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Alzado variable de las válvulas de admisión AVVA
La mariposa de gases produce laminado del aire con aperturas parciales que altera la uniformidad del paso y los efectos de turbulencia, imagen 14.10.
El laminado es como una división del flujo de aire por capas.
Si la inyección es indirecta la mezcla aire y gasolina tarda más en homogeneizarse antes de entrar en los cilindros, y si es directa la disociación de las capas de aire también dificulta la mezcla con la gasolina dentro del cilindro.
Pero en el motor de gasolina es imprescindible adaptar el paso de aire para mantener el dosado 15.
Una solución es recurrir al llenado variable prescindiendo de la mariposa de gases, bueno se mantiene, pero permanece abierta con el motor en marcha, y regular el paso de aire por la variación de alzado (apertura) de las válvulas de admisión.
Alzado variable, imagen 14.11
- En el sistema de alzado variable de las válvulas se intercala entre el árbol de levas de admisión ALA y las válvulas un conjunto para variar el recorrido de apertura.
- En las imágenes se hace por un motor eléctrico ME que mueve una corredera CR que incide sobre una leva LV que acerca o aleja un balancín intermediario BI del mando de la válvula MV.
- Según las RPM y carga del motor así será el alzado de las válvulas de admisión, controlado electrónicamente.
Alzado variable con motor a ralentí, imagen 14.12 izquierda
- A ralentí la mariposa está abierta, no hay laminado, y las válvulas de admisión abren muy poco reduciendo el paso de aire.
- La forma toroidal de entrada del flujo de aire alrededor de las válvulas propicia turbulencias que benefician la homogeneidad de la mezcla, tanto en inyección indirecta como directa.
Alzado variable a altas RPM, imagen 14.12 derecha
- Según se va acelerando el control electrónico del alzado variable va adaptando el sistema para que las válvulas de admisión vayan abriendo más y así mantener el dosado 15.
- Las turbulencias siguen colaborando para permitir más rápida homogeneización de la mezcla.
- Con inyección directa también aporta mejoras en el control de la mezcla, incluso con dosados pobres.
Los beneficios del alzado variable de las válvulas de admisión se enmarcan en mejorar el consumo y contaminación más que en favorecer el llenado de los cilindros.
Sus aportaciones son buenas en el motor de gasolina y menos en el diésel, aunque se utiliza en algunos motores de gasóleo por la mejor turbulencia de entrada del aire, que mantiene la zona caliente en el entorno de inyección.
Se utilizan también sistemas que combinan las dos funciones de distribución de fase variable y alzado variable, consiste en disponer de dos levas para cada válvula, desfasadas en ángulo y con diferente alzado.
Mediante un sistema de corredera se selecciona la leva que acciona las válvulas de admisión según las RPM y condiciones de marcha del motor, en la siguiente página se ve esta aplicación entre otras.
Aplicación de la distribución de fase variable DFV y alzado variable de las válvulas de admisión AVVA
Como resumen de la distribución de fase variable DFV y el alzado variable de las válvulas de admisión AVVA vemos aplicaciones prácticas.
DFV y AVVA independientes, imagen 14.13
- Este sistema dispone de variación angular de fase de distribución en el extremo del árbol de levas DFV, en este motor es en los dos, admisión y escape.
- Actúa como se ha explicado por presión de aceite y control electrónico.
- El alzado variable de las válvulas de admisión AVVA se hace mediante un sistema intermediario similar al explicado que es accionado por un motor eléctrico y controlado electrónicamente.
DFV y AVVA por cambio de levas, imagen 14.14
- En este sistema cada válvula dispone de dos levas; una con menos alzado y apertura más tarde para bajas/medias RPM y otra con mayor alzado y que abre antes.
- El paso entre las dos posiciones se hace mediante un sistema de corredera en el árbol de levas, por presión de aceite y control electrónico.
- Se puede contar además con distribución de fase variable que actúa con las dos levas como complemento para mejorar la eficacia.
DFV y AVVA conjuntos, imagen 14.15
- En este motor la distribución de fase y el alzado variables en admisión son controlados conjuntamente por un sistema ubicado en el extremo del árbol de levas y un mecanismo intermediario entre el árbol de levas y las válvulas
Colector de admisión de geometría variable CAV
Por el colector de admisión pasan los gases hacia el motor.
La forma, longitud y sección de los colectores de admisión influye en la facilidad de paso y las secuencias de resonancia.
A bajas RPM las válvulas abren más tarde y si los gases de admisión por los efectos de rebote, resonancia, retornan antes de que abran las válvulas no se aumenta el llenado.
Se compensa con un colector de admisión largo y estrecho que retarda el retorno o rebote de la masa de admisión.
A altas RPM las válvulas abren más rápido y sería interesante que los gases rebotasen antes hacia estas para incrementar el llenado, haría falta un colector más ancho y de corto recorrido.
Se pueden lograr los dos efectos con colectores de admisión que tengan ambas geometrías.
Para que los gases circulen por el recorrido adecuado según las condiciones de marcha se incorporan unas mariposas que seleccionan el paso por cada colector, mariposas de recorrido.
Colector de admisión variable a bajas RPM, imagen 14.16
- La mariposa de gases está poco abierta y las mariposas de recorrido de control de paso por el colector ancho y corto cerradas.
- La masa de admisión ha de seguir el recorrido por el colector de admisión más largo y estrecho, retardando su llegada a las válvulas y aumentando las turbulencias durante el tránsito, haciendo coincidir la resonancia a bajas RPM con la apertura de las válvulas.
- Se logra mejorar el llenado desde bajas RPM.
