V-TEC VS. VANOS VS. VVT-i: ¿Qué son y cómo funciona cada uno de ellos?

Sabéis que me encanta hablaros de curiosidades acerca de motores. Primero vino el listado de los 10 propulsores de producción que marcaron una época, después los ocho mejores bloques de cuatro cilindros de los últimos 20 años, seguido de algunos de los motores V12 con mejor sonido de la historia o aquellos coches que casi recordamos más por su sonido que por su estética.

Todo ello sin olvidarnos de aquellos deportivos de ensueño que tomaron prestados sus motores de modelos generalistas, a los que les ocurría todo lo contrario -que fueron originalmente diseñados para arrasar en el circuito– o la comparativa en la que hablaba de la entrega de par: Motores de combustión Vs. motores eléctricos.

Pues bien, tras el último post de la saga de curiosidades mecánicas que cerré con los seis propulsores de los que probablemente nunca tuviste constancia, hoy me voy a centrar en hablaros de las diferencias existentes entre los motores V-TEC, los VVT-I y los propulsores VANOS. Todos ellos alteran la sincronización de válvulas (el punto en el que se abre cada válvula y se cierra con el ciclo del motor), la duración de apertura (cuánto tiempo las válvulas permanecen abiertas) y la elevación de la válvula (la distancia a la que se abre la válvula) pero, ¿cuáles son sus diferencias?

Antes de entrar en materia, haremos una breve introducción teórica. Como sabréis, la distribución variable revolucionó los motores de combustión interna, llegando especialmente a la fama con el auge de las leyendas JDM de la década de los ’90. No es ningún secreto que un motor tiene una eficiencia térmica de alrededor del 33 por ciento, el resto de la energía creada por la explosión, el combustible y el oxígeno se libera al entorno, es decir, se desperdicia. Es por ello que hacer los motores de combustión más eficientes siempre ha supuesto una ardua labor para los fabricantes de automóviles, y la distribución variable fue una de las soluciones más eficaces en este aspecto.

Refiriéndonos ya al funcionamiento de la propia mecánica, sabemos que la válvula de admisión se abre para permitir la mezcla de aire y combustible en los cilindros, siendo ésta a continuación comprimida, quemada y expulsada de los mismos a través de la válvula de escape. Dichas válvulas son abiertas por brazos oscilantes perfectamente sincronizados que son accionados por el árbol de levas. Desafortunadamente, los árboles de levas convencionales sólo permiten un modo conjunto de apertura de válvulas.

Para lograr una máxima eficiencia las válvulas deben abrirse y cerrarse de forma diferente y variable, dependiendo de las revoluciones por minuto a las que está girando el motor.

Para altas velocidades del motor es deseable un ligero avance en la apertura de la válvula de admisión, a fin de que entre al cilindro la cantidad óptima de aire para el proceso. Es por ello que una ligera apertura previa de la válvula de admisión permite que entre un poco más de oxígeno en el cilindro para aumentar la eficiencia de la combustión, pero como no vamos a tener un árbol de levas para las diferentes velocidades del motor, nació la distribución variable como solución al problema. Ha habido muchos tipos a lo largo de la historia, pero hoy vamos a hablar de las más parecidas y famosas.

V-TEC – Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System

Es probablemente la más popular de las tres y, como ya sabréis, este sistema fue desarrollado por Honda en abril de 1989. Al igual que ocurre en los motores VANOS y VVT-I, la finalidad es variar la fase de apertura, tiempo y sección de las válvulas para regímenes de revoluciones diferentes, a fin de mejorar las prestaciones y eficiencia del motor (vamos, el rendimiento), pero su mecanismo es diferente. Los V-TEC requieren, para 4 válvulas por cilindro, 6 levas y 6 balancines de palanca. Las levas externas quedan asignadas a las válvulas, portando perfiles suaves, mientras que la leva central tiene los tiempos de distribución más largos y la carrera de la leva más grande. Básicamente se basa en una tercera leva en cada cilindro que solo entra en funcionamiento a altas revoluciones del motor.

Es importante -y necesario- que los círculos de base de todas las levas sean iguales para que el acoplamiento de los balancines funcione correctamente. Así, cuando las válvulas estén cerradas, los alojamientos y los pasadores estarán alineados.

A bajas vueltas -por debajo de 4.500 rpm aproximadamente- solo entran en funcionamiento las levas externas, de modo que la apertura de las mismas es más pequeña y minimiza la relación de aire que accede a los cilindros; activándose la leva central al llegar a cierto régimen de revoluciones. Ésta controla la admisión y el escape, con lo que se consigue variar el cruce de válvulas para lograr un aumento de rendimiento. Adicionalmente, podemos apreciar unos pasadores que se desplazan de manera hidráulica y que entre las 5.000 y las 6.000 rpm realizan una conexión mecánica entre los tres balancines, es decir, queda todo el conjunto unido. A partir de ese momento, la leva central señala la apertura de la válvula y se produce una mayor apertura de las válvulas, una mayor entrada de aire en el cilindro y una mejor evacuación de los gases de escape.

