¿Qué necesito saber antes de preparar mi motor?

Cuando realmente conocemos el funcionamiento de un motor, vemos que existen diferencias con el relato habitual de funcionamiento teórico.

La vida útil del motor normalmente ronda entre los 200.000 y 300.000 kilómetros, en condiciones de buen uso.
Cuando exigimos potencia a un motor, la vida útil puede verse disminuida hasta los 50.000 kilómetros.

Cuando hablamos del funcionamiento de un motor de 4 tiempos, es muy común el relato del funcionamiento teórico: se abre la válvula de admisión en PMS (punto muerto superior), el pistón desciende y en el PMI (punto muerto inferior) se cierra dicha válvula, dando comienzo a la carrera de compresión en la subida de pistón. Cuando llega al PMS se produce el salto de chispa en la bujía, dando inicio a la combustión que genera una presión muy alta sobre el pistón y lo empuja hacia abajo en la carrera de expansión (siendo éste el único tiempo de trabajo útil que aprovecha la energía del combustible). Llegando al PMI, se abre la válvula de escape y el ascenso del pistón comienza la evacuación de gases hacia el tubo de escape.

Pero cuando realmente conocemos el funcionamiento de un motor, vemos que existen diferencias con lo relatado anteriormente.
Para comprender esas diferencias es preciso saber que un motor se mueve a velocidades muy altas. Cuando éste regula (ciclo de ralenti) se encuentra entre 850 y 900 rpm (revoluciones por minuto), equivalente a 15 revoluciones por segundo, generando que el pistón vaya quince veces hacia arriba y otras quince hacia abajo.
Si esto todavía no nos asombra, debemos saber que a 6000 rpm el motor gira a 100 revoluciones por segundo, provocando que una cerrera de motor se realice en 5 milisegundos (0,005 s.). Esto significa que la mezcla debería ingresar dentro del cilindro en tan sólo 5 milisegundos.
Digamos que en un motor aspirado (sin turbo) nunca puede llenarse el 100% del volumen, sino que sólo se alcanza el 80% a 3000 RPM y un 40% a 6500 RPM. Dicho en otras palabras, sí en una aspiración deberían entrar 100 g. de mezcla solo ingresan 40 g., esto es debido a las restricciones de la mariposa de aceleración, la rugosidad y formas del múltiple y de las válvulas, elementos que limitan la entrada de gases.
Este análisis nos demuestra la altísima velocidad del movimiento del pistón y de los gases, cuya circulación es cuatro o cinco veces más rápida que el pistón. En consecuencia, el desplazamiento de los gases a través de los cilindros se produce en forma de chorro de alta velocidad con una inercia considerable, inercia que puede aprovecharse para mejorar el llenado y vaciado de los cilindros, mejorando el rendimiento volumétrico y la performance del motor.
Se plantea el dilema de sí es más importante el llenado de cilindro o la evacuación de los gases y esto sólo tiene una respuesta, las dos acciones son de igual importancia ya que, no se puede ingresar gases frescos si no se evacúan los gases quemados.
Todas estas pautas nos describen en forma teórica como se producen las aperturas y cierres de las válvulas en los PMS Y PMI (sin anticipos ni retardos).

Si hiciéramos un motor con estas características, veríamos que sólo tendría el 40% de potencia, a la que podría tener con reglajes diferentes (tiempo de apertura y cierre de válvulas).
A continuación, veremos como el motor de un coche de calle modifica estos tiempos, para mejorar su performance y luego un coche de competición.
Comenzaremos diciendo que la válvula de admisión comienza su apertura entre 10° y 15° antes de que el pistón llegue al PMS (aproximadamente 1 mm antes), dando inicio a la admisión aunque no haya terminado el escape; eso es posible porque los gases en admisión ejercen fuerza para poder ingresar y la presión de los gases dentro del cilindro es baja. A este punto lo llamamos anticipo a la apertura de admisión (AAA). Iniciada la admisión, el pistón desciende rápidamente y cuando llega al PMI dentro del cilindro sigo teniendo llenado debido a la inercia de los gases de admisión que ingresan a gran velocidad. Para permitir que sigan entrando los gases de admisión se demora entre 40° y 60° el cierre de la válvula, llamando a este punto retardo al cierre de la admisión (RCA).

Una vez cerrada la válvula de admisión comienza la carrera de compresión hasta el salto de la chispa, que sucede anticipadamente al PMS. Cumplido el proceso de combustión, el pistón desciende en la carrera de expansión, pero aproximadamente entre 40° y 60°antes de llegar al PMI se anticipa la apertura de la válvula de escape, punto que se denomina avance a la apertura de escape (AAE). Parecería que esta apertura anticipada provocaría una merma de potencia al motor debido a la liberación de parte de la presión que impulsa al pistón, sin embargo está demostrado que posibilitando anticipadamente el comienzo de la etapa de escape nos aseguramos la evacuación completa de los gases al final de la misma, mejorando el rendimiento y la potencia del motor.
Tengamos en cuenta que en esa posición del pistón el par instantáneo es casi nulo y desde ese punto comienza el tiempo de escape que se verá finalizado cuando el pistón sobrepase unos grados al PMS, conociéndose este punto como retardo al cierre de escape(RCE). Esto de retrasar el cierre se puede dar debido a que los gases de escape forman una columna que favorece la salida del cilindro.

