de las computadoras para dar órdenes y así mover el árbol
de levas en sentido contrario, aumentando la duración del traslape,
permitiendo la entrada de aire limpio o un traslape de mayor
duración.
Para el funcionamiento del sistema variable, es necesario que la
válvula de admisión se abra antes de lo establecido e ideal que la
válvula de escape lo haga antes del tiempo de escape; de esta
manera limpiara de residuos al ingresar el aire en los cilindros y
pueda colmar, aun a alta velocidad, ya que al girar más rápido el
motor, más difícil resulta atiborrar los cilindros. Lo inoportuno es
cuando se tiene que llenar a cada uno de los otros cilindros en la
21
apertura de la válvula, al no poder incorporarse el aire
adecuadamente se pierde en el rendimiento final del motor. La
distribución Variable contribuye a solucionar este problema al
cambiar el momento de apertura y cierre de las válvulas en función
de la sincronización del motor, algunos sistemas combinan
controlando el tiempo de abertura y aumentando la carrera de la
válvula al abrirse para admitir el aire.
En conclusión, los sistemas de distribución variable dedican su
funcionamiento a proporcionar a cada momento al cilindro de la
cantidad de aire requerida, variando mediante diversos mecanismos
el caudal de entrada y el tiempo durante el que entra en el cilindro,
así como el tiempo que se encuentran en fase de apertura
simultánea las válvulas de escape y las de admisión en el momento
del inicio de la admisión. Vtec en Honda, VVT-i en el grupo Toyota,
Vanos y Valvetronic en BMW…cada marca tiene unas siglas para
denominar estos sistemas. Cada uno de los fabricantes intenta una
evolución diferente. Se desarrollan diferentes soluciones a la
distribución desde la década de los 80 y se pusieron a la venta en el
mercado a finales de los 80 y principios de los 90, hasta la
actualidad. Casi todas las marcas en el mercado mundial lo instalan
ya en la mayoría de sus vehículos, o lo harán en breve. Todos los
fabricantes lo hacen buscando un solo objetivo, rendimiento. El
rendimiento es el denominador común a este tipo de sistemas [3].
Honda fue el pionero de estos sistemas como se le conoce
ahora (electrónico- ECU), fue el primero en lanzarlo al mercado,
también se le considera como el mejor, los sistemas Vanos de BMW
y el VVT de Toyota, con sus sistemas primerizos, algunos totalmente
mecánicos.
22
A continuación, algunos ejemplos de los sistemas más
conocidos:
Audi- Valvelift
Toyota- VVT-i, VVTL-i
BMW- Vanos, Valvetronic, Double Vanos
Mitsubishi- MIVEC
Honda- VTEC, i-VTEC, VTEC-E, etc.
Citroën- VTC
Mercedes- dVVT
Porsche- VarioCam y VarioCam Plus
En definitiva, se resume la distribución variable como la
distribución en la cual el diagrama de distribución, la carrera de las
válvulas o el accionamiento de éstas se adecúan al régimen del
motor, adaptándose a los cambios que se experimentan como
consecuencia de la variación de la carga y la velocidad del motor,
para así conseguir una curva de coeficiente de llenado de los
cilindros lo más lineal posible [3].
1.1. TRASLAPE O CRUCE DE VÁLVULAS
El periodo de cruce de válvulas tiene lugar en el inicio del
tiempo de admisión, cuando la válvula de admisión ya está abierta y
la de escape no se ha cerrado por completo.
Los motores de serie tienen un cruce de válvulas de 15 a 30
grados de giro del cigüeñal. En el ejemplo de la figura superior la
magnitud del cruce es de 20 grados. Los árboles de levas de los
vehículos de carreras tienen cruces de válvulas que van de 60 a 100
grados.
23
FIG.N° 01
FIG. N°02
Un cruce adicional proporciona un llenado de cilindro más eficaz
a altas revoluciones, pero produce un vacío en el motor más bajo,
así como una mayor pobreza en el rendimiento en los bajos
regímenes, en la calidad de marcha en ralentí y en la economía de
combustible a baja velocidad.
24
Si la válvula de admisión se abre demasiado pronto, la calidad
de marcha en ralentí se deteriora, mientras que el rendimiento en
regímenes elevados no mejora demasiado. La velocidad máxima del
pistón en el tiempo de admisión se alcanza antes de la apertura
máxima de válvula, por lo que sí la válvula se abre antes, podría
mejorar la respiración del motor. El factor del cruce de válvulas que
afecta al rendimiento en regímenes elevados es el cierre de la
válvula de escape. De hecho, aumentar el tamaño de la válvula de
escape y su orificio correspondiente no suele considerarse
demasiado adecuado para la obtención de más potencia, ya que la
válvula de escape limita en mayor medida el flujo procedente del
cilindro a medida que se cierra [3].
FIG. N°003
Un cruce elevado de válvulas puede generar problemas de
holguras entre la válvula y el pistón, es decir, que podrían llegar a
tocarse. La elevada alzada de las válvulas no causa este problema,
25
ya que el pistón está en una posición baja dentro del cilindro cuando
la válvula se abre al máximo.
1.2. ELEMENTOS
1.2.1. ELEMENTOS MECÁNICOS
a. Con Piñones completamente mecanicos
b. Con cámaras de Paletas Hidráulicas
FIG. N° 004
26
FIG. N° 005
c. Electro hidráulico en el eje de levas
FIG. N° 005
27
d. Cambiadores de fase con engranaje helicoidal
FIG. N° 006
e. Con Leva Excéntrica
FIG. N°007
28
f. Alzado de Válvulas tipo vaso
FIG. N°008
g. Con movimiento Axial
FIG. N °009
29
h. Con levas Cónicas
FIG. N°010
i. Con electroválvula en el Variador de Calado
FIG. N° 011
30
j. El Sistema Electrohidráulico Multiair (Inyección de
Aire a Voluntad)
FIG. N°012 Sistema del Multiair
1.2.2. ELEMENTOS ELECTRÓNICOS
FIG. N° 13 Elementos electrónicos válvulas inteligentes
31
1.2.2.1. SENSORES
a. Sensor de Caudal de Aire
Llamados sensores másicos pues su señal es proporcional a la
masa de aire (Kg/hora) que ingresa al motor. Su principio de
funcionamiento es una aplicación de un dispositivo electrónico con
puente de Wheatstone (Fig. 2.6). En donde una resistencia de
formas variadas está puesta en la corriente de aire, de esta
resistencia se extrae calor por medio del flujo de aire de forma
variada, esta extracción hace que varíe el valor de su resistencia, lo
que producirá una diferencia de tensión produciendo así una señal,
que seprocesara en la ECU.
FIG.N °013 Conexionado de Resistencias en Puente de Wheatstone
b. Sensor Posición de la Mariposa del
Acelerador
Es detipo resistivo, caracterizado por tener la capacidad de
variar su resistencia en función de una posición determinada; es
decir que se puede comparar su funcionamiento con la de un
potenciómetro. Estos pueden ser de tipo: pista simple, pista doble o
con interruptor de máximo y mínimo.
32
Este sensor envía una señal de tensión proporcional al ángulo
de apertura de la mariposa de aceleración10.
FIG. N°014
c. Sensor de RPM
Estos van colocados sobre la rueda dentada delvolante motor,
pueden ser de tipo inductivos siendo los más utilizados para estefin o
de efecto Hall.
FIG.N° 015 Ubicación del Sensor de rpm
33
Los sensores inductivos colocados en el volante motor (Fig 2.9)
están formados básicamente por una bobina sobre un imán
permanente
FIG.N°016 Sistema Hall
d. Sensor de Posición del Árbol de Levas
La señal emitida por él es de onda cuadrada.
Un elemento Hall, que es un semiconductor recibe el campo
magnético de un imán permanente cuando entre ambos sólo hay
una ventana. Cuando una de las placas del rotor se interpone no
recibe este campo y emite una señal cuadrada de tensión. Un
cableado de este tipo de sensor tiene tres conductores. Uno de ellos
tiene recibe polarización de la central o de la red del vehículo (5 V ó
12V), otro es masa y el tercero emite la señal del sensor. A
diferencia de los sensores inductivos, este sistema de generación de
pulsos necesita de una polarización para poder generar una señal.
Los sensores de efecto hall reales funcionan con un esquema
como el siguiente a Estado 0 b Estado 1
34
FIG.N° 017 Principio de Funcionamiento de un Sensor Hall
Conocido también como sensor de fase, pues este determina el
instante en el cual uno de los pistones se encuentra en la parte
superior, de igual como el anterior puede ser de tipo inductivo o de
efecto Hall12.
e. Sensor de Temperatura del Motor
Existen dos variedades diferentes de sensores de temperatura,
en función de la variación de resistencia con el cambio de
temperatura, los cuales pueden ser de tipo NTC o PTC.
35
FIG.N°018 Forma Física de un Sensor de Temperatura NTC
1.2.2.2. ACTUADORES
a. Electroválvula
La electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para
controlar el flujo de un fluido a través del conducto para la altura de
apertura de la válvula de admisión. La válvula está controlada por
una corriente eléctrica de poco voltaje a través de una bobina
solenoidal.
1.2.2.3. UNIDAD DE CONTROL
ELECTRÓNICO
Es el principal elemento del control, ya que es el encargado de
recibir señales de diversos sensores, las mismas que pueden ser de
tipo analógico, digital o pulsatorias, que una vez ingresados en el
sistema son comparadas con mapas de datos, para luego adoptar
36
una respuesta que comandara a los actuadores del sistema.“Una
ECU de un automóvil moderno tiene un microprocesador de 32 bits a
40 Mhz, esto puede resultar gracioso si se compara con las
capacidades que tienen los procesadores de una computadora
personal de hasta 2,000 Mhz. Pero lo que lo hace muy eficiente es el
código que está corriendo para hacer sus cálculos, que es diferente
al de una PC; este código en promedio, usa un poco menos de un
MB de memoria, en comparación con los 256 o 512 MB de una PC”.
Fig.N°019 ECU
1.3. TÉRMINOS
1.3.1. Paletas
Elemento Fijado en el árbol de levas, componentes del
controlador VVTi, que se encuentra dentro de las cámaras de
paletas lugar donde se aplica la presión de aceite, para hacer girar el
árbol de levas en el sentido del retardo
1.3.2. Leva Agresiva
Es la tercera leva que tiene el sistema VTEC, se emplea esta
tercera leva adicional de mucho mayor tamaño, por cada cilindro en
el árbol de levas, que entra en funcionamiento a partir de un cierto
37
régimen de giro al hacerse solidario el balancín que debe moverla
con los que accionan las otras dos levas, gracias a la presión del
aceite. Esta leva pasa a controlar las válvulas de admisión y de
escape, variando tiempo de apertura y alzado. Esta leva adicional
está controlada electrónicamente y es más agresiva que las
normales, es por ello que también se la llama leva caliente.
1.4. LA CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DISTRIBUCIÓN
VARIABLE
1.4.1. POR LA ANTIGÜEDAD DE USO Y MOVIMIENTO
Al clasificar se tiene que tener en cuenta a todos los sistemas y
a los que han aparecido últimamente
38
FIG. N° 020
39
a. El calado del árbol de levas
b. La carrera de las válvulas
c. Los Mixtos que poseen los dos sistemas
d. La distribución electrónica o Multiair.
1.4.2. POR LA ANTIGÜEDAD COMERCIAL
1.4.2.1. HONDA
VTEC, sigla de Variable Valve Timing and Lift Electronic
Control, es un sistema de distribución variable de las válvulas de un
motor de cuatro tiempos, desarrollado por la marca Honda e
introducido al mercado en abril de 1989.
1.4.2.2. TOYOTA
a. VVT Toyota El sistema de VVT es una leva controlada
hidráulicamente en dos etapas que pone en fase el sistema,
ofrecido a inicios de 1991 con el motor 4A-GE de 20-Válvulas
b. VVT-i Toyota El sistema de Toyota VVT-i substituye al sistema
VVT, VVT-i introducido en 1996, varía la sincronización de las
válvulas del producto ajustando la relación entre la impulsión del
árbol de levas (correa, tijeras-engranaje o cadena) y el árbol de
levas del producto. La presión del aceite de motor se aplica a un
actuador para ajustar la posición del árbol de levas. En 1998
c. VVTL-i Toyota Con Los Dos Sistemas En 1998, Toyota comenzó
a ofrecer una nueva tecnología, VVTL-i, que puede alterar la
elevación de la válvula (y la duración) así como la sincronización
de la válvula. En el caso del motor de 16 de la válvula 2ZZ-GE, el
motor tiene 2 árboles de levas, uno funcionando en las válvulas
de admisión y otro funcionando en las válvulas de escape
40
1.4.2.3. PORSCHE
VarioCam es un automóvil variable de la tecnología de
sincronización de válvulas desarrollado por Porsche, VarioCam varía
la sincronización de las válvulas de admisión mediante el ajuste de la
tensión de la cadena de distribución que conecta los árboles de
levas de admisión y escape. VarioCam fue utilizado por primera vez
en el motor de 3,0 L 1992 en el Porsche 968
1.4.2.4. BMW
VANOS (abreviado del alemán variables
Nockenwellensteuerung) es un automóvil variable de la tecnología
de sincronización de válvulas desarrollado por BMW en colaboración
con Continental Teves. VANOS varía la sincronización de las
válvulas moviendo la posición de los árboles de levasen relación con
el engranaje de accionamiento. Este movimiento varía de6grados de
avanzada a 6grados de árbol de levas retardado. VANOS fue
introducido por primera vez en 1992 en el motor BMWM50 utiliza en
la Serie 5.
41
1.4.3. POR EL MOVIMIENTO EN EL ALZADO DE
VÁLVULAS
1.4.3.1. VERTICAL
FIG.N°021
1.4.3.2. AXIAL U HORIZONTAL
FIG N°022
42
1.5. TIPOS
a. El calado del árbol de levas
También se le llamado de desplazamiento del árbol de levas o
variadores de fase, este nombre lo tiene debido al ángulo que forma
al desplazarse el eje de levas con respecto al cigüeñal denominado
“calado”; las marcas las utilizan con muy pocas variantes, debido al
derecho de patente, algunas marcas han adaptado este sistema
pero con variantes en su diseño, pero siempre con su mayor logro la
variación o el regreso del árbol de levas.
