Motor Volvo D5204T7 - D3 136cv 5cil - Aspectos generales, diseño y funcionamiento

RLAVILLA

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25 Ene 2011
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#1
Motor D5204T7 - Aspectos generales, diseño y funcionamiento

Es un motor turbodiésel desarrollado por Volvo, con inyección directa, cinco cilindros y colocación transversal. Cuenta con ejes de levas dobles en cabeza, accionados por una correa de distribución y 20 válvulas. El motor integra un sistema de inyección Common Rail de Bosch, en el que el eje de levas de entrada acciona directamente la bomba diésel. La inyección se lleva a cabo mediante válvulas con piezoinyectores

El sistema turbo incluye un turbocompresor. El motor cuenta con un conducto de retorno de gases de escape enfriado por refrigerante (EGR, Exhaust Gas Recirculation). Tras el catalizador hay un filtro de partículas. 2WD cuenta con CCDPF y 4WD con Underfloor DPF. El sistema integra para su control y supervisión una sonda lambda y sensores de temperatura y sensor de presión diferencial.

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Diseño y funcionamiento

¡Atención! Dado que las ilustraciones de esta información de servicio son utilizadas para modelos de año y/o variantes de modelo distintos, puede haber variaciones. Sin embargo, la información básica de las ilustraciones es siempre correcta.

Motor

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Bloque de cilindros

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  • Tapa de balancines/tubo de admisión
  • Culata del cilindro
  • Junta de culata del cilindro
  • Bloque de cilindros
  • Sección intermedia Cárter del aceite

Tapa de balancines/Tubo de admisión

La tapa de válvulas y la cubierta de aspiración forman una unidad, fabricada en plástico. La tapa de válvulas integra un depósito de vacío, que va conectado a un accionador, el cual regula el flujo de gases de escape entre los turbocompresores.


Culata del cilindro

La culata tiene 4 válvulas por cilindro, 2 válvulas de admisión y 2 válvulas de escape. Los árboles de levas actúan sobre las válvulas mediante seguidores de levas tipo rodillo. El diseño genera fricción baja. El juego de válvulas se ajusta hidráulicamente. La culata cuenta con dos canales de entrada independientes de geometría diferente.

Los inyectores están montados en el centro de las cámaras de combustión y tienen 7 agujeros. En circunstancias normales y en regímenes de motor de hasta 3500 rpm están controlados por dos inyectores piloto y un inyector principal. A regímenes de motor superiores a 3500 rpm se controlan con un inyector piloto y un inyector principal. Esto proporciona una combustión estable, con un nivel de ruidos bajo.

En ciertos casos de funcionamiento, por ejemplo a media carga entre 1000 y 2500 rpm, también se realiza una postinyección, cuya finalidad es incinerar el hollín durante la postcombustión en el cilindro. Durante la combustión de regeneración del filtro de partículas se usa una postinyección más para incrementar la temperatura de los gases de escape.

El sistema de ignición ha sido diseñado para agilizar los arranques en frío. Dicho sistema es de tipo "Quick glow" y se basa en 4,4 V. Las bujías están situadas con una inclinación de 30 grados y se componen de un material cerámico que permite altas temperaturas de ignición.

Para acelerar el calentamiento y, por tanto, también un arranque del motor con emisiones bajas, la resistencia interna de las bujías incandescentes es baja. Las bujías incandescentes están diseñadas para un voltaje continuo de 7,0 V.

Añadiendo un "sobrevoltaje" de 11 V a las bujías se obtiene un calentamiento rápido. Después de que inicialmente hayan recibido un voltaje de 11 V, éste se reduce gradualmente a 7,0 V.

No se permite incandescencia si la temperatura del motor es superior a +30°C.

La postincandescencia está calibrada para diferentes entornos y tiene una duración máxima de 180 segundos. El tiempo calculado incluye parámetros como la temperatura del refrigerante, la temperatura exterior y la altitud.

Cuando el régimen del motor sobrepasa 4.000 r.p.m., se desactiva la incandescencia. Cuando el régimen baja, la incandescencia se reactiva. El tiempo total de incandescencia también incluye el tiempo en que las bujías incandescentes no han estado activadas.

Si la cantidad inyectada sobrepasa 50 mg por ciclo de trabajo y cilindro, se interrumpe la incandescencia temporalmente (la carga plena es de aproximadamente 65 mg). Cuando la masa inyectada vuelve a ser inferior a 50 mg se reinicia la incandescencia. El tiempo total de incandescencia también incluye el tiempo en que las bujías incandescentes no han estado activadas.

