Valvulas en Motores de Cuatro Tiempos

La distribucin comprende el grupo de elementos auxiliares necesarios para el funcionamiento de los motores de cuatro tiempos. Su misin es efectuar la apertura y cierre de las vlvulas en los tiempos correspondientes del ciclo de admisin y escape, sincronizadas con el giro del cigeal, del cual recibe movimiento. Segn la distribucin utilizada la forma constructiva de los motores cambia. Hay tres tipos de distribuciones: SV, OHV y OHC. El sistema SV no se utiliza desde hace tiempo ya que las vlvulas no estn colocadas en la culata sino en el bloque motor, lo que provoca que la cmara de compresin tenga que ser mayor y el tamao de las cabezas de las vlvulas se vea limitada.

SV(Side valves) es un sistema de distribucin muy sencillo, el primero que se populariz, y fue el ms usado en los motores de gama ms baja y media, hasta los aos 50. Las vlvulas estn en el block, y las acciona directamente el arbol de levas.

Esquema del Mecanismo de accionamiento en un motor SV de principios del siglo XX, se aprecia el rbol de levas en la parte inferior con el mecanismo de reglaje de holgura y el muelle de la vlvula exteriores, culata no desmontable y la buja enfrente de la vlvula.

Motor continental 1930

Moto BMW del ao (1938)

BMW de vlvulas laterales (1937)

************************************************** OHV (OverHead Valve): se distingue por tener el rbol de levas en el bloque motor y las vlvula dispuestas en la culata. La ventaja de este sistema es que la transmisin de movimiento del cigeal a el rbol de levas se hace directamente por medio de dos piones o con la interposicin de un tercero, tambin se puede hacer por medio de una cadena de corta longitud. Lo que significa que esta transmisin necesita un mantenimiento nulo o cada muchos km (200.000). La desventaja viene dada por el elevado numero de elementos que componen este sistema lo que trae con el tiempo desgastes que provocan fallos en la distribucin. * Sistema de fabricacin muy sencilla y por lo tanto econmico * Supuso un gran avance en su da respecto a los sistemas de vlvulas laterales SV ya que permiti reducir la cmara, elevando la compresin y por tanto el rendimiento termodinmico

Se comenz a usar desde los aos 1910, en los motores de alta gama, y desde los aos 1950 de modo masivo. Actualmente no se desarrolla ninguno, sustituidos por los SOHC y los DOHC. Los que an estn en produccin, con sistemas de gestin modernos, datan de los aos 1970. Ejemplos de motores : Motor del Fiat -SEAT 600 850 127 124 ; Opel Corsa A OHV 1.0 y 1.2 y Opel Kadett A,B,C; Ford Fiesta Valencia 950,1100 ( 1 generacin), Renault tipo C : Renault 8-4-5-6-12 , Renault Twingo), de 950, 1120, 1400 cc. ************************************************** Los sistemas OHC (OverHead Cam) o SOHC (single overhead camshaft) se distinguen por tener el rbol de levas en la culata lo mismo que las vlvulas. Es el sistema utilizado hoy en da en todos los coches a diferencia del OHV que se dejo de utilizar al final de la dcada de los aos 80 y principio de los 90. La ventaja de este sistema es que se reduce el numero de elementos entre el rbol de levas y la vlvula por lo que la apertura y cierre de las vlvulas es mas preciso. Tiene la desventaja de complicar la transmisin de movimiento del cigeal al rbol de levas, ya que, se necesitan correas o cadenas de distribucin mas largas que con los km. tienen mas desgaste por lo que necesitan mas mantenimiento.

Dentro del sistema OHC hay diferentes formas de accionar las vlvulas rbol de levas actuando sobre el balancn

rbol de levas por debajo del balancn

rbol de levas actuando directamente sobre la vlvula.

En la imagen de la izquierda SOHC ciclo Otto, de 1987 con cmaras hemisfricas y balancines. En la imagen de la derecha SOHC de ciclo Otto, con vlvulas paralelas, sin balancines.

Motor SOHC de una moto Fusi de competicin 1937.

Culata con rbol de levas de un motor Honda de tres valvulas por cilindro

Culata Renault 1.4

************************************************** DOHC (double overhead camshaft) o Twin cam engine usa dos rboles de levas, ubicados en la culata, para operar las vlvulas de escape y admisin del motor. Se contrapone al motor single overhead camshaft, que usa slo un rbol de levas. Algunas marcas de coches le dan el nombre de Twin Cam. La principal diferencia entre ambos tipos de motores es que, en el motor DOHC, se usa un rbol de levas para las vlvulas de admisin y otro para las de escape; a diferencia de los motores SOHC, en donde el mismo rbol de levas maneja ambos tipos de vlvulas.

Los motores DOHC tienden a presentar una mayor potencia que los SOHC, aun cuando el resto del motor sea idntico. Esto se debe a que el hecho de poder manejar por separado las vlvulas de admisin y de escape permite configurar de una manera ms especfica los tiempos de apertura y cierre, y por ende, tener mayor fluidez en la cmara de combustin.

Mercedes-Benz M110 y Corte de una culata con doble rbol de levas o DOHC.

* Mayor coste constructivo de la culata y mecanismo de distribucin, se puede paliar en parte por el uso de correa en lugar de cadena. * Mayor dificultad para el registro de vlvulas, ya que este sistema lleva platillos o Taqu y se registran mediante este. Platillos o Taqu en una tapa de cilindros de Honda

Culata de refrigeracn a aire de una moto Suzuki GS 550 cc con cuatro valvulas por cilindro.

