Sistema de Admisión Variable

8/2/2019 Sistema de Admisión Variable

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Sistema de Admisión Variable El sistema de admisión variable se utiliza para mejorar la entrada de aire a los cilindros endependencia del régimen al que se encuentre el motor, mejorando directamente el par motor a

esos regímenes y en consecuencia las prestaciones de motor.Los colectores de admisión convencionales no disponen de la flexibilidad, con la que cuentanlos colectores de admisión variable, para adaptarse a los distintos regímenes del motor.Con los colectores de admisión convencionales se consigue un par motor elevado a un numerode revoluciones bajo o una potencia elevada para un numero de revoluciones alto, pero no seconsigue las dos condiciones a la vez, por eso la necesidad de un sistema eficaz para todos losregímenes de funcionamiento del motor.Los sistemas de admisión variable generalmente se util izan en motores con cuatro válvulas por cilindro para compensar la falta de par motor a bajo numero de r.p.m..Los tubos de admisión en motores con carburador o con inyección monopunto, necesitan, parauna distribución uniforme de la mezcla de aire-gasolina, tubos cortos individuales de iguallongitud para cada cilindro, lo que imposibilita diseñar un sistema de admisión variable optimopara estos motores. Al contrario en los motores con sistemas de inyección multipunto, donde elcombustible es inyectado en el tubo de admisión o directamente en la cámara de combustión

(inyección directa) a muy poca distancia delante de la válvula de admisión. En estos sistemaslos tubos de admisión transportan solo aire lo que permite un buen diseño de los tubos paramejorar la admisión de aire.

Las dimensiones de los tubos del colector de admisión deberían adaptarse al numero derevoluciones del motor. Lo ideal seria disponer de sistemas de aspiración ajustables encontinuo, en los que los conductos se alargaran y encogieran, para poder graduar la longitudde los tubos desde la válvula de admisión del motor hasta el colector. Estos sistemas de

aspiración ajustables en continuo son muy complicados, caros y difícil de fabricar.



En estos últimos años se han hecho grandes progresos. La marca Audi, por ejemplo, hasustituido en su motor V8 el múltiple de admisión con tubos variables de dos fases (tubo largo yestrecho para bajas r.p.m. y tubo ancho y corto para altas r.p.m.) por otro de tres fases. Hondatambién utiliza para sus motores V6 un sistema de aspiración de tres fases.

Pero ha sido BMW la que se atrevido, con la introducción de su motor de 8V con Valvetronic dela serie 7 (año 2001), el primer fabricante que instalo un sistemas de aspiración continuo. Estáformado por una carcasa de magnesio, a la cual también se han montado externamente lastoberas del combustible y de inyección. La geometría interna tan compleja del engranaje develocidad variable fabricado de material plástico solo pudo llevarse a cabo gracias a la altatecnología. La pieza compleja gira sobre rodamientos y experimenta torsión por medio de unservomotor eléctrico. La longitud de los tubos de admisión varia de 670 a 230 mm. Hasta 3500r.p.m. se mantiene, en principio, toda su longitud.



La mayoría de los fabricantes de automóviles no pueden permitirse tal inversión y, por motivoseconómicos, prefieren los múltiples de admisión con dos fases para diferentes longitudes ysecciones de los tubos de admisión. La forma que se elige para el conducto de aspiracióndepende tanto del modo de construcción del respectivo motor, como del numero de cilindros. El

numero de cilindros juega un papel importante, por cuanto que determina las forma deoscilaciones y la fuerza de las pulsaciones en el sistema de aspiración.

Podemos mejorar la admisión de aire teniendo en cuenta: y Las dimensiones de los tubos de la admisión: Los conductos de admisión para

instalaciones de inyección multipunto (fig, inferior), son independientes y se unen en undepósito colector (3), comunicado con la atmósfera a través de una mariposa de paso(4).La mejora de la admisión de aire depende de la longitud y configuración del tubo (2) yde las revoluciones del motor. Las aperturas de las válvulas de admisión crean un

movimiento de aire hacia el deposito (3), donde se produce la vuelta de los mismoshacia el cilindro a gran velocidad, por esta razón a estos tubos se les denominatambién como tubos oscilantes de admisión. Los tubos oscilantes de admisión anchosy cortos repercuten favorablemente en la admisión de aire a altas r.p.m.. Los tuboslargos y delgados mejoran la admisión a bajas r.p.m..



