Optimización de la Carga en Motores Atmosféricos

Sistemas para Mejorar la Carga de Cilindros

Los motores atmosféricos utilizan diversos sistemas para optimizar la carga de los cilindros. A continuación, se describen algunos de los más importantes:

Distribución Multiválvulas

Este sistema mejora la carga del cilindro aumentando la sección de paso de los gases. Con ello, se reduce la resistencia y disminuyen las pérdidas de carga. El aumento de la sección implicaría el uso de válvulas con un diámetro de cabeza muy grande, lo que aumentaría su masa, dando lugar a problemas de inercia y evacuación de calor.

Ventajas de la Distribución Multiválvulas:

• La sección de entrada aumenta alrededor de un 30% debido al mejor aprovechamiento del diámetro del cilindro y de la mayor alzada 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 más rápidas.
• Los muelles pueden ser más suaves, evitando los efectos de rebote.
• El golpeteo contra los asientos es menor y, en general, el conjunto resulta menos ruidoso.
• El menor tamaño de las válvulas favorece su refrigeración.

El Sistema Multiválvulas:

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, o sea, el número de revoluciones por minuto. Con alto régimen, hay que introducir un gran volumen de gas en un tiempo muy corto. La alta velocidad que adquiere la masa gaseosa provoca pérdidas de carga debido al rozamiento de los gases con las paredes de los conductos de admisión. El sistema multiválvulas reduce estas pérdidas y consigue introducir en el cilindro más cantidad gaseosa. El resultado es una mejora del rendimiento a altas revoluciones comparado con el sistema de 2 válvulas por cilindro.

El mayor problema de los sistemas multiválvulas se presenta cuando el motor funciona a bajas revoluciones, ya que al ampliar la sección de admisión, disminuye aún más la velocidad del flujo gaseoso, 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. El motor de 4 válvulas consigue un mayor rendimiento, es decir, un par más alto y mayor potencia con elevado número de revoluciones, lo que se traduce en mejores prestaciones como aceleración y velocidad máxima. Para mejorar el llenado a baja y media revoluciones, se diseñan colectores de admisión cuyas dimensiones, en cuanto a longitud y diámetro, permiten a los gases alcanzar velocidades de carga adecuadas.

Admisión Variable

Consiste en modificar las características del colector de admisión para adaptarlas a los distintos regímenes de giro con el fin de mejorar el llenado de los cilindros tanto a bajo como a alto número de rpm.

Se utilizan dos técnicas:

• 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 mantenga la inercia de los gases sin producir pérdidas.
• Resonancia acústica: 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 y de depresión se desplazan por el interior de los conductos con una velocidad constante, pero con una frecuencia que varía con el régimen del motor. Las dimensiones del colector determinan las características acústicas adecuadas.

Sistema ACAV (Admisión de Características Acústicas Variables):

Basado en la técnica de resonancia acústica de los conductos de admisión. El colector de admisión se desdobla en dos conductos de longitud y sección diferentes que se utilizan independientemente en función del régimen del motor:

• Un circuito largo (350 mm de longitud y 36 mm de diámetro) que mejora el par a bajas y medias rpm (entre 1800 y 5080 rpm).
• Un circuito corto (370 mm de longitud y 54 mm de diámetro) que, unido al anterior, acorta el recorrido y aumenta el diámetro, consiguiendo mayor potencia con altas revoluciones (se utiliza a regímenes bajos de 1800 rpm y superiores a 5080 rpm).

Distribución Variable

Dispone de ángulos de apertura de las válvulas fijos que determinan el tiempo disponible para realizar la carga y vaciado del cilindro. Ofrecen la posibilidad de disponer de dos diagramas de distribución diferentes: uno para regímenes bajos y medios que permite mejorar el llenado de cilindros, y un segundo diagrama que proporciona altas prestaciones a regímenes elevados.

Para conseguir que el sistema de distribución sea variable, se utilizan dos métodos:

• Variar el momento de apertura de las válvulas desplazando el árbol de levas respecto al cigüeñal.
• Variar la alzada de la válvula. Con esta técnica se modifica el ángulo de apertura y la sección de paso.

Valvetronic

Es un dispositivo de regulación variable de la carrera de las válvulas de admisión. Puede variar la alzada de las válvulas de forma continua desde 0 hasta 9,7 mm. De esta manera, las válvulas de admisión regulan la entrada de aire a los cilindros sin necesidad de una válvula de mariposa en el colector de admisión.

Funcionamiento:

El mecanismo está formado por un motor eléctrico, un árbol de excéntricas, palancas intermedias y balancines, además de las válvulas y el árbol de levas. La leva actúa sobre la palanca intermedia, que se apoya en la parte inferior en un balancín de rodillo que está en contacto con la válvula. El motor eléctrico hace girar el árbol de excéntricas, que a su vez posiciona las palancas intermedias.