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EL MOTOR DE UN AUTOMOVIL

Y

 SUS PARTES

 

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Bienvenido a mi página sobre mecánica

 

Arbol de Levas

 

Haz click en el nombre de cada parte del motor para ver su definición y sus fotografías

EL MOTOR

 

 

 

 

Hay varios tipos de motores, entre ellos los motores multiválvulas y los motores con  doble sobrealimentación. A continuación mencionare una breve explicación de estos motores.

 

MOTOR MUTIVALVULA:

Aprovechando un documento que estaba colgado en internet, lo hemos ampliado y mejorado para que este a disposición de todos.

Hoy en día se construyen motores multivalvulas de 3, 4 o incluso 5 válvulas por cilindro. El uso de válvulas múltiples se ha extendido debido a una respiración mejorada del motor en regímenes elevados. En este caso, resulta posible obtener un área de flujo mayor para una alzada de válvula dada, en comparación con las culatas de dos válvulas. La combinación de unas cámaras de combustión mas pequeñas (debido a la utilización de válvulas múltiples) con una ubicación mas centralizada de las bujías ha reducido la probabilidad de "picado" del motor. Esto admite una relación de compresión mas elevada, así como una mayor potencia.
La forma de las válvulas de admisión y las de escape es muy parecida. Sin embargo, si que existen diferencias en el material y en las dimensiones. Por regla general, el diámetro de la válvula de admisión, es aproximadamente 1,14 veces superior al diámetro de la válvula de escape. Y esa circunstancia es independiente de si se trata de un motor de 2 o de 4 válvulas.
Las dimensiones geométricas de las válvulas de los motores de 2 válvulas y en los multiválvulas son diferentes. Normalmente se considera valido lo siguiente: a mayor numero de válvulas, menores son las dimensiones. Nunca se consigue, por ejemplo, mantener el tamaño de las válvulas al duplicar el numero de las mismas. El espacio geométrico del que se dispone en la cámara de combustión obliga sencillamente a la reducción del tamaño de las válvulas.


Como ejemplo en un motor de la misma cilindrada (2,0 litros) las dimensiones para las válvulas será, teniendo en cuenta que se utilicé un motor con 2 válvulas o 4 válvulas por cilindro.

Diámetro de la válvula
Válvula de escape
Válvula de admisión
Motor de 2 válvulas
Motor de 4 válvulas
 
36,5 mm
2 x 29 mm
41,5 mm
2 x 33 mm

también existen casi siempre diferencias a nivel de los vástagos de las válvulas. Las válvulas mas pequeñas corresponden al motor de 4 válvulas y tienen un diámetro de vástago de entre 5 y 7 mm, mientras que la versión del motor de 2 válvulas muestra un diámetro del vástago de la válvula de entre 6 y 8 mm. Independientemente del numero de válvulas del motor, si que existe una tendencia clara hacia los vástagos cada vez mas finos de las válvulas. No solo hacen que las válvulas sean mas ligeras, sino que también mejoran la circulación de los gases. También se pueden constatar diferencias en la longitud de las válvulas. Las válvulas de los motores multiválvulas suelen ser, a menudo, mas cortas que en el caso de los motores de 2 válvulas. Cuando el accionamiento de las válvulas es el mismo sistema, las culatas de los motores multivalvulas pueden ser, incluso, algo mas bajas que las de los motores de 2 válvulas.
Otro factor importante a tener en cuenta con el uso de motores multiválvulas es el peso y el tamaño de las válvulas que como es visto anteriormente se reduce con respecto a los motores de 2 válvulas. Este factor es importante debido a que un motor funcionando a 6000 r.p.m. tiene que abrir y cerrar las válvulas en aproximadamente 1/100 segundos. Cuanto menor sea el peso y el tamaño de la válvula, mas fácil será su accionamiento por lo que el muelle de la válvula tendrá una tensión mas reducida y se podrá aumentar el numero máximo de r.p.m. del motor.
El material de las válvulas es también importante en lo que el peso se refiere. El acero es el material mas empleado por ser el mas económico pero ya se empieza a usar otros materiales como el titanio (utilizado en la Formula 1 a partir de 1995 tanto en las válvulas de admisión como de escape).

Peso de válvulas de admisión
Motor de 2 válvulas
Motor de 4 válvulas
Acero
Titanio
Cerámica
70,0 gr
39,3 gr
28,0 gr
47,7 gr.
26,8 gr.
19,1 gr.

