vvt -i toyota

CAPITULO 3

TIPOS DE SDV

Los diferentes SDV que serán explicados a continuación son que los que mas han

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

(Variación de las cotas de distribución y alzada de válvulas); su constitución es

diferente ya que dependerá de cada fabricante.

Existen fundamentalmente dos sistemas a la hora de variar una distribución los

mismos que son:

3.1 Según el Desplazamiento del Árbol de Levas.

Su función es la de ajustar las cotas de distribución dependiendo del régimen de giro

del motor. Según el desplazamiento del árbol de levas su clasificación se ve enfocada

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

recalcar que no todos los sistemas varían sus cotas de admisión y escape, pues hay

algunos que se han enfocado solo a la variación de las cotas de admisión.

3.1.1 Por la Variación de las Cotas de Admisión: tenemos dos tipos de regulación

continua y gradual en donde se destacan los siguientes:

a. Convertidores de Fase con Engranaje Helicoidal (Fig. 3.1); estos sistemas son aquellos que solo varían el ángulo de apertura y cierre de la válvula de admisión, se caracterizan por que su árbol de levas en uno de sus extremos posee un engranaje con dentado helicoidal (6), que engrana con el manguito de conmutación (4), el mismo exteriormente presenta un dentado recto (3), que recibe el movimiento proveniente del motor a través de la corona de arrastre (2); este sistema produce su cambio de fase gracias al desplazamiento longitudinal del maguito de conmutación, el cual se logra por

la acción de una válvula de control (1) que es accionada por una electroválvula comandada por la centralita, y retorna a una posición gracias a la acción de un muelle de compresión (5).

Fig. 3.1 Convertidores de fase con engranaje helicoidal

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

La utilización de convertidores de fase, normalmente, solo se hace en motores con dos árboles de levas (DOCH), tal y como los encontramos en motores multiválvulas. 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 2,0litros, el cual también dispone de 2 árboles de levas para la distribución. Este motor gracias al convertidor de fase y a un doble encendido, da unos valores de rendimiento de 150 CV.

Fig. 2.2 Funcionamiento de un Convertidor de Fase


El elemento más importante del "variador de fase" (Fig. 3.2) es el actuador electrohidráulico 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 la centralita que gestiona tanto el sistema de inyección como de encendido. 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 3 parámetros importantes del diagrama de distribución (Fig. 3.3). - El cruce de válvulas - El inicio de la apertura de admisión - El fin del cierre de la válvula de admisión

Fig. 3.3 Grafica de Tiempos de Distribución de un Convertidor de Fase


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 número de revoluciones. La lógica de actuación de la variación de fase se establece de antemano, de manera tal que el cruce de válvulas 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), se da el 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), se produce la regularidad óptima de funcionamiento y reducción de los consumos específicos.

- En todos los regímenes, se garantiza la reducción al mínimo de las emisiones que contaminan.

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

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


- En la marcha en vacío y para la zona inferior de la carga parcial, el árbol de levas de admisión está atrasado, lo cual da como resultado una calidad elevada de la marcha en vacío y un buen comportamiento de respuesta.

- 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). 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. Para eliminar este inconveniente se montan levas con perfiles cónicos, que además permitirán la variación de alzada14. b. VARIOCAM (Fig. 3.5); Utilizado por Porsche, es un sistema para variar los tiempos de distribución un tanto peculiar, pues posee un mecanismo

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

hidráulico controlado por la unidad electrónica de control según el régimen de vueltas del motor empuja con dos patines (1) y abre la cadena (2), que mueve los árboles de levas (3), 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.

Fig. 3.5 Sistema VARIOCAM


El SDV VARIOCAM (Fig. 3.6), es controlado por una señal eléctrica que es enviada por la centralita de inyección (ECU) hacia un actuador que empuja unos patines que tensan la cadena de distribución.

Fig. 3.6 Trabajo del sistema de distribución VARIOCAM


Funcionamiento: En la posición de reposo (Fig. 3.7): la "línea de control A" está abierta y el aceite a presión actúa por debajo del "pistón actuador", por lo tanto no hay variación en la apertura de las válvulas de admisión. Las válvulas de admisión abren 7º después del PMS y cierra 52º después del PMI. Con estos parámetros, el motor funciona con un giro uniforme a bajas rpm, y la emisión gases sin quemar es muy baja debido a que no existe cruce de válvulas.

