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Motor 2,0 l TSI con sistema Valvelift. Cuaderno didáctico nº 144

El sistema Valvelift es un sistema de distribución variable en dos etapas. Con este sistema se dispone de dos tiempos de distribución distintos en función del régimen del motor. El motor elegido para su implantación es el motor 2,0 l TSI de la familia EA888 montado en la gama EXEO. De esta forma, Seat combina, en este motor, la distribución variable por variador hidráulico en el árbol de levas de admisión y sistema Valvelift para el árbol de levas de escape. El sistema Valvelift optimiza el intercambio de gases en los cilindros a través de la adaptación de la alzada de las válvulas de escape. La utilización de esta tecnología aumenta el par a bajo régimen, a la vez que mejora la respuesta del motor y aumenta el confort de marcha. Este cuaderno didáctico explica la implantación del sistema Valvelift en el motor 2,0 l TSI con letras identificativas CDND cuya base mecánica es la del motor con letras identificativas CCZB ya tratado en el cuaderno didáctico nº 132 “Motores 1,8 l y 2,0 l.

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Para más información sobre el motor 2,0 l TSI puede consultar el cuaderno didáctico nº 132 “Motores 1,8 l y 2,0 l TSI. Nota: Las instrucciones exactas para la comprobación, ajuste y reparación están recogidas en la aplicación ELSA PRO y en el software de diagnosis.

ÍNDICE

Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Mecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Cuadro sinóptico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Función Valvelift. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Autodiagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

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PRESENTACIÓN El motor 2,0 l TSI de 155 kW con letras identificativas CDND y 4 válvulas por cilindro utiliza la base mecánica del motor 2,0 l TSI con letras identificativas CCZB. Este motor que se monta en la gama EXEO pertenece a la familia EA888. Entre la tecnología utilizada se encuentra: - Inyección directa de gasolina con turbocompresor (TSI). - Distribución variable por variador hidráulico en el árbol de levas de admisión. - Distribución variable en el árbol de levas de escape a través del sistema Valvelift. - Bomba de aceite regulada. - Bomba de alta presión de combustible Hitachi de 3ª generación. - Ventilación de los vapores de aceite del cárter. - Árboles equilibradores contrarrotantes.

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Par

Potencia

DATOS TÉCNICOS Letras de motor........................................ CDND Cilindrada........................................ 1.984 cm3 Diámetro y carrera.................... 82,5 x 92,8 mm Relación de compresión............................9,6:1 Válvulas por cilindro .......................................4 Par máximo.. ..320 Nm entre 1.500 y 4.600 rpm Potencia máxima ...155 kW entre 4.600 y 6.000 rpm. Gestión de motor ............. Motronic MED 17.5.1 Orden de encendido ............................. 1-3-4-2 Sistema de inyección/encendido ................. FSI Normativa anticontaminación ....................EU V Combustible ...... Gasolina de 95 octanos (mín.)

RPM D144-03

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MECÁNICA

Tapa de culata

Árbol de levas de admisión

Árbol de levas de escape

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CULATA La culata del motor CDND es de nuevo diseño para poder alojar a los componentes del sistema Valvelift. La tapa de culata aloja a los actuadores para la conmutación entre levas, además de hacer la función de tapa de cierre y abridar superiormente a los árboles de levas. En la culata también se aloja tanto la bomba de vacío como la bomba de alta presión de combustible. Entre las características constructivas de la culata se encuentran:

- Flujo cruzado de gases. - Fabricada en aluminio con dos árboles de levas. - Árboles de levas con levas ensambladas. - Tecnología de cuatro válvulas por cilindro. - Balancines flotantes de rodillo con compensación hidráulica. - Árbol de levas de escape con sistema Valvelift. - Distribución variable por variador hidráulico en el árbol de levas de admisión.

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MECÁNICA Respecto del motor 2,0 l TSI CCZB, la culata mantiene la misma estructura y disposición de componentes.

Actuador electromagnético

LEYENDA Culata. Válvula de admisión. Válvula de escape. Árbol de levas de admisión. Árbol de levas de escape. Balancín flotante de rodillo, lado admisión. Balancín flotante de rodillo, lado escape. Actuador electromagnético. Muelle de válvula. Tapa de culata. Semicono. Platillo. Apoyo hidráulico. Pletina “tumble”. Transmisor Hall G40.

