Durante los años 80 se extienden los motores de cuatro válvulas por cilindro, hasta el punto de que —actualmente— es ya lo normal. Algunas marcas van más lejos: cinco válvulas por cilindro en lugar de cuatro.
La pregunta que cabe hacerse es ¿merece la pena esa mayor complejidad? o ¿añade verdaderas ventajas desde el punto de vista de la utilización? Intentemos dar contestación a esa pregunta con las siguientes consideraciones técnicas.
El área (sombreada) descubierta por la válvula de admisión determina el volumen de gas capaz entrar en el motor; ese área depende del diámetro de la seta de la válvula y de su alzada. Es decir, para aumentar la capacidad de llenado, hay que aumentar ese área. Las dos formas de hacerlo son: o incrementar la alzada o el diámetro de la válvula. En cualquiera de los dos casos, en contrapartida, obtenemos desventajas; en el primer caso crece la aceleración máxima de la válvula, lo que implica muelles mas potentes capaces de mantenerla pegada a la leva sin que produzca rebotes. En este caso los rozamientos del taquet (pieza donde roza la válvula con la leva) producen una pérdida de potencia no deseada, contraria a la tendencia de todos los fabricantes a disminuir los rozamientos en todas las piezas susceptibles de ello, además de la necesidad de ir a levas que no generen aceleraciones importantes.
Si aumentamos el diámetro de la seta de la válvula (y por lo tanto su peso ) el aumento de las fuerzas de inercia, igualmente obliga a poner muelles de válvula más enérgicos con el mismo perjuicio que el caso anterior.
El camino más lógico por lo tanto, es aumentar el número de ellas ya que dos válvulas pequeñas de admisión (más ligeras independientemente que una grande ) pueden dejar pasar más volumen de gas que una sola, disminuyendo incluso las perjudiciales fuerzas de inercia por ser más ligeras. La pregunta es ¿cuantas válvulas es necesario llegar a poner para conseguir optimizar la potencia, sin que su número resulte exagerado?
Observando el gráfico inferior podemos ver cómo varía el área útil de paso según el número de válvulas, siempre a igualdad de diámetro del cilindro. Como decimos, la recta superior continua nos indica la evolución del área descubierta según el número de válvulas de admisión. La solución de 5 por cilindro (tres de admisión) es el mejor compromiso frente a las 4 e incluso a una teórica culata de 6 por cilindro que están prácticamente al mismo nivel de 7 por cilindro. La otra recta de trazos, nos indica cómo varía la superficie de la propia válvula, en función de la capacidad de aumentar su diámetro teniendo en cuenta que el tamaño de la cámara de combustión donde van alojadas no se puede modificar. La relación H/D (alzada / diámetro) no varía (está prácticamente al mismo nivel) desde las 5 a las 6 por cilindro, y el área dejada en su apertura crece considerablemente, dejando atrás a las de 4 por cilindro.
La deducción que hacemos de lo visto es que ciertamente las 5 válvulas se «llevan la palma» en el sentido de proporcionar un mayor llenado de los cilindros. Otro tema, motivo de un futuro artículo técnico, puede ser hasta qué punto interesa esta brillantez en régimen alto si, desde la perspectiva de la elasticidad (potencia a bajo régimen), resulta ligeramente pobre en este tipo de motor. Esto, junto con la relación entre coste y beneficio, es la razón por la que no hay más motores de cinco válvulas por cilindro. El motor desarrollado por Audi, que se emplea en distintos modelos del Grupo Volkswagen, es el único cinco válvulas de gran serie; Ferrari tienen cinco válvulas en el V8 del 360 Modena.
