Motor Alfa Romeo Twin Spark

La tecnología Alfa Romeo Twin Spark (TS) se utilizó por primera vez en el Alfa Romeo Grand Prix en 1914. ^{[ 1 ]} A principios de la década de 1960, se empleó en sus coches de carreras ( GTA , TZ ) para lograr una mayor potencia en sus motores. Y a principios y mediados de la década de 1980, Alfa Romeo incorporó esta tecnología a sus coches de calle para mejorar su rendimiento y cumplir con las normativas de emisiones más estrictas.

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 los modelos 164 y 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 se compone exclusivamente de motores de cuatro cilindros en línea con doble árbol de levas . El motor original de ocho válvulas derivaba de la familia Twin Cam de Alfa Romeo y presentaba un bloque y culata de aleación ligera (aleación de aluminio con silicio), camisas de cilindro de hierro refrigeradas por agua y los árboles de levas eran accionados por una cadena de distribución doble. Por lo tanto, su diseño es similar al de los famosos motores Twin Cam de Alfa Romeo , pero con un ángulo de válvula más estrecho y doble encendido en este modelo.

Los motores posteriores de 16 válvulas formaban parte de la serie modular de motores " Pratola Serra " (familia B) de Fiat, y contaban con un bloque de hierro fundido más pesado, una culata de aleación y árboles de levas accionados por correa. El nombre Twin Spark proviene del hecho de que tienen dos bujías por cilindro. El hierro fundido proporcionaba mayor resistencia, menor complejidad y, por lo tanto, menores costos de producción. En su momento, estos motores destacaron por su alta eficiencia, demostrada por la presión media efectiva al freno (BMEP) ejercida sobre las cabezas de los pistones.

Las dos bujías de los motores Alfa Twin Spark de 8 válvulas se activan simultáneamente 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 menor distancia, lo que permite utilizar un menor avance de encendido. Además, se pueden tolerar mezclas más pobres para un mejor consumo de combustible. El motor de 8 válvulas también tiene 8 bujías idénticas. No hay espacio para una bujía en posición central debido al diseño de 2 válvulas, que utiliza  una válvula de admisión de 44 mm de diámetro en el motor de 2.0 litros. En los modelos más recientes que utilizan el motor de 8 válvulas, el sistema también utiliza el popular sistema de chispa perdida (como el que se usa 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 se ubica idealmente en el centro del cilindro, como es común en prácticamente todos los motores multiválvulas. Para alojar una segunda bujía en la cámara de combustión de cuatro válvulas, se coloca una bujía de menor diámetro en el borde de la cámara, entre una válvula de admisión y una de escape. La ubicación de la bujía adicional implica que su impacto en el rendimiento máximo es mínimo. Sin embargo, el motor es capaz de funcionar al ralentí con suavidad incluso en condiciones de mezcla muy pobre (hasta 18:1 AFR), lo que sugiere que la bujía adicional está ahí para mejorar la eficiencia de la combustión bajo cargas ligeras. La siguiente generación de motores Alfa de cuatro cilindros, los motores JTS, eliminaron la segunda bujía, incorporaron la inyección directa y aumentaron su rendimiento.

Los motores TS 16V, de 1.6, 1.8 y 2.0 litros, utilizan una bujía de electrodo de platino de larga duración de 10  mm y otra de 14 mm de diámetro por cilindro. El intervalo de reemplazo de las bujías es de 100 000 kilómetros (62 000 millas) .  

El motor de 16 válvulas cuenta con encendido individual de "bobina sobre bujía", donde la sincronización del encendido es controlada directamente por el sistema de gestión del motor Bosch, con cada bobina activando dos bujías simultáneamente. En los motores de 16 válvulas CF1 y CF2 anteriores, cada bobina activaba la bujía debajo de ella y (a través de un cable de bujía corto) una bujía en el otro cilindro que estaba desfasado 360° con respecto a la rotación del cigüeñal (es decir, una bobina activaba una bujía en el cilindro cerca de la parte superior de la carrera de compresión, y también una bujía en el cilindro cerca de 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). Así, en esta configuración, cada bobina alimenta dos bujías y cada cilindro es alimentado por dos bobinas. En caso de falla de una bobina, una de las dos bujías seguiría funcionando.

Los sistemas de encendido que activan una bujía en un cilindro durante su carrera de escape se denominan sistemas de encendido por chispa perdida, ya que la chispa no enciende nada y, por lo tanto, se considera "desperdiciada". Estos sistemas se utilizan generalmente para ahorrar costes de producción, puesto que se requiere la mitad de bobinas (que, en consecuencia, deben activarse el doble de veces). Por ejemplo, un motor de cuatro cilindros y cuatro tiempos (con una sola bujía por cilindro) solo requiere dos bobinas que se activan alternativamente cada 180° de rotación del cigüeñal, y cada bobina se activa cada 360° de rotación del cigüeñal para encender los cuatro cilindros. En el motor Twin Spark de 16 válvulas, se requieren cuatro bobinas para las ocho bujías, por lo que es improbable que el ahorro en la producción haya sido un factor determinante en la adopción de un sistema de chispa perdida.

