Tutorial Motores VTi-THP

[joako]

Nueva familia de motores gasoina. (VTi y THP)

Motores VTi a la izquierda y THP a la derecha.
Nacidos de un acuerdo entre BMW y el grupo PSA firmado en el 2004 finalizado en Octubre del año pasado, aglutinan toda la tecnología de los grandes motores de BMW, y el saber hacer de PSA en los pequeños, ademas el proyecto obtiene una significativa reducción de costes dada su mayor cartera de proveedores. El grupo Francés pone las fundiciones de Mulhouse y Charleville. Mientras que los propulsores son ensamblados en la planta deDouvrin (compartida con Renault, Douvrin engine) si tienen como destino los modelos de PSA, y en Hams Hall.si tienen como destino los Mini y Serie 1.
El desarrollo de estos propulsores se llevo a cabo en Münich y en el proyecto trabajaron cincuenta personas, de las cuales quince procedían del grupo PSA, ademas hay que sumar los empleados de La Garenne- Colombesque forman parte de la plataforma de métodos industriales y compras del grupo Francés.

Tecnología BMW.

Estos propulsores llevan en su interior tecnicas de construción que vienen siendo empleadas por el grupo Aleman desde hace decadas en algunos casos.

Las bielas.

Para empezar mencionaremos las bielas, fabricadas en acero forjado mediante un sistema de moldeo de doble huella por lo que salen dos piezas idénticas gracias a la precisión con la que están fabricados los útiles consiguiendo una alta productividad a un coste reducido.
Ademas su fabricación se realiza en una sola pieza, para posteriormente "partir" la cabeza y dejar la clásica configuración de sombrero de biela, pero con un nivel de ajuste mucho mayor.


La distribución.

Los arboles de levas están construidos a base de fijar los perfiles al eje por contracción siendo los perfiles de acero inoxidable y el eje de fundición; con este método se consigue ahorrar peso.



La distribución variable deriva directamente del VANOS de BMW, estando presente en la admisión de los motoressobrealimentados y en ambos arboles en el caso de los atmosféricos. Este sistema lo que consigue es variar el momento en que se abren y cierran las válvulas y evita el clásico compromiso a la hora de diseñar el diagrama de distribución que obliga a escoger en que banda de revoluciones queremos que sea mas eficaz el motor, en altas o en bajas.

 

VANOS de BMW
 

Distribución variable en ambos arboles en un motor PSA.

Los motores atmosféricos denominados EP3 y EP6, cuentan ademas con un sistema de alzado variable, heredero del sistema VALVETRONIC, aunque adaptado a las menores dimensiones de los motores.
 

Valvetronic de BMW, pese a que el principio es el mismo difiere la distribución de los elementos, en este caso la leva negra es la encargada del control de alzada y se encuentra en la parte superior y no en la central como en los VTi.

Este sistema permite prescindir de la mariposa del acelerador (se mantiene aunque no es operativa salvo avería) lo que redunda en menores perdidas por bombeo (fuerza que se pierde en aspirar aire al interior de loscilindros), la carga del motor se controla mediante la regulación de apertura de las válvulas tanto en recorrido como en tiempo, pudiendo variar su recorrido entre 0.2 mm y 9.5.

En la siguiente imagen se pueden apreciar las turbulencias generadas por la mariposa del acelerador a baja y media carga.

Este sistema actúa con suma rapidez necesitando tan solo 300 milésimas de segundo en pasar de la carrera mínima a la máxima, a pesar de ello no se emplea en losmotores de mayores prestaciones quedando relegado a los mas pacíficos, en los cuales logra una reducción de consumo cifrada en un 20%.

Este control se consigue gracias a la incorporación de un balancín intermediario entre la leva y el balancín que pisa la válvula, este balancín se apoya en su parte central en un segundo árbol de excéntricas variando por tanto el punto de apoyo y en consecuencia la alzada y tiempo de apertura. Este árbol esta construido igual que el árbol de levas; los perfiles se montan sobre un eje de fundido por contracción.
Para asegurar el correcto funcionamiento se han de aplicar tolerancias minimas tanto en los perfiles de las levas, en las excentricas y en los valancines; siendo la tolerancia en el caso de las levas de una micra (milesima de milimetro), ocho milesimas para la palanca y otro tanto en el arbol excentrico.

El bloque.

