vvt-i capitulo iii

7/25/2019 Vvt-i Capitulo III

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CAPITULO 3

TIPOS DE SDV

Los diferentes SDV que sern explicados a continuacin son que los que mas han

sobresalido en las diferentes marcas, ya que si funcin dentro del motor es la misma


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(Variacin de las cotas de distribucin y alzada de vlvulas); su constitucin es

diferente ya que depender de cada fabricante.

Existen fundamentalmente dos sistemas a la hora de variar una distribucin losmismos que son:

3.1 Segn el Desplazamiento del rbol de Levas.

Su funcin es la de ajustar las cotas de distribucin dependiendo del rgimen de giro

del motor. Segn el desplazamiento del rbol de levas su clasificacin se ve enfocada

en caractersticas dadas por los distintos fabricantes que persiguen este; pero cabe

recalcar que no todos los sistemas varan sus cotas de admisin y escape, pues hay

algunos que se han enfocado solo a la variacin de las cotas de admisin.

3.1.1

Por la Variacin de las Cotas de Admisin: tenemos dos tipos de regulacincontinua y gradual en donde se destacan los siguientes:

a. Convertidores de Fase con Engranaje Helicoidal (Fig. 3.1); estossistemas son aquellos que solo varan el ngulo de apertura y cierre de lavlvula de admisin, se caracterizan por que su rbol de levas en uno de susextremos posee un engranaje con dentado helicoidal (6), que engrana con elmanguito de conmutacin (4), el mismo exteriormente presenta un dentadorecto (3), que recibe el movimiento proveniente del motor a travs de la corona

de arrastre (2); este sistema produce su cambio de fase gracias aldesplazamiento longitudinal del maguito de conmutacin, el cual se logra por


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la accin de una vlvula de control (1) que es accionada por una electrovlvulacomandada por la centralita, y retorna a una posicin gracias a la accin de unmuelle de compresin (5).

Fig. 3.1 Convertidores de fase con engranaje helicoidal

Modificado de: MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribucin Variable; 2007;http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variable

La utilizacin de convertidores de fase, normalmente, solo se hace en motores condos rboles de levas (DOCH), tal y como los encontramos en motoresmultivlvulas. Sin embargo, la primera regulacin de rboles de este tipo,fabricada en serie, se introdujo en un motor de 2 vlvulas por cilindro de AlfaRomeo en el modelo Twin Spark de 2,0litros, el cual tambin dispone de 2 rbolesde levas para la distribucin. Este motor gracias al convertidor de fase y a undoble encendido, da unos valores de rendimiento de 150 CV.

Fig. 2.2 Funcionamiento de un Convertidor de Fase

Modificado de: MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribucin Variable; 2007;

http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variable

El elemento ms importante del "variador de fase" (Fig. 3.2) es el actuadorelectrohidrulico acoplado al engranaje que arrastra en rotacin al rbol delevas de las vlvulas de admisin. Este actuador permite dar al mismo rboldos posiciones angulares diversas y, por lo tanto, variar los tiempos de aperturade las vlvulas de admisin. Su regulacin est dirigida por la centralita quegestiona tanto el sistema de inyeccin como de encendido.En el convertidor de fase normalmente se regulan hacia adelante o hacia atrslos rboles de levas de admisin durante el funcionamiento alrededor de 10 a20 con respecto al ngulo entre rboles de levas (que corresponde a 20 - 40del ngulo de calado respecto al cigeal). Para la construccin de tales

mecanismos de regulacin solo son adecuados aquellos mandos del rbol delevas en los que las cadenas de distribucin (o correa de distribucin) discurra


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a lo largo de los 2 rboles de levas o bien solo se accione el rbol de levas deescape. Entre la rueda de propulsin de accionamiento del rbol de levas y elrbol de levas de admisin se instala un mecanismo electrohidrulico detorsin, que lleva a cabo la torsin relativa deseada y que es gestionadaelectrnicamente.

Durante la torsin del rbol de levas de admisin se modificansimultneamente 3 parmetros importantes del diagrama de distribucin (Fig.3.3).

- El cruce de vlvulas

- El inicio de la apertura de admisin

- El fin del cierre de la vlvula de admisin

Fig. 3.3 Grafica de Tiempos de Distribucin de un Convertidor de FaseModificado de: MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribucin Variable; 2007;


Estos parmetros tienen una influencia esencial sobre la potencia y el parmotor, pero tambin sobre la calidad de la marcha en vaco, delcomportamiento de los gases de escape y del consumo.

Hay dos procedimientos de regulacin que se utilizan hoy en da en los

convertidores de fase que dependen de la carga y del nmero de revoluciones.

La lgica de actuacin de la variacin de fase se establece de antemano, demanera tal que el cruce de vlvulas se reduzca a los regmenes bajos y con

poca carga, y aumente en los regmenes altos y en caso de fuerte solicitacin depotencia.

De ese modo se obtienen los siguientes resultados:

- En los regmenes altos y medio-altos y en caso de fuerte demanda de potencia(puesta en fase normal), se da el llenado ptimo de los cilindros y, por lo tanto,

mximo de la potencia y del par.


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- En los regmenes bajos y medio-bajos y con reducidas cargas (puesta en faseatrasada), se produce la regularidad ptima de funcionamiento y reduccin delos consumos especficos.

- En todos los regmenes, se garantiza la reduccin al mnimo de las emisiones

que contaminan.

Tomando como ejemplo al motor V6 de 24 vlvulas de Mercedes (Fig. 3.4),daremos a conocer las estrategias que toma la UEC para las diferentessituaciones.

