Todo sobre el árbol de levas del motor

Árbol de levas del motor

Para el funcionamiento estable del motor de combustión interna, cada parte desempeña una función importante. Entre ellos hay un árbol de levas. Considere cuál es su función, qué fallas ocurren y en qué casos necesita ser reemplazado.

¿Qué es un árbol de levas?

En los motores de combustión interna con un tipo de operación de cuatro tiempos, el árbol de levas es un elemento integral, sin el cual no entrará aire fresco o una mezcla de aire y combustible en los cilindros. Este es el eje montado en la culata de cilindros. Es necesario para que las válvulas de admisión y escape se abran de manera oportuna.

Cada árbol de levas tiene levas (excéntricas en forma de gota) que presionan el seguidor del pistón, abriendo el orificio correspondiente en la cámara del cilindro. En los motores clásicos de cuatro tiempos, siempre se utilizan árboles de levas (puede haber dos, cuatro o uno).

¿Cómo funciona?

Una polea de transmisión (o un asterisco, según el tipo de transmisión de sincronización) se fija desde el extremo del árbol de levas. Se le coloca una correa (o cadena, si hay un asterisco instalado), que está conectada a la polea o piñón del cigüeñal. Durante la rotación del cigüeñal, el par se suministra al accionamiento del árbol de levas a través de una correa o cadena, por lo que este eje gira sincrónicamente con el cigüeñal.

La sección transversal del árbol de levas muestra que las levas tienen forma de gota. Cuando el árbol de levas gira, la parte extendida de la leva empuja contra el empujador de la válvula, abriendo la entrada o salida. Cuando se abren las válvulas de admisión, entra aire fresco o una mezcla de aire y combustible en el cilindro. Cuando se abren las válvulas de escape, los gases de escape se eliminan del cilindro.

La característica de diseño del árbol de levas le permite abrir / cerrar las válvulas siempre en el momento adecuado, lo que garantiza una distribución eficiente del gas en el motor. Por lo tanto, esta parte se llama árbol de levas. Cuando se cambia el par del eje (por ejemplo, cuando se estira la correa o la cadena), las válvulas no se abren de acuerdo con la carrera realizada en el cilindro, lo que conduce a un funcionamiento inestable del motor de combustión interna o no permite que se mueva. trabajar en absoluto.

¿Dónde está ubicado el árbol de levas?

La ubicación del árbol de levas depende de las características de diseño del motor. En algunas modificaciones, se encuentra debajo, debajo del bloque de cilindros. Más a menudo, hay modificaciones de motores, cuyo árbol de levas se encuentra en la culata (en la parte superior del motor de combustión interna). En el segundo caso, la reparación y ajuste del mecanismo de distribución de gas es mucho más fácil que en el primero.

Las modificaciones de los motores en forma de V están equipadas con una correa de distribución, que se encuentra en el colapso del bloque de cilindros y, a veces, un bloque separado está equipado con su propio mecanismo de distribución de gas. El árbol de levas en sí está fijado en la carcasa con cojinetes, lo que le permite girar de forma continua y suave. En motores boxer (o boxer), el diseño del motor de combustión interna no permite la instalación de un árbol de levas. En este caso, cada lado tiene su propio mecanismo de distribución de gas, pero su trabajo está sincronizado.

Funciones del árbol de levas

Árbol de levas - elemento de sincronización (mecanismo de distribución de gas). Determina el orden de los ciclos del motor y sincroniza la apertura / cierre de las válvulas, que alimentan la mezcla de aire y combustible a los cilindros y expulsan los gases de escape.

El mecanismo de distribución de gas funciona de acuerdo con el siguiente principio. Al momento de arrancar el motor, el motor de arranque gira huesoseje th. El árbol de levas es impulsado por una cadena, una correa montada en una polea o engranajes del cigüeñal (en muchos automóviles estadounidenses viejos). La válvula de entrada se abre en el cilindro, y una mezcla de gasolina y aire ingresa a la cámara de combustión. En el mismo momento, el sensor del cigüeñal suministra un pulso a la bobina de encendido. Genera una descarga que va a bujia.