FIG N°023
El más utilizado es el que controla la admisión variando la
posición angular del árbol de levas respecto al engranaje que lo
arrastra. Esta variación se controla a través de un accionador
electromagnético comandado por la computadora del motor, de
forma que la presión del aceite en el mecanismo variador de fase
permite ese desacoplamiento de unos grados en el árbol.
En el convertidor de fase normalmente se regulan hacia
adelante o hacia atrás los árboles de levas de admisión durante el
43
funcionamiento alrededor de 10º a 20ºcon respecto al ángulo entre
árboles de levas (que corresponde a 20 - 40º del ángulo de calado
respecto al cigüeñal. Para la construcción de tales mecanismos de
regulación solo son adecuados aquellos mandos del árbol de levas
en los quelas cadenas de distribución (o correa de distribución)
discurra a lo largo de los 2árboles de levas o bien solo se accione el
árbol de levas de escape. Entre la rueda de propulsión de
accionamiento del árbol de levas y el árbol de levas de admisión se
instala un mecanismo electrohidráulico de torsión, que lleva a cabo
la torsión relativa deseada y que es gestionada electrónicamente.
Durante la torsión del árbol de levas de admisión se modifican
los siguientes parámetros del diagrama de distribución.
- El cruce de válvulas
- El inicio de la apertura de admisión
- El fin del cierre de la válvula de admisión
Estos parámetros tienen una influencia esencial sobre la
potencia y el par motor, pero también sobre la calidad de la marcha
en vacío, del comportamiento de los gases de escape y del
consumo. [3]
b. Variación de la carrera de las válvulas
También llamado el de Alzado de Válvulas, se le llama variación
de la carrera de las válvulas debido a un tercer lóbulo en el eje de
levas que permite tener otra carrera de válvulas, las marcas que
utilizan con sus respectivas variantes debido al derecho de patente.
44
FIG N°024
Los variadores de alzado de las válvulas son sistemas que
dedican su funcionamiento a abrir en mayor o menor medida las
válvulas para así favorecer el llenado del cilindro y conseguir un
mejor rendimiento volumétrico a cada momento. Con este tipo de
sistemas se consigue aumentar la potencia final al mejorar el llenado
con una gran carrera de las válvulas demandada por el gran caudal
de aire necesaria y mejora los consumos y la contaminación al
favorecer el llenado a bajas revoluciones con poca apertura de las
válvulas para favorecer la entrada del aire a gran velocidad en el
momento de la apertura de la admisión (normalmente retardada para
no tener pérdidas de carga hacia el escape) [1].
45
c. Los Mixtos que poseen los dos sistemas
Son vehículos que utilizan los dos sistemas permanentemente,
como en el caso se emplean carreras de válvula de 3,6 mm, en la
segunda posición, para un régimen alto, se emplea la carrera de las
válvulas de 11,4 mm.
FIGN°025
d. La distribución electrónica o Multiair
En los anteriores sistemas la variación ocurrida manipulando el
sistema de distribución, en este dispositivo lo que se varia a voluntad
es el aire mediante una electro válvula, eliminando uno de los
árboles de levas, sustituyendo por electro válvulas
FIG N°026
46
FIG N°027
1.6. DISTRIBUCIÓN CONVENCIONAL
En la práctica el inicio de las diversas etapas no corresponde
perfectamente a los puntos muertos del pistón (PMI y PMS). Su
anticipo y su retraso están determinados por la conformación y
disposición del árbol de levas, y de la sincronización, esta varía
algunos grados en el diagrama circular. Antes de esto es necesario
conocer que es un DOHC.
EL SISTEMA SV O DE VÁLVULAS LATERALES.- Es el tipo
de distribución que tiene levas y válvulas situadas al lado del cilindro.
Este sistema, aunque es muy sencillo, ya que emplea pocos
elementos para el accionamiento de las válvulas y reduce al máximo
los efectos de la inercia producidos por el movimiento alternativo
delos empujadores, se emplea poco en la actualidad, debido al
excesivo volumen que requiere en la cámara de combustión, lo que
origina bajas relaciones de compresión y, por tanto, poco
rendimiento térmico.
47
EL SISTEMA OHV O DE LEVAS EN BLOQUE Y VÁLVULAS
EN CULATA es el sistema más generalizado debido a su sencillez
constructiva y a sus interesantes características de funcionamiento.
Como elementos de enlace entre las levas y las válvulas emplean un
sistema de empujadores y balancines,
EL SISTEMA OHC O DE LEVAS Y VÁLVULAS EN CULATA
es el medio más directo de transmitir el movimiento a las válvulas.
Pero, aunque evita los efectos de inercia y de holgura, resulta más
complejo ya que la colocación de los árboles sobre la culata requiere
soportes especiales que dan al motor mayor altura y exigen en su
fabricación elementos específicos para accionar la bomba de
combustible, la bomba de aceite y el distribuidor del encendido, los
cuales, en los sistemas anteriormente descritos, toman el
movimiento desde el mismo eje que acciona las levas conocido
como árbol de levas.
EL SISTEMA DOHC O DE DOBLE ÁRBOL DE LEVAS Y
VÁLVULAS EN CULATA es cuando contiene dos árboles de levas
(admisión y escape) para 16 válvulas en la culata y a la vez la culata
contiene las respectivas válvulas.
48
DIAGRAMA FUNCIONAMIENTO
FIG N°028
FIG N° 029
49
Gráfico donde se representan los ángulos de apertura y cierre
de las válvulas de un motor de 4 tiempos. Se trata generalmente de
un diagrama circular donde se representan los arcos de tiempo,
referidos a los puntos muertos del pistón, durante los cuales las
válvulas permanecen abiertas o cerradas.
En un ciclo ideal de funcionamiento puede suponerse que las
fases de apertura y cierre de las válvulas coinciden con la llegada del
pistón a los puntos muertos. En la práctica, esta coincidencia se
produce muy pocas veces y sólo a regímenes bajos. En efecto, es
necesario un cierto tiempo para que la válvula pueda abrirse o
cerrarse completamente; por tanto, las fases de apertura y cierre
deberán iniciarse poco antes o después de los puntos muertos.
El diagrama de apertura de la válvula de admisión se estudia
siempre para que permita el máximo llenado del cilindro a una cierta
velocidad. Por ello es necesario anticipar el inicio de la fase de
apertura respecto al punto muerto superior, de manera que la válvula
se encuentre suficientemente abierta cuando el pistón,
descendiendo, inicia la aspiración de la mezcla. En cambio, el cierre
de la válvula es retrasado respecto al punto muerto inferior, con
objeto de aprovechar la inercia de la mezcla (que continúa entrando
incluso cuando el pistón comienza a subir). Cuanto más deprisa gira
el motor, tanto más grande es la inercia de la mezcla y tanto mayor
debe ser el retraso de cierre de la válvula.
Del mismo modo, la válvula de escape empieza a abrirse antes
que el pistón haya llegado al punto muerto inferior. Este avance
determina la disminución de la presión en el cilindro y permite al
pistón expulsar con mayor facilidad los gases quemados. La
evacuación está además favorecida por el hecho de que la válvula,
50
cuando se inicia la fase de escape, se encuentra ya completamente
abierta. La propia válvula, finalmente, se cierra con retraso respecto
al punto muerto superior, y esto permite aprovechar del todo la
inercia de los gases quemados. Por tanto, alrededor del punto
muerto superior existe un breve espacio de tiempo en el cual ambas
válvulas están abiertas. En este breve tiempo la depresión existente
en el colector de escape favorece la evacuación de los gases
quemados y facilita la entrada de la mezcla fresca por el conducto de
admisión. El ángulo correspondiente al arco de tiempo en cuestión
se define como ángulo de cruce de válvulas.
Los valores de avance y de retraso en la apertura y el cierre de
las válvulas dependen del tipo de motor y del uso a que va
destinado. Un motor de competición (Racing), estudiado para
regímenes altos, exigirá un ángulo de cruce más bien grande,
superior al de un motor normal de turismo. Para conseguir un llenado
de la cámara de explosión con la mayor cantidad de mezcla fresca
(es decir, pera un mayor rendimiento del motor), es esencial el
estudio de un ángulo de cruce apropiado.
51
FIG N°030
Una distribución muy cruzada permite un funcionamiento regular
a regímenes altos, pero determina el reflujo parcial de la mezcla en
el conducto de admisión a regímenes bajos. Además, uno apertura
prolongada de la válvula de admisión provoca, a regímenes bajos,
pérdidas de potencia por bombeo, turbulencia reducida en la cámara
y baja velocidad del flujo de aire a través del difusor del carburador
(mezcla imperfecta de aire y gasolina).
Los ángulos de apertura y cierre de las válvulas dependen del propio
calado de la distribución, de la conformación de las levas e incluso
de los juegos entre empujadores y balancines. Los diagramas
suministrados por las empresas constructoras son los que se
obtienen con el motor frío, con los juegos prescritos para la puesta a
punto (que no son generalmente iguales a los que existen durante el
funcionamiento).
52
FIG N°031
Los tiempos de apertura y cierre de las válvulas no pueden ser
instantáneos, ya que ello obligaría a tener aceleraciones infinitas en
las partes móviles de la distribución provocando la rotura de las
piezas. Ello conlleva a que los elementos de la distribución tengan
que tomarse un cierto tiempo de transición desde que empiezan a
abrir las válvulas hasta conseguir su total apertura.
Debido a este tiempo el diagrama de la distribución teórico tiene
variaciones, ya que para conseguir una apertura de válvulas plena
en el inicio de la carrera hay que comenzar a abrir un poco antes.
En la práctica, para conseguir un mejor llenado del cilindro se
puede aprovechar la energía cinética de los gases. Esto implica un
aumento del rendimiento volumétrico del motor, y por tanto un
aumento de potencia. Para conseguirlo se adelantan y retrasan la
53
apertura y cierre de las válvulas adecuadamente consiguiendo los
siguientes efectos en el denominado diagrama de distribución
práctico:
Puesto que el régimen de giro en los motores de automoción no
es constante, lo ideal sería que el diagrama de distribución variase
con él, adaptando los ángulos de cierre y apertura de las válvulas a
los valores que maximizan el área de presión efectiva y por lo tanto,
comportan el aumento del rendimiento volumétrico. De esta manera
se conseguiría una renovación de carga óptima en cualquier régimen
de giro.
Por su sencillez, el diagrama de distribución usado
tradicionalmente en los motores de automoción es fijo, el cual se
diseña para conseguir una renovación de la carga óptima a unas
revoluciones determinadas. Esto ha llevado a la clasificación de los
motores en motores rápidos o lentos en función de si la renovación
de la carga óptima se realiza a regímenes de giro elevados
(buscando la mayor potencia debido alas altas revoluciones
alcanzadas), o a regímenes bajos (buscando una curva de par más
plana, propia de los motores elásticos).[1]
1.7. Diagrama distribución variable
Con el desarrollo de la electrónica, se ha hecho posible
construir mecanismos capaces de variar el diagrama de la
distribución lo suficientemente baratos y eficaces para poder
fabricarlos en serie. Junto con estos sistemas de ajuste del diagrama
de distribución encontramos también sistemas que ayudan a mejorar
el llenado de los cilindros tales como sistemas de escape variables o
sistemas de admisión de longitud y sección variable o de resonancia,
54
creando así diversas mejoras que controlarán notablemente la
contaminación y mejorarán el rendimiento. [1]
Las variaciones que se encuentran del Diagrama de Distribución
Variable con el diagrama convencional, está en el traslape que tiene
una abertura de 33°.
FIG N°032
55
FIG N°033
Sincronización de la válvula tiene un efecto directo en la fase de
admisión / escape del motor de combustión interna, tiene una
influencia crucial sobre el rendimiento dinámico del motor y la
economía de combustible. A diferencia del sistema convencional de
válvula fijo, la tecnología VVT lleva la velocidad y motores de carga
como entradas y cambia la sincronización de válvulas
correspondientemente bajo diferentes condiciones de trabajo
56
Bajo condiciones de alta velocidad de carga: Bajo condición de
carga baja de alta velocidad, el motor debe aumentar su ángulo de
avance de la ingesta con el fin de tener un mejor rendimiento
dinámico. Cuando el motor está funcionando a baja velocidad, el aire
en el colector de admisión tiene una inercia relativamente baja, flujo
de retorno del cilindro de gas en el colector de admisión son como
para producir al final de las fases de admisión, debido a la alta
presión en el cilindro. Sistema VVT se cierra la válvula de admisión
con antelación para suprimir este tipo de flujo de retorno, como se
muestra en la Figura Nº 034-1
Condición de alta velocidad de carga de alta: Cuando el motor
está funcionando en condiciones de carga alta de alta velocidad, el
aire en el colector de admisión tiene una velocidad relativa alta y la
inercia, el sistema VVT pospone el cierre de la válvula de admisión
para ampliar la cantidad de aire que fluye en el cilindro, como se
muestra en la Figura N° 034-2. Este cambio en la sincronización de
la válvula proporciona mejora el rendimiento dinámico del motor
Condición de carga parcial: cuando el motor está funcionando a
carga parcial, sistema VVT sube el tipo del motor EGR para mejorar
el rendimiento de la emisión. Y el sistema VVT también minimiza la
pérdida de bombeo durante la fase de admisión para optimizar la
economía de combustible. Para conseguir estos dos objetivos, el
sistema VVT abrir la válvula de admisión con antelación para crear
un solapamiento de válvulas más grandes, como se muestra en la
Fig.034-3
Inicio de baja temperatura y condiciones de marcha en vacío:
sistema VVT disminuir el solapamiento de las válvulas durante el
ralentí y baja temperatura de comienzo, como se muestra en la
57
Figura Nº 034-4. Cuando el motor está al ralentí, la vorticidad en la
disminución del cilindro. VVT pospone el sistema abierto de la
válvula de admisión por lo que habrá una diferencia de presión más
grande entre el colector de admisión y el cilindro cuando la válvula
se abre. Esto resulta en una mejor combustión en el cilindro. Esta es
también la solución para el arranque a baja temperatura
FIG N°034
58
FIG N°035
DIFERENCIA ENTRE LOS DIAGRAMAS DE FUNCIONAMIENTO
ETAPA DISTRIBUCIÓN
CONVENCIONAL DISTRIBUCIÓN
VARIABLE
TRASLAPE 15° 33°
ADMISIÓN 6° a PMS a 40° d PMI 18° a PMS a 72° d PMI
ESCAPE 31° a PMI a 9° d PMS 34° a PMI a 2° d PMS
59
2. MARCAS CON VARIACIÓN DE LA CARRERA DE LA
VÁLVULA (ALZADA DE VÁLVULAS)
2.1. Sistema de Distribución Variable Honda VTEC
El sistema VTEC(Variable Valve Timing and Lift Electronic
Control) de Honda es el más sofisticado de los sistemas variables
que apareció primero (Honda fue pionero en la década de los 80 en
usar este sistema, primero equipando los modelos deportivos de los
Civic y CRX además del NSX, para luego ser un estándar en casi
todos los modelos de la marca) que de otros fabricantes en forma
comercial, en la variación del tiempo de apertura de las válvulas, que
se conoce como Distribución Variable de Válvulas, que sólo se
podían abrir en el momento que las válvulas de admisión/escape
estaban abiertas simultáneamente a la vez (en el cruce o traslape),
en la transición entre los tiempos de escape y admisión. La
configuración VTEC altera tanto el tiempo de apertura de válvulas
como su alzamiento.
