Distribucion Variable Automotriz

FIG N°030

Una distribución muy cruzada permite un funcionamiento regular
a regímenes altos, pero determina el reflujo parcial de la mezcla en
el conducto de admisión a regímenes bajos. Además, uno apertura
prolongada de la válvula de admisión provoca, a regímenes bajos,
pérdidas de potencia por bombeo, turbulencia reducida en la cámara
y baja velocidad del flujo de aire a través del difusor del carburador
(mezcla imperfecta de aire y gasolina).
Los ángulos de apertura y cierre de las válvulas dependen del propio
calado de la distribución, de la conformación de las levas e incluso
de los juegos entre empujadores y balancines. Los diagramas
suministrados por las empresas constructoras son los que se
obtienen con el motor frío, con los juegos prescritos para la puesta a
punto (que no son generalmente iguales a los que existen durante el
funcionamiento).

51

FIG N°031

Los tiempos de apertura y cierre de las válvulas no pueden ser
instantáneos, ya que ello obligaría a tener aceleraciones infinitas en
las partes móviles de la distribución provocando la rotura de las
piezas. Ello conlleva a que los elementos de la distribución tengan
que tomarse un cierto tiempo de transición desde que empiezan a
abrir las válvulas hasta conseguir su total apertura.

Debido a este tiempo el diagrama de la distribución teórico tiene
variaciones, ya que para conseguir una apertura de válvulas plena
en el inicio de la carrera hay que comenzar a abrir un poco antes.

En la práctica, para conseguir un mejor llenado del cilindro se
puede aprovechar la energía cinética de los gases. Esto implica un
aumento del rendimiento volumétrico del motor, y por tanto un
aumento de potencia. Para conseguirlo se adelantan y retrasan la

52

apertura y cierre de las válvulas adecuadamente consiguiendo los
siguientes efectos en el denominado diagrama de distribución
práctico:

Puesto que el régimen de giro en los motores de automoción no
es constante, lo ideal sería que el diagrama de distribución variase
con él, adaptando los ángulos de cierre y apertura de las válvulas a
los valores que maximizan el área de presión efectiva y por lo tanto,
comportan el aumento del rendimiento volumétrico. De esta manera
se conseguiría una renovación de carga óptima en cualquier régimen
de giro.

Por su sencillez, el diagrama de distribución usado
tradicionalmente en los motores de automoción es fijo, el cual se
diseña para conseguir una renovación de la carga óptima a unas
revoluciones determinadas. Esto ha llevado a la clasificación de los
motores en motores rápidos o lentos en función de si la renovación
de la carga óptima se realiza a regímenes de giro elevados
(buscando la mayor potencia debido alas altas revoluciones
alcanzadas), o a regímenes bajos (buscando una curva de par más
plana, propia de los motores elásticos).[1]

1.7. Diagrama distribución variable

Con el desarrollo de la electrónica, se ha hecho posible
construir mecanismos capaces de variar el diagrama de la
distribución lo suficientemente baratos y eficaces para poder
fabricarlos en serie. Junto con estos sistemas de ajuste del diagrama
de distribución encontramos también sistemas que ayudan a mejorar
el llenado de los cilindros tales como sistemas de escape variables o
sistemas de admisión de longitud y sección variable o de resonancia,

53

creando así diversas mejoras que controlarán notablemente la
contaminación y mejorarán el rendimiento. [1]

Las variaciones que se encuentran del Diagrama de Distribución
Variable con el diagrama convencional, está en el traslape que tiene
una abertura de 33°.

FIG N°032

54

FIG N°033

Sincronización de la válvula tiene un efecto directo en la fase de
admisión / escape del motor de combustión interna, tiene una
influencia crucial sobre el rendimiento dinámico del motor y la
economía de combustible. A diferencia del sistema convencional de
válvula fijo, la tecnología VVT lleva la velocidad y motores de carga
como entradas y cambia la sincronización de válvulas
correspondientemente bajo diferentes condiciones de trabajo

55

Bajo condiciones de alta velocidad de carga: Bajo condición de
carga baja de alta velocidad, el motor debe aumentar su ángulo de
avance de la ingesta con el fin de tener un mejor rendimiento
dinámico. Cuando el motor está funcionando a baja velocidad, el aire
en el colector de admisión tiene una inercia relativamente baja, flujo
de retorno del cilindro de gas en el colector de admisión son como
para producir al final de las fases de admisión, debido a la alta
presión en el cilindro. Sistema VVT se cierra la válvula de admisión
con antelación para suprimir este tipo de flujo de retorno, como se
muestra en la Figura Nº 034-1

Condición de alta velocidad de carga de alta: Cuando el motor
está funcionando en condiciones de carga alta de alta velocidad, el
aire en el colector de admisión tiene una velocidad relativa alta y la
inercia, el sistema VVT pospone el cierre de la válvula de admisión
para ampliar la cantidad de aire que fluye en el cilindro, como se
muestra en la Figura N° 034-2. Este cambio en la sincronización de
la válvula proporciona mejora el rendimiento dinámico del motor

Condición de carga parcial: cuando el motor está funcionando a
carga parcial, sistema VVT sube el tipo del motor EGR para mejorar
el rendimiento de la emisión. Y el sistema VVT también minimiza la
pérdida de bombeo durante la fase de admisión para optimizar la
economía de combustible. Para conseguir estos dos objetivos, el
sistema VVT abrir la válvula de admisión con antelación para crear
un solapamiento de válvulas más grandes, como se muestra en la
Fig.034-3

Inicio de baja temperatura y condiciones de marcha en vacío:
sistema VVT disminuir el solapamiento de las válvulas durante el
ralentí y baja temperatura de comienzo, como se muestra en la

56

Figura Nº 034-4. Cuando el motor está al ralentí, la vorticidad en la
disminución del cilindro. VVT pospone el sistema abierto de la
válvula de admisión por lo que habrá una diferencia de presión más
grande entre el colector de admisión y el cilindro cuando la válvula
se abre. Esto resulta en una mejor combustión en el cilindro. Esta es
también la solución para el arranque a baja temperatura

FIG N°034

57

FIG N°035

DIFERENCIA ENTRE LOS DIAGRAMAS DE FUNCIONAMIENTO

ETAPA DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN
CONVENCIONAL VARIABLE