El bloque motor también recibe todo el saber hacer de los Alemanes pues recurre al sistema Bedplate (su traducción vendría a ser bancada) que une en una sola pieza todos los apoyos del cigueñal, consiguiendo una mejor alineación de los mismos a la vez que dota al motor de una mayor rigidez justo donde es mas necesaria, permitiendo aligerar el bloque al recibir este menos esfuerzos.


En azul bancada tipo Bedplate de un motor BMW.


Bancada de un motor de PSA.

Esta bancada así como el bloque de cilindros son de aluminio, aunque en el caso de los THP los apoyos son de fundición gris y se integran en la pieza durante el proceso de fundición cumpliendo una doble función, reforzar la bancada en las zonas criticas y ayudar a controlar las dilataciones típicas del aluminio.
Este sistema de construcción otroga a estos motoresunas cualidades acustias mas propias de los bloques fundición.


El bloque en si tiene un diseño tal que lleva integrados directamente la mayoría de los puntos de apoyo o unión necesarios para los accesorios, ahorrando con ello pequeñas piezas y acoples que son necesarios para por ejemplo montar el alternador o la bomba del agua
Otra particularidad es que el carter que alberga la cadena de distribución va integrado en el propio bloque lo que elimina la necesidad de juntas.
Ademas su fabricación emplea un método totalmente novedoso que integra las camisas de fundición al bloque de aluminio durante el proceso de colada lo que ha obligado al desarrollo de nuevos procesos de mecanizado.



Motor THP; observese que solo dispone de distribución variable en la admisión, y como la caja de la cadena de distribución forma una pieza tanto con el bloque como con la culata.


El cigueñal.

El cigueñal es de acero forjado en lugar de fundición, con ello se ha logrado hacerlo mas resistente sin tener que emplear apoyos de gran diámetro que generan mas rozamientos, y no requiere de arboles de equilibrado adicionales como en el caso de sus primos mayores de BMW.

Las culatas.

La culata es la parte que mas difiere entre la versión atmosférica y la turbo, pudiéndose decir en cierto modo que la primera es una obra de orfebrería.
Las de los motores VTI se fabrican mediante el proceso"lost foam", cuya traducción viene a ser "modelo perdido" y se puede decir que deriva de un sistema del que se tiene conocimiento desde los antiguos egipcios llamado de "cera perdida". La fundición por cera perdida consiste en realizar la pieza en cera con todo lujo de detalles y recubrirla de arcilla; una vez seca se funde la cera y se vierte el oro fundido en el interior del molde.
Para realizar una culata por el sistema "lost foam" se hace primero una pieza en poliestileno, a continuación se recubre con material refractario y se introduce en arena. Por ultimo se vierte el aluminio al interior del molde sustituyendo el poliestileno.
Este proceso se utilizo en serie por primera vez para la fabricación de uno de los motores de seis cilindros de BMW en su planta de Landsuhd.
El resultado son piezas con una gran cantidad de detalleslo que disminuye los mecanizados posteriores, y una reducción de peso estimada en 1Kgr por culata.
Con este sistema la fabrica de Charleville es capaz de producir unas 1150 culatas diarias, un 25% mas que su récord histórico.
La culata del motor turbo se fabrica según el procedimiento de fundición en coquilla a baja presión, no se obtienen la cantidad de detalles que por el procedimiento "lost foam" pero a cambio resulta mas económico, siendo superior a otros sistemas de moldeado en arena.



Culata de un motor BMW, observese el actuador del sistema de alzada en el centro.


Culata de motor THP, véanse las similitudes en el sistema de accionamiento, y que en este caso el actuador se encuentra en un extremo del árbol de levas, se puede ver en la esquina inferior derecha; la pieza negra montada al final del arbol de levas de escape es la bomba de vacio para el servofreno.


Los pistones.

Los pistones varían entre las versiones atmosféricas y turbo, ambos tienen rebajes para las válvulas, pero solo los del THP tienen una cámara de combustión central, a parte de estar refrigerados por un chorro de aceite, cosa que no es necesaria en los atmosféricos.
Mejorando el rendimiento.

Dado el gran peso que ha tenido la firma alemana en su desarrollo, estos propulsores hacen gala de las aportaciones del programa que el fabricante germano llama "Efficient Dynamics" que buscan reducir el consumo sin penalizar las prestaciones.
En este caso, estos motores montan una bomba de engrase regulada por el caudal (no hay electrónica) lo que representa una primicia en este tipo de motores y aporta una reducción del consumo de aproximadamente un 1% gracias a que se pierden unos 160 vatios menos que una bomba normal, esa disminución de potencia consumida se cifra en 1.25 kw a 6000 rpm.