Culata de Mitsubishi

************************************************** DISTRIBUCION DESMODROMICA La palabra desmodrmico procede de la fusin de 2 voces griegas: desmos (vinculo) y dromos (carrera). Su significado literal, referido al movimiento alternativo de las vlvulas, es, por consiguiente, el de carrera sujeta a un vnculo, de movimiento no libre sino regulado mecnicamente. El desplazamiento de las vlvulas est vinculado, ya que ellas en la prctica estn obligadas a cerrarse segn un procedimiento mecnico que no concede alternativas. Realmente lo correcto sera decir sistema de mando de distribucin desmodrmico, pero normalmente se acorta en distribucin desmodrmica o simplemente (como en las Ducati) desmo.

El sistema de mando desmodrmico prev que el rbol de levas accione ambos movimientos de la vlvula, tanto el de apertura como el de cierre. As el rbol, al girar, primeramente empuja el vstago de la vlvula (apertura) y luego tira de l hacia arriba (cierre). De este modo resulta superflua la presencia de los muelles, que efectivamente no existen en los motores con este sistema de mando de distribucin.

La ventaja fundamental que ofrece el mando desmodrmico es la de permitir al motor trabajar a elevados regmenes de revoluciones. Con el sistema de muelles recuperadores sucede lo contrario, ya que una vez se alcanza un determinado nmero de revoluciones, siempre ms all del rgimen de potencia mxima, es posible que los muelles no estn en condiciones de cumplir idneamente con su cometido. Vamos a considerar el caso de un motor que funcione a 6.000 r.p.m. (revoluciones por minuto). Cada vlvula debe abrirse y cerrarse 50 veces cada segundo. En estas condiciones de frecuencia, la inercia de los muelles puede impedir a las espiras distenderse con suficiente rapidez, por lo que las vlvulas no consiguen cerrarse a tiempo. En ese momento tiene lugar un fenmeno conocido como rebote de vlvulas. Esto quiere decir que la vlvula rebota contra el empujador y ste contra el rbol de levas, que mientras tanto ha adelantado, lo que conduce a la actuacin de fuerzas opuestas motivando la aparicin vibraciones, debido a la imposibilidad de los muelles de seguir el ritmo del motor. Cuando las vlvulas golpean el rbol de levas, todo el sistema de distribucin resulta muy ruidoso (evidente), la potencia se reduce (al no cerrar las vlvulas totalmente hay perdida de gases frescos hacia el escape y retorno de gases de escape hacia la admisin), y los muelles llegan a romperse con frecuencia.

El mando desmodrmico permite adems, a igualdad de revoluciones, una cierta ganancia de potencia respecto a un sistema tradicional. Es evidente, en un sistema tradicional cada vez que el rbol de levas empuja una vlvula (50 veces por segundo a 6.000 r.p.m.) debe aplastar el muelle y vencer su resistencia a la deformacin. El sistema desmodrmico ha sido adoptado casi exclusivamente en motores de competicin (como el Mercedes 300 SL alas de gaviota y algn OSCA, adems de las motos Ducati). Su elevado costo de fabricacin, su complejidad mecnica y la dificultad de su puesta a punto han desaconsejado en general su empleo en motores de calle.

Adems hay que resaltar que, en los motores de competicin, la adopcin ha sido espordica y solo en muy pocos casos su rendimiento se ha demostrado efectivamente superior a los sistemas convencionales con mando mediante muelles. Quiz el sistema de distribucin de mando desmodrmico que podamos tener ms cercano es el que emplea la firma Ducati en muchos de sus motores de motos. Ducati denomina a esta distribucin desmo. Bsicamente es un sistema con 3 rboles de levas: uno para el cierre y otros dos para la apertura de las vlvulas. Si alguna vez tenen ocasin de verlo no la desaprovechen, pero salvo que ya sean mecnicos EXPERTOS no intenten desarmarlo para luego armarlo y ponerlo a punto. Es una de las cosas ms complejas y difciles que hay en la mecanica. Vlvula con mando desmodrmico en un motor Ducati.

La principal ventaja del sistema desmodrmico es que hace virtualmente imposible el fenmeno conocido como Rebote de vlvulas que se da a veces en regmenes altos de funcionamiento del motor. El rebote de las vlvulas sucede cuando el resorte no puede recuperarse a tiempo del empuje de la leva, siendo golpeado nuevamente por esta antes de cerrar completamente la vlvula sobre su asiento. En ese caso, la vlvula permanece flotando y no llega a cerrarse, por lo que el motor pierde todo su rendimiento. De no haber una recuperacin bajando las RPM, se corre el riesgo de doblar los vstagos de las vlvulas o romperlas al golpear estas la cabeza del pistn. En un motor de distribucin desmodrmica, los resortes pierden su papel, quedando determinados o controlados tanto el movimiento de apertura como el de cierre por el giro del o de los rboles de levas.

Otra ventaja de este sistema de distribucin es que disminuye el trabajo del motor en la apertura de las vlvulas, ya que no tiene que vencer el muelle para abrir la vlvula, con lo que en trminos reales consigue un aumento de potencia del motor por lo que se usa sobre todo en motores de competicin.