 

Clasificación
Cuando se diseña un motor multiválvulas hay que tener en cuenta el accionamiento de las mismas, ya que todos los sistema que se han venido usando en la evolución del automóvil no son validos.
Hacemos una relación de los siguientes sistemas de accionamiento:
1.- Árbol de levas situado en la parte inferior (OHV OverHead Valves), varillas de empuje con balancín y válvulas en paralelo.
2.- Árbol de levas situado en la parte superior (OHC OverHead Camshaft), balancín de palanca y válvulas en paralelo.
3.- Arbol de levas situado en la parte superior (OHC OverHead Camshaft), con empujadores de vaso invertido y válvulas en paralelo.
4.- Árbol de levas situado en la parte superior (OHC OverHead Camshaft), con balancines y con las válvulas colocadas en forma de "V". A este sistema también se le puede denominar SOCH (Single OverHead Camshaf) cuando accione 3 o 4 válvulas como ocurre en algunos motores por ejemplo: la marca Honda (VTEC) utiliza esta configuración.
5.- Dos arboles de levas situados en la parte superior (DOHC Double OverHead Camshaft), con la válvulas colocadas en forma de "V". Es el accionamiento de las válvulas preferido para la técnica del motor de 4 y 5 válvulas.

 

A tener en cuenta

 

Tamaño de las válvulas
A mayor tamaño (d1) mejor llenado a mayor velocidad, se entiende fácil a mayor régimen de revoluciones el caudal que deberemos introducir en un tiempo determinado será función del numero de ciclos y la cilindrada del cilindro.

Alzada de las válvulas
A mayor alzada (h) mejor respiración a alto régimen, por ser la sección de paso función del diámetro de las válvulas y el levantamiento que se haga de las mismas.

Número de válvulas
A mayor número de válvulas, mejor respiración a altas revoluciones, para una forma dada de la cámara, a mayor número de válvulas, mayor superficie somos capaz de cubrir, por lo que la sección de paso será mayor. La tendencia de los constructores es la de fabricar motores de 4 válvulas por cada cilindro. El porcentaje de motores de 4 válvulas crece, incluso los motores Diesel de inyección directa y con turbocompresor (BMW, Mercedes, Opel) utilizan, casi siempre, la técnica del motor multiválvulas, por que permite una disposición casi central y, por tanto, optima del inyector. Los motores de 3 o 5 válvulas son, en este momento, para los motores Otto tan solo una solución marginal. A favor de la técnica del motor de 3 válvulas existen ciertas ventajas, como pueden ser los costes mas reducidos de construcción y las escasas mermas mecánicas. Probablemente, la técnica del motor de 5 válvulas ira desapareciendo a lo largo de la adaptación a la inyección directa, allí donde se fabrique en serie (Audi, Ferrari), a favor de la técnica del motor de 4 válvulas. Los motivos los encontramos en la falta de espacio (para el inyector) y, ademas, no se esperan ventajas significativas con respecto a la potencia o a la presión media frente al motor de 4 válvulas.

Carrera del cilindro
A mayor carrera del cilindro, la respiración empeora a mayor número de revoluciones, eso significa que para una cilindrada dada, las carreras de cilindro largas implican buenos pares en baja, la explicación es que a mayor carrera, el diámetro será mas pequeño para una cilindrada dada por lo que las válvulas (dependientes del diámetro de la cámara) serán mas pequeñas.

Ángulo entre válvulas
La tendencia de este ángulo en los motores modernos es la ser cada vez menor. El ángulo entre válvulas determina la forma de la cámara de compresión, que a su vez influye en la combustión. Este ángulo esta determinado por una serie de factores a la hora de construir un motor, como son: la accesibilidad a los tornillos de apriete de la culata, el espacio disponible en el compartimento motor, el tipo de accionamiento del árbol de levas o también la simplicidad con la que se quiera construir la culata. En los motores de carreras, donde no existen la mayoría de las limitaciones que vienen dadas por la fabricación en serie, se puede observar una tendencia hacia el ángulo pequeño entre válvulas, por lo cual la forma de la cámara de combustión y la posición de las bujías son mas favorables.

Colocación de las bujías
Para un buen encendido de la mezcla es necesario que la bujía este situada justo en el centro de la cámara de combustión, esto es posible sobre todo en los motores de 4 válvulas por cilindro. En los motores con 3 válvulas, las bujías no se pueden situar en el centro, por eso algunos fabricantes como por ejemplo Mercedes en sus motores a optado por utilizar un doble encendido (2 bujías por cilindro) para así evitar los fallos de encendido.
 

