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Sistemas de admisión variable

El sistema de admisión variable se utiliza para mejorar la entrada de aire a los cilindros en dependencia del régimen al que se encuentre el motor, mejorando directamente el par motor a esos regímenes y en consecuencia las prestaciones de motor.
Los colectores de admisión convencionales no disponen de la flexibilidad, con la que cuentan los colectores de admisión variable, para adaptarse a los distintos regímenes del motor.
Con los colectores de admisión convencionales se consigue un par motor elevado a un numero de revoluciones bajo o una potencia elevada para un numero de revoluciones alto, pero no se consigue las dos condiciones a la vez, por eso la necesidad de un sistema eficaz para todos los regímenes de funcionamiento del motor.
Los sistemas de admisión variable generalmente se utilizan en motores con cuatro válvulas por cilindro para compensar la falta de par motor a bajo numero de r.p.m..
Los tubos de admisión en motores con carburador o con inyección monopunto, necesitan, para una distribución uniforme de la mezcla de aire-gasolina, tubos cortos individuales de igual longitud para cada cilindro, lo que imposibilita diseñar un sistema de admisión variable optimo para estos motores. Al contrario en los motores con sistemas de inyección multipunto, donde el combustible es inyectado en el tubo de admisión o directamente en la cámara de combustión (inyección directa) a muy poca distancia delante de la válvula de admisión. En estos sistemas los tubos de admisión transportan solo aire lo que permite un buen diseño de los tubos para mejorar la admisión de aire.


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Las dimensiones de los tubos del colector de admisión deberían adaptarse al numero de revoluciones del motor. Lo ideal seria disponer de sistemas de aspiración ajustables en continuo, en los que los conductos se alargaran y encogieran, para poder graduar la longitud de los tubos desde la válvula de admisión del motor hasta el colector. Estos sistemas de aspiración ajustables en continuo son muy complicados, caros y difícil de fabricar.


sistemas



En estos últimos años se han hecho grandes progresos. La marca Audi, por ejemplo, ha sustituido en su motor V8 el múltiple de admisión con tubos variables de dos fases (tubo largo y estrecho para bajas r.p.m. y tubo ancho y corto para altas r.p.m.) por otro de tres fases. Honda también utiliza para sus motores V6 un sistema de aspiración de tres fases.



Pero ha sido BMW la que se atrevido, con la introducción de su motor de 8V con Valvetronic de la serie 7 (año 2001), el primer fabricante que instalo un sistemas de aspiración continuo. Está formado por una carcasa de magnesio, a la cual también se han montado externamente las toberas del combustible y de inyección. La geometría interna tan compleja del engranaje de velocidad variable fabricado de material plástico solo pudo llevarse a cabo gracias a la alta tecnología. La pieza compleja gira sobre rodamientos y experimenta torsión por medio de un servomotor eléctrico. La longitud de los tubos de admisión varia de 670 a 230 mm. Hasta 3500 r.p.m. se mantiene, en principio, toda su longitud.



motor



La mayoría de los fabricantes de automóviles no pueden permitirse tal inversión y, por motivos económicos, prefieren los múltiples de admisión con dos fases para diferentes longitudes y secciones de los tubos de admisión. La forma que se elige para el conducto de aspiración depende tanto del modo de construcción del respectivo motor, como del numero de cilindros. El numero de cilindros juega un papel importante, por cuanto que determina las forma de oscilaciones y la fuerza de las pulsaciones en el sistema de aspiración.



Podemos mejorar la admisión de aire teniendo en cuenta:

*Las dimensiones de los tubos de la admisión: Los conductos de admisión para instalaciones de inyección multipunto (fig, inferior), son independientes y se unen en un depósito colector (3), comunicado con la atmósfera a través de una mariposa de paso (4).
La mejora de la admisión de aire depende de la longitud y configuración del tubo (2) y de las revoluciones del motor. Las aperturas de las válvulas de admisión crean un movimiento de aire hacia el deposito (3), donde se produce la vuelta de los mismos hacia el cilindro a gran velocidad, por esta razón a estos tubos se les denomina también como tubos oscilantes de admisión. Los tubos oscilantes de admisión anchos y cortos repercuten favorablemente en la admisión de aire a altas r.p.m.. Los tubos largos y delgados mejoran la admisión a bajas r.p.m..