Ducati para sus modelos de cuatro vlvulas por cilindro, que dio lugar (en su evolucin) en el ao 2001 a otro de los nombres comerciales mticos de la marca italiana, Testastretta o culata compacta, haciendo referencia a un diseo de culata muy compacto que permite una disposicin de las vlvulas mucho ms vertical, mejorando el rendimiento del motor. Una ventaja importante de este diseo es que cuenta con dos rboles de levas; pudiendo, por tanto, independizar la admisin del escape y llegar a un sistema de distribucin variable.

Ducati tambin, disea un sistema con cuatro rboles de levas para la competicin.

En los tiempos actuales, los motores de Frmula Uno utilizan una variante del sistema desmodrmico, en el cual el cierre de las vlvulas se logra mediante un mecanismo neumtico: El vstago de la vlvula est provisto de un pequeo pistn, el cual a su vez est introducido en un cilindro situado en el lugar que ocupara el resorte. Una bomba especialmente diseada bombea un fluido (aire + aceite o un fluido especial) que mantiene una presin suficiente para cerrar la vlvula. Una pequea vlvula de presin colocada en este cilindro, mantiene la presin adecuada y permite la recirculacin del fluido para los ciclos subsiguientes. ************************************************** Distribucion variable Cuanto ms rpido gira un motor, ms difcil resulta llenar los cilindros, puesto que las vlvulas abren y cierran mucho ms rapido. Lo ideal es que la vlvula de admisin se abra un poco antes del inicio de la carrera de admisin, y la de escape un poco antes de iniciarse la carrera de escape, para ayudar as al vaciado y llenado de los cilindros. El inconveniente proviene de que el momento ptimo de apertura de las vlvulas es diferente para cada rgimen del motor, por lo que resulta imprescindible sacrificar rendimiento en todos los regmenes de giro para obtener un resultado aceptable tambin en todos los regmenes de giro. Lo que hace la distribucin variable es precisamente cambiar el momento de apertura y cierre de las vlvulas en funcin del rgimen del motor. Los sistemas ms sofisticados tambin pueden controlar el tiempo durante el que la vlvula permanece abierta A la hora de cambiar los tiempos de distribucin tenemos que hacer una serie de consideraciones sobre los sistemas de distribucin en general:

En la figura inferior se ilustra un diagrama de distribucin as como la apertura de las vlvulas y el llamado cruce de vlvulas. Hay que destacar los siguientes puntos: - La vlvula de admisin debe abrirse antes del P.M.S., es decir, antes de que el pistn empiece a descender en el tiempo de admisin. - La vlvula de admisin permanece abierta mucho despus del P.M.I., (en plena fase de compresin) para aprovechar la velocidad de los gases entrantes, lo cual ayuda a introducir una cantidad adicional de la mezcla de aire y combustible en el cilindro. - La vlvula de admisin regula el rango de revoluciones del motor. Si esta se cierra mas tarde, entra mas combustible en el cilindro y, por lo tanto, las revoluciones aumentan. - El punto de cierre de la vlvula de admisin tambin determina la relacin de compresin efectiva, opuesto a lo que ocurre con la relacin de compresin esttica. Si la vlvula se cierra mas tarde, la compresin real del motor ser menor. - La vlvula de escape debe abrirse mucho antes de que termine el tiempo de explosin para liberar la presin de los gases en expansin que estn en el cilindro antes de que el pistn suba en el tiempo de escape. La potencia del motor no se ve afectada por el hecho de que las vlvulas de escape se abran en ese punto, ya que la mayor parte de la potencia de los gases en explosin ha sido transmitida al pistn durante el tiempo de explosin. La vlvula de escape debe estar casi totalmente abierta en el momento en el que pistn alcance la velocidad mxima. De esta manera, no hay resistencia al movimiento causada por la presin del gas de admisin, la cual producira una perdida de bombeo. - La leva mantiene abierta la vlvula de escape pasado el P.M.S. En regmenes elevados, la inercia del gas que sale del cilindro crea un vaco tras de si, absorbiendo ms mezcla de admisin. Al vaciar al mximo el cilindro de gases de escape, aumenta la capacidad para alojar la mezcla fresca de aire y combustible, aumentado as la potencia del motor.