Entonces Nobuhiko Kawamoto era el presidente y le solicitó a
Ikuo Kajitani(el mecanismo fue diseñado por Ikuo Kajitani) cuando
trabajaba en el primer departamento de diseño de Honda para que
desarrollara un motor que fuera la base de los futuros motores de la
compañía nipona.
En un principio la propuesta surgió para crear un motor
ligeramente más eficiente y más potente de lo normal, pero pronto
Kawamoto presionó a Kajitani para que desarrollara un motor de 1.6
litros con 160cv de potencia (100cv/l) en una época en la que los
motores erogaban un máximo de 70 u 80cv con ese mismo cubicaje.
60
La inspiración del VTEC es simple; se fija en el cuerpo humano
y su sistema respiratorio. Cuando los humanos estamos en reposo,
sentados, parados o inclusive caminando, nuestro sistema
respiratorio consume poco aire, ya que nuestros músculos y cerebro
requieren una cantidad moderada de oxígeno en ese momento.
Cuando corremos o estamos bajo un estado estresante para el
cuerpo, nuestros pulmones se abren (bronco dilatación) permitiendo
una mayor oxigenación. De esta forma nuestro cuerpo se llena de
oxigeno cuando lo necesita y conforme lo necesita, sin la necesidad
de sobresaltar los pulmones en todo momento.
Cuando a Kajitani le pidieron un motor de 1600cm³ con 160cv,
él dijo "It felt like a dream" (Parecía un sueño) ya que incluso para su
ingenio esas cifras sonaban casi imposibles, pero cuando se
introdujo el Honda Integra en abril de 1989 con motor DOHC VTEC,
las palabras de Kajitani fueron "It was a true dream engine" (Era un
verdadero motor de ensueño). De ahí el lema de "Honda, The power
of Dreams" (El poder de los sueños).
2.1.1. Funcionamiento del Honda VTEC:
En su forma clásica utilizada en los motores DOHC (dibujo de
arriba), hay dos tipos de levas diferentes: uno usado bajo
condiciones de baja velocidad y otro que actúa sólo a altas vueltas
(normalmente por encima de las 4900 rpm). Las levas de bajo
régimen tienen un perfil suave para una buena respuesta en bajas,
emisiones reducidas y poco consumo.
61
FIG N° 2-001
Por el contrario, la leva de alto régimen es como las levas de
carreras, con un perfil agresivo y con una duración abierta de 290º
en el caso del motor B18C5 del Integra [1].
FIGN° 2-002
El sistema se montó primero en los motores DOHC de alto
rendimiento.
62
Constaba de tres levas (dos de bajo régimen –nº 2 en la figura-
y una de alto régimen entre las anteriores -nº 3- ) y 3 balancines para
cada par de válvulas de admisión y de escape.
A bajo y medio régimen los balancines de los extremos, que
están alineados con las levas de bajas rpm (Nº 4 y 6), actúan
directamente para abrir y cerrar las válvulas.
El balancín extra de altas rpm (nº 5) se mueve hacia arriba y
hacia abajo sobre el eje de balancines, actuando sobre un falso
muelle de válvula (nº 10). A altas rpm el balancín extra de altas rpm
(nº 5) se mueve solidariamente con el eje de balancines (y por
consiguiente con las levas de bajas) y el conjunto es actuado
directamente por la leva de altas rpm (Nº 3) [1].
FIG N° 2-003
La conexión y desconexión del balancín de alto rendimiento al
eje de balancines se consigue mediante un sistema de pasador
hidráulico situado en el eje de balancines (nº 7,8 y 9). A un
determinado régimen de motor, ese pasador accionado
63
hidráulicamente se desliza por dentro de los tres balancines
bloqueándolos juntos. Esto da el control del conjunto entero de
balancines a la leva extra. Con su perfil más alto, la leva extra abre
las válvulas aún más y durante más tiempo, permitiendo entrar
mayor flujo de combustible y aire en la cámara de la combustión [1].
Con una carga más grande de combustible/aire y a mayores
revoluciones, el motor genera más potencia.
Una vez que el motor baja de vueltas, el pasador que bloquea el
conjunto de balancines se suelta, permitiendo a las levas de bajo
perfil y sus balancines reanudar su operación. La siguiente figura es
un esquema del funcionamiento a bajo régimen:
FIG N° 2-004
64
FIG N° 2-005
Se puede observar cómo los balancines de bajas (E y F) no
están anclados al de altas (G). Entonces, las levas externas (A y
B)actúan directamente los balancines de bajas y, a través de esos
balancines, las válvulas. El balancín del medio (altas rpm) es
actuado por la leva de alto rendimiento, pero debido a que no está
conectado a nada no produce ningún efecto [1].
2.1.2. Esquema de funcionamiento a alto régimen:
En el esquema se ve que a un predeterminado número de
revoluciones por minuto (típicamente entre las 5000 y las 6000rpm),
la centralita manda una señal a un distribuidor hidráulico que libera el
aceite de la bomba hacia el pasador (D) por medio de una electro-
válvula en la dirección de la flecha. Esto une los balancines externos
con el del medio, causando que los tres balancines se muevan
juntos como uno solo [1].
65
2.1.3. Control electrónico
El momento de cambio es manejado por una Unidad Electrónica
de Control (ECU), que cambia la presión del aceite para activar el
pasador hidráulico. El pasador hidráulico se desliza en su lugar
rápida y suavemente, produciendo en el motor alto rendimiento casi
instantáneamente. En el caso del motor B16A del CRX y Civic la
ECU PGM-F1 se encarga de vigilar constantemente las
modificaciones que se producen en el motor tales como la carga, el
régimen, la temperatura y la velocidad del vehículo. Estas
informaciones son enviadas al ordenador de la inyección que,
después de una interpretación, decide el modo de funcionamiento
del motor [1].
Las condiciones necesarias para que se conmute a modo altos
regímenes en el motor B16A son las siguientes:
- Régimen de motor por encima de las 5300 rpm
- Velocidad del vehículo por encima de los 30 Km/h
- Temperatura del líquido de refrigeración por encima de 60º C
- Carga del motor, detectada al medir la depresión en el colector de
admisión por medio del captador MAP.
66
2.1.4. Esquema del control electrónico del electro-
válvula:
FIG N° 2-006
Además, en función de la carga y del régimen del motor la ECU
puede modificar el punto de conmutación:
FIG N° 2-007
67
FIG N° 2-008
Consecuencias en el diagrama de la distribución:
En el diagrama de distribución de arriba se puede observar
cómo, en el modo de alto régimen, los tiempos de apertura de las
válvulas son mayores que en el modo bajo régimen, permitiendo un
mejor llenado de los cilindros; la válvula de admisión se abre antes y
se cierra más tarde y lo mismo ocurre con la de escape, teniendo
también entre ellas un mayor tiempo de cruce.
Cada modelo de Honda que equipa un motor VTEC DOHC
ofrece, por litro, el mayor par y la mayor potencia entre los motores
atmosféricos de su clase y con un consumo bastante reducido [1].
2.2. VALVELIFT (AUDI)
2.2.1. INTRODUCCIÓN
El AVS (Audi Valvelift System), que es un sistema de alzada
de válvulas, que tiene una variación con anteriores, su movimiento
es horizontal o axial que mediante unas levas y un circuito en la que
68
funciona un tetón con una electroválvula permite el aumento de la
carrera del vástago de la válvula, para que de esta manera el
traslape sea mayor.
Audi ha presentado su nuevo sistema de control de válvulas
denominado AVS (Audi Valvelift System), que se incorpora como
novedad dentro de un paso lógica en la evolución de las mecánicas
de los motores de combustión. Las ventajas que ofrece incluyen un
mejorado comportamiento del motor con una respuesta más ágil al
acelerador, un menor consumo de carburante y un tacto más suave
del motor. Este sistema está basado en el actual sistema de apertura
de válvulas variable en el tiempo y aporta el siguiente paso en la
evolución de estos sistemas, ofreciendo una nueva variabilidad
para la elevación de las propias válvulas. ¿Esto qué significa
exactamente? Pues que se puede modificar la altura, dentro de unos
determinados rangos, a la que se elevan las válvulas según la carga
y la necesidad de rendimiento que se le está exigiendo al motor.[1]
En su primer motor FSI (Inyección directa de gasolina) V6, el
2.8 montado por primera vez en un modelo del grupo VAG en el
nuevo A6 (2007), Audi presentó un innovador motor que tiene como
objetivo un consumo excelente en combinación con un sistema de
distribución variable que puede permitir, en combinación con la
inyección directa, un buen rendimiento a medio y alto régimen sin
afectar demasiado a los buenos consumos. Este motor rinde 210 CV
y se caracteriza por mantener esta potencia de forma constante
desde las 5500 rpm hasta las 6800 rpm. Este sistema tiene como
nombre Valvelift (figura N° 2.001). [1]
69
Figura N° 2-009
Combina muchas de las propiedades de los sistemas VTEC de
HONDA, tales como el alzado de las válvulas a diferentes carreras y
con diferentes momentos de apertura para crear turbulencias en el
interior del cilindro y la apertura máxima de las válvulas a altas
revoluciones para hacer un llenado más efectivo a mayor demanda
de caudal.
Por lo tanto, este sistema es un sistema dotado de unos
tiempos de AAA y de RCA que pueden variar en función del control
del árbol de levas y, además, consta también de un sistema de
alzado controlado. Algo que también caracteriza a estos motores es
que el Valvelift es un sistema de control de alzado y apertura de las
válvulas en dos fases, es decir, no tiene un comportamiento
progresivo ni constante.[1]
70
2.2.2. FUNCIONAMIENTO VALVELIFT
El sistema Valvelift se basa en variar el alzado de las válvulas y
el perfil de las levas con unas levas corredizas.
La particularidad del sistema de Audi es que basa su
funcionamiento en emplear levas distintas para accionar de forma
diferente las válvulas, tal y como hace el sistema VTEC. Es un
sistema de doble leva distinto a otros sistemas antes vistos en el
mercado (figura). [1]
Figura N° 2-010
En el Valvelift, como en otros sistemas de doble leva, cada
válvula de admisión se ha dotado de una leva normal y otra que le
proporciona menos alzada y diferente tiempo de apertura. Estas dos
levas tienen la particularidad, igual que un sistema VTEC-E de tener
un alzado muy contenido en combinación con un AAA nulo respecto
a PMS, para evitar las pérdidas de efectividad al mezclarse el aire
limpio con los gases de escape. En el Valvelift cada una de las dos
válvulas de admisión de cada cilindro tiene sus dos levas
independientes. También, no hay elementos intermedios entre las
levas y los balancines de rodillos que accionarán las válvulas, en
71
este sistema las levas se mueven de forma axial por el árbol de
levas. [1]
Para hacer funcionar este sistema de levas corredizas hay un
conjunto de piezas en el sistema de admisión que lo hacen posible.
En el árbol de levas hay una pieza flotante para cada cilindro (figura
2.011). Esta pieza gira de forma solidaria con el árbol de levas, pero
se puede mover de forma axial con dos topes que determinaran su
posición final y su posición inicial. Para mover esta pieza entre los
dos extremos hasta los topes que delimitan su recorrido axial, el
árbol de levas consta de un estriado (figura 2.012) para hacer
encajar la pieza sobre éste. El recorrido que podrá hacer la pieza
desde un extremo hasta el otro es algo inferior a 7 mm.
Figura N° 2-011 Figura N° 2-012
Para cada cilindro, en el árbol de levas de admisión tenemos
cuatro levas. Cuando la pieza que contiene el conjunto de levas
(figura 2.012), está en uno de los dos extremos de su recorrido axial,
actúan las dos levas que tienen más alzada (una para cada válvula).
72
Cuando está en el extremo opuesto, actuarán las levas de menor
alzado.
En cada extremo de la pieza flotante hay una guía de tallado
helicoidal (figura 2.013).
Sobre cada guía y perpendicularmente al árbol de levas, hay un
cilindro (figura 2.014) que puede entrar en esta guía. Por tanto,
habrá dos cilindros para cada pieza flotante.
Cuando el cilindro no actúa sobre el tallado helicoidal para
hacer desplazar la pieza axialmente, esta pieza permanecerá en la
última posición en la que está de forma permanente, gracias a la
acción de un fiador esférico unió a un muelle (figura 2.14).
Figura N° 2-013 Figura N° 2-014
Cuando necesitamos mover la pieza axialmente hacia la otra
posición en función del régimen del motor, uno de los cilindros saldrá
de su casquillo para entrar en la guía (helicoidal) de la pieza flotante.
