Distribución 4T - I - Teoria Basica

DISTRIBUCIÓN DEL MOTOR 4T

I.TEORÍA BÁSICA




CICLO TEÓRICO

El cigüeñal de un motor de cuatro tiempos gira dos veces (2x360º=720º) en cada ciclo completo de funcionamiento. Durante este ciclo el pistón se mueve arriba y abajo a lo largo de su carrera dos veces, de manera que se producen cuatro tiempos. Cuando el pistón se halla en el tope superior de su carrera, llamamos a esta posición Punto Muerto Superior, o PMS de forma abreviada. Cuando el pistón se halla en el punto inferior de su carrera, llamamos a esta posición Punto Muerto Inferior, o PMI de forma abreviada. PMS y PMI son alcanzados dos veces durante cada ciclo de funcionamiento.

Representamos a continuación un gráfico, que nos muestra las dos rotaciones que efectúa el cigüeñal en un ciclo completo. Empezando por el círculo de la izquierda, en el PMS (0º), y girando en el sentido de las agujas del reloj. Una vez alcanzado de nuevo el PMS (360º), seguimos en el gráfico de la derecha (de 360º a 720º).





COMBUSTIÓN - En el PMS (compresión) la bujía enciende la mezcla comprimida de forma que se produce una combustión de la misma para crear la fuerza que empuja al pistón hacia abajo en el cilindro. Ambas válvulas deben permanecer cerradas en esta carrera que es la única que realmente efectúa trabajo.

ESCAPE – en el PMI la válvula de admisión debe permanecer cerrada y la válvula de escape debe abrirse mientras el pistón está en carrera ascendente. Este movimiento fuerza a los gases quemados a salir a través de la válvula de escape.

ADMISIÓN – la válvula de escape debe estar cerrada, y abrirse la válvula de admisión, para que el pistón, en su carrera descendente, aspire la mezcla aire/gasolina necesaria para la posterior combustión.

COMPRESIÓN – ambas válvulas permanecen cerradas. El pistón, en su carrera ascendente, comprime la mezcla dentro del cilindro, preparándola para la combustión de la misma y comenzar un nuevo ciclo.


A lo largo de estas dos rotaciones del cigüeñal, el árbol de levas sólo efectúa una única rotación. Esto implica que el árbol de levas tiene una reducción con una relación de 2:1 respecto al cigüeñal. El árbol de levas controla un ciclo entero de movimiento de las válvulas, el cual cubre dos rotaciones del cigüeñal, de forma que mientras el cigüeñal gira 720º, el árbol de levas sólo lo hace 360º. Necesitamos recordar esta relación cuando sea el momento de mover el árbol de levas para cambiar el calado de la distribución.





CICLO PRÁCTICO

Si el calado de la distribución correspondiera al ciclo teórico del motor 4T, las válvulas se abrirían/cerrarían en el PMS/PMI, pero en la práctica esto no funciona así.

Para poder aprovechar el fenómeno de la inercia de los gases, las válvulas se abren/cierran antes/después (según convenga) de lo previsto en el ciclo teórico del motor.

Para explicarlo dividimos ahora los sectores de los gráficos en cuartos.





0º-90º -En la fase de combustión, ambas válvulas permanecen cerradas para aprovechar la expansión de los gases que empujan el pistón hacia abajo.

90º-180º - Antes de llegar el pistón al PMI, la válvula de escape se abre básicamente para asegurarse que cuando el pistón entre en carrera ascendente, la válvula de escape estará completamente abierta permitiendo una mejor salida de los gases. El hecho de que se abra antes, permite que se pueda aprovechar el residuo de fuerza de expansión de los gases (que ya no produciría apenas potencia en el motor) para ayudar a evacuarlos del cilindro. En esta situación se nos define un ángulo llamado Avance de Apertura del Escape (AAE)

180º-270º - Los gases son expulsados del cilindro por la fuerza ascendente del pistón

270º-360º - La válvula de escape sigue abierta, pero observamos que empieza a abrirse la válvula de admisión. Al igual que se avanza la apertura del escape, la razón de abrir la válvula de admisión antes del PMS es para que cuando el pistón empiece su carrera descendente ya se halle la válvula completamente abierta. Además, de esta forma se aprovecha la inercia que la mezcla tiene moviéndose a gran velocidad por el sistema de admisión. Se nos define otro ángulo, llamado Avance de Apertura de Admisión (AAA).