Cruce de vlvulas El periodo de cruce de vlvulas tiene lugar en el inicio del tiempo de admisin, cuando la vlvula de admisin ya esta abierta y la de escape no se ha cerrado por completo. Los motores de serie tienen un cruce de vlvulas de 15 a 30 grados de giro del cigeal. En el ejemplo de la figura superior la magnitud del cruce es de 20 grados. Los rboles de levas de los vehculos de carreras tienen cruces de vlvulas que van de 60 a 100 grados. Un cruce adicional proporciona un llenado de cilindro mas eficaz a altas revoluciones, pero produce un vaco en el motor mas bajo, as como una mayor pobreza en el rendimiento en los bajos regmenes, en la calidad de marcha en ralent y en la economa de combustible a baja velocidad. Si la vlvula de admisin se abre demasiado pronto, la calidad de marcha en ralent se deteriora, mientras que el rendimiento en regmenes elevados no mejora demasiado. La velocidad mxima del pistn en el tiempo de admisin se alcanza antes de la apertura mxima de vlvula, por lo que si la vlvula se abre antes, podra mejorar la respiracin del motor. El factor del cruce de vlvulas que afecta al rendimiento en regmenes elevados es el cierre de la vlvula de escape. De hecho, aumentar el tamao de la vlvula de escape y su orificio correspondiente no suele considerarse demasiado adecuado para la obtencin de mas potencia, ya que la vlvula de escape limita en mayor medida el flujo procedente del cilindro a medida que se cierra. Un cruce elevado de vlvulas puede generar problemas de holguras entre la vlvula y el pistn, es decir, que podran llegar a tocarse. La elevada alzada de las vlvulas no causa este problema, ya que el pistn esta en una posicin baja dentro del cilindro cuando la vlvula se abre al mximo. Un cruce vlvulas mas reducido aumenta la presin en el cilindro a revoluciones mas bajas. Los diseadores de rboles de levas intentan minimizar el cruce de vlvulas al tiempo que procuran maximizar el rendimiento en regmenes elevados. Forma de levas Las levas estn formadas por un circulo base y una cresta que esta flanqueada por dos costados mas o menos rectos. Las levas tienen un contorno preciso. Su forma constituye una solucin de compromiso, ya que el perfil de leva que mejora el rendimiento a altas revoluciones impide un funcionamiento optimo a bajas revoluciones. Esto se debe a la inercia de los gases. La inyeccin de aire mas grande tiene lugar cuando la velocidad del pistn alcanza su nivel mximo, que ocurre cuando el diferencial de presin entre el interior y el exterior llega a su mximo. Los dos factores que caracterizan el contorno de la leva son la alzada y el ngulo de apertura. La alzada es la altura a la que la leva eleva el taqu, mientras que el ngulo de apertura es el numero de grados del giro del cigeal durante los cuales la vlvula esta fuera de su asiento.

Sistema variable es el que permite modificar los ngulos de apertura de las vlvulas para aumentar el tiempo de llenado y vaciado del cilindro cuando el motor gira alto de vueltas y el tiempo disponible para ello es menor. Estos sistemas permiten utilizar el tiempo ptimo de apertura y cierre de las vlvulas a cualquier rgimen de giro del motor. Segn el fabricante del sistema se utilizan diferentes soluciones que modifican el calado de los rboles de levas, hacen actuar otra leva a altas revoluciones o modifican por medio de excntricas la posicin del rbol de levas sobre sus apoyos. Hay dos sistemas fundamentales a la hora de variar la distribucin. 1.- Variacin de la alzada de vlvula, con ello se consigue modificar simultneamente el avance y cierre de la vlvula, adems de disminuir el rea de paso de los gases frescos. 2.- Desplazamiento del rbol de levas con respecto al cigeal. De la combinacin de estos dos movimientos es posible ajustar cada uno de los ngulos de manera independiente al valor deseado.

La utilizacin de convertidores de fase, normalmente, solo se hace en motores con dos rboles de levas en cabeza (DOCH), tal y como los encontramos en motores multivalvulas. Sin embargo. la primera regulacin de rboles de este tipo, fabricada en serie, se introdujo en un motor de 2 vlvulas por cilindro de Alfa Romeo en el modelo Twin Spark de 2,0 litros, el cual tambin dispone de 2 rboles de levas en cabeza. Este motor gracias al convertidor de fase y a un doble encendido, da unos valores de rendimiento de 150 CV que, normalmente, solo los alcanzan motores multivlvulas y, por tanto, demuestra como a pesar de usar un motor de 2 vlvulas se consigue unos valores de potencia elevados.

En el convertidor de fase normalmente se regulan hacia adelante o hacia atrs los rboles de levas de admisin durante el funcionamiento alrededor de 10 a 20 con respecto al ngulo entre rboles de levas (que corresponde a 20 40 del ngulo de calado respecto al cigeal). Para la construccin de tales mecanismos de regulacin solo son adecuados aquellos mandos del rbol de levas en los que las cadenas de distribucin (o correa de distribucin) discurra a lo largo de los 2 rboles de levas o bien solo se accione el rbol de levas de escape. Entre la rueda de propulsin de accionamiento del rbol de levas y el rbol de levas de admisin se instala un mecanismo electrohidrulico de torsin, que lleva a cabo la torsin relativa deseada y que es gestionada electrnicamente. Durante la torsin del rbol de levas de admisin se modifican simultneamente 4 parmetros importantes del diagrama de distribucin. - El cruce de vlvulas - El inicio de la apertura de admisin - El fin del cierre de la vlvula de admisin Estos parmetros tienen una influencia esencial sobre la potencia y el par motor, pero tambin sobre la calidad de la marcha en vaco, del comportamiento de los gases de escape y del consumo. Hay dos procedimientos de regulacin que se utilizan hoy en da en los convertidores de fase que dependen de la carga y del numero de revoluciones. Vamos a explicar todo esto tomando el ejemplo del motor V6 de 24 vlvulas de Mercedes. - En la marcha en vaco y para la zona inferir de la carga parcial, el rbol de levas de admisin esta atrasado, lo cual da como resultado una calidad elevada de la marcha en vaco y un buen comportamiento de respuesta. - Como muy tarde a 2000 r.p.m. se produce la posicin adelantada del rbol de levas de admisin a 34 del ngulo de calado respecto al cigeal, para conseguir el incremento deseado del par motor. - Algo por encima de 5000 r.p.m. se produce la posicin atrasada del rbol de levas de admisin, para mantener la potencia elevada hasta el rgimen de revoluciones mximo (7000).