y La estructura o configuración de los tubos de admisión: dependiendo del numero decilindros del motor, se puede estructurar un sistema de admisión tal, que mejore laentrada de aire, aprovechando el efecto de la resonancia que se produce en losconductos de admisión. El sistema de admisión (fig, inferior) para un motor de 6cilindros en linea optimizado para aprovechar las ventajas del efecto de la resonancia,se configura uniendo los cilindros que t ienen iguales intervalos de encendido mediantetubos cortos (2), a un depósito común por cada grupo (3), estos depósitos comunicancon la atmósfera a través de un depósito único (5), y una mariposa de estrangulación

(6) le pone en contacto con la atmósfera, la conexión entre (5) y (3), se hace con unostubos de resonancia orientados (4), que aumentan la velocidad del aire.La separación de los depósitos (3), de los dos grupos de cilindros (A y B) con dos tubosde resonancia impiden que se solapen los fenómenos de flujo en dos cilindros vecinosen orden de encendido. Si el orden de encendido es : 1-5-3-6-2-4 no hay dos

admisiones seguidas dentro de cada depósito.



La clasificación de los modelos de admisión variable con los que nos podemosencontrar son los siguientes:

y Admisión variable por longitud del colector.Son generalmente los más usados, constan de dos longitudes distintas de conductoshacia el cilindro: una larga para regímenes bajos y otra corta para alto régimen. De estaforma se adapta la frecuencia de entrada del aire tanto para regímenes bajos comoaltos. A medida que aumenta el régimen (numero de r.p.m.) debería disminuir la longitud yaumentar el diámetro de los conductos, de manera que se mantenga la inercia de losgases sin producir perdidas de carga.

Para conseguir una admisión variable por longitud del colector se utilizan unasmariposas, controladas electrónicamente, que regulan el paso de aire o de la mezclaeligiendo el conducto de admisión largo o corto (2 fases) según sea el numero de r.p.m.del motor.

y Admisión variable por resonanciaEsta basada en el fenómeno vibratorio del aire de admisión, provocado por la aperturade las válvulas de los diferentes cilindros del motor, en el colector de admisión.La frecuencia de entrada de los gases dependerá de la longitud y sección del colector ylas pulsaciones originadas en los mismos facilitarán su entrada al interior de loscilindros a una presión mayor que la atmosférica. Las ondas de presión y depresión sedesplazan por el interior de los conductos con una frecuencia que varia con el régimendel motor.

Las dimensiones del colector de admisión determinan que a cierto numero de r.p.m. del

motor la frecuencia de las oscilaciones producen un efecto de sobrealimentación de loscilindros por resonancia.Pero, para que la resonancia sea efectiva, los pulsos del aire que se desplazan por loscolectores, tienen que llegar sincronizados ,"en fase", con la apertura de las válvulas deadmisión del motor.Como las válvulas de admisión de cada pistón accionadas por el árbol de levas seabren y cierran secuencialmente y sus tiempos de cierre y apertura van variando en

función de la velocidad de giro, así como varían la compresibilidad del aire y lasfrecuencias pulsantes, para mantener siempre sincronizada la entrada de los pulsos esnecesario ir variando la geometría de los colectores (longitud y diámetro) en función de



la velocidad de giro del motor.Si se incorpora un dispositivo que varia tales dimensiones, se conseguirá mejorar elllenado a diferente número de revoluciones. Este sistema funciona añadiendo una tomaadicional de aire a cada cilindro con un mando de mariposa que abra a alto régimen,

puesto que se mejorará la entrada de aire de admisión.

Sistema de admisión variable por longitud del colector La expresión "por longitud del colector" no tiene por que ser siempre la variación de la longituddel colector también se puede variar el diámetro del colector como veremos en el ejemplosiguiente.Los motores en linea de 4 cilindros ofrecen la posibilidad de desarrollar los colectores deadmisión que cumplan las características de los sistemas de admisión variable, con cuatrotubos articulados de igual longitud que desembocan en la mayoría de los casos formando un

ángulo recto en un colector, en cuyo extremo abierto se sitúa la pieza de conexión para laválvula de mariposa.