Fig. 3.4 Componentes de un Convertidor de Fase Utilizado por Mercedes Benz



- En la marcha en vaco y para la zona inferior de la carga parcial, el rbol delevas de admisin est atrasado, lo cual da como resultado una calidad elevadade la marcha en vaco y un buen comportamiento de respuesta.

- A 2000 r.p.m. se produce la posicin adelantada del rbol de levas deadmisin a 34 del ngulo de calado respecto al cigeal, para conseguir elincremento deseado del par motor.

- Algo por encima de 5000 r.p.m. se produce la posicin atrasada del rbol delevas de admisin, para mantener la potencia elevada hasta el rgimen derevoluciones mximo (7000).La desventaja que muestran los convertidores de fase sencillos es que los

perfiles de levas y, por tanto, las curvas de elevacin de las vlvulas semantienen. Para eliminar este inconveniente se montan levas con perfilescnicos, que adems permitirn la variacin de alzada14.

b.VARIOCAM (Fig. 3.5); Utilizado por Porsche, es un sistema para variarlos tiempos de distribucin un tanto peculiar, pues posee un mecanismo

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MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribucin Variable; 22 Agosto 2007;http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variable; Investigado: 15/10/2007


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hidrulico controlado por la unidad electrnica de control segn el rgimen devueltas del motor empuja con dos patines (1) y abre la cadena (2), que muevelos rboles de levas (3), provocando su desplazamiento y por lo tanto se

produce un reajuste del los tiempos de apertura y cierre de las vlvulas deadmisin. Al reducir el nmero de vueltas del motor los muelles repliegan el

mecanismo de empuje de la cadena a su posicin inicial. Este dispositivo semonta sobre una distribucin de 4 vlvulas por cilindro y se complementa conun sistema de distribucin variable.

Fig. 3.5 Sistema VARIOCAM



El SDV VARIOCAM (Fig. 3.6), es controlado por una seal elctrica que esenviada por la centralita de inyeccin (ECU) hacia un actuador que empujaunos patines que tensan la cadena de distribucin.

Fig. 3.6 Trabajo del sistema de distribucin VARIOCAM


http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variableFuncionamiento:

En la posicin de reposo (Fig. 3.7): la "lnea de control A" est abierta y elaceite a presin acta por debajo del "pistn actuador", por lo tanto no hayvariacin en la apertura de las vlvulas de admisin. Las vlvulas de admisinabren 7 despus del PMS y cierra 52 despus del PMI. Con estos parmetros,el motor funciona con un giro uniforme a bajas rpm, y la emisin gases sinquemar es muy baja debido a que no existe cruce de vlvulas.


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Fig. 3.7 Funcionamiento en Reposo a Bajas Revoluciones (Debajo de las 1500rpm)



Por encima de las 1500 rpm(Fig. 3.8) la "lnea de control B" est abierta y elaceite a presin acta por encima del "pistn actuador" que empuja los patineshacia abajo, con lo que se adelanta la apertura de las vlvulas de admisin. Elrbol de levas de admisin recibe un avance de 9 respecto al de escape. Estosignifica que las vlvulas de admisin abren 8 antes del PMS y cierran 37despus del PMI. Con este diagrama se consigue un buen llenado de loscilindros y un aumento del par motor.

Fig. 3.8 Funcionamiento en Reposo a Altas Revoluciones (Encima de las 1500rpm Hasta

5500rpm)


http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variableA partir de 5500 rpm, el rbol de admisin vuelve a la posicin inicial, es decirse retrasa la apertura de las vlvulas de admisin, llevando a una apertura de 7despus del PMS y cerrndola 52 despus del PMI. Como vemos esto es unacontrariedad, pero es debido a que la alta velocidad de entrada de los gases dela mezcla necesitan un mayor retraso al cierre de admisin, para aprovechar suinercia y lograr que entre ms cantidad de mezcla en los cilindros. Estevariador de los tiempos de distribucin cambia el momento de apertura y cierrede las vlvulas de admisin pero el ngulo total de apertura permanece

invariable.


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Este sistema de distribucin cambia el momento en que abren y cierran lasvlvulas de admisin pero el ngulo total de apertura permanece invariable.Las vlvulas de escape cuyos tiempos de distribucin permanecen constantes,tienen un adelanta a la apertura de escape (AAE) de 31 y un retraso al cierrede escape (RCE) de 115.

c. VANOS:Es un convertidor de fase; que se denomino VANOS, cuyas siglasdefinen Variable Nockenwellen Steuerung (separacin variable del rbol delevas) que es un sistema de distribucin variable empleado por la marca BMW.Consiste en desplazar el calado del rbol de levas utilizando la presin delaceite del sistema de lubricacin. El sistema aumenta el cruce de vlvulascuando el motor gira a altas revoluciones. El adelanto o retraso del rbol delevas con respecto al cigeal depender de las condiciones de funcionamientodel motor (carga, r.p.m. y temperatura).

Por medio de una gestin electrnica del motor y tambin de un electroimn se

conecta una vlvula distribuidora 4/2 (4 vas, 2 posiciones), para lo cual unpistn hidrulico admite alternativamente presin del aceite del motor y semantiene en sus dos posiciones inciales posibles por medio de topesmecnicos. En el pistn se encuentra un eje dentado montado sobrerodamientos de baja friccin, que transforma la carrera del pistn por medio deun dentado helicoidal en un giro del rbol de levas con relacin a la ruedadentada accionadora. El margen de ajuste es de 25 del ngulo de calado conrespecto al cigeal. Gracias al sistema VANOS se ha logrado reducir eltiempo de apertura de las levas de admisin de 240 a 228, sin reducir por esoel rendimiento mximo del motor. Esta medida tiene, ante todo una ventaja conrespecto a la calidad en marcha en vaco.