Sistema VANOS

Un sistema mas complejo utilizado por BMW para motores de 3 litros de cilindrada, es el que permite cualquier posicin intermedia del rbol de levas de admisin dentro de un mbito total de regulacin de 42. La regulacin del vehculo para una velocidad mxima de 250 km/h tambin se produce por medio de este sistema. El sistema de accionamiento que utiliza el aceite a presin para su funcionamiento cuenta con un sistema propio que trabaja con una presin de 100 bar y tambin dispone de un depsito de aceite. La bomba de aceite de alta presin esta integrada en la unidad de regulacin y se acciona por medio del rbol de levas de escape. La presin elevada del aceite es necesaria, para mantener el pistn regulador, que realiza la torsin de la rueda dentada hacia el rbol de levas de admisin por medio de un dentado helicoidal, en cualquier posicin intermedia con seguridad. Para ello se requieren tambin 2 vlvulas de mando electromagnticas, as como 2 ruedas con marcas para la posicin de los rboles de levas con sus correspondientes indicadores de posicin. La informacin necesaria para la regulacin procede de un mecanismo de mando propio del motor.

Con el paso del tiempo BMW incorpora la tecnologa del sistema de decalador variable a los dos arboles de levas, es decir, al de admisin y tambin al de escape. Se regulan en continuo los rboles de levas de admisin y de escape dentro de un campo amplio, lo que provoca una elevada potencia especifica y al desarrollo homogneo del par motor. El sistema VANOS doble o tambin denominado Bi-VANOS es la denominacin que se da al sistema que acabamos de explicar con regulacin en ambos arboles de levas (admisin, escape).

Porsche: utilizo en sus modelos 968 y en las primeras series del 996 Carrera un sistema (Variocam) para variar los tiempos de distribucin un tanto peculiar. El mecanismo hidrulico controlado por la unidad electrnica de control segn el rgimen de vueltas del motor empuja con dos patines y abre la cadena, que mueve los rboles de levas, provocando su desplazamiento y por lo tanto se produce un reajuste del los tiempos de apertura y cierre de las vlvulas de admisin. Al reducir el nmero de vueltas del motor los muelles repliegan el mecanismo de empuje de la cadena a su posicin inicial. Este dispositivo se monta sobre una distribucin de 4 vlvulas por cilindro y se complementa con un sistema de distribucin variable.

Este sistema de distribucin variable es controlado por una seal elctrica que envia la centralita de inyeccin (ECU) hacia un actuador que empuja unos patines que tensan la cadena de distribucin. La regulacin de la distribucin se hace siguiendo unos parametros: * Para regimenes inferiores a 1500 rpm, las vlvulas de admisin abren 7 despues del PMS y cierra 52 despus del PMI. Con estos parametros, el motor funciona con un giro uniforme a bajas rpm, y la emisin gases sin quemar es muy baja debido a que no existe cruce de vlvulas. * Para regimenes comprendidos entre 1500 y 5500 rpm, el rbol de levas de admisin recibe un avance de 9 respecto al de escape. Esto significa que las vlvulas de admisin abre 8 antes del PMS y cierran 37 despus del PMI. Con este diagrama se consigue un buen llenado de los cilindros y un aumento del par motor. * A partir de 5500 rpm, el rbol de admisin vuelve a la posicin inicial, es decir, apertura 7 despus del PMS y cierra 52 despues del PMI. Como vemos esto es una contrariedad, pero es debido a que la alta velocidad de entrada de los gases de la mezcla necesitan un mayor retraso al cierre de admisin. para aprovechar su inercia y lograr que entre mas cantidad de mezcla en los cilindros.

Audi A3 1.8l 5V y 2.8 V6: este motor utiliza un sistema parecido al anterior donde se varian los tiempos de distribucin actuando sobre el rbol de levas de admisin.

* En la posicin de reposo la linea de control A esta abierta y el aceite a presin actua sobre el pistn actuador por debajo del pistn actuador, por lo tanto no hay variacion en la apertura de las vlvulas de admisin.. * Por encima de las 1300 rpm la linea de control B esta abierta y el aceite a presin actua por encima del pistn actuador que empuja los patines hacia abajo, con lo que se adelanta la apertura de las vlvulas de admisin. * A partir de 5000 rpm, el rbol de admisin vuelve a la posicin inicial, es decir se retrasa la apertura de las vlvulas de admisin. Esto se debe a que la alta velocidad de entrada de los gases necesita de un mayor retraso al cierre de admisin, para aprovechar su inercia y lograr que entre mas cantidad de mezcla en los cilindros. Este variador de los tiempos de distribucin cambia el momento de apertura y cierre de las vlvulas de admisin pero el ngulo total de apertura permanece invariable.

Sistema VTEC de Honda Siglas de Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System. Honda presento en el ao 1989 un sistema para la variacin de los tiempos de distribucin, en el cual los arboles de levas no se torsionan. No solo se regula la fase de apertura, sino el tambin el tiempo y la seccin de la misma. El objetivo de esta medida son leyes creadas a medida para la apertura de la vlvulas para regmenes de revoluciones diferentes. Para un numero de revoluciones medio, los tiempos de apertura mas cortos y una carrera de vlvula menor elevan la velocidad de gas y, por tanto, tambin el llenado y el par motor dentro de este margen. Para un numero de revoluciones superior, los tiempos de apertura mas largos y una carrera de vlvula mas grande intensifican la respiracin del motor, lo cual, a su vez, tiene un efecto sobre la potencia.

