Motores (Vol.3): La Distribución

Hoy volvemos a nuestra secciones de manuales con una entrada técnica de las de antes. Esta vez tratamos un tema de suma complejidad como es la distribución, y que nos trae de cabeza a muchos a la hora de preparar un coche. Válvulas para arriba, válvulas para abajo, que empiece la función:

Esta entrada tiene unas coordenadas muy concretas: Si ya sabes cómo funciona la culata de un coche, puedes invertir tu tiempo en cosas más provechosas como votarnos para el premio Bitácoras 2012, plancharte unas camisas, o hacerte unas tostadas con alguna mermelada exótica. En cambio si no sabes realmente lo que pasa debajo de esa tapa de plástico de tu motor donde pone "2.0 16v", esperamos que leyendo este ladrillo comiences a comprender. En este último caso es altamente recomendable que leas nuestras nociones básicas sobre el funcionamiento de un motor, porque en él explicamos sus fases y lo que sucede en cada momento. De esta forma no tenemos que repetir semejante coñazo nuevamente, y cuando digamos "compresión" sabrás dónde debe estar pistón y lo que tiene que estar haciendo. Para eso la escribimos en su día...

Lo primero que vamos a hacer es comenzar sentando unas bases bien sencillas:

Vamos a tomar como modelo un motor como el de aquella primera entrada, es decir, gasolina de 4 tiempos, sin distinguir entre atmosférico o turbo. Y una vez más, nos saltamos todos los años en que los motores de los coches llevaban los árboles de levas en sitios peregrinos, o válvulas situadas en una extraña cámara de combustión que sale hacia un lado de la culata. Aquí la mayoría tenemos coches con motores multiválvulas con doble árbol de levas en cabeza (DOHC: Double Over Head Camshaft). Si tu coche no es multiválvulas te imaginas el mismo mecanismo pero con la mitad de "trompetitas". Si en cambio tienes un Corvette, mejor olvida lo que vamos a decir, porque su motor LSx lleva el árbol de levas por allí abajo. Si tienes un rotativo, puedes darte un paseo porque ahí ya si que no coincide nada con lo que vamos a explicar. Si no tienes coche ninguno, deja de perder tiempo leyendo esto y corre a comprar uno antes de que el plan Pive (ojo nombrecito bueno) acabe con todos los cacharros viejos.

(Una culata normalita de un motor 4 cilindros 16 válvulas. Esto es lo que tapa el bloque por la parte superior. Si nunca has visto un motor abierto, imagina que lo que se muestra en la foto es el "techo" de los cilindros.)

La distribución es un mecanismo que regula el paso de los gases a través del interior del motor. Es decir, que es lo que hace que entre el aire de la admisión, que se quede la mezcla encerrada para hacer compresión, y posteriormente permitirá que los gases de escape salgan del motor hacia el colector. ¿Como se hace eso? Pues como siempre: Con mucho cuidado. Atiende:

Me consta que muchos de vosotros estáis leyendo esto sin haber leído el Vol.1 de motores, y por eso voy a resumir brevemente un punto clave:

El giro del cigüeñal mueve la correa o cadena de distribución (hay motores por cadena y motores por correa dentada de goma), y esta termina arriba, en la culata, moviendo las poleas de los árboles de levas. Los árboles de levas suelen ser 2 (DOHC) en los motores en línea modernos, y uno se dedica a mover las válvulas de admisión, mientras el otro mueve las de escape. Dicho esto, recomendamos leer nuestra explicación sobre el árbol de levas aquí, y entramos en más detalle:

El movimiento del árbol de levas (cualquiera de ellos) hace que giren las levas, y estas en un determinado momento de su giro accionan las válvulas que tienen debajo (por medio de los taqués, las guías, etc.). La válvula que hay debajo se encarga de abrir y cerrar el conducto de la culata que comunica el colector con el interior del cilindro, siendo las de admisión las que gobiernan el paso de aire del colector de admisión a la cámara, y las de escape las que liberan los gases de escape del interior del cilindro al exterior, por medio del colector de escape.