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


Por encima de las 1500 rpm (Fig. 3.8) la "línea de control B" está abierta y el aceite a presión actúa por encima del "pistón actuador" que empuja los patines hacia abajo, con lo que se adelanta la apertura de las válvulas de admisión. El árbol de levas de admisión recibe un avance de 9º respecto al de escape. Esto significa que las válvulas de admisión abren 8º antes del PMS y cierran 37º después del PMI. Con este diagrama se consigue un buen llenado de los cilindros y un aumento del par motor.

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

5500rpm) Modificado de: MEGANEBOY Dani; Los Sistemas de Distribución Variable; 2007;

http://www.mecanicavirtual.org/indice_cursos.html#variable A partir de 5500 rpm, el árbol de admisión vuelve a la posición inicial, es decir se retrasa la apertura de las válvulas de admisión, llevando a una apertura de 7º después del PMS y cerrándola 52º después del PMI. Como vemos esto es una contrariedad, pero es debido a que la alta velocidad de entrada de los gases de la mezcla necesitan un mayor retraso al cierre de admisión, para aprovechar su inercia y lograr que entre más cantidad de mezcla en los cilindros. Este variador de los tiempos de distribución cambia el momento de apertura y cierre de las válvulas de admisión pero el ángulo total de apertura permanece invariable.

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 válvulas de escape cuyos tiempos de distribución permanecen constantes, tienen un adelanta a la apertura de escape (AAE) de 31º y un retraso al cierre de escape (RCE) de 1º15.

c. VANOS: Es un convertidor de fase; que se denomino VANOS, cuyas siglas definen 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 lubricación. 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 iníciales 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 más complejo utilizado por BMW (Fig. 3.9) 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.


Fig. 3.9 Sistema Vanos Utilizado por BMW


El sistema de accionamiento que utiliza el aceite a presión para su funcionamiento cuenta con un sistema propio que trabaja con una presión de 100bar y también dispone de un depósito de aceite. La bomba de aceite de alta presión está integrada en la unidad de regulación (Fig. 3.10) y se acciona por medio del árbol de levas de escape (2). 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 (1) por medio de un dentado helicoidal (3), 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 motor16.

Fig. 3.10 Unidad Reguladora de un Sistema Vanos



3.1.2 Por la Variación de las Cotas de Admisión y Escape: tenemos los

siguientes:

a. Bi-VANOS (Sistema VANOS doble; Fig. 3.11, 3.12): BMW incorpora la tecnología del sistema de decalador variable a los dos árboles de levas, es decir, al de admisión y también al de escape. Se regulan de forma continua los árboles de levas de admisión y de escape dentro de un campo amplio, lo que provoca una elevada potencia específica y al desarrollo homogéneo del par motor.

Fig. 3.11 Vista Lateral de un Sistema BI – VANOS


Fig. 3.12 Esquema Hidráulico del Sistema BI – VANOS


En la fig. 3.13 se indica las curvas en las cuales se observan los ángulos y distancias de apertura de las válvulas de admisión dependiendo de la posición del cigüeñal17.


Fig. 3.13 Grafica de Tiempos de Distribución del BI – VANOS


b. Sistema de Volkswagen (Fig3.14): este sistema de distribución variable consta de dos árboles de levas, uno para la admisión y otro para el escape, los mismos que son movidos por la acción de una cadena; cada uno de los arboles posee un variador de avance y un sensor de posición. Los variadores que ocupan estos trabajan bajo presión hidráulica del aceite del motor. Su composición interna es un bobinado que regula la cantidad de aceite que actuara sobre el variador, siendo accionados por una señal proveniente de la ECU. Al de dos variadores de distribución es posible la actuación sobre cada uno de los arboles de levas de forma independiente.

Fig. 3.14 Constitución del Sistema de Volkswagen

Fuente: Manual del Automóvil Reparación y Mantenimiento; Año 2000

• Variadores (Fig. 3.15): los dos variadores constan de los mismos componentes, un piñón, un anillo de base, una tapa y una corona codificada. La rotación ejercida por la cadena es solidaria al piñón y al conjunto completo. La corona codificada y el rotor están también unidos entre ellos y está fijada al árbol de levas mediante un tornillo. Su posición de montaje está determinada por unos tetones y, por tanto no puede ser modificada.