Este sistema se acopla a las válvulas de admisión y escape en los motores de doble árbol de levas (DOCH) y solamente a las válvulas de admisión en los motores de un árbol de levas (SOCH). Junto a estos, lógicamente, hay diferentes modalidades de motores V-TEC y diversas generaciones de los mismos, destacando los VTEC-E (reducción del consumo de combustible y de las emisiones), los i-VTEC (mejoran el sistema electrónico de control, de ahí la letra «i» de «intelligent»), los i-VTEC i (con inyección directa de gasolina) o los A-VTEC -Advanced VTEC- que combinan el control del i-VTEC con el control de fase continuamente variable (mejora la eficiencia de combustible sin sacrificar el rendimiento).

VVT-i -Variable Valve Timing Intelligent

Toyota ya venía utilizando el sistema VVT en su conocido motor 4A-GE de 20 válvulas desde 1991. Este variaba el tiempo de apertura y cierre de válvulas de manera hidráulica, pero ya sabéis lo rápido que avanza la tecnología, así que el sistema se quedó rápidamente desfasado. Es por ello que cinco años después, en 1996, aparece la tecnología VVT-i, la cual se distinguía de su predecesora por el accionamiento electrónico. Básicamente modificaba la utilización de los engranajes para alterar la relación entre la correa de distribución y el árbol de levas.

Lo que permite la tecnología de Toyota es que las válvulas de admisión y escape tengan “la libertad” de aumentar o reducir el tiempo de apertura y cierre en función de las condiciones de trabajo del motor. El VVT-i hace que el coche desarrolle el máximo de su potencia aprovechando al límite la combustión de la mezcla aire – combustible. En este caso, el sistema hidráulico es controlado por la ECU del vehículo -que recibe la información de diversos sensores y el caudalímetro-, la cual va ajustando el avance del árbol de levas en función de las revoluciones por minuto del motor -y otros datos- a través de pequeños obturadores que controlan la presión de aceite que se aplica para adelantar o retrasar la apertura o cierre de las válvulas.

VANOS – Variable Nockenwellensteuerung

Este sistema nace en 1992 con el BMW Serie 5 con dos objetivos: mejorar la eficiencia de los motores alemanes y suponer una alternativa en el mercado premium a las mecánicas de Toyota y Honda. Tan solo un año después se instaló en el E36 y, con la llegada del M3 E36 Evo se incorporó el sistema Doble VANOS, cuya diferencia radica en que este nuevo sistema también actúa sobre las válvulas de escape, permitiendo un mayor ahorro de combustible.

Su nombre puede parecer un tanto extraño, pero no es otra cosa que un control variable del árbol de levas, es decir, ajusta continuamente las posiciones del árbol de levas para las válvulas de admisión y escape. El resultado es un par mucho mayor a regímenes bajos y una mayor potencia a regímenes más elevados, a la vez que se consiguen unos reducidos niveles de consumo y emisiones.

A regímenes más bajos, la posición del árbol de levas se mueve de forma que las válvulas se abren más tarde, mejorando así la calidad del ralentí y el despliegue suave de potencia. Al aumentar el régimen, las válvulas se abren antes para mejorar el par y reducir el consumo y las emisiones. Ya a regímenes elevados, las válvulas se vuelven a abrir más tarde para entregar la máxima potencia. En cualquier caso, el momento de apertura y cierre de las válvulas se determina a través de un émbolo que forma parte del sistema, el cual varía su posición gracias a un sistema hidráulico que utiliza el propio aceite del motor. Éste émbolo cambia la posición relativa de las levas de entrada.

El sistema de distribución variable de BMW se encarga de cambiar los momentos de apertura y cierre de las válvulas con respecto a la posición del pistón según las revoluciones por minuto del motor.

Además, el sistema Doble-VANOS controla la cantidad de gases de escape que vuelven al colector de admisión a fin de mejorar el ahorro de combustible. El sistema emplea un conjunto especial de parámetros en la fase de calentamiento del motor para ayudar al convertidor catalítico a alcanzar su temperatura ideal de funcionamiento con más rapidez, reduciendo así también las emisiones. Es la Electrónica Digital del Motor (DME) del vehículo la que se encarga de controlar todo el proceso.

Realmente, casi todos los fabricantes de automóviles tienen entre sus filas una tecnología de distribución variable, aunque cada uno la denomine a su manera. Por ejemplo, Rover lo llama VVC, Nissan VVL y Ford VCT. Desde luego, no es de extrañar que este sistema se generalizase rápidamente entre diversas marcas, pues es una forma realmente eficaz de maximizar la potencia y reducir notablemente los consumos y las emisiones. Está claro que con los tiempos que corren los árboles de levas tienen los días contados, pero los motores VANOS, V-TEC y VVT-i siempre tendrán un gran número de fans.

Fuentes: CarThrottle, BMW España, Aficionados a la Mecánica, Todo Autos