La tecnología Alfa Romeo Twin Spark (TS) se utilizó por primera vez en el coche Alfa Romeo Grand Prix en 1914. [1] A principios de la década de 1960 se utilizó en sus coches de carreras ( GTA , TZ ) para permitirle lograr una mayor potencia de salida de sus motores. Y a principios y mediados de la década de 1980, Alfa Romeo incorporó esta tecnología a sus coches de carretera para mejorar su rendimiento y cumplir con controles de emisiones más estrictos.
En el mundo actual de Alfa Romeo, el nombre "Twin Spark" suele referirse a los motores de doble encendido instalados en los automóviles Alfa Romeo. El motor de 8 válvulas se instaló inicialmente en el Alfa Romeo 75, pero también en el 164 y el 155. Los motores de 16 válvulas aparecieron en los modelos 145 , 146 , 155, 156 , 147 , 166 , Alfa Romeo GTV y Spider y Alfa Romeo GT .
La serie TS está formada por motores de 4 cilindros en línea con doble árbol de levas . El motor original de 8 válvulas se derivaba de la familia Twin Cam de Alfa y presentaba un bloque y culata de aleación ligera (aleación de aluminio mejorada con silicio), camisas de cilindro de hierro refrigeradas por agua y los árboles de levas eran accionados por una única cadena de distribución dúplex. Por lo tanto, el diseño era similar al de los famosos motores Twin Cam de Alfa Romeo anteriores , pero con un ángulo de válvulas más estrecho y doble encendido en este modelo.
Los motores de 16 válvulas posteriores formaban parte de la serie de motores modulares " Pratola Serra " (familia B) de Fiat, [ cita requerida ] y tenían un bloque de hierro fundido más pesado, con una culata de aleación y los árboles de levas eran accionados por correa. El nombre Twin Spark proviene del hecho de que hay dos bujías por cilindro. Era de hierro fundido por su mayor resistencia de la viga, menor complejidad y, por lo tanto, menores costos de producción. Cuando eran nuevos, estos motores se destacaban por su alta eficiencia, como lo demostraba la BMEP (presión media efectiva de frenado) ejercida sobre las coronas de los pistones.
Las dos bujías de los motores Alfa Twin Spark de 8 válvulas se encienden al mismo tiempo y están colocadas simétricamente alrededor de la línea vertical que pasa por los centros de las válvulas de admisión y escape. El frente de llama recorre una distancia menor, lo que permite utilizar un menor avance de encendido. Además, también se pueden tolerar mezclas más pobres para una mejor economía de combustible. El motor de 8 válvulas también tiene 8 bujías idénticas. No hay espacio para una bujía ubicada centralmente debido al diseño de 2 válvulas que utiliza una válvula de entrada bastante grande de 44 mm de diámetro en el motor 2.0. En los modelos más nuevos que utilizan el motor de 8 válvulas, el sistema también utiliza el popular sistema de chispa perdida (como también se utiliza en Ford EDIS), combinando una bobina para 2 bujías en cilindros hermanos de fase opuesta como 1-4, 2-3 en el motor de 4 cilindros.
En los motores Alfa 16V Twin Spark, una bujía está situada idealmente en el centro del cilindro, como es habitual en prácticamente todos los motores de configuración multiválvula. Para poder alojar una segunda bujía en la cámara de combustión de 4 válvulas, se coloca una bujía de diámetro más pequeño en el borde mismo de la cámara de combustión, entre una válvula de admisión y una de escape. La ubicación de la bujía adicional significa que su impacto en el rendimiento máximo es marginal. Sin embargo, el motor puede funcionar al ralentí sin problemas en condiciones muy pobres (hasta 18:1 AFR), lo que sugiere que la bujía adicional está aquí para mejorar la eficiencia de la combustión con cargas ligeras. En la próxima generación de Alfa 4, los motores JTS perdieron las segundas bujías y ganaron inyección directa y un mayor rendimiento.
Los motores TS 16V 1.6, 1.8 y 2.0 utilizan bujías de electrodo de platino de larga duración de 10 mm de diámetro y de 14 mm de diámetro por cilindro. Las bujías tienen un intervalo de sustitución de 100.000 kilómetros (62.000 mi).
