La sincronización variable de válvulas, o distribución variable de tiempo, es una tecnología que permite optimizar los parámetros de un motor de combustión interna de cuatro tiempos, aumentando así su rendimiento y reduciendo el consumo de combustible.

Con sincronización variable de válvulas, es posible controlar la elevación, el momento de apertura de la válvula o el tiempo de apertura de la válvula, o una combinación de los parámetros mencionados, independientemente de la posición del cigüeñal. Sin embargo, el control de la válvula depende de las revoluciones, la carga del motor y otros factores.

¿Cómo funciona la sincronización variable de válvulas?

Con una distribución estándar, la sincronización viene dada por su geometría, y el movimiento de las válvulas está estrechamente ligado a la posición del cigüeñal. La apertura y el cierre de las válvulas son inmutables y dependen del movimiento de los pistones.

Sin embargo, el momento de apertura y cierre de las válvulas afecta significativamente la calidad del llenado de los cilindros según la velocidad del motor. Por lo tanto, con sincronización variable, la configuración del árbol de levas cambia según la velocidad y la carga del motor.

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En ralentí y altas revoluciones, el árbol de levas de admisión está configurado para cerrar la válvula de admisión un poco más tarde de lo normal, lo que ayuda a que el motor funcione sin problemas en ralentí y haga un buen uso de la potencia a altas velocidades del motor.

A velocidades bajas y medias, el árbol de levas se ajusta para cerrar la válvula de admisión un poco antes de lo habitual, lo que da como resultado un mayor llenado de los cilindros y un flujo de par mejorado.

Efecto de ajuste de sincronización de válvulas

1. Cierre retardado de la válvula de admisión

Si la válvula de admisión permanece abierta un poco más de lo normal, el pistón empuja el aire fuera del cilindro y lo regresa al colector de admisión durante la carrera de compresión. El aire que es expulsado llena el tubo de admisión con mayor presión, y durante las siguientes carreras, aspira este aire de regreso a la cámara de combustión.

El cierre retardado de la válvula reduce las pérdidas por bombeo de succión en un 40 % durante la carga y reduce las emisiones de óxido de nitrógeno en un 24 %. Las emisiones de hidrocarburos se mantienen sin cambios.

2. Cierre prematuro de la válvula de aspiración

Otra forma de reducir las pérdidas de bombeo asociadas con la baja velocidad del motor es crear un alto vacío cerrando la válvula de admisión antes de lo habitual. Esto implica cerrar la válvula de admisión a la mitad de la carrera de admisión.

A velocidades y cargas bajas, los requisitos de combustible y aire del motor son bajos y el trabajo requerido para llenar el cilindro es relativamente alto, por lo que el cierre prematuro de la válvula de admisión reduce en gran medida las pérdidas por bombeo. El cierre prematuro de las válvulas de admisión reduce las pérdidas por bombeo en un 40 % y el consumo de combustible en un 7 %. Las emisiones de óxido nitroso también se reducen en un 24%.

3. Apertura prematura de la válvula de admisión

Otra forma de reducir las emisiones es abrir la válvula de admisión antes de tiempo. Al abrir la válvula de admisión antes de lo habitual, algunos gases de escape quemados salen del cilindro a través de la válvula de admisión.

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En el colector de admisión, el aire circundante enfría estos gases de escape y los vuelve a aspirar al espacio del cilindro durante la siguiente carrera, lo que ayuda a regular la temperatura del cilindro y las emisiones de óxido de nitrógeno.

4. Cierre temprano/tardío de las válvulas de escape

Con la ayuda de la válvula de escape, también podemos reducir las emisiones. Cuando se abre la válvula de escape, el pistón empuja los gases de escape del cilindro hacia el colector de escape. Podemos controlar cuánto gas de escape queda en el cilindro manipulando la sincronización de la válvula de escape.

Si la válvula de escape está abierta más tiempo de lo normal, el cilindro se vacía más y, por lo tanto, está listo para llenarse con más combustible y aire durante la carrera de admisión, lo que permite que el motor genere más potencia. Si la válvula de escape se cierra un poco antes, quedan más gases de escape en el cilindro, lo que reduce la formación de emisiones.

Ventajas de la sincronización variable de válvulas

La tecnología de sincronización variable de válvulas se utiliza para mejorar el reemplazo de la culata en un motor alternativo de combustión interna, lo que resulta en una mayor potencia, menor consumo de combustible, menores emisiones y un alto par en una amplia gama de velocidades del motor.

La sincronización variable de válvulas se utiliza principalmente en motores de encendido por chispa. Esto se debe a que estos motores funcionan en un rango más amplio de revoluciones, por lo que el uso de la tecnología de sincronización variable de válvulas es más eficiente y lógico. La desventaja fundamental de los motores de gasolina es la regulación del acelerador, lo que provoca una disminución de su eficiencia a bajas cargas.

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Gracias a la sincronización variable de las válvulas, es posible reducir o eliminar completamente la válvula de mariposa, lo que reduce las pérdidas por bombeo de resistencia neumática en el colector de admisión y, por lo tanto, aumenta la eficiencia de llenado del motor, especialmente con cargas bajas.

Además de los motores de gasolina, la tecnología de sincronización variable también está comenzando a aplicarse a los motores diésel, principalmente debido a los estándares de emisión cada vez más estrictos. El primer motor diésel para turismos con sincronización variable de válvulas fue desarrollado por Mitsubishi en 2010.

El uso de sincronización variable de válvulas puede traer

• 10-30 % de reducción en el consumo de combustible
• 10-15 % de aumento en la potencia y par efectivos
• 20-25 % de reducción en la producción de emisiones de gases de escape

Diseño de sincronización variable de válvulas

Diferentes fabricantes utilizan diferentes tecnologías para implementar la sincronización variable de válvulas. Estructuralmente, la sincronización variable de válvulas se puede lograr, por ejemplo, de las siguientes maneras:

• árbol de levas controlado mecánicamente
• motores hidráulicos del árbol de levas
• control de válvulas hidráulicas
• válvulas controladas electromagnéticamente

Designación de motores equipados con sincronización variable de válvulas:

Además de diferentes tecnologías, las compañías automotrices también usan diferentes designaciones para sus motores, que están equipados con sincronización variable. Aquí hay unos ejemplos:

AVCS (Subaru)

AVLS (Subaru)

CVTCS (Nissan, Infiniti)

CVVT (Alfa Romeo, Citroën, Hyundai, Kia, Peugeot, Renault, Volvo)

DCVCP (General Motors)

MIVEC (Mitsubishi)

Multiaire (Fiat)

N-VCT (Nissan)

S-VT (Mazda)

Ti-VCT (Ford)

VANOS (BMW)

Vario Cam (Porsche)

VCT (Ford)

VTEC, i-VTEC (Honda)

VVL (Nissan)

Elevador de válvulas (Audi)

VVEL (Nissan)

VVT (Chrysler, General Motors, Suzuki, Grupo Volkswagen)

VVT-i, VVTL-i (Toyota, Lexus)

VTVT (Hyundai, Kia)

Una breve demostración en video de cómo funciona la sincronización variable de válvulas VVT: