Los cómo y los por qué de los encabezados

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Junto con un sistema de admisión y escape de mejor flujo, los cabezales se encuentran entre los primeros complementos que cualquier creyente de aspiración natural debe considerar. Juntos, ayudan a eliminar las restricciones dentro de los conductos de admisión y escape de un motor, lo que los hace esenciales para cualquiera que haya terminado de hacer payasadas cuando se trata de generar más potencia.

El proceso de generar más caballos de fuerza a partir de cabezales es casi tan antiguo como el propio motor de combustión interna. En la historia más reciente, Honda y Mugen emplearon muchas estrategias que todavía se usan hoy en día con sus motores de Fórmula Uno de 10 cilindros, como tuberías primarias de igual longitud para ayudar a promover mejor la eliminación de gases de escape.

Qué hacen los encabezados

Un cabezal es un colector de escape, solo que mejor. Y más complicado. Si el escape de un motor solo soplara una vez, no lo sería, y sería fácil determinar la longitud y el diámetro ideales del tubo de un cabezal para obtener una potencia óptima. En cambio, un motor típico de cuatro cilindros a 8000 rpm escupe más de 67 pulsos de escape por segundo, por cilindro, lo que complica y confunde todo el proceso.

Los cabezales se basan en una serie de tubos con curvas suaves y graduales que permiten que cada cilindro tenga su propio medio de evacuación de los gases de escape, a diferencia de los colectores de fábrica que simplemente recogen todos los gases de escape cerca del cabezal y los vierten en lo que es más a menudo un tronco en forma de excremento. Los tubos primarios se extienden desde la culata hasta un colector donde se unen los gases de escape de cada cilindro antes de ingresar al resto del sistema de escape. Al igual que en el lado de admisión, la velocidad del aire es importante, excepto que aquí se debe aprovechar su propia energía para evacuar los cilindros. En lugar de hacer todo esto por medio de presión positiva como en el lado de admisión, la presión negativa generada cerca de las válvulas de escape ayuda a aspirar los gases de escape no deseados de los cilindros.

Un encabezado del mercado de accesorios solo debe agregarse como parte de un programa de motor bien equilibrado que incluye algún tipo de sistema de admisión y escape de alto flujo.

Los colectores de escape OEM generalmente están hechos de hierro fundido y cuentan con diseños en forma de tronco. Aquí, las restricciones de empaque y la eficiencia del convertidor catalítico triunfan sobre el rendimiento.

Afinación de resonancia de onda y más potencia

En comparación con los colectores de registro, los encabezados pueden generar más potencia de tres maneras, una de las cuales es el ajuste de resonancia de onda. Una vez que se abren las válvulas de escape, una corriente de gases de escape a alta presión expulsada por el pistón que se mueve hacia arriba comienza a salir de la culata, creando un pulso de presión. Una vez que ese pulso llega al final de un tubo primario en particular, una onda inversa viaja hacia arriba, creando un vacío de baja presión cerca de las válvulas de escape. El ajuste de resonancia de onda por medio de longitudes de tubo primario calculadas permite que este pulso de onda de baja presión ocurra exactamente en el momento correcto, durante el período de superposición del cilindro que ocurre cuando concluye la carrera de escape y comienza la carrera de admisión. (En caso de que lo haya olvidado, la superposición ocurre cuando las válvulas de admisión y escape de un cilindro están abiertas por un breve período de tiempo). Cuando se coordinan correctamente, los resultados son un efecto de succión que evacua los gases de escape adicionales y, en algunos casos, puede incluso aspirar la mezcla de aire/combustible hacia la cámara de combustión desde el lado de admisión. El proceso se conoce como barrido.

