CUMMINS: AVANCES EN EL TREN DE VÁLVULAS Y EL FRENADO DEL MOTOR PARA MEJORAR EL DESEMPEÑO EN EL TRANSPORTE COMERCIAL

La industria del transporte está navegando por el delicado equilibrio entre la mejora del rendimiento y la sostenibilidad. Un aspecto fundamental de este viaje es la evolución de las tecnologías de frenado del motor y tren de válvulas debido a la relación directa que estos componentes tienen con el rendimiento del motor y el consumo de combustible.

El frenado del motor es una técnica que reduce el desgaste de los componentes del freno de la base y mejora la eficiencia del vehículo. Lo hace liberando el gas comprimido en cada cilindro durante la desaceleración en el punto donde normalmente se inyectaría combustible para la combustión. Esto obliga al motor a hacer el trabajo de comprimir el aire de admisión, pero luego se libera la "fuerza de resorte" de ese aire comprimido, por lo que no empuja el pistón hacia abajo después del punto muerto superior (TDC). Esto se puede amplificar cambiando a una marcha más baja para aumentar las rpm del motor, y así el motor se convierte en un amortiguador de energía para el camión, en lugar de simplemente usar el pedal del freno para reducir la velocidad del vehículo.

¿CUÁL ES EL PAPEL DEL TREN DE VÁLVULAS?
Los trenes de válvulas son componentes importantes de los motores de combustión interna (ICE, por sus siglas en inglés) que desempeñan un papel fundamental en la gestión del proceso respiratorio del motor al controlar el flujo de aire y escape que entra y sale de los cilindros del motor. El tren de válvulas, que consta de una serie de piezas que incluyen árboles de levas, balancines, válvulas, resortes y otros componentes, es fundamental para garantizar que el motor funcione al máximo rendimiento.

El óptimo desempeño del tren de válvulas se basa en la apertura y cierre precisos de las válvulas de entrada y escape en los momentos adecuados durante el ciclo del motor. Las válvulas de admisión se abren para permitir una mezcla de aire y combustible (o aire solo en motores de inyección directa) en la cámara de combustión, mientras que las válvulas de escape se abren para liberar los gases de combustión una vez que se ha consumido el combustible.

El árbol de levas gobierna la sincronización de estas aberturas y cierres de válvulas, lo cual es fundamental para el rendimiento del motor, la eficiencia del combustible y las emisiones. La sincronización se sincroniza con el cigüeñal a través de engranajes para motores de servicio pesado. A medida que el árbol de levas gira, sus levas (o lóbulos) empujan contra varios componentes para abrir y cerrar las válvulas a intervalos precisos. Luego, los resortes cierran las válvulas, sellando la cámara de combustión para los golpes de compresión y potencia.

Los trenes de válvulas pueden variar en complejidad y diseño, desde configuraciones simples de válvulas en cabeza hasta configuraciones más complejas de levas en cabeza y múltiples válvulas. Innovaciones como los sistemas de sincronización variable de válvulas (VVT) y de elevación variable de válvulas (VVL) han mejorado aún más la funcionalidad de los trenes de válvulas, lo que permite un ajuste dinámico de las operaciones de las válvulas para que coincida con las condiciones operativas del motor. Esta adaptabilidad mejora el rendimiento del motor, aumenta el ahorro de combustible y reduce las emisiones. Esto también significa que al adaptar la última tecnología de tren de válvulas, las flotas pueden comenzar su camino hacia operaciones más sostenibles sin sacrificar el rendimiento, la velocidad y la rentabilidad.

¿CÓMO FUNCIONAN LOS TRENES DE VÁLVULAS EN LOS MOTORES DIÉSEL ICE, HIDRÓGENO ICE Y GAS NATURAL?
Los trenes de válvulas en los motores de ICE y gas natural desempeñan un papel fundamental en el control de la entrada y salida de gases en los cilindros del motor. A pesar de las similitudes en su funcionamiento, los matices en las propiedades de combustible y combustión significan que cada tipo de combustible necesita un enfoque diferente para los diseños de trenes de válvulas en todos estos tipos de motores.

En los ICE diésel, el tren de válvulas funciona en condiciones de alta presión debido a la naturaleza de encendido por alta compresión del combustible diésel. El sistema está diseñado para durabilidad y precisión para manejar el funcionamiento del motor sin bujías. La sincronización y la elevación de las válvulas deben gestionarse meticulosamente para optimizar la eficiencia de la mezcla de aire y combustible, asegurando una combustión completa y minimizando las emisiones.