Durante la incandescencia, el relé/unidad de mando de bujías incandescentes compensa las variaciones de tensión, grandes y pequeñas, para que las bujías incandescentes siempre trabajen con el efecto correcto. Las bujías incandescentes tienen plena funcionalidad hasta 8 V y funcionalidad limitada entre 8 V y 6 V.

Durante la regeneración, las bujías incandescentes se activan, por ejemplo, con carga baja. Si se incrementa la carga del motor, también aumenta la temperatura de los gases de escape, lo que es necesario para conseguir un proceso de regeneración adecuado.


Junta de culata del cilindro

La junta de la culata está hecha de acero y tiene varias capas. Para una adaptación exacta al nivel actual del émbolo hay cinco espesores distintos a disposición. Eso es para captar las tolerancias entre émbolos, bielas, etc., y, con ello, conseguir la compresión correcta.
Los distintos espesores están marcados con un número de ranuras entre 1 y 5. La junta de culata tiene un orificio calibrado (Ø 3,4 mm) para la entrada a la culata y limitar las presiones excesivas en la misma


Bloque de cilindros

El bloque de cilindros, que consta de bloque y parte media, está hecho de aluminio moldeado a presión. Las camisas de cilindros están hechas de hierro fundido y van integradas en el bloque. Parte del colector de aceite va integrado en el bloque y los canales de drenaje de aceite se emplean como refuerzos.

Carter del aceite

El cárter del aceite, hecho de una aleación de aluminio, contribuye a la rigidez del diseño y funciona como un refuerzo adicional. Incorpora asimismo placas de balanceo. El tubo de aspiración de aceite que va desde el cárter, es de plástico. El cárter dispone de un transductor de nivel de aceite con una varilla de aceite corta.

Ejes de levas

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1. Eje de levas de inducción
2. Lóbulo de leva
3. Árbol de levas de escape
4. Abertura del eje de levas
5. Gorrón final

Los ejes de levas están hechos de acero y compuestos de piezas separadas: tubo, engranaje, lóbulos de levas y gorrones finales. El eje de levas de inducción es de siete cojinetes. Impulsa al eje de levas de escape con los engranajes y la bomba de alta presión por medio de una junta de conexión que va en el piñón. El eje de levas de escape es de seis cojinetes e impulsa la bomba de vacío por medio de la ranura en el tapón final.


Válvulas

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1. Eje de levas
2. Rodillo
3. Seguidores de levas tipo rodillo
4. Caja exterior
5. Depósito de aceite interior
6. Válvula de retención
7. Resorte, válvula de retención
8. Resorte entre la caja y el émbolo
9. Soporte del resorte, válvula de retención
10. Cámara de alta presión
11. Espacio para aceite de fuga
12. Émbolo móvil
13. Llegada de aceite
14. Entrada
15. Soporte hidráulico

Las válvulas están colocadas a cada lado de la cámara de combustión, lo que produce un efecto de paso (cross-flow), que hace que el aire entrante ayude a los gases a salir del canal de escape. El sistema de válvulas va provisto de un ajuste hidráulico del juego de válvulas. Esto tiene ventajas como estar libre de mantenimiento y ser un arreglo de válvulas silencioso.

La unidad hidráulica tiene que tener cierta fuga interior para, entre otras cosas, compensar el aumento de longitud de las válvulas durante la fase de calentamiento del motor, así como para impedir que la unidad hidráulica se bombee con un régimen alto, con unas válvulas mal aisladas como consecuencia. Dos canales longitudinales en la culata proveen de aceite al cojinete de levas y a las unidades hidráulicas.


Transmision del eje de levas
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  • Correa dentada
  • Polea del engranaje eje de levas (aspiración)
  • Piñón inversor / rodillo inversor
  • Tensor de correa de levas
  • Polea del engranaje cigüeñal
  • Bomba de agua
El cigüeñal impulsa la bomba de refrigerante y el eje de levas de aspiración por medio de una correa de engranaje. La tensión de la correa se hace de forma automática mediante un tensor mecánico. Este es ajustado para luego compensar, por ejemplo, los cambios de distancia entre el cigüeñal y el eje de levas. El tensor trabaja con fuerza de resorte.

La rueda de correa dentada (5) del cigüeñal está algo ovalada a fin de compensar la frecuencia propia de la transmisión de correa.


Pistones

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  • Rótula del pistón
  • Bulón de pistón
  • Falda del pistón

Los émbolos son de una aleación de metal ligero, hecha de aluminio y silicio, entre otros. La falda del pistón va revestida de grafito para garantizar una fricción baja entre el émbolo y el cilindro, por ejemplo, durante el periodo de rodaje, en situaciones de arranque en frío del motor y durante periodos cortos con una carga extrema.