El motor de 16 válvulas cuenta con un encendido individual de "bobina sobre bujía", en el que el tiempo de encendido está controlado directamente por el sistema de gestión del motor Bosch, y cada bobina enciende dos bujías simultáneamente. En los motores CF1 y CF2 de 16 válvulas anteriores, cada bobina enciende la bujía que está debajo y (a través de un cable de bujía corto) una bujía en el otro cilindro que estaba desfasada en la rotación del cigüeñal de 360° (es decir, una bobina enciende una bujía en el cilindro que se acerca a la parte superior de la carrera de compresión, y también una bujía en el cilindro que se acerca a la parte superior de la carrera de escape (en un motor de 4 cilindros y 4 tiempos con un cigüeñal de 180°, los pistones 1 y 4 y los pistones 2 y 3 suben y bajan en pares). Entonces, en esta configuración, cada bobina alimenta dos bujías y cada cilindro recibe servicio de dos bobinas. En caso de falla de la bobina, una de las dos bujías seguiría funcionando.
Los sistemas de encendido que encienden una bujía en un cilindro en su carrera de escape se conocen como sistemas de encendido de chispa perdida; ya que la chispa no enciende nada y, por lo tanto, se "desperdicia". Los sistemas de chispa perdida generalmente se utilizan como una economía de producción, ya que se requiere la mitad del número de bobinas (que, en consecuencia, tienen que encenderse el doble de veces), por ejemplo, un motor de cuatro cilindros de cuatro tiempos (con una sola bujía por cilindro) requiere solo 2 bobinas que se encienden alternativamente cada 180° de rotación del cigüeñal, y cada bobina se enciende cada 360° de rotación del cigüeñal para encender los cuatro cilindros. En el Twin Spark de 16 válvulas, se requieren 4 bobinas para las ocho bujías, por lo que era poco probable que la economía de producción fuera un factor en la adopción de un sistema de chispa perdida.
En el CF3 posterior (2001 en la norma de emisiones Euro 3) 16v TS las cuatro bobinas encienden ambas bujías en un cilindro (por lo que no 1 y 4 y 2 y 3 como pares), y puede que no sea un sistema de chispa desperdiciada. Los beneficios potenciales de que cada bobina esté asociada a un cilindro son: reducir a la mitad la frecuencia de encendido: la bobina solo debe encenderse cada rotación de 720° del cigüeñal en lugar de cada rotación de 360° del cigüeñal. Esto duplicaría el tiempo de saturación de la bobina, reduciendo la carga de la bobina y mejorando la calidad de la chispa a altas revoluciones. Algunos sistemas de gestión del motor Bosch tienen la capacidad de adelantar y retrasar el tiempo de encendido en cilindros individuales, lo que sería imposible en las configuraciones CF1 y CF2 ya que cada cilindro es atendido por dos bobinas, pero podría usarse en la configuración CF3.
Los motores incorporan también otros dos dispositivos para mejorar el rendimiento en funcionamiento, el variador de fase del árbol de levas y el control de longitud de admisión variable (o colector de admisión modular en Alfaspeak) en las versiones posteriores (tapa de levas de plástico) de 1,8 y 2,0 litros. Cuando se utilizan ambos sistemas variables, están controlados en tándem por la ECU de gestión del motor Bosch Motronic en respuesta a las rpm, la carga y la posición del acelerador. Según la documentación de servicio electrónico DTE de Fiat Auto SpA para el 156 Twin Spark (1.8/2.0):
" Para optimizar la cantidad de aire aspirado en el motor, la centralita controla: el momento de entrada en dos posiciones angulares (y) la geometría de los conductos de entrada en dos longitudes (sólo 1.8/2.0 TS). Al régimen de par máximo, la centralita establece la fase "abierta": leva adelantada 25°, cárter de entrada conductos largos (sólo 1.8/2.0 TS). Al régimen de potencia máxima, la centralita establece la fase "cerrada": leva en posición normal, cárter de entrada conductos cortos. Al ralentí, la centralita establece la fase "cerrada": leva en posición normal y cárter de entrada conductos cortos. En las demás condiciones de funcionamiento del motor, la centralita selecciona la configuración más adecuada para optimizar las prestaciones - consumos - emisiones. Durante la sobremarcha, los conductos de entrada del cárter son siempre cortos. " [2]
El avance del árbol de levas de admisión abre y cierra las válvulas de admisión antes en el ciclo de admisión. Esto permite que el llenado de los cilindros con mezcla de aire/combustible comience y termine antes cuando está en posición avanzada, comenzando así a comprimir la mezcla antes. O que la fase de compresión comience más tarde (cuando no está en estado de leva avanzada) al retrasar el cierre de la válvula de admisión. La compresión real de los gases puede comenzar solo después del cierre de las válvulas de admisión, por lo que al variar el momento de cierre de la válvula de admisión (con el variador), la relación de compresión efectiva se puede reducir en la posición no avanzada. Esto tiene beneficios como una forma de reducir la relación de compresión efectiva pero aún así mantener la relación de expansión como antes para reducir las pérdidas mecánicas de la fase de compresión. Cuando la válvula de admisión también se abre antes en relación con el cierre de las válvulas de escape, la superposición de válvulas (el período en que las válvulas de admisión y escape están abiertas simultáneamente) también aumenta en este modo. Esto promueve el efecto de barrido del escape que sale, lo que provoca un vacío parcial en el cilindro para ayudar aún más a llenar el cilindro con una carga nueva. Además este aumento de solapamiento puede provocar que parte de los gases de escape vuelvan a entrar de esta manera haciendo que funcione como un EGR interno.