La válvula, en un momento inicial, está cerrada apoyándose sobre el asiento de válvula, y cuando la leva que tiene encima la acciona, cede hacia el interior del cilindro abriendo el paso de gases de la culata. Mientras tanto la leva sigue girando, en un momento determinado deja de accionar la válvula, y ésta vuelve a su posición sobre el asiento cerrando su conducto.

(Un recorte de la culata para mostrar el mecanismo del que estamos hablando. Es de suponer que debajo iría el bloque con el cilindro, y el pistón subiendo/bajando en su interior)

Como veis, su funcionamiento es bien sencillo, ok, la leva gira y la válvula se abre y luego se cierra, menudo misterio de la ingeniería... Ya, pero la gracia está en la manera en que las válvulas se abren y cierran. Y eso es la distribución precisamente.

Aquí entran en juego varios valores. Unos los podremos regular en nuestro favor, y otros van a resultar más complicados de modificar en una preparación:

Por una parte tenemos la ALZADA, que es la distancia que recorre la válvula al abrirse. Si resumimos al máximo un tema como este sobre el que hay extensos estudios, podemos decir que con más alzada entra y sale más aire (los ingenieros pueden crucificarme en 3, 2, 1...).

Además tenemos la DURACIÓN, que es el tiempo que la válvula permanece abierta/cerrada.

Por añadidura, tenemos el CRUCE DE VÁLVULAS. Esto es más complicado que los anteriores: En un mundo ideal las válvulas se abren y se cierran de forma acompasada con las fases del motor (admisión, compresión, explosión, escape), tal y como lo explicamos aquella vez. Pero como siempre, la vida real es muy jodida, y este orden idílico se modifica por la mano del hombre para optimizar sus intereses de que el motor ande más y mejor. De esta manera, hay momentos del motor en que las válvulas de admisión y las de escape se cruzan en su camino de cierre/apertura, porque conviene adelantar/retrasar su actuación respecto del movimiento del pistón para facilitar el llenado del cilindro en la admisión, o su vaciado en el escape.

(No los vas a ver así de limpios en la vida. Es más, son de mentira.)

Por eso, el cruce de válvulas permite ciertas modificaciones en la distribución que hacen que el motor pueda funcionar mejor de una manera o de otra. El cruce se mide en grados (grados de giro del árbol de levas). Por poner dos ejemplos míticos, con mucho cruce se obtiene más potencia en altas, pero se vacían más los bajos, y por eso se suelen poner cruces muy agresivos en coches de circuito que funcionan más fácilmente en altos regímenes, mientras que en rallyes los cruces suelen ser más conservadores, porque interesa tener ciertos bajos en las curvas más lentas. Insisto en que esto es una simpleza y una generalización, una regla general que admite mil excepciones en la vida real, pero que permite hacernos una idea bastante gráfica de la aplicación.

Como curiosidad para quedar guay con tus amigos, puedes comentar que los ralentís inestables y torpes de los coches de carreras son fruto de un cruce de válvulas bien gordote, por eso suenan prop-propopopop ... prop - prop - prop-prop - propopopop- prop- prop ... de forma cíclica.

Y por último podemos modificar el avance y retraso del árbol de levas con unas poleas regulables, permitiendo cierto juego sobre los árboles de levas de serie.

Todo esto influye enormemente en el funcionamiento de un motor, de ahí la importancia vital de la distribución, de tener la correa en buen estado, y de hacer siempre bien la distribución en cada cambio. Y por eso cuando se nos rompe la correa cogemos la culata (o a veces el motor entero) y lo tiramos a la basura, porque si aquello se desmadra, las válvulas empiezan a abrir y cerrar cuando quieren, los pistones siguen subiendo y bajando, al llegar arriba se encuentran con las válvulas abiertas y chocan contra ellas (lo que se suele llamar "pisar las válvulas"), y termina todo destruido completamente.

