Distribución de fase variable (DFV)

La distribución del motor está compuesta por el conjunto de elementos encargados de su respiración, es decir la admisión y el escape; válvulas, árbol/es de levas, sistemas de accionamiento y demás elementos complementarios según el tipo de distribución. Si quieres más información en el siguiente enlace del blog la encontrarás “Evolución de la distribución del motor”:

http://autastec.com/blog/organos-elementos/la-distribucion-del-motor/#more-1447

El mejor llenado

Llenado del motor es el volumen de masa de gases que llenan el cilindro al terminar el ciclo de admisión. El llenado es directamente proporcional a la energía (par) generada por el motor. El objetivo es lograr el mejor llenado (par) y que se mantenga en el margen más amplio posible de RPM, así el motor aportará su mejor respuesta desde bajas hasta altas RPM y permitirá utilizar desarrollos de transmisión más largos para beneficiar el consumo y contaminación. En el siguiente enlace del blog “Más número de relaciones de caja de cambios” tienes más información:

http://autastec.com/blog/tecnologias-limpias/mayor-numero-relaciones-caja-cambios/#more-828

En la siguiente animación se explica el llenado y sus particularidades relacionadas con la distribución del motor:

    • Es un motor DOHC, con dos árboles de levas en culata (o cabeza), culata de flujo transversal y cámara de combustión hemisférica. En el enlace siguiente del blog  “Culata hemisférica” hay más información:

http://autastec.com/blog/nuevas-tecnologias/culata-hemisferica/#more-982

    • Circulación de los gases de escape y admisión; se observa el paso de los gases de admisión (azul) y escape (amarillo). Los gases se desplazan por los colectores a vertiginosa velocidad, proporcional a las RPM, rebotando con las ondas de presión que se generan por los sucesivos cambios de sentido de los gases al abrir y cerrar las válvulas. A las ondas de presión se añaden los “obstáculos” del filtro de aire en admisión y catalizador, turbo, silenciadores,.. en el de escape. Como ya he comentado en otras ocasiones este efecto de vaivén de los gases en los colectores es la resonancia, tema al que dedicaré un artículo
    • El mejor llenado se logra:
      • En admisión; al descender el pistón aspira los gases de admisión, lo que supone un trabajo. Si en esta fase se logra que la resonancia, rebote de los gases hacia el cilindro, coincida con el descenso del pistónse llenará más el cilindro produciendo más energía (par) la combustión. Se ve este efecto en la imagen central y también en el detalle inferior derecho; al descender el pistón en admisión se suma a su aspiración el efecto de la resonancia
      • En escape; al subir el pistón empuja fuera del cilindro, al colector de escape, a los gases quemados. Si el rebote de los gases de escape en el colector coincide en sentido de salida de los gases del cilindro se vaciará más rápido el cilindro lo que repercute en mejorar las condiciones para el siguiente llenado. Se ve en el detalle inferior izquierdo como al subir el pistón en escape se suma a su empuje el efecto de la resonancia, que “tira” de los gases de escape agilizando el vaciado del cilindro. También se aprecia en la imagen central
    • Las válvulas determinan las secuencias de admisión y escape, y son accionadas por el/los árbol/es de levas. Se ha de elegir a qué RPM se hace coincidir la resonancia con las aperturas de válvulas, a esas RPM se obtendrá el mejor llenado/par que disminuye antes y después de este régimen de giro del motor

¿Cómo mantener el mejor llenado?; distribución de fase variable DFV

Las RPM más utilizadas en conducción normal un automóvil son las medias. Si se buscan prestaciones se subirá el motor de RPM, con más consumo y contaminación. Para lograr bajos consumos se circulará a bajas RPM, pero se resiente la respuesta del motor, por lo que habrá que reducir de marcha para disponer de empuje adicional. En la animación que se ve a continuación se ve:

    • En el centro abajo un motor en el que coincide la resonancia con las secuencias de válvulas a medias RPM, es decir se abre la de admisión cuando los gases en su colector rebotan hacia el cilindro, y se abre la de escape cuando sus gases rebotan hacia el exterior del cilindro. Es cuando se obtiene el mejor llenado/par
    • A bajas RPM (imagen superior  izquierda); los gases se desplazan más lentamente y la frecuencia de la resonancia disminuye, como son gases con efectos elásticos ya no coinciden con las secuencies de actuación de las válvulas; cuando rebotan los de admisión hacia el cilindro se encuentran su válvula ya cerrada, y al rebotar los de escape hacia el exterior su válvula también ya está cerrada. Para que a estas RPM coincidiese la resonancia con las secuencias de válvulas estas deberían abrir más tarde
    • A altas RPM (imagen superior derecha); se mueven los gases más deprisa generando ondas de mayor frecuencia y presión, cuando rebotan hacia la válvula de admisión se la encuentran cerrada, aún no ha abierto, y en el escape al rebotar hacia el exterior todavía permanece cerrada su válvula. Para que a altas RPM coincidiese la resonancia con las secuencias de actuación de las válvulas deberían abrir estas antes
    • La tecnología que permite adaptar las secuencias de actuación de las válvulas a la resonancia en un amplio margen de RPM es la distribución de fase variable, que llamaremos DFV. Se conoce genéricamente con las siglas en inglés “CVVT”, (Continuosly Variable Valves Timming; más o menos cronometraje variable en continuo de válvulas. En sus inicios la DFV aportaba dos secuencias de actuación de válvulas, después tres hasta llegar a una variación continua entre sus posiciones de más retraso y más avance, por esta razón la palabra continua en la denominación actual de la distribución de fase variable

Funcionamiento de la distribución de fase variable DFV

El/los árbol/es de levas son accionados desde el cigüeñal mediante un sistema de arrastre que hace girar el/los piñón/es a los que van unidos. Para lograr modificar las secuencias de actuación de las válvulas es preciso inducir giros relativos entre el/los árbol/les de levas y sus respectivos piñones. En la siguiente animación se explica esta tecnología de distribución de fase variable DFV de forma didáctica:

    • Se utiliza el mismo motor DOHC con admisión a la derecha (azul) y escape a la izquierda (amarillo)
    • Admisión; se ve un sistema que permite el movimiento angular relativo entre el árbol de levas y su piñón. Consiste, didácticamente, en un vástago en el árbol de levas que encaja en un alojamiento en el interior del piñón con una apertura angular determinada; si el vástago del árbol de levas apoya en el tope izquierdo del alojamiento se retrasa la apertura de la válvula, bajas RPM, cuando el vástago asienta en el extremo derecho del alojamiento se anticipa la apertura de la válvula, altas RPM. La posición central del vástago en el alojamiento corresponde a las RPM medias del motor
    • Escape; se ve el mismo sistema explicado de variación angular entre su árbol de levas y el correspondiente piñón
    • La posición variable de los árboles de levas con sus respectivos piñones se suele ajustar mediante presión de aceite de lubricación del motor, que mediante unos empujadores a cada lado de los vástagos de los árboles de levas determina la posición angular. El control es por un calculador electrónico o unidad de mando UM, puede estar incluido este control en la UM del motor (Inyección/Encendido)
    • Otro método para accionar la DFV es mediante motores eléctricos o actuación electromagnética. Esta tecnología permite que el sistema sea más eficiente con temperaturas muy extremas
    • Los primeros sistemas de DFV actuaban solamente en dos fases sobre las válvulas de admisión, es más difícil llenar que vaciar. La evolución de esta tecnología amplio las secuencias de actuación hasta ser continua y se incluyó a las válvulas de escape

Curvas de llenado/par sin y con DFV

La mejor forma de valorar las aportaciones de la distribución de fase variable es con la curva de par, como se presenta en la siguiente animación:

    • Sin DFV; se ve como el par va aumentando desde bajas RPM, llega al valor máximo a medias RPM y comienza a disminuir al seguir subiendo de RPM
    • Con DFV; la curva de par es bastante “plana” manteniendo valores altos, próximos al máximo, en un amplio margen de RPM. Se mantiene el valor máximo de par/llenado a medias RPM
    • Se resaltan las zonas de mejora de par a bajo y alto régimen con DFV
    • Curva de par con motor multiválvulas; si hay más de dos válvulas en un motor de cuatro tiempos, admisión y escape, se denomina al motor multiválvulas. Puede tener dos de admisión y una de escape, dos de admisión y de escape o tres de admisión y dos de escape. Al final de la animación se representa la curva de par de un motor multiválvulas, observándose un inicio suave del par que se incrementa sensiblemente desde más o menos medio régimen. Este motor tiene bastante pobre respuesta a bajas/medias RPM y mucho mejor a altas RPM. La incorporación de motores multiválvulas en automóviles de turismo supuso una decepción en su comportamiento al compararlos con los motores tradicionales de dos válvulas, pues exigían girar a latas RPM para disponer de suficiente respuesta. Para compensar la carencia de par a bajas RPM del motor multiválvulas se difundió y generalizó la distribución de fase variable en motores de automóviles de turismo. En otro artículo hablaré de los motores multiválvulas y las causas de la forma de su curva de par

Aplicaciones del la DFV en motores

Se ven a continuación en dos grupos de imágenes animadas siete motores como ejemplos de Distribución de Fase Variable, todos los motores son DOHC:

    • Motor 1, DFV en admisión y escape; accionamiento por cadena. Se aprecian en los dos piñones de los árboles de levas de admisión y escape los alojamientos de los componentes de la DFV
    • Motor 2, DFV en admisión y escape; accionamiento por cadena. Se aprecian, como en el anterior motor, los alojamientos de la tecnología DFV en los árboles de levas de admisión y escape. Se ve también el motor eléctrico de alzado variable de las válvulas de admisión, Valvetronic lo denomina BMW. En otro artículo comentaré estos sistemas que controlan la apertura variable de las válvulas de admisión
    • Motor 3, sin DFV; accionamiento por correa. Este motor no tiene DFV, se observa el acoplamiento directo sobre los árboles de levas de sus respectivos piñones
    • Motor4, DFV en admisión; mando por correa. Este motor tiene DFV solamente en admisión. Se aprecia, tanto en la imagen del motor como en el detalle ampliado, como el piñón de escape acopla directamente sobre su árbol de levas y el de admisión contiene los elementos de la DFV. En el detalle ampliado se ve el circuito de aceite de la DFV en el piñón y árbol de levas de admisión admisión
    • Motor 5, DFV en admisión y escape; mando por cadena. Se ven en los piñones de la bancada izquierda de 4 cilindros los alojamientos de la tecnología DFV, que en este caso es electromagnética. Se han representado las imágenes superpuestas también de los piñones de la otra bancada de 4 cilindros
    • Motor 6, DFV en admisión y escape; accionamiento por cadena de los cuatro árboles de levas. Todos los piñones tienen los respectivos alojamientos de la DFV. Como en el motor 2 se ven los accionadores eléctricos del sistema Valvetronic en los árboles de levas de admisión
    • Motor 7, DFV en admisión y escape; también el mando es por cadena. Los cuatro árboles de levas tienen los cajetines donde están los elementos de la DFV

 

Distribución variable

http://es.wikipedia.org/wiki/Distribuci%C3%B3n_de_v%C3%A1lvulas_variable

 

Hyundai doublé CVVT (vídeo)

 

BorgWarner Variable Cam Timing (vídeo)

 

Toyota VVT-iE, Variable Valve Timing (vídeo)

 

Variable Valve Timming Kawasaki (vídeo)

 

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