El hidrógeno ICE presenta desafíos únicos, principalmente debido a la alta combustibilidad del hidrógeno y la rápida velocidad de la llama. Los trenes de válvulas en estos motores están adaptados para manejar ciclos de combustión más rápidos, lo que requiere una sincronización precisa para evitar preignición o contraproducentes. La selección de materiales también es fundamental para soportar la baja lubricidad y las altas temperaturas de combustión del hidrógeno.

Para los motores de gas natural, los trenes de válvulas están diseñados para adaptarse a la menor densidad energética del combustible en comparación con el diésel. Esto requiere una mezcla eficiente de aire y combustible para una combustión completa, lograda a través de una sincronización y elevación precisas de las válvulas. Además, el gas natural es un combustible de combustión más limpia que permite que los componentes del tren de válvulas se diseñen teniendo en cuenta la reducción de la exposición al hollín y los contaminantes, lo que ayuda a aumentar la vida útil de estas piezas.

En todas estas tecnologías de motor, la evolución de la tecnología del tren de válvulas continúa centrándose en mejorar el rendimiento, reducir las emisiones y adaptarse a los requisitos únicos de cada tipo de combustible.

INNOVACIONES SIGNIFICATIVAS EN TECNOLOGÍAS DE TREN DE VÁLVULAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES
El frenado del motor, tradicionalmente asociado con el método de liberación de compresión, ha sufrido un cambio transformador al alterar la sincronización de las aberturas y cierres de válvulas. El enfoque innovador de Cummins Inc aplica la tecnología Jake Brake^® a la válvula de escape, lo que mejora la eficiencia del frenado del motor. Cummins también ha sido pionera en la tecnología de desactivación de cilindros (CDA) para trabajo pesado, un paso revolucionario en el diseño del motor destinado a optimizar el ahorro de combustible y reducir las emisiones. Este método implica desconectar las válvulas del motor de la leva, para que no se abran en absoluto, eliminando el abastecimiento de combustible para ese cilindro y, por lo tanto, permitiendo que una parte de los cilindros se apague bajo ciertas condiciones. Por ejemplo, durante tiempos de carga baja o de inactividad, la desactivación de las válvulas de un motor de seis cilindros obliga a los cilindros restantes a operar bajo cargas más altas, quemando así combustible a una temperatura más alta. Este aumento de la temperatura de combustión es crucial para el funcionamiento eficaz de los sistemas de postratamiento diésel (ATS), como las unidades de disminución catalítica selectiva (SCR), que reaccionan químicamente con las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) para hacerlas inertes. Mantener el ATS a temperaturas óptimas (por encima de doscientos grados centígrados) garantiza reacciones eficientes y la reducción de contaminantes, un objetivo clave durante operaciones inactivas o de baja carga donde la generación de calor suele ser insuficiente.

Al abordar las preocupaciones sobre la confiabilidad de estas tecnologías avanzadas de tren de válvulas, las pruebas exhaustivas y las aplicaciones del mundo real han demostrado su confiabilidad. El compromiso de Cummins Inc de integrar estos sistemas sin problemas en los diseños de motores desde el principio, garantiza no solo su confiabilidad sino también su rentabilidad.

Atrás quedaron los días en que los frenos del motor eran una ocurrencia tardía, agregada después de la fase de desarrollo. Hoy en día, son una parte integral del proceso de diseño del motor, calibrados para cada motor para un rendimiento óptimo. Este enfoque integrado para el desarrollo de la tecnología de tren de válvulas representa un cambio hacia motores más eficientes y limpios que satisfacen las demandas del transporte moderno sin comprometer la confiabilidad o la asequibilidad.

A través de la innovación continua, el frenado del motor y la tecnología del tren de válvulas se han vuelto más adaptables, eficientes y respetuosos con el medio ambiente. Esta evolución subraya la importancia de estos componentes para dar forma al futuro del transporte, asegurando que los motores no solo cumplan, sino que superen los estándares ambientales del mañana, marcando un hito importante en nuestro viaje hacia un futuro más limpio y sostenible. A medida que la industria avanza hacia un futuro más sostenible, las innovaciones de Cummins en tecnología de motores continúan estableciendo puntos de referencia en cuanto a desempeño, seguridad y administración ambiental.