Sistemas de distribución variable y convertidor de fase

            Los sistemas de distribución variable consiguen modificar los ángulos de apertura y cierre de las válvulas para optimizar el llenado y vaciado de los cilindros del motor, a través de diferentes sistemas. Actualmente existen dos sistemas fundamentales para variar la distribución.

Sistemas de distribución variable 

  1. -Variación del  levantamiento de válvula, con ello se consigue modificar simultáneamente el avance y cierre de la válvula, además de disminuir o aumentar el área de paso de los gases frescos.
  2. Desplazamiento del árbol de levas con respecto al cigüeñal.

            Dado la importancia de este sistema los fabricantes de automóviles diseñaron sistemas que en si tenían el mismo objetivo: modificar el calado de los árboles de levas, (en ocasiones para altas revolucionen disponen de otras levas), cambiar la alzada del levantamiento de las válvulas, ver esquema 43.

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Figura 43: Clasificación de los sistemas de distribución.

Convertidores de fase

             A partir de los variadores de fase se puede adaptar el diagrama de distribución con el fin de lograr unas exigencias de empuje a bajos regímenes y elevado rendimiento volumétrico a altos regímenes. Estos convertidores de fase como ya hemos dicho los diseñan los fabricantes de automóviles por lo que son todos diferentes pero su objetivo  es el mismo, el más usado es el que controla la admisión variando la posición angular del árbol de levas respecto al engranaje  que lo arrastra. El cambio es controlado por un accionador electromagnético subordinado a la centralita del vehículo, a partir de la presión de aceite el mecanismo denominado convertidor de fase permite un movimiento de unos grados al árbol de levas, ver figura 44. En los variadores de fase los perfiles de las levas no se ven modificados.

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Figura 44: Convertidores de fase.

             La pieza fundamental del variador de fase es el actuador electrohidráulico acoplado al engranaje que lo arrastra en rotación al árbol de levas de las válvulas de admisión. Esta pieza logra dar al árbol dos posiciones angulares para así variar los tiempos reapertura de las válvulas de admisión. 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. 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. Su control esta dirigido por la centralita BOSCH Monotronic en la mayoría de los casos, que lleva a cabo el giro relativo deseado.

             La lógica de actuación de la variación de fase se establece de antemano, de manera tal que el cruce de válvulas, es decir, esa fracción del ciclo de funcionamiento del motor durante la cual están abiertas de manera simultánea las válvulas de admisión y de escape se reduzca a los regímenes bajos y con poca carga, y aumente en los regímenes altos y en caso de fuerte solicitación de potencia. De esta forma obteneos los siguientes resultados:

  •  En los regímenes altos y medio-altos y en caso de fuerte demanda de potencia (puesta en fase normal), llenado óptimo de los cilindros y, por lo tanto, máximo de la potencia y del par.
  •  En los regímenes bajos y medio-bajos y con reducidas cargas (puesta en fase atrasada), regularidad óptima de funcionamiento y reducción de los consumos específicos.
  • En todos los regímenes, reducción al mínimo de las emisiones que contaminan.

            Cuando demandan la actuación del variador de fase se produce el giro del árbol de levas de admisión modificando 3 parámetros del diagrama de distribución:

    1. El cruce de válvulas.
    2. El inicio de la apertura de admisión.
    3. El fin del cierre de la válvula de admisión.

            Estas cuatro variables tienen una repercusión muy importante sobre la potencia, par motor, calidad de marcha en vacío, gases de escape y consumo. La principal desventaja que tiene los convertidores de fase es que no controlan las carreras de las válvulas siendo estas siempre constantes. Actualmente se hacen ensayos para conseguir eliminar este defecto por medio de otros perfiles como el de levas cónicas.

A continuación una lista de los sistemas de distribución variable más comunes en la actualidad:

Sistema Variocam de Porsche

El sistema de distribución Variocam de Porsche está controlado por la centralita ECU que gestiona un mecanismo hidráulico que empuja unos patines que tensan la cadena de distribución una vez dada la señal eléctrica de la centralita, la cadena de distribución mueve el árbol de levas de admisión lo que provoca un giro y produce un reajuste de los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión. En síntesis, el sistema se caracteriza por cambiar el momento en el que se abren y cierran las válvulas de admisión, pero el ángulo total de apertura permanece constante.