Para cuando aparece una chispa, ambas válvulas en el cilindro están cerradas y la mezcla de combustible está comprimida. Durante el encendido, se genera energía y el pistón se mueve hacia abajo. Entonces el cigüeñal gira y pone el árbol de levas en movimiento. En este punto, abre la válvula de escape a través de la cual salen los gases de escape del proceso de combustión.

El árbol de levas siempre abre la válvula deseada durante un período específico de tiempo y a una altura estándar. Debido a su forma, este elemento proporciona un ciclo estable de cambio de ciclo en el motor.

Los detalles de las fases de apertura y cierre de la válvula, así como sus configuraciones, se muestran en este video:

Fases en los árboles de levas, ¿qué superposición se debe establecer? ¿Qué es la "fase del árbol de levas"?

Dependiendo de la modificación del motor, se pueden instalar uno o más árboles de levas. En la mayoría de los vehículos, esta parte se encuentra en la culata. Es impulsado por la rotación del cigüeñal. Estos dos elementos están conectados mediante una correa, cadena de distribución o engranaje.

Muy a menudo, un solo árbol de levas está equipado con un motor en línea con una disposición en línea de cilindros. La mayoría de estos motores tienen dos válvulas por cilindro (una entrada y una de escape). También hay modificaciones con tres válvulas por cilindro (dos en la entrada, una en la salida). Dos ejes están equipados más a menudo con motores en los que 4 válvulas por cilindro. En motores de combustión interna opuestos y con forma de V, también se instalan dos árboles de levas.

Los motores con un solo árbol de levas tienen un diseño simple, lo que conduce a menores costos unitarios durante el proceso de fabricación. Dichas modificaciones son más fáciles de mantener. Siempre se instalan en autos económicos.

En modificaciones de motor más costosas, algunos fabricantes instalan un segundo árbol de levas para reducir la carga (en comparación con las opciones de sincronización de un solo eje) y en algunos modelos ICE para proporcionar un cambio de fase de la distribución de gas. Muy a menudo, dicho sistema se encuentra en automóviles que deben diferir en las características deportivas.

El árbol de levas siempre abre la válvula durante un período de tiempo específico. Para mejorar la eficiencia del motor a velocidades más altas, es necesario cambiar este intervalo (el motor necesita más aire). Pero con el ajuste estándar del mecanismo de distribución de gas a mayores velocidades del cigüeñal, la válvula de entrada se cierra antes de que la cantidad deseada de aire entre en la cámara.

Al mismo tiempo, si instala un árbol de levas deportivo (las levas abren las válvulas de admisión por más tiempo y a una altura diferente), a bajas velocidades del motor, existe una alta probabilidad de que la válvula de admisión se abra antes de que se cierre la válvula de escape. Debido a esto, parte de la mezcla caerá en el sistema de escape. Como resultado, pérdida de potencia a bajas velocidades y mayor toxicidad de escape.

El esquema más simple para lograr este efecto es instalar un árbol de levas con una función de arranque en un cierto ángulo relativo al cigüeñal. Este mecanismo permite el cierre / apertura temprana y tardía de las válvulas de admisión y escape. A velocidades de hasta 3500 estará en una posición, y cuando se supera este umbral, el eje gira un poco.

Cada fabricante que equipa sus automóviles con dicho sistema indica su propia marca en la documentación técnica. Por ejemplo, Honda especifica VTEC o i-VTEC, Hyundai especifica CVVT, Fiat - MultiAir, Mazda - S-VT, BMW - VANOS, Audi - Valvelift, Volkswagen - VVT, etc.

Hasta la fecha, con el fin de aumentar el rendimiento de las unidades de potencia, se están desarrollando sistemas de distribución de gas sin leva electromagnéticos y neumáticos. Hasta ahora, tales modificaciones son muy caras de fabricar y mantener, por lo que aún no están instaladas en automóviles de producción.

Además de la distribución de los ciclos del motor, esta parte impulsa equipos adicionales (dependiendo de la modificación del motor), por ejemplo, bombas de aceite y combustible, así como un eje distribuidor.

