Asignaturas:
- General
- Árbol de levas
- Árbol de levas subyacente
- árboles de levas rápidos
- Superposición de válvulas
- Sincronización variable de válvulas y elevación de válvulas
- Lubricacion
General:
El árbol de levas es una parte importante del motor. El árbol de levas asegura que el válvulas se abren y cierran permitiendo que el aire entre y salga del cilindro. El árbol de levas gira de modo que la leva abre la válvula contra la fuerza del resorte de la válvula. El resorte de la válvula asegura que la válvula abierta se cierre cuando la leva continúa girando.
El árbol de levas está ubicado en la parte superior o inferior de la culata del cilindro, o en la parte inferior del bloque del motor. El árbol de levas es accionado por la correa, cadena o ruedas dentadas de distribución. Ver más sobre esto en el capítulo. distribución.
Árbol de levas:
El árbol de levas en cabeza sólo se utiliza hoy en día. Luego se coloca el árbol de levas en la culata. La ventaja de los motores con árbol de levas en cabeza es que pueden manejar velocidades más altas que los motores con árbol de levas subyacente.
En la imagen de la izquierda puede ver que la válvula está cerrada porque el resorte de la válvula presiona la válvula para cerrarla y que el árbol de levas gira en el sentido de las agujas del reloj. En la imagen de la derecha, el árbol de levas está torcido, lo que hace que la leva empuje la válvula hacia abajo. El resorte ahora está comprimido, empujando la válvula hacia abajo. Cuando el árbol de levas haya girado más, el resorte de la válvula empujará la válvula hacia arriba nuevamente. El resorte de la válvula ejerce una contrapresión de aproximadamente 20 kg.
Las válvulas de un motor de cuatro tiempos se abren mediante 1 o 2 árboles de levas. En la versión con 1 árbol de levas acciona tanto las válvulas de admisión como las de escape.
En la versión con 2 árboles de levas, un árbol de levas acciona la(s) válvula(s) de admisión y el otro, la(s) válvula(s) de escape. Los 2 árboles de levas pueden ser accionados uno tras otro por la 1 correa de distribución, pero también existen sistemas en los que un árbol de levas acciona al otro mediante una correa o cadena separada (ver las imágenes a continuación)
Las imágenes siguientes son sólo ejemplos de la construcción de la correa de distribución. El principio es el mismo con una cadena de distribución.
La imagen de arriba a la izquierda es de un motor equipado con un solo árbol de levas. Esto opera tanto las válvulas de admisión como las de escape. Esto suele aplicarse, por ejemplo, a motores de cuatro cilindros con 8 o 12 válvulas (es decir, con 2 o 3 válvulas por cilindro).
La imagen del medio muestra un motor con doble árbol de levas, impulsado por dos correas de distribución. La rueda dentada del árbol de levas (1) es accionada directamente por el cigüeñal con la correa grande. En la parte trasera de la polea del engranaje 1 hay un engranaje pequeño sobre el cual pasa la correa trasera. Esta correa trasera (pequeña) acciona la rueda dentada del árbol de levas (2). El cinturón pequeño requiere un tensor separado. Esto suele aplicarse a motores de cuatro cilindros con 16 o más válvulas. (entonces 4 o más válvulas por cilindro)
La imagen de la derecha es la de un motor de motocicleta con dos árboles de levas. Los árboles de levas son accionados tanto por una correa como por una cadena. El árbol de levas 1 es accionado por la correa de distribución, que a su vez es accionada por el cigüeñal. El árbol de levas 2 es impulsado por la cadena que es impulsada por el árbol de levas 1. Esta cadena se monta debajo de la tapa de la válvula con un tensor o un mecanismo de ajuste. Esto suele aplicarse, por ejemplo, a motores de cuatro cilindros con 16 o más válvulas. (cuatro o más válvulas por cilindro)
Árbol de levas subyacente:
En el pasado, los motores estaban equipados con un árbol de levas subyacente. Hoy en día, los motores de los turismos sólo están equipados con un árbol de levas en cabeza. La construcción con el árbol de levas subyacente está desapareciendo. La desventaja de esta construcción es que estos motores no pueden manejar altas velocidades porque hay mucha masa entre el árbol de levas y la válvula. A altas velocidades, se producirá demasiado juego y la válvula ya no se abrirá ni cerrará en los momentos correctos.
El cigüeñal se acciona mediante una pequeña cadena o correa de distribución al árbol de levas subyacente (ver imagen a continuación). El árbol de levas empuja el empujador de la válvula y la varilla de empuje hacia arriba. El lado derecho del balancín está empujado hacia arriba. El balancín "cae" alrededor del eje del balancín, empujando el lado izquierdo hacia abajo. Esto fuerza la válvula hacia abajo contra la fuerza del resorte de la válvula. Cuando el árbol de levas gira más, el resorte de la válvula presiona la válvula para cerrarla y el balancín regresa a su posición inicial.