Observamos que hay un período de tiempo en que las válvulas de admisión y escape están abiertas de forma simultánea. Este período, denominado cruce de válvulas, obedece a dos razones complementarias. En la primera fase del cruce de válvulas, la rápida velocidad a la que se están evacuando los gases quemados crea una depresión en el cilindro que ayuda a empujar la mezcla fresca (a presión atmosférica) a entrar más rápidamente por la admisión. En la segunda fase del cruce, sucede al revés. La inercia de la mezcla de admisión ayuda a empujar fuera del cilindro a los gases quemados restantes.

360º-450º - La válvula de escape se cierra, finalizando el período de cruce. Se define aquí el ángulo Retraso en el Cierre de la válvula de Escape (RCE)

450º-540º- El pistón crea una gran depresión en el cilindro en su carrera descendente, aspirando la mezcla a través de la válvula de admisión.

540º-630º - La válvula de admisión se cierra también con retraso, cuando el pistón se halla ya en carrera ascendente. Aunque el pistón suba, la inercia de la mezcla aire/gasolina hace que siga entrando un cierto tiempo todavía a través de la válvula de admisión. Definimos aquí el ángulo Retraso en el Cierre de la Admisión (RCA).

630º-720º - En la última fase, se comprime la mezcla para prepararla para la ignición y empezar un nuevo ciclo.


El calado de la distribución viene normalmente fijado mediante dos cifras para cada válvula, consistentes en el número de grados de posición del cigüeñal antes/después del PMS/PMI a los que la válvula se cierra completamente. Estos datos son los antes mencionados AAA, RCA, AAE, RCE.

A saber:

1. AAA avance a la apertura de la válvula de admisión. Antes del PMS.
2. RCE retardo al cierre de la válvula de escape. Después del PMS.
3. RCA retardo al cierre de la válvula de admisión. Después del PMI.
4. AAE avance a la apertura de la válvula de escape. Antes del PMI.

El número de grados en los que la válvula permanece abierta, se denominan Duración del período de la válvula. De esta forma, la duración de la válvula de admisión es AAA+180º+RCA, y la duración del escape es AAE+180º+RCE.

En el gráfico podemos también ver con facilidad que el período de cruce de válvulas es AAA+RCE

Otro dato interesante para analizar el calado de la distribución es el punto de Máxima Elevación de la válvula. Si las levas son simétricas (habitual) la válvula tarda lo mismo en abrirse que en cerrarse completamente, con lo que el ME de cada válvula se hallará en el punto medio de su duración.

Habitualmente, los puntos de máxima elevación de las válvulas de admisión y escape distan un ángulo muy similar respecto al PMS





MECANISMO DE LA DISTRIBUCIÓN

Todos los datos explicados en relación a las fases del motor de 4T se han referido al giro del cigüeñal.

El mecanismo de la distribución (varillas, balancines, correas, engranajes) nos conecta el cigüeñal con el árbol de levas, que es el encargado de accionar (abrir y cerrar) las válvulas. Como ya se ha visto, para cada dos giros del cigüeñal (cuatro carreras del pistón) se produce un único giro del árbol de levas (un ciclo completo de 4 fases del motor).

A cada válvula le corresponde su leva. Así, para completar un ciclo entero, necesitamos la acción de dos levas, una para la válvula de admisión y otra para la de escape.

Fijándonos en la disposición de las dos levas, podemos también llegar a definir los valores del calado de la distribución antes mencionados.





En el gráfico podemos apreciar que están perfectamente definidos los ángulos de duración de admisión y de escape, así como el cruce de válvulas.

El ángulo entre las líneas de máxima elevación de escape y de admisión (entre centros de lóbulos de las levas correspondientes) nos queda también definido.

Inspeccionando el árbol de levas, no tenemos, lógicamente, los valores de avance/retraso de apertura/cierre de las válvulas, ya que estos están relacionados al PMS/PMI del cilindro. Esta relación se pondrá de relieve en cuanto se una el árbol de levas al cigüeñal mediante el mecanismo de la distribución.

Así pues, la morfología del árbol de levas (entre otros parámetros como la elevación total de las válvulas o el perfil de movimiento de las mismas) nos deja fijados los parámetros de duración de los tiempos de admisión y escape, así como las distancias y solapamiento entre estos tiempos. Al unirlo al cigüeñal mediante el sistema de distribución relacionamos estos ángulos fijos con respecto al movimiento del pistón.

De esta forma, si variamos (avanzamos o retrasamos) la distribución, la distancia relativa entre los momentos de apertura y cierre de las válvulas permanecen invariables, y lo que hacemos es variar el momento en que se abren/cierran las válvulas con respecto al movimiento del pistón.