En los motores de 4 válvulas por cilindro, tenemos 2 válvulas de admisión, por lo que podemosutilizar en vez de un conducto de admisión por cada cilindro, 2 conductos, uno para cadaválvula de admisión. Uno de los conductos estará controlado por una válvula mariposa, paracortarlo a bajas r.p.m. y abrirlo a altas r.p.m.. Para poder funcionar con un inyector por cilindro,se realiza una pequeña abertura en la pared de separación entre ambos conductos justo antesde llegar a las válvulas de admisión. La marca Toyota utiliza este sistema y lo denomina T-VIS(Toyota Variable Induction System), a bajas r.p.m., solo esta abierto un conducto, para darlevelocidad a la entrada de aire a los cilindros. A partir de 4650 r.p.m. se abre la mariposa delsegundo conducto de cada cilindro, por lo que tenemos la máxima sección para la entrada deaire.



En la figura inferior podemos ver como seria un sistema de admisión variable por longitud decolector para un motor en "V".



La admisión variable por longitud de colector, ademas de aprovechar la velocidad del aire paraconseguir una mezcla mas homogénea y completa, también puede aprovechar lascaracterísticas acústicas de los conductos de admisión, consiguiendo un efecto desobrealimentación del motor. Para conseguir este efecto de sobrealimentación, los conductosdel colector tienen que tener un diseño muy estudiado y adaptado a la cilindrada del motor y alnumero de r.p.m. del mismo. Este diseño no siempre es posible ya que es costosoeconomicamente su fabricación y hay ocasiones, en que falta espacio en el vano motor.Un colector que aprovecha tanto la característica de las dimensiones del colector como undiseño adecuado para beneficiarse de las características acústicas del mismo, es el utilizado

por la marca Citroen, en sus motores multiválvulas. Este sistema de admisión se denomina ACAV (Admisión de Características Acústicas Variables). Este sistema de admisión permitemediante cuatro trampillas internas (4) obtener dos longitudes y diámetro de colectoresdiferentes. Estas trampillas se accionan neumaticamente (5) por medio de una electroválvulaque corta o permite el paso del vacío que actúa sobre las cápsulas de vacío (5). Cuando elrégimen del motor esta comprendido entre 1000 y 5000 r.p.m., la electroválvula es activada, lastrampillas están cerradas y el aire recorre el colector mas largo (3), de forma que favorece elpar. Cuando el régimen es superior a las 5000 r.p.m., la electroválvula corta el vacío, la

trampilla se abre y toma el conducto mas corto (2) a fin de favorecer la potencia máxima.



También se utilizan sistemas de admisión variable para motores de inyección directa degasolina. En este caso no se busca tanto, el mejor llenado de los cilindros, sino la misión decrear un flujo de aire que se adapte a los modos de funcionamiento (mezcla estratificada,mezcla homogénea) de los motores de inyección directa.

Chapaleta en el colector de admisión accionada En los modos estratificado y homogéneo-pobre y en partes del modo homogéneo se acciona lachapaleta (válvula mariposa) en el colector de admisión y se cierra el conducto inferior en laculata.Debido a ello el aire de admisión fluye únicamente a través del conducto superior hacia el



cilindro. Este conducto está diseñado de modo que el aire de admisión ingrese describiendouna turbulencia cilíndrica. Adicionalmente aumenta la velocidad de flujo a través del estrecho

conducto superior, intensificando la formación de la mezcla. Esto tiene dos ventajas

y En el modo estratificado, el flujo cilíndrico del aire transporta el combustible hacia la

bujía. En el trayecto hacia ésta se realiza la formación de la mezcla. y En el modo homogéneo-pobre y en partes del modo homogéneo, el flujo de turbulencia

cilíndrica del aire respalda la formación de la mezcla. De esta forma se consigue unaalta capacidad de ignición de la mezcla y una combustión estable, así como unfuncionamiento con mezcla pobre.

Esto supone dos ventajas:

Chapaleta en el colector de admisión no accionada Al funcionar a cargas y regímenes superiores en el modo homogéneo no se acciona la

chapaleta en el colector de admisión, con lo cual se encuentran abiertos ambos conductos.Debido a la mayor sección de paso del conducto de admisión, el motor puede aspirar la masade aire necesaria para la entrega de un par más intenso y una alta potencia.

Sistema de admisión variable por resonanciaEl funcionamiento de una admisión variable resonante es como la que hemos explicadoanteriormente, la única diferencia es que en vez de tener dos depósitos (3) ahora tenemos unsolo deposito dividido en dos partes por una válvula mariposa resonante (7, en la figurainferior). En la admisión variable resonante existe una combinación de los sistemas de tubo deresonancia y de tubo oscilante. Cuando la válvula mariposa resonante esta abierta (altas

r.p.m.) el deposito (3) se convierte en un solo volumen. Se origina entonces un colector de airepara los tubos oscilantes de admisión cortos (2).Cuando el régimen del motor es bajo (r.p.m. bajas) la válvula mariposa resonante esta cerrada,entonces el sistema se comporta como un sistema de admisión resonante.