Árboles de levas rápidos:
Si la leva es más ovalada y más larga, la válvula permanecerá abierta más tiempo. Entonces puede fluir más aire hacia el cilindro. Esto se traduce en ganancias de capital. Este principio se utiliza, entre otras cosas, en la puesta a punto de motores. Esto se llama "árboles de levas rápidos". Si el extremo es más afilado (más puntiagudo), la válvula se cerrará más rápidamente. También debe ser ligeramente convexo, de lo contrario la válvula golpeará el asiento a una velocidad demasiado alta, provocando un fuerte desgaste en los asientos de la válvula. Al diseñar un motor, esto también se prueba cuidadosamente, de modo que se instalen árboles de levas que sean los más óptimos en cuanto a potencia, consumo de combustible y valores de emisiones.
Superposición de válvulas:
Durante el solapamiento de válvulas, las válvulas de entrada y salida se abren brevemente al mismo tiempo. Al final de la carrera de escape, cuando el pistón está casi en el PMS, la válvula de admisión se abre antes de que se cierre la válvula de escape. En esta situación, la velocidad de los gases de escape que salen de la cámara de combustión es tan alta que el aire aspirado ya es aspirado por el efecto de vacío. Después de que se cierra la válvula de escape y el pistón se mueve al ODP, la válvula de admisión se abre por completo. De este modo, el aire aspirado llenará el espacio de combustión.
La ventaja del solapamiento de válvulas es que la velocidad del aire entrante aumenta cuando se abre la válvula de entrada, lo que resulta en un mayor grado de llenado.
La figura muestra la situación en la que la válvula de entrada (izquierda) y la válvula de escape (derecha) se abren al mismo tiempo.
El diagrama muestra la apertura y cierre de las válvulas de escape y admisión. A medida que gira el árbol de levas, la válvula de escape se abre y se cierra nuevamente (las líneas azules). La superposición de válvulas ocurre en el medio del gráfico. Esto se muestra en rojo. La válvula de entrada (mostrada con líneas verdes) ya se ha abierto ligeramente aquí.
El solapamiento de las válvulas se consigue mediante la forma de la leva. En la imagen de abajo puedes ver que en el árbol de levas superior las levas más altas están separadas 114 grados. En el centro de la figura, el solapamiento de válvulas se produce porque el extremo de la leva de admisión y el inicio de la leva de escape están más altos que la parte redonda del árbol de levas. Esta es la parte donde las válvulas de admisión y escape están abiertas al mismo tiempo.
Cuanto más cerca estén colocadas las orejetas entre sí, más se superpondrán. Esto se puede ver en la diferencia entre los árboles de levas superior e inferior, con las levas del árbol de levas inferior separadas 108 grados.
Por lo tanto, siempre se produce un solapamiento de válvulas y no se puede modificar debido a la forma fija de la leva en el árbol de levas. La cantidad de superposición de válvulas la determina el fabricante del motor.
Sincronización variable de válvulas y elevación de válvulas:
La potencia del motor depende en gran medida del árbol de levas. Si tiene levas largas y ovaladas, las válvulas permanecerán abiertas por más tiempo. Esto significa que puede entrar y salir más aire del motor, lo que produce más potencia. Si las levas son más cortas y puntiagudas, la válvula se abrirá menos y se cerrará antes, permitiendo que entre y salga menos aire, por lo que también produce menos potencia. La ventaja es que esto puede reducir el consumo de combustible.
Las bajas velocidades del motor con cargas bajas requieren:
- Las válvulas de admisión se abren tarde y cierran temprano.
- Las válvulas de escape abren tarde y cierran temprano.
Las altas velocidades del motor con cargas elevadas requieren:
- Abra las válvulas de admisión temprano y ciérrelas tarde.
- Abra las válvulas de escape temprano y ciérrelas tarde.
Los fabricantes de automóviles siempre buscan un término medio. La sincronización variable de válvulas ajusta el árbol de levas a la posición requerida a la velocidad a la que está funcionando el motor. La elevación variable de la válvula también es una técnica para obtener diversas ventajas cambiando la distancia a la que se abre la válvula.
En sincronización variable de válvulas gira el árbol de levas en relación con la rueda dentada del árbol de levas ajustable (ver imagen). Con este sistema se puede disponer que las válvulas se abran antes o después, pero no se puede disponer que las válvulas permanezcan abiertas más tiempo. Si la válvula se abre antes, también se cerrará antes, porque la forma del árbol de levas sigue siendo la misma. En la pagina sincronización variable de válvulas Se darán más explicaciones sobre esto.
Elevación de válvula variable Es una técnica que garantiza que la altura de elevación de la válvula sea ajustable. Esto controla hasta qué punto se abre la válvula. Esto es beneficioso tanto para el consumo de combustible como para la potencia del motor. La siguiente imagen es un ejemplo de esto. Este es el Valvetronic de BMW.
La elevación de válvula variable solo se aplica al árbol de levas de admisión. Existen varias técnicas que utilizan diferentes fabricantes. en la pagina elevación de válvula variable las diferentes técnicas se describen detalladamente.
Lubricación:
El árbol de levas debe lubricarse, al igual que todos los demás componentes móviles del motor. El aceite se suministra al árbol de levas en los lugares correctos a través de tubos con orificios o boquillas. El funcionamiento de todo el sistema de lubricación se describe en la página sistema de lubricación.
