Los árboles de levas en los motores de combustión interna son componentes críticos no solo para la funcionalidad mecánica, sino también para el rendimiento dinámico y las características de vibración. Este estudio tiene como objetivo presentar un análisis modal integral del árbol de levas mediante la integración de enfoques computacionales y experimentales, seguido del diseño de un innovador mecanismo de árbol de levas multimodal que mejora la eficiencia del combustible y optimiza el rendimiento del motor. Primero, se construye un modelo computacional del árbol de levas con una estructura de malla adecuada y un tamaño de malla de 2 mm. Se realiza un análisis modal en el modelo computacional y se obtienen los parámetros modales críticos del árbol de levas. En segundo lugar, se realizan pruebas modales en el árbol de levas, que revelan un error del 15% en las frecuencias naturales predichas computacionalmente. En tercer lugar, se aplica un procedimiento de actualización del modelo para mejorar la precisión del modelo computacional. Las propiedades materiales críticas se determinan en función de un análisis de sensibilidad, y se lleva a cabo el proceso de optimización estructural en consecuencia. La solución del modelo optimizado se compara con los datos experimentales, y el modelo computacional se valida en función de las frecuencias naturales y las formas modales. La comparación de las frecuencias naturales estimadas experimental y computacionalmente revela una diferencia inferior al 2%. Las formas modales se comparan en función de los Criterios de Aseguramiento Modal (MAC), y se determina que los valores de los elementos en la diagonal principal de la matriz MAC están alrededor de 0.9. Finalmente, el modelo validado se utiliza como base para un mecanismo innovador de árbol de levas. El mecanismo propuesto ofrece una mayor flexibilidad al integrar múltiples métodos de actuación de válvulas, incluidos el Tiempo Variable de Válvula (VVT), el Levantamiento Variable de Válvula (VVL), la Duración Variable de Válvula (VVD), la Desactivación de Cilindros y los métodos de Ciclo Omitido en un solo árbol de levas por primera vez en la literatura. Se realiza un análisis modal en el diseño multimodal propuesto, y se observa que el diseño modificado se asemeja a las propiedades modales del diseño original.