Al tener libertad de movimiento axial la pieza con el conjunto de
cuatro levas y no tenerlo el cilindro que se introducirá en la guía, la
73
pieza deslizará sobre el estriado hasta la otra posición a convenir. Si
hay que volver a mover la pieza en el sentido opuesto, haremos
funcionar el cilindro contrario, comandado por la centralita y
empujado sobre la otra guía y así se moverá hacia la otra posición.
Hay que destacar que el sistema actúa y desplaza las levas
para hacer actuar las válvulas con diferente perfil de apertura y
alzado en menos de lo que tarda el árbol en dar una vuelta (el
equivalente a dos vueltas de giro del cigüeñal). El cambio de
posición de la pieza flotante de las levas se debe realizar entre las
700 y las 4.000 rpm. Cuando actuamos por encima de un régimen de
4.000 rpm, sea a carga mínima o a carga parcial o completa, el
motor actuará con las levas de perfil agresivo para asegurar la
respuesta en caso de demanda del pedal del acelerador. En el
momento del cambio el control electrónico del motor se encargará de
variar el avance del encendido, la fase del árbol de levas o incluso
cerrar momentáneamente la mariposa de gases para que el
incremento de par producido al entrar un mayor caudal de aire de
forma inminente en el cilindro no provoque un brusco e incómodo
acelerón.
También con este sistema se recurre a variadores de calado,
para mayor suavidad de marcha y para conseguir un aumento
progresivo del rendimiento y controlar el efecto EGR, tal y como se
realiza en los motores i-VTEC.
Dichos variadores de calado tienen el mismo perfil y
funcionamiento que en los sistemas habituales hasta la fecha
empleados por Audi y, por ejemplo, BMW (VANOS).[1]
74
Para realizar el movimiento de los cilindros para que entren en
la guía se emplea un electroimán. Cuando estos electroimanes
actúan, se extiende el cilindro con un desplazamiento de 4 mm. El
propio perfil de la pieza flotante devuelve el cilindro hacia la posición
inicial (contracción) cuando el árbol de levas da una vuelta completa.
Las dos levas con más alzada en cada cilindro son iguales. Dan
a la válvula el mismo AAA y el mismo RCA (también controlado por
los variadores de calado). La apertura de estas levas se situará a 11
mm. Las levas de perfil más bajo (de bajo régimen) harán actuar a
las válvulas con alzado de 5,7 y de 2,0 mm, variando también el
momento de apertura y el tiempo de apertura. En este perfil de bajo
régimen y baja carga, varía la forma en la que entra el aire por el
conducto de admisión y, en consecuencia, crea una turbulencia que
provoca un reparto regular del aire y la mezcla sobre el pistón
(“squish”) y un movimiento transversal, provocado por la compleja
forma superficial del pistón de inyección directa (“tumble”).
El sistema Valvelift tiene un variador de calado o de fase
continuo que puede variar el avance en admisión en 42º. También
tiene otro igual en el árbol de levas de escape. [1]
El innovador sistema presenta, por tanto, varias ventajas. Una
de ellas es la baja fricción provocada por la sencillez del
accionamiento y el bajo número de piezas que influyen al accionar
las levas (funciona como un árbol de levas convencional sobre los
balancines). Otra de las ventajas es que hay mayor rigidez que en
otros sistemas en el movimiento y accionamiento de los árboles de
levas. La tercera ventaja es que el exceso de fricción y de empleo de
más piezas (y por tanto masas) que en un árbol sencillo es sólo
durante una vuelta del árbol de admisión cada vez.
75
Los resultados de este complejo y, a la vez sencillo, sistema, en
el motor V6 (a 90º) de 2776 cm3 y de inyección directa de gasolina
(FSI) para el A6, son:
- Potencia máxima: 210 CV entre 5.500 y 6.800 rpm.
- Par máximo: 280 N·m entre 3.000 y 5.000 rpm.
- Consumo mixto: 8,8 l/100 km.
La razón por la cual se consiguen mantener unos valores más
que suficientes y con excelentes consumos para un vehículo de
1615 kg. en vacío, es la combinación de la tecnología del grupo
VAG, FSI y el sistema Valvelift, nunca antes empleado por este
grupo de fabricantes en ninguno de sus vehículos. También hay que
destacar que mediante una relación de compresión de 12:1 se
consiguen, con el control de la inyección directa a más de 100 bares
de presión (de gasolina), estos valores inéditos en el mercado.
Otros motores de semejante potencia equipados sin árbol de
levas con control de alzado de válvula y con inyección directa, como
el 2.5 de BMW (Montado en la serie 5), tiene un consumo de 7,4 l
cada 100 km, o lo que es lo mismo, 1,4 litros menos cada 100 km. El
peso del BMW es de 1585 kg. [1]
76
3. SISTEMAS CON CALADO DEL ÁRBOL DE LEVA
3.1. TOYOTA
3.1.1. INTRODUCCIÓN
Los primeros sistemas de Toyota VVT (“Variable Valve
Timing”) se emplearon en prototipos de competición para asegurar
una respuesta mínima a bajo régimen, para evitar así las carencias
de motores que, al estar destinados a la competición, dedicaban su
buen funcionamiento a altas revoluciones exclusivamente.
Este sistema experimental en las carreras y comercializado
rápidamente en el mercado común por Toyota en la década de los
80, fue el primer sistema de variación de calado controlado de forma
continua. Posteriormente el sistema VVT pasó a llamarse VVTi,
quedando así reflejadas las mejoras de control electrónico sobre el
sistema [1].
En modelos más recientes como el 1.8l VVTL-i atmosférico de 192
CV del Celica (1999) y el antiguo Corolla (2001- 2007) se empleó el
sistema junto con un control del alzado de las válvulas que aportaría
un gran resultado final en cuanto a potencia a altas revoluciones.
El sistema de alzado de válvulas se basa en el empleo de un patín
deslizante que puede limitar el recorrido de la válvula en función de
su posición. Este sistema, como la mayoría de sistemas del
mercado, está controlado mediante presión de aceite[1].
3.1.2. FUNCIONAMIENTO VVT-i
El sistema VVT-i (“Variable Valve Timing”) o “Temporización
de Válvula Variable”, consiste en un sistema de variación del calado
de la distribución. Este sistema consiste en un variador que puede
77
provocar un desfase entre el árbol de levas de escape y de admisión
de 60º (figura 3-001.). Así podemos atrasar 60º la posición de la
admisión para provocar el efecto de baja pérdida de carga
provocado por el solapamiento excesivo e innecesario a bajo
régimen del motor. [1]
FIG N° 3-001
Normalmente Toyota emplea estos sistemas de variación de fase de
60º en los árboles de admisión, siendo empleados en algunos
modelos de mayor rendimiento para los árboles de escape [1].
3.1.3. FUNCIONAMIENTO VVT
Toyota, Daihatsu, Hyundai tienen uno de los sistema más
comunes que se encuentran actualmente en algunos de los
vehículos que vemos en nuestro entorno.
78
Las siglas VVT significan variación de tiempo Valvular.
Las ventajas de este sistema radican en:
- Economía de combustible ya que utiliza solamente el necesario.
- Menor contaminación Ambiental.
- Aumento en la potencia del motor, mejorando el llenado de los
cilindros.
La computadora del sistema recibe las señales de los sensores
de posición del cigüeñal, del sensor del árbol de levas y otros
sensores, para que luego de que estas han sido procesadas, envié
señales de activación y de desactivación a la válvula de control de
aceite para adelantar o retrasar el tiempo de apertura de las válvulas
de admisión a través del control de VVT [1].
3.1.4. FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR
VVTCÁMARA DE PALETAS
El controlador del VVT es una envoltura o carcasa que es
impulsada por la por la cadena de distribución y la paleta que está
fijada al arbola de levas mediante un tornillo.
Entre la envoltura y la paleta se forman cámaras en las cuales se va
alojar el aceite del motor para ocasionar que el árbol de levas gire a
la derecha o la izquierda, según sea la dirección en que dirija el flujo
de aceite la válvula OCV, para adelantar el tiempo de apertura de las
válvulas de admisión.
Además el controlador posee un pasador, llamado pasador de
bloqueo que tiene la función de producir un bloqueo entre la paleta y
la envoltura, mientras el circuito es llenado por completo.
79
De este modo se evita el golpeteo de la envoltura y la paleta durante
el arranque del motor, luego de haber permanecido por un tiempo
muy prolongado [3].
FIG N° 3- 002
a. AVANCE DEL CONTROLADOR VVT-i:
En este estado las señales de activación son más anchas que
las señales de desactivación, por lo que lo OCV se mueve a la
posición desde adelanto, permitiendo que las cámaras de aceite de
adelanto del controlador se llenen de aceite y la paleta se mueva a la
derecha y transmita este movimiento de avance al árbol de levas [3].
80
FIG N° 3-003
Cuando la válvula OCV está colocada de la forma como se
muestra en la figura de la izquierda por medio de la señal de avance
recibida por la computadora, la presión de aceite resultante se aplica
en la cámara de paletas del lado de avance de distribución para
hacer girar el árbol de levas en dirección de avance de
distribución[3].
b. RETARDO DEL CONTROLADOR VVT-i:
En este caso las señales de activación de la OCV son mas
angostas que las señales de desactivación, por lo que la OCV se
mueve a la posición de retraso, permitiendo que las cámaras de
81
aceite de retraso del controlador se llenen de aceite y la paleta se
mueva a la izquierda y transmita este movimiento de retraso al árbol
de levas [3].
FIG N° 3-004
Cuando la válvula OCV está colocada de la forma como se
muestra en la figura de la izquierda por medio de la señal de retardo
recibida por la computadora, la presión de aceite resultante se aplica
en la cámara de paletas del lado de retardo de distribución para
hacer girar el árbol de levas en dirección de retardo de distribución.
[3]
82
c. RETENCIÓN DEL CONTROLADOR VVT-i:
En esta condición podemos observar que las señales de
activación y de desactivación tienen una anchura igual por lo que
ambas cámaras de avance y de retraso son llenadas por igual y que
la válvula OCV tomo una posición neutral manteniendo una
distribución fija [3].
FIG N° 3-005
La ECU del motor calcula el ángulo de distribución de objetivo
de acuerdo con el estado de recorrido para efectuar el control de la
forma descrita anteriormente después de ajustar la distribución de
objetivo, la distribución de válvulas es retenida manteniéndola
83
válvula de control de aceite de distribución del cigüeñal en posición
neutra a menos que la cámara se llene de nuevo [3].
3.2. SISTEMA VANOS (BMW)
En 1992, con la introducción en el mercado de nuevos sistemas
de distribución variable por parte de Honda y Toyota entre otros, el
BMW decidió introducir el sistema VANOS en las mecánicas M50 de
los BMW serie 5 (E34), un variador de calado que dedica su
funcionamiento al desfase del árbol de levas de admisión respecto
con el de escape[1].
Como pasa en la mayoría de estos sistemas, el VANOS tiene su
transmisión de movimiento con cadena desde el cigüeñal hacia el
árbol de levas de escape. A su vez, de este árbol, equipado con una
doble corona, sale otra cadena que transmite el movimiento hasta el
árbol de levas de admisión, haciendo de este árbol un árbol con
calado variable al tener instalado en su polea conductora (donde
encaja la cadena con la corona dentada) el sistema VANOS, un
variador de fase que puede variar el diagrama de la distribución en
función del cruce de válvulas requerido en cada momento [1].
En el año 1996 el sistema VANOS empezó a instalarse en las
mecánicas M52 con un doble carácter, empleándose así un sistema
de mayor complejidad que es capaz también de funcionar sobre el
calado del árbol de levas de escape. Actualmente este sistema de
Double- Vanos se emplea en todos los motores de BMW de 6
cilindros y en algunos de los motores de 4 cilindros de mayores
prestaciones [1].
Con un funcionamiento basado en el bajo nivel de
contaminación y el bajo consumo, incluso en los modelos más
84
deportivos los motores de BMW son los que menos consumen y
contaminan de su categoría.
3.2.1. FUNCIONAMIENTO VANOS y Double- VANOS
3.2.1.1. Funcionamiento VANOS
Los variadores de calado de los sistemas VANOS de BMW
(figura 3-006) consisten en dos cámaras que controlarán el avance o
el retraso de la apertura de la admisión mediante la diferencia de
presiones que se darán en el interior de dos cámaras que componen
la polea sobre la que girará la corona dentada que será conducida
por la cadena que transmite movimiento desde el escape hasta la
admisión.
FIG N°3-006
3.2.1.2. ELEMENTOS DEL VANOS BMW
Este sistema es controlado por la ECU mediante parámetros de
carga, de contaminación (bajo resultados de la sonda Lambda) y de
régimen y datos de temperatura de aceite y del motor (refrigerante),
gracias a una válvula de control del flujo de aceite hacia el sistema
(1). En función del avance que se desee en cada momento la
presión entre ambas cámaras del sistema (2) se hará variar para
85
poder ejercer un trabajo coincidiendo con el eje de giro del árbol de
levas. Dependiendo de la presión de aceite en ambas cámaras, se
empujará en una dirección u otra el eje con dentado helicoidal que
se acoplará al interior de la polea (3) que gira conduciendo al árbol
de levas. Al avanzar este sistema la posición del eje dentado, debido
a su forma helicoidal, hará avanzar sobre éste la polea ya que tiene
un dentado interno también helicoidal. De esta forma, cuando el
sistema introduce el eje dentado sobre la polea se provoca un calado
diferente, al girar esta sobre sí misma un cierto ángulo. [1]
En los primeros sistemas se trataba una variación del calado de
la distribución de 15º, actualmente se pueden manejar calados de
60º de diferencia, más que suficientes para dar un gran avance de
apertura a las válvulas a altas revoluciones para conseguir un mayor
rendimiento.