TRASLAPE 15° 33°

ADMISIÓN 6° a PMS a 40° d PMI 18° a PMS a 72° d PMI

ESCAPE 31° a PMI a 9° d PMS 34° a PMI a 2° d PMS

58

2. MARCAS CON VARIACIÓN DE LA CARRERA DE LA
VÁLVULA (ALZADA DE VÁLVULAS)
2.1. Sistema de Distribución Variable Honda VTEC

El sistema VTEC(Variable Valve Timing and Lift Electronic
Control) de Honda es el más sofisticado de los sistemas variables
que apareció primero (Honda fue pionero en la década de los 80 en
usar este sistema, primero equipando los modelos deportivos de los
Civic y CRX además del NSX, para luego ser un estándar en casi
todos los modelos de la marca) que de otros fabricantes en forma
comercial, en la variación del tiempo de apertura de las válvulas, que
se conoce como Distribución Variable de Válvulas, que sólo se
podían abrir en el momento que las válvulas de admisión/escape
estaban abiertas simultáneamente a la vez (en el cruce o traslape),
en la transición entre los tiempos de escape y admisión. La
configuración VTEC altera tanto el tiempo de apertura de válvulas
como su alzamiento.

Entonces Nobuhiko Kawamoto era el presidente y le solicitó a
Ikuo Kajitani(el mecanismo fue diseñado por Ikuo Kajitani) cuando
trabajaba en el primer departamento de diseño de Honda para que
desarrollara un motor que fuera la base de los futuros motores de la
compañía nipona.

En un principio la propuesta surgió para crear un motor
ligeramente más eficiente y más potente de lo normal, pero pronto
Kawamoto presionó a Kajitani para que desarrollara un motor de 1.6
litros con 160cv de potencia (100cv/l) en una época en la que los
motores erogaban un máximo de 70 u 80cv con ese mismo cubicaje.

59

La inspiración del VTEC es simple; se fija en el cuerpo humano
y su sistema respiratorio. Cuando los humanos estamos en reposo,
sentados, parados o inclusive caminando, nuestro sistema
respiratorio consume poco aire, ya que nuestros músculos y cerebro
requieren una cantidad moderada de oxígeno en ese momento.
Cuando corremos o estamos bajo un estado estresante para el
cuerpo, nuestros pulmones se abren (bronco dilatación) permitiendo
una mayor oxigenación. De esta forma nuestro cuerpo se llena de
oxigeno cuando lo necesita y conforme lo necesita, sin la necesidad
de sobresaltar los pulmones en todo momento.

Cuando a Kajitani le pidieron un motor de 1600cm³ con 160cv,
él dijo "It felt like a dream" (Parecía un sueño) ya que incluso para su
ingenio esas cifras sonaban casi imposibles, pero cuando se
introdujo el Honda Integra en abril de 1989 con motor DOHC VTEC,
las palabras de Kajitani fueron "It was a true dream engine" (Era un
verdadero motor de ensueño). De ahí el lema de "Honda, The power
of Dreams" (El poder de los sueños).

2.1.1. Funcionamiento del Honda VTEC:

En su forma clásica utilizada en los motores DOHC (dibujo de
arriba), hay dos tipos de levas diferentes: uno usado bajo
condiciones de baja velocidad y otro que actúa sólo a altas vueltas
(normalmente por encima de las 4900 rpm). Las levas de bajo
régimen tienen un perfil suave para una buena respuesta en bajas,
emisiones reducidas y poco consumo.

60

FIG N° 2-001
Por el contrario, la leva de alto régimen es como las levas de
carreras, con un perfil agresivo y con una duración abierta de 290º
en el caso del motor B18C5 del Integra [1].

FIGN° 2-002
El sistema se montó primero en los motores DOHC de alto
rendimiento.

61

Constaba de tres levas (dos de bajo régimen –nº 2 en la figura-
y una de alto régimen entre las anteriores -nº 3- ) y 3 balancines para
cada par de válvulas de admisión y de escape.

A bajo y medio régimen los balancines de los extremos, que
están alineados con las levas de bajas rpm (Nº 4 y 6), actúan
directamente para abrir y cerrar las válvulas.

El balancín extra de altas rpm (nº 5) se mueve hacia arriba y
hacia abajo sobre el eje de balancines, actuando sobre un falso
muelle de válvula (nº 10). A altas rpm el balancín extra de altas rpm
(nº 5) se mueve solidariamente con el eje de balancines (y por
consiguiente con las levas de bajas) y el conjunto es actuado
directamente por la leva de altas rpm (Nº 3) [1].

FIG N° 2-003
La conexión y desconexión del balancín de alto rendimiento al
eje de balancines se consigue mediante un sistema de pasador
hidráulico situado en el eje de balancines (nº 7,8 y 9). A un
determinado régimen de motor, ese pasador accionado

62

hidráulicamente se desliza por dentro de los tres balancines
bloqueándolos juntos. Esto da el control del conjunto entero de
balancines a la leva extra. Con su perfil más alto, la leva extra abre
las válvulas aún más y durante más tiempo, permitiendo entrar
mayor flujo de combustible y aire en la cámara de la combustión [1].

Con una carga más grande de combustible/aire y a mayores
revoluciones, el motor genera más potencia.

Una vez que el motor baja de vueltas, el pasador que bloquea el
conjunto de balancines se suelta, permitiendo a las levas de bajo
perfil y sus balancines reanudar su operación. La siguiente figura es
un esquema del funcionamiento a bajo régimen:

FIG N° 2-004

63

FIG N° 2-005

Se puede observar cómo los balancines de bajas (E y F) no
están anclados al de altas (G). Entonces, las levas externas (A y
B)actúan directamente los balancines de bajas y, a través de esos
balancines, las válvulas. El balancín del medio (altas rpm) es
actuado por la leva de alto rendimiento, pero debido a que no está
conectado a nada no produce ningún efecto [1].

2.1.2. Esquema de funcionamiento a alto régimen:

En el esquema se ve que a un predeterminado número de
revoluciones por minuto (típicamente entre las 5000 y las 6000rpm),
la centralita manda una señal a un distribuidor hidráulico que libera el
aceite de la bomba hacia el pasador (D) por medio de una electro-
válvula en la dirección de la flecha. Esto une los balancines externos
con el del medio, causando que los tres balancines se muevan
juntos como uno solo [1].

64

2.1.3. Control electrónico
El momento de cambio es manejado por una Unidad Electrónica
de Control (ECU), que cambia la presión del aceite para activar el
pasador hidráulico. El pasador hidráulico se desliza en su lugar
rápida y suavemente, produciendo en el motor alto rendimiento casi
instantáneamente. En el caso del motor B16A del CRX y Civic la
ECU PGM-F1 se encarga de vigilar constantemente las
modificaciones que se producen en el motor tales como la carga, el
régimen, la temperatura y la velocidad del vehículo. Estas
informaciones son enviadas al ordenador de la inyección que,
después de una interpretación, decide el modo de funcionamiento
del motor [1].
Las condiciones necesarias para que se conmute a modo altos
regímenes en el motor B16A son las siguientes:
- Régimen de motor por encima de las 5300 rpm
- Velocidad del vehículo por encima de los 30 Km/h
- Temperatura del líquido de refrigeración por encima de 60º C
- Carga del motor, detectada al medir la depresión en el colector de
admisión por medio del captador MAP.

65

2.1.4. Esquema del control electrónico del electro-
válvula:

FIG N° 2-006
Además, en función de la carga y del régimen del motor la ECU
puede modificar el punto de conmutación:

FIG N° 2-007

66

FIG N° 2-008

Consecuencias en el diagrama de la distribución:

En el diagrama de distribución de arriba se puede observar
cómo, en el modo de alto régimen, los tiempos de apertura de las
válvulas son mayores que en el modo bajo régimen, permitiendo un
mejor llenado de los cilindros; la válvula de admisión se abre antes y
se cierra más tarde y lo mismo ocurre con la de escape, teniendo
también entre ellas un mayor tiempo de cruce.

Cada modelo de Honda que equipa un motor VTEC DOHC
ofrece, por litro, el mayor par y la mayor potencia entre los motores
atmosféricos de su clase y con un consumo bastante reducido [1].

2.2. VALVELIFT (AUDI)
2.2.1. INTRODUCCIÓN

El AVS (Audi Valvelift System), que es un sistema de alzada
de válvulas, que tiene una variación con anteriores, su movimiento
es horizontal o axial que mediante unas levas y un circuito en la que

67

funciona un tetón con una electroválvula permite el aumento de la
carrera del vástago de la válvula, para que de esta manera el
traslape sea mayor.

Audi ha presentado su nuevo sistema de control de válvulas
denominado AVS (Audi Valvelift System), que se incorpora como
novedad dentro de un paso lógica en la evolución de las mecánicas
de los motores de combustión. Las ventajas que ofrece incluyen un
mejorado comportamiento del motor con una respuesta más ágil al
acelerador, un menor consumo de carburante y un tacto más suave
del motor. Este sistema está basado en el actual sistema de apertura
de válvulas variable en el tiempo y aporta el siguiente paso en la
evolución de estos sistemas, ofreciendo una nueva variabilidad
para la elevación de las propias válvulas. ¿Esto qué significa
exactamente? Pues que se puede modificar la altura, dentro de unos
determinados rangos, a la que se elevan las válvulas según la carga
y la necesidad de rendimiento que se le está exigiendo al motor.[1]

En su primer motor FSI (Inyección directa de gasolina) V6, el
2.8 montado por primera vez en un modelo del grupo VAG en el
nuevo A6 (2007), Audi presentó un innovador motor que tiene como
objetivo un consumo excelente en combinación con un sistema de
distribución variable que puede permitir, en combinación con la
inyección directa, un buen rendimiento a medio y alto régimen sin
afectar demasiado a los buenos consumos. Este motor rinde 210 CV
y se caracteriza por mantener esta potencia de forma constante
desde las 5500 rpm hasta las 6800 rpm. Este sistema tiene como
nombre Valvelift (figura N° 2.001). [1]

68

Figura N° 2-009

Combina muchas de las propiedades de los sistemas VTEC de
HONDA, tales como el alzado de las válvulas a diferentes carreras y
con diferentes momentos de apertura para crear turbulencias en el
interior del cilindro y la apertura máxima de las válvulas a altas
revoluciones para hacer un llenado más efectivo a mayor demanda
de caudal.

Por lo tanto, este sistema es un sistema dotado de unos
tiempos de AAA y de RCA que pueden variar en función del control
del árbol de levas y, además, consta también de un sistema de
alzado controlado. Algo que también caracteriza a estos motores es
que el Valvelift es un sistema de control de alzado y apertura de las
válvulas en dos fases, es decir, no tiene un comportamiento
progresivo ni constante.[1]

69

2.2.2. FUNCIONAMIENTO VALVELIFT
El sistema Valvelift se basa en variar el alzado de las válvulas y
el perfil de las levas con unas levas corredizas.
La particularidad del sistema de Audi es que basa su
funcionamiento en emplear levas distintas para accionar de forma
diferente las válvulas, tal y como hace el sistema VTEC. Es un
sistema de doble leva distinto a otros sistemas antes vistos en el
mercado (figura). [1]

Figura N° 2-010
En el Valvelift, como en otros sistemas de doble leva, cada
válvula de admisión se ha dotado de una leva normal y otra que le
proporciona menos alzada y diferente tiempo de apertura. Estas dos
levas tienen la particularidad, igual que un sistema VTEC-E de tener
un alzado muy contenido en combinación con un AAA nulo respecto
a PMS, para evitar las pérdidas de efectividad al mezclarse el aire
limpio con los gases de escape. En el Valvelift cada una de las dos
válvulas de admisión de cada cilindro tiene sus dos levas
independientes. También, no hay elementos intermedios entre las
levas y los balancines de rodillos que accionarán las válvulas, en

70

este sistema las levas se mueven de forma axial por el árbol de
levas. [1]

Para hacer funcionar este sistema de levas corredizas hay un
conjunto de piezas en el sistema de admisión que lo hacen posible.
En el árbol de levas hay una pieza flotante para cada cilindro (figura
2.011). Esta pieza gira de forma solidaria con el árbol de levas, pero
se puede mover de forma axial con dos topes que determinaran su
posición final y su posición inicial. Para mover esta pieza entre los
dos extremos hasta los topes que delimitan su recorrido axial, el
árbol de levas consta de un estriado (figura 2.012) para hacer
encajar la pieza sobre éste. El recorrido que podrá hacer la pieza
desde un extremo hasta el otro es algo inferior a 7 mm.