Tapa de culata Árbol de levas de escape

Árbol de levas de admisión

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Apoyo hidráulico Balancín flotante de rodillo, lado escape

Balancín flotante de rodillo, lado admisión

Transmisor Hall G40 Semicono

Platillo Muelle

Culata

Pletina “tumble”

Válvula de admisión

Válvula de escape

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MECÁNICA ARQUITECTURA DEL ÁRBOL DE LEVAS DE ESCAPE El árbol de levas de escape posee cuatro estriados externos, uno por cilindro, sobre los que se desplazan unas piezas cilíndricas denominadas portalevas. Los portalevas utilizan un estriado interior para su desplazamiento sobre el árbol de levas. Cada portalevas está compuesto por cuatro levas y dos acanalados guía. Las levas están dispuestas dos a dos junto a un acanalado guía.

Los acanalados guía están situados en los extremos del portalevas. Cada portalevas gestiona la alzada de las dos válvulas de escape de cada cilindro. La disposición de las levas en los portalevas correspondientes a los cilindros 1 y 3 es distinta a los correspondientes a los cilindros 2 y 4.

Portalevas

Estriado interior de los portalevas

Estriado exterior para el desplazamiento de los portalevas

Árbol de levas de escape

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PORTALEVAS Para cada válvula de escape, el portalevas utiliza dos levas de diferente geometría y un acanalado guía. Las distintas geometrías de las levas se distinguen por tener un flanco y una elevación diferente, además de estar desfasadas entre ellas. Las levas de igual alzada abren y cierran las dos válvulas de escape de un mismo cilindro al mismo tiempo. Es decir, no existe desfase entre ellas. Los acanalados guía son utilizados para desplazar axialmente el portalevas en ambos sentidos.

Levas de menor elevación

Portalevas

Levas de mayor elevación Acanalado guía

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GEOMETRÍA DE LAS LEVAS Entre las características geométricas de las levas se distingue principalmente la elevación de la leva. Las levas de una elevación menor realizan una alzada de válvulas de 6,35 mm. siendo su ángulo de aplicación de 180o de cigüeñal. Las válvulas cierran 2o después del PMS. Las levas de una elevación mayor realizan una alzada de válvulas de 10 mm. con un ángulo de aplicación de 215o de cigüeñal. Las válvulas cierran a los 8o antes del PMS.

Flanco

Elevación

Alzada de válvulas en mm

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Leva de una mayor elevación Leva de una menor elevación

Ángulo del cigüeñal en grados

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MECÁNICA SISTEMA VALVELIFT Consiste en la variación, en dos etapas, de los tiempos de distribución de las válvulas de escape a través de la conmutación entre dos levas de diferente geometría.

La conmutación de una leva a otra se realiza con el desplazamiento axial que realiza el portalevas sobre el árbol de levas. Los portalevas realizan un desplazamiento axial de unos 7 mm sobre el árbol de levas. Este desplazamiento permite la conmutación entre las levas de distinta elevación. El desplazamiento axial del portalevas se realiza por medio de la intervención de dos actuadores electromagnéticos sobre dos acanalados guía mecanizados en cada uno de los portalevas.

FUNCIONAMIENTO El sistema Valvelift utiliza dos levas con diferente geometría y desfase para actuar sobre cada una de las válvulas de escape. La leva de mayor elevación acciona la válvula de escape para altos regímenes de motor y la de menor elevación acciona la válvula de escape para demás condiciones de funcionamiento.

Actuador electromagnético

Portalevas

Árbol de levas de escape D144-10

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ALTO RÉGIMEN

BAJO RÉGIMEN

Actuador electromagnético

Tapa de culata

Balancín flotante de rodillo Árbol de levas de escape

Apoyo hidráulico

Acanalado guía Leva de menor elevación

Leva de mayor elevación

Válvulas de escape D144-11

ACCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS

MENOR ALZADA

reducen las pérdidas de carga durante el barrido de los gases. El confort de marcha aumenta al disponer de mayor par a bajas revoluciones, además de hacerse imperceptible el bache de potencia producido por el turbo al acelerar a bajas revoluciones.

A bajos regímenes las válvulas de escape son accionadas por las levas de menor elevación. La geometría de estas levas permite que el avance a la apertura de la válvula se retrase, evitando el flujo inverso de los gases de escape durante el cruce de válvulas. Este retraso en la apertura de la válvula de escape permite que se pueda adelantar la apertura de la válvula de admisión. Con este diagrama de distribución se consigue un barrido más eficaz de la cámara de combustión y un llenado mayor de los cilindros con gases frescos. A bajo régimen, la menor elevación de la leva produce un ahorro de energía en el accionamiento de las válvulas y por lo tanto un ahorro de combustible. Por otra parte, cuando la velocidad de los gases de escape es baja, no es necesario diponer de la sección máxima de paso para el desalojo de los gases de escape de los cilindros, a la vez que se

MAYOR ALZADA Las levas de mayor elevación accionan las válvulas de escape a altos regímenes. A altos regímenes se reduce el tiempo para evacuar los gases de escape, debido a la velocidad lineal del pistón, a la vez que la velocidad de los gases aumentan. La geometría de las levas de mayor elevación permiten ampliar el tiempo de apertura de la válvula, así como su alzada. Con esta acción se facilita el barrido de los gases de escape de los cilindros.