Si la utilización del vehículo al que va destinado el motor se limita a la competición, por ejemplo, sin importarnos la potencia a bajo régimen, el motor 5 válvulas por cilindro es el indicado. Es paradójico entonces, que en el máximo exponente de la competición en circuito como es la Fórmula 1, no se emplee este número de válvulas en cada cilindro. Tiene una explicación lógica cuando pensamos que los motores actuales giran a unas 18.000 rpm, lo que impone un mecanismo muy especial de distribución para evitar que las válvulas no "floten" a esas vueltas. Este sistema, por aire a presión, ayuda al muelle en el duro trabajo de mantenerlas pegadas a su leva correspondiente, y es incompatible con el mecanismo de accionamiento de esa tercera válvula de admisión que completa las 5, por problemas de espacio.
¿Dos, tres, cuatro o cinco válvulas por cilindro?
En el mundo de la automoción en lo que respecta a número y posición de las válvulas, ha habido infinitas propuestas y soluciones. Pero desde un tiempo a esta parte, se ha llegado a una implantación casi universal y es la de cámaras hemisféricas o semi hemisféricas con las válvulas en "V".
Tradicionalmente, cada cilindro ha venido teniendo dos válvulas. Una de admisión y otra de escape. Pero a la búsqueda de mayores prestaciones, los ingenieros pronto se dieron cuenta de que la misma labor que se realiza con dos válvulas por cilindro, se puede realizar con cuatro, con la ventaja añadida de que siempre será mejor manejar dos válvulas pequeñas y ligeras a la vez, que una grande. La inercia que presenta una pieza más pequeña es, por una cuestión de lógica, menor.
Y como lo que se pretende en un motor es que procure mayores prestaciones, habrá que favorecer su respiración. Es decir que cuanto mejor "se le alimente" proporcionará mejores resultados.
Para procurar mejor respiración se acude a favorecer la entrada de gases. Es decir, a modificar o aumentar el sistema de admisión. Para ello se pueden hacer varias cosas. O se agranda la válvula de admisión, o se ponen dos. Por las razones que se han expuesto antes, la solución preferida ha sido siempre la de poner más válvulas de admisión.
Segundo paso: tres válvulas por cilindro. En este caso (motor del Renault 21 TXI, por ejemplo) había dos válvulas de admisión y una de escape. Aunque supone ya una cierta ventaja, es preferible incorporar otra válvula más, en el circuito de escape.
El tercer paso es el que se ha impuesto en la actualidad en los motores multiválvulas, a base de cuatro válvulas por cilindro. Dos para la admisión y otras dos para el escape.
No se debe pensar que con cuatro válvulas por cilindro han acabado las investigaciones, puesto que a lo largo de la historia se han conocido, además, motores equipados con culatas de cinco válvulas por cilindro.
Llegados a este punto conviene reflexionar de nuevo acerca de la pregunta inicial. ¿Dos, tres, cuatro o cinco válvulas por cilindro?. La solución que han de adoptar los técnicos e ingenieros de diseño no es sencilla y pasará necesariamente por otras consideraciones de tipo económico, técnico, etc.
En la Fórmula Uno, campo abonado para la experimentación de automóviles, la reglamentación técnica vigente para este año 2000 establece claramente en sus artículos 5.1.4 y 5.1.5 que los motores tendrán un máximo de 10 cilindros, que estos deberán ser de diseño circular y que contarán con un máximo de 5 válvulas por cilindro.
Caso AUDI
La configuración de 5 válvulas por cilindro permite a los cilindros respirar profundamente.
La elevada potencia ofrecida por el concepto de cinco válvulas de Audi puede atribuirse a la respiración intensiva del motor a través de cinco válvulas por cilindro y a su dosificación electrónica del combustible mediante el sistema de inyección multipunto. Esto posibilita un ciclo de carga óptimo. Cada uno de estos motores técnicamente avanzados y fiables se caracteriza por su elevada eficiencia incluso a velocidades reducidas.
Para los conductores de un Audi, esto significa una mayor fuerza de arrastre en caso necesario, un consumo de combustible económico y una conducción más ecológica, gracias a los niveles de emisión más bajos.
Salu2
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Impreza007
4age 20v....sueño inconcluso, sueño no cumplido!