El émbolo está diseñado con la cámara de combustión, "bola de pistón" en el centro de la parte superior del pistón. Esta es una parte del sistema destinada a conseguir una formación de turbulencias favorable, lo que, a su vez, tiene una gran importancia para un buen proceso de combustión.

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Segmentos de pistón

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  1. Segmento de compresión superior
  2. Segmento de compresión inferior
  3. Segmento raspador de aceite
El pistón tiene tres segmentos:

  • El anillo de compresión superior es de aleación de acero. Para resistir la presión, las temperaturas y la influencia química, así como para mejorar la capacidad lubricante, la superficie va recubierta de una aleación de cromo/cerámica galvánica.
  • El segmento de compresión inferior es de hierro fundido aleado. Lleva un revestimiento de plasma cerámico metálico. Funciona como segmento de compresión y como segmento raspador de aceite.
  • El segmento raspador de aceite es de hierro fundido y lleva un resorte de expansión interior.
Para el segmento superior se ha moldeado un canal de refrigeración de acero colado en el émbolo. Ese lleva el aceite alrededor de la parte superior del pistón, con lo que se aleja el calor. El aceite es reconducido por el canal de refrigeración del émbolo y se rocía sobre el extremo pequeño de la biela para lubricar el perno del émbolo.

Cada cilindro va provisto de una boquilla para refrigeración del aceite. Cuando el pistón está en la posición de punto muerto inferior, la boquilla encaja en un canal del pistón. El aceite se inyecta en el pistón y es llevado alrededor por el canal llevándose el calor del pistón. El aceite es reconducido directamente del pistón al cárter.


Cigüeñal, bielas

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  1. Cigüeñal
  2. Cojinete de bancada superior
  3. Cojinete inferior del cigüeñal
  4. Biela
  5. Casquetes de cojinete de bancada
El cigüeñal es de acero forjado. Los semicojinetes de bancada superior e inferior son diferentes porque el semicojinete inferior es sometido a cargas más grandes que la superior. El semicojinete superior es de aluminio. Un armazón de acero va revestido únicamente de aluminio. El semicojinete inferior no contiene plomo.

Los cojinetes de biela superior e inferior son distintos debido a la alta carga que soporta el cojinete superior. El cojinete superior es de bronce sin plomo, mientras que el inferior está fabricado en aluminio. Ambos tipos de cojinete se componen de un armazón de acero recubierto por un material de bronce o aluminio. La superficie de contacto del sombrerete de cojinete de biela y la biela está rectificada.


Sistema de lubricación
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  1. Junta de conexión, bomba de alta/baja presión
  2. Canal de aceite principal
  3. Filtro del aceite
  4. Separador
  5. Bomba de aceite accionada por cadena
  6. Válvula de refrigeración de pistones
  7. Refrigerador del aceite
  8. Conducto de aspiración de aceite
  9. Tubo de drenaje del aceite
  10. Tubo de llegada, turbo
  11. Boquilla de refrigeración del émbolo
  12. Lubricación, bomba de vacío

Canal de aceite principal: El canal de aceite principal suministra aceite a los cojinetes de bancada y los cojinetes de biela.

Bomba de aceite: La bomba de aceite es una bomba de accionamiento por cadena de regulación exterior (Duo centric) con válvula de seguridad incorporada. La válvula impide las presiones demasiado elevadas que, entre otras cosas, podrían dañar el refrigerador del aceite.

Válvula de purga: Para garantizar la eliminación del aire del sistema del aceite hay una válvula sobre la bomba de aceite. Durante la acumulación de presión el aire será conducido al cárter de aceite.

Conducto de aspiración de aceite con colador: El colador del conducto de aspiración de aceite separa las suciedades gruesas para que no lleguen al colector de aceite.

Entrada del turbosobrealimentador: La entrada provee de aceite al turbosobrealimentador. Lleva una válvula de entrada para refrigeración del émbolo.

Boquillas refrigeración del émbolo: Las boquillas dirigen el aceite hacia la entrada del canal de refrigeración del émbolo.

Lubricación: El aceite es dirigido por el árbol de levas de admisión hacia el acoplamiento de la bomba de gasoil. El aceite para la bomba de vacío es dirigido por el árbol de levas de escape.


Ventilación del cárter, separador, filtro de aceite

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  1. Filtro del aceite
  2. Ventilación del cárter, separador
La ventilación del cárter se controla por presión. Los gases proceden del cárter del cigüeñal y la culata. En su recorrido hasta el regulador de presión los gases pasan por 2 cámaras abiertas, que reducen su velocidad. El aceite contenido en ellos desciende hasta el fondo y se separa hacia las paredes, para drenarse luego al cárter. Para evitar la congelación de la ventilación del cárter, la salida (en la manguera de aire fresco) está calentada eléctricamente.

