Foto 1
CÓMO FUNCIONA EL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN VARIABLE DE BMW (VANOS) EN LOS E36
IMPORTANTE: Durante la explicación se detallarán algunas
medidas de seguridad que es muy importante que se tengan en cuenta.
El autor no se responsabiliza de daños materiales ni personales
que pudieran derivar de la lectura del siguiente escrito.
Introducción
En este artículo intentaré explicar el funcionamiento
del sistema de distribución variable de BMW (VANOS) que montan,
como mínimo, los motores de los modelos E36 en sus versiones no
M3. El principio de funcionamiento para los modelos M3 es el mismo, pero
el mecanismo es más preciso y no se corresponde con las fotos que
mostraré, que son de un motor M52 B28, perteneciente a un BMW 328
del 95.
Para comprender este artículo primero hay que tener una mínima noción del funcionamiento de un motor multiválvulas (con dos árboles de levas), de los componentes básicos y como se interrelacionan entre sí. Me refiero básicamente al cigüeñal, bielas, pistones, cadena/correa de distribución, árboles de levas y válvulas. Sin estos conocimientos previos será complicado entender lo que explicaré a continuación.
La idea
El conjunto de piezas que forman la "distribución" se encargan
de mover las válvulas de forma sincronizada con el cigüeñal
para que abran y cierren cuando deben. En los motores sin distribución
variable este sincronismo es fijo, o sea, que las válvulas siempre
abren y cierran en el mismo instante con respecto a la posición
del pistón, siempre que el pistón llega a una determinada
posición la válvula abre, siempre que pasa por otra la válvula
cierra, da igual que r.p.m. lleve el motor, siempre se produce en el mismo
momento.
La cuestión está en que para cada r.p.m. del motor hay un momento óptimo de apertura/cierre de las válvulas, un alzado óptimo, un tiempo de apertura óptimo, ... lo que significa que si la distribución es fija ésta sólo optimiza el sincronizado de pistones y válvulas para unas r.p.m. puntuales, y fuera de ahí tenemos un rendimiento que se podría mejorar.
La definición de VANOS seria: el sistema de distribución variable de BMW que se encarga de cambiar los momentos de apertura/cierre de las válvulas con respecto a la posición del pistón según las r.p.m. del motor. Lo que hace es optimizar el sincronismo continuamente para obtener un mejor rendimiento en cada momento. Su funcionamiento se basa en que el árbol de levas y la cadena de distribución no están unidos directamente, sino que hay una pieza intermedia que se encarga de cambiar la posición relativa del árbol de levas con respecto al piñón por el que pasa la cadena de distribución.
Hay sistemas más complejos que varían más cosas, como el tiempo que las válvulas permanecen abiertas o cerradas y el alzado de apertura. El VANOS sólo cambia los instantes de apertura/cierre.
Veámoslo sobre el motor
La primera pregunta que a uno le viene a la cabeza es: ¿cómo
sé si mi motor tiene VANOS? En la siguiente foto muestro
la forma externa de un motor de 6 cilindros en línea BMW,
he marcado con un circulo rojo una protuberancia en la culata, pues este
saliente es la unidad principal del VANOS, los modelos sin VANOS no la
tienen. En este caso, y para todos los E36 no M3 el VANOS es simple, o
sea que sólo lo hay para la admisión por eso el saliente
sólo está en un lado de la culata, justo en el lado del árbol
de levas de admisión. Los modelos M3 de 321 CV son los únicos
E36 con doble VANOS.
Foto 1
En la siguiente foto muestro la culata desmontada, se pueden apreciar claramente:
Foto 2
En la siguiente foto muestro todos los componentes del VANOS, a la derecha
del a foto. A la izquierda están los dos piñones que van
unidos solidariamente al árbol de levas de escape. Lo que se ve
en el centro es el tensor de la cadena que une los dos árboles de
levas.
Foto 3
En detalle.
Vamos a analizar cada componente detenidamente y a ver como se monta
para entenderlo a la perfección.
Lo primero en que centramos la atención es en el piñón
del árbol de levas de admisión. Lo que llama la atención
es el dentado interior, y además los dientes no son rectos, sino
que tienen una ligera inclinación. Esto ya da una idea que aquí
se cuece algo.
Foto 4
Lo siguiente que miramos es la unidad principal del VANOS. No es más
que un pistón que se desplaza tal y como indico en las dos siguientes
fotos. Aquí llama la atención la pieza que hay al final del
pistón, a la derecha de la foto, el "tubo" dentado por dentro y
por fuera, también con dientes inclinados ligeramente. Bien, pues
esta pieza es la que une el piñón anterior con el árbol
de levas en sí.
Foto 5
En la siguiente foto volvemos a ver la unidad principal del VANOS. Se
ve claramente como el émbolo que empuja el pistón (el plato
de la izquierda de la foto) lleva una junta tórica a su alrededor,
esta sirve para sellar y que el aceite no pase de un lado a otro del émbolo,
pues es actuado hidráulicamente por el propio aceite del motor.
El aceite es enviado a un lado u otro del émbolo según si
queremos desplazar el pistón hacia un lado u otro.
Foto 6
En la siguiente foto vuelvo a mostrar el émbolo que mueve el
pistón, en este caso muestro la muesca (en verde) por donde el aceite
entra/sale del lado interior del émbolo.
