Tipos de distribución en los motores actuales y su funcionamiento

La distribución de un motor es la encargada de mantener todo coordinado para que funcione correctamente. Gracias a ella, las válvulas se abren y se cierran en el momento adecuado para tomar aire o expulsar los gases de escape. Sin embargo, hay muchos tipos de distribución, según cómo estén repartidos los componentes y qué sistema usen para moverse.

En este artículo vamos a describir como son cada uno de ellos, aunque algunos hayan caído en desuso. No todos los tipos de motores han sobrevivido al paso del tiempo, al verse superados en eficiencia o rendimiento por nuevos diseños más avanzados.

Funcionamiento de la distribución del motor

Antes de empezar conviene dar un repaso al funcionamiento básico de un motor de combustión de cuatro tiempos, que es el más usado en la actualidad. Recibe este nombre porque su ciclo está formado por cuatro fases:

• Admisión: el motor toma aire y lo mezcla con el combustible. Se produce cuando el pistón baja y deja espacio para el aire, que dejan entrar las válvulas de admisión abiertas.
• Compresión: el motor comprime la mezcla de aire y combustible. Se produce cuando el pistón sube y las válvulas están cerradas para crear una cámara estanca.
• Expansión: la mezcla prende mediante una chispa en los de gasolina y gas o por la alta presión en los diésel. Esto provoca la explosión o expansión del gas, que empuja de nuevo el pistón hacia abajo.
• Escape: el pistón vuelve a subir gracias al movimiento circular del cigüeñal y las bielas. Así empuja los gases de escape hacia fuera, a través de las válvulas de escape que se abren en esta fase. De esta manera, la cámara de combustión queda preparada para empezar el ciclo de nuevo.

Como has podido ver en las diferentes partes de este ciclo, las válvulas se han ido abriendo y cerrando para que el motor funcione. Si la distribución no sincronizase bien estos movimientos, se causarían daños muy graves. Por ejemplo, si una válvula se quedase abierta cuando el pistón llegase arriba, el motor sufriría daños muy caros de reparar. Tanto es así, que muchas veces sale más barato comprar un motor nuevo o simplemente cambiar de coche.

Por eso, la distribución tiene que coordinar el movimiento del árbol de levas que acciona las válvulas, con el movimiento del cigüeñal que va unido a los pistones. Nada chocará dentro del cilindro y cumplirán con su función en el momento adecuado. Dicho esto, solo queda exponer los diferentes tipos de distribución que pueden agruparse de varias formas: según donde estén las válvulas y el árbol de levas, según el número de árboles de levas, según la manera de accionar las válvulas y según el elemento de mando que sincroniza el conjunto.

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Según situación del árbol de levas y las válvulas

Aunque los motores de hoy en día suelen tener las válvulas y el árbol más o menos en el mismo sitio, han existido varios sistemas a lo largo de la historia del automóvil. Vamos a ver cada uno antes de describir el más extendido en la actualidad:

Motor con distribución SV

Estas siglas quieren decir Side Valves, o Válvulas Laterales en español. Es un sistema muy antiguo y el más sencillo de los tres. Como la función de la distribución es coordinar el árbol de levas con cigüeñal, opta por acercar todo lo posible ambas piezas. Por eso, el árbol y las válvulas están en el bloque, cerca de la bancada que es donde está el cigüeñal.

Este sistema cayó en desuso porque las válvulas colocadas en el lateral del cilindro no dejaban mucho espacio para la carrera del pistón y requería válvulas más pequeñas y/o cámaras de combustión más grandes.

Motor con distribución OHV

Sus siglas quiere decir Overhead Valve, que en español se traduce como Válvulas en Culata. Este sistema deja el árbol de levas en el bloque, pero lleva las válvulas a la culata del motor. Lo que supone un distanciamiento de ambos elementos que se cubría con unas varillas empujadoras y unos balancines.

Por otro lado, la poca distancia que sigue habiendo entre el cigüeñal y el árbol de levas permite que su movimiento se transmita con facilidad. Basta con que los dos piñones de ambos elementos tengan un un tercero interpuesto o que se comuniquen mediante una cadena muy corta. Esto deriva en la poca necesidad de mantenimiento de este sistema de distribución, que estaba estimado cada 200.000 km. Sin embargo, dejó de ser utilizado a principios de los años 90 por ser superado en varios aspectos por el siguiente tipo de distribución.