Diseño del árbol de levas

Los árboles de levas están hechos de forja, recientemente se han producido fundiciones sólidas, huecas y modificaciones tubulares. El propósito de cambiar la tecnología de creación es facilitar el diseño para obtener la máxima eficiencia del motor.

El árbol de levas está hecho en forma de una varilla en la que hay tales elementos:

• Calcetín Este es el frente del eje en el que se realiza el chavetero. Aquí se instala la polea de la correa de distribución. En el caso de la transmisión en cadena, se instala un asterisco en su lugar. Esta parte se fija con un tornillo final.
• Cuello de un epiploon. Se adjunta un sello de aceite para evitar la fuga de lubricante del mecanismo.
• Soporte de cuello. El número de tales elementos depende de la longitud de la barra. Los rodamientos de soporte están montados sobre ellos, lo que reduce la fuerza de fricción durante la rotación de la barra. Estos elementos se instalan en las ranuras correspondientes en la culata.
• Levas Estas son protuberancias en forma de gota congelada. Durante la rotación, empujan la barra unida al balancín (o al empujador de la válvula). El número de levas depende del número de válvulas. Su tamaño y forma afectan la altura y la duración de la apertura de la válvula. Cuanto más agudo es el pico, más rápido se cierra la válvula. Y viceversa: un borde suave mantiene ligeramente abierta la válvula. Cuanto más delgado sea el eje de la leva, más baja será la válvula, lo que aumentará el volumen de combustible y acelerará el escape de gases de escape. De acuerdo con la forma de las levas, se determina el tipo de fases de distribución de gas (estrecho - a bajas revoluciones, ancho - a alto). 
• Canales de aceite. Se hace un orificio pasante dentro del eje, a través del cual se suministra aceite a las levas (cada una tiene una pequeña salida). Esto evita el borrado prematuro de las varillas de empuje y la producción en los planos de la leva.

Si se usa un solo árbol de levas en el diseño del motor, entonces las levas están dispuestas de manera que un conjunto mueva las válvulas de entrada, y un conjunto ligeramente sesgado: el escape. En los motores, cuyos cilindros están equipados con dos válvulas de entrada y dos de escape, se instalan dos árboles de levas. En este caso, uno abre las válvulas de entrada y el otro abre los gases de escape.

Tipos

Básicamente, los árboles de levas no son fundamentalmente diferentes entre sí. Los mecanismos de distribución de gas difieren radicalmente en diferentes motores. Por ejemplo, en los sistemas ONS, el árbol de levas se instala en la culata de cilindros (encima del bloque) y acciona directamente las válvulas (o mediante empujadores, elevadores hidráulicos).

En los mecanismos de distribución de gas de tipo OHV, el árbol de levas se encuentra junto al cigüeñal en la parte inferior del bloque de cilindros y las válvulas se accionan mediante varillas de empuje. Dependiendo del tipo de sincronización, se pueden instalar uno o dos árboles de levas por banco de cilindros en la culata.

Los árboles de levas se diferencian entre sí en el tipo de levas. Algunas tienen "gotas" más alargadas, mientras que otras, por el contrario, tienen una forma menos alargada. Este diseño proporciona una amplitud diferente del movimiento de la válvula (algunas tienen un intervalo de apertura más largo, mientras que otras abren más). Estas características de los árboles de levas brindan amplias oportunidades para ajustar los motores al cambiar el par y la cantidad de suministro del VTS.

Entre los árboles de levas de tuning se encuentran:

1. Base. Proporciona al motor un par máximo a bajas revoluciones por minuto, lo que es ideal para conducir en la ciudad.
2. Inferior-medio. Esta es la media dorada entre revoluciones bajas y medias. Este árbol de levas se utiliza a menudo en máquinas de carreras de resistencia.
3. Caballo. En motores con tales árboles de levas, el par máximo está disponible a las revoluciones máximas, lo que tiene un efecto positivo en la velocidad máxima del automóvil (para conducir en la carretera).