Figura N° 2-011 Figura N° 2-012

Para cada cilindro, en el árbol de levas de admisión tenemos
cuatro levas. Cuando la pieza que contiene el conjunto de levas
(figura 2.012), está en uno de los dos extremos de su recorrido axial,
actúan las dos levas que tienen más alzada (una para cada válvula).

71

Cuando está en el extremo opuesto, actuarán las levas de menor
alzado.

En cada extremo de la pieza flotante hay una guía de tallado
helicoidal (figura 2.013).

Sobre cada guía y perpendicularmente al árbol de levas, hay un
cilindro (figura 2.014) que puede entrar en esta guía. Por tanto,
habrá dos cilindros para cada pieza flotante.

Cuando el cilindro no actúa sobre el tallado helicoidal para
hacer desplazar la pieza axialmente, esta pieza permanecerá en la
última posición en la que está de forma permanente, gracias a la
acción de un fiador esférico unió a un muelle (figura 2.14).

Figura N° 2-013 Figura N° 2-014

Cuando necesitamos mover la pieza axialmente hacia la otra
posición en función del régimen del motor, uno de los cilindros saldrá
de su casquillo para entrar en la guía (helicoidal) de la pieza flotante.
Al tener libertad de movimiento axial la pieza con el conjunto de
cuatro levas y no tenerlo el cilindro que se introducirá en la guía, la

72

pieza deslizará sobre el estriado hasta la otra posición a convenir. Si
hay que volver a mover la pieza en el sentido opuesto, haremos
funcionar el cilindro contrario, comandado por la centralita y
empujado sobre la otra guía y así se moverá hacia la otra posición.

Hay que destacar que el sistema actúa y desplaza las levas
para hacer actuar las válvulas con diferente perfil de apertura y
alzado en menos de lo que tarda el árbol en dar una vuelta (el
equivalente a dos vueltas de giro del cigüeñal). El cambio de
posición de la pieza flotante de las levas se debe realizar entre las
700 y las 4.000 rpm. Cuando actuamos por encima de un régimen de
4.000 rpm, sea a carga mínima o a carga parcial o completa, el
motor actuará con las levas de perfil agresivo para asegurar la
respuesta en caso de demanda del pedal del acelerador. En el
momento del cambio el control electrónico del motor se encargará de
variar el avance del encendido, la fase del árbol de levas o incluso
cerrar momentáneamente la mariposa de gases para que el
incremento de par producido al entrar un mayor caudal de aire de
forma inminente en el cilindro no provoque un brusco e incómodo
acelerón.

También con este sistema se recurre a variadores de calado,
para mayor suavidad de marcha y para conseguir un aumento
progresivo del rendimiento y controlar el efecto EGR, tal y como se
realiza en los motores i-VTEC.

Dichos variadores de calado tienen el mismo perfil y
funcionamiento que en los sistemas habituales hasta la fecha
empleados por Audi y, por ejemplo, BMW (VANOS).[1]

73

Para realizar el movimiento de los cilindros para que entren en
la guía se emplea un electroimán. Cuando estos electroimanes
actúan, se extiende el cilindro con un desplazamiento de 4 mm. El
propio perfil de la pieza flotante devuelve el cilindro hacia la posición
inicial (contracción) cuando el árbol de levas da una vuelta completa.

Las dos levas con más alzada en cada cilindro son iguales. Dan
a la válvula el mismo AAA y el mismo RCA (también controlado por
los variadores de calado). La apertura de estas levas se situará a 11
mm. Las levas de perfil más bajo (de bajo régimen) harán actuar a
las válvulas con alzado de 5,7 y de 2,0 mm, variando también el
momento de apertura y el tiempo de apertura. En este perfil de bajo
régimen y baja carga, varía la forma en la que entra el aire por el
conducto de admisión y, en consecuencia, crea una turbulencia que
provoca un reparto regular del aire y la mezcla sobre el pistón
(“squish”) y un movimiento transversal, provocado por la compleja
forma superficial del pistón de inyección directa (“tumble”).

El sistema Valvelift tiene un variador de calado o de fase
continuo que puede variar el avance en admisión en 42º. También
tiene otro igual en el árbol de levas de escape. [1]

El innovador sistema presenta, por tanto, varias ventajas. Una
de ellas es la baja fricción provocada por la sencillez del
accionamiento y el bajo número de piezas que influyen al accionar
las levas (funciona como un árbol de levas convencional sobre los
balancines). Otra de las ventajas es que hay mayor rigidez que en
otros sistemas en el movimiento y accionamiento de los árboles de
levas. La tercera ventaja es que el exceso de fricción y de empleo de
más piezas (y por tanto masas) que en un árbol sencillo es sólo
durante una vuelta del árbol de admisión cada vez.

74

Los resultados de este complejo y, a la vez sencillo, sistema, en
el motor V6 (a 90º) de 2776 cm3 y de inyección directa de gasolina
(FSI) para el A6, son:

- Potencia máxima: 210 CV entre 5.500 y 6.800 rpm.
- Par máximo: 280 N·m entre 3.000 y 5.000 rpm.
- Consumo mixto: 8,8 l/100 km.
La razón por la cual se consiguen mantener unos valores más
que suficientes y con excelentes consumos para un vehículo de
1615 kg. en vacío, es la combinación de la tecnología del grupo
VAG, FSI y el sistema Valvelift, nunca antes empleado por este
grupo de fabricantes en ninguno de sus vehículos. También hay que
destacar que mediante una relación de compresión de 12:1 se
consiguen, con el control de la inyección directa a más de 100 bares
de presión (de gasolina), estos valores inéditos en el mercado.
Otros motores de semejante potencia equipados sin árbol de
levas con control de alzado de válvula y con inyección directa, como
el 2.5 de BMW (Montado en la serie 5), tiene un consumo de 7,4 l
cada 100 km, o lo que es lo mismo, 1,4 litros menos cada 100 km. El
peso del BMW es de 1585 kg. [1]

75

3. SISTEMAS CON CALADO DEL ÁRBOL DE LEVA
3.1. TOYOTA

3.1.1. INTRODUCCIÓN

Los primeros sistemas de Toyota VVT (“Variable Valve
Timing”) se emplearon en prototipos de competición para asegurar
una respuesta mínima a bajo régimen, para evitar así las carencias
de motores que, al estar destinados a la competición, dedicaban su
buen funcionamiento a altas revoluciones exclusivamente.

