Publicado por Taller Actual

Algo sobre motores actuales

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Tratamos de ocuparnos de las novedades o de las soluciones técnicas, que se van dando en los motores térmicos, tanto nafteros como de ciclo Diesel. Entre otros temas, nos hemos dedicado a lo siguiente

La inyección doble de nafta/gasolina (directa e indirecta).

Las vibraciones del motor.

Los motores de 6 cilindros boxer, los V6 y V8 ciclos Otto y Diesel de Porsche.

La distribución variable, El consumo y la contaminación ambiental.

La nueva generación del motor boxer Subaru.

En esta nota, los puntos a considerar son como sigue:

• La desconexión de los cilindros.

• Los sistemas de Audi, y M.Benz Camtronic.

• Los mecanismos de distribución variable.

• El sistema de escape variable.

La desconexión selectiva de los cilindros

Es de conocimiento, que la desconexión de los cilindros, es utilizada por las terminales de las marcas, para lograr una economía de combustible, en los motores de ciclo Otto o de nafta/gasolina. Esto funciona en realidad, para la desconexión total de un cilindro, si todas la válvulas de ese cilindro se encuentran cerrados. Cabe señalar que las válvulas de escape, deben cerrarse antes que las de admisión, para que la mayoría de los gases queden dentro del cilindro.

Es necesario que los cilindros estén plenamente desconectados, y que los cilindros que se mantienen en funcionamiento, tengan siempre la misma puesta a punto respecto al encendido (salto de la chispa). De acuerdo a la cantidad de cilindros, la desconexión seria como sigue:

• En un motor de 4 cilindros en línea, se desconectan los cilindros internos.

• En un motor de 6 cilindros en línea, se desconectan los 3 cilindros de adelante, o en su defecto, los 3 de atrás.

• En un motor de 6 cilindros en V, se desconecta una de las 2 bancadas de cilindros.

• En un motor de 8 cilindros en V, se desconectan los 2 cilindros internos, o externos de la otra bancada.

• En un motor de 12 cilindros, se desconecta una de las 2 bancadas.

Los motores de alta cilindrada, no muy pesados, son bien apropiados para concretar la desconexión selectiva de los cilindros, de modo tal que pueden funcionar correctamente con la mitad de los cilindros. El motor vuelve a funcionar normalmente con todos los cilindros, cuando marcha en vacío, en aceleración y a plena carga, y este cambio no es registrado por el conductor. Este sistema funcionó por primera vez, a comienzos de la década del ‘90, desarrollado por la G. Motors en Estados Unidos. A fines de esta década, M. Benz y BMW, utilizaron esta técnica en motores de 6, 8, y 12 cilindros.

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Existe también la combinación de la desconexión de los cilindros, y el reglaje del árbol de levas. Debido a la técnica de las válvulas múltiples (motores multiválvulas), se presentan muchas formas de optimizar a los motores de nafta/gasolina, por ejemplo en un motor de 4 cilindros con dos reguladores de los árboles de levas para sus reglajes (distribución variable) y 16 válvulas. Cabe puntualizar, que cada una de las válvulas puede desconectarse individualmente, y se dan por ejemplo, una serie de “variantes en función de las desconexiones”. Si por cada cilindro se desconectan una válvula de admisión y otra de escape, se crean condiciones en los conductos o múltiples, ideales para funcionar en vacío y con cargas parciales.

El objeto de estas “combinaciones”, es evitar pérdidas por fricción, en especial en vacío y con cargas parciales, ya que el motor funciona con muchas válvulas, de cualquier manera y dependiendo del sistema usado, la economía en el consumo, puede variar entre un 5 y un 15 por ciento.

En concreto, se citan dos ejemplos: un desarrollo de Audi, con un sistema denominado “cilindros por pedido”, o “cilindros sobre demanda” aplicada a un motor de ciclo Otto, de 1.4 litros y 4 cilindros en línea y 250 Nm de par motor (inyección directa de nafta y turbointercooler). Por otra parte, una innovación técnica importante de M. Benz, conocida como CAMTRONIC, sobre un motor de 1.6 litros, con inyección directa de nafta turbo-intercooler.

Se trata de un sistema de gestión de la carga, con un activo reglaje de corte o desconexión y variación de alzada de las válvulas de admisión. Esto suprime la acción de las mariposas de aceleración en cargas parciales reduciendo el consumo de nafta/gasolina de acuerdo al reglamento del Nuevo Ciclo Europeo (NEDC) en un 4-5 por ciento.

Los mecanismos de distribución variable y el sistema Multiair

La conocida mariposa de aceleración de los motores de ciclo Otto de nafta/gasolina, va camino a desaparecer a corto plazo. La misma tiene el objetivo de regular o modular la cantidad de aire de admisión que ingresa a los cilindros. Esta podría ser reemplazada, por un sistema de alzada de válvulas de admisión, de tipo variable y continuo.

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Fiat ha desarrollado un sistema Multiair, accionado hidráulicamente, que permite a la vez, variar la alzada, la duración y el momento o punto de apertura de las válvulas de admisión. Debido a que la nafta/gasolina no se combustiona correctamente, si no es mezclada con una cantidad (14,7 gramos de aire por cada gramo de nafta) precisa de aire, es decir que se habla de la conocida mezcla estequiométrica o quimicamente perfecta. Para alcanzar una combustión completa, es necesario para hacer variar la potencia instantánea que entrega el motor, regular o modular la cantidad de aire aspirado.