La posición del conjunto del rotor con respecto al conjunto del piñón de la distribución puede ser modificada entre los valores mecanizados en el anillo base. La anchura de los anillos base corresponden a diferentes grosores, en

función del árbol de levas al que se encuentran fijado. En el árbol de admisión la anchura del diente corresponde a 50° del cigüeñal, mientras que en el escape el correspondiente es de 22 grados. La anchura del diente y, por lo tanto, la posición del árbol de levas correspondiente con respecto al cigüeñal, por la presencia de más o menos aceite del motor. La cantidad de aceite es regulada por la acción de las dos electroválvulas de regulación.

Fig.3.15 Variador del SDV de Volkswagen

Fuente: Manual del Automóvil Reparación y Mantenimiento; Año 2000 • Electroválvulas de regulación (Fig. 3.16): son dos una para la admisión y otra parar el escape. Están situadas en la tapa superior de la distribución. Constan de un bobinado que actúa sobre un vástago. Reciben positivo de 12 volts desde el contacto y la unidad de control controla la apertura mediante una señal de frecuencia fija y ancho de pulso variable (PWM). En función de su nivel de apertura comunican la presión de aceite obtenida en la entrada con la salida. La salida de de presión se dirige hacia el variador mediante conductos mecanizados en el soporte del árbol. En caso de falla de cualquiera de las electroválvulas, unidad de control desactiva la función de la distribución variable, limita la potencia del motor y, debido al incremento de los contaminantes, enciende el testigo de anticontaminación en el cuadro de instrumentos.

Fig. 3.16 Electroválvula de Regulación

Fuente: Manual del Automóvil Reparación y Mantenimiento; Año 2000 • Funcionamiento del sistema: la unidad de control actúa sobre la electroválvula del variador de escape bajo dos diferentes posibilidades, activa y en reposo. Al superar el régimen de las 1800rpm. La unidad de control la desactiva mediante la excitación del negativo de la electroválvula. La

activación de la electroválvula del variador de admisión es determinada por una señal de ancho de pulso variable, calculada por la ECU, en regímenes superiores a 1800rpm, para lo cual se basa en campos de curvas de características. Este campo tridimensional relaciona las revoluciones del motor, conocidas por el sensor de posición del cigüeñal, con la carga del motor, conocida por el sensor de masa de aire aspirado, y determina la apertura de la válvula de admisión, este campo característico es modificado en función de la temperatura del motor. Los dos sensores de árboles de levas informan de la posición alcanzada y se utilizan como retro información hacia la unidad de control del motor. Al arrancar el motor la presión de aceite llega a la entrada de las electroválvulas, las cuales son las encargadas de dirigir la presión de aceite hacia las cámaras A o B del variador (Fig. 3.17). Si la presión del aceite accede a la cámara A del variador, el rotor se mantendrá en posición de reposo. Si, en cambio, la presión del aceite accede a la cámara B, el rotor se desplazará, provocando así un movimiento del momento de apertura de las válvulas. Los orificios de fuga permiten la liberación del aceite sin presión.

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

Modificado de: Manual del Automóvil Reparación y Mantenimiento; Año 2000

Si el motor se encuentra a ralentí o no alcanza el régimen de 1800 rpm, sin petición de carga por parte del conductor, la unidad de control del motor actúa sobre la electroválvula del variador de escape. El aceite a presión llena la cámara B, provocando así el desplazamiento del rotor de escape y adelantando en este caso el cierre de las válvulas 25 grados antes del PMS (Fig. 3.18).

Fig. 3.18 Cotas de Distribución en Ralentí


Bajo las mismas circunstancias, la unidad de control del motor no actúa sobre la electroválvula del variador de admisión, por lo que el aceite llega a la cámara A. La posición del rotor queda así en posición inicial, o sea, provocando la apertura de las válvulas a 25 después del PMS. Al revolucionar el motor por encima de 1800 rpm: con una solicitación de carga por parte del conductor, la unidad de control del motor actúa sobre las electroválvulas de los variadores.

Fig. 3.19 Funcionamiento de los Variadores a 1800 rpm


Por un lado, la unidad de control desactiva la electroválvula del variador de escape. Ello produce que el aceite del variador de escape pase a la cámara A, retornando el variador a su posición inicial. El rotor actúa sobre el árbol de

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

Fig. 3.20 Cotas de Distribución a 1800rpm


La unidad de mando del motor acciona la electroválvula del variador de admisión mediante una señal de pulso variable. Ello provoca que, en función de la apertura de la electroválvula, el aceite pase a la cámara B. El rotor de admisión arrastra así el árbol de levas desde la posición de reposo de 25 después del PMS hasta un máximo de 25 antes del PMS18.