En el CF3 posterior (a partir de 2001, con norma de emisiones Euro 3) 16v TS, las cuatro bobinas encienden ambas bujías en un cilindro (por lo que no 1 y 4 ni 2 y 3 como pares), y puede que no sea un sistema de chispa perdida. Los beneficios potenciales de que cada bobina esté asociada a un cilindro son: reducir a la mitad la frecuencia de encendido: la bobina solo necesita encenderse cada 720° de rotación del cigüeñal en lugar de cada 360°. Esto duplicaría el tiempo de saturación de la bobina, reduciendo la carga de la bobina y mejorando la calidad de la chispa a altas rpm. Algunos sistemas de gestión del motor Bosch tienen la capacidad de adelantar y retrasar el avance del 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 también incorporan otros dos dispositivos para mejorar el rendimiento durante su funcionamiento: el variador de fase del árbol de levas y el control de longitud de admisión variable (o colector de admisión modular, según la terminología de Alfa Romeo) en las versiones posteriores (con tapa de levas de plástico) de 1.8 y 2.0 litros. Cuando se utilizan ambos sistemas variables, la ECU de gestión del motor Bosch Motronic los controla de forma conjunta en función de las revoluciones por minuto, 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 al motor, la unidad de control verifica: la sincronización de la admisión en dos posiciones angulares (y) la geometría de los conductos de admisión en dos longitudes (solo 1.8/2.0 TS). A la velocidad de par máximo, la unidad de control establece la fase "abierta": leva adelantada 25°, conductos largos de la carcasa de admisión (solo 1.8/2.0 TS). A la velocidad de potencia máxima, la unidad de control establece la fase "cerrada": leva en posición normal, conductos cortos de la caja de admisión. A velocidad de ralentí, la unidad de control establece la fase "cerrada": leva en posición normal y conductos cortos de la caja de admisión. En las demás condiciones de funcionamiento del motor, la unidad de control selecciona la configuración más adecuada para optimizar el rendimiento, el consumo y las emisiones. Durante la deceleración, los conductos de admisión de la caja siempre son 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 la mezcla aire/combustible comience y termine antes cuando está en posición avanzada, iniciando así la compresión de la mezcla antes. O bien, que la fase de compresión comience más tarde (cuando el árbol de levas no está en posición avanzada) al retrasar el cierre de la válvula de admisión. La compresión real de los gases solo puede comenzar 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) se puede reducir la relación de compresión efectiva en posición no avanzada. Esto tiene ventajas, ya que reduce la relación de compresión efectiva manteniendo la relación de expansión como antes, para disminuir 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, el solapamiento de válvulas (el período durante el cual ambas válvulas están abiertas simultáneamente) también aumenta en este modo. Esto promueve el efecto de barrido de los gases de escape salientes, lo que provoca un vacío parcial en el cilindro que ayuda aún más a llenar el cilindro con una carga fresca. Además, este mayor solapamiento puede provocar que parte de los gases de escape vuelvan a entrar, haciendo que funcione como un sistema EGR interno.

Al igual que en sistemas de distribución variable de admisión similares, como el BMW VANOS, la distribución se restablece al estado retardado a altas revoluciones para mejorar la potencia y la eficiencia, ya que la dinámica de los gases de admisión varía con las revoluciones. Los conductos de admisión cortos están ajustados a la frecuencia más alta y, por lo tanto, a la onda de presión más corta en el conducto de admisión.

En los motores de 16 válvulas, el variador del árbol de levas se utiliza para mejorar el rendimiento y reducir las emisiones, pero también podría ser la causa del ruido característico de los motores diésel, frecuente en modelos usados ​​con alto kilometraje que utilizan componentes internos del variador de versiones anteriores. Este mismo sistema de variador se emplea en muchos motores Fiat / Lancia , como el del Lancia Kappa de 5 cilindros, algunos motores Fiat Bravo / Fiat Marea , Fiat Barchetta , Fiat Coupé , Fiat Stilo , entre otros.

