Árbol De Leva: Qué Es, Tipos, Ubicación E Importancia.

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En la mecánica de nuestros autos, el árbol de leva es de vital importancia, sin el mecanismo que desarrolla éste no fuese posible el correcto funcionamiento de nuestros carros, ya que los accionamientos de nuestras válvulas no se llevarían a cabo. Cuando hablamos del árbol de levas es importante conocer porque su importancia, y a continuación desarrollaremos el tema del árbol de levas con mayor detalle.

¿Qué es un árbol de leva?

árbol de levas

El árbol de leva es una pieza por lo general de hierro fundido, que lleva levas, las cuales son piezas de hierro generalmente en forma de ovoide. Éstas pueden tener diferentes tamaños y están dispuesta de diversas maneras para accionar diferentes mecanismos.

La leva tiene la capacidad de transformar el movimiento circular en movimiento rectilíneo, y es precisamente esa capacidad la que hace poder accionar las válvulas de admisión y escape del motor.

Entonces, es esta pieza, el árbol de leva el mecanismo compuesto que, generado el movimiento circular desde el cigüeñal y transmitido a través de la correa del tiempo, permite la disposición de apertura y cierre de las válvulas, para de esta manera, completar el tan preciado proceso de explosión controlada del motor de combustión interna.

Ubicación del árbol de leva

árboles de levas

Se encuentra en la tapa del motor, justo por encima de la tapa de los cilindros. En el caso de las válvulas pueden ir de dos maneras generalmente, laterales o en la culata, esto es respecto al cilindro.

Es importante tener en cuenta la ubicación, ya que, dependiendo de ésta, así como la distribución del árbol de levas, el tamaño total del motor cambia, es allí donde el fabricante busca optimizar estas características para obtener la mejor relación tamaño/potencia.

Funcionamiento del árbol de levas.

Lo más importante a conocer en el funcionamiento del árbol de leva, es el enfoque de convertir el movimiento circular en movimiento lineal, a través de la forma y disposición de sus levas.

Una vez, es transmitido el efecto giratorio por la correa del tiempo al árbol de levas, se genera el desplazamiento en su mismo eje, este movimiento de 360º tiene la capacidad de abrir las válvulas de admisión y cerrar las válvulas de escape.

¿Por qué es importante este suceso?, Pues, porque es precisamente la apertura y cierre controlado de las válvulas de admisión y escape lo que permite que la ignición se genere en la recamara de combustión, y luego este proceso se aproveche para hacer mover el auto.

Partes del árbol de levas

El árbol de levas forma parte integral de un vehículo. Tres partes principales forman un árbol de levas: los muñones principales, los lóbulos y los extremos. Los rodamientos de levas son otra parte importante del árbol de levas.

Una parte valiosa del motor, un árbol de levas ayuda a que el motor gire. Modificar el árbol de levas puede mejorar el kilometraje de la gasolina, la eficiencia y el rendimiento general, al tiempo que ayuda al vehículo a producir más caballos de fuerza y un torque máximo.

1.- Lóbulos

Mientras el árbol de levas gira, los lóbulos trabajan a tiempo con el movimiento del pistón. Abren y cierran las válvulas de admisión y escape, y el ritmo al que abren y cierran las válvulas refleja el rendimiento del motor del vehículo. Los lóbulos de la leva cambian de velocidad cuando un motor cambia de velocidad.

2.- Terminales

La parte delantera de la leva asegura la correa dentada del vehículo y la mantiene en el tiempo con el cigüeñal, mientras que la parte trasera de la leva hace girar el distribuidor del motor con un engranaje especial. Esta parte mantiene la sincronización del encendido en sintonía con el resto del motor.

3.- Rodamientos

Los rodamientos de levas son piezas añadidas que se utilizan en combinación con los cojinetes principales. Los cojinetes ayudan a evitar que el árbol de levas dañe el bloque motor en el caso de un mal funcionamiento del motor. Los rodamientos mantienen el árbol de levas en rotación sin problemas.

Tipos de árbol de leva.