Este sistema experimental en las carreras y comercializado
rápidamente en el mercado común por Toyota en la década de los
80, fue el primer sistema de variación de calado controlado de forma
continua. Posteriormente el sistema VVT pasó a llamarse VVTi,
quedando así reflejadas las mejoras de control electrónico sobre el
sistema [1].

En modelos más recientes como el 1.8l VVTL-i atmosférico de 192
CV del Celica (1999) y el antiguo Corolla (2001- 2007) se empleó el
sistema junto con un control del alzado de las válvulas que aportaría
un gran resultado final en cuanto a potencia a altas revoluciones.

El sistema de alzado de válvulas se basa en el empleo de un patín
deslizante que puede limitar el recorrido de la válvula en función de
su posición. Este sistema, como la mayoría de sistemas del
mercado, está controlado mediante presión de aceite[1].

3.1.2. FUNCIONAMIENTO VVT-i

El sistema VVT-i (“Variable Valve Timing”) o “Temporización
de Válvula Variable”, consiste en un sistema de variación del calado
de la distribución. Este sistema consiste en un variador que puede

76

provocar un desfase entre el árbol de levas de escape y de admisión
de 60º (figura 3-001.). Así podemos atrasar 60º la posición de la
admisión para provocar el efecto de baja pérdida de carga
provocado por el solapamiento excesivo e innecesario a bajo
régimen del motor. [1]

FIG N° 3-001
Normalmente Toyota emplea estos sistemas de variación de fase de
60º en los árboles de admisión, siendo empleados en algunos
modelos de mayor rendimiento para los árboles de escape [1].

3.1.3. FUNCIONAMIENTO VVT
Toyota, Daihatsu, Hyundai tienen uno de los sistema más
comunes que se encuentran actualmente en algunos de los
vehículos que vemos en nuestro entorno.

77

Las siglas VVT significan variación de tiempo Valvular.

Las ventajas de este sistema radican en:

- Economía de combustible ya que utiliza solamente el necesario.

- Menor contaminación Ambiental.

- Aumento en la potencia del motor, mejorando el llenado de los
cilindros.

La computadora del sistema recibe las señales de los sensores
de posición del cigüeñal, del sensor del árbol de levas y otros
sensores, para que luego de que estas han sido procesadas, envié
señales de activación y de desactivación a la válvula de control de
aceite para adelantar o retrasar el tiempo de apertura de las válvulas
de admisión a través del control de VVT [1].

3.1.4. FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR
VVTCÁMARA DE PALETAS

El controlador del VVT es una envoltura o carcasa que es
impulsada por la por la cadena de distribución y la paleta que está
fijada al arbola de levas mediante un tornillo.

Entre la envoltura y la paleta se forman cámaras en las cuales se va
alojar el aceite del motor para ocasionar que el árbol de levas gire a
la derecha o la izquierda, según sea la dirección en que dirija el flujo
de aceite la válvula OCV, para adelantar el tiempo de apertura de las
válvulas de admisión.

Además el controlador posee un pasador, llamado pasador de
bloqueo que tiene la función de producir un bloqueo entre la paleta y
la envoltura, mientras el circuito es llenado por completo.

78

De este modo se evita el golpeteo de la envoltura y la paleta durante
el arranque del motor, luego de haber permanecido por un tiempo
muy prolongado [3].

FIG N° 3- 002
a. AVANCE DEL CONTROLADOR VVT-i:
En este estado las señales de activación son más anchas que
las señales de desactivación, por lo que lo OCV se mueve a la
posición desde adelanto, permitiendo que las cámaras de aceite de
adelanto del controlador se llenen de aceite y la paleta se mueva a la
derecha y transmita este movimiento de avance al árbol de levas [3].

79

FIG N° 3-003
Cuando la válvula OCV está colocada de la forma como se
muestra en la figura de la izquierda por medio de la señal de avance
recibida por la computadora, la presión de aceite resultante se aplica
en la cámara de paletas del lado de avance de distribución para
hacer girar el árbol de levas en dirección de avance de
distribución[3].

b. RETARDO DEL CONTROLADOR VVT-i:
En este caso las señales de activación de la OCV son mas
angostas que las señales de desactivación, por lo que la OCV se
mueve a la posición de retraso, permitiendo que las cámaras de

80

aceite de retraso del controlador se llenen de aceite y la paleta se
mueva a la izquierda y transmita este movimiento de retraso al árbol
de levas [3].

FIG N° 3-004
Cuando la válvula OCV está colocada de la forma como se
muestra en la figura de la izquierda por medio de la señal de retardo
recibida por la computadora, la presión de aceite resultante se aplica
en la cámara de paletas del lado de retardo de distribución para
hacer girar el árbol de levas en dirección de retardo de distribución.
[3]

81

c. RETENCIÓN DEL CONTROLADOR VVT-i:
En esta condición podemos observar que las señales de
activación y de desactivación tienen una anchura igual por lo que
ambas cámaras de avance y de retraso son llenadas por igual y que
la válvula OCV tomo una posición neutral manteniendo una
distribución fija [3].

FIG N° 3-005
La ECU del motor calcula el ángulo de distribución de objetivo
de acuerdo con el estado de recorrido para efectuar el control de la
forma descrita anteriormente después de ajustar la distribución de
objetivo, la distribución de válvulas es retenida manteniéndola

82

válvula de control de aceite de distribución del cigüeñal en posición
neutra a menos que la cámara se llene de nuevo [3].

3.2. SISTEMA VANOS (BMW)

En 1992, con la introducción en el mercado de nuevos sistemas
de distribución variable por parte de Honda y Toyota entre otros, el
BMW decidió introducir el sistema VANOS en las mecánicas M50 de
los BMW serie 5 (E34), un variador de calado que dedica su
funcionamiento al desfase del árbol de levas de admisión respecto
con el de escape[1].

Como pasa en la mayoría de estos sistemas, el VANOS tiene su
transmisión de movimiento con cadena desde el cigüeñal hacia el
árbol de levas de escape. A su vez, de este árbol, equipado con una
doble corona, sale otra cadena que transmite el movimiento hasta el
árbol de levas de admisión, haciendo de este árbol un árbol con
calado variable al tener instalado en su polea conductora (donde
encaja la cadena con la corona dentada) el sistema VANOS, un
variador de fase que puede variar el diagrama de la distribución en
función del cruce de válvulas requerido en cada momento [1].