Un sistema ms complejo utilizado por BMW (Fig. 3.9) para motores de 3litros de cilindrada, es el que permite cualquier posicin intermedia del rbolde levas de admisin dentro de un mbito total de regulacin de 42. Laregulacin del vehculo para una velocidad mxima de 250 km/h tambin se

produce por medio de este sistema.

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Fig. 3.9 Sistema Vanos Utilizado por BMW



El sistema de accionamiento que utiliza el aceite a presin para sufuncionamiento cuenta con un sistema propio que trabaja con una presin de100bar y tambin dispone de un depsito de aceite. La bomba de aceite de alta

presin est integrada en la unidad de regulacin (Fig. 3.10) y se acciona pormedio del rbol de levas de escape (2). La presin elevada del aceite esnecesaria, para mantener el pistn regulador, que realiza la torsin de la ruedadentada hacia el rbol de levas de admisin (1) por medio de un dentadohelicoidal (3), en cualquier posicin intermedia con seguridad. Para ello se

requieren tambin 2 vlvulas de mando electromagnticas, as como 2 ruedascon marcas para la posicin de los rboles de levas con sus correspondientesindicadores de posicin. La informacin necesaria para la regulacin procedede un mecanismo de mando propio del motor16.

Fig. 3.10 Unidad Reguladora de un Sistema Vanos



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3.1.2 Por la Variacin de las Cotas de Admisin y Escape: tenemos los

siguientes:

a.

Bi-VANOS (Sistema VANOS doble; Fig. 3.11, 3.12):BMW incorpora latecnologa del sistema de decalador variable a los dos rboles de levas, esdecir, al de admisin y tambin al de escape. Se regulan de forma continua losrboles de levas de admisin y de escape dentro de un campo amplio, lo que

provoca una elevada potencia especfica y al desarrollo homogneo del parmotor.

Fig. 3.11 Vista Lateral de un Sistema BI VANOS



Fig. 3.12 Esquema Hidrulico del Sistema BI VANOS



En la fig. 3.13 se indica las curvas en las cuales se observan los ngulos ydistancias de apertura de las vlvulas de admisin dependiendo de la posicindel cigeal17.

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Fig. 3.13 Grafica de Tiempos de Distribucin del BI VANOS



b.

Sistema de Volkswagen (Fig3.14): este sistema de distribucin variableconsta de dos rboles de levas, uno para la admisin y otro para el escape, losmismos que son movidos por la accin de una cadena; cada uno de los arboles

posee un variador de avance y un sensor de posicin. Los variadores queocupan estos trabajan bajo presin hidrulica del aceite del motor. Sucomposicin interna es un bobinado que regula la cantidad de aceite queactuara sobre el variador, siendo accionados por una seal proveniente de laECU. Al de dos variadores de distribucin es posible la actuacin sobre cadauno de los arboles de levas de forma independiente.

Fig. 3.14Constitucin del Sistema de Volkswagen

Fuente: Manual del Automvil Reparacin y Mantenimiento; Ao 2000

Variadores (Fig. 3.15): los dos variadores constan de los mismoscomponentes, un pin, un anillo de base, una tapa y una corona codificada. Larotacin ejercida por la cadena es solidaria al pin y al conjunto completo. Lacorona codificada y el rotor estn tambin unidos entre ellos y est fijada alrbol de levas mediante un tornillo. Su posicin de montaje est determinada

por unos tetones y, por tanto no puede ser modificada.

La posicin del conjunto del rotor con respecto al conjunto del pin de la

distribucin puede ser modificada entre los valores mecanizados en el anillobase. La anchura de los anillos base corresponden a diferentes grosores, en


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funcin del rbol de levas al que se encuentran fijado. En el rbol de admisinla anchura del diente corresponde a 50 del cigeal, mientras que en el escapeel correspondiente es de 22 grados. La anchura del diente y, por lo tanto, la

posicin del rbol de levas correspondiente con respecto al cigeal, por lapresencia de ms o menos aceite del motor. La cantidad de aceite es regulada

por la accin de las dos electrovlvulas de regulacin.

Fig.3.15 Variador del SDV de Volkswagen


Electrovlvulas de regulacin (Fig. 3.16): son dos una para la admisin yotra parar el escape. Estn situadas en la tapa superior de la distribucin.Constan de un bobinado que acta sobre un vstago. Reciben positivo de 12volts desde el contacto y la unidad de control controla la apertura mediante unaseal de frecuencia fija y ancho de pulso variable (PWM). En funcin de sunivel de apertura comunican la presin de aceite obtenida en la entrada con la

salida. La salida de de presin se dirige hacia el variador mediante conductosmecanizados en el soporte del rbol. En caso de falla de cualquiera de laselectrovlvulas, unidad de control desactiva la funcin de la distribucinvariable, limita la potencia del motor y, debido al incremento de loscontaminantes, enciende el testigo de anticontaminacin en el cuadro deinstrumentos.

Fig. 3.16 Electrovlvula de Regulacin


Funcionamiento del sistema: la unidad de control acta sobre laelectrovlvula del variador de escape bajo dos diferentes posibilidades, activa y

en reposo. Al superar el rgimen de las 1800rpm. La unidad de control ladesactiva mediante la excitacin del negativo de la electrovlvula. La


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activacin de la electrovlvula del variador de admisin es determinada poruna seal de ancho de pulso variable, calculada por la ECU, en regmenessuperiores a 1800rpm, para lo cual se basa en campos de curvas decaractersticas. Este campo tridimensional relaciona las revoluciones del motor,conocidas por el sensor de posicin del cigeal, con la carga del motor,

conocida por el sensor de masa de aire aspirado, y determina la apertura de lavlvula de admisin, este campo caracterstico es modificado en funcin de latemperatura del motor.

