Técnicas para Mejorar la Carga de Cilindros: Multiválvulas y Admisión Variable

Rendimiento Volumétrico en Motores

Los motores que se fabrican actualmente reúnen ciertas cualidades: alta potencia específica, suficiente grado de elasticidad, bajo consumo y gases de escape poco contaminantes. Los sistemas que hoy se emplean para mejorar la carga de los cilindros en motores atmosféricos son:

• Distribución multivalvulas
• Admisión variable
• Distribución variable

Definición de Rendimiento Volumétrico

La eficacia del llenado de los cilindros, o rendimiento volumétrico (η_v), se calcula comparando la masa de gas que realmente es introducida en el cilindro (M_a) con la cantidad máxima que podría entrar (M_c). En los motores atmosféricos no sobrealimentados, su resultado será siempre inferior a 1 (η_v = M_a / M_c < 1).

Distribución Multiválvulas

La carga del cilindro mejora aumentando la sección del 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 diámetro de cabeza muy grande, lo que aumentaría la masa, dando lugar a problemas de inercia y de evacuación de calor. Además, sus dimensiones quedan limitadas por el diámetro del cilindro.

La solución más favorable consiste en duplicar el número de válvulas. Se reduce el diámetro de cada válvula y se aprovecha el espacio disponible colocándolas en oblicuo.

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 válvulas.
• Permite mejorar el volumen y la forma de la cámara de combustión.
• Las válvulas pesan menos, por lo que son menores los efectos de inercia, lo que permite aperturas más rápidas.
• Los muelles pueden ser más suaves, evitando 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.

Funcionamiento del Sistema Multiválvulas

La velocidad del gas al entrar en el cilindro está en función del número de RPM (revoluciones por minuto). Con altos regímenes, es necesario introducir un gran volumen de gas en un tiempo muy corto.

La alta velocidad que adquiere la masa gaseosa provoca pérdida de carga debido al rozamiento de los gases con las paredes de los conductos de admisión. La mayor sección de paso del sistema multivalvulas reduce las pérdidas y consigue introducir más cantidad de masa gaseosa.

Admisión Variable

Consiste en modificar las características del colector de admisión para adaptarlas a los distintos regímenes de giro (RPM), con el fin de mejorar el llenado de los cilindros, tanto con bajo como con alto régimen. Como consecuencia, se obtiene un mayor par motor.

Técnicas de Admisión Variable:

1. Inercia de los gases: Las dimensiones del colector de admisión (diámetro y longitud del conducto) determinan el régimen de giro en el que se consigue un mejor llenado. A medida que aumentan las RPM, disminuirá la longitud y aumentará el diámetro de los conductos para mantener la inercia de los gases sin producir pérdidas de carga.
2. Resonancia acústica: Se basa en 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.

Sistema ACAV (Admisión Variable por Control Acústico)

Este sistema está 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 o simultáneamente en función del régimen, a través de una mariposa de gases.