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Motor con distribución OHC

Cuyas siglas significan Overhead Cam y que cuenta con el árbol de levas y las válvulas en la culata. Es decir, que ahora los elementos que se separan son el cigüeñal y el árbol de levas, no el árbol de las válvulas. Esto reduce el número de elementos de la distribución, con respecto al OHV a cambio de poner una correa más larga entre ambos componentes.

Éste es el tipo de distribución que se ha impuesto en la actualidad por tres razones:

• Como la comunicación entre el árbol de levas y la válvulas es más directo, permite un cierre y apertura de válvulas con mayor precisión.
• Las revoluciones máximas a las que puede funcionar son mayores a las del OHV gracias a que no un complejo sistema de varillas que se deteriorarían a mucha velocidad.
• No tiene el problema de espacio para las válvulas de los motores con distribución SV. Por lo tanto, no requiere de unas cámaras excesivamente grandes para alojarlas o unas válvulas demasiado pequeñas.

El único inconveniente que tienen estos motores es que la transmisión del movimiento requiere de una cadena o correa de mayor longitud y, por ende, requiere más mantenimiento. Aunque esto se ha paliado con el tiempo gracias a el uso de cadenas o correas de gran resistencia.

Según el número de árboles de levas

La distribución de un motor también se puede categorizar en función de su número de árboles de levas. Como te hemos mencionado antes, hay válvulas de admisión y válvulas de escape. Pues bien, su accionamiento puede ser gracias a un solo árbol de levas, para los dos tipos de válvulas, o dos árboles, cada uno para cada tipo. Como los motores actuales son de tipo OHC, suelen recibir los nombre de Single OverHead Cam (SOHC) o Double OverHead Cam (DOHC).

También hay que recordar que hay motores con hasta cuatro árboles de levas. Esto se debe a que son motores en V o W, que por lo tanto tienen dos culatas y dos filas de cilindros con sus respectivas válvulas de admisión y escape. Por mencionar un ejemplo: el motor V8 del Ferrari 488 funciona gracias a cuatro árboles.

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Según el accionamiento de las válvulas

Los tipos de distribución también pueden organizarse según la forma en que las válvulas son accionadas por el árbol de levas. Como su propio nombre indica, se trata de un eje lleno de levas, que no son otra cosa que las protuberancias que empujan las válvulas para abrir el conducto. Sin embargo, esa relación tiene todavía algún intermediario más:

• Taqué: en los motores OHC, las levas empujan los taqués hidráulicos que van unidos a las válvulas. Sirven para reducir el desgaste y, en esencia, son un simple taco de un material resistente al roce. En los motores OHV, como el árbol de levas está lejos de las válvulas, los taqués están en el extremo inferior de las varillas empujadoras. En el otro extremo suelen tener unos balancines que llegan finalmente hasta las válvulas.
• Balancín: las levas accionan unos balancines que a su vez empujan la válvula. En los motores OHC se usan cuando el árbol de levas no está justo encima de las válvulas y se requiere una transmisión del movimiento a corta distancia. En estos casos, es especialmente necesario cuando se trata de un motor con un solo árbol de levas, que tiene que encargarse por un lado de las válvulas de admisión y por el otro de las de escape.
  Pueden ser balancines basculantes u oscilantes. El primero tiene el eje en el centro y funciona como un columpio: la leva aplica la fuerza para subir un lado y por lo tanto el otro lado baja y empuja la válvula. El segundo tiene el eje en un extremo y la leva incide en el centro para la parte no fijada al eje baje y abra la válvula.

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Según el mando de la distribución

Aquí llegamos a la clasificación más conocida de los tipos de distribuciones. Es muy habitual oír cómo se hace referencia a que un motor tiene distribución por correa o por cadena. A lo que vamos a añadir una tercera, que es mediante ruedas dentadas, y una cuarta que prescinde directamente de cualquier distribución mecánica.