Foto 7
En esta foto ya vemos la carcasa de la unidad principal del VANOS. Muestro
en verde los dos orificios por donde el aceite entra/sale de los dos lados
del émbolo. En rojo para la parte exterior y en verde la parte interior,
que conecta con la muesca de la foto anterior.
Foto 8
En la siguiente foto os muestro la unidad VANOS montada e indico como
se desplazaría el émbolo empujado por la presión del
propio aceite del motor. En el circulo rojo se ve el solenoide que actúa
sobre la válvula de 4 vías (más adelante entraremos
en detalle en su funcionamiento) que se encarga de enviar el aceite hacia
un lado o hacia otro.
Foto 9
Otra vista del unidad VANOS montada, lista para poner en la culata.
Foto 10
Siguiendo con el análisis en detalle continuamos por los árboles de levas para ver como interactuan con el VANOS. Para entenderlo mejor iré mostrando poco a poco como se va montando el conjunto.
En la siguiente foto vemos los árboles de levas (en verde el
de escape y en rojo el de admisión) con todos los piñones
desmontados. Lo que llama la atención son los dientes inclinados
del árbol de admisión, lo que nos indica que su posición
será variable, no como el árbol de escape que sólo
tiene los 4 agujeros roscados para fijar sin posible variación los
piñones que lo unirán a las cadenas.
Foto 10
En la siguiente foto (foto 11) muestro la primera pieza usada en el montaje, la rueda de transmisión de impulsos para el sensor del árbol de levas (indicada con la flecha roja). Esta pieza se encarga de mandar impulsos (sería algo parecido a los velocímetros de las bicicletas, esta pieza sería el equivalente al imán que va fijado en la llanta) al sensor del árbol de levas para que la centralita sepa por que posición está pasando el árbol y pueda gestionar correctamente la variación del calado de la distribución.
NOTA: En la foto 3 se ve claramente que esta pieza no es que envíe una señal muy precisa de la posición, esto se ve porque tiene como dos "tramos", como una circunferencia a la que le falta la mitad (una zona con chapa circular y otra sin chapa), lo que nos indica que cada vuelta manda dos impulsos al sensor, uno cada vez que la zona de cambio de "chapa/ no chapa" pasa por el sensor. Para que fuera más precisa la medición debería ser una rueda dentada, cuantos más dientes más precisa. Esto es así porque este VANOS sólo tiene 2 posiciones, o todo o nada. O sea, el émbolo todo desplazado hacia dentro o todo hacia fuera, variando el calado en 12.5º. Con esto se deduce que este tipo de VANOS tampoco es que optimice constantemente los tiempos de apertura/cierre de las válvulas de admisión para cada r.p.m., si no que lo hace para 3 rangos. Desde el ralentí hasta un cierto valor de r.p.m. tenemos un calado de distribución, luego se desplaza el émbolo y cambia el calado, que queda fijo hasta otro cierto número de r.p.m., y finalmente vuelve al calado inicial. (En los M3 es más preciso)
Foto 11
En esta foto muestro donde va roscado el captador de impulsos del cigüeñal,
el que "lee" la rueda de transmisión de impulsos.
Foto 12
Bueno, a continuación se monta la arandela de tope trasera del
piñón del árbol de levas de admisión. Para
eso se usan los 3 espárragos que también se ven en la siguiente
foto.
Foto 13
Aquí ya os muestro la arandela montada con los espárragos.
Foto 14
Lo siguiente es montar en el árbol de escape el piñón
que lo unirá al cigüeñal, como se ve en la siguiente
foto.
Foto 14
Y ahora ya se pueden montar los piñones que unen los árboles de levas junto con la cadena. Fijaos en esta foto porque aquí se ve como el piñón del árbol de admisión no va unido directamente al árbol de levas, se ve claramente el hueco entre el piñón y el árbol, donde entrará la unidad VANOS. También se aprecia porque el piñón tiene unos agujeros alargados, para que se pueda mover sin chocar con los espárragos que sujetan las arandelas de tope.
VÍDEO: Aquí se puede ver como el piñón de admisión se puede mover sin que se mueva el árbol de levas. video1
Foto 15
Aquí ya he montado la arandela de tope delantera, quedando el piñón de admisión fijado entre las dos. El acabado superficial tanto de las arandelas como del piñón es tan fino que permite el giro del piñón sin problemas por mucho que apretemos las tuercas de sujeción de las arandelas.
NOTA: El vanos que muestro es de los primeros, posteriormente se sustituyó la arandela de tope delantera por dos arandelas más finas con una arandela elástica (como un muelle) entre las dos. Esto sirve para compensar el desgaste del piñón y arandelas debido a la fricción. La arandela elástica se encarga de mantener siempre el apriete de las arandelas de tope contra el piñón aunque estas se desgasten.
VÍDEO: Otra vez, vemos como puede girar el piñón de admisión con las dos arandelas montadas video2
Foto 16
Y finalmente os muestro todo el conjunto montado, con el cilindro del
VANOS ya metido entre el piñón y el árbol de levas,
que
debido a los dientes inclinados, en función de la posición
que tenga variará la posición relativa entre piñón
y árbol.
Foto 17
VÍDEO: Para ver exactamente el funcionamiento he hecho
este vídeo en que muevo el cilindro del vanos con un destornillador
simulando presión hidráulica. He sacado la cadena, y fijaos
como el piñón se mueve sin que el árbol de levas se
mueva, mirar la leva que se ve como está quieta.
video3
Funcionamiento electroválvula de 4 vías.