Los dos sensores de rboles de levas informan de la posicin alcanzada y seutilizan como retro informacin hacia la unidad de control del motor.

Al arrancar el motor la presin de aceite llega a la entrada de laselectrovlvulas, las cuales son las encargadas de dirigir la presin de aceitehacia las cmaras A o B del variador (Fig. 3.17). Si la presin del aceite accedea la cmara A del variador, el rotor se mantendr en posicin de reposo. Si, en

cambio, la presin del aceite accede a la cmara B, el rotor se desplazar,provocando as un movimiento del momento de apertura de las vlvulas. Losorificios de fuga permiten la liberacin del aceite sin presin.

Fig. 3.17 Posicin de los Variadores en el Instante de Arranque

Modificado de: Manual del Automvil Reparacin y Mantenimiento; Ao 2000

Si el motor se encuentra a ralent o no alcanza el rgimen de 1800 rpm, sinpeticin de carga por parte del conductor, la unidad de control del motor actasobre la electrovlvula del variador de escape. El aceite a presin llena lacmara B, provocando as el desplazamiento del rotor de escape y adelantandoen este caso el cierre de las vlvulas 25 grados antes del PMS (Fig. 3.18).


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Fig. 3.18 Cotas de Distribucin en Ralent


Bajo las mismas circunstancias, la unidad de control del motor no acta sobre

la electrovlvula del variador de admisin, por lo que el aceite llega a lacmara A. La posicin del rotor queda as en posicin inicial, o sea,provocando la apertura de las vlvulas a 25 despus del PMS.

Al revolucionar el motor por encima de 1800 rpm: con una solicitacin decarga por parte del conductor, la unidad de control del motor acta sobre laselectrovlvulas de los variadores.

Fig. 3.19 Funcionamiento de los Variadores a 1800 rpm


Por un lado, la unidad de control desactiva la electrovlvula del variador deescape. Ello produce que el aceite del variador de escape pase a la cmara A,

retornando el variador a su posicin inicial. El rotor acta sobre el rbol de


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levas, lo que provoca un desplazamiento del momento de cierre de las vlvulasde escape 3 grados antes del PMS (Fig. 3.20).

Fig. 3.20 Cotas de Distribucin a 1800rpm


La unidad de mando del motor acciona la electrovlvula del variador deadmisin mediante una seal de pulso variable. Ello provoca que, en funcinde la apertura de la electrovlvula, el aceite pase a la cmara B. El rotor deadmisin arrastra as el rbol de levas desde la posicin de reposo de 25despus del PMS hasta un mximo de 25 antes del PMS18.

3.2 Segn la Variacin de la Alzada de Vlvula y Desplazamiento

del rbol de Levas.

Con ello se consigue modificar las cotas de distribucin, y la alzada, produciendo de

esta forma una ventaja sobre los sistemas antes explicados, ya que existe mayor

numero de decisiones por parte de la ECU. En lo que se refiere a estos sistemas,

destacaremos los siguientes:

VALVETRONIC (Fig. 3.21): El sistema Valvetronic de BMW combina laregulacin de los tiempos de distribucin (VANOS doble) con una regulacincontinua de la carrera de las vlvulas de admisin. El rbol de levas (2) noacta directamente sobre la palanca de arrastre o balancn (1) que, por su parteacciona la vlvula (5), sino que acta sobre una palanca intermedia (4); que nose encuentra en posicin horizontal debajo del rbol de levas sino que estubicada en posicin vertical junto a dicho rbol. La palanca intermedia estdotada en el centro de un rodillo que est en contacto con la leva. El extremoinferior de la palanca intermedia est apoyado sobre el rodillo de la palanca de

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Manual del Automvil Reparacin y Mantenimiento; Edi. Cultural SA., Madrid Ao 2000;56 57


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arrastre, mientras que en la parte superior est apoyada en un eje excntrico (3)dotado a su vez de un segundo rodillo.El control de este sistema se efecta a travs de un servo servomotor elctrico(6), torsiona el rbol de excntricas que forma la base de apoyo para la palancaintermedia, que actan sobre las palancas de arrastre.

Un procesador de 32 bits, fsicamente independiente de la centralita del motor(ECU), controla el movimiento del motor elctrico, que coloca estos actuadoresintermedios, en la posicin requerida. El tiempo necesario para cambiar lacarrera de las vlvulas desde la mnima a la mxima alzada es de 300 ms, elmismo que necesita el sistema de distribucin variable Bi-VANOS, en ajustarlos tiempos de apertura.

Fig. 3.21 Partes del Valvetronic y Estados de Funcionamiento

Modificado de: http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variable

Cuando gira el rbol de levas, la palanca intermedia ejecuta un movimientopendular. Para conseguir que este movimiento horizontal se transforme en unmovimiento vertical, la palanca intermedia tiene en su parte inferior un perfilque tiene la forma de bumerang, ya que la mitad del perfil transcurre casi

paralelamente a la palanca de arrastre, mientras que la otra mitad tiene unligero ngulo. Slo cuando la parte en ngulo acta sobre el rodillo de la

palanca de arrastre presionndola hacia abajo, se abre la vlvula.