3.2 Según la Variación de la Alzada de Válvula y Desplazamiento

del Árbol de Levas.

Con ello se consigue modificar las cotas de distribución, 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 la regulación de los tiempos de distribución (VANOS doble) con una regulación continua de la carrera de las válvulas de admisión. El árbol de levas (2) no actúa directamente sobre la palanca de arrastre o balancín (1) que, por su parte acciona la válvula (5), sino que actúa sobre una palanca intermedia (4); que no se encuentra en posición horizontal debajo del árbol de levas sino que está ubicada en posición vertical junto a dicho árbol. La palanca intermedia está dotada en el centro de un rodillo que está en contacto con la leva. El extremo inferior de la palanca intermedia está apoyado sobre el rodillo de la palanca de

18 Manual del Automóvil Reparación y Mantenimiento; Edi. Cultural SA., Madrid – Año 2000; 56 – 57

arrastre, mientras que en la parte superior está apoyada en un eje excéntrico (3) dotado a su vez de un segundo rodillo. El control de este sistema se efectúa a través de un servo servomotor eléctrico (6), torsiona el árbol de excéntricas que forma la base de apoyo para la palanca intermedia, que actúan sobre las palancas de arrastre.

Un procesador de 32 bits, físicamente independiente de la centralita del motor (ECU), controla el movimiento del motor eléctrico, que coloca estos actuadores intermedios, en la posición requerida. El tiempo necesario para cambiar la carrera de las válvulas desde la mínima a la máxima alzada es de 300 ms, el mismo que necesita el sistema de distribución variable Bi-VANOS, en ajustar los 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 árbol de levas, la palanca intermedia ejecuta un movimiento pendular. Para conseguir que este movimiento horizontal se transforme en un movimiento vertical, la palanca intermedia tiene en su parte inferior un perfil que 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 un ligero ángulo. Sólo cuando la parte en ángulo actúa sobre el rodillo de la palanca de arrastre presionándola hacia abajo, se abre la válvula. La relación de la palanca ha sido definida de tal modo que tan sólo aproximadamente la mitad de todo el perfil que tiene forma de bumerang (Fig. 3.22) actúa sobre la palanca de arrastre. El principio y el final de esa mitad son determinados por el apoyo de la palanca de desviación. Es aquí donde interviene el árbol de excéntrica accionado por un motor eléctrico: si aplica presión sobre el rodillo superior de la palanca de desviación en dirección del árbol de levas, cambia el apoyo de la palanca y, en consecuencia, cambia también la parte efectiva del perfil en forma de bumerang. De esta manera es posible variar de modo continuo la carrera de la válvula de admisión, teóricamente desde las posiciones completamente cerrada hasta completamente abierta. Este es el principio de funcionamiento del sistema Valvetronic.

Fig. 3.22 Detalle del Perfil Bumerang


Cuando el motor ha de entregar su máxima potencia, la alzada de las válvulas es alta de modo que descubren una mayor sección de paso al aire, facilitando su entrada a los cilindros. Si se le hace funcionar a cargas bajas, la alzada se reduce, de forma que la sección de paso es menor, limitando de este modo la entrada de aire. La alzada de las válvulas puede variar desde los 0,0 a los 9,7 milímetros, en función del aire necesario para la combustión. Si el llenado de los cilindros del motor no se controla, por medio de una válvula mariposa, sino por medio de una carrera variable de las válvulas, se puede mejorar el rendimiento del motor Otto en aproximadamente un 10%, porque ya no es necesario aspirar en contra de la depresión existente en el múltiple de admisión. Las pérdidas a través de las válvulas de admisión del motor Valvetronic son menores que la suma de las que se producen en la válvula del acelerador y las de admisión de un motor convencional. Para su fabricación se utilizan unos valores de tolerancias muy reducidos. Para garantizar que todas las válvulas de admisión tengan siempre el mismo grado de apertura, se funden, durante el montaje de la culata, cada uno de los conductos por separado. Únicamente para funciones de diagnóstico y en caso de avería del sistema, el motor Valvetronic de BMW sigue equipando una válvula de mariposa convencional a la entrada del conducto de admisión, que en condiciones normales permanece completamente abierta, ofreciendo una resistencia despreciable a la entrada del aire. Con este sistema BMW asegura una reducción de consumos, menos emisiones contaminantes sin necesidad de recurrir a catalizadores especiales y una notable mejoría en el agrado de conducción19. b. VARIOCAM PLUS: Porsche adopto un sistema de distribución variable cambiando la alzada de las válvulas por medio de empujadores de vaso