El mtodo por el cual puede conseguirse este efecto, requiere para 4 vlvulas por cilindro, 6 levas y 6 balancines de palanca. Las levas externas, que estn asignadas directamente a las vlvulas, portan perfiles suaves y la leva central tiene los tiempos de distribucin mas largos y la carrera de la leva mas grande. En el rgimen de revoluciones bajo, solo estn activas las levas externas, mientras que la leva central se acciona, por decirlo de alguna forma, en vaco, es decir, no tiene efecto alguno sobre las vlvulas de los balancines de palanca centrales. Un muelle adicional evita que se pierda el contacto entre la leva y el balancn de palanca. Existen unos pasadores que se pueden desplazar de forma hidrulica y que entre 5000 y 6000 r.p.m. realizan una conexin mecnica entre los 3 balancines de palanca. Desde ese momento es la leva central mas grande la que seala la apertura de la vlvula. La presin de distribucin necesaria para el desplazamiento la proporciona el circuito de aceite lubricante del motor. Para que el acoplamiento de los balancines de palanca funcione bien, es necesario que los crculos de base de todas las levas sean igual, de modo que cuando las vlvulas estn cerradas los alojamientos y los pasadores estn alineados. Honda ha demostrado la capacidad de rendimiento del sistema VTEC (DOCH) que tiene dos rboles de levas situados en la parte superior

Una variante del VTEC es el VTEC-E, la E viene de Econony, este sistema se adapta al funcionamiento de un motor con mezcla pobre. El objetivo de este motor esta en la reduccin del consumo de combustible y de las emisiones de los gases de escape. Para el primer VTEC-E Honda utilizo como base el conocido motor Civic de 4 cilindros y 1,5 litros. Para la desconexin de las vlvulas se utiliza el VTEC-SOCH desarrollado con tan solo un rbol de levas situado en la parte superior. El VTEC-E no acta sobre las vlvulas de escape teniendo estas una distribucin fija. El sistema solo acta sobre las vlvulas de admisin, a bajas r.p.m. solo abre una de las vlvulas y altas r.p.m. abren las dos. De esta manera se aprovechan las ventajas de los motores de dos vlvulas por cilindro en unos momentos determinados y en otros momentos las ventajas de los motores de 4 vlvulas por cilindro.

El funcionamiento de este sistema se puede dividir en dos estados: * Balancines sin acoplar: por debajo de de 2500 r.p.m. las balancines primario y secundario actan independientemente y son movidos por las levas (1), de 8 mm de alzada, y (2), de 0,65 mm de alzada. Esta pequea abertura evita la acumulacin no deseable de la mezcla en el segundo conducto de admisin. El uso de una sola entrada para la mezcla provoca un fuerte turbulencia dentro del cilindro que permite realizar una combustin mas eficaz, incluso con mezclas pobres. Con la apertura de una sola vlvula el llenado del cilindro mejora a bajas r.p.m. por lo que aumenta el par motor. La vlvula de admisin que se mantiene inactiva se acciona durante esta fase, tambin por motivos de refrigeracin, por medio de una leva muy plana con una carrera de tan solo 0,65 mm, mientras que la vlvula que trabaja realiza toda la carrera de la vlvula que es de 8 mm.

El colector de admisin dispone ademas de un sistema de admisin variable, que selecciona el conducto de admisin mas favorable teniendo en cuenta el numero de r.p.m. del motor.

Valvetronic El sistema Valvetronic de BMW combina la regulacin de los tiempos de distribucin (VANOS doble) con una regulacin continua de la carrera de las vlvulas de admisin. El rbol de levas no acta directamente sobre la palanca de arrastre que, por su parte acciona la vlvula, sino que acta sobre una palanca intermedia. Sin embargo, esta palanca intermedia no se encuentra en posicin horizontal debajo del rbol de levas sino que est ubicada en posicin vertical junto a dicho rbol. La palanca intermedia est dotada en el centro de un rodillo que est en contacto con la leva (rbol de levas). El extremo inferior de la palanca intermedia est apoyado sobre el rodillo de la palanca de arrastre, mientras que en la parte superior est apoyada en un eje excntrico dotado a su vez de un segundo rodillo. Cuando gira el rbol de levas, la palanca intermedia ejecuta un movimiento pendular. Para conseguir que este movimiento horizontal se transforme en un movimiento vertical, la palanca intermedia tiene en su parte inferior un perfil sumamente complejo que, a primera vista, tiene forma de bumerang, ya que la mitad del perfil transcurre casi paralelamente a la palanca de arrastre, mientras que la otra mitad tiene un ligero ngulo. Slo cuando la parte en ngulo acta sobre el rodillo de la palanca de arrastre presionndola hacia abajo, se abre la vlvula. La relacin de la palanca ha sido definida de tal modo que tan slo aproximadamente la mitad de todo el perfil que tiene forma de bumerang acta sobre la palanca de arrastre. El principio y el final de esa mitad son determinados por el fulcro de la palanca de desviacin. Es aqu donde interviene el rbol de excntrica accionado por un motor elctrico: si aplica presin sobre el rodillo superior de la palanca de desviacin en direccin del rbol de levas, cambia el fulcro de la palanca y, en consecuencia, cambia tambin la parte efectiva del perfil en forma de bumerang. De esta manera es posible variar de modo continuo la carrera de la vlvula de admisin, tericamente desde las posiciones completamente cerrada hasta completamente abierta. Este es el principio de funcionamiento del sistema VALVETRONIC. Cuando el motor ha de entregar su mxima potencia, la alzada de las vlvulas es alta de modo que descubren una mayor seccin de paso al aire, facilitando su entrada a los cilindros. Si se le hace funcionar a cargas bajas, la alzada se reduce, de forma que la seccin de paso es menor, limitando de este modo la entrada de aire. La alzada de las vlvulas puede variar desde los 0,0 a los 9,7 milmetros, en funcin del aire necesario para la combustin.