La relacin de la palanca ha sido definida de tal modo que tan slo

aproximadamente la mitad de todo el perfil que tiene forma de bumerang (Fig.3.22) acta sobre la palanca de arrastre. El principio y el final de esa mitad sondeterminados por el apoyo de la palanca de desviacin. Es aqu dondeinterviene el rbol de excntrica accionado por un motor elctrico: si aplica

presin sobre el rodillo superior de la palanca de desviacin en direccin delrbol de levas, cambia el apoyo de la palanca y, en consecuencia, cambiatambin la parte efectiva del perfil en forma de bumerang. De esta manera es

posible variar de modo continuo la carrera de la vlvula de admisin,tericamente desde las posiciones completamente cerrada hasta completamenteabierta. Este es el principio de funcionamiento del sistema Valvetronic.


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Fig. 3.22 Detalle del Perfil Bumerang



Cuando el motor ha de entregar su mxima potencia, la alzada de las vlvulases alta de modo que descubren una mayor seccin de paso al aire, facilitando

su entrada a los cilindros. Si se le hace funcionar a cargas bajas, la alzada sereduce, de forma que la seccin de paso es menor, limitando de este modo laentrada de aire. La alzada de las vlvulas puede variar desde los 0,0 a los 9,7milmetros, en funcin del aire necesario para la combustin.

Si el llenado de los cilindros del motor no se controla, por medio de unavlvula mariposa, sino por medio de una carrera variable de las vlvulas, se

puede mejorar el rendimiento del motor Otto en aproximadamente un 10%,porque ya no es necesario aspirar en contra de la depresin existente en elmltiple de admisin.

Las prdidas a travs de las vlvulas de admisin del motor Valvetronic sonmenores que la suma de las que se producen en la vlvula del acelerador y lasde admisin de un motor convencional.

Para su fabricacin se utilizan unos valores de tolerancias muy reducidos. Paragarantizar que todas las vlvulas de admisin tengan siempre el mismo gradode apertura, se funden, durante el montaje de la culata, cada uno de losconductos por separado.

nicamente para funciones de diagnstico y en caso de avera del sistema, elmotor Valvetronic de BMW sigue equipando una vlvula de mariposa

convencional a la entrada del conducto de admisin, que en condicionesnormales permanece completamente abierta, ofreciendo una resistenciadespreciable a la entrada del aire.

Con este sistema BMW asegura una reduccin de consumos, menos emisionescontaminantes sin necesidad de recurrir a catalizadores especiales y unanotable mejora en el agrado de conduccin19.b.VARIOCAM PLUS: Porsche adopto un sistema de distribucin variablecambiando la alzada de las vlvulas por medio de empujadores de vaso

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invertido cambiables (Fig. 3.23). Para la marcha en vaco y para una cargareducida son los empujadores de vaso invertido dobles (1) (concntricos) losque funcionan sobre una leva plana con una carrera de la vlvula de solo 3 mm.Si la carga es superior, el sistema cambia a 2 levas mas inclinadas con unacarrera de vlvula de 10 mm por medio de un empujador para altas RPM (2).

Simultneamente, la marca Porsche aprovecha la posibilidad de la regulacinde fases (variacin de los tiempos de distribucin) del rbol de levas deadmisin (de ah la palabra -PLUS- de la denominacin del sistema), paraoptimizar la separacin y el solapamiento. Porsche utiliza la abreviatura CVCP

para el regulador continuo del rbol de levas (3) que funciona con pistones dedesplazamiento axial.

Fig. 3.23 Variocam Plus



El sistema de control de la carrera de vlvulas consta de empujadores de vasoinvertido cambiables controlados por una electrovlvula de 3 vas. Los rbolesde levas cuentan con levas de diferentes tamaos. Segn las necesidades delmotor, el sistema se adaptar proporcionando la carrera de las vlvulas msadecuada a esta situacin. Se utilizan dos empujadores concntricos, que

pueden bloquearse por medio de un pequeo buln. El interior tiene contactocon la leva pequea y el exterior con la leva grande. En el mecanismo vaintegrado adems un sistema para el reglaje hidrulico del juego de vlvulas.

La regulacin de la carrera de la vlvula funciona como sigue: para la

transmisin de 2 carreras diferentes de las vlvulas se ha subdividido elempujador de vaso invertido en una carcasa externa y en otra interna situadaconcntricamente en el interior de la externa. El mecanismo de cierre que selocaliza en la zona del empujador de vaso invertido propio de la leva permite elacoplamiento de control hidrulico de la carcasa interna y de la externa pormedio de la presin del aceite del motor. Una vlvula de inversinelectrohidrulica da admisin a los pistones de bloqueo, que dan lugar a unacoplamiento de las 2 piezas del empujador al alcanzar una presin de aceitede, como mnimo de 1,2 bar.

La regulacin de los movimientos de vlvulas comporta una disminucin de

los rozamientos mecnicos y las prdidas de efectividad termodinmica debido


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al intercambio de gases, as como una menor permanencia, en las cmaras decombustin, de gases de escape de anteriores ciclos de combustin.

Carrera pequea de la vlvula: Los empujadores funcionan sinacoplamiento. El empujador interno y la leva central (plana) son determinantes

para la carrera. El empujador interno tambin soporta el elemento para lacompensacin hidrulica de juego de las vlvulas y sirve como gua para elempujador externo, que en esta situacin no acta (no acciona la vlvula).Adems existe un muelle dbil de la carrera del pistn diferenciadora que es elque garantiza el contacto con las levas.

Carrera grande de la vlvula:El empujador interno y el empujador externoestn acoplados. Pero es el empujador externo el que determina la carrera del

pistn y el que sigue las curvas de elevacin de las 2 levas externas. Ladisposicin doble de las 2 levas altas tambin sirve para reducir la presinsuperficial y para evitar el momento basculante.