Los elementos de estos conocidos variadores de fase o de
calado pueden verse con más precisión en el siguiente esquema
(figura 3-007). Según este esquema la circulación de aceite a
presión se puede realizar de dos maneras. La primera posición de la
válvula (A) hasta F en la que el aceite entra en el variador para
conseguir variar el ángulo del árbol de levas. La segunda posición de
la válvula (E) provoca que el aceite del interior de las cámaras del
variador de fase retorne hacia el circuito de lubricación. [1]
A Entrada de aceite a presión en el circuito de lubricación
B Lumbrera de entrada
C Pistón distribuidor
D Salida de aceite hacia el variador de fase
86
E Retorno de aceite en posición de válvula cerrada (calado
inicial)
F Entrada de aceite al variador de fase
G Punto de accionamiento del variador de fase
FIG N° 3-007
3.2.1.3. Sistema VANOS con control de alzado de
válvulas
Una de las variantes de los sistemas VANOS que se comenzó a
implantar en modelos de finales de los años 90, buscando un mejor
rendimiento a bajas revoluciones y un menor consumo y nivel de
contaminación, fue el sistema VANOS con control de alzado de las
válvulas (figura 3-008). Este sistema copia algunas de las
características de los sistemas de control de alzado variable que
existían en el mercado, pero con la particularidad de ser el primero
de los sistemas que puede controlar progresivamente el alzado de
las válvulas. [1]
87
Levas troncocónicas
FIG N° 3-008
Este sistema consiste en un conjunto VANOS en admisión que
con modificaciones en su funcionamiento puede variar la carrera de
las válvulas de forma controlada.
Mediante el mismo sistema hidráulico y un control electrónico
perfeccionado, es posible hacer que en lugar de desplazarse el
interior de la polea sobre el eje helicoidal, se pueda lograr un
desplazamiento axial total de todo el conjunto del árbol de levas, que
permitirá un juego axial, dadas las características de sus
alojamientos.
Cuando este sistema VANOS empuje mediante presión de
aceite el árbol de levas que tiene en el extremo donde va conectado
88
con la polea de mando un eje helicoidal, variará el calado y se
desplazará unos milímetros hacia el fondo de su alojamiento.
Como las levas tienen una forma troncocónica, al desplazarse
de forma axial el árbol, incidirán de diferente forma con las válvulas,
de tal manera que variarán el alzado desde los 4,5 mm hasta los
10,5 mm; ambos perfiles de crestas son las que se encuentran en
los dos límites de carrera de válvula.
El sistema fue el antecesor del sistema Valvetronic (punto 4.5) y
como principal limitación en su funcionamiento es que no se puede
limitar el avance o el alzado de forma independiente, si no que al
avanzar desplazaremos el árbol de levas de forma axial y
provocaremos mayor apertura de las válvulas. [1]
3.2.1.4. Funcionamiento doble VANOS (Double-
VANOS)
El sistema doble VANOS (figura 3-008) incluye un
perfeccionamiento del primer sistema. Este sistema basa su
funcionamiento en la posibilidad de hacer un avance respecto al
calado inicial en el árbol de escape de forma independiente al
avance en el árbol de admisión. De esta manera, el efecto EGR
(recirculación de gases de escape) garantiza una combustión a
mayor temperatura y una combustión con menos gasolina. Este
sistema está equipado de dos poleas que pueden variar su posición
en función de la regulación provocada por presión de aceite en la
admisión y en el escape. Su funcionamiento requiere de un tensor
que, en función de la posición de ambos árboles mantenga la tensión
de la cadena que los comunica de forma constante.
89
FIG N° 3-009
3.3. VARIOCAM (PORSCHE)
3.3.1. INTRODUCCIÓN
En los sistemas de distribución variable como los que emplea
Porsche desde 1992 en el modelo 968 se intenta ir más allá en la
funcionalidad del vehículo por tal de conseguir un mayor
rendimiento.
Este sistema, llamado Variocam, nació con la idea de exprimir el
rendimiento de unos motores que con unas características de
construcción nada comunes (2990 cc repartidos en sus 4 cilindros en
línea), empezaba a tener serios problemas de rendimiento para
competir contra otros fabricantes.[1]
90
El motor se equipó con el sistema Variocam para obtener un
aumento de par de más de 10 N·m y para obtener un incremento de
potencia final de 5 CV, cifras más que significativas en un modelo de
alto rendimiento que incrementando estos valores consiguió un
control de emisiones más exhaustivos y una reducción del consumo.
Variocam es un sistema sencillo, que intenta ofrecer el menor
rozamiento y por tanto, la menor resistencia al avance posible con la
meta de conseguir que el motor pueda subir de revoluciones sin
pagar demasiado caro el aumento de masas en la distribución.
Como vehículos deportivos que son, los sistemas de Porsche
intentaban obtener rendimiento sin ceder terreno en aspectos como
el nombrado incremento de masas o la funcionalidad a altas
revoluciones. Bajo estas premisas, Porsche sacó al mercado este
sistema en un modelo experimental como era el 968, sucesor del
coupé 944, para acabar siendo instalado posteriormente en los 911
(993) de 1993.
Este sistema basa su funcionamiento en modificar el recorrido
de la cadena mediante un tensor hidráulico pilotado para poder
variar el avance del árbol de levas de admisión respecto al de
escape. [1]
3.3.2. FUNCIONAMIENTO VARIOCAM
El funcionamiento del sistema Variocam (figura 3-009) trata de
modificar el solape o cruce de válvulas mediante la modificación de
la posición de la cadena.
91
FIG N° 3-009
En el sistema Variocam original se emplea el uso de una
cadena que conduce mediante corona dentada el árbol de levas de
escape. El árbol de levas de escape está conectado al árbol de levas
de admisión por otra cadena. Esta última cadena, que hace posible
el movimiento del árbol de levas de admisión tiene una longitud muy
superior a la longitud necesaria, de tal forma que se precisa un
tensor de gran recorrido para conseguir la tensión necesaria en la
cadena. Este tensor efectúa un trabajo en ambos sentidos, tracción y
retorno, para así evitar oscilaciones. Así, mediante la variación de la
posición del tensor, desplazándose por el eje perpendicular a la
cadena, pero manteniendo su tensión siempre constante, se varía la
posición del árbol de levas de admisión respecto al de escape, y por
tanto, el cruce de válvulas.
92
El sistema Variocam (figura 3-010) está pensado para actuar
entre las 1500 y las 5500 rpm para poder conseguir así una
regulación del solape de las válvulas. Según el fabricante se llegan a
dar cifras superiores a 10 N·m de aumento del par al regular el cruce
de válvulas y un aumento de potencia de 5 CV que permitían un
motor con un gran par y una gran respuesta.
FIG N° 3-010
Para lograr un aumento del par significativo el tensor ha de ir
regulado por la centralita del motor mediante un sistema hidráulico
que determina en qué posición quedará el tensor (desplazado hacia
arriba o hacia abajo) según se envíe presión de aceite sobre un
conducto u otro (figura 3-011), siendo éste regulado por un sistema
de válvulas que determinarán la posición más conveniente a cada
momento.
93
FIG N° 3-011
El tensor podrá variar por tanto, el AAA del árbol de admisión
hasta en 15º, suficientes para variar el diagrama de distribución del
vehículo de una forma significativa para obtener los ya antes
nombrados efectos positivos de este tipo de motores (menor
contaminación, mayor respuesta y menor consumo).
Cuando el motor se sitúa en un régimen bajo y con carga baja el
cruce de válvulas es mínimo, para evitar precisamente el efecto
negativo de mezclar gases de escape con mezcla fresca que entra
en el cilindro. Cuando el conducto hace una mayor demanda de
aceleración, mayor caudal de mezcla ha de entrar en el cilindro, la
posición del tensor varía el recorrido de la cadena y provoca un AAA
que mejora el llenado.
Cuando el sistema se sitúa por encima de las 5500 rpm, con la
finalidad de alcanzar una buena cifra de potencia final, el sistema de
tensor de cadena sitúa a esta de forma que se avanza la apertura de
las válvulas de admisión. El vehículo alcanzaba una cifra de 240 CV
a 6500 rpm con un motor de 4 cilindros en línea de 2997 cc.
94
4. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN VARIABLE MIXTO
4.1. VALVETRONIC (BMW)
4.1.1. INTRODUCCIÓN
Sistema revolucionario de BMW que se caracteriza por tener un
sistema de admisión sin válvula de admisión de mariposa. En los
motores con el sistema Valvetronic la cantidad de aire admitido y de
escape se controla a cada instante.
Habitualmente, cuando en un vehículo con motor de gasolina
convencional (inyección directa o indirecta) el conductor pisa el pedal
del acelerador al máximo, la mezcla proveniente de los conductos de
admisión apenas sufren un ligero rozamiento aerodinámico contra la
válvula mariposa. Si por el contrario accionamos el pedal para exigir
al motor una carga media, obtendremos como resultado una mayor
resistencia aerodinámica ofrecida por la válvula de mariposa de
regulación de la admisión. Este problema se ve solucionado
definitivamente por el sistema Valvetronic.
Además de estas características de mejoras de rozamiento
aerodinámico en cuanto a admisión el sistema de BMW presenta la
posibilidad de regulación total del avance de apertura de admisión
(AAA) y del retraso de cierre de admisión, así como un control total
con regulación de (teóricamente) infinitas posiciones entre extremo y
extremo del alzado de las válvulas. También se emplea este sistema
en las válvulas de escape, aunque es menos notorio sobre el
comportamiento del vehículo que en admisión. Bajo este sistema el
control sobre el solape o cruce de válvulas es total y podemos
conseguir un mayor rendimiento en un amplio régimen. También hay
95
que destacar la mejora de la suavidad sobre la marcha que
presentan estos propulsores (progresivos y elásticos).
A continuación, en el siguiente punto, veremos el
funcionamiento paso a paso del sistema Valvetronic con el fin de
resolver algunas de las dudas de implantación que puedan plantear.
[1]
4.1.2. FUNCIONAMIENTO VALVETRONIC
Para crear el funcionamiento del sistema Valvetronic, en primer
lugar, necesitamos un sistema de doble árbol de levas en culata
(DOCH) con cuatro válvulas por cilindro, para extraer un mayor
rendimiento del sistema. El árbol de levas de admisión y de escape,
independientes, no han de ofrecer ningún aspecto diferente al
convencional.
Las diferencias comienzan en el objetivo donde actúa el árbol
de levas. En un principio actuaríamos directamente sobre un
balancín o directamente sobre la válvula por mediación de un taqué
convencional (hidráulico o no). Cada leva actúa sobre un balancín
intermedio o flotante (al que llamamos balancín principal), que actúa
a su vez como una palanca, cuya tolerancia de ajuste es
determinada por un taqué hidráulico en un extremo. En este sistema
se inicia la apertura de la válvula al bajar sobre el vástago de la
misma dicho balancín principal. El sistema está provisto de rodillos
en sus piezas en constante fricción para evitar el desgaste y mejorar
la suavidad de funcionamiento. El retroceso de la válvula sería
provocado directamente sobre el muelle de la válvula (elemento
convencional). [1]
96
FIG N° 4-001
Sobre el primer balancín se dispone un segundo balancín
(balancín secundario), el cual actúa a su vez sobre el balancín
principal, incidiendo sobre el rodillo opuesto en el mismo. El balancín
secundario actúa sobre el balancín principal incidiendo sobre él en
forma de cuña, de tal forma que los desplazamientos de los dos
balancines son perpendiculares entre sí, dada la transmisión de
movimiento que provoca la forma de cuña del extremo del balancín
secundario sobre el principal.
A su vez, el balancín secundario está, como el principal,
dispuesto de forma flotante, de forma que la leva (del árbol de levas)
actúa sobre dicho balancín secundario mediante el empuje directo
sobre un rodillo (que evita fricciones) sobre su zona intermedia. Todo
este conjunto de piezas lleva al objetivo final, como hemos dicho
97
anteriormente, de evitar que la válvula mariposa y la fricción del aire
contra ella. La particularidad del sistema deriva finalmente en que el
extremo opuesto a la cuña del balancín secundario no es fijo, sino
que puede variar su posición acercando o alejando el balancín
secundario a la leva del árbol.[1]
Así, partiendo de una alzada de leva constante, podemos variar
la carrera de la válvula de forma directamente proporcional a la
distancia que haya entre el rodillo del balancín y la leva. De esta
manera, no sólo controlamos la alzada de la leva a cada instante y
de forma muy exacta, sino que también se produce un control sobre
el AAA (avance apertura de admisión respecto al PMS) y sobre el
RCA (retraso cierre de admisión) con lo que a su vez, y disponiendo
de un sistema igual para las válvulas de escape (que se da en
algunos modelos y motores) tenemos un control casi absoluto sobre
el solape de válvulas y la cantidad de aire que deseamos introducir y
extraer del cilindro. [1]
a. LEVA Y BALANCÍN SECUNDARIO ALEJADOS
(BAJO RÉGIMEN)
Se produce un retraso en la incidencia del extremo en forma de
cuña sobre el balancín principal (flotante). Este acto provoca a su
vez el AAA y el RCA. La carrera o alzado de la válvula será mínimo
ya que gran parte del contacto que se produce entre la cresta de la
leva y el rodillo del balancín secundario (alzado de leva) se empleará
para aproximarse al balancín, no haciéndose efectiva en su mayor
parte. [1]
98
b. LEVA Y BALANCÍN SECUNDARIO EN
APROXIMACIÓN MÁXIMA (ALTO RÉGIMEN)
Si por el contrario la leva y el balancín se encuentran lo más
cerca posible, el desplazamiento que provoca el alzado de la leva
sobre éste será mayor, siendo así más inmediata y directa la
incidencia de la cuña sobre el balancín principal y provocando así, a
su vez, una mayor alzada de la válvula. De esta forma también se
deduce que antes se abrirá la válvula (AAA) y que se cerrará más
tarde (RCA). [1]
FIG N° 4-002
Para conseguir la variación del extremo del balancín
secundario, se monta el mismo sobre un apoyo giratorio dotado de
una excéntrica, la cual, en función de su posición aleja o aproxima el
balancín a la leva. El contacto del extremo del balancín y la
99
excéntrica se determina mediante un rodillo. Por último, para
asegurar el firme contacto entre el balancín y la leva, está colocado
un resorte de pinza que presiona el balancín contra el árbol tanto
como la excéntrica mencionada le permite.