El desarrollo de los motores a nivel mundial ha llevado a la adecuación de los diferentes mecanismos y piezas que lo componen, en tanto a ello el árbol de levas no se ha quedado atrás, en este punto hablaremos de los dos tipos principales de árbol de levas.

Árbol de leva SOCH.

árbol de leva

El árbol de leva SOCH (Single Overhead Camshaft) que quiere decir en español, Un solo árbol de levas o árbol de levas en cabeza simple, tal como lo expresa su acrónimo utiliza una misma configuración, es decir, un solo árbol para realizar la apertura de la válvula de admisión y el cierre de la válvula de cierre.

En otras palabras, en una misma vuelta, debido al posicionamiento de las levas, por lo general éstas en sentidos opuestos, realizan el efecto de apertura y cierre, mientras el cigüeñal realiza todo el proceso de transmisión del movimiento a los pistones.

Árbol de leva DOCH

árbol de levas doble

El árbol de leva DOCH (Double Overhead Camshaft) que quiere decir en español, Doble árbol de levas o árbol de levas con doble cabeza, tal como lo expresa su acrónimo utiliza dos mecanismos, es decir, dos árboles para realizar el proceso de apertura y cierre de las válvulas.

En ese sentido, un árbol se centra solo en la acción de apertura, mientras el otro en la acción del cierre. Todo esto sucede mientras el cigüeñal realiza el recorrido completo del proceso de combustión.

Sincronización del movimiento.

Una de los puntos de mayor importancia para el correcto funcionamiento de un vehículo es la relación de movimiento entre el cigüeñal y el árbol de levas, es decir, la sincronización entre estos.

Si consideramos que los pistones y cilindros son el corazón de nuestro motor, entonces nos preocuparía saber que tan bien trabaja el cerebro, por esto el mecanismo producido entre el árbol de levas y las válvulas es de suma importancia (cerebro).

La potencia está completamente ligada al tiempo empleado en cada una de las etapas de la combustión del motor. Admisión, compresión, expansión y escape deben estar totalmente sincronizados para poder obtener el máximo aprovechamiento de nuestro motor.

Correa del tiempo.

árboles de leva

Uno de los principales responsables para tener una perfecta sincronización entre el movimiento del cigüeñal y el árbol de levas es la correa del tiempo, este mecanismo dentado en forma de correa, permite a través de su superficie interior dentada que el movimiento giratorio que lleva el cigüeñal sea transmitido al árbol de levas.

Sucede muchas veces que, debido al deterioro de éste la sincronización entre el cigüeñal y el árbol de levas se pierda un poco, allí comenzaríamos a ver problemas en el proceso de combustión.

Ha visto esos carros que despiden humos blancos u oscuros, posiblemente este fenómeno sea por una mala sincronización, debido a la poca entrada de aire en el proceso de admisión y una mala combustión, es decir, incompleta, lo que hace que los gases sean aún más contaminantes.

Forma del eje de levas.

levas

Uno de los detalles importantísimos en el diseño correcto de la sincronización entre el cigüeñal y el árbol de levas es la forma del eje de levas. El eje de levas es un actor importante en gran parte del aprovechamiento de un motor.

En términos generales, éste determinará el número de revoluciones o vueltas por minuto que se necesiten para generar la mejor aspiración del combustible y aire, es decir, el rendimiento volumétrico en el cilindro.

A la hora de crear un excelente eje de levas es obligatorio un muy buen conocimiento de la termodinámica de los gases, la geometría y la matemática. Además, son necesarias realizar pruebas sofisticadas.

Todo esto con la intención de configurar el mejor diseño posible. Los diseños son varios, a continuación, comentaremos los tres de mayor alcance.

  • Tipo circular: Las válvulas ejecutarán el proceso de cierre y apertura a velocidades moderadas.
  • Forma tangencial: En comparación a la anterior, este tipo tiene la capacidad de abrir con mayor rapidez las válvulas.
  • Tipo aceleración constante: Como lo señala su nombre, aquí las válvulas son cerradas y abiertas de manera uniforme.