Cruce de válvulas
A mayor cruce de válvulas, mejor respiración a altas regímenes de giro, se aprovecha la salida de gases de escape para generar una cierta succión de la cámara de combustión que ayuda a la admisión.

Tiempo de válvulas abiertas
A mayor tiempo de válvulas abiertas mejor respiración a altas vueltas, ya que es a altas revoluciones donde menos tiempo se dispone para el llenado cuanto mas se mantengan estas abiertas mejor respirara el motor.

Longitud de los colectores
A mayor longitud de colectores mejor respiración a bajas vueltas , debido a las ondas de presión que se forman en los colectores a mayor longitud de estas, mejor llenado a bajos caudales o bajas vueltas

Diámetro de los colectores
A mayor diámetro de colectores , mejor llenado a altas vueltas ,al tener que manejar mayor volumen de gas o caudal , es preferible una mayor sección , para que la perdida de carga sea menor.

Sección efectiva de llenado
Al igual que el diámetro de los colectores, el número de los mismos afecta al régimen mejor llenado, a mayor número de colectores de llenado por cilindro mejor respiración a altas vueltas . La sección de llenado efectiva, puede variarse con una mariposa en los conductos de admisión, que anule uno de estos condenándolo a bajo régimen

Sobrealimentación
A mayor presión de alimentación mejor llenado de cilindros, en si. No tiene gran incidencia en el régimen, pero la forma de conseguir dicha sobrepresión va a determinar un mejor llenado a altas o bajas vueltas.


Soluciones reales

En general cuando hemos dicho que una disposición favorecía el régimen elevado, se podría entender que su elección perjudica el medio o bajo régimen, lo cual es cierto, al menos no los favorece, pero también deberemos entender que hay factores que tiene una incidencia mayor que otros, por ejemplo:
- El diámetro de los cilindros no afecta de igual manera que el número de válvulas, ya que un mayor número de válvulas cubre mejor una superficie incluso aunque esta sea mas pequeña.
- Tener todas las disposiciones enfocadas a conseguir un elevado llenado o par en alto régimen, perjudicaría notoriamente la respuesta en baja, por lo que se tiende a llegar a un entendimiento mejorando en lo posible su respuesta e todos los regímenes, favoreciendo los regímenes elevados para determinadas realizaciones sin olvidar del todo la respuesta en baja.
Lo idóneo seria contar con sistemas que permitan cambiar el enfoque de cada uno de estos apartados en cada momento .

DISTRIBUCIONES VARIABLE
Para modificar el cruce, en algún caso también se modifica la alzada VVTl-i (Toyota), Valvetronic (BMW) o incluso se puede modificar el tiempo de apertura de las válvulas VTEC (Honda).

ADMISIÓN VARIABLE
Es mucho mas barata que las distribuciones variable, ya que solo precisa de accionar una o mas mariposas, que cierren y abran el paso por distintos conductos. Mediante el uso de mariposas se modifica la longitud de los conductos a distintos regímenes, haciendo recorrer longitudes mayores a mas bajas vueltas

SECCIÓN EFECTIVA VARIABLE
El no poder modificar el tamaño de las válvulas o el número de las mismas, durante el funcionamiento del motor, condenar uno de los conductos de admisión puede favorecer la velocidad del fluido a bajas vueltas (bajos caudales) y con ellos su llenado, el caso mas curioso lo encontramos en los Dti de Opel o el los 16 Válvulas de la serie Hdi de PSA, los cuales condenan mediante mariposas uno de los conductos de admisión (los que alimentan a una de las válvulas) a bajo régimen mejorando la respuesta del motor en los mismos, los menciono por la curiosidad que pude presentar a un observador el encontrar mariposas en los conductos de admisión de un diesel las cuales no tiene las misión de reducir la entrada de gases o crear una depresión , si no acelerar el flujo de entrada en la otra válvula ( por su menor sección)
Otro ejemplo curioso lo veremos en los VTEC enfocados no a altas prestaciones si no a bajos consumos, donde se llega a dejar una válvula inactiva (con alzada nula o casi nula) a bajas vueltas con idea de llenar la cámara en bajas revoluciones con una velocidad de entrada de gases mayor y aprovechar la misma para una mejor turbulencia.

SOBREALIMENTACIÓN VARIABLE
El uso de turbocompresor se rebelo como un sistema ventajoso en la alimentación de motores, por aprovechar la energía residual de los gases de escape a diferencia de los compresores mecánicos que generan un consumo de energía en su accionamiento, sin embargo la adaptación de los caudales hace que se consiga una respuesta adecuada en una zona determinada, va a ser la geometría variable la que permitirá aprovechar estos gases cuando se manejan volúmenes pequeños o volúmenes grandes consiguiendo alimentaciones mas o menos parejas de sobrealimentación en un régimen muy variado de uso.