turboadmision


*La estructura o configuración de los tubos de admisión: dependiendo del numero de cilindros del motor, se puede estructurar un sistema de admisión tal, que mejore la entrada de aire, aprovechando el efecto de la resonancia que se produce en los conductos de admisión. El sistema de admisión (fig, inferior) para un motor de 6 cilindros en linea optimizado para aprovechar las ventajas del efecto de la resonancia, se configura uniendo los cilindros que tienen iguales intervalos de encendido mediante tubos cortos (2), a un depósito común por cada grupo (3), estos depósitos comunican con la atmósfera a través de un depósito único (5), y una mariposa de estrangulación (6) le pone en contacto con la atmósfera, la conexión entre (5) y (3), se hace con unos tubos de resonancia orientados (4), que aumentan la velocidad del aire.
La separación de los depósitos (3), de los dos grupos de cilindros (A y B) con dos tubos de resonancia impiden que se solapen los fenómenos de flujo en dos cilindros vecinos en orden de encendido. Si el orden de encendido es : 1-5-3-6-2-4 no hay dos admisiones seguidas dentro de cada depósito.


par motor



La clasificación de los modelos de admisión variable con los que nos podemos encontrar son los siguientes:



Admisión variable por longitud del colector: Son generalmente los más usados, constan de dos longitudes distintas de conductos hacia el cilindro: una larga para regímenes bajos y otra corta para alto régimen. De esta forma se adapta la frecuencia de entrada del aire tanto para regímenes bajos como altos.
A medida que aumenta el régimen (numero de r.p.m.) debería disminuir la longitud y aumentar el diámetro de los conductos, de manera que se mantenga la inercia de los gases sin producir perdidas de carga.
Para conseguir una admisión variable por longitud del colector se utilizan unas mariposas, controladas electrónicamente, que regulan el paso de aire o de la mezcla eligiendo el conducto de admisión largo o corto (2 fases) según sea el numero de r.p.m. del motor.

Admisión variable por resonancia: Esta basada en el fenómeno vibratorio del aire de admisión, provocado por la apertura de las válvulas de los diferentes cilindros del motor, en el colector de admisión.
La frecuencia de entrada de los gases dependerá de la longitud y sección del colector y las pulsaciones originadas en los mismos facilitarán su entrada al interior de los cilindros a una presión mayor que la atmosférica. Las ondas de presión y depresión se desplazan por el interior de los conductos con una frecuencia que varia con el régimen del motor.
Las dimensiones del colector de admisión determinan que a cierto numero de r.p.m. del motor la frecuencia de las oscilaciones producen un efecto de sobrealimentación de los cilindros por resonancia.
Pero, para que la resonancia sea efectiva, los pulsos del aire que se desplazan por los colectores, tienen que llegar sincronizados ,"en fase", con la apertura de las válvulas de admisión del motor.
Como las válvulas de admisión de cada pistón accionadas por el árbol de levas se abren y cierran secuencialmente y sus tiempos de cierre y apertura van variando en función de la velocidad de giro, así como varían la compresibilidad del aire y las frecuencias pulsantes, para mantener siempre sincronizada la entrada de los pulsos es necesario ir variando la geometría de los colectores (longitud y diámetro) en función de la velocidad de giro del motor.
Si se incorpora un dispositivo que varia tales dimensiones, se conseguirá mejorar el llenado a diferente número de revoluciones. Este sistema funciona añadiendo una toma adicional de aire a cada cilindro con un mando de mariposa que abra a alto régimen, puesto que se mejorará la entrada de aire de admisión.


Sistema de admisión variable por longitud del colector

La expresión "por longitud del colector" no tiene por que ser siempre la variación de la longitud del colector también se puede variar el diámetro del colector como veremos en el ejemplo siguiente.
Los motores en linea de 4 cilindros ofrecen la posibilidad de desarrollar los colectores de admisión que cumplan las características de los sistemas de admisión variable, con cuatro tubos articulados de igual longitud que desembocan en la mayoría de los casos formando un ángulo recto en un colector, en cuyo extremo abierto se sitúa la pieza de conexión para la válvula de mariposa.


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En los motores de 4 válvulas por cilindro, tenemos 2 válvulas de admisión, por lo que podemos utilizar en vez de un conducto de admisión por cada cilindro, 2 conductos, uno para cada válvula de admisión. Uno de los conductos estará controlado por una válvula mariposa, para cortarlo a bajas r.p.m. y abrirlo a altas r.p.m.. Para poder funcionar con un inyector por cilindro, se realiza una pequeña abertura en la pared de separación entre ambos conductos justo antes de llegar a las válvulas de admisión. La marca Toyota utiliza este sistema y lo denomina T-VIS (Toyota Variable Induction System), a bajas r.p.m., solo esta abierto un conducto, para darle velocidad a la entrada de aire a los cilindros. A partir de 4650 r.p.m. se abre la mariposa del segundo conducto de cada cilindro, por lo que tenemos la máxima sección para la entrada de aire.



motor

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En la figura inferior podemos ver como seria un sistema de admisión variable por longitud de colector para un motor en "V".