Si el llenado de los cilindros del motor no se controla por medio de una vlvula mariposa, sino por medio de una carrera variable de las vlvulas, se puede mejorar el rendimiento del motor otto en aproximadamente un 10%, porque ya no es necesario aspirar en contra de la depresin existente en el multiple de admisin. Para la fabricacin del sistema valvetronic de BMW se utilizan unos valores de tolerancias muy reducidos. Para garantizar que todas las vlvulas de admisin tengan siempre el mismo grado de apertura, se funden, durante el montaje de la culata, cada uno de los conductos por separado. Si se producen desviaciones, deben sustituirse las piezas mecnicas de accionamiento. Cuantos mas cilindros (bancadas de cilindros) tenga un motor, mas dificil resultara esa tarea. Ademas de la complejidad del montaje es considerable, por lo cual se trata de un sistema de distribucin muy caro.

El sistema Valvetronic de BMW combina la regulacin de los tiempos de distribucin (VANOS doble) con una regulacin continua de la carrera de las vlvulas de admisin. Un servomotor elctrico torsiona el rbol de excntricas que forma la base de apoyo para la palanca intermedia, que actuan sobre las palancas de arrastre. Un procesador de 32 bits, fsicamente independiente de la centralita del motor (ECU), controla el movimiento del motor elctrico (8), que coloca estos actuadores intermedios, en la posicin requerida. El tiempo necesario para cambiar la carrera de las vlvulas desde la mnima a la mxima alzada es de 300 ms, el mismo que necesita el sistema de distribucin variable Bi-VANOS, en ajustar los tiempos de apertura. La regulacin del caudal de aire de entrada se sigue consiguiendo a costa de introducir una restriccin a su paso por las vlvulas de admisin, y por tanto, de unas ciertas prdidas por bombeo, pero las prdidas a travs de las vlvulas de admisin del motor Valvetronic son menores que la suma de las que se producen en la vlvula del acelerador y las de admisin de un motor convencional.

VarioCam Plus Porsche adopto un sistema de distribucin variable cambiando la alzada de las vlvulas por medio de empujadores de vaso invertido cambiables. Este sistema lo utilizo por primera vez para el Carrera turbo del ao 2000 y, posteriormente, tambin para los motores por aspiracin. Para la marcha en vaco y para una carga reducida son los empujadores de vaso invertido dobles (concentricos) los que funcionan sobre una leva plana con una carrera de la vlvula de solo 3 mm. Si la carga es superior, el sistema cambia a 2 levas mas inclinadas con una carrera de vlvual de 10 mm. Simultaneamente, la marca Porsche aprovecha la posibilidad de la regulacin de fases (variacin de los tiempos de distribucin) del rbol de levas de admisin (de ah la palabra -PLUS- de la denominacin del sistema), para optimizar la separacin y el solapamiento. Porsche utiliza la abreviatura CVCP para el regulador continuo del rbol de levas que funciona con pistones de desplazamiento axial (turbo) o reguladores equipados con alabes.

El sistema de control de la carrera de vlvulas consta de empujadores de vaso invertido cambiables controlados por una electrovlvula de 3 vas . Los rboles de levas cuentan con levas de diferentes tamaos. Segn las necesidades del motor, el sistema se adaptar proporcionando la carrera de las vlvulas ms adecuada a esta situacin. Se utilizan dos empujadores concntricos, que pueden bloquearse por medio de un pequeo buln. El interior tiene contacto con la leva pequea y el exterior con la leva grande. En el mecanismo va integrado adems un sistema para el reglaje hidrulico del juego de vlvulas. Los empujadores de vaso invertido cambiables son una obra maestra de la mecnica de precisin. La regulacin de la carrera de la vlvula funciona como sigue: para la transmisin de 2 carreras diferentes de las vlvulas se ha subdividido el empujador de vaso invertido en una carcasa externa y en otra interna situada concentricamente en el interior de la externa. El mecanismo de cierre que se localiza en la zona del empujador de vaso invertido propio de la leva permite el acoplamiento de control hidraulico de la carcasa interna y de la externa por medio de la presin del aceite del motor. Una vlvula de inversin electrohidrulica da admisin a los pistones de bloqueo, que dan lugar a un acoplamiento de las 2 piezas del empujador al alcanzar una presin de aceite de, como minimo de 1,2 bar. Carrera pequea de la vlvula: Los empujadores funcionan sin acoplamiento. El empujador interno y la leva central (plana) son determinantes para la carrera. El empujador interno tambien soporta el elemento para la compensacin hidrulica de juego de las vlvulas. El empujador externo se mueve con relacin al empujador interno y dependiendo de la curva de elevacin de la vlvula de las dos levas externas (altas). Realiza, por as decirlo, un movimiento en vaco, es decir, no acciona la vlvula. Adems existe un muelle debil de la carrera del pistn diferenciadora que es el que garantiza el contacto con las levas. Carrera grande de la vlvula: El empujador interno y el empujador externo estan acoplados. Pero es el empujador externo el que determina la carrera del pistn y el que sigue las curvas de elevacin de las 2 levas externas. La disposicin doble de las 2 levas altas tambin sirve para reducir la presin superficial y para evitar el momento basculante. El sistema de distribucin denominado VarioCam Plus consta de cuatro vlvulas por cilindro, elementos de regulacin de los rboles de levas (convertidores de fase) y empujadores de vaso invertido. Las cuatro vlvulas de cada cilindro estn dispuestas en forma de V con un ngulo de 27,4 grados . Para reducir las masas oscilantes en el mecanismo, los vstagos de las vlvulas tienen un dimetro de seis milmetros. A diferencia del 996 Carrera , dispone de dos muelles por vlvula. Este sistema optimiza la potencia y el par en todos los regmenes, ayuda a reducir el consumo y las emisiones y a mejorar el confort de marcha del motor.