Como ultimo recurso se pude hacer un diseño combinado, en donde un motor de carrera corta o Supercuadrado (mas corta que el diámetro) muy útil en el giro a altas revoluciones, por su mayor tamaño de válvulas (al disponer de mas superficie donde colocarlas) se dote de colectores largos que permitan un llenado mas efectivo a bajas vueltas, la integración de distintos sistemas de alimentación, nos permite hacer un motor con buena respuesta en un amplio régimen, pero complicar en exceso el mismo dotándolo de elementos variable, distribuciones, admisiones, geometría, puede complicar en exceso y volverse difícil de conseguir la ansiada fiabilidad que se busca en estas realizaciones .
Las 16 válvulas nacieron en los coches como alternativa al uso del turbo-alimentador, mejorando la respuesta en alta del motor, inicialmente se enfocaron coches de altas prestaciones y se doto de todos los dispositivos que permitían elevar el régimen de giro, de igual modo como nacieron los sistemas de inyección, actualmente el diseño de los mismos se hace de forma que se aproveche el mejor llenado de los cilindros en los regímenes de uso al que va enfocado el motor, pudiendo hacerse un motor de 16 válvulas de repuesta briosa a medio y bajo régimen mejorando además el quemado y aprovechamiento del combustible.
Hay factores que determinan el régimen idóneo de uso del motor, las carreras largas se llevan mal con elevado regímenes de giro, por la gran aceleración que sufren sus piezas, lo que se conoce como una velocidad media de pistón elevada, y aunque se puede modificar de distintas formas, el empleo de motores de carrera corta se inclinan mas a motores de elevadas potencia altas revoluciones .

Es un ejercicio muy gratificante intentar pensar como se ha diseñado el motor y como el fabricante mediante al disposición de distintos elementos auxiliares fijos o variable ha llevado la respuesta a la que el creía mas razonable, resulta muy curioso como motores a priori no muy complicados arrojan cifras de par elevadas en un abanico grande de revoluciones frente a otros técnicamente mas adaptados por su complicación del diseño.
Como ejemplo vamos a ver una comparativa de dos motores utilizados por el mismo fabricante para el mismo modelo de automóvil, que utiliza una culata multivalvula de 4 val por cilindro y otro de culata normal con 2 val por cilindro para un motor en linea de 4 cilindros.

Vehículo
Motor de 4 val. por cilindro
2.0i DOCH
Motor de 2 val. por cilindro
2.0i OHC
Cilindrada (cm3)
1998
Diámetro (mm)
86,0
Carrera (mm)
86,0
Relación de compresión
10,5
9,2
Diámetro válvula de admisión (mm)
2 x 33
41,8
Diámetro válvula de escape (mm)
2 x 29
36,5
Carrera de la válvula (mm)
9,5
11
AAA
20
23
RCA
72
71
AAE
60
60
RCE
32
35
modelo de ECU
Motronic M 2.5
Motronic ML 4.1
Combustible
95 RON sin plomo
Potencia nominal / r.p.m (CV)
150/6000
115/5400
Par motor máximo / r.p.m (Nm)
196/4800
170/3000

Viendo los datos de la tabla se puede destacar la diferencia de potencia entre ambos motores así como el valor del par, favorable al motor multiválvulas. Teniendo en cuenta los datos, podríamos pensar que el aumento importante de la potencia y par en el motor multiválvulas, viene dado, únicamente por el empleo de las 4 válvulas por cilindro, sin ninguna diferencia mas entre ambos motores. Pero esto no es así, ya que el constructor a introducido una serie de mejoras en el motor que le permite alcanzar estas prestaciones.
A continuación enumeramos las mejoras introducidas en el motor multiválvulas:

Se podría decir que con todas estas mejoras si se hubieran aplicado al motor de 2 val. se habría conseguido también un aumento de prestaciones importante, sin llegar en ningún momento a las conseguidas por el motor multiválvulas

 

Consideraciones, preguntas y respuestas sobre los motores multiválvulas
Considerando que toda la mezcla que entra en el cilindro se quema (eso es otro tema, de formas de cámara, disposición de bujías, etc.), cuanta mas mezcla seamos capaces de introducir, mas fuerza obtendremos en cada combustión.
Otro concepto que conviene tener claro, porque nos servirá para entender el fenómeno, es el concepto de inercia, el cual es un fenómeno donde toda masa en movimiento, tiene a seguir el mismo, cuando pretendemos detenerla. Todos, hemos experimentado esto en un autobús.