FIG N° 4-003
Para el accionamiento de cada válvula se necesita de una
excéntrica que determine la posición, un conjunto de balancines,
rodillos, muelle, leva y taqué. Para simplificar el sistema, todas las
excéntricas se sitúan sobre un eje (árbol de excéntricas) que girará
en un sentido u otro para dar mayor o menor apertura a las válvulas.
Para lograr girar este eje de excéntricas, en la parte intermedia de
éste se sitúa una corona dentada que quedará comandada por un
tornillo sin fin colocado de forma tangencial a dicha corona para
avanzar y atrasar el ángulo de dicha corona, que girará el eje al que
100
está soldada y que, a su vez, determinará el movimiento de las
válvulas de admisión.
El tornillo sin fin será accionado por un servomotor que irá
gobernado por la centralita del motor en función de la señal de
exigencia de carga que llegue desde el potenciómetro del pedal del
acelerador y otros parámetros tales como el número de revoluciones
por minuto del motor. [1]
Gracias a todo este despliegue de piezas, no sólo
conseguiremos evitar la necesidad de tener una mariposa de gases
en la admisión, sino que tendremos un gran abanico de posibilidades
para abrir y cerrar las válvulas y, de esta manera, asegurar un mayor
rendimiento volumétrico. Entre 0,25 mm (apertura mínima) y 9,7 mm
(apertura máxima) podemos controlar mediante el servomotor en
todo momento. El tiempo transcurrido entre una y otra posición, de
extremo a extremo, es de aproximadamente, según BMW, de 0,3
segundos. Desde un punto de vista práctico el tiempo transcurrido
desde que se da la señal del acelerador hasta que el sistema puede
alcanzar el máximo alzado de las válvulas es menor al tiempo que
requerirá el motor, en cualquier caso, para adquirir la velocidad
necesaria para provocar ese aumento absoluto del alzado de las
válvulas. [1]
En cualquier caso, hemos de tener en cuenta que el motor casi
siempre funcionará, en cualquier tipo de conducción, sin llegar al
límite de la inclinación de las excéntricas, ya que este está reservado
exclusivamente para el régimen máximo en el que el motor genera
mayor potencia.
101
El rendimiento volumétrico se ve incrementado y controlado en
toda la gama de revoluciones, sin que el compromiso entre bajos y
altos regímenes se sometido al carácter del motor. Está también por
encima del resto de sistemas de distribución variable en cuanto a
actuación sobre la carrera de las válvulas y sobre el diagrama de
distribución.
Al disponer el motor de una renovación de la carga mucho más
efectiva, obtenemos un menor consumo y una menor contaminación.
[1]
FIG N° 4-004
c. POSIBLES AVERÍAS
Teniendo en cuenta una posible avería del sistema de
movimiento de las excéntricas, se puede llegar a recurrir a la
regulación de gases mediante una válvula de mariposa que hay en
102
los colectores de admisión normalmente posicionada en máxima
apertura para que el sistema funcione sin rozamiento aerodinámico
con ésta. [1]
FIG N° 4-005
103
4.2. VARIOCAM- PLUS
4.2.1. INTRODUCCIÓN
El sistema Variocam- Plus cambió por completo el
planteamiento inicial que Porsche hacía partiendo de la base del
Variocam. Con la finalidad de realizar unos motores de los cuales se
pudieran obtener prestaciones mayores y una mejor respuesta
incluso ajustando los resultados finales de consumo y de
contaminación se fabricó este sistema, instalado por primera vez en
los 996 Turbo (911 a partir del año 2000) que montaban motores de
3600 cc con potencia de 420 CV. Acto seguido Porsche montó el
sistema, centrándose en una menor cantidad de emisiones
contaminantes a la atmósfera, en los motores atmosféricos para el
Carrera a partir de 2002 (911/996). [1]
Estos motores se caracterizaban por obtener excelentes cifras
de rendimiento (tabla), tanto por una curva de par alta como por una
potencia final notable (figura 4-006).
Como se puede ver en la gráfica de rendimiento del motor a
plena carga (figura 4.18) el par máximo se sitúa gracias al sistema
Variocam- Plus de forma bastante regular en la parte más alta de la
curva durante un régimen de revoluciones muy amplio.
Desde las 3000 rpm hasta las 7000 rpm el motor trabaja
obteniendo cifras de Par por encima de 320 N·m. El resultado es una
curva de potencia que por su carácter deportivo es aguda, pero que
queda muy llena, sobretodo en su parte baja (a bajo régimen).
104
FIG N° 4-006
El planteamiento que hizo Porsche para sus nuevos motores fue
radical respecto a las pocas novedades que ofrecía el efectivo
modelo de tensor pilotado del Variocam, ofreciendo un nuevo
sistema que regulaba los avances en ambos árboles mediante el
conocido sistema de variación de calado empleado también por
105
BMW y con un sistema de válvulas inédito que proporcionaba la
variación del alzado de éstas mediante un sistema que ofrecía poca
resistencia de rozamiento y con un incremento mínimo de masas.
Como puede verse en la figura, el sistema de distribución por
cadena mediante tensores hidráulicos el motor Bóxer de 6 cilindros,
característico de esta marca, transmite el movimiento desde el
cigüeñal hasta los árboles de levas de escape, que a su vez
transmiten mediante otras cadenas secundarias el movimiento a los
árboles de admisión. Una característica peculiar de este motor es
que la distribución de uno de los conjuntos de árboles (para una
culata de tres cilindros) se hace desde la parte del frente de la
distribución y la otra por detrás (para la otra culata), siendo necesario
para esta transmisión un árbol dotado de engranajes en sus dos
extremos. El motor quedará así, por tanto, de forma más compacta
en el vano motor y de forma que la distribución compense las
inercias por cada uno de los lados del motor, haciéndolo así más
estable.
4.2.2. FUNCIONAMIENTO VARIOCAM- PLUS
El sistema de funcionamiento del Variocam- Plus (figura 4-007)
se divide en dos partes. En primer lugar se sitúan los variadores de
calado de cámara (nombrados por Porsche como CVCP), en
segundo lugar encontramos un sistema de variación de carrera de
las válvulas. Este último sistema, innovador, fiable y que ha de tener
una fabricación extremadamente precisa, puede llegar a variar la
carrera de las válvulas mediante dos posiciones. En la primera
posición, para condiciones de baja carga y régimen bajo, se emplean
carreras de válvula de 3,6 mm, en la segunda posición, para un
régimen alto, se emplea la carrera de las válvulas de 11,4 mm.
106
FIG N° 4-007
4.2.2.1. CVCP(LOS VARIADORES DE CALADO DE
CÁMARA)
En primer lugar, para controlar el solape de válvulas se emplea
un común sistema de variación de calado (figuras 4-008 y 4-009),
instalado en los árboles de admisión para conseguir una mejora del
llenado controlando el cruce de las válvulas.
Figuras 4-008 y 4-009
107
El regulador de fase o de calado (figura 4.2.5 y 4.2.6)
principalmente consiste en un estator (rojo, sobre el engranaje de la
cadena, fijo al árbol), el rotor (verde, fijo a la cadena también) y las
paletas insertadas (amarillas, insertadas en el rótor) y las dos tapas.
[1]
FIG N° 4-010
El estator (figura 4-010) está equipado con la corona de la
cadena en todo su perímetro. Esto transmite el movimiento de la
cadena hacia el árbol de admisión. El rotor (figura 4.2.7) está
asegurado al árbol de levas. La reposición del rotor y el estator es
posible mediante un sistema de ajuste con cojinetes. Esta reposición
está limitada por las paletas del rotor y mediante los topes del
108
estator. Las paletas o tabiques también limitan las dos cámaras que
hay en el estator. Estas cámaras pueden ser llenadas con aceite
alimentándolas mediante aceite introducido por los orificios y por
guías en el rotor.
Para asegurar un sellado eficiente, los pequeños muelles van
instalados entre las paletas y el rotor. Cada una de las cámaras es
sellada lateralmente mediante una tapa fija en la corona de la
cadena.
Si el ajuste está situado en uno de sus topes no se produce un
retardo de apertura, con lo que el árbol de admisión trabaja con el
máximo avance posible. Si el ajuste está situado en el otro de sus
topes, a causa de la entrada de aceite desigual en las dos cámaras,
obtendremos un avance de apertura menor y así un resultado óptimo
a la hora del llenado a bajo régimen.
Para controlar el llenado de una u otra cámara con la finalidad
de controlar regularmente el avance y, por tanto, el solape de las
válvulas, se emplea una válvula electrohidráulica de tres posiciones
(figura 4-011). [1]
FIG N° 4-011
109
Mediante esta válvula podemos controlar la presión de aceite
que tendremos en cada una de las dos cámaras (rotor y estator)
para hacerlas variar entre sí el ángulo que sea necesario en cada
momento en función del régimen.
La válvula solenoide hidráulica es designada como una válvula
de cuatro vías, que dependiendo de la unidad de control conecta una
de las dos líneas de comando, conecta una de las dos líneas (A/B)
con la presión de aceite proporcionada por la línea (P) y también
abre la otra línea para permitir el flujo de aceite hacia el cárter (línea
T). Si la línea A se presuriza con aceite, el ajustador se situará en la
posición de dirección de avance. Si la línea B se presuriza con
aceite, el ajustador se situará en posición de retardo de apertura de
las válvulas. En la posición central, ambas líneas de control estarán
cerradas y el árbol se mantendrá calado en la posición deseada.
Además, una posición intermedia entre las tres posiciones
descritas es regulable mediante la unidad de control. Esto no sólo
permite un proceso muy rápido, sino que también permite una mejor
estabilidad cuando queremos centrar la posición.
En el esquema (figura 4-012) podemos ver como la bomba de
aceite envía el aceite a presión desde el cárter hasta la válvula
solenoide hidráulica (con una válvula anti rretorno para asegurar la
presión en el sistema). La presión de aceite se envía mediante la vía
P. Desde esta vía P y tal y como se ha descrito anteriormente,
mediante el intercambio de las tres posiciones, se puede controlar la
posición de forma continua de variador de calado respecto al árbol
de levas.
110
FIG N° 4-012
Si tenemos la primera posición, se creará más presión en la vía
B, con lo que se llenará la cámara del rotor (figura 4-010)
provocando una diferencia de presión en aumento respecto a la del
estator (A). Esto provocará un movimiento de giro en la dirección 1
que hará que el retardo de apertura aumente hasta el tope de
máximo retardo. El aceite se vaciará por el estator (A) hacia la vía T
(retorno hacia el cárter).
Si por el contrario, tenemos la válvula en la posición opuesta, en
la que las vías no están cruzadas, el sistema creará presión en la vía
del estator (A), con lo que se producirá el efecto contrario. El aceite
se vaciará por el rotor (B) hacia la vía T (retorno al cárter).
4.2.2.2. ALZADO DE LAS VÁLVULAS
El sistema de ajuste del alzado de las válvulas consiste en unos
taqués de base plana (figura 4-013), conmutables, que son
accionados por presión hidráulica mediante una válvula
electrohidráulica de 3 fases y 2 vías. Dos perfiles de cámara son
empleados en el árbol de levas, es posible seleccionar los diferentes
111
perfiles seleccionando los taqués, así conseguiremos los diferentes
alzados. Estos taqués de base plana se montan en la admisión del
motor. Éstos consisten en dos taqués (uno montado dentro del otro)
que pueden hacerse solidarios mediante el empleo de un pequeño
bulón en el interior de estos. Una vez se aseguran entre sí, el taqué
interior entra en contacto con las levas de bajo perfil y el externo con
las de perfil agresivo. [1]
Fig. N° 4-013
1. Taqué exterior (altas rpm) 2. Taqué interior (bajas rpm) 3.
Muelle retornobulón 4. Bulón 5. Vástago de la válvula 6. Muelle de
válvula
Un muelle es instalado en el interior del taqué interior para
provocar el retorno en caso de tener una pérdida de presión de
aceite y conseguir que los dos taqués dejen de moverse de forma
solidaria.
112
El control de variación de apertura tiene un ajuste de 0 a 40º
que se complementa con este sistema. Cuando el motor se
encuentra cerca del régimen mínimo (ralentí) o cerca de este
régimen (figura 4-014), el control del motor optimiza su
funcionamiento accionando este sistema con máximo retraso de
apertura y con un alzado de válvula de 3,6 mm (al no haber presión
hidráulica que presione el bulón). Estos resultados también
favorecen el rendimiento con una menor superficie de fricción, un
decrecimiento de la pérdida de carga por las válvulas de escape y
con unos gases de las combustiones anteriores en la cámara para
una rápida combustión (mayor temperatura con baja carga).
Como el tiempo de apertura de las válvulas es variable, la carrera
mínima de las válvulas puede mantenerse a carga parcial para ser
optimizado el rendimiento mediante el control del solape de las
válvulas (aumentando el avance). [1]
FIG N° 4-014
En condiciones de plena carga (figura 4-015) se da un alto pico
de par y de potencia gracias a una baja pérdida en el proceso de
intercambio (finalización escape e inicio de la admisión) mediante
una gran precisión mecánica de los elementos. En estas condiciones
se actúa con el máximo avance de admisión y con la máxima
113
apertura de las válvulas, cuya carrera será, mediante el perfil de
altas revoluciones, de 11,2 mm.
Además, los tiempos de apertura y cierre también son
modificados (hay una mayor cresta en este grupo de levas) para
conseguir mayor entrada de aire y mejor evacuación de los gases de
escape.
Para comprender mejor cuando entra en funcionamiento el
sistema Variocam- Plus, en el siguiente gráfico de par y potencia
(figura 4-015) de un Porsche Turbo GT2 996 de 462 CV de potencia
(340 kW). [1]
Figura 4-015
Función de las rpm en 6ª.