El sistema de distribucin denominado "VarioCam Plus" consta de cuatrovlvulas por cilindro, elementos de regulacin de los rboles de levas(convertidores de fase) y empujadores de vaso invertido. Las cuatro vlvulas decada cilindro estn dispuestas en forma de "V" (Fig. 3.24) con un ngulo de27,4 grados. Para reducir las masas oscilantes en el mecanismo, los vstagos delas vlvulas tienen un dimetro de seis milmetros. Este sistema optimiza la

potencia y el par en todos los regmenes, ayuda a reducir el consumo y lasemisiones y a mejorar el confort de marcha del motor.

Fig. 3.24 Disposicin en V de las Levas a 27

Fuente: MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribucin Variable; 2007;


El sistema VarioCam Plus est formado en realidad por dos mecanismos que secomplementan: la distribucin variable mejora el funcionamiento del motor alralent al accionar la leva pequea (carrera de 3 mm) y ajustar un pequeocruce de vlvulas. En funcin de la longitud de la carrera de vlvulasdisminuyen los rozamientos internos en el mecanismo de distribucin. Paramejorar los niveles de consumo en carga parcial, es conveniente aprovechar larecirculacin interna de gases de escape. El sistema de distribucin variableconecta en este caso un cruce de vlvulas ms amplio, con carrera corta de lasvlvulas de admisin, con lo que se alarga el tiempo disponible para aspirargases desde el colector de escape.Tanto la distribucin variable como el control de la carrera de vlvulas estn

controlados por la ECU, que ha sido diseada especficamente con unacapacidad de proceso ms alta. El sistema VarioCam Plus requiere numerosos


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parmetros para su control, como por ejemplo el rgimen del motor, la posicindel acelerador, temperatura de aceite y agua y deteccin de la marcha acoplada.En milsimas de segundo, el ordenador decide si debe intervenir el VarioCamPlus. En caso afirmativo, las operaciones de regulacin y ajuste son efectuadasde forma imperceptible.

El sistema de distribucin variable VarioCam Plus optimiza los valores depotencia y par motor en diferentes regmenes y, a la vez, permite disminuir elconsumo de combustible y las emisiones de escape, mejorando, adems, elrefinamiento de marcha del motor. Gracias a la directa unin del sistema VarioCam y el rbol de levas de admisin, el nuevo motor carece del conocidomecanismo de impulsin por cadena entre el cigeal y el rbol de levas. Losrboles de levas de admisin y escape son impulsados, en el nuevo motor de3,6 litros, mediante un rbol intermedio20.

c. Convertidor de Fase y Alzada con Engranaje Helicoidal y Levas

Cnicas (Fig. 3.25): La utilizacin de levas cnicas requieren debido a laforma, un segmento de ajuste entre el fondo del empujador y la leva. Latorsin del rbol de levas se produce por medio de un dentado helicoidal entreel rbol de levas y su corona de arrastre. La distribucin de la presin del aceite

para el desplazamiento del rbol de levas la proporciona un regulador que actadebido a la fuerza centrifuga21.

Fig. 3.25 Esquema de Mando Para la Variacin de Fase y Alzada de un Sistema de Levas Cnicas

Modificado de: SANZ SANZ Jose; Evolucin del mecanismo de la distribucin de losmotores de 4 tiempos; 200; www.latorretaonline.com. pdf

d.VTEC: Siglas de Variable Valve Timing and Lift Electronic ControlSystem. Honda en sus motores (Fig. 3.26), presenta un sistema para lavariacin de los tiempos de distribucin, en el cual los arboles de levas no setorsionan; en estos sistemas no solo se regula la fase de apertura, sino tambin

20 MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribucin Variable; 22 Agosto 2007;

http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variable; Investigado: 15/10/2007

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SANZ SANZ Jose;Evolucin del mecanismo de la distribucin de los motores de 4 tiempos;Diciembre 2001;www.latorretaonline.com. pdf; Investigado:12/10/2007


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el tiempo y la seccin de la misma. Este sistema tiene configurado medidas decontrol para los distintos estados de funcionamiento. Para un nmero derevoluciones medio, los tiempos de apertura mas cortos y una carrera devlvula menor elevan la velocidad de gas y, por tanto, tambin el llenado y el

par motor dentro de este margen. Para un nmero de revoluciones superior, los

tiempos de apertura mas largos y una carrera de vlvula ms grandeintensifican la respiracin del motor, lo cual, a su vez, tienen un efecto sobre lapotencia.

Fig. 3.26 Motor Honda VTEC 1.5 16V SOCH



Los sistemas VTEC (Fig. 3.27), requiere 4 vlvulas por cilindro, 6 levas y 6balancines de palanca (1); para conseguir los fines ya manifestados en prrafosanteriores. Las levas externas (2), que estn asignadas directamente a lasvlvulas, portan perfiles suaves y la leva central (3) tiene los tiempos dedistribucin ms largos y la carrera de la leva ms grande. En el rgimen derevoluciones bajo, solo estn activas las levas externas, mientras que la levacentral se acciona, en vaco, es decir, no tiene efecto alguno sobre las vlvulasde los balancines de palanca centrales. Un muelle adicional (4) evita que se

pierda el contacto entre la leva y el balancn de palanca. Existen unospasadores (5) que se pueden desplazar de forma hidrulica y que entre 5000 y

6000 r.p.m. realizan una conexin mecnica entre los 3 balancines de palanca.Desde ese momento es la leva central ms grande la que seala la apertura dela vlvula. La presin de distribucin necesaria para el desplazamiento la

proporciona el circuito de aceite lubricante del motor (6). Para que elacoplamiento de los balancines de palanca funcione bien, es necesario que loscrculos de base de todas las levas sean igual, de modo que cuando las vlvulasestn cerradas los alojamientos y los pasadores estn alineados.