Utilizado principalmente en motores en "V", motores de cilindros horizontales "boxer" y tambiénen motores en linea con 6 o mas cilindros.En motores de mas de 4 cilindros, por ejemplo los de 6 cilindros, el efecto de sobrealimentaciónpor resonancia se ve disminuido porque las pulsaciones de las válvulas al abrir y cerrar secompensan entre ellas en el colector. Sin embargo el sistema de admisión por resonanciafunciona de forma optima para motores de 3 cilindros, porque en ese caso una válvula de

admisión se cierra, cuando la otra justo empieza a abrirse. Para aprovechar las ventajasmencionadas en los motores de 3 cilindros, en los motores de 6 cilindros se divide el colector de admisión por la mitad mediante una válvula mariposa, trabajando el motor ahora como sifuera dos motores de 3 cilindros.Esta solución se da por ejemplo en el motor de los Opel Omega 3000 y Senator, con el sistema

de admisión "DualRam".

Sistema Dual Ram de Opel Por medio de un tubo de aspiración adecuado con una válvula de mariposa conmutable sedivide el motor de 6 cilindros, en 2 motores de 3 cilindros cuando las r.p.m. son bajas, con estose consigue un par motor elevado. A partir de aproximadamente 4000 r.p.m. se abre la válvulade mariposa y el modo de funcionamiento se modifica volviendo el motor a trabajar como un 6

cilindros, con esto se genera una potencia elevada. Dependiendo de la conformación y delajuste del sistema de aspiración, puede producirse otro incremento de potencia para unnumero de r.p.m. muy elevado, si se vuelve a cerrar la válvula de mariposa a partir de

aproximadamente 6000 r.p.m..



Sistema VarioRam de Porsche Porsche utiliza en su modelo 964 Carrera un sistema de admisión resonante combinado conunos conductos oscilantes de admisión de longitud variable, que tienen tres estados de

funcionamiento según sea el numero de revoluciones del motor. Las tres fases de funcionamiento son:

y Hasta las 5000 r.p.m., la parte resonante del colector de admisión esta cerrado por laválvula mariposa (4).

y De 5000 a 5800 r.p.m., se abre la válvula mariposa (4) entrando en funcionamiento laparte resonante del colector de admisión dividiendose el motor en dos motores de 3cilindros por la válvula mariposa (3).

y A partir de las 5800 r.p.m., se abre la válvula mariposa resonante (3), ahora el colector ya no se divide en dos, ahora es uno solo para los 6 cilindros.



Los colectores de admisión del Porsche Boxster están moldeados con material plástico,además de ser más fáciles de fabricar, son mas económicos. Pesan menos que los metálicosde fundición y el flujo de aire que circula por su interior es mas uniforme.La baja conductividad térmica del plástico contribuye a que no se calienten con el calor que

emite el bloque del motor y por tanto el aire llega más fresco a los cilindros.



La marca BMW utiliza para el motor en linea de 6 cilindros del M5, 3,6 litros 315 CV, un sistemade aspiración con una válvula mariposa interna adicional. De ese modo, se aprovecha el efectode la llamada sobrealimentación por oscilación resonante de la admisión, gracias a la cual sepueden mejorar la potencia y el par motor, si bien esto sólo es así dentro de un margen derevoluciones estrecho.



Otro modelo de admisión resonante de BMW, en este caso se trata de un: sistema deaspiración "diferenciado", utilizado en el motor de 6 cilindros y 3 litros de BMW (M54), con

sistema de resonancia y alimentación de aire de turbulencia. Este sistema de admisión sedivide en dos sistemas completamente diferentes: para altas r.p.m. y plenas cargas dispone deun sistema de admisión resonante con una válvula mariposa que regula las dimensiones delcolector de admisión adaptandose al nº de r.p.m. del motor.Para bajos regímenes del motor (bajas r.p.m.) existe un sistema de admisión completamenteseparado del resonante, que dispone de un control propio (válvula reguladora de turbulencia) ysecciones transversales reducidas, así como unos calibres de turbulencia que aumentan la

velocidad del flujo del aire cuando entra en los cilindros.



En las siguientes figuras se ve como estan configurados la camara de combustión y la culata.

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