Como podemos ver en este gráfico, en función de la carga
requerida, haremos actuar el alzado y tiempo de las válvulas tal y
como hemos descrito anteriormente. Si hacemos un alto
requerimiento de carga pisando el pedal con bastante recorrido, la
actuación de las levas de perfil agresivo no se hará esperar más allá
de las 1250 rpm (junto con un avance de apertura mayor controlado
por el CVCP). Si, por el contrario, no requerimos toda la carga
posible del motor (que determinará el par máximo que el motor podrá
114
entregar a cada momento) el sistema de avance se combinará con el
alzado variable de las válvulas para optimizar el rendimiento. En este
ejemplo hay que tener en cuenta que empleamos un motor Turbo de
altas prestaciones en las que la admisión puede ser forzada por el
alto empuje de presión de turbo. En un motor atmosférico, como en
el carrera (320 CV) encontraremos una curva de par diferente,
inferior y con una entrada del funcionamiento de alzado de las
válvulas más retardado a plena carga. El sistema del Turbo GT2 de
Porsche se destaca por ser diferente al atmosférico, siendo las
carreras de válvulas de 3 mm a bajo régimen y carga y de 10 mm a
plena carga.[1]
4.3. MIVEC
MIVEC (Mitsubishi Innovative sistema desincronización de
válvulas de control electrónico)es el nombre de marca de una
sincronización de válvulas variable (VVT) la tecnología de motores
desarrollada por Mitsubishi Motors. MIVEC, al igual que otros
sistemas similares, varía la sincronización de los árboles de levas de
admisión y escape que aumenta la potencia y el par de salida a
través de una amplia gama de revoluciones al mismo tiempo ser
capaz de ayudar aponer en cola un turbo compresor más
rápidamente.
4.3.1. LANZAMIENTO COMERCIAL
MIVEC fue introducido por primera vez en 1992 en su motor
4G92, un 1.597ccde aspiración natural de16 válvulas DOHC recta-4.
En el momento, la primera generación del sistema fue llamado
sincronización de válvulas Mitsubishi Innovative y control electrónico
de elevación. Los primeros vehículos que utilizan este fuera el portón
115
trasero Mitsubishi Mirage y el sedán Mitsubishi Lancer. Mientras que
el motor 4G92 convencional previsto145 CV(107kW143 CV)a 7000
rpm, el motor MIVEC equipado podría alcanzar175CV (129 kW; 173
CV) a 7500rpm. Mejoras similares se observaron cuando. La
tecnología se aplicó a laFTOMitsubishi1994, cuya parte superior-
spec variante GPX tenía una 6A121997 cc DOHCV6 de 24 válvulas
con una potencia máxima de 200 CV (147kW197CV) a 7500rpm. El
modelo GR Por lo demás idéntico motor no era MIVEC equipado,
produce170 CV(125kW168CV) a 7000 rpm por comparación.
Aunque inicialmente diseñado para mejorar el rendimiento, el
sistema ha sido posteriormente desarrollado para mejorar la
economía y las emisiones y se ha introducido en toda la gama de
vehículos de Mitsubishi, desde el coche ikei para el sedán de alto
rendimiento Evolution Lancer.
4.3.2. NUEVOS AVANCES DEL MIVEC
Nuevos avances han dado lugar a un sistema MIVEC que se
convirtió en una sincronización de válvulas variable continua y
también es el sistema VVT primero en ser utilizado en un motor
diesel de pasajeros coche.
Algunos tipos de potencia variable de válvula de control y
optimización de los sistemas de par mediante la variación de los
tiempos de apertura de válvula y / o la duración. Algunos de estos
sistemas de válvulas de control de optimizar el rendimiento a bajas
revoluciones y medio alcance. Otros se centran en mejorar sólo a
altas rpm de potencia. MIVEC sistema proporciona ambas ventajas
de la sincronización de válvulas de control y ascensor. El
funcionamiento básico del sistema MIVEC está alterando los perfiles
116
de leva y por lo tanto adaptar el rendimiento del motor en respuesta
a la entrada del controlador.
4.3.3. FUNCIONAMIENTO DEL MIVEC
En esencia, MIVEC tiene la misma función como "intercambio
levas", algo que los corredores de automóviles podría hacer cuando
la modificación de diseño antiguo motores para producir más
energía. Sin embargo, dichos canjes vienen con un compromiso - en
general, ya sea dando un mayor par a bajas revoluciones o más
caballos de fuerza de gama alta, pero no ambos. MIVEC logra
ambos objetivos. Con MIVEC, el "intercambio de leva" se produce de
forma automática a una velocidad fija del motor. El funcionamiento
del interruptor de leva es transparente para el conductor, que es
simplemente recompensado con un buen flujo de potencia.
Dos diferentes perfiles de levas se utilizan para proporcionar
dos modos de motor: un modo de baja velocidad, que consisten de
baja sustentación perfiles de leva, y un modo de alta velocidad. Las
levas de baja sustentación y balancines - que conducir válvulas
separadas de entrada - están situadas a cada lado de una céntrica
leva de alta sustentación. Cada una de las válvulas de admisión está
accionado por una leva de baja elevación y el balancín, mientras que
la colocación de una T-palanca entre ellos permite que las válvulas
de seguir la acción de la leva de alta sustentación.
A bajas velocidades, la sección del ala El T-palanca de flota
libremente, permitiendo que las levas de baja sustentación para
accionar las válvulas. Los balancines de admisión contienen pistones
internos, que son retenidos por los resortes en una posición bajada,
mientras que la velocidad del motor está por debajo del punto de
117
conmutación MIVEC, para evitar el contacto con los de alta
sustentación en forma de T palancas. A altas velocidades, la presión
hidráulica que eleva los pistones hidráulicos, causando que el T-
palanca para empujar contra el brazo oscilante, que a su vez hace
que la leva de alta sustentación operar las válvulas.
En resumen, MIVEC cambia al mayor perfil de la leva a medida
que aumenta la velocidad del motor, y cae de nuevo al menor perfil
de la leva a medida que disminuye la velocidad del motor. El
solapamiento de válvulas reducidos en modo de baja velocidad
proporciona ralentí estable, mientras que el tiempo de cierre
acelerado de la válvula de admisión reduce el flujo de retorno para
mejorar la eficiencia volumétrica, que ayuda a aumentar la
producción del motor, así como reducir la fricción ascensor. Modo de
alta velocidad se aprovecha el efecto de la ingesta pulsante creado
por la alta elevación el modo y el momento de cierre retardado de la
válvula de admisión. La reducción de la pérdida de bombeo
resultante de la superposición de válvulas más grandes produce una
mayor potencia de salida y una reducción en la fricción. Los modos
de baja y de alta velocidad se superponen durante un breve período,
aumentando la torsión.
A partir de la familia de motores 4B1, MIVEC ha evolucionado
hasta convertirse en una sincronización de válvulas variable continua
(CVVT) sistema (VVT dual de válvulas de admisión y escape).
Muchas implementaciones mayores sólo varía la sincronización de
válvulas (la cantidad de tiempo por vuelta del motor que el puerto de
admisión está abierto) y no el ascensor. El tiempo es continuamente
controlado independientemente para proporcionar cuatro de
funcionamiento optimizado del motor modos:
118
Bajo la mayoría de condiciones, para garantizar la máxima
eficiencia de combustible, solapamiento de las válvulas se
incrementa para reducir las pérdidas de bombeo. La sincronización
de la válvula de escape de apertura se retarda de relación de
expansión mayor, mejorando la economía de combustible.
FIG N° 4-016
Cuando se exige la máxima potencia (alta velocidad del motor y
la carga), la válvula de admisión se retrasa el momento de cierre de
sincronizar las pulsaciones de entrada de aire para el volumen de
aire más grande.
En condiciones de poca velocidad, la carga alta, MIVEC
asegura la entrega de par óptima con la válvula de admisión
sincronización de cierre avanzado para asegurar un volumen de aire
suficiente. Al mismo tiempo, la sincronización de la válvula de
escape de apertura se retarda para proporcionar una relación de
expansión mayor y una mejor eficiencia. Al ralentí, cruce de válvulas
se elimina a estabilizar la combustión.
119
4N1 familia de motores de Mitsubishi el mundo es la primera
característica de un sistema de distribución variable aplicado a los
motores diesel de automóviles de pasajeros.
FIG N° 4-017
4.3.4. LAS CARACTERÍSTICAS DELNUEVO SISTEMA
DEMIVEC– 1
Minimizar la pérdida de bombeo contribuye a la eficiencia de
combustible muy alto.
Con un motor de gasolina convencional, el volumen de admisión
de aire se controla mediante una válvula reguladora, aumentando la
resistencia de entrada de aire cuando un pistón desciende. El nuevo
motor MIVEC restringe esta resistencia de admisión de aire
mediante el control de la elevación de la válvula de admisión, así
como la válvula de apertura / cierre desincronización forma
simultánea y continua.
Así, el nuevo motor MIVEC mejora el consumo de combustible
mediante la reducción de la pérdida de bombeo durante la admisión
120
FIG N° 4-018
4.3.5. LAS CARACTERÍSTICAS DELNUEVO SISTEMA
DEMIVEC– 2
SOHC El nuevo motor MIVEC de alcance variador continuo de
fase y un ascensor.
El nuevo continuamente variable sistema de válvula de hacer
carrera de la válvula de elevación, la duración del tiempo de apertura
de válvula y abriendo la válvula de distribución continua y
simultáneamente variable a través de un eje de control (figura
inferior).
Con esta estructura mecánica de bloqueo, control cooperativo
de sistema hidráulico fase de distribución variable se hace
innecesaria. En consecuencia, el nuevo sistema MIVEC se puede
adoptar para la estructura SOHC simple.
En consecuencia, el MIVEC nueva cuenta de peso ligero y
compacto motor nuevo.
121
FIG N° 4-019
4.4. VVTL-i TOYOTA (CON ALAZADA DE VALVULAS Y
CALADO DE ARBOL DE LEVAS)
En 1998, Toyota comenzó a ofrecer una nueva tecnología,
VVTL-i, que puede alterar la elevación de la válvula (y la duración)
así como la sincronización de la válvula. En el caso del motor de 16
de la válvula 2ZZ-GE, el motor tiene 2 árboles de levas, uno
funcionando en las válvulas de admisión y otro funcionando en las
válvulas de escape. Cada árbol de levas tiene dos lóbulos por
cilindro, un lóbulo de bajas revoluciones por minuto RPM y uno de
altas revoluciones por minuto, alta elevación, lóbulo de larga
duración. Cada cilindro tiene dos válvulas de admisión y dos válvulas
de escape. Cada sistema de dos válvulas es controlado por un brazo
del eje del balancín, que es operado por el árbol de levas. Cada
brazo del eje de balancín tiene un seguidor del deslizador montado
al brazo del eje de balancín con un resorte, permitiendo que el
seguidor del deslizador se mueva hacia arriba y hacia abajo con el
lóbulo alto a fin de afectar el brazo del eje de balancín. Cuando el
122
motor está funcionando debajo de 6000 RPM, el lóbulo bajo está
haciendo que funcione el brazo del eje del balancín y así las
válvulas. Cuando el motor está funcionando sobre 6000 RPM, la
unidad de control electronico ECU, por sus siglas en inglés, activa un
interruptor de presión del aceite que empuja un perno que resbala
debajo del seguidor del deslizador en cada brazo del eje de balancín.
Esto en efecto, interrumpe al lóbulo alto que causa la alta elevación y
una duración más larga. Toyota ahora ha cesado la producción de
sus motores de VVTL-i para la mayoría de los mercados, porque el
motor no cumple las especificaciones Euro IV para las emisiones.
Consecuentemente, algunos modelos de Toyota se han
descontinuado, incluyendo el T-Deportivo de corolla (Europa),
Corolla Sportivo (Australia), Celica, el Corolla XRS, el Matriz XRS de
Toyota, y el Pontiac Vibe GT, que tenía el motor 2ZZ-GE equipado.
4.4.1. FUNCIONAMIENTO VVTL-i (TOYOTA)
El sistema de Toyota VVT-i controla el calado de la distribución,
pero ante la necesidad de hacer un sistema que mejorara las
condiciones de funcionamiento mediante una mayor regulación del
caudal (no sólo con el control continuo del cruce de las válvulas),
nació el sistema VVTL-i (“Variable Valve Timing and Lift”), en la
(figura 4-020), o lo que es lo mismo, Temporización de Válvula y
alzado Variable. El sistema de Toyota, igual que en otros sistemas
que inicialmente salieron al mercado en la década de los 90, en
busca de un gran rendimiento y una gran fiabilidad se basa en un
sistema sencillo, pero que a su vez comporta una gran complejidad
mecánica.
123
4.4.1.1. LA VARIACIÓN DELCALADO DEL ÁRBOL
DE LEVAS CON EL CONTROLADOR VVT-I
Mediante el control de la posición del árbol de levas con un
sensor (figura 4-019), la centralita controla el sistema VVT a partir de
unos parámetros de funcionamiento para regular el diagrama de
distribución. Además de esto, mediante parámetros como la posición
del acelerador, la temperatura del motor, las revoluciones del
cigüeñal y la posición de los árboles de levas, entra en
funcionamiento el nombrado sistema de control de alzado de las
válvulas.
Figura 4-020
4.4.1.2. EL SISTEMA DE CONTROL DE ALZADO
El sistema de control de alzado (figura 4-021) o “lift” se basa en
un patín que está siempre en contacto con una leva de larga
duración que lo comprime hacia abajo hasta la base del mismo. Este
movimiento no obliga a bajar aún más el sistema de patín más el
rodillo con balancín que se encuentra bajo la leva de corta duración
124
(bajo régimen), por lo que la carrera de las válvulas será de 4 mm
(provocado por las levas de bajo perfil y corta duración).
Figura 4-021
Cuando el régimen y la carga se ven incrementados, el salto en
el comportamiento del vehículo también se ve mejorado mediante el
paso de aceite a alta presión que se dirige hacia los patines,
controlado por una válvula solenoide hidráulica. Cuando la válvula
permite el paso de aceite hacia un árbol que alberga todos los
patines (situado bajo el árbol de levas), una chaveta deslizante toma
su posición en estado activo (presionada por el aceite) y se coloca
debajo del vástago del interior del patín. Al ser limitado ahora en
unos milímetros la bajada del vástago hacia el interior del mismo
patín, dicho patín, solidario con el balancín de la otra válvula y que
presiona directamente la válvula que está inmediatamente debajo,
provoca una mayor carrera de válvulas, así como un mayor tiempo
de apertura debido a su perfil más agresivo y con mayor ángulo de
cresta.