invertido cambiables (Fig. 3.23). Para la marcha en vacío y para una carga reducida son los empujadores de vaso invertido dobles (1) (concéntricos) los que funcionan sobre una leva plana con una carrera de la válvula de solo 3 mm. Si la carga es superior, el sistema cambia a 2 levas mas inclinadas con una carrera de válvula de 10 mm por medio de un empujador para altas RPM (2). Simultáneamente, la marca Porsche aprovecha la posibilidad de la regulación de fases (variación de los tiempos de distribución) del árbol de levas de admisión (de ahí la palabra -PLUS- de la denominación del sistema), para optimizar la separación y el solapamiento. Porsche utiliza la abreviatura CVCP para el regulador continuo del árbol de levas (3) que funciona con pistones de desplazamiento axial.

Fig. 3.23 Variocam Plus


El sistema de control de la carrera de válvulas consta de empujadores de vaso invertido cambiables controlados por una electroválvula de 3 vías. Los árboles de levas cuentan con levas de diferentes tamaños. Según las necesidades del motor, el sistema se adaptará proporcionando la carrera de las válvulas más adecuada a esta situación. Se utilizan dos empujadores concéntricos, que pueden bloquearse por medio de un pequeño bulón. El interior tiene contacto con la leva pequeña y el exterior con la leva grande. En el mecanismo va integrado además un sistema para el reglaje hidráulico del juego de válvulas.

La regulación de la carrera de la válvula funciona como sigue: para la transmisión de 2 carreras diferentes de las válvulas se ha subdividido el empujador de vaso invertido en una carcasa externa y en otra interna situada concéntricamente en el interior de la externa. El mecanismo de cierre que se localiza en la zona del empujador de vaso invertido propio de la leva permite el acoplamiento de control hidráulico de la carcasa interna y de la externa por medio de la presión del aceite del motor. Una válvula de inversión electrohidráulica da admisión a los pistones de bloqueo, que dan lugar a un acoplamiento de las 2 piezas del empujador al alcanzar una presión de aceite de, como mínimo de 1,2 bar. La regulación de los movimientos de válvulas comporta una disminución de los rozamientos mecánicos y las pérdidas de efectividad termodinámica debido

al intercambio de gases, así como una menor permanencia, en las cámaras de combustión, de gases de escape de anteriores ciclos de combustión. Carrera pequeña de la válvula: Los empujadores funcionan sin acoplamiento. El empujador interno y la leva central (plana) son determinantes para la carrera. El empujador interno también soporta el elemento para la compensación hidráulica de juego de las válvulas y sirve como guía para el empujador externo, que en esta situación no actúa (no acciona la válvula). Además existe un muelle débil de la carrera del pistón diferenciadora que es el que garantiza el contacto con las levas. Carrera grande de la válvula: El empujador interno y el empujador externo están acoplados. Pero es el empujador externo el que determina la carrera del pistón y el que sigue las curvas de elevación de las 2 levas externas. La disposición doble de las 2 levas altas también sirve para reducir la presión superficial y para evitar el momento basculante. El sistema de distribución denominado "VarioCam Plus" consta de cuatro válvulas por cilindro, elementos de regulación de los árboles de levas (convertidores de fase) y empujadores de vaso invertido. Las cuatro válvulas de cada cilindro están dispuestas en forma de "V" (Fig. 3.24) con un ángulo de 27,4 grados. Para reducir las masas oscilantes en el mecanismo, los vástagos de las válvulas tienen un diámetro de seis milímetros. Este sistema optimiza la potencia y el par en todos los regímenes, ayuda a reducir el consumo y las emisiones y a mejorar el confort de marcha del motor.

