Distribución variable 2da parte

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 no actúa directamente sobre la palanca de arrastre que, por su parte acciona la válvula, sino que actúa sobre una palanca intermedia. Sin embargo, esta palanca intermedia 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 (árbol de levas). El extremo inferior de la palanca intermedia está apoyado sobre el rodillo de la palanca de arrastre, mientras que en la parte superior está apoyada en un eje excéntrico dotado a su vez de un segundo rodillo.

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 sumamente complejo que, a primera vista, tiene 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 actúa sobre la palanca de arrastre. El principio y el final de esa mitad son determinados por el fulcro 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 fulcro 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.

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 multiple de admisión.
Para la fabricación del sistema valvetronic de BMW 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. Si se producen desviaciones, deben sustituirse las piezas mecánicas de accionamiento. Cuantos mas cilindros (bancadas de cilindros) tenga un motor, mas dificil resultara esa tarea. Ademas de la complejidad del montaje es considerable, por lo cual se trata de un sistema de distribución muy caro.



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. Un servomotor eléctrico torsiona el árbol de excéntricas que forma la base de apoyo para la palanca intermedia, que actuan sobre las palancas de arrastre.
Un procesador de 32 bits, físicamente independiente de la centralita del motor (ECU), controla el movimiento del motor eléctrico (8), 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.
La regulación del caudal de aire de entrada se sigue consiguiendo a costa de introducir una restricción a su paso por las válvulas de admisión, y por tanto, de unas ciertas pérdidas por bombeo, pero 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.



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 mejoria en el agrado de cuducción.



Porsche adopto un sistema de distribución variable cambiando la alzada de las válvulas por medio de empujadores de vaso invertido cambiables. Este sistema lo utilizo por primera vez para el Carrera turbo del año 2000 y, posteriormente, también para los motores por aspiración. Para la marcha en vacío y para una carga reducida son los empujadores de vaso invertido dobles (concentricos) 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 válvual de 10 mm. Simultaneamente, 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 que funciona con pistones de desplazamiento axial (turbo) o reguladores equipados con alabes.



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. Los empujadores de vaso invertido cambiables son una obra maestra de la mecánica de precisión. 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 concentricamente 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 hidraulico 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 minimo de 1,2 bar.
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 tambien soporta el elemento para la compensación hidráulica de juego de las válvulas. El empujador externo se mueve con relación al empujador interno y dependiendo de la curva de elevación de la válvula de las dos levas externas (altas). Realiza, por así decirlo, un movimiento en vacío, es decir, no acciona la válvula. Además existe un muelle debil 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 estan 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" 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. A diferencia del 996 Carrera , dispone de dos muelles por válvula. 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.



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. Los tiempos cortos de apertura permiten además una combustión de la mezcla en los cilindros más homogénea y eficaz. Los niveles de consumo y emisiones son hasta un diez por ciento más favorables, mejorando al mismo tiempo la estabilidad de giro del motor al ralentí. 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.
En condiciones de plena carga, el conductor del 996 Turbo deberá alcanzar los máximos niveles de par y potencia. La carrera de válvulas es en este caso de diez milímetros, con tiempos de apertura y cierre adaptados. Pero el sistema Porsche VarioCam Plus ofrece otras propiedades, notables en el momento del arranque: con bajas temperaturas, la fase de calentamiento es más rápida y las emisiones contaminantes, por lo tanto, más limpias.

Tanto la distribución variable como el control de la carrera de válvulas están controlados por la unidad de mando del Motronic ME7.8 , 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. El sistema compara los deseos del conductor en cuanto a potencia y par en un momento dado con los contenidos de su memoria. 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.

