Múltiple de admisión, escape y árbol de levas

En todos los motores el buen cálculo de estos dispositivos depende la estabilidad, durabilidad, economía del motor, así como baja emisión de gases contaminantes y porque no la velocidad del vehículo por eso son un detalle cuidadoso al armar un vehículo así como su posible modificación por lo tanto dedicaré un espacio para hablar un poco acerca de ellos.

Diseños de múltiples de admisión: Los tamaños de los múltiples son un compromiso, deben tener una sección recta bastante grande para que fluya una carga y se obtenga una máxima potencia y eficiencia de la entrega de la mezcla aire combustible, o bien el aire requerido a la cámara de combustión, las secciones rectas deben de ser bastante pequeñas para que las velocidades de flujo de carga sean lo bastante fuertes para mantener en suspensión las partículas de la mezcla las cuales llegan a superar los 85km/s, el tamaño de la sección recta del múltiple de admisión en motores de competencia es una de las razones para que dicho motor no funcionen bien a bajas revoluciones del motor, los múltiples de competencia deben de ser lo bastante grandes para alcanzar la máxima potencia, sin embargo este tamaño provocará que la carga se vuelva mas lenta de modo que el combustible se separará de la carga a bajas revoluciones del motor, para los automóviles diseñados para ciudad el área recta será de menor tamaño para obtener un óptimo rendimiento de combustible, así como bajas emisiones contaminantes a bajas revoluciones, hay que notar que en los motores que cuentan con una inyección de combustible cercana a la lumbrera de admisión no tendrán problema de separación de carga de combustible, estos motores funcionaran satisfactoriamente a bajas revoluciones, un ejemplo de esto es el sistema FSI del consorcio Volks Wagen el cual envía hasta 2000 bares de presión siendo una presión mayor al sistema MPFI, EFI o SEFI.

Tipos de múltiples de admisión:

• Conducto a tono
• Conducto tipo H
• Conducto de tipo tronco

Nota: se requiere de un dispositivo en el múltiple de admisión capaz de evaporar el combustible que llega a la cámara de combustión en forma gasificada.

Algunos preparadores y llamados mecánicos “Banqueteros” determinan que para admitir un mayor flujo de la mezcla aire – combustible es necesario Portear el múltiple de escape y la lumbrera de admisión, esto es incorrecto debido al efecto venturi, en el cual se necesita mas de un tubo de venturi para poder mantener la misma presión de entrada que la de salida, a demás de que el estriado y la rugosidad del mismo es necesario para que exista una homogenización de la mezcla.

Diseños del múltiple de escape

El múltiple de escape o de descarga se diseña para colectar los gases quemados provenientes de el proceso de combustión que se lleva en los cilindros, los gases calientes se llevan a un tubo de descarga, que a su vez lo lleva a un convertidor catalítico o a un silenciador o atenuador de ruido, la temperatura de dicho componente llega a alcanzar los 815º C o (1500º F).

En marcha al ralenti, el múltiple de descarga se mantiene caliente causando poca expansión, en la operación normal del motor se trabajará con una carga ligera y en condiciones de estrangulador parcial el múltiple no alcanzará su máximo de temperatura, en algunos motores el Múltiple de descarga es reemplazado por un cabezal de tubería de acero soldada.

Headers o cabezales

Los tubos de descarga inmediata individuales se les llama cabezales estos trabajan de 2 maneras:

• Los cabezales reducen la restricción del sistema de descarga. Con restricción inferior, la descarga sale mas fácilmente del motor, lo que requiere menos potencia del motor para su expulsión;
• Inmediatamente después de que una pulsación de descarga sale de un puerto de descarga (lumbrera de escape) hay una presión inferior en el cilindro. Los cabezales a tono están diseñados para combinar pulsaciones de descarga individuales dentro de una pulsación mas grande, con una presión correspondientemente inferior atrás de la pulsación. Esta presión baja es menor que la atmosférica, y ayuda realmente a succionar mas mezcla aire / combustible en el cilindro.

Esta sobrealimentación inversa funciona mejor a medias revoluciones del motor, estas se basan en la longitud del tubo primario y el colector, cuanto mas grande sea la longitud del tubo primario y la del colector funcionara a menores RPM, algunos cabezales utilizan un colector ajustable, es conveniente usar el colector mas corto para altas revoluciones y los colectores mas largos para bajas revoluciones (los beneficios de ambos sólo se pueden determinar generalmente a 3,500 RPM de lo que depende mucho el diseño del motor).

Potencia y par de RPM bajas y medianas:

• La longitud del conducto primario deberá ser larga de 34” a 38” (longitudes típicas) del conducto primario;
• La longitud deberá ser larga (12” a 15”).

Para potencia y par torsional superiores se deberá aumentar el conducto primario y disminuir la longitud de los tubos, la longitud del colector puede acortarse o se deberá hacer ajustable para estar a tono en el par de torsión máximo a la velocidad deseada del motor.

El árbol de levas

Duración del árbol de levas

La duración del árbol de levas son los grados de rotación del árbol de levas que la válvula se eleva fuera del asiento, la duración también puede ser diferente tanto en válvulas de admisión como válvulas de descarga, si son diferentes unas de otras se les llama asimétricas, dicha especificación se expresa con distintos métodos que se deben tomar en cuenta al comprar ambas levas, los métodos mas comunes son:

• Duración de abertura de válvula a claro cero, si se usa un elevador hidráulico el juego es cero, si se usa un elevador sólido, se refiere a la duración de la abertura de la válvula después que el claro especificado se ha cerrado.
• Duración de elevación de .050” del elevador, puesto que esta especificación elimina todos los claros de juego de válvula, e iguala estilos del elevador.

Sobreposición de válvulas

Otra especificación muy importante del árbol es la cantidad de sobreposición la cual es la cantidad de grados del árbol de levas entre las etapas de admisión y descarga en que ambas válvulas están fuera de sus asientos.

• Una cantidad inferior de sobreposición trae como resultado marcha y funcionamiento en vacío mas parejos en baja velocidad del motor, pero hay una menor cantidad de potencia disponible a velocidades mas altas.
• Una mayor sobreposición de válvulas provoca marcha en vacío mas tosca del motor, con menos potencia a velocidades bajas, que se mejora en alta velocidad.

Centros de lóbulos

Una de las especificaciones más importantes del árbol de levas que causa cierta confusión es el ángulo de la línea del centro de los lóbulos de admisión y descarga, esta separación entre las líneas del centro de los lóbulos de admisión y descarga es llamada separación de lóbulos o extensión del lóbulo y es medida en grados.

Dos árboles de levas con elevación y duración idénticas pueden tener gran variación al funcionar debido a la variación del ángulo de los centros de lóbulos.

• Cuanto mas pequeño es el ángulo entre los centros de lóbulos mayor es la cantidad de sobreposicion. Por ejemplo 108º es un ángulo angosto del centro de lóbulos.
• Cuanto mas grande es el ángulo entre los centros de lóbulos menor es la cantidad de sobreposicion. Por ejemplo 114º es un ángulo amplio entre el centro de los lóbulos.

Cómo determinar el ángulo del centro de los lóbulos

Para encontrar el grado de separación entre los lóbulos de admisión y descarga de un árbol de levas se utiliza la siguiente formula:

(Duración da admisión + duración de descarga)/4 – sobreposicion/2 = grados de separación

En la próxima entrega se hablara sobre la sincronía entre el árbol de levas y el cigüeñal así como su cuestión matemática.

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