Este fenómeno se va ha encontrar en el conducto de admisión, ya que la mezcla de aire y gasolina, tiene un masa, que en el momento de cerrar la válvula ,va ha producir una acumulación de energía cinética contra dicha val, propiciada ,por la masa que pretende seguir fluyendo al interior del cilindro . Esto genera por un lado, una ligera sobrepresión, en el punto donde se interrumpe el caudal de fluido (algo parecido a la energía descargada por un ariete).

Por otro lado se generara un onda de presión que rebotara y recorrerá todo el conducto de admisión, este efecto será mayor, cuanta mas masa se mueva y a mayor velocidad, siendo la velocidad un factor mas determinante (si recordamos la formula de la energía cinética era ½ mv2). Una vez concretado estos dos puntos, comenzamos el porque de tener mas de 2 val en los cilindros.
Por lógica cuantas mas ventanas tenga un habitación, mas rápidamente conseguiremos que se ventile, esto llevado al limite seria ,que si consiguiéramos ventanas en toda la pared mejor seria la ventilación. El ejemplo típico esta en cubrir el fondo de un vaso con monedas. Se ocupa mas superficie con 4 o 5 monedas que con dos grandes. Ya hemos concretado, porque con mas de 2 val, el cilindro se ventila mejor, lo que le proporciona mas combustible, y mayor par.

¿Pero por que este efecto, no se mantiene en todo el rango de revoluciones?. ¿Cuál es la razón de que en regímenes bajos el cilindro respire peor que en regímenes altos?.
En cilindro debe recorrer toda la carrera, en el tiempo de admisión, esto genera una depresión dentro del cilindro, que permite que entre la mezcla; la válvula de admisión comienza a abrirse, poco antes de que el cilindro alcance el PMS (punto muerto superior), ya que el perfil de la leva hace que esta se abra progresivamente y cuando el cilindro esta arriba, ya debe estar totalmente abierta. Pero cuando el cilindro llega al PMI (punto muerto inferior), la válvula aun sigue abierta, incluso durante una parte de la carrera de compresión, esto permite que halla mas tiempo para que el cilindro se llene (Hay que considerar que en 3000 rpm en cilindro debe llenarse en cuestión de una milésima de seg.). Alguien podría pensar que en la carrera de compresión el cilindro, expulsara parte de la mezcla por el conducto de admisión, esto no ocurrirá, precisamente por el efecto de inercia en el fluido que entra; que genera una sobrepresión que permite el llenado, incluso cuando el cilindro ya esta comprimiendo la mezcla.

Como podemos apreciar, este efecto de sobrepresión será mayor, cuanto mas cantidad de fluido entre, la cantidad será la misma, (viene mandada por la cilindrada), pero no así su velocidad que será mucho mayor, cuanto menos tiempo tenga para llenar el cilindro. Como vimos, la velocidad estaba al cuadrado en la formula de la energía cinética, por lo que, es un factor determinante en la misma. Cuantas mas revoluciones tenga el motor, mas velocidad llevara el fluido en la introducción al cilindro, por lo que mas podremos tener abierta la val de admisión. Que pasa cuando el motor va ha un régimen reducido de rev. Como la abertura de la válvula es la misma (viene determinada por el perfil de la leva), el caudal de alimentación es mucho menor (el caudal será litros/seg) ya que la cilindrada no varia, pero el tiempo de llenado es superior, esto hace que no consigamos mejora ninguna en mantener abierta la válvula (baja energía cinética de los gases) después del PMI. El fabricante cuando realiza un motor, tiene que llegar a un compromiso, dando preferencia al régimen en que quiere, que el motor consiga su llenado max (y por tanto su par max).

Los motores multiválvulas se han enfocado siempre, a un tipo de motor mas prestaciones, es por lo que desde sus comienzos su rendimiento en la gama alta de revoluciones, era mayor que en la gama baja de las misma .El efecto de sobrellenado, solo se conseguida con velocidades de fluido alta, al haber mas válvulas, el orificio de entrada era mayor, por lo que tenían que manejar caudales altos, que solo eran posibles en revoluciones altas (menos tiempo en la fase de admisión).

Esto, ¿quiere decir, que los multiválvulas no funcionan bien en bajos regímenes?
No. Para evitar este efecto se ha recurrido a varios artilugios.

