09mejorar la carga

IES JOVELLANOS MOTORES

Nicolás Colado. Instituto Jovellanos. Madrid.

MOTORES

SISTEMAS PARA MEJORAR LA CARGA DEL CILINDRO.


03/02/2017

1.Rendimiento volumétrico2.Distribución multiválvulas3.Admisión variable4.Sistema de distribución

variable

Nicolás Colado

ÍNDICE

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1. Rendimiento volumétrico.

Nicolás Colado

Cualidades de un buen motor:• Consumo.

• Elasticidad.• Potencia específica.

• Gases de escape.

Estas cualidades se logran con un buen rendimiento volumétrico (relación entre la masa de gas que realmente entra al cilindro y la que entra en teoría).

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03/02/2017 Nicolás Colado

Motores atmosféricos vs motores sobrealimentados.

En un motor atmosférico, el rendimiento volumétrico es siempre menos a 1.

Pero se pueden hacer cosas para intentar que el rendimiento volumétrico sea lo más próximo a 1 posible.

Distribución multiválvulas.

Admisión variable.

Distribución variable..

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1. Rendimiento volumétrico.


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• Problemas de inercia por mayores masas móviles.

• Problemas de evacuación del calor.

• Limitación dada por el diámetro del cilindro.

Nicolás Colado

La carga del cilindro (masa de gas que entra), mejora si aumento la sección de paso de los gases.

Válvulas mas grandes

• Mejor aprovechamiento del espacio disponible.

• Hay configuraciones de 3, 4 y hasta 5 válvulas por cilindro.

Aumentar el número de válvulas

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2. Distribución multiválvulas.


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• La disposición de las válvulas permite que la cámara de combustión tenga una forma próxima a la hemisférica.

• La bujía puede colocarse en el centro, generando un buen frente de llama.

• Permite una relación de compresión entre 1 y 1´5 superior a los motores de 2 válvulas por cilindro.

Nicolás Colado

Lo más común son 4 válvulas por cilindro.

Ventajas principales

• Sección de paso un 30 % mayor que con 2 válvulas.• Menores inercias al ser más ligeras, por lo que permiten mayores

regímenes de giro del motor.• Mejor refrigeración.

Otras ventajas

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• Sistema de distribución más complejo: dos árboles de levas.• Peor llenado a bajas rpm (la mayor sección de paso hace que

los gases tengan menos velocidad en este caso, con lo que la carga es menor (los motores multiválvulas son más “perezosos” a bajas revoluciones.

Nicolás Colado

Sin embargo los sistemas multiválvulas presentan alguna desventaja

Para intentar evitar estos problemas se diseñan los colectores de admisión haciendo que su longitud y diámetro sean los adecuados.

Pero la solución más ventajosa es montar colectores de admisión variable.

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03/02/2017 Nicolás Colado 8



03/02/2017Mariposa de gases

Conducto de admisión

Nicolás Colado 11

3. Admisión variable..



Aunque no es un colector propiamente variable, en algunos casos se diseñan los estos para aprovechar algunas propiedades físicas de los fluidos, que mejoran la carga del cilindro.

Resonancia acústica:•En función de la apertura y cierre de las válvulas, los gases se mueven en el colector de admisión.•Las ondas de presión se desplazan por el colector con una frecuencia que depende del régimen del motor.•La forma del colector aprovecha estas oscilaciones para generar un efecto de sobrealimentación a unas determinadas rpm.

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Inercia de los gases:

La inercia de los gases determina que, según el régimen de giro tengamos:

• A bajas rpm: el llenado de los cilindros es mejor si los colectores son largos y estrechos.

• A altas rpm: el llenado mejora con colectores cortos y gruesos.

Podemos solventar esta contradicción con la incorporación de colectores de admisión variable.

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Admisión variable de Citroën (ACAV).

• Aprovecha los fenómenos de resonancia acústica.

• Cada colector de admisión se desdobla en dos conductos de diferente longitud y sección.

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Circuito largo

Circuito corto

Pulmón mando de trampillas

Electroválvula

Reserva de vacío

Unidad de control

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3

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1. Sensor del ángulo de la mariposa

2. Unidad de control

3. Electroválvula de control de depresión

4. Cápsula de mando de trampilla

5. Conducto secundario

6. Cámara de depresión

7. Conducto primario

8. Trampilla

Nicolás Colado 17




• Algunos sistemas de admisión variable pueden bloquear el paso de gases en uno de los dos conductos de admisión de cada cilindro.

• De esta forma se consigue una mayor velocidad de los gases por el otro conducto, permitiendo un mayor barrido de gases.

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• Con la distribución convencional, los ángulos de apertura y cierre de las válvulas, fijados por las levas del árbol de levas, son fijos.

• Tenemos entonces un AAA, RCA, AAE y RCE inamovibles.