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La admisión variable por longitud de colector, ademas de aprovechar la velocidad del aire para conseguir una mezcla mas homogénea y completa, también puede aprovechar las características acústicas de los conductos de admisión, consiguiendo un efecto de sobrealimentación del motor. Para conseguir este efecto de sobrealimentación, los conductos del colector tienen que tener un diseño muy estudiado y adaptado a la cilindrada del motor y al numero de r.p.m. del mismo. Este diseño no siempre es posible ya que es costoso economicamente su fabricación y hay ocasiones, en que falta espacio en el vano motor.
Un colector que aprovecha tanto la característica de las dimensiones del colector como un diseño adecuado para beneficiarse de las características acústicas del mismo, es el utilizado por la marca Citroen, en sus motores multiválvulas. Este sistema de admisión se denomina ACAV (Admisión de Características Acústicas Variables). Este sistema de admisión permite mediante cuatro trampillas internas (4) obtener dos longitudes y diámetro de colectores diferentes. Estas trampillas se accionan neumaticamente (5) por medio de una electroválvula que corta o permite el paso del vacío que actúa sobre las cápsulas de vacío (5). Cuando el régimen del motor esta comprendido entre 1000 y 5000 r.p.m., la electroválvula es activada, las trampillas están cerradas y el aire recorre el colector mas largo (3), de forma que favorece el par. Cuando el régimen es superior a las 5000 r.p.m., la electroválvula corta el vacío, la trampilla se abre y toma el conducto mas corto (2) a fin de favorecer la potencia máxima.


par motor


También se utilizan sistemas de admisión variable para motores de inyección directa de gasolina. En este caso no se busca tanto, el mejor llenado de los cilindros, sino la misión de crear un flujo de aire que se adapte a los modos de funcionamiento (mezcla estratificada, mezcla homogénea) de los motores de inyección directa.


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Chapaleta en el colector de admisión accionada
En los modos estratificado y homogéneo-pobre y en partes del modo homogéneo se acciona la chapaleta (válvula mariposa) en el colector de admisión y se cierra el conducto inferior en la culata.
Debido a ello el aire de admisión fluye únicamente a través del conducto superior hacia el cilindro. Este conducto está diseñado de modo que el aire de admisión ingrese describiendo una turbulencia cilíndrica. Adicionalmente aumenta la velocidad de flujo a través del estrecho conducto superior, intensificando la formación de la mezcla.

Esto tiene dos ventajas:

*En el modo estratificado, el flujo cilíndrico del aire transporta el combustible hacia la bujía. En el trayecto hacia ésta se realiza la formación de la mezcla.

*En el modo homogéneo-pobre y en partes del modo homogéneo, el flujo de turbulencia cilíndrica del aire respalda la formación de la mezcla. De esta forma se consigue una alta capacidad de ignición de la mezcla y una combustión estable, así como un funcionamiento con mezcla pobre.
Esto supone dos ventajas:

Chapaleta en el colector de admisión no accionada
Al funcionar a cargas y regímenes superiores en el modo homogéneo no se acciona la chapaleta en el colector de admisión, con lo cual se encuentran abiertos ambos conductos. Debido a la mayor sección de paso del conducto de admisión, el motor puede aspirar la masa de aire necesaria para la entrega de un par más intenso y una alta potencia.


Sistema de admisión variable por resonancia

El funcionamiento de una admisión variable resonante es como la que hemos explicado anteriormente, la única diferencia es que en vez de tener dos depósitos (3) ahora tenemos un solo deposito dividido en dos partes por una válvula mariposa resonante (7, en la figura inferior). En la admisión variable resonante existe una combinación de los sistemas de tubo de resonancia y de tubo oscilante. Cuando la válvula mariposa resonante esta abierta (altas r.p.m.) el deposito (3) se convierte en un solo volumen. Se origina entonces un colector de aire para los tubos oscilantes de admisión cortos (2).
Cuando el régimen del motor es bajo (r.p.m. bajas) la válvula mariposa resonante esta cerrada, entonces el sistema se comporta como un sistema de admisión resonante.