- Variar el calado del árbol de levas, modificando de esta forma, el momento de apertura o cierre de la válvula (distribución variable)
- Modificar el tiempo que la válvula esta abierta, así como el recorrido (alzada de la válvula ) a distintos regímenes .VTEC (requiere un cambio en el perfil de la leva)
- Modificar el caudal del colector cerrando el orifico de llegada a una válvula mediante una mariposa. Es como si, en determinado régimen, solo usamos un válvula, por lo que la estrechar el paso de fluido este se acelera, esto lo usa por ejemplo el Dti de OPEL
- Aprovechar la onda de presión en el colector de admisión, mejorando la respiración el alta, con colectores cortos y en baja con colectores largos (admisión variable)
Este ultimo ha sido el mas extendido, por su facilidad de montaje, solo requiere alimentar, con un colector en dos tramos y desviar el flujo mediante una válvula de mariposa en función del régimen.

 

¿Cuál es la razón de que en regímenes bajos el cilindro respire peor que en regímenes altos?.
Cuando digo que en baja respira peor que en alta cuando se aumentan las válvulas, no significa que lo haga peor que el mismo motor con menos válvulas o válvulas mas pequeñas, evidentemente la interpretación que quería dar es que una mejor respiración eleva el régimen donde se obtiene el valor max , aunque mejora el par en todo momento .

Sin embargo el coche es un todo y si disponemos de mas potencia (por la elevación del limite de giro) los desarrollos se deben alargar , para satisfacer los regímenes de velocidad max y cubrir todo el rango con las mismas marchas.

La razón por la que se perjudica el par en baja es la perdida de velocidad de fluido cuando se trabaja en baja carga , lo que hace que para el mismo tamaño de conducto el fluido se mueva a menor velocidad y por lo tanto con menor energía cinética ( la función de esta crece con el cuadrado de la velocidad) de ahí que la posibilidad de aprovechar esta energía para una mayor sobrepresión y mejor llenado.

De ahí que la idea es que un multivalvulas por diseño desplaza el régimen de par max a una zona de revoluciones mayor , incrementando el par en todos los regímenes , pero comparativamente haciendo perder bajos frente a altos regímenes.

La perdida de respiración en bajo régimen , ( frente a la ganancia en alto) no se debe ver respecto del motor 8 val , si no como un desplazamiento del régimen de par max a una cota superior en régimen y como el mayor valor de potencia que obliga a una caja mas desmultiplicada , la razón es clara una mayor sección de paso genera una menor velocidad de fluido ( menor caudal a un menor régimen) y con ello peor llenado por menor energía cinética de gases.

El cruce de válvulas mejora el llenado por el efecto de succión de los gases al salir del cilindro, que generan un vacío que ayuda al llenado , evidentemente a cada régimen le corresponde un valor de cruce adecuado para un mejor llenado.

De igual modo a cada régimen correspondería un valor de retraso en el cierre de la válvula de admisión , para aprovechar la energía cinética de los gases de admisión , los cuales quieren entrar al cilindro incluso cuando este está subiendo. No mezclar el
cruce con el retraso son dos efectos de la distribución , pero no iguales.

Los 2 válvulas por cilindros tiene una sección menor por lo que existirá un caudal en donde su rendimiento sea el adecuado , este caudal dependerá de la cilindrada y el régimen , por lógica si aumentamos el tamaño de las válvulas o el número de las mismas aumentamos la sección de paso al cilindro por lo que podremos manejar mas caudal, que es lo que se pretendía decir (aunque no muy claramente ) .

¿obtienen mas par un 8 val que un 16 val a igualdad de todo lo demás?.
No, un 16 val obtendrá mejor par en cualquier régimen ,debido a su mejor sección de paso.

¿por qué se dice que un 8 Val tiene mas bajos que un 16 Val?
Por que es así, un 16 val da mas par en todo el régimen , pero da más en regímenes altos que a medio o bajos , por lo tanto ganado en todos sitios pierde en bajos, es decir, para lo que gana en alta, parece que lo ha “perdido” en baja, cuando no es así.
Razones de ese desigual rendimiento en baja, las mismas que por las que da mas par en altos , lo lógico seria llenar el cilindro con la mayor velocidad de fluido en todo momento , para que la energía cinética del mismo así como su velocidad fuera mayor y siguiera llenado incluso cuando el cilindro ya está subiendo , pero para eso se necesita un caudal muy alto (régimen elevado) la misma razón que hace que suba el régimen de par max al aumentar la sección es la que hace que al reducir el tamaño el régimen de mejor llenado baje .
El problema puede venir por entender que un motor de 8 val da mas par que uno de 16 , y eso no es cierto , al menos a priori, otra coas es que hagamos un motor de 8 val con distribución y admisión enfocada a mejorar el par en baja y uno de 16 para mejorar el par en alta , en ese caso puede ser que nos encontremos algo así , lo mejor en esto casos es entender la razón y saber que un sistema de una manera se puede comportar de forma diferente si se actúa sobre los sitios adecuados , también había coches de alto régimen de giro antes de meterle mas de 2 val a los cilindros.