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MECÁNICA

BALANCINES FLOTANTES PARA LAS VÁLVULAS DE ADMISIÓN

BALANCINES FLOTANTES PARA LAS VÁLVULAS DE ESCAPE

Rodamiento de rodillos del balancín de admisión

Rodamiento de rodillos del balancín de escape

Rodillo

Bulón Casquillo

Apoyo hidráulico Alojamiento del bulón en el lado de escape

Alojamiento del bulón en el lado de admisión

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BALANCINES FLOTANTES PARA LAS VÁLVULAS DE ESCAPE

Para soportar los esfuerzos a los que se encuentra sometido el rodamiento, en su diseño se ha optado por aumentar el diámetro de los rodillos e implantar un casquillo entre los rodillos y el bulón, a la vez que se ha disminuido el diámetro del bulón. Además se ha optimizado el alojamiento del bulón en el balancín para mejorar los esfuerzos de fricción.

Los balancines flotantes para las válvulas de escape son diferentes a los de las válvulas de admisión. Los rodamientos de rodillos de los balancines flotantes del lado de escape son más estrechos y de mayor diámetro para que puedan actuar sobre los dos diferentes perfiles de levas.

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DESPLAZAMIENTO AXIAL DE LOS PORTALEVAS El desplazamiento axial de los portalevas para la conmutación entre levas de distinta elevación se lleva a cabo con los acanalados guías situados en cada extremo del portalevas, utilizando un acanalado guía para cada uno de los sentidos de desplazamiento. Enfrentado a cada acanalado guía se sitúa un actuador con un vástago, fijado a la tapa de culata. Cuando el actuador es excitado por la

unidad de control del motor, el vástago desciende hasta entrar en el acanalado guía. La geometría espiroidal del acanalado guía hace que el portalevas se desplace axialmente conforme gira. Por la propia geometría del acanalado, además de desplazar axialmente el portalevas tiene la función de hacer retroceder el vástago cuando el desplazamiento del portalevas se ha realizado.

Actuador electromagnético

Tapa de culata

Vástago

Acanalado guía izquierdo

Acanalado guía derecho

Árbol de levas de escape Portalevas

ENCLAVAMIENTO DEL PORTALEVAS

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desplazamiento axial del portalevas en cada una de las posiciones finales. Este sistema de retención consiste en el enclavamiento, sobre una hendidura, de una bola de acero sometida a la acción de un muelle.

Los desplazamientos axiales de los portalevas están limitados por un cojinete axial mecanizado en la propia tapa de culata. Entre el portalevas y el árbol de levas se ha dispuesto un sistema de retención para afianzar el Cojinete axial

Bola de acero

Árbol de levas de escape

Muelle

Portalevas

Hendidura

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ACTUADORES DESPLAZAMIENTO DEL ÁRBOL DE LEVAS DE ESCAPE Se lleva a cabo por medio de 8 actuadores electromagnéticos, dos por cilindro. La unidad de control excita a cuatro actuadores, uno por cilindro, de forma consecutiva para realizar la conmutación entre levas. Los actuadores electromagnéticos se fijan por medio de un tornillo a la tapa de culata. La estanqueidad de la electroválvula con la tapa se realiza a través de una junta tórica de goma.

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ARQUITECTURA

Terminal eléctrico

Núcleo del electroimán

Carcasa

Junta tórica

Junta tórica

Bobina electromagnética

Vástago Tubo guía

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SIN EXCITACIÓN

CON EXCITACIÓN

Núcleo del electroimán

Terminal eléctrico Imán permanente

Disco polar

Bobina electromagnética Anillo amortiguador

Vástago

Tubo guía

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ACTUADORES ELECTROMAGNÉTICOS F366-F373

En esta posición, el vástago está dentro del acanalado guía correspondiente, situado en el portalevas. El retroceso del vástago se produce de forma mecánica, impulsado por la propia geometría del acanalado guía. El retroceso del vástago, junto con el imán permanente, induce una tensión en la bobina del electroimán. Esta tensión inducida en la bobina es recibida por la unidad de control como señal de confirmación de que la conmutación de las levas se ha realizado correctamente.