Sintonización de pulsos y más potencia

La longitud de los tubos primarios de un encabezado afecta su banda de potencia. Sabías todo eso, pero es posible que no sepas por qué. La longitud y el diámetro total del tubo primario determinan qué cantidad de esa presión negativa de la que hablamos se acumulará y cuándo hará su trabajo. La velocidad de los gases de escape no cambia mucho, por lo que es la longitud y el diámetro del tubo primario lo que determina cuándo sucede todo esto. Las longitudes ajustadas de los tubos primarios pueden ayudar a expulsar los gases de escape adicionales del motor durante cada carrera de escape. La longitud óptima es aquella que corresponde al tiempo exacto en grados del cigüeñal en que las válvulas de escape del motor comienzan a abrirse. Como era de esperar, las matemáticas son complejas y los diferentes motores requieren tubos primarios de diferentes longitudes dependiendo de una variedad de factores, como la banda de potencia deseada.

Contrapresión y más potencia

Vale la pena mencionar la reducción de la contrapresión de los gases de escape, pero no es tan importante como los antiguos hot rodders quisieran hacerle creer. Sin duda, la resonancia de ondas y la afinación de pulsos son las verdaderas claves para determinar si un encabezado genera más potencia o no. Aún así, la contrapresión juega un papel. A diferencia de los colectores de troncos, los tubos primarios más largos de un cabezal evitan la contaminación cruzada de los gases de escape entre los cilindros, lo que puede dificultar el proceso de evacuación. Los cabezales también reducen la contrapresión a través de diseños más eficientes, que reducen las restricciones y aumentan la eficiencia de bombeo, todo lo bueno si le importan cosas como la potencia.

El coleccionista

Cada colector tiene algún tipo de colector donde los gases de escape de alta velocidad de cada cilindro se encuentran y se difunden después de fluir a través de sus respectivos tubos primarios. Un colector diseñado correctamente puede aumentar la banda de potencia de un motor y generar más potencia de RPM altas al disminuir la turbulencia y aumentar la velocidad de los gases de escape. Una vez dentro, los gases de escape salen por el resto del sistema, pasan el silenciador o rebotan hacia las válvulas de escape como pulsos de baja presión. Sin embargo, un colector diseñado adecuadamente hace más que servir como unión para los gases de escape. Aquí, los cilindros con órdenes de encendido opuestas se emparejan para que la energía del pulso de escape de uno no interfiera con la de otro, lo que reduce aún más la contaminación cruzada. Un buen colector de fusión hará todo esto de manera suave y cónica, lo que da como resultado una banda de potencia más impresionante.

Propiedades anti-reversión

La reversión es mala. Tiene que ver con los gases de escape no deseados que viajan hacia atrás a través del sistema de escape cuando la velocidad de los gases de escape es baja y el barrido es mínimo. Bajo esas condiciones, los gases de escape pueden entrar por el lado de admisión, contaminando el proceso de combustión. Los cabezales antirreversión incorporan tubos primarios con un diseño escalonado, que aumentan de diámetro poco después de salir de la culata, y un cono sensible a la dirección que mantiene el flujo de escape moviéndose en la dirección correcta. Cuando se realizan correctamente, los pasos anti-reversión pueden ayudar a prevenir la reversión no deseada de los gases de escape, lo que da como resultado una banda de potencia más amplia y más torque.

Tri-Y frente a cuatro en uno

Los cabezales Tri-Y (cuatro en dos en uno) son uno de los diseños de cabezales de cuatro cilindros más populares, que incorporan cuatro tubos principales que se transforman en dos, todo antes de fusionarse en un solo colector. La alternativa es el cabezal cuatro en uno en el que los cuatro tubos primarios se fusionan en un solo colector. Los cabezales Tri-Y se preocupan menos por los perfiles del árbol de levas y la superposición que los diseños cuatro en uno y son más adecuados para aplicaciones en las que se desea una banda de potencia amplia. El diseño Tri-Y también se presta al emparejamiento de orden de disparo opuesto mencionado anteriormente. Aquí, cuando los gases de escape ingresan al colector, las ondas reflejadas también se envían de regreso a los cilindros opuestos con sus válvulas de escape aún cerradas, creando un pulso secundario que está desfasado con el pulso principal correspondiente pero ayudándolo, ayudando a ampliar la banda de potencia a expensas de un pico de potencia. El barrido no ocurre tan bien aquí debido a la interferencia del pulso secundario, pero ocurre durante un período de tiempo más largo en comparación con los diseños cuatro en uno.

headers guide tri y configuration

El diseño Tri-Y se encuentra entre las configuraciones de encabezado más populares. Observe cómo los cuatro tubos principales del cabezal se fusionan en dos antes de encontrarse en su colector. Este diseño en particular también se conoce como encabezado cuatro en dos en uno.