Fig. 3.24 Disposición en V de las Levas a 27º

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

El sistema VarioCam Plus está formado en realidad por dos mecanismos que se complementan: la distribución variable mejora el funcionamiento del motor al ralentí al accionar la leva pequeña (carrera de 3 mm) y ajustar un pequeño cruce de válvulas. En función de la longitud de la carrera de válvulas disminuyen los rozamientos internos en el mecanismo de distribución. Para mejorar los niveles de consumo en carga parcial, es conveniente aprovechar la recirculación interna de gases de escape. El sistema de distribución variable conecta en este caso un cruce de válvulas más amplio, con carrera corta de las válvulas de admisión, con lo que se alarga el tiempo disponible para aspirar gases desde el colector de escape. Tanto la distribución variable como el control de la carrera de válvulas están controlados por la ECU, que ha sido diseñada específicamente con una capacidad de proceso más alta. El sistema VarioCam Plus requiere numerosos

parámetros para su control, como por ejemplo el régimen del motor, la posición del acelerador, temperatura de aceite y agua y detección de la marcha acoplada. En milésimas de segundo, el ordenador decide si debe intervenir el VarioCam Plus. En caso afirmativo, las operaciones de regulación y ajuste son efectuadas de forma imperceptible.

El sistema de distribución variable VarioCam Plus optimiza los valores de potencia y par motor en diferentes regímenes y, a la vez, permite disminuir el consumo de combustible y las emisiones de escape, mejorando, además, el refinamiento de marcha del motor. Gracias a la directa unión del sistema Vario Cam y el árbol de levas de admisión, el nuevo motor carece del conocido mecanismo de impulsión por cadena entre el cigüeñal y el árbol de levas. Los árboles de levas de admisión y escape son impulsados, en el nuevo motor de 3,6 litros, mediante un árbol intermedio20.

c. Convertidor de Fase y Alzada con Engranaje Helicoidal y Levas Cónicas (Fig. 3.25): La utilización de levas cónicas requieren debido a la forma, 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 centrifuga21.

Fig. 3.25 Esquema de Mando Para la Variación de Fase y Alzada de un Sistema de Levas Cónicas

Modificado de: SANZ SANZ Jose; Evolución del mecanismo de la distribución de los motores de 4 tiempos; 200; www.latorretaonline.com. pdf

d. VTEC: Siglas de Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System. Honda en sus motores (Fig. 3.26), presenta un sistema para la variación de los tiempos de distribución, en el cual los arboles de levas no se torsionan; en estos sistemas no solo se regula la fase de apertura, sino también


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

el tiempo y la sección de la misma. Este sistema tiene configurado medidas de control para los distintos estados de funcionamiento. Para un número de revoluciones medio, los tiempos de apertura mas cortos y una carrera de válvula menor elevan la velocidad de gas y, por tanto, también el llenado y el par motor dentro de este margen. Para un número de revoluciones superior, los tiempos de apertura mas largos y una carrera de válvula más grande intensifican la respiración del motor, lo cual, a su vez, tienen un efecto sobre la potencia.

Fig. 3.26 Motor Honda VTEC 1.5 16V SOCH


Los sistemas VTEC (Fig. 3.27), requiere 4 válvulas por cilindro, 6 levas y 6 balancines de palanca (1); para conseguir los fines ya manifestados en párrafos anteriores. Las levas externas (2), que están asignadas directamente a las válvulas, portan perfiles suaves y la leva central (3) tiene los tiempos de distribución más largos y la carrera de la leva más grande. En el régimen de revoluciones bajo, solo están activas las levas externas, mientras que la leva central se acciona, en vacío, es decir, no tiene efecto alguno sobre las válvulas de los balancines de palanca centrales. Un muelle adicional (4) evita que se pierda el contacto entre la leva y el balancín de palanca. Existen unos pasadores (5) que se pueden desplazar de forma hidráulica y que entre 5000 y 6000 r.p.m. realizan una conexión mecánica entre los 3 balancines de palanca. Desde ese momento es la leva central más grande la que señala la apertura de la válvula. La presión de distribución necesaria para el desplazamiento la proporciona el circuito de aceite lubricante del motor (6). Para que el acoplamiento de los balancines de palanca funcione bien, es necesario que los círculos de base de todas las levas sean igual, de modo que cuando las válvulas estén cerradas los alojamientos y los pasadores estén alineados. Honda ha demostrado la capacidad de rendimiento del sistema VTEC (DOCH) que tiene dos árboles de levas situados en la parte superior