A igualdad de esquema de distribución a mas válvulas mejor respiración de los cilindros, el empeoramiento no es en valor absoluto, si no que el valor max, se desplaza a un régimen mas elevado de ahí el acusado efecto de perdida de par en un motor de 16 val, que no es tal sino que la ganancia se manifiesta mas en una zona de régimen mas elevado .

La disposición de colectores, situación de válvulas, rugosidad de los mismos colectores, ángulo de entre válvulas y conductos de admisión afectan también a la forma de respirar de un motor, cuando se diseña se debe fijar los valores, como carrera, tamaño y número de válvulas y después actuar sobre la distribución, admisión y colectores de escape, para terminar de definir la forma en que queremos que funcione, el afinado siempre se de debe dirigir en motores de uso habitual, para perder régimen de giro ( muy alto ya en los multivalvulas) a favor de una ganancia de par en baja ( en comparación con el de alta), si el motor es de competición puede que nos interese perder mas de par en baja a favor de ganarlo en alto o incluso subir el régimen de giro efectivo y si es posible, dotarlo de distribución variable, admisión variable y demás elementos modificables en marcha, que nos permitan ganar "arriba" sin perder "abajo".

 

MOTOR CON DOBLE SOBREALIMENTACIÓN:

 El uso del turbocompresor en los motores de gasolina tiene el inconveniente de que a bajas r.p.m. apenas aporta sobrealimentación. Se necesita de un sistema que sirva tanto para bajas como para altas r.p.m.. El uso de unidades de turbocompresor con geometría variable (VTG), no sirve para motores de gasolina, ya que la temperatura de los gases de escape de los motores de gasolina es tan alta que deteriora los materiales que forman el mecanismo de la geometría variable. Así que el uso de este tipo de turbocompresor esta descartado. La otra solución era utilizar una unidad de turbocompresor de tamaño reducido, con este se consigue que se empiece la sobrealimentación desde bajas r.p.m. del motor. Pero tiene el inconveniente de que altas r.p.m. no sobrealimenta lo suficiente.
Por las razones anteriores el uso de un turbocompresor no es suficiente, si se quiere conseguir una potenciación del motor tanto a bajas r.p.m. como a altas. Una solución que se ha venido estudiando desde hace tiempo es el uso de dos sobrealimentadores colocados uno detrás el otro.

El sistema biturbo de turbos hermanados o escalonados fue desarrollado por los ingenieros resultantes del departamento deportivo de la marca de automóviles Opel OPC (Opel Performance Center). Basta con considerar las presiones efectivas alcanzados para darse cuenta del enorme potencial del motor equipado con dos turbos escalonados. Mientras que las versiones Diesel sobrealimentadas clásicas funcionan a presiones incluidas entre 1,7 y 1,9 bares, el motor de 1,9 L de dos tubos escalonados llega a presiones efectivas de 2,6 bares. Esta presión tiene una influencia directa sobre la potencia del motor: cuanto más alta es la cifra mayor es la potencia desarrollada por el motor. Para que se pueda utilizar la técnica de los turbos escalonados, es necesario que el bloque motor sea especialmente robusto y que pueda resistir presiones enormes, incluso después de un fuerte kilometraje.

 

Ahora ha sido otra marca de automóviles la que se ha arriesgado y apostado por la tecnología novedosa que combina la acción de un turbocompresor y un compresor volumétrico de alta velocidad y conexión/desconexión automática. La combinación de un turbocompresor y un compresor volumétrico, desarrolla el mismo par motor que una mecánica de aspiración de mayor cilindrada, obteniendo al tiempo unos valores de consumo más bajos, de alrededor de un 20 por ciento menos de combustible. El motor TSi de 1.4 litros desarrollado por Volkswagen entrega una potencia específica de 121 CV por litro, lo que supone un valor no igualado en un motor de cuatro cilindros producido en serie.
Con el nuevo motor TSI de 1.4 litros y 170 CV, Volkswagen ha dado un paso adelante en el desarrollo lógico de su tecnología FSI (inyección directa de gasolina).