125
5. MULTIAIR DISTRIBUCIÓN VARIABLE ELECTRÓNICA
MultiAir es un sistema electro-hidráulico para el control dinámico
de las válvulas de admisión del motor desarrollado por Magneti
Marelli y montado en algunos automóviles de Fiat Group
Automobiles. Gestiona electrónicamente y de forma directa el aire
que entra en los cilindros. El sistema MultiAir permite controlar la
mezcla de carburante que se produce antes de la combustión lo que
redunda en una reducción del consumo, de las emisiones nocivas y
una mejora de las prestaciones del motor. En un primer momento se
aplicará en motores de gasolina pero en un futuro esta tecnología se
desarrollará para motores diesel. En 2009 se comercializó el primer
motor con esta tecnología en la variante 1.4 de gasolina del Alfa
Romeo MiTo.
5.1. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA MULTIAIR
La clave del sistema MultiAir es una nueva culata. Dentro de
ella se encuentra un solo árbol de levas que actúa directamente
sobre las válvulas de escape. Las de admisión son gestionadas por
unos actuadores electrohidráulicos. Todo el sistema está gobernado
por una centralita electrónica cuya función es cambiar el diagrama
de admisión en función a los parámetros óptimos para la mezcla.
Esto permite una gran versatilidad, ya que a diferencia de los
motores anteriores, con el sistema MultiAir se puede hacer trabajar
las válvulas a voluntad, independientemente de la posición del árbol
de levas. Adicionalmente permite prescindir de la mariposa de
admisión, lo que beneficia la libre circulación del aire por el conducto
de admisión, sin la problemática resistencia que provoca esta.
126
Entre las novedades más interesantes figura el sistema MultiAir de
Fiat. Consiste en la utilización de un solenoide o actuador eléctrico
que incide en la leva de accionamiento del árbol. Su misión es variar
la altura de la válvula de admisión e incluso puede hacer la apertura
dos veces en una misma fase. Con ello, se logra una ganancia del
15% en par, un 10% en potencia y una reducción de emisiones del
orden del 10%. Dirigido hacia la consecución de una eficiente
alimentación de combustible, Nissan presenta un sistema de
inyección dual para los motores de baja cilindrada. La intención es
ubicar un inyector por cada válvula de admisión a fin de reducir la
cantidad mediante dosis pequeñas, hasta un 60% de menor tamaño
en su atomización. Su ventaja es que no usa bomba de alta presión
como en los sistemas de inyección directa, lo que reduce el costo de
fabricación hasta en un 60%.La potencia de un motor depende,
directamente, de la cantidad de aire que entre a los cilindros. El
objetivo del fabricante es llenar siempre el cilindro al máximo. Por
otro lado, el motor tiene diferente capacidad de llenado dependiendo
del número de vueltas al que está girando. Cuanto más deprisa gira
el motor, mejor se llena. Hay un momento que es cuando el motor
prácticamente se llena al 100% que es cuando hablamos del par
motor máximo.Los requerimientos de los motores son muy
particulares y varían dependiendo de las circunstancias. Cuando
circulamos a bajas revoluciones se necesita que entre el aire deprisa
pero en poca cantidad mientras que, circulando a altas vueltas, se
necesita que entre mucho caudal de aire para desarrollar una buena
cantidad de potencia.
127
5.2. ELEMENTOS DEL MULTIAIR
5.2.1. SEGUIDOR DE RODILLOS
FIG N° 5-001
Los dos pasos del seguidor de rodillos de los balancines de
común acuerdo para cooperar con levas de alta elevación y de baja
elevación de un árbol de levas del motor. El conjunto de brazo
oscilante incluye un cuerpo seguidor para enganchar un ajustador de
válvula hidráulica y un vástago de válvula. Un pozo central contiene
un rodillo para seguir la central de baja elevación del lóbulo de la
leva. Montado de manera pivotante en el cuerpo son de alta
sustentación con seguidores laterales, incluidos controles
deslizantes o rodillos por los laterales. Siguiéndolos los lóbulos de la
leva de alta sustentación.
128
FIG N° 5-002
Un bloque de retención dispuesto sobre la superficie del cuerpo
es deslizable por medio de un pistón y el resorte entre las posiciones
primeras y segunda de participación y así alternativamente enclavar
y desenclavarlos los seguidores de alta elevación. En la posición
enganchada, el conjunto de brazo oscilante actúa en el modo de alta
sustentación; desenganchada en la posición, de el modo de baja
elevación.
129
5.2.2. PISTÓN HIDRÁULICO
FIG N° 5-003
Las partes esenciales del pistón hidráulico son:
a. La camisa cilíndrica b. Dos cabezales c. El pistón d. Soporte
e. El vástago f. Buje g. Guarnición
130
FIG N° 5-004
5.2.3. ELECTROVÁLVULA
FIG N° 5-005
La electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para
controlar el flujo de un fluido a través del conducto para la altura de
131
apertura de la válvula de admisión. La válvula está controlada por
una corriente eléctrica de poco voltaje a través de una bobina
solenoidal.
FIG N° 5-006
5.2.4. CONJUNTO DE VÁLVULA
Está compuesto por la válvula, el pistón del conjunto, el
ajustador mecánico de la válvula y un freno hidráulico, todas en una
unidad de funcionamiento.
132
FIG N° 5-007
a. Pistón hidráulico para la válvula
Los cilindros hidráulicos son unos de los elementos hidráulicos
que se encargan de convertir la potencia hidráulica en potencia
mecánica.
Como se puede apreciar, se forman 2 cámaras separadas que
son las que van a permitir que el cilindro hidráulico salga y entre de
acuerdo al flujo que le suministremos en cada cámara
133
FIG N° 5-008
b. Ajustador de Válvula
FIG N° 5-009
134
c. Freno hidráulico
El Freno hidráulico es el que aprovecha la acción
multiplicadora del esfuerzo ejercido sobre el aceite. Aplicando la
presión del líquido delante del pistón. Obligándolo a pasar – bajo
presión – a través de los otros conductos del conjunto valvular.
FIG N° 5-010
FIG N° 5-011
135
LA ACTUACIÓN DEL AIRE EN EL PROCESO DE ADMISIÓN.
Actuación de válvulas variable proporciona cinco fases posibles
de operación. Cada fase del árbol de levas ofrece ventajas únicas en
comparación con el funcionamiento normal.
Las cinco fases son:
a. LEVANTAMIENTO MÁXIMO
Cuando la variable de funciones de accionamiento de la válvula
en la fase de elevación completa, todo el ascensor lóbulo del árbol
de levas se transfiere a las válvulas de admisión. El lóbulo del árbol
de levas de admisión está diseñado con un ascensor muy agresivo y
el perfil de duración. Esto resulta en una buena potencia en los
rangos de revoluciones superiores con cargas elevadas. Este perfil
se utiliza muy poco en la conducción diaria.
FIG N 5-012
b. AL COMIENZO CIERRE DE LA VÁLVULA DE
ADMISIÓN.
A principios cierre de la válvula de admisión (EIVC). Cuando las
funciones variables actuación de la válvula en la fase de EIVC, la
136
elevación del lóbulo del árbol de levas se transfiere a las válvulas de
admisión al comienzo de la duración del ciclo de elevación. Sin
embargo, la conexión hidráulica entre el lóbulo del árbol de levas y
las válvulas se quita antes de que el lóbulo alcance la elevación
completa.
El momento exacto y la elevación pueden regularse de forma
continua para satisfacer las necesidades del conductor. EIVC
Proporciona el rendimiento del motor suave y más par a bajas
velocidades del motor
FIG N° 5-013
c. LA APERTURA DE LA VÁLVULA DE ADMISIÓN
La apertura de la válvula de admisión (LIVO). Cuando comienza
las funciones variables en la actuación de la válvula, en la fase de
LIVO, la elevación del lóbulo del árbol de levas no se transfiere a las
válvulas de admisión al comienzo de la duración del ciclo de
elevación. La conexión hidráulica entre el lóbulo del árbol de levas y
las válvulas se completa después de que el brazo basculante ha
comenzado ya a montar por la rampa del lóbulo del árbol de levas.
Cuando la conexión hidráulica se ha completado, la válvula de
admisión comenzará a abrirse. El momento elevación de la válvula
se puede variar infinitamente. En el perfil completo del lóbulo del
137
árbol de levas. Por lo tanto, siempre y cuando la conexión hidráulica
se completa antes de que el lóbulo del árbol de levas llegue a su
máxima elevación, alguna elevación de la válvula dará lugar. El perfil
de elevación del lóbulo del árbol de levas seguirá el perfil durante el
tiempo que el enlace hidráulico se ha completado .Al igual que EIVC,
el momento exacto de ascenso puede ser infinitamente variado para
satisfacer necesidades del conductor. LIVO .Proporciona emisiones
más bajas y una mayor eficiencia a cargas bajas o condiciones de
ralentí.
FIG N° 5-014
d. MÚLTIPLES ELEVACIONES
Múltiples Elevaciones, es una combinación de EIVC y LIVO
porque la conexión hidráulica entre el lóbulo del árbol de levas y las
válvulas de admisión se cierra temprano y luego volver a abrir más
tarde en el ciclo.
Esta elevación de la válvula crea una duración más prolongada
con una cantidad más pequeña de ascenso. El resultado es una
mayor velocidad de flujo de aire en el cilindro durante un periodo de
tiempo más largo. Múltiples ascensos puede ser utilizada en el
138
tráfico mixto de aceleración y deceleración con velocidades
moderadas del motor.
FIG N° 5-015
e. CERRADO
Cerrado. La fase cerrada simplemente deja cerradas las
válvulas de admisión por el lóbulo del árbol de levas.
FIG N° 5-0016
139
6. DESARMADO,INSTALACIÓNY MANTENIMIENTO
6.1. DESARMADO E INSTALACIÓNDEL CONTROLADOR
DEL SISTEMA VVTi
6.1.1. MANTENIMIENTO DEL CONTROLADOR DE
PIÑON DEL VTC DEL NISSAN.
a. Controlador despiezado ordenado y como se encuentra
montado
b. Esta es una vista como debe hacerse el desmontado
140
c. La arandela ondulada con la tapa superior y el forro de goma
d. Un resorte que hace subir a la parte inferior e helicoidales
e. La parte intermedia el numero de pernos y el tope
141
f. Este es el engranaje interior que esta unido al árbol de levas
g. Aquí se encuentra las huellas del desgaste que es la falla
h. Al utilizar el azul de Prusia sobre el engranaje hace nítido la
falla
142
143
6.1.2. MANTENIMIENTO DE LA VÁLVULA Y CAMARA
DEL CONTROLADOR HIDRAULICO DEL VVT-i
144
145
146
6.1.3. DESARMADO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA
VETC (HONDA)
147
6.1.4. DESMONTAJE DEL SISTEMA VARIOCAM
148
6.2. DESMONTAJE VANOS
149
150
151
152
153
154
6.3. MIVEC MITSUBISHI
155
156
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
157
1. Proyecto de Investigación; AUMENTO DEL RENDIMIENTO
VOLUMÉTRICO
2. Proyecto de Investigación; EL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
VARIABLE HONDA VTEC
3. Proyecto de Investigación; NUEVAS TECNOLOGÍAS
UTILIZADAS EN LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN
VALVULAR EN LOS MOTORES A GASOLINA PARA
VEHÍCULOS LIVIANOS
4. Proyecto final del Curso de Graduación: COMPENDIO DE LOS
SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN VARIABLE (SDV)
5. MANUAL TOYOTA COROLLA
6. MANUAL DE USO AUDI, Audi A5 3.2 V6 FSI Valvelift 8T
7. JAGUAR XF OWNER'S HANDBOOK
8. MANUAL TOYOTA YARIS
9. MANUAL PORSCHE Orientation guides in the Owner’s
10. FOREIGN SERVICE SERVICING TOYOTA’S VVT-I
COMPONENTS
REFERENCIA INFORMÁTICA - LINKOGRAFIA
158
www.espiritvtec.com
www.hotrod.com
www.vtec.net
www.honda.co.jp
www.leecao.com
www.mecanicavirtual.org
BIBLIOGRAFÍA
1.- Proyecto de Investigación; AUMENTO DEL RENDIMIENTO
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VOLUMÉTRICO, Manuel Toledano Abril, Crédito de síntesis C- 1212- Junio-2007, 2 CCS
2.- Proyecto de Investigación; EL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN VARIABLE HONDA VTEC, Rafael Nicolás Río de Vega. 2004
3.- Proyecto de Investigación; NUEVAS TECNOLOGÍAS UTILIZADAS EN LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN VALVULAR EN LOS MOTORES A GASOLINA PARA VEHÍCULOS LIVIANOS, Elaborado por: Marvin Lepiz Ugalde Instituto Nacional de Aprendizaje, INA, La Uruca, San José, Octubre del 2007
4.- Proyecto final del Curso de Graduación: COMPENDIO DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN VARIABLE (SDV), Luis Carlos Cabrera Rodríguez, Adrián Xavier Sigüenza Reinoso. Cuenca, 16 de noviembre del 2007
5.- MANUAL TOYOTA COROLLA, Martynn Randall © 2008 TOYOTA DO BRASIL. Haynes Publishing 2006© 2008 TOYOTA MOTOR CORPORATION
6.- MANUAL DE USO AUDI, Audi A5 3.2 V6 FSI Valvelift 8T, Comunicación de prensa Audi, Fernando Saiz Director de Comunicación y RR.EE Audi
7.- JAGUAR XF OWNER'S HANDBOOK, Publication Part No. JJM 10 02 40 122.Inglaterra 2011
8.- MANUAL TOYOTA YARIS, Capacitación Regional de Toyota Motor Corporation División de Las Américas 2006.Enero 2006Diseño Gráfico Nexgraf S.A. www.nexgraf.comImpreso por: ALBACROME S.A. de C.V.
9.- MANUAL PORSCHE Orientation guides in the Owner’s,Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG., Porsche, the Porsche crest, 911, Carrera, Targa. Printed in Germany, 2010
10.- FOREIGN SERVICE SERVICING TOYOTA’S VVT-I
COMPONENTS,Dan Marinucci. July 2010
160
161
ANEXOS
162
163
164
165
166
167