(Esto es lo que pasa. Y los hemos visto MUCHO peores en la frutería...)

De aquí comenzamos a extraer diferentes conclusiones, que como fuelwaster y hombre de bien que pretende hacer que su coche corra más que antes, debes conocer.

La primera, que para aumentar la potencia del motor puedes servirte de estos parámetros: Válvulas más grandes para que pase más aire a través de los conductos de admisión, si bien para ello antes habrá que agrandar esos conductos de admisión, de lo contrario nos encontraremos con un cuello de botella en la culata; árboles de levas "gordos", que suelen modificar cruce, duración y alzada, y muelles de válvula reforzados para poder girar más altos de vueltas sin que las válvulas reboten. Pero no olvidemos que para que todo esto funcione debidamente hay que decirle a la centralita que lo aproveche, es decir, modificar la electrónica.

La segunda, que a medida que añadimos cruce, la curva de potencia se va desplazando a la derecha, y va subiendo con las revoluciones, por lo que debemos ser conscientes de dos cosas: 1) Los bajos probablemente desaparezcan, y 2) Es recomendable subir el corte de inyección, porque el motor seguirá entregando potencia si seguimos subiendo, hasta cierto límite (cada motor y cada cruce lo determinan de una forma).

La tercera, que empiezas a comprender el estupendo avance que suponen las distribuciones variables, por las que el motor dispone de una distribución más conservadora para el bajo régimen y otra más agresiva en la zona alta, con todo el juego que permite. No vamos a entrar ahora porque es un tema MUCHO MÁS COMPLICADO, existen distintos tipos de accionamiento (Vtec, Mivec, Vanos, VVT, etc.), y entran en juego asuntos peliagudos como las resonancias... Prometo que lo haremos más adelante. Palabra de fruta.

(¡Piezas Cosworth para todos!)

La cuarta, que si Siemens efectivamente saca adelante su modelo de motor "camless", por el que se suprimen las correas de distribución y los árboles de levas, y se accionan las válvulas mediante unos actuadores controlados electrónicamente, las posibilidades se elevan al infinito. Piensa que no sólo tienes la posibilidad aquí de jugar sin depender de una configuración fijada por el árbol de levas, y poder adaptar TODOS los parámetros de la distribución de la mejor forma para cada momento exacto del motor, y que puedan variar constantemente, dando bajos, medios y altos constantemente; sino que además liberas al giro del motor del pesado esfuerzo de mover la distribución con la correa/cadena, y aprovechas MUCHO MEJOR su rendimiento en mover las ruedas. ¿Cómo va el proyecto? No tenemos ni idea, pero personalmente nos parece uno de los avances más serios en diseño de motores de las últimas décadas, y si llega a la producción, será toda una revolución. Crucemos los dedos...

Ok, pues hasta aquí lo básico y elemental acerca de la distribución y sus variables. Desde aquí ya podremos construir más adelante acerca de distribuciones variables (que veremos en profundidad aprovechando el montaje del motor Mivec en el Colt), cruces de válvulas, y otras cosas de sumo interés relativas con la culata.

Espero que los expertos conocedores del tema no se peguen un tiro en la cara al leer algunas de las imprecisiones que hemos recogido: Pensad que si no nos permitimos generalizar un poco y simplificar muchos conceptos, no se podrían explicar estas cosas para un nivel accesible. Es de entender que para un nivel avanzado de mecánica nadie serio toma como referencia un blog de internet (sálvese quien pueda...) sino que uno recurre a libros serios y de cierto nivel sobre ello. Tratamos de que el nivel técnico de nuestros lectores sea un poco más homogéneo, porque muchos piden entradas sobre mecánica, y otros dicen que se pierden, y así poco a poco haremos de este un mundo mejor.

Huelga decir que cualquier error u omisión en este artículo nos lo podéis comentar aquí abajo y lo editaremos a la mayor brevedad posible, como hacemos siempre que es justo y necesario...

Sed felices, os amo con locura.