MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA EN AUTOMOCIÓN (PARTE XXII)

Hola a todos

Como lo prometido es deuda, en el artículo que os traigo hoy tocaremos un tema específico dentro de los sistemas de distribución de motores de combustión interna.
Me remito a anteriores artículos, en los cuales os explicaba que en los sistemas habituales de distribución de motores el elemento que procuraba el cierre de las válvulas es el muelle de válvula. Os pongo un ejemplo para refrescar la memoria:

Como podeis ver, el sistema convencional usa el muelle de válvula como elemento de cierre de la misma ya que la fuerza que ejerce el muelle hace que la válvula nunca pierda contacto con la leva que la acciona (el taqué concretamente en la mayoría de sistemas).

Pero este sistema tenía un inconveniente, derivado de las limitaciones del propio muelle para absorver los impactos de la leva a regímenes altos de funcionamiento. Esto es debido a que llega un momento que al muelle lo sometemos a tantas compresiones por minuto que este no es capaz de recuperar (su módulo elástico determina esa capacidad) su forma y deja a la válvula sin cerrar, fenómeno que se conoce como flotación de válvulas. Cuando esto ocurre, el motor se descomprime y pierde potencia, pudiendo llegar a producir averías graves si la válvula está en una posición más baja de la adecuada y golpea al pistón que sube.
¿Por qué apareció este problema? Pues en realidad porque como habreis averiguado leyendo todos los artículos anteriores sobre motores, para buscar mayor potencia a igualdad de mecánica (es decir cilindrada) hay dos caminos, uno es la sobrealimentación y el otro el aumento del regímen máximo de funcionamiento del motor. La sobrealimentación en el pasado hizo que se llegaran a potencias bestiales durante los años 80, como por ejemplo el motor BMW para Fórmula 1 de 1500 cc y unos 1200 CV. Pero llega la FIA con los recortes y me prohibe los motores Turbo, teniendo que volver a los motores con admisión de aire a presión atmosférica. ¿Cómo encuentro de nuevo la potencia? Sólo me queda la segunda vía, aumento del régimen máximo de funcionamiento con el cual consigo introducir más mezcla aire-gasolina en el cilindro. Bien, si os acordais ( sino pinchad aquí ) os hablé del sistema desmodrómico, aquel que no usaba muelles de válvula y en su lugar colocaba unas palanquitas a modo de balancin que actuaban para abrir y cerrar el muelle.

Con esta animación recordareis mejor. La ventaja era que las palanquitas tienen la rigidez suficiente para que el régimen de giro no afecte al cierre y apertura correctos de la válvula. El inconveniente principal era el reglaje complicado del sistema, y su coste aunque en competición esto último no es tanto problema. Pero en Fórmula 1, que es lo que nos ocupa hoy no se usa el sistema desmodrómico, sino algo mucho más sencillo y a la vez más fácil de reglar.
¿Qué se usa en la Fórmula 1 para comandar la apertura y cierre de válvulas? Pues por extraño que os parezca, el sistema lleva usándose desde los años 80 del siglo pasado, cuando Renault despues de presentar en sociedad los motores Turbo V6 en el 1977, desarrolló más tarde (años 80) el sistema de distribución usado en la actualidad debido a los altos regímenes de funcionamiento del motor de un F1. El sistema es muy parecido al convencional, tanto que sólo sustituye un elemento y mantiene la estructura y elementos restantes. Me estoy refiriendo de nuevo al muelle de válvulas, que al final es en torno a lo que gira todo este meollo. El muelle mecánico es sustituido por un muelle neumático que dará nombre a este tipo de distribución, la distribución neumática. 

El primer muelle neumático para válvulas patentado por Renault. En el esquema podemos ver la leva que contacta con un empujador de vaso invertido corto (1), de vaso invertido por la forma que veis en el esquema. También vemos que debajo encontramos un pistón delgado con anillo de obturación (2), el anillo es para evitar el escape del gas que proviene del conducto de entrada (3). Mantenemos un muelle mecánico débil para que la válvula ajuste perfectamente con la leva cuando el motor está parado, ya que no genera presión de gas ninguna. 

Este es el esquema actual de funcionamiento de una válvula neumática actual. Aquí el muelle mecánico queda eliminado y en su lugar se produce una presión inicial para que las válvulas antes de la arrancada del motor esten en la posición correcta. A pesar del anillo obturador, el aire o gas usado a presión escapa por la guía de válvula y por el empujador, de ahí que haya que generar presión previa antes del arranque, también se hace con el circuito de lubricación del motor antes de la arrancada.

Por último, el esquema completo del accionamiento de la válvula sin muelle mecánico. Tan sólo deciros que en Fórmula 1 se usa nitrógeno como gas a comprimir ya que soporta mejor las compresiones a las que se le somete, del orden de 12-16 bares de presión (unas 12-16 veces superior a la atmosférica). El nitrógeno además es inerte, y no contiene humedad que pueda afectar a los retenes, por lo que es más difícil tener perdidas con este sistema. Gracias a este mecanismo los motores de Fórmula 1 de hoy día pueden funcionar perfectamente a regímenes de 18000 rpm sin ningún problema.
Recordaros que este sistema de distribución neumático también es variable, porque la presión de trabajo no es fija, lo que nos da una alzada de válvula distinta para distintas presiones de funcionamiento. cuanto mayor es la presión, menor la alzada (recorrido completo de válvula).

Bueno, y hasta aquí lo que ha dado de si el sistema de distribución del motor de un automóvil, que espero os haya gustado. Hemos visto las generalidades, los tipos de distribución, los sistemas variables, y los sistemas de competición (desmodrómico y neumático). Ya me despido hasta el próximo artículo, donde abordaremos nuevo tema, el sistema de encendido en motores de ciclo Otto (recordad, motores que llevan bujía), hasta pronto.

A continuación, la bibliografía consultada:

- http://www.forocoches.com/foro/showthread.php?t=249054
- http://www.aficionadosalamecanica.net/valvulas-neumaticas-distribucion.htm
- http://www.motorpasionmoto.com/motogp/distribucion-valvulas-neumaticas
- http://f1revolution.com/2009/05/distribucion-neumatica/