El separador se encuentra parcialmente integrado en el bloque del motor mediante una válvula de resorte. En caso de alta presión negativa del cárter (p.ej. en caso de atasco de la admisión de aire), la válvula cerrará el separador de aceite para que no pueda entrar aceite en el tubo de aspiración.

El filtro de aceite es un filtro inserto. El alojamiento del filtro de aceite contiene un canal, que queda expuesto al quitar el filtro de aceite. El aceite restante cae al cárter, con lo que se elimina todo derrame externo. El retén del elemento filtrante del aceite está sometido a resorte y no puede sustituirse. El retén aisla el orificio de vaciado de la caja del filtro de aceite. La válvula de rebose para atasco de filtro se halla en la tapa. Al extraerse el filtro de aceite puede retornar aceite al cárter a través de la caja, impidiendo así las impurezas asociadas a los escapes de aceite.


Tubo de inyección de aceite

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  • Chorros de enfriamiento del pistón
Las partes superiores de los pistones se enfrían desde abajo mediante el aceite de las boquillas de refrigeración del pistón. Estas van fijadas con tornillos al bloque de cilindros. Los canales de refrigeración del émbolo van conectados al circuito de lubricante del motor.

Cuando el émbolo está en la posición de vuelta inferior, se inyecta aceite en un canal del émbolo. El aceite pasa por el émbolo y sigue al colector. Tan pronto como se abre la válvula, se inyecta aceite continuamente bajo el émbolo. De esa forma, el aceite se lleva el calor del émbolo.

La válvula se abre y cierra eléctricamente. El control de la refrigeración del pistón lo determina la fricción (FC), las emisiones y la demanda de enfriamiento. Ello puede resultar en algunos casos (antes de abrirse la válvula reductora) en una presión de aceite de motor insuficiente, lo que puede provocar daños en el motor.


Turbocompresor

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El turbocompresor de D5204T2 está totalmente optimizado para respuesta rápida a bajas revoluciones y consumo de combustible bajo. Para mejorar estas características y compensar por la menor cilindrada, el tamaño de la turbina y del compresor es menor que en el turbo sencillo de 2,4 litros (D5244T14/19).

Igual que antes, el turbocompresor tiene barras guía regulables en la caja de la turbina VNT (Variable Nozzle Turbine). La regulación es controlada por un actuador de vacío provisto de un sensor de posición. El sensor de posición da a la unidad de mando del motor (ECM) información sobre la posición de las barras guía, lo cual facilita considerablemente el control del motor y permite un control más rápido y más preciso de la presión de carga.


Colector de escape / Catalizador


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El filtro de partículas del motor en las variantes FWD es de conexión cercana, ccDPF ( Close Coupled Diesel Particle Filter). El filtro de partículas está integrado en el catalizador y situado inmediatamente después del turbocompresor. La ubicación más cercana al motor aumenta la eficacia del filtro de partículas y alarga su vida útil. Se ha modificado el volumen del filtro, que ahora es menor que antes: de 3 en vez de 4,2 litros. Aunque el filtro ccDPF ofrece un menor volumen, se ha podido mantener el nivel de activación de la regeneración activa.

En las variantes AWD se usa una solución convencional de filtro de partículas

Sistema de refrigeración

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  1. Termostato
  2. Conductos de conexión al intercambiador de calor
  3. Bomba de líquido refrigerante
  4. Refrigerador del aceite
  5. Depósito de expansión
  6. Radiador
La caja del termostato es de tipo convencional y está montada en el lado de salida. Está situada en una caja de plástico y se cambia como unidad. El sensor de temperatura del motor se halla en un caño saliente dirigido al radiador. La purga se realiza automáticamente y se dirige desde una conexión en la culata especialmente configurada para desviar el posible aire, y desde una conexión del radiador.


Enfriamiento de flujo transversal - bloque de cilindros y culatas

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La bomba de refrigerante bombea líquido refigerante por todo el borde trasero del bloque de cilindros, y el líquido pasa luego por todas la líneas de cilindros a la vez. Este proceso se denomina refrigeración de flujo transversal y proporciona una temperatura más uniforme en el motor.

Este flujo lo proporcionan dos tabiques en forma de placas de chapa sueltas en la envoltura. Estas placas hacen que el líquido refrigerante se distribuya directamente a todos los cilindros, en lugar de enfriar un cilindro a la vez. Ofrece la ventaja de que la diferencia de temperatura entre el cilindro situado más cerca de la entrada del líquido refrigerante y el situado más cerca de su salida es menor.

