Distribución variable

La distribución de un motor térmico sirve para sincronizar las levas con el movimiento de los pistones dentro de los cilindros. De este modo, se garantiza que los cilindros reciban la mezcla de aire y combustible para provocar la explosión, así como la extracción de los gases sin que las válvulas choquen contra la cabeza del pistón. En este artículo vamos a conocer todo sobre la distribución variable: qué función tiene, cuáles son sus beneficios, qué tipos existen y cómo lo hace.

Los sistemas de distribución variable mejoran a los tradicionales sistemas de distribución fija. Y es que, principalmente en función de la carga y las revoluciones, no es eficiente tener siempre el mismo porcentaje de tiempo y/o momento de apertura y cierre de las válvulas. También debemos considerar que algunos sistemas más completos no solo varían los tiempos de apertura, sino también la alzada de las válvulas para facilitar el llenado.

Hay que tener en cuenta que, dentro de un motor térmico, todo sucede muy deprisa. Cuando estamos en el coche parados en un semáforo, el régimen de giro suele ser de unas 800 revoluciones por minuto. Esto significa que el cigüeñal da nada menos que 13,3 vueltas cada segundo. Una barbaridad, que también se traduce en 13,3 subidas y otras tantas bajadas de los pistones dentro de los cilindros cada segundo. Y todo ello, a ralentí.

Cómo funciona la distribución variable

Diagrama de distribución teórico ciclo Otto

Si las leyes de la física lo permitieran, el ciclo de distribución de un motor de 4 tiempos (admisión, compresión, expansión y escape) sería muy sencillo. El diagrama teórico de distribución es el siguiente:

Diagrama de distribución teórico

En la carrera de admisión se abre la válvula justo en el momento en el que el pistón llega al PMS (Punto Muerto Superior) y entra la mezcla, siendo succionada mientras baja al PMI (Punto Muerto Inferior). Justo en el instante en que llega al PMI se cumplen los 180 grados de giro del cigüeñal y la válvula de admisión cierra.

A continuación, se sucede la carrera de compresión. El pistón emprende su carrera de ascenso hacia el PMS de nuevo con las válvulas cerradas, lo que comprime la mezcla. Al finalizar su carrera hasta el PMS y completarse los 360 grados del cigüeñal la mezcla explota (por la presión en los diésel y por el salto de la chispa originada por la bujía en los gasolina).

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La energía provocada en dicha explosión genera que el pistón baje con intensidad hacia el PMI, todavía con las válvulas cerradas, completando así 540 grados de giro del cigüeñal y realizando la carrera de expansión. Tras el PMI, la válvula de escape se abre (la de admisión sigue completamente cerrada) para expulsar los gases al exterior en la carrera de escape, es decir, mientras el pistón vuelve al PMS y completa los 720 grados, o lo que es lo mismo, las dos vueltas de cigüeñal. Después, el ciclo volvería a empezar.

Diagrama de distribución práctico

Como decíamos antes, en principio es sencillo, pero las leyes de la física obligan a hacer cambios en la práctica respecto a la teoría. ¿Por qué? Principalmente porque las válvulas no se abren y cierran de forma instantánea, al igual que la explosión “tarda” en quemar el combustible por completo. Es por ello que existen los avances y retrasos de apertura y cierre de válvulas, además del avance al encendido.

diagrama de distribución práctico

De este modo, tenemos un Avance de Apertura de Admisión (AAA), Retraso de Cierre de Admisión (RCA), Avance de Encendido (AE), Avance de Apertura de Escape (AAE) y Retraso de Cierre de Escape (RCE). Con estos cambios respecto al ciclo teórico se consigue un mayor equilibrio para el flujo de gases y quema de la mezcla. Sí, incluso aunque exista un cruce de válvulas.

Se conoce como cruce de válvulas a los grados de giro del cigüeñal en que tanto las válvulas de admisión como de escape se encuentran abiertas a la vez en un mismo cilindro. Se da cerca del PMS, en el final de la carrera de escape y al comienzo de la de admisión.

¿Qué ocurre? Pues que para un funcionamiento idóneo, no necesitamos los mismos ángulos de avance y retraso cuando el motor gira a 1.000 rpm, que cuando estamos estirando las marchas y llevamos el régimen de giro a 6.000 revoluciones por minuto.

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Del mismo modo, el avance de encendido tampoco debe tener los mismos grados, pero en los coches modernos ya se encarga de adelantarlo la gestión electrónica de forma sencilla.

