En el mundo de la mecánica automotriz, el diagrama de distribución es un elemento clave en los motores de 4 tiempos. Este diagrama determina los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape, lo cual influye directamente en el rendimiento y eficiencia del motor. En este artículo, exploraremos en detalle qué es un diagrama de distribución, su importancia en los motores de 4 tiempos, los componentes del sistema de distribución, los diferentes tipos de diagramas de distribución y las posibles modificaciones que se pueden realizar en el mismo.
¿Qué es un diagrama de distribución?
El diagrama de distribución es un conjunto de datos que determina los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape en un motor de 4 tiempos. Estos tiempos tienen un impacto directo en la cantidad de aire y combustible que entra y sale del motor, lo cual afecta su rendimiento y eficiencia.
En un motor de 4 tiempos, el ciclo se divide en cuatro fases: admisión, compresión, explosión y escape. Durante la fase de admisión, la válvula de admisión se abre para permitir que la mezcla de aire y combustible entre en la cámara de combustión. Durante la fase de compresión, la válvula de admisión se cierra y el pistón comprime la mezcla. Durante la fase de explosión, la mezcla se enciende y genera la fuerza necesaria para mover el pistón. Finalmente, durante la fase de escape, la válvula de escape se abre y los gases de escape salen del motor.
El diagrama de distribución define los momentos precisos en los que las válvulas de admisión y escape deben abrirse y cerrarse para que el motor funcione correctamente. Estos tiempos de apertura y cierre se miden en grados de giro del árbol de levas, que es el componente encargado de accionar las válvulas.
Importancia de un diagrama de distribución en motores de 4 tiempos
Un diagrama de distribución bien diseñado y ajustado adecuadamente puede mejorar significativamente el rendimiento y eficiencia de un motor de 4 tiempos. Al controlar los tiempos de apertura y cierre de las válvulas, se puede optimizar la cantidad de aire y combustible que entra y sale del motor, lo cual tiene un impacto directo en la potencia, torque y consumo de combustible.
Un diagrama de distribución mal ajustado puede resultar en una mezcla pobre o rica, lo cual puede provocar una disminución en la potencia, un aumento en el consumo de combustible e incluso daños en el motor. Es por eso que es de vital importancia comprender los diferentes componentes del sistema de distribución y cómo afectan el funcionamiento del motor.
Componentes del sistema de distribución
El sistema de distribución está compuesto por varios componentes clave que trabajan en conjunto para controlar los tiempos de apertura y cierre de las válvulas. Estos componentes incluyen el árbol de levas, las válvulas de admisión y escape, los muelles de válvulas y los seguidores o balancines.
Árbol de levas
El árbol de levas es uno de los componentes más importantes del sistema de distribución. Se encuentra en el bloque del motor y es accionado por el cigüeñal a través de una correa de distribución o una cadena de distribución. El árbol de levas tiene levas o excéntricas que empujan las válvulas de admisión y escape para abrir y cerrar en los momentos adecuados según el ciclo de funcionamiento del motor.
Válvulas de admisión y escape
Las válvulas de admisión y escape son las encargadas de controlar el flujo de aire y gases en el motor. Durante la fase de admisión, la válvula de admisión se abre para permitir que la mezcla de aire y combustible entre en la cámara de combustión. Durante la fase de escape, la válvula de escape se abre para permitir que los gases de escape salgan del motor.
Muelles de válvulas
Los muelles de válvulas son los encargados de cerrar las válvulas después de que el árbol de levas las ha abierto. Estos muelles se comprimen cuando la válvula está abierta y se expanden cuando la válvula se cierra, asegurando un cierre hermético y evitando fugas de gases.
Seguidores o balancines
Los seguidores o balancines son los encargados de transmitir el movimiento del árbol de levas a las válvulas. Estos componentes tienen forma de palanca y se apoyan en el árbol de levas por un extremo y en las válvulas por el otro. Cuando el árbol de levas gira, los seguidores o balancines empujan las válvulas para abrir y cerrar en los momentos adecuados.
Tiempos de apertura y cierre de válvulas
Los tiempos de apertura y cierre de las válvulas son fundamentales para el correcto funcionamiento del motor. Estos tiempos se miden en grados de giro del árbol de levas y varían según el diseño del motor y su uso previsto. A continuación, veremos los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape y la relación entre ellos.
Tiempos de apertura de válvulas de admisión y escape
El tiempo de apertura de la válvula de admisión es el momento en el que comienza a abrirse la válvula para permitir que la mezcla de aire y combustible entre en la cámara de combustión. Este tiempo se mide en grados de giro del árbol de levas y varía según el diseño del motor.
El tiempo de apertura de la válvula de escape es el momento en el que comienza a abrirse la válvula para permitir que los gases de escape salgan del motor. Al igual que el tiempo de apertura de la válvula de admisión, este tiempo se mide en grados de giro del árbol de levas y varía según el diseño del motor.
Tiempos de cierre de válvulas de admisión y escape
El tiempo de cierre de la válvula de admisión es el momento en el que comienza a cerrarse la válvula después de que la mezcla de aire y combustible ha entrado en la cámara de combustión. Este tiempo se mide en grados de giro del árbol de levas y varía según el diseño del motor.