El sistema VarioCam Plus est formado en realidad por dos mecanismos que se complementan: la distribucin variable mejora el funcionamiento del motor al ralent al accionar la leva pequea (carrera de 3 mm) y ajustar un pequeo cruce de vlvulas. En funcin de la longitud de la carrera de vlvulas disminuyen los rozamientos internos en el mecanismo de distribucin. Los tiempos cortos de apertura permiten adems una combustin de la mezcla en los cilindros ms homognea y eficaz. Los niveles de consumo y emisiones son hasta un diez por ciento ms favorables, mejorando al mismo tiempo la estabilidad de giro del motor al ralent. Para mejorar los niveles de consumo en carga parcial, es conveniente aprovechar la recirculacin interna de gases de escape. El sistema de distribucin variable conecta en este caso un cruce de vlvulas ms amplio, con carrera corta de las vlvulas de admisin, con lo que se alarga el tiempo disponible para aspirar gases desde el colector de escape. En condiciones de plena carga, el conductor del 996 Turbo deber alcanzar los mximos niveles de par y potencia. La carrera de vlvulas es en este caso de diez milmetros, con tiempos de apertura y cierre adaptados. Pero el sistema Porsche VarioCam Plus ofrece otras propiedades, notables en el momento del arranque: con bajas temperaturas, la fase de calentamiento es ms rpida y las emisiones contaminantes, por lo tanto, ms limpias. Tanto la distribucin variable como el control de la carrera de vlvulas estn controlados por la unidad de mando del Motronic ME7.8 , que ha sido diseada especficamente con una capacidad de proceso ms alta. El sistema VarioCam Plus requiere numerosos parmetros para su control, como por ejemplo el rgimen del motor, la posicin del acelerador, temperatura de aceite y agua y deteccin de la marcha acoplada. El sistema compara los deseos del conductor en cuanto a potencia y par en un momento dado con los contenidos de su memoria. En milsimas de segundo, el ordenador decide si debe intervenir el VarioCam Plus . En caso afirmativo, las operaciones de regulacin y ajuste son efectuadas de forma imperceptible. Las ventajas de este metodo (VarioCam Plus) para el control variable de la alzada de las vlvulas las encontramos en los costes relativamente bajos del sistema, en el peso reducido y en una estabilidad superior del numero de revoluciones (en comparacin con el sistema Valvetronic de BMW). Si bien tampoco se consigue con este sistema el objetivo de un control de la carga completamente libre de estrangulaciones, si que se aprovecha una gran parte de las ventajas que tiene. Adems se puede realizar una desconexin total de las vlvulas por medio del empujador de vaso invertido (carrera de la vlvula cero), lo cual puede aprovecharse para la desconexin del cilindro o la anulacin del conducto. Sin embargo, ha de tenerse en cuenta que, en tal caso, solo se dispone de un perfil de leva. Sistema VVTl-i (Variable Valve Timing & Lift Intelligent) de Toyota El sistema VVTl-i controla las siguientes funciones - Control de los tiempos de distribucin - Control mediante dos estados de funcionamiento de la alzada de la leva - Control tanto en el rbol de levas de admisin como en el de escape El mecanismo consta de un solo balancn, el cual acciona las dos vlvulas de admisin a la vez. Dicho balancn es accionado por dos levas de diferente perfil, uno ms suave que el otro. El apoyo del perfil de leva agresivo es un buln al cual se le permite un cierto desplazamiento mientras no acte un tope que se acciona hidrulicamente. Cuando el motor funciona a bajas y medias vueltas el tope no est accionado, con lo que el buln sube y baja, de manera que el perfil de leva agresivo no acciona el balancn, siendo las vlvulas accionadas por el perfil de leva suave.

A altas r.p.m., la unidad de control electrnica acciona la vlvula hidrulica, con lo que enclavamiento se acciona bloqueando el buln, de manera que es ahora el perfil de leva agresivo el que acciona a las vlvulas consiguindose as un diagrama de distribucin propio de un motor rpido.

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One blogger likes this. 15 comentarios para Valvulas en Motores de Cuatro Tiemposcarlos sergio ducoing Dice: marzo 18, 11 en 8:43 pm | Responder muy buen articulo, excelente gracias Hernan Puigvert Dice: junio 15, 11 en 2:40 am | Responder exelente pagina muy legible felicitaciones lorenzo giribaldi Dice: diciembre 18, 11 en 4:37 pm | Responder Exelente, este articulopara tener en cuenta Oscar Aguilera Dice: diciembre 19, 11 en 6:50 pm | Responder Exelente Trabajo.