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Utilizado principalmente en motores en "V", motores de cilindros horizontales "boxer" y también en motores en linea con 6 o mas cilindros.
En motores de mas de 4 cilindros, por ejemplo los de 6 cilindros, el efecto de sobrealimentación por resonancia se ve disminuido porque las pulsaciones de las válvulas al abrir y cerrar se compensan entre ellas en el colector. Sin embargo el sistema de admisión por resonancia funciona de forma optima para motores de 3 cilindros, porque en ese caso una válvula de admisión se cierra, cuando la otra justo empieza a abrirse. Para aprovechar las ventajas mencionadas en los motores de 3 cilindros, en los motores de 6 cilindros se divide el colector de admisión por la mitad mediante una válvula mariposa, trabajando el motor ahora como si fuera dos motores de 3 cilindros.
Esta solución se da por ejemplo en el motor de los Opel Omega 3000 y Senator, con el sistema de admisión "DualRam".



Sistema Dual Ram de Opel
Por medio de un tubo de aspiración adecuado con una válvula de mariposa conmutable se divide el motor de 6 cilindros, en 2 motores de 3 cilindros cuando las r.p.m. son bajas, con esto se consigue un par motor elevado. A partir de aproximadamente 4000 r.p.m. se abre la válvula de mariposa y el modo de funcionamiento se modifica volviendo el motor a trabajar como un 6 cilindros, con esto se genera una potencia elevada. Dependiendo de la conformación y del ajuste del sistema de aspiración, puede producirse otro incremento de potencia para un numero de r.p.m. muy elevado, si se vuelve a cerrar la válvula de mariposa a partir de aproximadamente 6000 r.p.m.


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Sistema VarioRam de Porsche
Porsche utiliza en su modelo 964 Carrera un sistema de admisión resonante combinado con unos conductos oscilantes de admisión de longitud variable, que tienen tres estados de funcionamiento según sea el numero de revoluciones del motor.

Las tres fases de funcionamiento son:

*Hasta las 5000 r.p.m., la parte resonante del colector de admisión esta cerrado por la válvula mariposa (4).

*De 5000 a 5800 r.p.m., se abre la válvula mariposa (4) entrando en funcionamiento la parte resonante del colector de admisión dividiendose el motor en dos motores de 3 cilindros por la válvula mariposa (3).

*A partir de las 5800 r.p.m., se abre la válvula mariposa resonante (3), ahora el colector ya no se divide en dos, ahora es uno solo para los 6 cilindros.


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Los colectores de admisión del Porsche Boxster están moldeados con material plástico, además de ser más fáciles de fabricar, son mas económicos. Pesan menos que los metálicos de fundición y el flujo de aire que circula por su interior es mas uniforme.
La baja conductividad térmica del plástico contribuye a que no se calienten con el calor que emite el bloque del motor y por tanto el aire llega más fresco a los cilindros.


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La marca BMW utiliza para el motor en linea de 6 cilindros del M5, 3,6 litros 315 CV, un sistema de aspiración con una válvula mariposa interna adicional. De ese modo, se aprovecha el efecto de la llamada sobrealimentación por oscilación resonante de la admisión, gracias a la cual se pueden mejorar la potencia y el par motor, si bien esto sólo es así dentro de un margen de revoluciones estrecho.


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Otro modelo de admisión resonante de BMW, en este caso se trata de un: sistema de aspiración "diferenciado", utilizado en el motor de 6 cilindros y 3 litros de BMW (M54), con sistema de resonancia y alimentación de aire de turbulencia. Este sistema de admisión se divide en dos sistemas completamente diferentes: para altas r.p.m. y plenas cargas dispone de un sistema de admisión resonante con una válvula mariposa que regula las dimensiones del colector de admisión adaptandose al nº de r.p.m. del motor.
Para bajos regímenes del motor (bajas r.p.m.) existe un sistema de admisión completamente separado del resonante, que dispone de un control propio (válvula reguladora de turbulencia) y secciones transversales reducidas, así como unos calibres de turbulencia que aumentan la velocidad del flujo del aire cuando entra en los cilindros.


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En las siguientes figuras se ve como estan configurados la camara de combustión y la culata.


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par motor



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5 comentarios - Informate: Sistemas de admisión [Motores]

@Kelsonboy Hace más de 4 años
sapado, a favs, si tenes el pdf o algun archivo que me puedas pasar estaria agradecido
@apolito005 Hace más de 4 años
muy bueno!! te dejo mi comunidad!! http://www.taringa.net/comunidades/enfierrados/
@kevincente Hace más de 4 años
muy interesante! +10