El colector de admisión modular Alfa Romeo es un sistema de admisión variable instalado en los motores CF2 de 1.8 y 2.0 litros Twin Spark más recientes. Funciona alternando entre dos conductos de admisión de aire independientes de diferente longitud (un par para cada cilindro) para acortar o alargar el recorrido desde el final del conducto de admisión (dentro del plenum) hasta las válvulas de admisión. El sistema es servoaccionado 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 optimizada funcionan utilizando las resonancias armónicas creadas dentro del 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, en efecto, un difusor de velocidad que refleja una onda de presión positiva hacia abajo para maximizar el llenado del cilindro con la mezcla de combustible y aire. El rango de rpm en el que la onda de presión llega a las válvulas de admisión abiertas y puede ayudar en el llenado del cilindro está determinado por la longitud del conducto y es relativamente estrecho. El intercambio de conductos de admisión de diferente longitud amplía el rango de revoluciones por minuto en el que se obtienen los beneficios de los conductos de admisión optimizados, lo que da como resultado una curva de par más plana y, en consecuencia, más potencia en todo el rango de revoluciones.

Además, se ha maximizado el flujo de aire dentro del tubo de admisión original entre la mariposa y la caja del filtro de aire. Esto incluye una "trompeta de entrada" al final del tubo de admisión dentro de la caja del filtro de aire (a menudo denominada "cono" por los aficionados a Alfa Romeo), diseñada para mejorar el flujo de aire y la dosificación de combustible al reducir la turbulencia (y que puede reflejar ondas de presión positiva de vuelta por el tubo de admisión). Existe un amplio debate sobre la mejora del rendimiento mediante la eliminación de la trompeta o "desconado", como se le suele llamar, ya que algunos creen que la trompeta restringe el flujo de aire debido a su pequeña sección transversal de entrada. Si bien el "desconado" mejora la sección transversal de entrada, es probable que cualquier beneficio se vea contrarrestado por el "efecto de estrangulamiento" de una entrada sin radio, que es de 0,6 a 0,5 veces la eficiencia del radio de una trompeta en una entrada del mismo diámetro ^{[ 3 ].}

La distribución variable de válvulas proporcionó al motor Twin Spark un rendimiento muy bueno para su cilindrada, pero es uno de los puntos débiles del motor de 16 válvulas. El variador original que controla la sincronización de las levas es propenso al desgaste o al atasco, aunque la pieza de repuesto tiene un número de pieza diferente y una fiabilidad 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 se prolonga gradualmente. ^{[ 4 ]} Por lo tanto, es recomendable cambiar el variador independientemente de su estado aparente  al cambiar la correa de distribución a los 60 000 km (36 000 millas). El problema del variador no se observa con frecuencia en la versión anterior del Twin Spark de 8 V, ya que estas utilizan un sistema de variador de distribución de levas diferente; este también es el caso de las versiones posteriores de 16 V utilizadas en el Alfa Romeo 156 y el 147, donde se solucionó el problema del variador.

• 1,7 L (1748 cc) 84 kW (114 CV; 113 bhp) a 6000 rpm, 146 N⋅m (108 lb⋅ft) a 3500 rpm       
• 1,8 L (1773 cc) 98 kW (133 CV; 131 bhp) a 6000 rpm, 165 N⋅m (122 lb⋅ft) a 5000 rpm       
• 2,0 L (1962 cc) 109 kW (148 CV; 146 bhp) a 5800 rpm, 186 N⋅m (137 lb⋅ft) a 3000 rpm       
• 2,0 L (1995 cc) 104 kW (141 PS; 139 bhp) a 6000 rpm, 187 N⋅m (138 lb⋅ft) a 5000 rpm (cat.)       

aplicaciones:

• Alfa Romeo 75
• Alfa Romeo 164
• Alfa Romeo 155

• 1370 cc (1,4 L) 76 kW (103 CV; 102 bhp) a 6300 rpm, 124 N⋅m (91 lb⋅ft) a 4600 rpm, Diámetro x Carrera: 82 x 64,87 mm        
• 1598 cc (1,6 L) 77–88 kW (105–120 PS; 103–118 bhp) a 5600-6200 rpm, 140–146 N⋅m (103–108 lb⋅ft) a 4200-4500 rpm, Diámetro x Carrera - 82 x 75,65 mm        
• 1747 cc (1,7 L) 103–106 kW (140–144 CV; 138–142 bhp) a 6500 rpm, 163–169 N⋅m (120–125 lb⋅ft) a 3500-3900 rpm, Diámetro x Carrera: 82 x 82,7 mm        
• 1969 cc (2,0 L) 110–114 kW (150–155 CV; 148–153 bhp) a 6400 rpm, 181–187 N⋅m (133–138 lb⋅ft) a 3500-3800 rpm, Diámetro x Carrera: 83 x 91 mm        

Aplicaciones:

• Alfa Romeo 155
• Alfa Romeo GTV (Tipo 916)
• Alfa Romeo Spider (Tipo 916)
• Alfa Romeo 145
• Alfa Romeo 146
• Alfa Romeo 166
• Alfa Romeo 156
• Alfa Romeo 147
• Alfa Romeo GT