2.0 L FSI FSI Mecá Mecáni nica ca Cuaderno didáctico n.o 102
Estado técnico 10.03. Debido al constante desarrollo y mejora del producto, los datos que aparecen en el mismo están sujetos a posibles variaciones. No se permite la reproducción total o parcial de este cua derno, ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright. TITULO: 2.0 L FSI. Mecánica. nº 79 AUTOR: Organización de Servicio SEAT S.A. Sdad. Unipersonal. Zona Franca, Calle 2. Reg. Mer. Barcelona. Tomo 23662, Folio 1, Hoja 56855l 1.ª edición FECHA DE PUBLICACIÓN: Enero 04 DEPÓSITO LEGAL: B - 51.542-03 Preimpresión e impresión: GRÁFICAS SYL - Silici, 9-11 Pol. Industrial Famades - 08940 Cornellá - BARCELONA
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2.0 L FSI Mecánica Con el nuevo motor con tecnología de inyección directa de gasolina, SEAT abre nuevas posibilidades en cuanto a reducción de consumo y protección del medio ambiente sin por ello renunciar a las altas prestaciones. El resultado de la aplicación práctica de este principio es una combustión con un mayor rendimiento y una menor emisión de gases nocivos. En la mecánica de este motor cabe destacar el empleo de aleación de aluminio en la fabricación del bloque, el diseño totalmente nuevo de los pistones, la culata con distribución variable en admisión, el colector de admisión variable y las chapaletas para generar turbulencias en el aire de entrada al cilindro. Otro de los puntos fuertes de este motor es la suavidad de su funcionamiento gracias al empleo de dos árboles equilibradores. Se trata de un motor compacto de cuatro cilindros con tecnología MSV multiválvulas (cuatro por cilindro), que entrega una potencia de 110 kW y un par de 200 Nm, existiendo dos diferentes versiones según las exigencias anticontaminantes EU II y EU IV.
ÍNDICE CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ......... 4-5 BLOQUE MOTOR .......................................... 6 PISTONES Y BIELAS..................................... 7 ÁRBOLES EQUILIBRADORES ................. 8-9 CULATA ................................................. 10-11 DISTRIBUCIÓN...................................... 12-13 ADMISIÓN ............................................. 14-16 ESCAPE .......................................................17 CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN ......... 18-21 CIRCUITO DE LUBRICACIÓN ............... 22-24 ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE .... 25-29
Nota: Las instrucciones exactas para la com- probación, ajuste y reparación están recogidas en el ELSA.
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CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Distribución variable
Chapaletas en la admisión Colector de admisión variable
Árboles equilibradores
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La inyección directa de gasolina plantea nuevas posibilidades en cuanto a reducción de consumo (hasta un 15%) y ecología. Las emisiones de hidrocarburos, óxidos nítricos y CO se reducen con el empleo del catalizador, pero las de CO2 sólo son posibles mediante la reducción del consumo. Un sistema de inyección a alta presión, mediante un tubo distribuidor de combustible, permite inyectar directamente en la cámara en el momento exacto para aprovechar las gran-
des turbulencias generadas en el cilindro y mejorar así el proceso de combustión. La generación de turbulencias es controlada por un nuevo conjunto de chapaletas montadas en la admisión. Estas novedades técnicas están encaminadas a optimizar tanto su rendimiento como su comportamiento. A ello se le debe sumar el montaje de dos árboles equilibradores, que aumentan aún más su suavidad de marcha. En definitiva, nos encontramos ante una nueva generación de motores. 4
VENTAJAS Se recirculan elevados índices de gases de escape (hasta un 25%) debido al movimiento intenso del aire de carga. De este modo, para aspirar la cantidad de aire fresco necesaria, se abre la mariposa un poco más, disminuyendo las pérdidas de carga. La tendencia al picado se reduce debido al efecto refrigerante del combustible al vaporizarse en la cámara de combustión, permitiendo aumentar la relación de compresión. El corte en desaceleración tiene una mayor extensión, ya que es posible reducir el régimen de reanudación, porque el combustible no se deposita en las paredes del colector.
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DATOS TÉCNICOS: Letras distintivas del motor:.......... BLY y BLR Cilindrada: ........................................ 1.984 cc Diámetro de cilindros:....................... 82,5 mm
r a P
Carrera: ........................................... 92,8 mm
a i c n e t o P
Compresión:...................................... 11,5 : 1 Potencia: ............................ 110 kW (150 CV) Par:............................... 200 Nm/ 3.500 1/min Gestión del motor: ..................... MED. 9.5.10 Válvulas:........................... MSV 4 por cilindro
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Normativa anticontaminación:...... EU II (BLY) EU IV (BLR)
Tal como se puede apreciar, se trata de un motor diseñado para ofrecer una alta entrega de par a revoluciones medias. Los consumos de combustible son extremadamente bajos, sobre todo en conducción extraurbana a baja y media carga.
