Distribución multiválvulas y admisión variable en motores: funcionamiento

Distribución Multiválvulas

La distribución multivalvulas consiste en duplicar el número de válvulas. De esta forma, se reduce el diámetro de cada válvula y se aprovecha mejor el espacio disponible en la cámara de combustión. Esta técnica da lugar a los motores con distribución multivalvulas. El diseño más habitual es el de 4 válvulas por cilindro: 2 de admisión y 2 de escape. También pueden existir otras combinaciones con 3 o 5 válvulas, cuyo objetivo es siempre mejorar el llenado de los cilindros, por lo que se da preferencia a las válvulas de admisión.

Las 4 válvulas por cilindro se montan en la culata situadas las 2 a 2 y son mandadas habitualmente por 2 árboles de levas independientes, 1 para admisión y otro para escape. Las válvulas forman un ángulo entre sí que puede estar comprendido entre 50º y 20º, lo que permite diseñar una cámara de combustión compacta.

Comportamiento Dinámico y Rendimiento

La velocidad del gas que entra en el cilindro está en función de la rapidez con la que el pistón realiza la carrera de admisión, es decir, del número de revoluciones por minuto. Con régimenes altos es necesario introducir un gran volumen de gas en un tiempo reducido. La velocidad alta que adquiere la masa gaseosa provoca pérdidas de carga debido al rozamiento de los gases con las paredes de los conductos de admisión.

La mayor sección de paso que ofrece el sistema multivalvulas reduce las pérdidas y consigue introducir en el cilindro mayor cantidad de masa gaseosa. El resultado es una mejora del rendimiento a altas revoluciones comparando con el sistema de 2 válvulas por cilindro.

El mayor problema de los sistemas multivalvulas aparece cuando el motor funciona a bajas revoluciones, ya que la amplia sección de admisión disminuye aún más la velocidad del flujo. La carga es deficiente y la turbulencia dentro del cilindro es muy baja, dando como resultado una ligera pérdida de potencia y par a bajas revoluciones.

En el motor de 4 válvulas por cilindro se consigue un mayor rendimiento, lo que se traduce en un par más alto y mayor potencia con elevado número de revoluciones. Esto significa mejores prestaciones como aceleración y velocidad máxima. Para mejorar el llenado a bajas y medias revoluciones se diseñan colectores de admisión cuyas dimensiones, en cuanto a longitud y diámetro, permiten a los gases alcanzar velocidades de carga adecuadas. Sin embargo, otra solución más ventajosa consiste en utilizar colectores de admisión variables.

Ventajas de los Sistemas Multiválvulas

• La sección de entrada aumenta alrededor de un 30% debido al mejor aprovechamiento del diámetro del cilindro y del mayor alza de las válvulas.
• Permite optimizar el volumen y la forma de las cámaras de combustión.
• Las válvulas pesan menos, por lo que son menores los efectos de la inercia, lo que permite aperturas rápidas.
• Los muelles pueden ser más suaves, evitando los efectos de rebote; el golpeteo contra los asientos es menor, y en general el conjunto es más silencioso.
• El menor tamaño de las válvulas favorece su refrigeración.

Admisión Variable

Esta admisión consiste en modificar las características del colector de admisión para adaptarlas a los distintos régimenes de giro con el fin de mejorar el llenado de los cilindros, tanto con bajo como con alto número de revoluciones. Como consecuencia se obtiene un mayor par motor. Se utilizan diferentes técnicas: inercia de los gases y la resonancia acústica, aunque habitualmente en la fabricación se combinen ambos.

Inercia de los Gases

Las dimensiones del colector de admisión, referidas al diámetro y a la longitud de los conductos, determinan el régimen de giro en el que se consigue un mejor llenado de los cilindros. A medida que aumenta el régimen de giro debería disminuir la longitud y aumentar el diámetro de los conductos, de manera que se tenga la inercia de los gases sin producir pérdidas de carga.

Para mejorar el llenado de los motores a bajo régimen, se necesitan colectores largos y estrechos, mientras que para altas revoluciones se deben emplear conductos cortos y anchos.

Resonancia Acústica

Este método se basa en el estudio de las oscilaciones de la masa gaseosa que se producen en el interior del colector de admisión debido a la apertura y cierre de las válvulas de los diferentes cilindros.

Las ondas de presión se desplazan por el interior de los conductos con una velocidad constante, pero con frecuencia que varía con el régimen del motor. Las dimensiones del colector de admisión determinan las características acústicas adecuadas, de tal forma que la frecuencia de las oscilaciones a cierto régimen produce un efecto de sobrealimentación por resonancia, debido a que la onda que recorre el conducto de admisión rebota en el fondo y retorna justo a tiempo para introducirse en el cilindro antes de que cierre la válvula de admisión.

Si se incorpora un dispositivo que varía tales dimensiones se conseguirá mejorar el llenado a diferentes números de revoluciones.