El diseño cuatro en uno generalmente se presta a motores que buscan ganancias de potencia dentro de una banda de potencia específica. Por lo general, los encabezados cuatro en uno proporcionarán más potencia máxima que los diseños Tri-Y, pero en una banda de potencia más estrecha.

Otras Consideraciones

Los encabezados con tubos primarios más cortos y de mayor diámetro generalmente son más adecuados para potencia de altas RPM, mientras que aquellos con tubos más largos y delgados se prestan mejor a la salida de rango medio. Ya hemos hablado sobre la relación entre la superposición de válvulas y el diseño del cabezal. Como tal, antes de elegir un encabezado, querrá considerar cuándo comienzan a abrirse las válvulas de escape de su motor. Por lo general, los cabezales con tubos más cortos y más grandes responderán mejor a los motores con válvulas de escape que se abren tarde. Y si tiene un motor de doble árbol de levas con engranajes de árbol de levas ajustables, también puede obtener más potencia jugando con la superposición después de instalar un cabezal. Al elegir un encabezado, uno con un colector fusionado suave y cónico nunca es algo malo. También querrá considerar la construcción del encabezado. En cuanto a los materiales, La tubería de acero dulce de calibre 14 o 16 es ideal, al igual que las bridas gruesas y las juntas adecuadas y el hardware resistente a la corrosión. Si la longevidad y la anticorrosión son preocupaciones (y deberían serlo), considere el acero inoxidable o el acero dulce revestido de cerámica. También se debe considerar la legalidad de las emisiones y si el encabezado que está considerando presenta o no todas las disposiciones para cualquier sensor de oxígeno o convertidor catalítico que su motor pueda requerir. Finalmente, no olvide que, como cualquier actualización del motor, un encabezado es solo una parte del rompecabezas. También se debe considerar la legalidad de las emisiones y si el encabezado que está considerando presenta o no todas las disposiciones para cualquier sensor de oxígeno o convertidor catalítico que su motor pueda requerir. Finalmente, no olvide que, como cualquier actualización del motor, un encabezado es solo una parte del rompecabezas. También se debe considerar la legalidad de las emisiones y si el encabezado que está considerando presenta o no todas las disposiciones para cualquier sensor de oxígeno o convertidor catalítico que su motor pueda requerir. Finalmente, no olvide que, como cualquier actualización del motor, un encabezado es solo una parte del rompecabezas.

Los encabezados no parecen terriblemente complejos, pero diseñar uno que funcione bien requiere todo tipo de matemáticas complicadas y física sofisticada. Junto con la admisión de un motor, el cuerpo del acelerador, el múltiple de admisión, el árbol de levas, los puertos de la culata y el sistema de escape, los cabezales son una parte importante de la ruta del flujo de aire de un motor y deben abordarse y modificarse como un sistema. Combinar un cabezal de carrera cuatro en uno de €1,500 con cámaras antirreversión y un colector cónico con un motor con una caja de aire OEM nunca tendrá sentido, así que planifique sus actualizaciones en consecuencia.

Un encabezado puede tomar muchas formas; lo importante es que sus curvas sean suaves y que sus tubos tengan el tamaño adecuado para la aplicación.

El diseño del cabezal puede variar significativamente según la configuración del motor y el número de cilindros, pero las propiedades que hacen que funcionen bien o fallen no cambian.

Juan Francisco Calero

Llevo ya casi 20 años trabajando para la industria del automóvil. Asesorando a docenas de empresas del sector en materia de comunicación y marketing. Linkedin