Sistema Variocam plus de Porsche

Este sistema incorpora empujadores de vaso invertido cambiables para la alzada de las válvulas. Dichos empujadores funcionan sobre una o dos levas con una carrera de entre 3 y 10 mm. Aprovecha la regulación de fases del árbol de levas de admisión para mejorar la separación y el solapamiento. Una electroválvula de 3 vías gestiona los empujadores según las exigencias del motor, proporcionando una carrera de válvula correcta para cada situación. En lo alto de cada válvula del árbol de admisión se localizan un par de empujadores concéntricos. El mecanismo de cierre se sitúa en el empujador de vaso invertido, permitiendo el acoplamiento del control hidráulico a la carcasa externa e interna a través del circuito de presión de aceite de motor.

Sistema Valvetronic de BMW

Valvetronic regula la carrera de las válvulas con una buena, aunque algo costosa precisión. Incorpora una palanca entre el árbol de levas y la válvula de admisión, dicha palanca realiza un movimiento pendular al girar el árbol de levas. Ese movimiento luego será transformado a movimiento vertical a través de unas cogidas. La alzada de las válvulas va de 0 a 9.7 mm dependiendo de la cantidad de aire necesario para la combustión, lo que mejora el rendimiento del motor un 10%. Otra innovación es el servomotor que controla el árbol de excéntricas que es la base de apoyo de la palanca intermedia. Este servomotor es controlado por un procesador de 32 bits que es independiente de la centralita y ajusta la posición de los actuadores intermedios.

Sistema VANOS de BMW

El sistema VANOS cambia los momentos de apertura/cierre de las válvulas respecto a la posición del pistón según las r.p.m del motor, mejorando así la sincronía y el rendimiento. Reduce el tiempo de apertura de las levas de admisión sin reducir el rendimiento máximo del motor y además brinda ventaja con respecto a la calidad en marcha en vacío. La presión del aceite se requiere para mantener al pistón en las posiciones de seguridad y realizar el giro de la rueda dentada hacia el árbol de levas de admisión. También requiere un par de válvulas de mando electromagnéticas y un par de ruedas para marcar la posición de los árboles de levas. En definitiva este sistema mejora la gestión de emisiones y aumenta el rendimiento del par motor.

Distribución Variable de Ferrari

La innovación de este sistema es su acertado diseño del árbol de levas. Genera una variación en el diagrama de apertura y cierre de las válvulas en función de las r.p.m del motor y además posee levas cónicas. El árbol de levas puede desplazarse en ambos sentidos longitudinales por medio de un sistema hidráulico y además tiene la posibilidad de variar su rotación por medio de un regulador centrífugo. El conjunto del taqué tiene un movimiento de oscilación gracias a un plato oscilante y un patín, lo que genera una perfecta transmisión del movimiento a la válvula. Cuando el motor requiere desplazar el árbol de levas, debe hacer presión hidráulica sobre el cilindro de soporte. El sistema genera ventajas como mayor potencia específica y menor consumo de combustible.

Sistema Valvelift de Audi

La distribución regula de manera variable el alzado de las válvulas. En cada árbol de levas de admisión se encuentran piezas flotantes que se desplazan de forma longitudinal. Dicho movimiento se ejecuta a través de una guía de tallado helicoidal. Encima de cada guía hay un pistón actuador que puede entrar en la guía que hacen que la pieza permanezca en posición. La pieza de leva rota en sentido longitudinal una vez que se introduce el pistón y luego el pistón se retrae nuevamente sin corriente. El sistema posee dos pares de levas distintos, uno de los cuales se abre asimétricamente y produce una turbulencia que mejora el rendimiento. De hecho el sistema es eficiente a velocidades medias-altas en marcha corta. Para más información visita el artículo Sistema Valvelift de Audi

Honda VTEC

Dos de las tres levas tienen el mismo perfil y posición relativa a la válvula, dichas levas son las que mueven directamente los balancines que actúan sobre las válvulas.La otra leva se sitúa en medio, es de mayor alzada y de amplio desarrollo de perfil, el desfase entre las levas de admisión y escape es de mayor ángulo que el de las levas pequeñas. La leva central gira y se mueve a su respectivo balancín, con la diferencia de que no tiene efecto en ninguna válvula.Una vez que el motor alcanza un régimen de giro de cerca de 5.500 r.p.m, la central electrónica envía una señal de control a la válvula para que abra el paso del aceite que entrará en el cilindro del balancín del árbol de levas. La leva central controla el movimiento de los balancines y mejora el funcionamiento del motor.