 

 

 

La idea fundamental del desarrollo de los motores TSi es la utilización de un compresor volumétrico para generar potencia a bajas revoluciones y un turbocompresor para generar potencia a altas.
El compresor cuyo funcionamiento esta basado en el principio Roots, una característica de este tipo de compresores es su capacidad para mantener el giro cuando se produce un cambio de marchas. El compresor es accionado mecánicamente por el cigüeñal del motor mediante una correa que mueve entre otros dispositivos, la bomba de agua, que forma conjunto con el embrague magnético que conecta o desconecta la transmisión de movimiento al compresor.
El turbocompresor es una unidad estándar como las utilizadas en otras mecánicas, con su válvula de descarga (wastegate) para controlar su velocidad.
El compresor y el turbocompresor están conectados en serie, una mariposa de regulación distribuye el aire de admisión entre el turbocompresor o el compresor según los parámetros de funcionamiento. La mariposa de regulación se abre cuando el turbocompresor está funcionando solo. En este caso, el aire sigue el camino habitual de los motores turbo convencionales, a través del intercooler frontal y la válvula de mariposa hacia el colector de admisión.

 

La presión de sobrealimentación máxima del TSI es de aproximadamente 2.5 bar a 1.500 r.p.m., con el turbocompresor y el compresor mecánico funcionando con el mismo índice de presión (alrededor de 1,53). En este caso, un motor con sólo el turbocompresor de escape hubiera alcanzado un índice de presión de 1,3 bar. La respuesta más rápida del turbocompresor permite al compresor despresurizarse antes mediante la apertura de la válvula bypass. Esto significa que la operación del compresor se limita a un margen de regímenes de giro con índices de presión predominantemente bajos y, por lo tanto, un consumo de potencia bajo. En consecuencia, la desventaja del sistema de compresor mecánico en términos de consumo se puede limitar.
El compresor sólo se necesita para generar la presión de sobrealimentación requerida en la gama de velocidades del motor hasta 2.400 r.p.m.. El turbocompresor sin embargo está diseñado para una eficacia óptima en la gama alta de revoluciones y proporciona una presión de sobrealimentación adecuada incluso en la gama media. En las gamas medias de revoluciones si aumenta mucho la carga en el motor , el compresor se conecta para permitir un aumento espontáneo en la presión de sobrealimentación. La manera como estos dos sistemas se complementan entre sí supone que no existe ningún retraso del turbo. El compresor deja de ser necesario por encima de una velocidad del motor de 3.500 r.p.m. como máximo, ya que el turbocompresor puede proporcionar la presión de sobrealimentación necesaria incluso dinámicamente, durante la transición desde la marcha suave hasta el funcionamiento a plena carga.
El compresor, cuya relación de giro respecto al cigüeñal es de 5/1, entrega una presión de sobrealimentación de 1,8 bar justo por encima del régimen de ralentí.

 

El motor que combina el funcionamiento de un compresor y un turbocompresor es el anteriormente utilizado y llamado FSi, tiene una cilindrada de 1.4 L y se trata de una unidad de cuatro cilindros y dieciséis válvulas, una distancia entre cilindros de 82 mm, un diámetro de 76,5 mm y una carrera de 75,6 mm.. El objetivo en el desarrollo del motor TSI se centraba en el diseño de un nuevo bloque de fundición gris de alta resistencia, capaz de soportar elevadas presiones, de hasta 21,7 bares durante largos períodos de tiempo. A diferencia del FSi, la tecnología de inyección se modifico utilizando una válvula de inyección de alta presión de seis orificios (se emplea por primera vez en el motor 1.4 TSi). El inyector, al igual que en los motores FSI atmosféricos, está situado en la cámara de combustión. La cantidad de combustible que se va a inyectar entre la velocidad de motor al ralentí y la potencia de 90 kw por litro requiere una amplia variabilidad en el flujo de combustible a través de los inyectores, siempre que haya un tiempo suficiente de preparación de la mezcla tras completarse la inyección en condiciones de plena carga, por una parte, y una velocidad de motor al ralentí con volúmenes de inyección bajos. La presión de inyección máxima se incrementó hasta 150 bares con el fin de obtener esta amplia gama de flujo transversal. Asimismo, la tecnología TSI hizo posible lograr una relación de compresión de 10:1, una cifra alta en motores sobrealimentados ya que anteriormente los motores que utilizaban turbos, difícilmente superaban relaciones de compresión superior a 8,5:1.

 

Un par motor de 200 Nm está disponible desde sólo 1.250 r.p.m., y así hasta los 6.000 r.p.m.