El tiempo de cierre de la válvula de escape es el momento en el que comienza a cerrarse la válvula después de que los gases de escape han salido del motor. Al igual que el tiempo de cierre de la válvula de admisión, este tiempo se mide en grados de giro del árbol de levas y varía según el diseño del motor.
Relación entre los tiempos de apertura y cierre
La relación entre los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape es fundamental para el correcto funcionamiento del motor. Esta relación determina la duración y el solapamiento de las fases de admisión y escape, lo cual tiene un impacto directo en el rendimiento y eficiencia del motor.
Un mayor solapamiento entre los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape puede mejorar el llenado de la cámara de combustión y aumentar la potencia del motor a altas revoluciones. Sin embargo, un solapamiento excesivo puede provocar una disminución en el torque a bajas revoluciones y un aumento en las emisiones de escape.
Por otro lado, una menor duración de la fase de admisión puede limitar la cantidad de aire y combustible que entra en la cámara de combustión, lo cual puede reducir la potencia y eficiencia del motor. En cambio, una mayor duración de la fase de admisión puede aumentar la potencia, pero también aumentar el consumo de combustible y las emisiones.
Diagramas de distribución comunes
Existen diferentes tipos de diagramas de distribución que se utilizan en los motores de 4 tiempos. Cada tipo tiene sus propias características y beneficios. A continuación, veremos algunos de los diagramas de distribución más comunes.
Diagrama de distribución estándar
El diagrama de distribución estándar es el más común y se encuentra en la mayoría de los motores de 4 tiempos. En este tipo de diagrama, los tiempos de apertura y cierre de las válvulas son fijos y no varían según las condiciones de funcionamiento del motor. Esto proporciona un equilibrio entre potencia, eficiencia y durabilidad.
El diagrama de distribución estándar es adecuado para la mayoría de las aplicaciones y ofrece un rendimiento confiable y eficiente en un amplio rango de revoluciones. Sin embargo, puede haber margen para mejoras en términos de potencia y eficiencia en motores de alto rendimiento o en situaciones específicas.
Diagrama de distribución variable
El diagrama de distribución variable es una evolución del diagrama de distribución estándar y ofrece mayor flexibilidad y adaptabilidad. En este tipo de diagrama, los tiempos de apertura y cierre de las válvulas pueden variar según las condiciones de funcionamiento del motor, como la carga, la velocidad y la temperatura.
La ventaja del diagrama de distribución variable es que permite optimizar el rendimiento y eficiencia del motor en diferentes situaciones. Por ejemplo, en situaciones de baja carga y baja velocidad, se pueden cerrar las válvulas de admisión más temprano para reducir las pérdidas por bombeo y mejorar la eficiencia. Por otro lado, en situaciones de alta carga y alta velocidad, se pueden abrir las válvulas de admisión y escape más temprano para aumentar la potencia.
El diagrama de distribución variable se logra mediante el uso de sistemas como el VVT (Variable Valve Timing) o el VVA (Variable Valve Actuation). Estos sistemas utilizan actuadores hidráulicos, electrónicos o electromecánicos para ajustar los tiempos de apertura y cierre de las válvulas según las condiciones de funcionamiento del motor.
Diagrama de distribución desmodrómico
El diagrama de distribución desmodrómico es utilizado por algunos fabricantes de automóviles de alto rendimiento, como Ducati en sus motocicletas. En este tipo de diagrama, las válvulas son accionadas tanto para abrir como para cerrar por el árbol de levas, en lugar de depender de muelles de válvulas como en los diseños convencionales.
La ventaja del diagrama de distribución desmodrómico es que permite un mayor control sobre los tiempos de apertura y cierre de las válvulas, lo cual puede resultar en un mejor rendimiento y eficiencia del motor. Además, al eliminar los muelles de válvulas, se reduce el riesgo de flotación de válvulas a altas revoluciones, lo cual permite alcanzar regímenes de giro más altos.
Diagrama de distribución VTEC
El diagrama de distribución VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) es utilizado por Honda en algunos de sus motores. Este sistema combina el control variable de los tiempos de apertura y cierre de las válvulas con el control variable de la elevación de las válvulas.
El VTEC permite una transición suave entre un perfil de leva de baja elevación y un perfil de leva de alta elevación, según las condiciones de funcionamiento del motor. Esto proporciona un equilibrio entre potencia a altas revoluciones y eficiencia a bajas revoluciones.
En situaciones de baja carga y baja velocidad, el VTEC utiliza el perfil de leva de baja elevación para mejorar la eficiencia. En situaciones de alta carga y alta velocidad, el VTEC cambia al perfil de leva de alta elevación para aumentar la potencia.
Modificaciones en el diagrama de distribución
En algunos casos, es posible realizar modificaciones en el diagrama de distribución para optimizar aún más el rendimiento y eficiencia del motor. Estas modificaciones pueden realizarse tanto en el diseño del motor como en componentes específicos del sistema de distribución. A continuación, veremos algunas modificaciones comunes que se pueden realizar en el diagrama de distribución.