Colector de admisión variable a altas RPM, imagen 14.17
- Según se va abriendo la mariposa de gases también lo hacen las mariposas de recorrido del colector corto y ancho, reduciendo el tiempo de rebote de la masa de admisión que coincide con la apertura de las válvulas y las turbulencias se incrementan por la mayor velocidad de tránsito de la masa de admisión.
- Durante un margen de RPM los gases pasan por ambos colectores cuando las mariposas de selección de recorrido están parcialmente abiertas.
- El accionamiento de las mariposas de recorrido puede ser neumático o electrónico, este es más preciso.
Los sistemas de llenado variable; distribución de fase, alzado de las válvulas y colector de admisión se pueden utilizar conjuntamente para optimizar el llenado del motor en la búsqueda de menos consumo y contaminación manteniendo o incluso incrementando las prestaciones, esto último con la inestimable aportación de la sobrealimentación.
Aplicaciones del colector de admisión variable CAV y distribución de fase variable DFV
En los tres automóviles de las imágenes 14.18, 14.19 y 14.20 se representan estas opciones de distribución y colector de admisión variables:
Imagen 14.18
Es un motor delantero longitudinal de seis cilindros en línea sin distribución de fase variable SDFV, y el colector de admisión es de geometría fija CAF.
Imagen 14.19
Motor de cuatro cilindros en línea delantero transversal con distribución de fase variable en admisión DFVA.
Tiene colector de admisión de geometría variable CAV y está funcionando a bajas o medias RPM al estar las mariposas de recorrido del colector ancho cerradas.
Imagen 14.20
Motor de cuatro cilindros delantero transversal con distribución de fase variable en escape y admisión DFVEA.
Dispone de colector de admisión de geometría variable CAV y está el motor a altas RPM, pues están totalmente abiertas las mariposas de recorrido del colector ancho.
Curvas de par y potencia con distribución de fase variable DFV, alzado variable de válvulas de admisión AVVA y colector de admisión de geometría variable CAV
Imagen 14.21
Al adaptar la resonancia a las condiciones de marcha del motor se logra que la curva de par sea más plana, con mejor respuesta del motor en un amplio margen de RPM.
Es una excelente solución para compensar las carencias a bajas RPM de los motores multiválvulas.
Con la DFV y el CAV se logran mejoras en la curva de par y en consecuencia también en la de potencia.
Con el AVVA se ayuda algo, pero su mejor baza es reducir consumo y contaminación, favoreciendo el rendimiento del motor.
Estas tecnologías son especialmente adecuadas para motores multiválvulas por su diferente resonancia a bajas y altas RPM a causa del mayor tamaño de los colectores, pero también aportan ventajas en motores con dos válvulas por cilindro, de hecho es en estos motores donde se comenzaron a utilizar, sobre todo la distribución de fase variable en admisión, generalmente la variación de fase no era continua, como ha sido después, se disponían de dos o más posiciones prefijadas de variación con accionamiento hidráulico y más adelante con apoyo electrónico.
Distribución de fase y alzado variable secuencial por control electrohidráulico
Es un sistema peculiar que se ve en la imagen 14.22.
- Una bomba de aceite genera presión que se almacena en un acumulador de presión.
- Desde el acumulador un conducto lleva a la presión de aceite hacia cada válvula de admisión, pero en el recorrido hay un pistón de mando que puede estar cerrado, como en la imagen de la izquierda o abierto como en la de la derecha.
- Bajo el pistón de mando hay otro circuito de aceite que desemboca en la alimentación de la bomba de aceite, en el recorrido de este circuito hay una electroválvula de regulación que puede estar abierta o cerrada, que es como está en las dos imágenes.
- El árbol de levas tiene levas normales para las válvulas de escape, pero para las de admisión tiene levas que no abren las válvulas, empujan al pistón de mando para permitir el paso de aceite.
- En la imagen izquierda la leva de admisión no incide en el pistón de mando por lo que la válvula de admisión cierra por su muelle.
- En la imagen de la derecha la leva de admisión empuja al pistón de mando permitiendo que la presión de aceite llegue a la válvula de admisión que vence el muelle y abre.
- La válvula de admisión se abre por la presión de aceite.
- Estando la válvula de admisión abierta, el calculador electrónico de control puede abrir parcialmente y con secuencias predeterminadas la electroválvula EV de regulación, lo que implica variaciones de presión de aceite sobre la válvula de admisión, que puede cerrar y abrir secuencialmente durante el tiempo que la leva de admisión este accionando el pistón de mando.
- El funcionamiento se basa en la apertura del pistón de mando por la leva de admisión, al tener la leva forma redondeada el empuje sobre el pistón se mantiene un amplio ángulo de giro, durante el cual se puede accionar la válvula de admisión en fase y alzado variables, incluso abrir y cerrar varias veces en el mismo tiempo motor.
Motor sin árbol de levas “camless”
El paso más avanzado para gestionar las secuencias de actuación de las válvulas es que su actuación sea controlada electrónicamente.
Una forma de hacerlo es utilizar conjuntos electromagnéticos para controlar la apertura y cierre de las válvulas.
Según el sistema de control accione el electroimán de apertura o cierre así se desplazará la válvula, imágenes 14.23 y 14.24.
Este sistema permite adaptar las secuencias de actuación y alzado a la carta, con lo que la curva de par sería teóricamente casi plana con un margen de respuesta del motor sumamente amplio, imagen 14.25.
Para el funcionamiento de un sistema como este se considera que se necesitaría bastante potencia eléctrica y que harían falta 48 voltios para su correcto funcionamiento.
La implantación de 48V ya se está utilizando en el automóvil para ayudar al motor térmico actuando sobre un alternador – motor de arranque, y también para accionar un compresor que entre en acción prácticamente al acelerar desde ralentí.
Al estar ya implantada la instalación de 48V podrá ser utilizada para más funciones, incluido el sistema “camless”.