Si consideramos que la válvula de admisión se abre unos grados antes del PMS y la de escape se cierra unos grados después, ambas válvulas se encontrarán abiertas simultáneamente por un período de 20° a 30°; mismo que llamaremos cruce de levas. Podríamos pensar que el momento en que están abiertas ambas válvulas, los gases de admisión podrían salir por el escape, pero eso no ocurre ya que las válvulas en el PMS sólo están abiertas menos de 1mm. Todos estos cambios impuestos en el tiempo de apertura y cierre de las válvulas son para llenar y vaciar mejor el cilindro, teniendo relación directa con las revoluciones promedio a las que trabaja un motor.
Los motores nafteros de calle, están calculados para trabajar en regímenes promedio de 2500 rpm; eso indica que el árbol de levas está diseñado para funcionar en forma óptima a 2500 rpm; y lo hará de forma aceptable entre las 1000 rpm y 4000 rpm. Por encima y por debajo de estos regímenes el motor perderá rendimiento debido a las deficiencias de llenado y salida de gases y en consecuencia una disminución del par motor.
Como conclusión podemos decir que, el reglaje de válvulas tiene relación directa con el régimen del motor, correspondiendo menores anticipos y retardos para los motores lentos y mayores para aquellos de competición.
¿Por qué tienen que ver los RPM del motor?
Porque a mayor régimen promedio, mayor será la velocidad de la masa de gases en la admisión y en el escape y la inercia de esas masas pueden favorecer el llenado del motor.
¿Qué pasaría si con un motor que tiene un reglaje de competición quisiera andar por la calle a 1500 rpm o dejarlo en ralenti?
Sería imposible ya que parte de los gases quemados se meterán en la admisión, gases de admisión en el escape y continuamente habría un reflujo de mezcla debido a que a 1500 rpm no se alcanza la inercia suficiente en la masa de gases que permita el aprovechamiento del cruce. El motor fallaría y tendería a pararse.
A veces vemos vehículos cuyo motor posee un cruce exagerado y en los semáforos los aceleran a 3000 rpm o más, debido a que sí no lo aceleran se detendría. Calculen que un motor en esas condiciones puede consumir entre 5 y 7 veces más combustible que un motor convencional.
Desde el relaje original de un árbol de levas al de uno de preparación hay innumerables variantes que podemos elegir, dependiendo de esta elección la performance que tendrá el motor que modifiquemos. Tengamos en cuenta que un árbol de levas de competición no es compatible con manejo en la calle.
Sin ninguna duda, con una buena preparación se puede duplicar la potencia del motor, pero con este aumento nos veremos obligados a cambiar también al embrague, la caja de velocidades, palieres, juntas homocinéticas y ruedas para que soporten esa tracción.
Se pueden hacer modificaciones leves en los relajes, alzadas de leva y permanencia de apertura que no afecten tanto al consumo, obteniendo un motor que aumente entre un 20% y un 30% su potencia y pueda usarse en el tránsito urbano.
En la elección de un árbol de levas es importante conocer que tenemos 3 variables:

  • Alzada
  • Permanencia
  • Tiempos de apertura y cierre.

De la combinación de cada una de esas variables, podemos tener diferentes reacciones de nuestro motor.
Es desaconsejable la compra de un árbol de levas a personas desconocidas, pues cada árbol de levas debe llevar los resortes que corresponden, puesto que sino tienen la carga suficiente es posible que aparezca flotación de válvulas y la torcedura o corte de la cabezas de las válvulas y la rotura del motor.
Siempre que se vaya a encarar una potenciación del motor, es necesario consultar con técnicos experimentados que trabajen en ese rubro.
Éste articulo solo muestra algunas pautas y problemas a los que se enfrenta la persona que quiere modificar las condiciones de fábrica de un motor.
La vida útil del motor normalmente ronda entre los 200.000 y 300.000 Km (en condiciones de buen uso). Cuando exigimos potencia a un motor, ésta vida útil puede verse disminuida hasta los 50.000km. Si no que puede durar solamente 50.000km o menos. Esto no es para desalentar a nadie, es linda una experiencia en la potenciación de motores, pero conozcamos los riesgos que debemos enfrentar.

Por Eduardo Barral

Profesor del Instituto Tecnológico de Capacitación Automotriz – ITCA – prof.ebarral@itca.com.ar / www.ITCA.com.ar Consultas por cursos de mecánica y electrónica automotriz al: 0810-220-4822