La máxima entrega de par motor se obtiene a las 3.500 rpm, siendo éste de 200 Nm. En cuanto a la potencia máxima, se alcanza a las 6.000 rpm, lográndose los 110 kW.
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BLOQUE MOTOR
Bloque de aluminio
Alojamiento para el módulo del filtro de aceite
Alojamiento para la bomba del líquido refrigerante
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Con una distancia de 88 mm entre cilindros y una longitud de sólo 460 mm, es el grupo motriz más compacto de su categoría. El bloque es de aleación de aluminio, lo que conlleva mejoras en cuanto a reducción de peso, disipación de calor y reciclaje. Por motivos de rigidez, el bloque fue concebido como construcción del tipo “closed-deck“ (cabeza cerrada). Esta técnica consiste en fundir las camisas de los cilindros firmemente con el bloque, lo que asegura calidad y durabilidad.
Debido a lo compacto del bloque y para contar con una refrigeración suficiente entre las camisas de los cilindros se han mecanizado almas de refrigeración, con una anchura de 0,8 mm. Los sombreretes de bancada, a semejanza de mecánicas precedentes, realizan una doble función: de sujeción del cigüeñal y de refuerzo del bloque. A pesar de ello, en esta mecánica es posible desmontar y rectificar el cigüeñal y las camisas, atendiendo a las especificaciones del Manual de Reparaciones.
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PISTONES Y BIELAS
Turbulencia generada en el pistón
Rebajes para las válvulas de admisión
Bielas trapezoidales Recubrimiento de grafito D102-05
Los pistones están fabricados en construcción aligerada de aleación de aluminio y con los taladros para el bulón con una disposición muy próxima para disminuir material en la falda del pistón. Esto les confiere la ventaja de tener menores masas oscilantes y fuerzas de fricción menos intensas, porque sólo una parte de la circunferencia de la falda del pistón tiene contacto directo con el cilindro. En la falda se utiliza el ya usual recubrimiento de grafito para reducir la fricción con las paredes del cilindro.
Los pistones son refrigerados empleando inyectores de aceite que dirigen su chorro hacia el interior del pistón. En la cabeza del pistón se ha previsto un rebaje de turbulencia, que conduce el caudal del aire enfocándolo hacia la bujía al funcionar con bajas cargas. Debido a la concavidad aerodinámica en la cabeza del pistón se intensifica el movimiento de turbulencia rodante (“tumble”) que se produce en el flujo de aire de admisión. Las bielas son taladradas para permitir una eficaz lubricación del bulón, con pie trapezoidal y de unión por fractura en su cabeza.
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ÁRBOLES EQUILIBRADORES
Cubiertas de plástico
Árboles equilibradores
Árbol primario
Engranajes - Relación 2:1 Bomba de aceite D102-06
orden que, en el caso del motor de cuatro cilindros en línea, están equilibradas (estrella de primer orden). Sin embargo las de segundo orden, que se repiten a una frecuencia doble a la del cigüeñal, no lo están (no existe simetría en la estrella de 2º orden); por eso existen grandes fuerzas de inercia para este orden. Las fuerzas de segundo orden se equilibran por medio de dos árboles equilibradores que giran en sentido contrario y a doble número de revoluciones que el cigüeñal (equilibrado Lanchester, cuya denominación se debe a su diseñador).
Para aumentar aún más la suavidad de marcha de esta mecánica de 4 cilindros se ha montado un módulo compuesto por dos árboles equilibradores, en el cual también se integra la bomba de aceite. Estos árboles equilibradores se proponen compensar una parte de las fuerzas básicas que intervienen y evitar así las oscilaciones del grupo motriz. Si se calculan las fuerzas de inercia debidas a los elementos alternativos del motor obtenemos un sumatorio de fuerzas que se repiten periódicamente con el giro del cigüeñal. Las más importantes, con la misma frecuencia que éste, son las llamadas fuerzas de primer
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ACCIONAMIENTO El accionamiento de los árboles equilibradores se realiza a través de una transmisión de cadena en triángulo (cigüeñal - árbol equilibrador - bomba de aceite), actuando sobre un piñón del árbol equilibrador. La relación de transmisión de entrada del cigüeñal hacia el árbol primario del módulo equilibrador es de 1 : 1. El accionamiento del árbol primario hacia los árboles equilibradores se efectúa a través de una pareja de engranajes con dentado helicoi-
dal, en los cuales se incrementa la velocidad de giro de los árboles al doble que la del cigüeñal. Los contrapesos están integrados junto a los citados engranajes. Aquí es donde se invierte el sentido de giro del segundo árbol equilibrador (de esta manera se anulan las vibraciones). Los engranajes cuentan en su lado “ligero” con cubiertas de plástico para evitar la formación de espuma en el aceite. Las inercias de segundo orden quedan así compensadas.