Las ventajas de este metodo (VarioCam Plus) para el control variable de la alzada de las válvulas las encontramos en los costes relativamente bajos del sistema, en el peso reducido y en una estabilidad superior del numero de revoluciones (en comparación con el sistema Valvetronic de BMW). Si bien tampoco se consigue con este sistema el objetivo de un control de la carga completamente libre de estrangulaciones, si que se aprovecha una gran parte de las ventajas que tiene. Además se puede realizar una desconexión total de las válvulas por medio del empujador de vaso invertido (carrera de la válvula cero), lo cual puede aprovecharse para la desconexión del cilindro o la anulación del conducto. Sin embargo, ha de tenerse en cuenta que, en tal caso, solo se dispone de un perfil de leva.



El sistema VVTl-i controla 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 consta de un solo balancín, el cual acciona las dos válvulas de admisión a la vez. Dicho balancín es accionado por dos levas de diferente perfil, uno más suave que el otro.
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 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.



A altas r.p.m., la unidad de control electrónica acciona la válvula hidráulica, con lo que 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 rápido.







Inicialmente hay tres motores «MultiAir», todos con un bloque 1.4 con un sistema de inyección indirecta. El menos potente (105 CV) es atmosférico, los otros dos (135 y 170 CV) sobrealimentados.

En un motor de gasolina, la mariposa de la admisión (que es la válvula que controla la entrada de aire al motor) es un elemento causante del menor rendimiento frente a uno Diesel por las pérdidas que genera (alrededor de un 10%). El motor tiene que hacer un trabajo adicional para succionar el aire cuando la mariposa no está completamente abierta.

Por ello, un modo de mejorar el rendimiento de los motores de gasolina es eliminar esa válvula. BMW lo lleva haciendo hace años en varios de sus motores de gasolina mediante el sistema electromecánico «Valvetronic», que puede modificar el momento de la apertura y cierre de las válvulas, además de su alzada. El Grupo Fiat comienza a hacerlo en 2009 mediante un sistema electrohidráulico.

Fiat dice que los sistemas electromagnéticos para controlar el movimiento de cada válvula han tenido que desecharse tras años de pruebas por los problemas de fiabilidad y la cantidad de energía que precisan. Según Fiat, el sistema electrohidráulico de los motores «MultiAir» es relativamente sencillo, de bajo coste, fiable, consume poca energía y les proporciona una gran flexibilidad a la hora de programar la distribución.

El sistema «MultiAir» introduce una serie de elementos intermedios entre la leva de admisión y la válvula, lo que hace que el movimiento de la válvula de admisión no esté directamente relacionado con el de la leva.



Funciona de la siguiente forma: el árbol de levas acciona un pistón. Éste está conectado hidráulicamente con un depósito, controlado por una válvula electromagnética. Este depósito está a su vez comunicado con las dos válvulas de admisión del cilindro.

Cuando la válvula electromagnética está cerrada, el fluido del depósito actúa como un cuerpo sólido transmitiendo el movimiento del árbol de levas. Cuando la válvula electromagnética se abre, desaparece esa unión «rígida» entre la válvula de admisión y la leva, con lo que la primera se cierra debido a la fuerza que ejerce su muelle (para suavizar este movimiento de cierre hay un freno hidráulico).



Controlando la apertura y cierre de la válvula electromagnética, Alfa Romeo ha configurado los siguientes modos de funcionamiento:

1.- Potencia máxima: la válvula electromagnética está siempre cerrada y la apertura de las válvulas de admisión sigue la evolución de la leva mecánica (como en un motor con distribución normal), optimizada específicamente para obtener la máxima potencia a regímenes altos (tiempos prolongados de apertura de las válvulas).
2.- A bajas revoluciones y plena carga: la válvula electromagnética se abre anticipadamente para cerrar de la válvula de admisión. Esto elimina un reflujo de gases indeseado en el colector.
3.- Carga parcial del motor: la válvula de admisión comienza su apertura más tarde y se cierra antes de lo normal.
4.- Cerrando la válvula electromagnética cuando las válvulas de admisión comienzan a abrirse por el movimiento de la leva se consigue cerrarlas muy anticipadamente (antes de que lleguen al punto de apertura máxima). En este caso, el flujo de aire tiene una velocidad grande y genera un nivel de turbulencia elevado dentro de los cilindros.
5.- Es posible hacer que las válvulas de admisión se abran dos veces en un ciclo (operación llamada «Multilift»). De este modo se aumenta la turbulencia en la mezcla y la velocidad de combustión en cargas y a regímenes muy bajos.