El enfriamiento de la culata también se lleva a cabo con refrigeración de flujo transversal, lo cual proporciona una refrigeración uniforme de las válvulas. Esto hace que los posibles picos de calor desaparezcan, y que se reduzca al mínimo la diferencia de temperatura entre los diferentes asientos de válvula de las válvulas de escape.

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#3
Diagrama de circulación
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  1. Depósito de expansión
  2. Intercambiador de calor, habitáculo
  3. Termostato
  4. Refrigerador del aceite
  5. EGR
  6. Radiador
Fase de calentamiento, termostato cerrado.

Durante la fase de calentamiento, el termostato está cerrado. El refrigerante circula solamente por los circuitos pequeños, que constan de los siguientes flujos:
  • Circuito de refrigerante desde la culata hasta el intercambiador de calor del habitáculo
  • Circuito de refrigerante de EGR
  • Circuito de refrigerante del radiador de aceite
  • Circuito de derivación
Los circuitos de arriba actúan como canales de derivación, puesto que el refrigerante se desvía, apartándolo del radiador.


Fase operativa, termostato abierto:

Cuando la temperatura del motor se acerca al valor de trabajo, el termostato empieza a abrirse progresivamente. Con ello se cierra progresivamente el circuito de derivación. Entonces empieza la circulación en el circuito de refrigerante grande y el refrigerante es enfriado en el radiador.

Cuando el termostato está completamente abierto, el caudal grande circula por el radiador y durante esta fase operativa el caudal de refrigerante todavía fluye sin modificaciones por el intercambiador de calor del habitáculo, el EGR y el radiador de aceite.


Alojamiento del termostato

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La caja del termostato está situada en la parte frontal del motor, y está fabricada de plástico.
  1. Circuito de derivación
  2. Conexión a EGR
  3. Conexión al radiador
  4. Sensor de temperatura

Bomba de líquido refrigerante
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1. Junta
2. Bomba de líquido refrigerante

La bomba de refrigerante se halla en el bloque de cilindros y la acciona la correa de distribución. Su carcasa está sujeta con 7 tornillos y es de una aleación de aluminio. El piñón es de metal sinterizado. La empaquetadura entre la bomba y el bloque de cilindros es de fibra.


Transmisión de unidad auxiliar
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  1. Alternador
  2. Unidad de cojinete
  3. Compresor del aire acondicionado (A/C)
La distribución para equipos auxiliares es diferente entre plataforma grande y pequeña. El motor D5204T3 de S60, XC60, V70, XC70 y S80 tiene EHPAS en vez de bomba de servodirección accionada por correa. En la posición en que antes estaba la bomba de servodirección mecánica hay ahora una unidad de cojinetes. La unidad de cojinetes tiene dos poleas: la exterior que es accionada por el cigüeñal y la interior que acciona el compresor de AC. La correa de transmisión exterior es una unidad de 5 nervaduras tensada por un tensor hidráulico. La correa de transmisión interior tiene 3 nervaduras y es elástica.

FIN
 
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pauli v60

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3 May 2016
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50
Burgos
#4
Hola, muy interesante...verdad...yo ya lo había leído hace tiempo. Es un motor muy lineal que empuja desde el principio hasta el final de sus rpm, y dentro de su régimen de par motor tiene un consumo contenido y con una potencia suficiente para cualquier circunstancia, sin ser deportivo y tampoco se queda corto, para lo que hoy en día se puede circular sin ir a la cárcel.

A ver si tienes suerte y con la limpieza del conector se te soluciona
 
JAD

V4L

Miembro Master

txon

Miembro Habitual
15 Nov 2012
301
36
Gijón
#8
Interesantísimo. Gracias.

esta frase me llama la atención "En ciertos casos de funcionamiento, por ejemplo a media carga entre 1000 y 2500 rpm, también se realiza una postinyección, cuya finalidad es incinerar el hollín durante la postcombustión en el cilindro. Durante la combustión de regeneración del filtro de partículas se usa una postinyección más para incrementar la temperatura de los gases de escape. "

¿significa esto que siempre se va quemando hollín? ¿tiene que ver con la EGR?
¿a qué regímenes de motor no pasan los gases por la EGR?

por último, en una de las imágenes del pistón se ve como que tiene hendiduras para no chocar con las válvulas ¿se trata de un motor de no interferencia?
 

Burgoscom

Miembro Elite
6 Jun 2015
4.667
2.120
#9
Significa que aunque vayas circulando normalmente si toca hacer la generación la hará sin darte cuenta.