Fallas comunes de un árbol de levas

R: Hemos recibido esa pregunta (o algo muy similar) muchas veces. También hemos oído muchas preguntas sobre la instalación del árbol de levas y el procedimiento de rodaje. Dado que la instalación adecuada y el rodaje van de la mano con el éxito o el fracaso del árbol de levas, hemos decidido abordarlo todo en un solo lugar. En conjunto con el departamento de tecnología de Summit Racing, hemos ensamblado las ocho causas más comunes de falla del árbol de levas:

1. Desgaste de lóbulos

El desgaste de los lóbulos suele ser causado por una lubricación inadecuada durante la instalación.

Utiliza sólo el lubricante recomendado por el fabricante, que generalmente se incluye con la leva. Este lubricante debe aplicarse a todas las superficies de los lóbulos de las levas y a la parte inferior de todas las caras de los elevadores de todas las levas de los taqués planos.

Las levas de los taqués de rodillos sólo requieren que se aplique aceite de motor a los elevadores y a la leva. También, aplica el lubricante a los engranajes de transmisión del distribuidor en la leva y el distribuidor.

2. Arranque indebido

Después de aplicar el lubricante de rodaje correcto a la leva y a los elevadores, llene el cárter con aceite nuevo no sintético. Utiliza aceite de motor con un aditivo de rodaje (ZDDP o ZINC), especialmente con árboles de levas de empuje planos.

Ceba el sistema de aceite con una herramienta de cebado y un taladro eléctrico para que todos los conductos de aceite y el filtro de aceite estén llenos. Preajusta el tiempo de encendido y prepara el sistema de combustible.

Llena el sistema de refrigeración. Arranca el motor, hazlo funcionar entre 1.500 y 3.000 rpm, variando las rpm arriba y abajo en este rango durante 20 minutos. Durante el rodaje, verifica que las varillas de empuje estén girando, ya que esto mostrará que los elevadores también están girando. Si los elevadores no giran, el lóbulo de la leva y el elevador fallarán. A veces puede ser necesario girar la varilla de empuje para iniciar el proceso de rotación.

3. Elevadores antiguos con una nueva leva

Puede utilizar los nuevos elevadores en una buena leva usada, pero nunca combinar los elevadores usados con una nueva leva. Si se quita una buena leva y unos taqués planos usados y se planea utilizarlos de nuevo en el mismo (u otro) motor, se deben mantener los taqués en el orden en que se quitaron de la leva en la que se encontraban.

Los elevadores “se acoplan” a sus lóbulos específicos y no pueden ser cambiados. Si los elevadores usados se mezclan, descartarlos, instalar un nuevo juego de elevadores y volver a introducir la leva.

4. Presión incorrecta del resorte de la válvula

Nunca se debe montar un resorte de válvula sin verificar la altura y la presión de montaje correctas. Las presiones de resorte de válvula recomendadas son las siguientes:

  • Levas de taquéts planas de tipo urbano: 85-105 libras
  • Levas de taquéts radicales de calle planas: 105-130 libras
  • Levas de rodillos hidráulicas de tipo urbano: 105-140 libras
  • Levas de rodillos de calle mecánicas: no más de 150 libras
  • Las levas de rodillos de competición con alta elevación de la válvula y presión del muelle no se recomiendan para uso en la calle, debido a la falta de salpicaduras de aceite en la leva a baja velocidad de marcha. Los resortes deben ensamblarse a la altura recomendada por el fabricante.

5. Interferencia Mecánica

Esto viene en varias formas diferentes:

  • Bobina de resorte: Esto sucede cuando todas las bobinas de un resorte se contactan entre sí antes de que la válvula se levante completamente. Los resortes de las válvulas deben ser capaces de desplazarse por lo menos 0,060 pulgadas más que la elevación de la válvula de la leva desde su altura montada.
  • Retenedor para sellar/guía de válvula de interferencia de la boquilla: Se requiere un espacio libre de al menos 0,060 pulgadas entre la parte inferior del retenedor y el sello o la parte superior de la guía de la válvula cuando ésta se encuentra a plena elevación.
  • Válvula a la interferencia del pistón. Esto ocurre cuando un cambio en las especificaciones de la leva (elevación, duración o línea de centrado) es suficiente para hacer que la válvula y el pistón entren en contacto. Además, el aumento del tamaño de la válvula o la superficie del bloque y/o de la culata puede causar este problema. Las distancias mínimas recomendadas son de 0,080 pulgadas de admisión y 0,100 pulgadas de escape.
  • Ranura del brazo del balancín para la interferencia de los pernos. A medida que aumenta la elevación de la válvula, el balancín se mueve más en su eje. Por lo tanto, la ranura en la parte inferior del balancín puede quedarse sin recorrido y el extremo de la ranura entrará en contacto con el perno y detendrá el movimiento. La ranura en el balancín debe poder desplazarse por lo menos 0,060 pulgadas más que la elevación total de la válvula.

6. Exceso de juego al final

Algunos motores utilizan una placa de empuje para controlar el movimiento hacia adelante y hacia atrás del árbol de levas en el bloque. La cantidad recomendada de juego final en estos tipos de motores es de entre 0,003 y 0,008 pulgadas. Muchos factores pueden hacer que el juego final cambie.

Cuando instalas una nueva leva, engranajes de sincronización o placas de empuje, asegúrate de verificar la holgura final después de apretar los pernos de la leva según las especificaciones de fábrica. Si el juego final es excesivo, hará que la leva se mueva hacia atrás en el bloque, haciendo que el lado del lóbulo entre en contacto con un elevador contiguo.

7. Pasadores o llaves quebradas

El pasador o la chaveta de Woodruff no acciona la leva; el par de apriete de los tornillos del engranaje de distribución contra la parte delantera de la leva sí lo hace. Las razones por las que el pasador o la llave fallan son: Los pernos no se aprietan para corregir las especificaciones, los pernos incorrectos de menor grado se estiran y pierden torque, no se usa la arandela endurecida correcta, lo que puede distorsionar y causar que el torque del perno cambie, no se usa LocTite, o alguna interferencia con la leva, los elevadores o las bielas, causando que la leva pare de girar.

8. Leva rota

 

Un árbol de levas roto suele ser causado por una biela u otra pieza giratoria que se afloja y la golpea. A veces la leva se rompe después de un corto período de uso debido a una grieta o fractura en la leva debido a una manipulación brusca durante el transporte o a una manipulación inadecuada antes de la instalación.

Adicional sobre la sincronización

Como hemos comentado, el efecto de la sincronización es muy alto para un correcto funcionamiento y aprovechamiento de las virtudes de nuestro motor. Sin embargo, aunque difícil de creer no siempre se quiere que el proceso de apertura y cierre tenga el mismo tiempo.

Por lo general, la sincronización de las levas es fija, lo que conlleva a que el rendimiento óptimo sólo se llevará a cabo para las condiciones que haya impuesto el fabricante, que, por lo general, es para cuando el motor haga la mayor parte del trabajo.

Sin embargo, para aquello motores que poseen amplios rangos de revoluciones y para aquellos que quieran tomarse para competencia este detalle nada menor es de vital importancia para poder lograr el máximo rendimiento.

Imagine que quiere usar su auto para arrancones, y este estará desde la aceleración inicial hasta la puesta a punto e un rango de 5000 rpm, si sus levas fueron fijadas para que el punto óptimo fuese para 3500 rpm y usted trabaja a 5000 rpm, posiblemente haya un desfase y por ende un desaprovechamiento del motor.

Sin lugar a dudas es de vital importancia contar con un árbol de levas que esté diseñado para las necesidades que tengamos. Ya sea, porque somos corredores profesionales, amateurs o simplemente amantes de los autos y de toda la ingeniería detrás de los autos.

Contar con un conocimiento básico acerca de todos los detalles dentro del proceso que lleva a nuestros autos poder avanzar sobre las pistas es un deber más que vital.

Así como, para poder realizar un correcto análisis de los por que a veces presentamos problemas en la mecánica de nuestros motores, que en definitiva es el corazón de nuestro carro.

Finalmente, recordemos, un árbol de levas en perfectas condiciones es tener un rendimiento óptimo de nuestro motor y por ende de nuestro auto.

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