Distribución por correa

El árbol de levas y el cigüeñal están conectados por una correa de distribución. Ésta tiene dos caras: una dentada para agarrarse a los piñones que tiene ambos elementos en sus extremos y otra plana que es donde aprietan los rodillos tensores. Estos rodillos son necesarios para que la correa quede bien fijada a los piñones y que no pueda patinar en ningún momento.

• Su ventaja es que generan menos ruido que las cadenas
• Su desventaja es que hay que cambiarlas con más frecuencia. Uno de los mantenimientos obligatorios del coche que no hay que olvidar.

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Distribución por cadena

La cadena de distribución es mucho más resistente que la correa y por lo tanto no tiene por que requerir mantenimiento a lo largo de la vida útil del motor. Solo en los casos en los que el coche llega a kilometrajes muy altos es necesario cambiarla o por lo menos revisarla.

Como en cualquier otro elemento del coche, también puede deteriorarse por un mal uso o por defectos de fabrica. Tanto si se estira demasiado como si se rompe, los daños del motor serían muy graves y requerirían una reparación muy cara.

Distribución por ruedas dentadas

Cuando la distancia entre el cigüeñal y el árbol de levas es escasa, como en los motores OHV, no tiene por que ser necesario usar una cadena o una correa. Simplemente se interpone otro piñón que comunique el movimiento. Un sistema más propio de motores antiguos.

También es posible encontrar algunos motores modernos que usan ruedas dentadas. Como son del tipo OHC, la distancia entre árbol u cigüeñal es mayor, así que es necesario interponer más ruedas dentadas. En estos casos, hay que tener en cuenta que si el número de ruedas intermediarias es par, el piñón del cigüeñal y el del árbol de levas girarán en sentidos contrarios. Por eso suelen tener tres ruedas dentadas.

Motores sin distribución mecánica

La distribución no es otra cosa que conectar el movimiento de los componentes de un motor para que se muevan al unísono. Por lo tanto son más piezas móviles con las que hay cargar, perdiendo potencia y eficiencia en el proceso. Para solucionar esto, hay marcas como Koenigsegg, que sustituye el árbol de levas por una tecnología que llama FreeValve. Se trata de un sistema electrónico que acciona las válvulas en el momento adecuado por sí solo, y que por lo tanto no necesita ni de árbol de levas, ni de correa, cadena o rueda dentada.

Un motor con FreeValve puede abrir y cerrar las válvulas según sea necesario en cada momento. Por lo tanto puede retrasar o adelantar la apertura de las válvulas, para maximizar el rendimiento o la eficiencia, o incluso anular algunos cilindros para ahorrar combustible. Es decir, lo mismo que consiguen otras marcas como de BMW, Citroën, Ford, Mercedes, Peugeot, Renault o Volkswagen, con sus sistemas de distribución variable, pero sin ningún componente mecánico complejo. O lo que hace Audi o Porsche con sus sistema de desconexión de cilindros, de nuevo sin añadir piezas de más que pueda complicar su fiabilidad.

Sin embargo, tiene un añadido más. Puede adaptar de forma increíblemente precisa la apertura y cierre de las válvulas, según el funcionamiento real del motor, no según su funcionamiento teórico. Por lo tanto, el motor operará de una forma más eficiente y exacta en cualquier circunstancia.

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Otras marcas que han jugado con esta idea han sido Valeo, que desarrolló un prototipo de este tipo de motores junto Lotus, o Qoros, una marca china que encargó este trabajo a Koenigsegg. Incluso Fiat llegó a acercarse ligeramente a este concepto con sus motores Multiair. Aunque en su caso solo eliminó solo un árbol de levas, dejando el otro funcionar con una correa de toda la vida.

El otro lado de la moneda de este tipo de motores sin distribución mecánica es que su desarrollo tiene una gran dificultad técnica. Cualquier fallo en la electrónica que coordina la apertura de válvulas puede resultar en un error garrafal que rompa el motor. Por eso solo unas pocas marcas han conseguido desarrollar motores con este sistema, aunque en su mayoría haya sido como un mero prototipo que no ha hecho aparición en la calle.

Imágenes – Andy_Jensen, L.C. Nøttaasen, Pete, h080, Ivan Radic, Les Chatfield, Nick Ares