Al igual que con sistemas de sincronización de levas de admisión similares, como BMW VANOS, la sincronización vuelve al estado retardado a mayores revoluciones para mejorar la potencia y la eficiencia, ya que la dinámica de los gases de admisión cambia con las revoluciones. Los conductos de admisión cortos se ajustan a la frecuencia más alta y, por lo tanto, a la onda de presión del conducto de admisión más corta.
En los motores de 16 V, el variador de árbol de levas se utiliza para mejorar el rendimiento y las emisiones, pero también puede ser la fuente del problema común del "ruido diésel" que suele observarse en los modelos usados de alto kilometraje que utilizaban los componentes internos anteriores del variador. El mismo sistema de variador también se utiliza en muchos motores Fiat / Lancia , como el que se utiliza en el motor de 5 cilindros Lancia Kappa , algunos motores Fiat Bravo / Fiat Marea , Fiat Barchetta , Fiat Coupe , Fiat Stilo, etc.
El colector de admisión modular Alfa Romeo es un sistema de admisión variable instalado en los motores CF2 Twin Spark de 1,8 y 2,0 litros posteriores. [ cita requerida ] Funciona alternando entre dos conductos de admisión de aire separados de diferentes longitudes (un par para cada cilindro) para acortar o alargar el camino desde el final del conducto de admisión (dentro del plenum) hasta las válvulas de admisión. El sistema es servoasistido por vacío del colector y controlado directamente por el sistema de gestión del motor Bosch, como se describió anteriormente. Los conductos de admisión de longitud ajustada funcionan utilizando los armónicos creados dentro del tracto/conducto de admisión por la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y el flujo de gas durante el ciclo de admisión. Cada conducto es efectivamente una pila de velocidad que refleja una onda de presión positiva hacia abajo por el conducto de admisión para maximizar el llenado del cilindro con mezcla de combustible/aire. La banda de rpm en la que la onda de presión llega a las válvulas de admisión abiertas y puede ayudar a llenar el cilindro está determinada por la longitud del conducto y es relativamente estrecha. Al cambiar entre conductos de diferente longitud, se amplía la banda de rpm en la que se obtienen los beneficios de los conductos de admisión ajustados, lo que genera una curva de par más plana y, en consecuencia, más potencia en todo el rango de revoluciones.
Además, también se ha maximizado el flujo de aire dentro del tubo de admisión de serie, entre la placa del acelerador y la caja de aire. Esto incluye una "trompeta de entrada" al final del tubo de admisión dentro de la caja de aire (a menudo denominada "cono" por Alfisti), que está diseñada para mejorar el flujo de aire y la dosificación del combustible al reducir la turbulencia (y puede reflejar ondas de presión positivas hacia abajo por el tubo de admisión). Hay mucho debate sobre la posibilidad de mejorar el rendimiento eliminando la trompeta o "desconificándola", como se la suele denominar, [ cita requerida ] ya que algunos piensan que la trompeta restringe el flujo de aire debido a su pequeña sección transversal de entrada. Si bien la "desconificación" produce una mejora en la sección transversal de entrada, es probable que cualquier beneficio se vea contrarrestado por el "efecto pinza" de una entrada sin radio, que es de 0,6 a 0,5 la eficiencia de un radio de trompeta en una entrada del mismo diámetro [3].
La distribución variable de válvulas le dio al motor Twin Spark un muy buen rendimiento para su cilindrada, pero es una de las áreas más débiles del motor de 16 válvulas. El variador original que controla la distribución de las levas es propenso a desgastarse o atascarse, aunque la pieza de repuesto lleva un número de pieza diferente y tiene una confiabilidad mejorada. Los síntomas son una ligera pérdida de rendimiento y un traqueteo tipo diésel en la parte superior del motor, que aparece al arrancar y gradualmente dura más. [4] Por lo tanto, es recomendable cambiar el variador independientemente de su condición aparente en el reemplazo de la correa de distribución de los 36,000 km (60,000 millas). El problema del variador no se ve a menudo en la versión Twin Spark 8V anterior, ya que estas usan un tipo diferente de sistema de variador de distribución de levas, este también es el caso de las versiones 16v posteriores utilizadas en el Alfa Romeo 156 y el 147 donde se abordó el variador débil.
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