Evolución del motor naftero

VISTAS 76


En relación al moderno propulsor BMW de 6 cilindros en línea, consideraremos el sistema VANOS de desfasaje variable de los árboles de levas.

Utilizado en los anteriores motores BMW, el sistema VANOS controla la puesta en fase de los árboles de levas, y por lo tanto el reglaje de la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape. Este sistema consiste en un par de discos posicionados entre el extremo de los árboles de levas y sus engranajes de accionamiento, que tienen el movimiento desde la cadena de distribución.

Modificando la orientación angular de los discos, a través de un accionamiento oleodinámico controlado por la pequeña central de comando del motor, se modifican las orientaciones angulares de los árboles de levas respecto al cigüeñal –y también entre ellos– optimizando los tiempos de apertura y cierre de las válvulas en función del régimen del motor, y por lo tanto mejorando el ciclo de combustión (aumento del rendimiento termodinámico).

Tomando como referencia la posición angular del cigüeñal, la amplitud del campo de apertura de la válvula de admisión varía desde 120 grados a 50 grados, y la de la válvula de escape, varía desde 115 grados a 60 grados. Con el sistema Vanos, se reducen también las emisiones contaminantes, y este nuevo motor cumple con las severas normas europeas Euro 4, y con las extra europeas Ulev 2.



Otro de los avances o soluciones técnicas que posee este propulsor, es un múltiple o colector de admisión de 3 etapas. El par motor generado por un motor, depende mucho del coeficiente de "llenado" de los cilindros, que a su vez depende de la variación de las presiones que se dan en el conducto de admisión.

La apertura y cierre de la válvula – movimiento intermitente– produce en el conducto o múltiple de admisión, fuertes oscilaciones de presión en el flujo de aire en movimiento.

En la carrera de admisión, se produce en el conducto una onda de presión, que alcanza su valor máximo cuando, con la válvula todavía abierta, el pistón está cerca del Punto Muerto Inferior (PMI). A esta onda de presión, se le sobrepone otra, defasada respecto a la primera, provocada por el cierre de la válvula que interrumpe bruscamente el flujo de aire, hacia el cilindro que ha completado el ciclo de admisión. La física dice que cuando dos oscilaciones se superponen, se crea un fenómeno de resonancia, si su desfasaje es múltiplo de una longitud de onda, mientras que el mismo efecto se suprime, si el desfasaje equivale a un número dispar de semiondas.

En los casos intermedios, se verifica una amplificación solo parcial de la oscilación resultante, o una atenuación también parcial, de su amplitud, respecto a las dos oscilaciones que la generaron. La presencia de un pico o de una disminución de la presión sobre la válvula de admisión, al momento de su apertura, depende de la posición instantánea de la onda de presión en el interior del conducto de alimentación, es decir básicamente de la velocidad del flujo de aire aspirado.

Para obtener un par motor elevado, sobre una amplia gama de velocidades del motor, es necesario variar el flujo del aire de alimentación de acuerdo a las diferentes condiciones de funcionamiento del motor. Se considera que el diseño del colector de admisión, y la posibilidad de calibrar el flujo de aire en su interior, influyen mucho en el proceso de llenado de los cilindros, y un conducto de longitud fija sería óptimo solo para un determinado régimen (Ram Effect).



Es por esta razón, que el anterior motor BMW de 6 cilindros, estaba equipado de un colector diferenciado de dos etapas, denominado DISA (Differentiated Air Intake System), dotado de un deflector accionado por un solenoide de un sensor de depresión colocado sobre el conducto de admisión del aire a los cilindros.

Como consecuencia de tener un régimen más alto, en el nuevo motor –7.000 rpm aproximadamente– se hace necesario poner a punto el sistema DISA, para evitar una caída del par motor, de acuerdo a los regímenes intermedios. Por ello se ha realizado un sistema más complicado de tres etapas, que permite mantener una cupla o par motor elevado en todos los regímenes y estados de carga del motor.

El nuevo sistema posee dos deflectores, y un conducto de fuga y es capaz de conectarse de tres maneras diferentes (funcionamiento del colector).

Este sistema DISA comanda los deflectores, a través de un motor del tipo "paso a paso" integrado.

Los dos deflectores, tienen diferentes dimensiones, y están ubicados en distintas posiciones: el deflector 2 está instalado en el conducto de fuga, y el deflector 1 se encuentra en el múltiple de admisión, sobre el sensor de resonancia. Los deflectores son accionados por actuadores controlados por la central DME del motor, y sus posiciones son de apertura total o de cierre total.



El nuevo colector de admisión de tres etapas, está constituido por los siguientes componentes: conducto de admisión, sensor de resonancia, conducto de resonancia, conducto de fuga, deflector 1, y deflector 2. Las condiciones de funcionamiento del múltiple de admisión de tres etapas son las siguientes:

Etapa 1. Motor a bajo régimen

Los deflectores 1 y 2 están cerrados, y la masa de aire de admisión fluye en el conducto de resonancia a través de la mariposa, se subdivide en dos partes, y alimenta a los cilindros.

Etapa 2. Motor a regímenes intermedios

El deflector 2 se abre, y la válvula de admisión del cilindro 1 o del primer cilindro está completamente cerrada.

En el flujo de aire en movimiento, se produce un pico de presión, que debido a los deflectores comandados por sensores, ingresa a los cilindros sucesivos del orden de encendido (1-5-3-6-2-4) optimizando el llenado.



Etapa 3. Motor a alto régimen

Ambos deflectores están abiertos, y las válvulas de admisión del primer cilindro están completando su cierre. También en este caso, los picos de presión que se generan sobre la válvula en fase o etapa de cierre, se aprovechan para mejorar el llenado de los cilindros.

En estas condiciones, el flujo de aire que se encuentra en el colector pasa a los cilindros, a través de los deflectores comandados por sensores ubicados en el conducto de resonancia, y en el conducto de fuga.

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