Tecnología Multiair: su funcionamiento



La tecnología Multiair es una patente de Fiat Powertrain Technologies. Su aplicación gestiona con precisión el aire que entra en cada cilindro, permitiendo reducir los consumos, las emisiones y al mismo tiempo aumentar ligeramente las prestaciones del motor.

El principio operativo del sistema aplicado a las válvulas de aspiración es el siguiente: un pistón, accionado por una leva mecánica, es conectado a la válvula de aspiración mediante una cámara hidráulica controlada por una válvula solenoide, del tipo ON/OFF, normalmente abierta. Cuando la válvula está cerrada, el aceite en la cámara hidráulica se comporta como un cuerpo sólido y transmite a las válvulas de aspiración la ley de alzada impuesta por la leva de aspiración mecánica. Cuando la válvula está abierta, la cámara hidráulica y las válvulas de aspiración están separadas y no siguen a la leva de aspiración, cerrándose por efecto de la fuerza del muelle. La parte final del recorrido de cierre de la válvula es controlada mediante un freno hidráulico específico, que garantiza una fase de cierre suave y regular, en cualquier condición de funcionamiento.

Controlando los instantes de apertura y cierre de la válvula solenoide, es posible obtener fácilmente diferentes funcionamientos óptimos de apertura de las válvulas de aspiración. Para la potencia máxima, la válvula solenoide está siempre cerrada y la plena apertura de las válvulas se realiza siguiendo completamente la evolución de la leva mecánica, que ha sido optimizada específicamente para la potencia a altos regímenes (tiempos de cierre prolongados). A bajas revoluciones y carga plena, la válvula solenoide se abre cerca de la extremidad del perfil de la leva, realizando un cierre anticipado de la válvula de aspiración. Esto elimina un reflujo indeseado en el colector y maximiza la masa de aire encerrada en los cilindros. En las condiciones de carga parcial del motor, la válvula solenoide se abre en forma anticipada (antes de completar el perfil de la leva mecánica) realizando una apertura parcial de las válvulas para controlar la masa de aire introducida según el par requerido. También es posible obtener una apertura parcial de las válvulas, cerrando la válvula solenoide una vez que ya arrancó la leva mecánica. En este caso, el flujo de aire que ingresa en los cilindros tiene una velocidad superior y genera un nivel de turbulencia particularmente elevado dentro de los cilindros.

Es posible combinar estas dos modalidades de actuación para un mismo evento de aspiración, con la modalidad llamada “Multilift”, que aumenta la turbulencia y la velocidad de combustión en cargas y regímenes muy bajos.




Alfa MiTo Multiair: La Revolución del Aire

Los inventos más geniales son muchas veces los más sencillos, y este principio se puede aplicar sin dudas al mundo del automóvil: el neumático sin cámara, el cinturón de seguridad y los sistemas multiválvulas son buenos ejemplos de esa genial simplicidad. Pues bien, el Grupo Fiat estrena ahora otro ingenio más: se llama MultiAir y permite gestionar electrónicamente las válvulas de admisión con cierta independencia del sistema de distribución.

Estas palabras, que pueden parecer vagas, tienen una repercusión clara, y es que el aire de la combustión se puede controlar mejor en cada uno de los ciclos, según la carga de aceleración y la puntual circunstancia de conducción. Este trabajo de la centralita electrónica permite al motor acercarse un paso más a la combustión permanente de mezcla estequiométrica, esto es, la perfecta combinación de 14,7 gramos de aire por cada gramo de combustible. Cuando deflagra una mezcla estequiométrica, la combustión sólo genera agua y, aunque eso es una quimera en un motor de combustión interna, acercarse a esa mezcla estequiométrica también reduce las emisiones de monóxido de carbono, dióxido de carbono u óxidos de nitrógeno.


