Colectores de admisión variable: funcionamiento y modos de actuación en motores

Factores que Afectan el Rendimiento Volumétrico del Motor

El rendimiento volumétrico de un motor es crucial para su eficiencia y potencia. Diversos factores influyen directamente en este aspecto:

• Régimen de Giro: Existe un régimen máximo que coincide con el punto óptimo del funcionamiento del motor, con su par máximo. A pocas revoluciones, la velocidad del fluido es muy baja; a altas, es elevada y aumentan las pérdidas por fricción.
• Grado de Admisión: Se refiere a la estrangulación que se ejerce sobre la corriente entrante de fluido mediante la mariposa de gases.
• Forma y Secciones del Paso de las Válvulas: La sección de paso es el área descubierta y depende del diámetro de la válvula, de su alzado y de la forma de su asiento. La válvula de admisión es la más crítica.
• Colector de Admisión: Su diseño es fundamental para el flujo de aire.
• Diagrama de Distribución: Los avances y retrasos en la apertura y cierre de válvulas ayudan a mejorar el llenado y a reducir el trabajo de bombeo, optimizando el motor.

Colectores de Admisión Variable

Con una longitud de tubo de reverberación fija, solo habría un régimen en el que se optimiza el llenado. Para lograr una optimización en un rango más amplio, se utilizan colectores de admisión variable:

• Tubos largos y estrechos favorecen el llenado a bajo y medio régimen.
• Tubos cortos y anchos son más eficientes a altas revoluciones.

Elementos Clave:

• Mariposa de Gases: Controla la carga del motor.
• Tubo Colectivo Principal: Comunica la mariposa con cada tubo de reverberación.
• Tubos de Reverberación: Elementos que generan ondas de presión para mejorar el llenado.
• Tubo Colectivo de Potencia: Similar al tubo colectivo principal, pero diseñado para la entrega de potencia.
• Mando del Cilindro Distribuidor Giratorio: Rota el cilindro distribuidor giratorio que conmuta los tubos de par y de potencia.
• Elemento Inferior del Colector de Admisión: Comunica el colector con los conductos de admisión de la culata.

Modos de Actuación:

Los colectores de admisión variable operan en diferentes posiciones para optimizar el rendimiento:

• Posición de Entrega de Par: El cilindro giratorio obtura los tubos de potencia, y los gases de admisión realizan un recorrido largo desde el tubo colectivo principal hasta la válvula de admisión. El funcionamiento óptimo del motor en esta posición se da entre 1100 y 4000 rpm.
• Posición de Entrega de Potencia: El cilindro giratorio comunica los tubos de potencia con el tubo colectivo de potencia. Este se carga con el flujo de gases que rebotan. Al cilindro que tiene la válvula de admisión abierta, le llega fluido de admisión tanto del tubo colectivo principal como del de potencia. Su recorrido es más corto, optimizado para regímenes inferiores a 1100 rpm.

La conmutación entre un modo y otro se realiza a través de un circuito neumático de vacío. El vacío se genera en el tubo colectivo principal y se acumula en el depósito de vacío. Una válvula de retención asegura que el sistema no se descargue. Una cápsula de vacío transforma el incremento de vacío en movimiento de la varilla de tracción y del distribuidor giratorio. La cantidad de vacío es controlada por una electroválvula comandada por la unidad de control (UC).

Otros Sistemas de Admisión Variable

Colector de Admisión Variable de Dos Niveles

Para conmutar entre conductos de admisión largos y cortos, se utiliza una compuerta de regulación para cada cilindro. Estas compuertas son accionadas por una cápsula de vacío controlada por una electroválvula, que regula la cantidad de vacío y la posición de las compuertas. El vacío se genera por un depresor movido por el motor y suministra vacío al servofreno.

Modos de Funcionamiento:

• Conducto de Admisión Largo: La electroválvula es excitada por la UC y suministra vacío a la válvula neumática. Las compuertas se cierran venciendo la fuerza del muelle, generando el conducto de admisión largo. Esto ocurre con una demanda de carga del motor superior al 50% y un régimen de giro inferior a 3500 rpm.
• Conducto de Admisión Corto: La electroválvula no está excitada y la válvula neumática no recibe vacío. Las compuertas permanecen en posición de reposo, creando un conducto de admisión corto, ideal para elevada potencia, regímenes de giro altos o ralentí.

Colector de Admisión Variable de Tres Niveles

Diseñado para un par motor elevado en un amplio rango de régimen. Sus elementos incluyen: un conducto de entrada de aire común a las canalizaciones individuales para cada cilindro, la comunicación de los extremos del conducto común, y dos chapaletas que regulan el paso del aire. Cada chapaleta es accionada por un motor eléctrico y un engranaje. La UC envía una señal PWM a la unidad de mando de la chapaleta, controlando si está abierta o cerrada.

Modos de Funcionamiento:

• Ralentí y Bajos Regímenes de Giro: Las chapaletas están cerradas y el fluido entra por el conducto de entrada de aire desde la mariposa hasta el conducto común y a las canalizaciones de cada cilindro. Esto es equivalente a tener un conducto de admisión largo.
• Regímenes Medios: La chapaleta 2 está abierta. Si las válvulas de admisión del cilindro 1 se están cerrando, se genera un pico de presión debido al cierre. Cuando el cilindro abre las válvulas de admisión según el orden de encendido, la chapaleta 2 está abierta y el rebote de gas atraviesa el conducto de comunicación, poniéndose a disposición del resto de cilindros, creando un conducto medio.
• Regímenes Altos: Las chapaletas están abiertas. La masa de aire rebota y se dirige al cilindro 5 a través del conducto de comunicación y el conducto común, lo que optimiza el llenado a altas revoluciones, creando un conducto corto.