En el año 1996 el sistema VANOS empezó a instalarse en las
mecánicas M52 con un doble carácter, empleándose así un sistema
de mayor complejidad que es capaz también de funcionar sobre el
calado del árbol de levas de escape. Actualmente este sistema de
Double- Vanos se emplea en todos los motores de BMW de 6
cilindros y en algunos de los motores de 4 cilindros de mayores
prestaciones [1].

Con un funcionamiento basado en el bajo nivel de
contaminación y el bajo consumo, incluso en los modelos más

83

deportivos los motores de BMW son los que menos consumen y
contaminan de su categoría.

3.2.1. FUNCIONAMIENTO VANOS y Double- VANOS
3.2.1.1. Funcionamiento VANOS

Los variadores de calado de los sistemas VANOS de BMW
(figura 3-006) consisten en dos cámaras que controlarán el avance o
el retraso de la apertura de la admisión mediante la diferencia de
presiones que se darán en el interior de dos cámaras que componen
la polea sobre la que girará la corona dentada que será conducida
por la cadena que transmite movimiento desde el escape hasta la
admisión.

FIG N°3-006
3.2.1.2. ELEMENTOS DEL VANOS BMW
Este sistema es controlado por la ECU mediante parámetros de
carga, de contaminación (bajo resultados de la sonda Lambda) y de
régimen y datos de temperatura de aceite y del motor (refrigerante),
gracias a una válvula de control del flujo de aceite hacia el sistema
(1). En función del avance que se desee en cada momento la
presión entre ambas cámaras del sistema (2) se hará variar para

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poder ejercer un trabajo coincidiendo con el eje de giro del árbol de
levas. Dependiendo de la presión de aceite en ambas cámaras, se
empujará en una dirección u otra el eje con dentado helicoidal que
se acoplará al interior de la polea (3) que gira conduciendo al árbol
de levas. Al avanzar este sistema la posición del eje dentado, debido
a su forma helicoidal, hará avanzar sobre éste la polea ya que tiene
un dentado interno también helicoidal. De esta forma, cuando el
sistema introduce el eje dentado sobre la polea se provoca un calado
diferente, al girar esta sobre sí misma un cierto ángulo. [1]

En los primeros sistemas se trataba una variación del calado de
la distribución de 15º, actualmente se pueden manejar calados de
60º de diferencia, más que suficientes para dar un gran avance de
apertura a las válvulas a altas revoluciones para conseguir un mayor
rendimiento.

Los elementos de estos conocidos variadores de fase o de
calado pueden verse con más precisión en el siguiente esquema
(figura 3-007). Según este esquema la circulación de aceite a
presión se puede realizar de dos maneras. La primera posición de la
válvula (A) hasta F en la que el aceite entra en el variador para
conseguir variar el ángulo del árbol de levas. La segunda posición de
la válvula (E) provoca que el aceite del interior de las cámaras del
variador de fase retorne hacia el circuito de lubricación. [1]

A Entrada de aceite a presión en el circuito de lubricación

B Lumbrera de entrada

C Pistón distribuidor

D Salida de aceite hacia el variador de fase

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E Retorno de aceite en posición de válvula cerrada (calado
inicial)

F Entrada de aceite al variador de fase
G Punto de accionamiento del variador de fase

FIG N° 3-007
3.2.1.3. Sistema VANOS con control de alzado de

válvulas
Una de las variantes de los sistemas VANOS que se comenzó a
implantar en modelos de finales de los años 90, buscando un mejor
rendimiento a bajas revoluciones y un menor consumo y nivel de
contaminación, fue el sistema VANOS con control de alzado de las
válvulas (figura 3-008). Este sistema copia algunas de las
características de los sistemas de control de alzado variable que
existían en el mercado, pero con la particularidad de ser el primero
de los sistemas que puede controlar progresivamente el alzado de
las válvulas. [1]

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Levas troncocónicas

FIG N° 3-008
Este sistema consiste en un conjunto VANOS en admisión que
con modificaciones en su funcionamiento puede variar la carrera de
las válvulas de forma controlada.
Mediante el mismo sistema hidráulico y un control electrónico
perfeccionado, es posible hacer que en lugar de desplazarse el
interior de la polea sobre el eje helicoidal, se pueda lograr un
desplazamiento axial total de todo el conjunto del árbol de levas, que
permitirá un juego axial, dadas las características de sus
alojamientos.
Cuando este sistema VANOS empuje mediante presión de
aceite el árbol de levas que tiene en el extremo donde va conectado

87

con la polea de mando un eje helicoidal, variará el calado y se
desplazará unos milímetros hacia el fondo de su alojamiento.

Como las levas tienen una forma troncocónica, al desplazarse
de forma axial el árbol, incidirán de diferente forma con las válvulas,
de tal manera que variarán el alzado desde los 4,5 mm hasta los
10,5 mm; ambos perfiles de crestas son las que se encuentran en
los dos límites de carrera de válvula.

El sistema fue el antecesor del sistema Valvetronic (punto 4.5) y
como principal limitación en su funcionamiento es que no se puede
limitar el avance o el alzado de forma independiente, si no que al
avanzar desplazaremos el árbol de levas de forma axial y
provocaremos mayor apertura de las válvulas. [1]

3.2.1.4. Funcionamiento doble VANOS (Double-
VANOS)

El sistema doble VANOS (figura 3-008) incluye un
perfeccionamiento del primer sistema. Este sistema basa su
funcionamiento en la posibilidad de hacer un avance respecto al
calado inicial en el árbol de escape de forma independiente al
avance en el árbol de admisión. De esta manera, el efecto EGR
(recirculación de gases de escape) garantiza una combustión a
mayor temperatura y una combustión con menos gasolina. Este
sistema está equipado de dos poleas que pueden variar su posición
en función de la regulación provocada por presión de aceite en la
admisión y en el escape. Su funcionamiento requiere de un tensor
que, en función de la posición de ambos árboles mantenga la tensión
de la cadena que los comunica de forma constante.

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FIG N° 3-009
3.3. VARIOCAM (PORSCHE)

3.3.1. INTRODUCCIÓN
En los sistemas de distribución variable como los que emplea
Porsche desde 1992 en el modelo 968 se intenta ir más allá en la
funcionalidad del vehículo por tal de conseguir un mayor
rendimiento.
Este sistema, llamado Variocam, nació con la idea de exprimir el
rendimiento de unos motores que con unas características de
construcción nada comunes (2990 cc repartidos en sus 4 cilindros en
línea), empezaba a tener serios problemas de rendimiento para
competir contra otros fabricantes.[1]

89

El motor se equipó con el sistema Variocam para obtener un
aumento de par de más de 10 N·m y para obtener un incremento de
potencia final de 5 CV, cifras más que significativas en un modelo de
alto rendimiento que incrementando estos valores consiguió un
control de emisiones más exhaustivos y una reducción del consumo.