Honda ha demostrado la capacidad de rendimiento del sistema VTEC (DOCH)que tiene dos rboles de levas situados en la parte superior


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Fig. 3.27 Sistema VTEC de Honda

Modificado de: MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribucin Variable; 2007;http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variable

El sistema de distribucin variable empleado por Honda en sus automviles sebasa en una tercera leva en cada cilindro que entra en funcionamiento a altasrevoluciones. El balancn de esta leva no acta a bajas revoluciones, mientrasque al acelerar, la presin del aceite desplaza un vstago entre los balancines delas otras levas y el de la leva central, quedando todo el conjunto unido. En estemomento los balancines son abiertos por la leva con mayor perfil (que es lacentral) y se incrementa el alzado de las vlvulas y su momento de apertura yde cierre. Cuando el motor reduce el rgimen de giro, el vstago se recoge y el

balancn central queda suelto. El perfil que ahora acta es el de las levasexteriores. Este sistema se acopla a las vlvulas de admisin y escape en losmotores de doble rbol de levas (DOCH) y solamente a las vlvulas deadmisin en los motores de un rbol de levas (SOCH).

Dependiendo del enclavamiento de los pernos o bulones se pueden obtener lossiguientes estados de funcionamiento.

Estado 1 (Fig. 3.28): Por debajo de las 2500 rpm y con el motor con pocacarga, los tres bulones estn desenclavados con lo que los balancines puedengirar unos con respecto a los otros. El de ms a la izquierda est apoyado sobreun anillo mecanizado en el rbol de levas, con lo que la alzada de la vlvulacorrespondiente ser nula, permaneciendo cerrado. El motor pues, estarfuncionando en modo 12 vlvulas (3 vlvulas por cilindro). El balancnintermedio por no estar enclavado no acciona ninguna vlvula.El balancn de la derecha es accionado por la leva de perfil ms suavizado,accionando su correspondiente vlvula, con lo que se obtiene un diagrama dedistribucin propio de un motor elstico con un rendimiento de la combustinalto.


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Fig. 3.28 Estado 1



Estado 2 (Fig. 3.29):Al sobrepasar las 2500 r.p.m. o acelerar, se introducepresin al buln superior, enclavndolo, con lo que los balancines extremos sehacen solidarios. Con ello las dos vlvulas de admisin son accionadas por el

perfil de leva ms suave, funcionando el motor en modo 16 vlvulas. El motoropera en este estado desde alrededor de la 2500 r.p.m. hasta las 6000.

Fig. 3.29 Estado 2Fuente: MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribucin Variable; 2007;


Estado 3 (Fig. 3.30): Cuando el motor sobrepasa las 6000 r.p.m. se mandapresin al buln inferior, haciendo solidarios los tres balancines, con lo quepasan a ser accionados por el perfil de leva de mayor alzada. Con ello seconsigue una mayor potencia, propia de un motor rpido.


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Fig. 3.30 Estado 3



La Fig. 3.31 representa los tiempos de distribucin y carrera de vlvulas en sustres estados ya mencionados, en donde se representa la alzada en mm., en el ejevertical y en el horizontal la variacin de la distribucin en grados22.

Fig 3.31 Tiempos de Distribucin y Carrera de Vlvulas



e.

VTEC E: Es una variante del VTEC, en donde la "E" viene de"Economy", este sistema se adapta al funcionamiento de un motor con mezcla

pobre. El objetivo de este motor esta en la reduccin del consumo decombustible y de las emisiones de los gases de escape. Para el primer VTEC E Honda utilizo como base el conocido motor Civic de 4 cilindros y 1,5 litros.Para la desconexin de las vlvulas se utiliza el VTEC - SOCH desarrolladocon tan solo un rbol de levas situado en la parte superior.El sistema VETEC - E no acta sobre las vlvulas de escape teniendo estasuna distribucin fija, solo acta sobre las vlvulas de admisin,a bajas r.p.m.

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solo abre una de las vlvulas y altas r.p.m. abren las dos. De esta manera seaprovechan las ventajas de los motores de dos vlvulas por cilindro en unosmomentos determinados y en otros momentos las ventajas de los motores de 4vlvulas por cilindro.

El funcionamiento de este sistema se puede dividir en dos estados:

Balancines sin acoplar (Fig. 3.32): por debajo de 2500 r.p.m. los balancinesprimario (3) y secundario (4) actan independientemente y son movidos por laslevas (1), de 8 mm de alzada, y (2), de 0,65 mm de alzada. Esta pequeaabertura evita la acumulacin no deseable de la mezcla en el segundo conductode admisin. El uso de una sola entrada para la mezcla provoca una fuerteturbulencia dentro del cilindro que permite realizar una combustin ms eficaz,incluso con mezclas pobres. Con la apertura de una sola vlvula el llenado delcilindro mejora a bajas r.p.m. por lo que aumenta el par motor. La vlvula deadmisin que se mantiene inactiva se acciona durante esta fase, tambin por

motivos de refrigeracin, por medio de una leva muy plana con una carrera detan solo 0,65 mm., mientras que la vlvula que trabaja realiza toda la carrera dela vlvula que es de 8 mm.