Fig. 3.27 Sistema VTEC de Honda


El sistema de distribución variable empleado por Honda en sus automóviles se basa en una tercera leva en cada cilindro que entra en funcionamiento a altas revoluciones. El balancín de esta leva no actúa a bajas revoluciones, mientras que al acelerar, la presión del aceite desplaza un vástago entre los balancines de las otras levas y el de la leva central, quedando todo el conjunto unido. En este momento los balancines son abiertos por la leva con mayor perfil (que es la central) y se incrementa el alzado de las válvulas y su momento de apertura y de cierre. Cuando el motor reduce el régimen de giro, el vástago se recoge y el balancín central queda suelto. El perfil que ahora actúa es el de las levas exteriores. Este sistema se acopla a las válvulas de admisión y escape en los motores de doble árbol de levas (DOCH) y solamente a las válvulas de admisión en los motores de un árbol de levas (SOCH). Dependiendo del enclavamiento de los pernos o bulones se pueden obtener los siguientes estados de funcionamiento. Estado 1 (Fig. 3.28): Por debajo de las 2500 rpm y con el motor con poca carga, los tres bulones están desenclavados con lo que los balancines pueden girar unos con respecto a los otros. El de más a la izquierda está apoyado sobre un anillo mecanizado en el árbol de levas, con lo que la alzada de la válvula correspondiente será nula, permaneciendo cerrado. El motor pues, estará funcionando en modo 12 válvulas (3 válvulas por cilindro). El balancín intermedio por no estar enclavado no acciona ninguna válvula. El balancín de la derecha es accionado por la leva de perfil más suavizado, accionando su correspondiente válvula, con lo que se obtiene un diagrama de distribución propio de un motor elástico con un rendimiento de la combustión alto.

Fig. 3.28 Estado 1


Estado 2 (Fig. 3.29): Al sobrepasar las 2500 r.p.m. o acelerar, se introduce presión al bulón superior, enclavándolo, con lo que los balancines extremos se hacen solidarios. Con ello las dos válvulas de admisión son accionadas por el perfil de leva más suave, funcionando el motor en modo 16 válvulas. El motor opera en este estado desde alrededor de la 2500 r.p.m. hasta las 6000.

Fig. 3.29 Estado 2


Estado 3 (Fig. 3.30): Cuando el motor sobrepasa las 6000 r.p.m. se manda presión al bulón inferior, haciendo solidarios los tres balancines, con lo que pasan a ser accionados por el perfil de leva de mayor alzada. Con ello se consigue una mayor potencia, propia de un motor rápido.

Fig. 3.30 Estado 3


La Fig. 3.31 representa los tiempos de distribución y carrera de válvulas en sus tres estados ya mencionados, en donde se representa la alzada en mm., en el eje vertical y en el horizontal la variación de la distribución en grados22.

Fig 3.31 Tiempos de Distribución y Carrera de Válvulas


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 reducción del consumo de combustible 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 desconexión de las válvulas se utiliza el VTEC - SOCH desarrollado con tan solo un árbol de levas situado en la parte superior. El sistema VETEC - E no actúa sobre las válvulas de escape teniendo estas una distribución fija, solo actúa sobre las válvulas de admisión, a bajas r.p.m.


solo abre una de las válvulas y altas r.p.m. abren las dos. De esta manera se aprovechan las ventajas de los motores de dos válvulas por cilindro en unos momentos determinados y en otros momentos las ventajas de los motores de 4 válvulas 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 balancines primario (3) y secundario (4) actúan independientemente y son movidos por las levas (1), de 8 mm de alzada, y (2), de 0,65 mm de alzada. Esta pequeña abertura evita la acumulación no deseable de la mezcla en el segundo conducto de admisión. El uso de una sola entrada para la mezcla provoca una fuerte turbulencia dentro del cilindro que permite realizar una combustión más eficaz, incluso con mezclas pobres. Con la apertura de una sola válvula el llenado del cilindro mejora a bajas r.p.m. por lo que aumenta el par motor. La válvula de admisión que se mantiene inactiva se acciona durante esta fase, también por motivos de refrigeración, por medio de una leva muy plana con una carrera de tan solo 0,65 mm., mientras que la válvula que trabaja realiza toda la carrera de la válvula que es de 8 mm.

Fig. 3.32 Balancín Desbloqueado Régimen por Debajo de 2500rpm


Balancines acoplados (Fig. 3.33): a partir de 2500 r.p.m., el calculador de la inyección envía una señal al actuador hidráulico que da paso a la presión que desplaza los pistones que acoplan los balancines. Es la leva de más alzada (8 mm) la que mueve las dos válvulas de admisión con la misma elevación y los mismos tiempos de distribución. En estas condiciones aumenta la potencia al aumentar el número de rpm23.