Estos ángulos de la distribución están pensados para que el motor tenga un funcionamiento óptimo a un cierto régimen de giro.

•Tenemos por lo tanto motores que, o tienen buen par en bajos regímenes, o buena potencia en altos.•Generalmente los motores se diseñan llegando a una solución de compromiso.

•Pero, ¿cómo podemos aunar en un mismo motor buenos bajos y altas prestaciones?

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4. Distribución variable..


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.

Nicolás Colado

Los sistemas de distribución variable permiten tener, al menos, dos diagramas de la distribución diferentes.

Un diagrama para regímenes bajos y medios que permite un elevado par.

•Otro diagrama diferente que permite que a altas revoluciones tengamos una mayor potencia.

Los motores que equipan distribución variable son más elásticos y disminuyen las emisiones contaminantes.

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Hay multitud de sistemas de distribución variable patentados por los diferentes grupos fabricantes de automóviles:

•Variocam (Porsche).•VTEC ( Honda).•VVT-i (distribución continuamente variable, de Toyota).•VANOS (solo en admisión) y DOBLE VANOS ( en admisión y escape de BMW).•S-VT (Mazda).

Veamos detenidamente dos de estos sistemasVariocam

VTEC

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Un tensor, accionado hidráulicamente, hace que la posición del árbol de levas de admisión cambie con respecto a la del árbol de levas de escape.

La posición del árbol de levas de escape está fijada por la cadena de la distribución, que sincroniza su giro con el del cigüeñal.

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4. Distribución variable..Variocam



•A menos de 1.500 rpm: las válvulas de admisión abren 7º después del PMS y cierran 52º después del PMI.

Entre 1.500 y 5.500 rpm: tenemos un AAA de 8º y un RCA de 37º. A más de 5.500 rpm: la distribución regresa a la

posición inicial.24



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Árbol de escape

Cilindro hidráulicoVálvula electromagnética

Tensor desplazable

Árbol de admisión

Nicolás Colado

La ECU del sistema de inyección regula la posición del tensor.

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Aspecto real del sistema Variocam.


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Presión del aceite del motor

Aceite a presión en el tensor cadena

Retorno sin presión

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1. Válvula electromagnética 9. Cámara anular inferior

2. Tensor de cadena 10. Resorte del pistón

3 y 4. Resortes del tensor 11. Pistón desplazable

5 y 6. Carriles de deslizamiento 12. Pistón de la válvula de mando

7 y 8. Cadena de rodillos 13. Cámara anular superior

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1. Árbol de levas

2. Lóbulos de levas para rpm bajas

3. Lóbulos de leva para rpm altas

4. Balancines primarios

5. Balancines centrados

6. Balancines secundarios

7. Muelle de pérdida de movimiento

8. Válvula de escape

9. Válvula de admisión

1

2

3

4

5

6

7

7

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2

2

2

3

Nicolás Colado

El sistema VTEC puede cambiar tanto la alzada como el diagrama de la distribución del motor.

Los turismos funcionan la mayor parte del tiempo a regímenes medios y bajos, una menor sección de paso de la admisión aumenta la velocidad de los gases.A altas rpm, la mayor alzada conlleva un aumento del tiempo de admisión.

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4. Distribución variable..VTEC


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1. Muelle de retorno

2. Pasador de tope

3. Balancines secundarios

4. Balancines centrales

5. Balancines primarios

6. Pistón hidráulico


8. Árbol de levas

A y B. Perfiles de leva para rpm bajas, accionan los balancines por separado

Nicolás Colado

•Para cada 2 válvulas, tenemos 3 levas y 3 balancines (tanto en admisión como en escape).

Las levas de los extremos (A y B), tienen menor alzada y actúan a bajos y medios regímenes.

La leva central (C) tiene más alzada y actúa a altas rpm.

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1. Pasador de tope



4. Presión de aceite

C. Perfil de leva para rpm altas. Los balancines quedan conectados a través del pistón hidráulico

Presión de la válvula de mando

Nicolás Colado

Funcionamiento a bajas revoluciones: •los balancines A y B, accionados por sus levas, se mueven independientemente del balancín C, accionado por la suya.

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1. Palanca de sincronización

2. Balancín primario

3. Balancín secundario

4. Pistón de sincronización

5. Pistón de retorno

6. Válvulas de admisión

7. Eje de levas

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A B

1. Árbol de levas

2. Lóbulo de leva A (primario)

3. Lóbulo de leva B (secundario)



6. Pistón de conexión hidráulica A

7. Pistón de conexión hidráulica B

8. Pasador de tope con muelle de retorno

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03/02/2017

1. Árbol de levas

2. Lóbulo de leva A (primario)

3. Lóbulo de leva B (secundario)



6. Pistón de conexión hidráulica A

7. Pistón de conexión hidráulica B

8. Pasador de tope con muelle de retorno

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56 7

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A B

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