El actuador está compuesto principalmente por un vástago metálico bajo la influencia del campo magnético creado por un electroimán. El vástago es solidario en su parte superior a un imán permanente. A su vez, el imán está rodeado en su parte inferior por un anillo amortiguador para evitar los rebotes en el asiento del tubo guía y en su parte superior por un disco polar. En reposo, el vástago está unido al núcleo del electroimán por el propio campo magnético creado por el imán permanente. Cuando la bobina es excitada crea un campo magnético que repele el imán permanente, desplazando el vástago hasta hacer tope en el tubo guía. El vástago realiza un desplazamiento de unos 4mm a una velocidad media de entre 18 y 22 m/s. El vástago se mantiene en esta posición por la acción magnética del imán permanente con un cuerpo metálico.

FUNCIÓN SUSTITUTIVA En caso de avería de un actuador, la unidad de control del motor intenta la conmutación repetidas veces. Si no lo consigue, excita a los actuadores para que los demás portalevas conmuten hacia la posición de las levas de mayor elevación y registra la avería dentro de la memoria de averías. La unidad de control del motor repite esta actuación en cada puesta en marcha del motor.

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CUADRO SINÓPTICO

Unidad de control del motor J623

Transmisor del régimen del motor

Actuadores electromagnéticos

F367

F366

F372

F373

Transmisor de temperatura del líquido refrigerante G62

Relé principal J271

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SINÓPTICO: SISTEMA VALVELIFT Los actuadores electromagnéticos F366,.., F373 para el sistema Valvelift son alimentados con tensión de batería a través del relé principal J271. La unidad de control del motor excita los actuadores con una señal de negativo de forma consecutiva, siguiendo el orden de encendido del motor.

La excitación de los actuadores los gestiona la unidad de control de motor en función del régimen del motor y de la temperatura del líquido refrigerante. Por debajo de -10oC de temperatura de refrigerante la unidad de control del motor no envía la señal de excitación.

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FUNCIÓN VALVELIFT DIAGRAMA DE EXCITACIÓN DE LOS ACTUADORES

Final de la excitación del actuador

Señal de confirmación

Tensión

La unidad de control excita por un instante el actuador para que, por la acción del electroimán, el vástago se desplace hasta el tubo guía. Cuando el vástago se levanta del asiento se crea un pico de tensión en la bobina. Conforme el vástago se desplaza el pico de tensión disminuye hasta la tensión de batería. El retroceso del vástago induce una tensión en la bobina del electroimán. A través de esta señal, la unidad interpreta que la conmutación de las levas se ha realizado correctamente.

Carrera de reglaje Excitación del actuador D144-19

Par motor, Mm

Rango de actuación de las levas de alzada menor. Rango de actuación de las levas de alzada mayor.

RPM

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MÁRGENES DE TRABAJO

El motor funciona desde el ralentí con las levas de menor alzada hasta aproximadamente 3.000 rpm, momento en el que conmuta hacia las levas de mayor alzada.

En la figura se muestra el desarrollo de la entrega de par y el punto de conmutación entre las levas de diferente alzada.

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AUTODIAGNOSIS A través de la autodiagnosis del vehículo se verifica el correcto funcionamiento de los actuadores electromagnéticos del sistema Valvelift.

Localización guiada de averías

SEAT

Selección de función/componentes

3R - Exeo 2009 >2011

V17.61.00 30/03/2010

Berlina Seleccionar función o componente

CDND 2.0 l TFSI 155kW EU5

+ Motopropulsor + 01. Motor CDND + 01-Sistemas aptos para autodiagnóstico + 01- Gestión del motor Motronic + Componentes eléctricos + F366 - F373 Actuadores variador de calado de árbol de levas

COMPONENTES ELÉCTRICOS Dentro de “Localización guiada de averías”, por medio de la opción “Componentes eléctricos” se realiza un ”test de actuadores” con el que se comprueban cada uno de los actuadores electromagnéticos y se verifica el correcto funcionamiento del sistema. En caso de avería de cualquiera de los actuadores se registra la avería en la memoria de averías de la unidad, a la vez que la localización guiada de averías propone un plan de actuación para la resolución de la avería.

Modo de funcionamiento

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Ayuda

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Estado técnico 03.10. Debido al constante desarrollo y mejora del producto, los datos que aparecen en el mismo están sujetos a posibles variaciones. Se prohibe cualquier modalidad de explotación: reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de estos cuadernos didácticos, por cualquier medio, ya sea mecánico o electrónico, sin la autorización expresa de SEAT, S.A. TITULO: Motor 2,0 l TSI con sistema Valvelift AUTOR: Instituto de Posventa - Copyright © 2008, SEAT, S.A. Todos los derechos reservados. Autovía A-2, Km 585, 08760 - Martorell, Barcelona (España) 1.ª edición FECHA DE PUBLICACIÓN: Septiembre 2010 DEPÓSITO LEGAL: B-35.215-2010 Preimpresión e impresión: GRAFICAS SYL - Silici, 9-11 Pol. Industrial Famadas - 08940 Cornellá - BARCELONA

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