Fig. 3.33 Balancín Bloqueado Régimen por Encima de 2500rpm


f. VVT-I (Variable Valve Timing & Lift - Intelligent): Utilizado por Toyota, que tiene por misión cumplir las siguientes funciones: - Control de los tiempos de distribución - Control mediante dos estados de funcionamiento de la alzada de la leva. - Control tanto en el árbol de levas de admisión como en el de escape

El mecanismo (Fig. 3.34) consta de un solo balancín (1), el cual acciona las dos válvulas de admisión (2) a la vez. Dicho balancín es accionado por dos levas de diferente perfil, una primera leva (3) que es de tipo agresivo que sirve para altas rpm, y la segunda leva (4) de perfil más suave para bajas y medianas rpm.

Fig. 3.34 Componentes de un Sistema VVT – i


El apoyo del perfil de leva agresivo es un bulón al cual se le permite un cierto desplazamiento mientras no actúe un tope que se acciona hidráulicamente.

Cuando el motor funciona a bajas y medias vueltas (Fig. 3.35) el tope no está accionado, con lo que el bulón sube y baja, de manera que el perfil de leva agresivo no acciona el balancín, siendo las válvulas accionadas por el perfil de leva suave.

Fig. 3.35 Funcionamiento a Bajas y Medias rpm


A altas r.p.m. (Fig. 3.36), la unidad de control electrónica acciona la válvula hidráulica, con lo que el enclavamiento se acciona bloqueando el bulón, de manera que es ahora el perfil de leva agresivo el que acciona a las válvulas consiguiéndose así un diagrama de distribución propio de un motor rápido24.


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 válvula que utiliza un balancín de rodillo con cojinetes de aguja incorporados. Esto reduce la fricción producida entre las bielas en toda su área (balancín empujaválvulas giratorios) que empujan las válvulas hacia abajo, mejorándose el consumo de combustible.

Fig. 3.37 Componentes de la Distribución Variable de Toyota

Modificado de: Hilux; Características del Nuevo Automóvil; 2005

Además se los motores emplean un regulador hidráulico que produce una holgura constante nula con un valor de cero mediante la utilización de presión de aceite y fuerza de resorte de muelles.

El sistema VVT – i se utiliza para la obtener un consumo de combustible mínimo, 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 válvulas de admisión y escape han sido metalizadas para mejorar su resistencia al desgaste.

Árbol de Levas (Fig. 3.38): los arboles de levas de admisión tiene incorporado un conducto de aceite, para así lograr el suministro de aceite a presión para el sistema VVT-i. Además tiene instalado un controlador para el sistema; que se encuentra ubicado delante del árbol de levas de admisión, el mismo que servirá para variar el reglaje de las válvulas de admisión.

Fig. 3.38 Componentes del Árbol de Levas

Modificado de: Hilux; Características del Nuevo Automóvil; 2005 Regulador hidráulico del recorrido (Fig. 3.39): este se encuentra ubicado en el punto de apoyo del balancín empujavàlvulas, que esta compuesto principalmente por un brazo móvil, un muelle resorte del brazo móvil, una bola de tope y un muelle de la bola de retención.

El aceite que es suministrado por la culata de los cilindros y el resorte incorporado acciona el regulador hidráulico de recorrido. La presión del aceite y la fuerza del muelle que actúan sobre el brazo móvil empujan el balancín empujavàlvulas contra la leva para ajustar la holgura de la válvula creada durante la operación de apertura y cierre de la válvula. De esta manera se logra una mejora del nivel acústico del motor consiguiendo ser más silencioso, y además se consigue que los ajustes de la holgura de la válvula sean innecesarios.

Fig. 3.39 Representación del regulador Hidráulico de Recorrido

Fuente: Hilux; Características del Nuevo Automóvil; 2005

Cadena de distribución 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 más compacto y obteniéndose una mayor fiabilidad de la cadena de distribución. En el motor 1TR-FE, su cadena de distribución se encentra lubricada con su sujetador de aceite. El tensor de la cadena utiliza un resorte y presión de aceite para mantener siempre la tensión de la cadena. Ya que así se elimina el ruido producido por la misma. Además posee un mecanismo de no retorno de trinquete en el tensor de la cadena25.

Fig. 3.40 Cadena de Distribución y Tensor de la Cadena

Fuente: Hilux; Características del Nuevo Automóvil; 2005

25 Hilux; Características del Nuevo Automóvil; abril del 2005; MO – 13 a MO – 15

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