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El árbol de levas de un motor de combustión interna
Un árbol de levas es un mecanismo formado por un eje en el que se colocan y alinean diferentes levas, que pueden tener diferentes formas y tamaños, de diferentes maneras para activar diferentes mecanismos a intervalos repetidos, como las válvulas. En otras palabras, es un temporizador mecánico cíclico, también llamado programador mecánico.
En un motor, controla la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y de escape, por lo que hay tantas levas como válvulas. Estas levas pueden cambiar el ángulo de desplazamiento para avanzar y retrasar la apertura y el cierre de las válvulas según la secuencia especificada.
Descripción
El árbol de levas consiste en un eje con una serie de elementos que incluyen las levas o lóbulos mencionados anteriormente - los salientes del eje con una sección curva (el llamado "ápice" de la leva) que actúa sobre el taqué - y algunos pernos de apoyo sobre los que gira, cuyo número varía según la fuerza a transmitir. En el mismo eje, especialmente en los motores antiguos, hay una excéntrica para accionar la bomba de combustible y el piñón para controlar el distribuidor de encendido en los motores de gasolina.
El eje gira sobre cojinetes lisos o sobre agujeros de soporte taladrados directamente en el material de la culata. La lubricación se lleva a cabo a través del circuito de lubricación por medio de tubos que conducen a los soportes individuales. Los árboles de levas están hechos en una sola pieza de hierro fundido o acero forjado, debe tener una alta resistencia a la torsión y al desgaste, para lo cual se le da un tratamiento de endurecimiento. El desgaste del árbol de levas puede llevar a un cambio en el diagrama de tiempos, lo que resulta en una reducción de la potencia del motor.
Aplicación
Los usos de los árboles de levas son muy variados, como en molinos, telares, sistemas de distribución de agua o martillos hidráulicos, aunque su aplicación más avanzada es la relacionada con el motor de combustión interna alternativo, donde se encargan de regular tanto la carrera de apertura y cierre de las válvulas como la duración de esta fase de apertura, permitiendo la renovación de la carga en las fases de admisión y escape de los gases de los cilindros.
Se puede producir por fundición (fundición de hierro), forja, ejes compuestos, generalmente por tratamiento de superficie por tratamiento térmico, templado, cementación, por nombrar sólo algunos. Estos se utilizan para endurecer la superficie del árbol, pero no su núcleo, y luego se mecanizan para obtener la superficie final y la precisión requerida.
Operación
Dependiendo de la disposición del árbol de levas y la distribución de las mismas, accionarán las válvulas directamente a través de una varilla como en los primeros días de los motores de gasolina, sistema SV, o a través de un sistema de varillas, taqués y balancines, este es el sistema OHV. Más tarde, especialmente desde la aparición de los motores diesel, el árbol de levas se trasladó a la culata, el llamado sistema SOHC.
En el pasado, cuando los motores no eran tan fiables como lo son hoy en día, esto era problemático, pero en los modernos motores diesel o de gasolina de 4 tiempos el sistema de levas "levantadas", en el que el árbol de levas está situado en la culata, es el más común.
Algunos motores utilizan un árbol de levas para las válvulas de admisión y otro para las válvulas de escape; esto se llama doble árbol de levas en cabeza o doble árbol de levas en cabeza. Así que los motores en V pueden tener 4 árboles de levas. El sistema DOHC permite, entre otras cosas, la instalación de 2 válvulas de escape y 2 de admisión, los 4 cilindros tienen instaladas las llamadas "16 válvulas".
Aunque también se utilizan en otros mecanismos, su uso más popular está relacionado con los motores de combustión interna, donde permiten regular la apertura y el cierre de las válvulas, acción que facilita la entrada y la salida de los gases en los cilindros.
Posición del árbol de levas y disposición de las válvulas en el cilindro
Los sistemas de distribución pueden clasificarse según la posición del árbol de levas. Hasta los años 80, los motores tenían una configuración de árbol de levas que se ubicaba en el bloque del motor. Hoy en día, en casi todos los motores el árbol de levas está montado en la culata. Las válvulas pueden ser dispuestas en relación con el cilindro de varias maneras, pero hay dos arreglos principales: de lado o en la cabeza.
Sistema SV: También llamado sistema de "válvula lateral". En este sistema, la válvula está situada en el lateral del cilindro, es decir, está alojada en el bloque. Esta válvula es controlada por el árbol de levas ubicado en el bloque del motor. Este sistema de distribución no se utilizó durante mucho tiempo debido a dos desventajas principales: Obliga a la cámara de compresión a agrandarse, y el tamaño de las cabezas de las válvulas está limitado por el limitado espacio disponible:
Se caracteriza por el hecho de que el árbol de levas está situado en el bloque del motor (generalmente en el sector inferior) y las válvulas en la culata. En este sistema, el movimiento se transmite del cigüeñal al árbol de levas directamente a través de dos piñones o a través de un tercer piñón, o a través de una cadena corta. La ventaja de este sistema es que la transmisión del movimiento entre el cigüeñal y el árbol de levas no requiere mantenimiento o servicio cada pocos kilómetros. La desventaja es el gran número de elementos que componen este sistema para compensar la distancia entre el árbol de levas y las válvulas.
Esta desventaja es particularmente notable a altas rpm, que es un límite al número de revoluciones que estos motores pueden alcanzar. Este sistema está fuertemente influenciado por la temperatura del motor, que requiere un juego considerable en los taqués. Sistema OHC: Se caracteriza por la presencia tanto del árbol de levas en la cabeza como de las válvulas. Es el sistema más utilizado en todos los coches de hoy en día. La ventaja de este sistema es que el número de elementos entre el árbol de levas y las válvulas se reduce considerablemente, de modo que la apertura y el cierre de las válvulas es más precisa y rápida. Esto resulta en motores que pueden alcanzar mayores velocidades.
Tiene la desventaja de que dificulta la transmisión del movimiento del cigüeñal, ya que se requieren correas o cadenas de distribución más largas, que se desgastan más con el tiempo y requieren más mantenimiento. Este sistema es generalmente más caro y complejo, pero es mucho más efectivo y se obtiene un mejor rendimiento del motor.
Dentro del sistema de OHC hay dos variantes:
SOHC: Consiste en un solo árbol de levas que acciona las válvulas de admisión y de escape. DOHC: Consiste en dos árboles de levas, uno de los cuales acciona las válvulas de admisión y el otro las de escape.
