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Distribución variable
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Distribución
variable
Sistema que permite modificar los ángulos de apertura de las válvulas
para aumentar el tiempo de llenado y vaciado del cilindro cuando el motor gira
alto de vueltas y el tiempo disponible para ello es menor. Estos sistemas permiten
utilizar el tiempo óptimo de apertura y cierre de las válvulas
a cualquier régimen de giro del motor. Según el fabricante del
sistema se utilizan diferentes soluciones que modifican el calado de los árboles
de levas, hacen actuar otra leva a altas revoluciones o modifican por medio
de excéntricas la posición del árbol de levas sobre sus
apoyos.
Hay dos sistemas fundamentales a la hora de variar la distribución.
1.- Variación de la alzada de válvula, con ello se consigue modificar
simultáneamente el avance y cierre de la válvula, además
de disminuir el área de paso de los gases frescos.
2.- Desplazamiento del árbol de levas con respecto al cigüeñal.
De la combinación de estos dos movimientos es posible ajustar cada uno
de los ángulos de manera independiente al valor deseado.
Convertidores
de fase
Es posible adaptar el diagrama de distribución de un motor para conseguir
un buen compromiso entre las exigencias de empuje a bajos regímenes y
elevado rendimiento volumétrico (buen llenado de la cámara) a
altos regímenes utilizando un variador de fase. Los hay de varios tipos,
pero 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 centralita del motor, de forma que
la presión del aceite en el mecanismo variador de fase permite ese desacoplamiento
de unos grados en el árbol. Los perfiles de las levas (alzada) propiamente
dichos y, con ello, también la carrera de la válvula no se modifican.
Para un rendimiento eficaz de este sistema basta con modificar los tiempos de
distribución de las válvulas de admisión. Los ensayos realizados
han demostrado que una modificación de los tiempos de distribución
de las válvulas de escape no aportan una mejora significativa.
La utilización de convertidores de fase, normalmente, solo se hace en
motores con dos árboles de levas en cabeza (DOCH), tal y como los encontramos
en motores multivalvulas. 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 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 alcanzan motores multiválvulas y, por tanto, demuestra
como a pesar de usar un motor de 2 válvulas se consigue unos valores
de potencia elevados.
El elemento
mas importante del "variador de fase"es el actuador electro-hidráulico
acoplado al engranaje que arrastra en rotación al árbol de levas
de las válvulas de admisión. Este actuador permite dar al mismo
árbol dos posiciones angulares diversas y, por lo tanto, variar los tiempos
de apertura de las válvulas de admisión. Su regulación
está dirigida por el microprocesador del sistema electrónico de
gestión del motor y que en este caso es la centralita que gestiona tanto
el sistema de inyección como de encendido BOSCH Motronic.
La lógica de actuación de la variación de fase se establece
de antemano, de manera tal que el cruce de válvulas -es decir, esa fracción
del ciclo de funcionamiento del motor durante la cual están abiertas
de manera simultánea las válvulas de admisión y de escape-
se reduzca a los regímenes bajos y con poca carga, y aumente en los regímenes
altos y en caso de fuerte solicitación de potencia.
De ese modo se obtienen los siguientes resultados:
- En los regímenes altos y medio-altos y en caso de fuerte demanda de
potencia (puesta en fase normal), llenado óptimo de los cilindros y,
por lo tanto, máximo de la potencia y del par.
- En los regímenes bajos y medio-bajos y con reducidas cargas (puesta
en fase atrasada), regularidad óptima de funcionamiento y reducción
de los consumos específicos.
- En todos los regímenes, reducción al mínimo de las emisiones
que contaminan.
En el convertidor de fase normalmente se regulan hacia adelante o hacia atrás
los árboles de levas de admisión durante el funcionamiento alrededor
de 10º a 20º con 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 que las cadenas de distribución (o correa de distribución)
discurra a lo largo de los 2 árboles 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
simultáneamente 4 parámetros importantes 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.
Hay dos procedimientos de regulación que se utilizan hoy en día
en los convertidores de fase que dependen de la carga y del numero de revoluciones.
Vamos a explicar todo esto tomando el ejemplo del motor V6 de 24 válvulas
de Mercedes.
- En la marcha en vacío y para la zona inferir de la carga parcial, el
árbol de levas de admisión esta atrasado, lo cual da como resultado
una calidad elevada de la marcha en vacío y un buen comportamiento de
respuesta.
- Como muy tarde a 2000 r.p.m. se produce la posición adelantada del
árbol de levas de admisión a 34º del ángulo de calado
respecto al cigüeñal, para conseguir el incremento deseado del par
motor.
- Algo por encima de 5000 r.p.m. se produce la posición atrasada del
árbol de levas de admisión, para mantener la potencia elevada
hasta el régimen de revoluciones máximo (7000).
En el motor V8 de 5 litros de Mercedes se utiliza la regulación del árbol
de levas, incluso, para la limitación de la potencia, dependiendo de
la velocidad de conducción: a una velocidad de 250 km/h pasan ambos arboles
de levas de admisión de nuevo a la posición adelantada.