Como sabemos, esto sería en principio la finalidad de la mariposa en la admisión, que en la práctica presenta algunos problemas. Su accionar respecto a la regulación, de la potencia desarrollada por el motor, es perjudicada por el tiempo de respuesta, que sería proporcional a la distancia que separa a las mariposas de la cámaras de combustión, y cuando el conductor no acelera totalmente (mariposa abierta parcialmente), originando las denominadas pérdidas por bombeo.

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Este es un trabajo improductivo, que el motor realiza para aspirar el aire que pasa a través de las mariposas cerradas parcialmente. Es por esto, que las mariposas podrían ser reemplazadas por un sistema de distribución, de alzada y apertura variable continuamente, de las válvulas de admisión, para regular la cantidad de aire que ingresa al motor.

Este sistema Multiair permite no solo eliminar el tiempo de respuesta del motor respecto al acelerador, sino también una gran parte de pérdidas por bombeo, reduciendo el efecto de laminado del flujo de aire, que va a ingresar en el tiempo que corresponde a la apertura de la válvula concerniente.

Todo esto evita, que el trabajo inútil que realiza el motor, sobre el múltiple de admisión continúe. Por otra parte, un sistema de alzada variable, mejora la calidad de la combustión con cargas reducidas (bajas solicitaciones), debido a la turbulencia provocada por la aceleración del aire de admisión, cuando pase por la válvula parcialmente abierta.

Cabe señalar que el primer sistema con esta técnica, es mecánico, y fue desarrollado por la alemana BMW con el nombre Valvetronic, la siguieron después Nissan, Toyota con Valvematic y Vuel (Variable Valve Event and Lift). Este sistema mejora el confort de manejo, y reduce el consumo de combustible.

El sistema de escape variable Hablamos de escapes con válvulas (flaps o mariposas) activas, que son las que permiten regular, al mismo tiempo, el nivel de rendimiento por una parte y la sonoridad (nivel de ruidos) por la otra. Este sistema de escape con válvulas activas, se fueron imponiendo rápidamente en los automóviles deportivos.

El mismo permite alcanzar un nivel de amplitud sonora, que todo usuario de un auto sport, querría tener, siempre lógicamente respetando las normas o reglamentos sobre niveles de ruido. Por ejemplo, en el continente europeo, se efectúan pruebas de homologación, en donde los micrófonos son ubicados de un lado y del otro de la pista de pruebas, a una distancia determinada en metros. El nivel sonoro, no debe superar en un cierto valor medido en “decibeles” –por ejemplo 75dBdurante una aceleración plena, en cierta distancia y en segunda o tercera velocidad o marcha.

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En una línea de escape, en donde la válvula activa se encuentre abierta, el nivel sonoro puede llegar a la salida, a 110 decibeles. Es decir que en ciertas condiciones, con la válvula activa cerrada, el nivel es de 75 dB., y con la válvula abierta es de 110 dB. Se debe tener en cuenta entonces, que el reemplazo de sistema original de escape se dificulta, debido a que este sistema variable es costoso, no responde totalmente a los reglamentos respecto a lo niveles de contaminación acústica, y en ciertos casos su funcionamiento no llega a ser óptimo. Sin embargo, normalmente en la mayoría de las aplicaciones efectuadas en las terminales automotrices, se ha logrado mejorar las performances y reducir el consumo en conducción deportiva. Estos sistemas se encuentran ubicados en el extremo de los conductores, en la parte final, o en el interior de los silenciadores, y una válvula permite derivar la salida de los gases en dos conductos o caminos.

Cuando dicha válvula activa, se encuentra cerrada, como por ejemplo en las evaluaciones a bajo régimen , los gases se ven obligados a recorrer la totalidad del conducto hasta la salida. Cuando la válvula está abierta, la mayoría de los gases recorren en “corto circuito”, evitando una parte de los laberintos o chicanas de las cámaras de tranquilización del silenciador. Como resultado existe un ruido de escape pleno e intenso, a la que se suma una disminución de la contrapresión que permite mejorar considerablemente el rendimiento volumétrico o llenado de los cilindros del motor, y por lo tanto su potencia.

Además, debido a que las cámaras de combustión se evacúan mejor, después de cada ciclo de trabajo, es posible aumentar la relación de compresión sin riesgo de que aparezca el fenómeno de la detonación, posibilitando la reducción del consumo de nafta/gasolina. El accionamiento de la válvula activa, lo que permite que se abra y se cierre, puede ser neumático o eléctrico y comandado por la central electrónica del motor (ECU), en función de los siguientes parámetros;

• el régimen de velocidad del motor.

• el accionamiento del pedal acelerador.

• la relación de transmisión colocada. (caja de velocidades).

Es importante que el sistema de válvulas activas –que tiene sus condiciones- no permita que los ruidos de escape, tapen o cubran totalmente los ruidos propios del motor, que producen tanto placer al conductor deportivo. Entre las marcas que lo utilizan, están; Porsche, Ferrari, Aston Martin, Audi y Lamborghini.

Debido a que el sistema, permite lograr una evolución urbana silenciosa, una sonoridad placentera, y un mejor rendimiento, sin duda es un progreso interesante, para la categoría de autos sport.

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