En primer lugar la bomba al mínimo de caudal, en segundo al máximo.

La bomba del agua es accionada por una rueda de fricción, y solo funciona cuando la temperatura del motor así lo requiere, por lo que se pierde menos potencia en su accionamiento (al igual que con la bomba de aceite) y ademas el motor alcanza antes su temperatura de funcionamiento, reduciendo el consumo durante el tiempo que el motor esta frío (es cuando mas consume) y acorta dicho periodo.
Ademas durante el funcionamiento normal la temperatura esta controlada continuamente mediante un termostado electronico gestionado por la centralita del motor.
Otro punto sobre el que han trabajado los ingenieros es en reducir las perdidas que se producen al mover los accesorios, para ello estos motores emplean una sola correa para el alternador, bomba de agua y compresor de aire acondicionado, cuando lo normal es usar dos.


Los THP, Turbo High Presure.

Los motores THP utilizan las denominacionesEP6DT y EP6DTS, y tienen como elemento novedoso su turbo denominado "Twin Scroll" o de doble flujo; su constitución es idéntica a un turbo normal salvo por el hecho de que el flujo de gases de escape llega separado por pares de cilindros lo que determina el peculiar diseño de su carcasa.


Se puede ver el interior de la carcasa del turbo donde se observan los conductos separados.

El resultado son menores perdidas de impulso a bajas revoluciones lo que permite que ya se de sobrepresión a tan solo 1400 rpm momento en que también entrega su par máximo, bastante antes que con turbos de geometría variable, ademas la progresión que muestra es mucho mas constante por lo que su rendimiento seria equiparable a un compresor mecánico sin las típicas limitaciones en cuanto a régimen de giro de estos, pues su turbina puede alcanzar las 220.000 rpm; para evitar sobre esfuerzos la sobrepesión está limitada a la nada despreciable cifra de 0.8 kg/cm.
La relación de compresión es elevada tratándose de un motor sobre alimentado y se sitúa en 10.5:1 y a pesar de ello puede funcionar con gasolina incluso de 91 octanos; eso si, las máximas prestaciones se alcanzan con la de 98.
Un aspecto que hará las delicias de los incondicionales de los turbos es la gestión de temperatura de dicho elemento, manteniendo los gases de escape por debajo de 950 Cº, a parte de estar refrigerado por aceite y agua; ademas para evitar los daños causados por el calor remanente tras parar el motor se utiliza una bomba eléctrica de agua adicional, si observáis con atención la imagen que abre el post os daréis cuenta que el turbo se ven tres tubos, en lugar de los dos habituales.
El sistema de inyección directa por bomba de alta presión de dos émbolos va montada en el extremo de uno de los arboles de levas, trabaja a 120 bar de presión y alimenta un conducto de acero inoxidable que lleva la gasolina a los inyectores montados ligeramente inclinados

[joako]

Se me olvidaba comentar la última parte en la que habla de la refrigeración del tubo cuando se apaga el motor, entonces con este sistema no hará falta dejar el motor encendido para que enfríe no? :whistle:

Un saludo para todos!!!

[millhause395900]

Excelente hilo,Gracias!

[juliaars2000]

El motor nunca apagarlo cuando se le ha dado "chicha" por mi refrigerado por agua que esté, una cosa es la refrigeración y otra muy distinta la lubricación, cuando paramos el motor dejamos de lubricarlo y el turbo sigue girando, yo siempre lo dejo segundos como poco...

[azkarra]

muy buena aportación!! super interesante!!!

Lo de que estos THP pueden utilizar gasolina de 91 u 98 octanos...variando rendimiento,,deduzco que tendrá sensores antidetonamiento

reduciendo la potencia en caso de octanaje bajo

[azkarra]

Por cierto..he encontrado este escrito en una página Francesa sobre los motores THP..problemas ,cuidados y soluciones a sus problemas endémicos

muy muy interesante..esta en frances asi que el que tenga paciencia y tiempo..que use el traductor

bueno si sabe Frances mejor que mejor😀

https://www.ds3spirit.com/showthread.php?13147-Fiabiliser-nos-THP-(Moteur-EP6)