Variocam es un sistema sencillo, que intenta ofrecer el menor
rozamiento y por tanto, la menor resistencia al avance posible con la
meta de conseguir que el motor pueda subir de revoluciones sin
pagar demasiado caro el aumento de masas en la distribución.

Como vehículos deportivos que son, los sistemas de Porsche
intentaban obtener rendimiento sin ceder terreno en aspectos como
el nombrado incremento de masas o la funcionalidad a altas
revoluciones. Bajo estas premisas, Porsche sacó al mercado este
sistema en un modelo experimental como era el 968, sucesor del
coupé 944, para acabar siendo instalado posteriormente en los 911
(993) de 1993.

Este sistema basa su funcionamiento en modificar el recorrido
de la cadena mediante un tensor hidráulico pilotado para poder
variar el avance del árbol de levas de admisión respecto al de
escape. [1]

3.3.2. FUNCIONAMIENTO VARIOCAM

El funcionamiento del sistema Variocam (figura 3-009) trata de
modificar el solape o cruce de válvulas mediante la modificación de
la posición de la cadena.

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FIG N° 3-009

En el sistema Variocam original se emplea el uso de una
cadena que conduce mediante corona dentada el árbol de levas de
escape. El árbol de levas de escape está conectado al árbol de levas
de admisión por otra cadena. Esta última cadena, que hace posible
el movimiento del árbol de levas de admisión tiene una longitud muy
superior a la longitud necesaria, de tal forma que se precisa un
tensor de gran recorrido para conseguir la tensión necesaria en la
cadena. Este tensor efectúa un trabajo en ambos sentidos, tracción y
retorno, para así evitar oscilaciones. Así, mediante la variación de la
posición del tensor, desplazándose por el eje perpendicular a la
cadena, pero manteniendo su tensión siempre constante, se varía la
posición del árbol de levas de admisión respecto al de escape, y por
tanto, el cruce de válvulas.

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El sistema Variocam (figura 3-010) está pensado para actuar
entre las 1500 y las 5500 rpm para poder conseguir así una
regulación del solape de las válvulas. Según el fabricante se llegan a
dar cifras superiores a 10 N·m de aumento del par al regular el cruce
de válvulas y un aumento de potencia de 5 CV que permitían un
motor con un gran par y una gran respuesta.

FIG N° 3-010
Para lograr un aumento del par significativo el tensor ha de ir
regulado por la centralita del motor mediante un sistema hidráulico
que determina en qué posición quedará el tensor (desplazado hacia
arriba o hacia abajo) según se envíe presión de aceite sobre un
conducto u otro (figura 3-011), siendo éste regulado por un sistema
de válvulas que determinarán la posición más conveniente a cada
momento.

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FIG N° 3-011

El tensor podrá variar por tanto, el AAA del árbol de admisión
hasta en 15º, suficientes para variar el diagrama de distribución del
vehículo de una forma significativa para obtener los ya antes
nombrados efectos positivos de este tipo de motores (menor
contaminación, mayor respuesta y menor consumo).

Cuando el motor se sitúa en un régimen bajo y con carga baja el
cruce de válvulas es mínimo, para evitar precisamente el efecto
negativo de mezclar gases de escape con mezcla fresca que entra
en el cilindro. Cuando el conducto hace una mayor demanda de
aceleración, mayor caudal de mezcla ha de entrar en el cilindro, la
posición del tensor varía el recorrido de la cadena y provoca un AAA
que mejora el llenado.

Cuando el sistema se sitúa por encima de las 5500 rpm, con la
finalidad de alcanzar una buena cifra de potencia final, el sistema de
tensor de cadena sitúa a esta de forma que se avanza la apertura de
las válvulas de admisión. El vehículo alcanzaba una cifra de 240 CV
a 6500 rpm con un motor de 4 cilindros en línea de 2997 cc.

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4. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN VARIABLE MIXTO
4.1. VALVETRONIC (BMW)

4.1.1. INTRODUCCIÓN

Sistema revolucionario de BMW que se caracteriza por tener un
sistema de admisión sin válvula de admisión de mariposa. En los
motores con el sistema Valvetronic la cantidad de aire admitido y de
escape se controla a cada instante.

Habitualmente, cuando en un vehículo con motor de gasolina
convencional (inyección directa o indirecta) el conductor pisa el pedal
del acelerador al máximo, la mezcla proveniente de los conductos de
admisión apenas sufren un ligero rozamiento aerodinámico contra la
válvula mariposa. Si por el contrario accionamos el pedal para exigir
al motor una carga media, obtendremos como resultado una mayor
resistencia aerodinámica ofrecida por la válvula de mariposa de
regulación de la admisión. Este problema se ve solucionado
definitivamente por el sistema Valvetronic.

Además de estas características de mejoras de rozamiento
aerodinámico en cuanto a admisión el sistema de BMW presenta la
posibilidad de regulación total del avance de apertura de admisión
(AAA) y del retraso de cierre de admisión, así como un control total
con regulación de (teóricamente) infinitas posiciones entre extremo y
extremo del alzado de las válvulas. También se emplea este sistema
en las válvulas de escape, aunque es menos notorio sobre el
comportamiento del vehículo que en admisión. Bajo este sistema el
control sobre el solape o cruce de válvulas es total y podemos
conseguir un mayor rendimiento en un amplio régimen. También hay

94

que destacar la mejora de la suavidad sobre la marcha que
presentan estos propulsores (progresivos y elásticos).

A continuación, en el siguiente punto, veremos el
funcionamiento paso a paso del sistema Valvetronic con el fin de
resolver algunas de las dudas de implantación que puedan plantear.
[1]

4.1.2. FUNCIONAMIENTO VALVETRONIC

Para crear el funcionamiento del sistema Valvetronic, en primer
lugar, necesitamos un sistema de doble árbol de levas en culata
(DOCH) con cuatro válvulas por cilindro, para extraer un mayor
rendimiento del sistema. El árbol de levas de admisión y de escape,
independientes, no han de ofrecer ningún aspecto diferente al
convencional.