Tensor de la cadena
Orificio para el útil de calado
Piñón para el accionamiento de los árboles equilibradores Piñón para bomba de aceite
Útil para calado del árbol Marca en el piñón D102-07
POSICIÓN DE MONTAJE La posición de montaje de los contrapesos en los árboles equilibradores resulta de vital importancia para la eliminación de las fuerzas de segundo orden. Un incorrecto montaje conllevaría un aumento de vibraciones y ruidos del motor.
Para el montaje de la cadena de accionamiento de los árboles equilibradores, se debe situar el cigüeñal en posición de PMS, enfrentar la marca del piñón de los árboles con el orificio para el útil de calado y bloquearlo con la ayuda del útil.
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CULATA
Esqueleto
Árbol de levas de admisión Árbol de levas de escape
Balancín flotante de rodillo
Pletina “tumble” Alojamiento de inyectores
La culata con tecnología de cuatro válvulas por cilindro es de nuevo diseño para esta mecánica de inyección directa. El accionamiento de las válvulas se realiza mediante balancines flotantes de rodillo con apoyos hidráulicos para compensación del juego (MSV). Cada conducto de admisión está dividido en una mitad superior y una inferior por medio de una pletina “tumble”. Su geometría está prevista de modo que se impida un montaje incorrecto.
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Los alojamientos para las electroválvulas de inyección de alta presión están integrados en la culata, y los propios inyectores llegan directamente a la cámara de combustión. El bastidor (esqueleto) se diseñó para conseguir una mayor rigidez de la culata y una acústica optimizada. De esta manera, los árboles de levas están montados en la culata con mayor rigidez contra la torsión y sin semicojinetes independientes.
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El mando de las válvulas se realiza por medio de dos árboles de levas en versiones ensambladas, situados en cabeza y alojados en un esqueleto sin semicojinetes independientes. El accionamiento de las válvulas es una versión suave (sólo hay un muelle en cada válvula). El accionamiento del árbol de levas de escape se realiza por medio de una correa dentada, y desde ésta se impulsa el árbol de levas de admisión a través de una cadena simple.
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Válvula de membrana Tapa de válvulas
Junta Separador de aceite D102-10
TAPA DE VÁLVULAS
La tapa de válvulas es de material plástico y se monta en disposición aislada mediante una junta elastómera. Esta junta no tiene ningún tipo de reparación; simplemente se sustituye en caso de deterioro o falta de estanqueidad. La tapa tiene instalada la válvula de membrana para el respiradero del bloque y las pare-
des del laberinto para el recuperador interno de aceite. En la junta se encuentran los separadores de aceite, cuya misión es permitir la bajada del aceite recuperado y evitar la subida de gases procedentes de la culata.
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DISTRIBUCIÓN
Árbol de levas de escape Rueda generatriz Variador de aceite para el árbol de levas Rodillo de reenvío
40º de cigüeñal
Rodillo tensor
Rueda dentada para la bomba del líquido refrigerante
Rodillo de reenvío
Tensor hidráulico
Árbol de levas de admisión
Piñón del cigüeñal
Leva doble para la bomba de gasolina de alta presión D102-11
La regulación de la distribución variable para el árbol de levas de admisión se lleva a cabo de forma continua con ayuda de un variador hidráulico de aceite y alcanza hasta cuarenta grados de ángulo del cigüeñal. El árbol de levas de admisión aloja la rueda generatriz de impulsos para el transmisor Hall y la leva doble de accionamiento para la bomba de gasolina de alta presión. El montaje (calado de los tiempos de distribución) de la correa dentada no aporta ninguna novedad, tan sólo hay que hacer coincidir las marcas de la polea del árbol de levas y del antivibrador con las marcas realizadas a tal efecto en el protector de la correa. Para el calado de los árboles de levas hay que situarlos de modo que las concavidades moldeadas en los mismos queden enfrentadas verticalmente.
Si se ha efectuado un correcto montaje, deberá haber catorce rodillos de la cadena entre las marcas de los piñones. Sólo en esta posición es también posible el montaje y desmontaje de los tornillos de la culata.