La electroválvula mágica

El Multiair funciona de un modo simple, al menos de contarlo: desaparece el árbol de levas de admisión (sí, no es un error), y se sustituye por una leva y un sistema electrohidráulico: un pequeño pistón, accionado por la mentada leva mecánica, se conecta a las válvulas de admisión mediante una cámara hidráulica, controlada por una electrohidráulica normalmente abierta.

Así pues, se pueden dar dos circunstancias: si la electroválvula (controlada por la centralita electrónica del motor) está cerrada, el aceite de la cámara hidráulica se comporta como un cuerpo sólido y transmite a las válvulas de admisión el alzado de válvula impuesto por la pequeña leva mecánica. El segundo caso sería que la electroválvula permaneciese abierta y, por tanto, el aceite empujado por el pequeño pistón del culatín fluye hacia un circuito de baja presión: la consecuencia es que las válvulas de admisión ya no siguen las órdenes de la leva y se cierran por efecto de los cotidianos muelles montados sobre las válvulas. La parte final del recorrido de cierre de las válvulas está gestionado por un freno hidráulico que asegura el correcto cierre en todo tipo de utilización.

Pero la auténtica característica excepcional del sistema Multiair es que, entre las dos circunstancias descritas hay una infinidad de puntos intermedios, y la electrónica de estos motores es tan precisa que puede variar la fase y la apertura de las válvulas de admisión a voluntad en cada ciclo de combustión para acercarse al máximo a la mezcla estequiométrica en cada momento.


Este sistema es mucho más preciso que una simple mariposa de admisión, y prueba de ello es su actuación en casos como los que proponemos a continuación:

· Cuando el motor se acerca al régimen de potencia máxima y el conductor exprime al máximo sus posibilidades, la electroválvula permanece siempre cerrada y, por tanto, se obtiene la máxima apertura de las válvulas de admisión según dicta la tercera leva mecánica ubicada en el árbol de escape.

· A bajos regímenes de giro, pero con una carga grande sobre el acelerador, la electroválvula se abre en anticipo respecto al perfil de la leva, así que las válvulas de admisión se cierran antes de lo que sería habitual, así que se eliminan los reflujos indeseados en la cámara de combustión y se acumula la mayor cantidad posible de aire en el cilindro.

· En condiciones de carga parcial del motor, la electroválvula se abre sólo parcialmente para controlar la masa de aire introducida según sea la demanda de par motor en cada momento. También se puede obtener una apertura parcial de las válvulas retardando la fase de esta operación. En este caso, el flujo de aire que entra en los cilindros tiene una velocidad superior y genera una turbulencia especialmente fuerte en el interior de los cilindros. Cabe subrayar que se pueden combinar ambos tipos de aspiración en un solo cilo de combustión. Increíble pero cierto. Los responsables de Fiat Powertrain Technologies. Esta posibilidad se llama Multilift y consigue mayor ‘alegría’ en el motor con cargas altas a bajos regímenes.


Resultados destacables

Dotado de un sistema de Start & Stop, el motor 1.4 del Alfa MiTo logra con la admisión Multiair consumos un 10% inferiores al mismo motor con el tradicional árbol de levas en cabeza y un aumento de potencia en la misma proporción. El par máximo también crece un 15% y las emisiones contaminantes caen sustancialmente (hasta el 10% menos de dióxido de carbono, 40% de descenso en las partículas y hasta un 60% en óxidos de nitrógeno).

Nosotros hemos tenido la oportunidad de conducir todas las variantes de este motor (leer artículo) y, en un contacto aún más exhaustivo con la versión de 135 caballos, se aprecia una mejoría real en los consumos y la entrega de par de este motor, ahora más progresivo y frugal. Esto, y una extensa charla propiciada por Alfa Romeo con los responsables del sistema Multiair, nos sirve para creer firmemente que este nuevo invento es un pedacito de futuro: supondrá una evolución sustancial en la próxima generación de motores de combustión interna.

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