Las diferencias comienzan en el objetivo donde actúa el árbol
de levas. En un principio actuaríamos directamente sobre un
balancín o directamente sobre la válvula por mediación de un taqué
convencional (hidráulico o no). Cada leva actúa sobre un balancín
intermedio o flotante (al que llamamos balancín principal), que actúa
a su vez como una palanca, cuya tolerancia de ajuste es
determinada por un taqué hidráulico en un extremo. En este sistema
se inicia la apertura de la válvula al bajar sobre el vástago de la
misma dicho balancín principal. El sistema está provisto de rodillos
en sus piezas en constante fricción para evitar el desgaste y mejorar
la suavidad de funcionamiento. El retroceso de la válvula sería
provocado directamente sobre el muelle de la válvula (elemento
convencional). [1]

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FIG N° 4-001

Sobre el primer balancín se dispone un segundo balancín
(balancín secundario), el cual actúa a su vez sobre el balancín
principal, incidiendo sobre el rodillo opuesto en el mismo. El balancín
secundario actúa sobre el balancín principal incidiendo sobre él en
forma de cuña, de tal forma que los desplazamientos de los dos
balancines son perpendiculares entre sí, dada la transmisión de
movimiento que provoca la forma de cuña del extremo del balancín
secundario sobre el principal.

A su vez, el balancín secundario está, como el principal,
dispuesto de forma flotante, de forma que la leva (del árbol de levas)
actúa sobre dicho balancín secundario mediante el empuje directo
sobre un rodillo (que evita fricciones) sobre su zona intermedia. Todo
este conjunto de piezas lleva al objetivo final, como hemos dicho

96

anteriormente, de evitar que la válvula mariposa y la fricción del aire
contra ella. La particularidad del sistema deriva finalmente en que el
extremo opuesto a la cuña del balancín secundario no es fijo, sino
que puede variar su posición acercando o alejando el balancín
secundario a la leva del árbol.[1]

Así, partiendo de una alzada de leva constante, podemos variar
la carrera de la válvula de forma directamente proporcional a la
distancia que haya entre el rodillo del balancín y la leva. De esta
manera, no sólo controlamos la alzada de la leva a cada instante y
de forma muy exacta, sino que también se produce un control sobre
el AAA (avance apertura de admisión respecto al PMS) y sobre el
RCA (retraso cierre de admisión) con lo que a su vez, y disponiendo
de un sistema igual para las válvulas de escape (que se da en
algunos modelos y motores) tenemos un control casi absoluto sobre
el solape de válvulas y la cantidad de aire que deseamos introducir y
extraer del cilindro. [1]

a. LEVA Y BALANCÍN SECUNDARIO ALEJADOS
(BAJO RÉGIMEN)

Se produce un retraso en la incidencia del extremo en forma de
cuña sobre el balancín principal (flotante). Este acto provoca a su
vez el AAA y el RCA. La carrera o alzado de la válvula será mínimo
ya que gran parte del contacto que se produce entre la cresta de la
leva y el rodillo del balancín secundario (alzado de leva) se empleará
para aproximarse al balancín, no haciéndose efectiva en su mayor
parte. [1]

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b. LEVA Y BALANCÍN SECUNDARIO EN
APROXIMACIÓN MÁXIMA (ALTO RÉGIMEN)

Si por el contrario la leva y el balancín se encuentran lo más
cerca posible, el desplazamiento que provoca el alzado de la leva
sobre éste será mayor, siendo así más inmediata y directa la
incidencia de la cuña sobre el balancín principal y provocando así, a
su vez, una mayor alzada de la válvula. De esta forma también se
deduce que antes se abrirá la válvula (AAA) y que se cerrará más
tarde (RCA). [1]

FIG N° 4-002

Para conseguir la variación del extremo del balancín
secundario, se monta el mismo sobre un apoyo giratorio dotado de
una excéntrica, la cual, en función de su posición aleja o aproxima el
balancín a la leva. El contacto del extremo del balancín y la

98

excéntrica se determina mediante un rodillo. Por último, para
asegurar el firme contacto entre el balancín y la leva, está colocado
un resorte de pinza que presiona el balancín contra el árbol tanto
como la excéntrica mencionada le permite.

FIG N° 4-003
Para el accionamiento de cada válvula se necesita de una
excéntrica que determine la posición, un conjunto de balancines,
rodillos, muelle, leva y taqué. Para simplificar el sistema, todas las
excéntricas se sitúan sobre un eje (árbol de excéntricas) que girará
en un sentido u otro para dar mayor o menor apertura a las válvulas.
Para lograr girar este eje de excéntricas, en la parte intermedia de
éste se sitúa una corona dentada que quedará comandada por un
tornillo sin fin colocado de forma tangencial a dicha corona para
avanzar y atrasar el ángulo de dicha corona, que girará el eje al que

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está soldada y que, a su vez, determinará el movimiento de las
válvulas de admisión.

El tornillo sin fin será accionado por un servomotor que irá
gobernado por la centralita del motor en función de la señal de
exigencia de carga que llegue desde el potenciómetro del pedal del
acelerador y otros parámetros tales como el número de revoluciones
por minuto del motor. [1]

Gracias a todo este despliegue de piezas, no sólo
conseguiremos evitar la necesidad de tener una mariposa de gases
en la admisión, sino que tendremos un gran abanico de posibilidades
para abrir y cerrar las válvulas y, de esta manera, asegurar un mayor
rendimiento volumétrico. Entre 0,25 mm (apertura mínima) y 9,7 mm
(apertura máxima) podemos controlar mediante el servomotor en
todo momento. El tiempo transcurrido entre una y otra posición, de
extremo a extremo, es de aproximadamente, según BMW, de 0,3
segundos. Desde un punto de vista práctico el tiempo transcurrido
desde que se da la señal del acelerador hasta que el sistema puede
alcanzar el máximo alzado de las válvulas es menor al tiempo que
requerirá el motor, en cualquier caso, para adquirir la velocidad
necesaria para provocar ese aumento absoluto del alzado de las
válvulas. [1]

En cualquier caso, hemos de tener en cuenta que el motor casi
siempre funcionará, en cualquier tipo de conducción, sin llegar al
límite de la inclinación de las excéntricas, ya que este está reservado
exclusivamente para el régimen máximo en el que el motor genera
mayor potencia.

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