Distribución variable: funcionamiento

A más revoluciones, más difícil es el llenado de aire de los cilindros por las inercias y corrientes que existen tanto en el propio cilindro, como en los colectores. Ahí es donde entra en juego la distribución variable. Su función es modificar los ángulos del diagrama de distribución dependiendo de las necesidades.

Distribución variable BMW valvetronic

Eso sí, la mayoría de estos sistemas solo actúan en las válvulas de admisión. Lo que más nos interesa es que el cilindro “se llene” bien en la admisión, que es donde más se complica, para que la combustión sea completa y estable. La ganancia actuando también en las válvulas de escape es muy inferior, por lo que la mayoría de fabricantes no lo han utilizado.

Por norma general, y aunque cada marca ha desarrollado una forma ligeramente diferente, se utilizan variadores de fase (conocidos también como correctores de fase). Mediante un engranaje en el árbol de levas de admisión, rota el calado del mismo; lo adelanta. Esta rotación se consigue, generalmente, con presión de aceite comandada por una electroválvula. Como decíamos, hay varios modos de actuación dependiendo de cada fabricante.

Marcas que han usado y usan distribución variable

BMW: Vanos y Valvetronic, dos funciones diferentes

BMW creó el conocido sistema VANOS, que variaba el avance de apertura de admisión, adelantando el momento de abrir las válvulas a altas vueltas. Más tarde desarrolló el Doble VANOS, que también controlaba los grados en las válvulas de escape.

La compañía bávara, desde hace unos años utiliza el sistema conocido como Valvetronic. Dicho sistema es capaz de variar la alzada de las válvulas, es decir, los milímetros que empuja la válvula de admisión respecto a su posición de reposo. Para ello, cuenta con más elementos y las levas de árbol de levas no pisan los balancines de las válvulas directamente, sino que actúan sobre un sistema intermedio.

Un pequeño motor eléctrico controlado electrónicamente modifica la posición del primer componente, acercando o separando las piezas móviles a las levas del árbol de levas. Cuanto más lo acerca, más pisa la válvula y mayor es la alzada; lo que es ideal a altas revoluciones. Por el contrario, a bajas vueltas lo aleja ligeramente, siendo menor la pisada de la válvula de admisión y, por tanto, la alzada de la misma.

Honda: VTEC

Honda desarrolló a finales de los años 80 el mítico sistema VTEC que incluso hoy en día se sigue utilizando, aunque lógicamente con mejoras. Las levas principales se encargan de pisar las válvulas de admisión a bajas y medias rpm. Hasta aquí, todo normal, como una distribución fija.

Sin embargo, cuenta con una leva extra más agresiva para cada cilindro que actúa sobre un balancín desconectado de las válvulas. A altas vueltas una electroválvula permite el paso de aceite a presión para conectar ese balancín mediante un perno con los otros balancines, de modo que ahora es esta leva más alta la que realmente hace la función de pisar las válvulas de admisión.

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Por tanto, en esas circunstancias tenemos más tiempo y profundidad de apertura (alzada de válvula), mejorando el llenado de los cilindros e incrementando el rendimiento del motor. Como es lógico, el consumo de la mecánica también aumenta.

Toyota: VVT y VVT-i

Por su parte, Toyota creaba a comienzos de los años 90 el VVT, que es similar al VANOS de BMW. Cuando el motor giraba a altas vueltas, mediante presión hidráulica desplazaba unos grados el árbol de levas de admisión respecto al calado original.

Pocos años después, en 1996, lanzaba una evolución, conocida como Toyota VVT-i. En este caso gestionaba el paso del aceite mediante una electroválvula en función de los datos recabados por los sensores y gestionados por una unidad de control. Así, a bajas vueltas el motor ofrece una respuesta suave y con buen par motor, mientras que altas revoluciones cuenta con un mejor llenado y prestaciones.

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Con el paso de los años, esta tecnología ha ido llegando a múltiples fabricantes, como Mercedes, Renault o Volkswagen entre otros.

Distribución variable en diésel

La distribución variable en motores diésel es prácticamente anecdótica. Son mecánicas que tienen una alta relación de compresión y, por ello, cuentan con un cruce de válvulas muy pequeño. Además, giran a menores revoluciones por minuto que los de gasolina, por lo que no tienen tantas complicaciones de llenado de cilindros a altas vueltas.

En el año 2010 conocimos el motor diésel MIVEC de Mitsubishi con distribución variable. La marca japonesa buscaba un funcionamiento suave y con buen par motor a bajas vueltas, así como un mayor rendimiento a rpm superiores. También la reducción de emisiones contaminantes. No duró mucho tiempo en el mercado…

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