Tornillos de culata
Concavidades
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Árbol de levas de admisión Árbol de levas de escape Estator
Rotor Tensor de la cadena
Variador
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DISTRIBUCIÓN VARIABLE La correa dentada impulsa al árbol de levas de El avance de la regulación de la distribución escape. Éste aloja el rotor del variador sobre su permite, en combinación con el colector de parte opuesta. admisión variable, mejorar el llenado de los cilinEl estator se encuentra comunicado directa- dros en bajas y medias revoluciones. mente con el piñón e impulsa al árbol de levas En altas revoluciones se retrasa el cierre de la de admisión a través de la cadena. válvula de admisión, lo que permite gracias a la La variación de posición del estator respecto al gran inercia y velocidad de los gases que éstos rotor provoca, a través de la cadena, el avance sigan ingresando en el cilindro. o retraso del árbol de admisión, variándose Igualmente este efecto se combina con el prode esa forma los tiempos de distribución de las ducido por el conducto variable de admisión válvulas de admisión. potenciando y mejorando aún más el llenado del La unidad de control del motor gestiona cilindro. mediante una familia de curvas características Nota: Existe un útil específico para bloquear el la excitación a la electroválvula encargada de modificar los tiempos de distribución a través del tensor de la cadena y permitir tanto el desmonta- juego de las almas del variador donde se dirige je como el montaje de la cadena. la presión de aceite.
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ADMISIÓN
Cápsula neumática
Electroválvula para el control del colector de admisión N156
Gomas de unión del colector con chapaletas
Chapaletas
Transmisor de presión del colector de admisión G71 Servomotor para accionamiento de las trampillas V157
Distribuidor giratorio D102-14
COLECTOR DE ADMISIÓN El colector de admisión variable propicia las características deseadas en lo que respecta a entrega de potencia y par. Un conducto de admisión relativamente largo mejora el par a medio régimen y uno corto, a altas revoluciones. El colector de admisión es de plástico, y en su interior se encuentra el cilindro distribuidor para el control de los conductos y un depósito de vacío. El accionamiento del cilindro distribuidor se realiza mediante una cápsula neumática. La electroválvula N156, comandada por la unidad de control del motor, regula el paso de vacío desde el depósito hasta la citada cápsula. Combinada con la distribución variable, básicamente conecta el conducto corto a altos regímenes del motor (posición de potencia) y el largo a medias y bajas revoluciones (posición de par).
Distribuidor giratorio
Depósito de vacío D102-15
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Servomotor V157 Distribuidor de combustible
Chapaletas
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SERVOMOTOR Y CHAPALETAS El elemento inferior del colector de admisión está atornillado al distribuidor de combustible y aloja cuatro chapaletas gobernadas por el servomotor V157 a través de un único eje común. El potenciómetro G336, que va integrado en el servomotor, es utilizado por la unidad de control del motor J220 como señal de retroinformación sobre la posición de las chapaletas. La posición de las chapaletas en el colector de admisión influye sobre la formación de la mez-
cla y, por tanto, sobre la composición de los gases de escape. La gestión de las chapaletas en el colector de admisión se vigila a través del sistema EOBD. El servomotor está integrado en el distribuidor de combustible, mientras que los conductos y las chapaletas únicamente están atornillados al mismo, siendo posible su desmontaje.
Servomotor V157 con potenciómetro G336
Chapaleta
Eje común Distribuidor de combustible D102-17
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ADMISIÓN La conducción de aire hacia el cilindro se puede realizar de infinidad de modos en función de la posición de las chapaletas. Para su mejor comprensión sólo se van a explicar dos posiciones. En la primera, que tiene lugar con cargas bajas, la masa de aire se conduce hacia la cámara de combustión por encima de la pletina “tumble” cerrando para ello las chapaletas en el colector de admisión. De esta manera se consigue aumentar los gases de escape recirculados al mejorar la mezcla de éstos con los frescos y a la alta velocidad de llama que se genera gracias a la “turbulencia rodante”, con la consiguiente mejora en el rendimiento, combustión y, por lo tanto, consumo. A este proceso se le denomina modo de combustión conducido por el aire.
Unidad de mando de mariposa Pletina “tumble”
Chapaletas
Turbulencia rodante
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En la segunda, que se utiliza con cargas medias y altas, la masa de aire se conduce por encima y por debajo de la pletina “tumble”, abriendo la chapaleta en el colector de admisión. Este modo favorece el mejor llenado del cilindro, y por lo tanto una mayor entrega de par y potencia.
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