Impulsados por normativas draconianas que exigen una reducción de las emisiones de gases de escape y una mayor economía de combustible, los fabricantes pasan mucho tiempo mejorando el proceso de combustión: han intentado abrir las válvulas de entrada antes (denominado ciclo Miller), han intentado cerrar más tarde (comúnmente conocido como el ciclo Atkinson), e incluso han intentado crear un motor híbrido de encendido por chispa / compresión (encendido homogéneo de carga y compresión), todo con un éxito limitado.
El problema es que estas variaciones del motor Otto Cycle solo son efectivas en condiciones de operación muy específicas, lo que significa que para mantener el rendimiento del motor en un amplio rango de operación es esencial la sincronización variable de válvulas, y no solo la sincronización debe ser variable según la demanda, sino que tiene que ser casi infinitamente variable: ¡una tarea difícil para los motores de combustión interna actuales con trenes de válvulas mecánicas!
Como un árbol de levas normalmente tiene solo un lóbulo por válvula, la duración y la elevación de la válvula son fijas. Y aunque muchos motores modernos utilizan la fase del árbol de levas, el ajuste de la elevación y la duración de la válvula durante el funcionamiento tiene un éxito limitado.
Algunos fabricantes utilizan sistemas con más de un lóbulo de leva, pero esto sigue siendo un compromiso, ya que solo unos pocos perfiles pueden estar en funcionamiento a la vez.
Sustitución de los árboles de levas por actuadores neumático-hidráulico-electrónicos
Este no es el caso del motor sin levas, que utiliza un actuador neumático-hidráulico-electrónico para reemplazar el método tradicional basado en el árbol de levas para controlar el funcionamiento de la válvula en un motor de combustión interna. Esto da como resultado un control mucho más preciso y completamente personalizable sobre la duración y la elevación de la válvula, tanto en el lado de admisión como en el de escape: la elevación y la sincronización de la válvula se pueden ajustar libremente de una válvula a otra y de un ciclo a otro. También permite múltiples eventos de elevación por ciclo y, de hecho, ningún evento por ciclo, apagando el cilindro por completo.
Pero si bien este sistema ofrece un control completo de las funciones de admisión y escape, además de ser más compacto y reducir la masa (en un 4 cilindros en línea – 20 kilogramos de masa, 50 mm de altura y 70 mm de longitud), un control preciso de la neumática e hidráulica Las presiones son cruciales para el funcionamiento eficaz del sistema.
Mapeo de la presión durante el desarrollo.
Para trazar las presiones operativas necesarias para operar las válvulas a distintas velocidades y cargas del motor, es vital que las presiones se midan con precisión en tiempo real.
Esto en sí mismo no es una hazaña menor: los sensores de presión no solo deben ser precisos en una amplia gama de temperaturas de funcionamiento , sino que también deben ser compactos, resistentes a las vibraciones y poder resistir la exposición al aceite de motor caliente y otros productos químicos que se encuentran típicamente en un compartimento del motor.
Con solo un puñado de proveedores en todo el mundo capaces de suministrar transmisores de presión de laboratorio de alta calidad , es importante que cualquier equipo de desarrollo que diseñe un tren de válvulas sin levas elija sensores con una pista probada.
Con esta tecnología es importante que tanto la presión neumática, que se utiliza para activar la apertura / cierre de la válvula, como la presión hidráulica, que actúa como un amortiguador y mantiene la válvula abierta, se mapeen con precisión durante el desarrollo.
Estas presiones mapeadas se controlarán mediante una unidad de control electrónico que determinará la elevación, la aceleración y la duración según la carga del motor, la velocidad y las condiciones ambientales.
Si el equipo de desarrollo consigue el mapeo correcto de este complejo proceso, las recompensas son bastante espectaculares: es posible extraer más de 170 kW y 320 Nm de torque de una unidad de cuatro cilindros y 1.6 litros, lo que equivale a un 47 por ciento más de potencia y un 45 por ciento más torque que un motor equivalente equipado con un árbol de levas, mientras mejora el rendimiento de la gasolina en un 15 por ciento.
Entonces, mientras que los árboles de levas han estado en el corazón del rendimiento del motor de cuatro tiempos durante más de un siglo, las válvulas operadas por medio de presión hidroneumática podrían mejorar el juego de los ICE en un futuro próximo.