Fig. 3.32 Balancn Desbloqueado Rgimen por Debajo de 2500rpm



Balancines acoplados (Fig. 3.33): a partir de 2500 r.p.m., el calculador de la

inyeccin enva una seal al actuador hidrulico que da paso a la presin quedesplaza los pistones que acoplan los balancines. Es la leva de ms alzada (8mm) la que mueve las dos vlvulas de admisin con la misma elevacin y losmismos tiempos de distribucin. En estas condiciones aumenta la potencia alaumentar el nmero de rpm23.

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Fig. 3.33 Balancn Bloqueado Rgimen por Encima de 2500rpm



f.

VVT-I (Variable Valve Timing & Lift - Intelligent):Utilizado por Toyota,que tiene por misin cumplir las siguientes funciones:

- Control de los tiempos de distribucin

- Control mediante dos estados de funcionamiento de la alzada de la leva.

- Control tanto en el rbol de levas de admisin como en el de escape

El mecanismo (Fig. 3.34) consta de un solo balancn (1), el cual acciona las dosvlvulas de admisin (2) a la vez. Dicho balancn es accionado por dos levas dediferente perfil, una primera leva (3) que es de tipo agresivo que sirve paraaltas rpm, y la segunda leva (4) de perfil ms suave para bajas y medianas rpm.

Fig. 3.34 Componentes de un Sistema VVT i



El apoyo del perfil de leva agresivo es un buln al cual se le permite un ciertodesplazamiento mientras no acte un tope que se acciona hidrulicamente.


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Cuando el motor funciona a bajas y medias vueltas (Fig. 3.35) el tope no estaccionado, con lo que el buln sube y baja, de manera que el perfil de levaagresivo no acciona el balancn, siendo las vlvulas accionadas por el perfil deleva suave.

Fig. 3.35 Funcionamiento a Bajas y Medias rpm



A altas r.p.m. (Fig. 3.36), la unidad de control electrnica acciona la vlvulahidrulica, con lo que el enclavamiento se acciona bloqueando el buln, demanera que es ahora el perfil de leva agresivo el que acciona a las vlvulasconsiguindose as un diagrama de distribucin propio de un motor rpido24.

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Fig. 3.36 Funcionamiento a altas rpm.



Los Motores Toyota con Sistemas VVT i: Toyota en sus motores 1TR FE

y 2TR FE han adoptado un mecanismo actuador de la vlvula que utiliza unbalancn de rodillo con cojinetes de aguja incorporados. Esto reduce la friccinproducida entre las bielas en toda su rea (balancn empujavlvulas giratorios)que empujan las vlvulas hacia abajo, mejorndose el consumo de combustible.

Fig. 3.37 Componentes de la Distribucin Variable de Toyota

Modificado de: Hilux; Caractersticas del Nuevo Automvil; 2005


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Adems se los motores emplean un regulador hidrulico que produce unaholgura constante nula con un valor de cero mediante la utilizacin de presinde aceite y fuerza de resorte de muelles.

El sistema VVT i se utiliza para la obtener un consumo de combustible

mnimo, un rendimiento mejorado del motor y reducir las emisiones de escape.

En un motor 2TR FE de tipo gasolina con plomo, la superficie de las vlvulasde admisin y escape han sido metalizadas para mejorar su resistencia aldesgaste.

rbol de Levas (Fig. 3.38): los arboles de levas de admisin tieneincorporado un conducto de aceite, para as lograr el suministro de aceite a

presin para el sistema VVT-i.

Adems tiene instalado un controlador para el sistema; que se encuentra

ubicado delante del rbol de levas de admisin, el mismo que servir paravariar el reglaje de las vlvulas de admisin.

Fig. 3.38 Componentes del rbol de Levas

Modificado de: Hilux; Caractersticas del Nuevo Automvil; 2005

Regulador hidrulico del recorrido (Fig. 3.39): este se encuentra ubicado enel punto de apoyo del balancn empujavlvulas, que esta compuesto

principalmente por un brazo mvil, un muelle resorte del brazo mvil, una bolade tope y un muelle de la bola de retencin.

El aceite que es suministrado por la culata de los cilindros y el resorteincorporado acciona el regulador hidrulico de recorrido. La presin del aceitey la fuerza del muelle que actan sobre el brazo mvil empujan el balancnempujavlvulas contra la leva para ajustar la holgura de la vlvula creadadurante la operacin de apertura y cierre de la vlvula. De esta manera se lograuna mejora del nivel acstico del motor consiguiendo ser ms silencioso, yadems se consigue que los ajustes de la holgura de la vlvula seaninnecesarios.


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Fig. 3.39 Representacin del regulador Hidrulico de Recorrido

Fuente:Hilux; Caractersticas del Nuevo Automvil; 2005

Cadena de distribucin y tensor de la cadena (Fig. 3.40): Este sistema

incorpora una cadena de rodillos de alta resistencia con un paso de 9, 525mm,haciendo que el motor sea ms compacto y obtenindose una mayor fiabilidadde la cadena de distribucin. En el motor 1TR-FE, su cadena de distribucin seencentra lubricada con su sujetador de aceite.El tensor de la cadena utiliza un resorte y presin de aceite para mantenersiempre la tensin de la cadena. Ya que as se elimina el ruido producido por lamisma. Adems posee un mecanismo de no retorno de trinquete en el tensor dela cadena25.

Fig. 3.40 Cadena de Distribucin y Tensor de la Cadena

Fuente:Hilux; Caractersticas del Nuevo Automvil; 2005

25Hilux; Caractersticas del Nuevo Automvil; abril del 2005; MO 13 a MO 15

vvt-i capitulo iii

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