La desventaja que muestran los convertidores de fase sencillos es que los perfiles de levas y, por tanto, las curvas de elevación de las válvulas se mantienen. Se han realizado diferentes ensayos para tratar de eliminar este defecto por medio de perfiles cónicos de levas (figura inferior). La utilización de levas cónicas en el árbol de levas requieren debido a la forma de las levas, de un segmento de ajuste entre el fondo del empujador y la leva. La torsión del árbol de levas se produce por medio de un dentado helicoidal entre el árbol de levas y su corona de arrastre. La distribución de la presión del aceite para el desplazamiento del árbol de levas la proporciona un regulador que actúa debido a la fuerza centrifuga.
Sistema
VANOS
Este sistema no deja de ser un convertidor de fase aunque tenga una denominación
distinta. VANOS son las siglas de Variable Nockenwellen Steuerung
(separación variable del árbol de levas) que es un sistema de
distribución variable empleado por la marca BMW. Consiste en desplazar
el calado del árbol de levas utilizando la presión del aceite
del sistema de engrase. El sistema aumenta el cruce de válvulas cuando
el motor gira a altas revoluciones. El adelanto o retraso del árbol de
levas con respecto al cigüeñal dependerá de las condiciones
de funcionamiento del motor (carga, r.p.m. y temperatura).
Por medio de una gestión electrónica del motor y también
de un electroimán se conecta una válvula distribuidora 4-2 (4
vías, 2 posiciones), para lo cual un pistón hidráulico
admite alternativamente presión del aceite del motor y se mantiene en
sus dos posiciones iniciales posibles por medio de topes mecánicos. En
el pistón se encuentra un eje dentado montado sobre rodamientos de baja
fricción, que transforma la carrera del pistón por medio de un
dentado helicoidal en un giro del árbol de levas con relación
a la rueda dentada accionadora. El margen de ajuste es de 25º del ángulo
de calado con respecto al cigüeñal. Gracias al sistema VANOS se
ha logrado reducir el tiempo de apertura de las levas de admisión de
240º a 228º, sin reducir por eso el rendimiento máximo del
motor. Esta medida tiene, ante todo una ventaja con respecto a la calidad en
marcha en vacío.
Un sistema mas complejo utilizado por BMW para motores de 3 litros de cilindrada,
es el que permite cualquier posición intermedia del árbol de levas
de admisión dentro de un ámbito total de regulación de
42º. La regulación del vehículo para una velocidad máxima
de 250 km/h también se produce por medio de este sistema.
El sistema de accionamiento que utiliza el aceite a presión para su funcionamiento
cuenta con un sistema propio que trabaja con una presión de 100 bar y
también dispone de un depósito de aceite. La bomba de aceite de
alta presión esta integrada en la unidad de regulación y se acciona
por medio del árbol de levas de escape. La presión elevada del
aceite es necesaria, para mantener el pistón regulador, que realiza la
torsión de la rueda dentada hacia el árbol de levas de admisión
por medio de un dentado helicoidal, en cualquier posición intermedia
con seguridad. Para ello se requieren también 2 válvulas de mando
electromagnéticas, así como 2 ruedas con marcas para la posición
de los árboles de levas con sus correspondientes indicadores de posición.
La información necesaria para la regulación procede de un mecanismo
de mando propio del motor.
Con el paso del tiempo BMW incorpora la tecnología del sistema de decalador variable a los dos arboles de levas, es decir, al de admisión y también al de escape. Se regulan en continuo los árboles de levas de admisión y de escape dentro de un campo amplio, lo que provoca una elevada potencia especifica y al desarrollo homogéneo del par motor. El sistema VANOS doble o también denominado Bi-VANOS es la denominación que se da al sistema que acabamos de explicar con regulación en ambos arboles de levas (admisión, escape).
Pulsa sobre la imagen para verla mas grande
Porsche:
utilizo en sus modelos 968 y en las primeras series del 996 Carrera un sistema
(Variocam) para variar los tiempos de distribución un tanto peculiar.
El mecanismo hidráulico controlado por la unidad electrónica de
control según el régimen de vueltas del motor empuja con dos patines
y abre la cadena, que mueve los árboles de levas, provocando su desplazamiento
y por lo tanto se produce un reajuste del los tiempos de apertura y cierre de
las válvulas de admisión. Al reducir el número de vueltas
del motor los muelles repliegan el mecanismo de empuje de la cadena a su posición
inicial. Este dispositivo se monta sobre una distribución de 4 válvulas
por cilindro y se complementa con un sistema de distribución variable.
Si quieres ver una animación de este sistema haz
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Este sistema de distribución variable es controlado por una señal eléctrica que envia la centralita de inyección (ECU) hacia un actuador que empuja unos patines que tensan la cadena de distribución. La regulación de la distribución se hace siguiendo unos parametros:
Este sistema de distribución cambia el momento en que abren y cierran las válvulas de admisión pero el ángulo total de apertura permanece invariable. Las valvulas de escape cuyos tiempos de distribucion permanecen constantes, tienen un adelanta a la apertura de escape (AAE) de 31º y un retraso al cierre de escape (RCE) de 1º.
Audi A3
1.8l 5V y 2.8 V6: este motor utiliza un sistema parecido al anterior donde
se varian los tiempos de distribución actuando sobre el árbol
de levas de admisión.
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