Además de los árboles de levas deportivos, también hay modificaciones que abren ambos grupos de válvulas (tanto de admisión como de escape en el momento adecuado). Para ello, se utilizan dos grupos de levas en el árbol de levas. Los sistemas de sincronización DOHC tienen árboles de levas de admisión y escape individuales.

¿De qué es responsable el sensor del árbol de levas?

En los motores con carburador, un distribuidor está conectado al árbol de levas, que determina qué fase se realiza en el primer cilindro: entrada o salida.

No hay distribuidor en el ICE de inyección, por lo tanto, el sensor de posición del árbol de levas es responsable de determinar las fases del primer cilindro. Su tarea no es idéntica a la funcionalidad del sensor del cigüeñal. Para una revolución completa de la correa de distribución, el cigüeñal rotará alrededor de su eje dos veces.

DPKV fija el TDC del pistón del primer cilindro y da un impulso a la formación de una descarga para la bujía. DPRV envía una señal a la computadora, en qué punto necesita aplicar combustible y una chispa al primer cilindro. Los ciclos en los cilindros restantes ocurren alternativamente dependiendo del diseño del motor.

El sensor del árbol de levas consta de un imán y un semiconductor. En el eje de sincronización en el área donde está instalado el sensor, hay un punto de referencia (diente de metal pequeño). Durante la rotación, este elemento pasa por el sensor, debido a que el campo magnético se cierra y se genera un pulso que va a la computadora.

La unidad de control electrónico captura la velocidad de los pulsos. Según ellos, es guiado cuando está en el primer cilindro para suministrar y encender la mezcla de combustible. En el caso de instalar dos ejes (uno por carrera de admisión y el otro - escape), se instalarán en el sensor en cada uno de ellos.

¿Qué sucede si falla el sensor? Este video está dedicado a este problema:

SENSOR DE FASE POR QUÉ NECESITA SIGNOS DE SU FALLA DPRV

Si el motor está equipado con un sistema de sincronización variable de válvulas, la computadora determina la frecuencia de pulso de la apertura / cierre de la válvula, dependiendo de la frecuencia del pulso. En este caso, el motor estará equipado con un dispositivo adicional: un cambiador de fase (o embrague hidráulico), que gira el árbol de levas para cambiar el tiempo de apertura. Si el sensor Hall (o el árbol de levas) está defectuoso, la sincronización de la válvula no cambiará.

El principio de funcionamiento del DPRV en motores diesel difiere del uso en análogos de gasolina. En este caso, fija la posición de todos los pistones en el punto muerto superior en el momento de la compresión de la mezcla de combustible. Esto le permite determinar con mayor precisión la posición del árbol de levas en relación con el cigüeñal, lo que estabiliza el funcionamiento del motor diesel y facilita su lanzamiento.

Se han agregado sensores adicionales al diseño de dichos sensores, cuya posición en el disco maestro corresponde a la pendiente de una válvula particular en un cilindro separado. El dispositivo de dichos elementos puede diferir dependiendo de los desarrollos patentados de diferentes fabricantes.

Tipos de colocación del árbol de levas en el motor

Dependiendo del tipo de motor, puede contener uno, dos o incluso cuatro ejes de un mecanismo de distribución de gas. Para facilitar la determinación del tipo de sincronización, se aplican las siguientes marcas a la tapa de la culata:

• SOHC. Será un motor en línea o en forma de V con dos o tres válvulas por cilindro. En él, el árbol de levas será uno en una fila. En su núcleo hay levas que controlan la fase de admisión, y ligeramente desplazadas, responsables de la fase de escape. En el caso de motores fabricados en forma de V, habrá dos ejes de este tipo (uno por fila de cilindros) o uno (colocado en la curvatura entre las filas).

• DOHC Este sistema difiere del anterior por la presencia de dos árboles de levas en una fila de cilindros. En este caso, cada uno de ellos será responsable de una fase separada: una para la entrada y la otra para la salida. Habrá dos en los motores de eje de una hilera y cuatro en los motores en forma de V. Esta tecnología le permite reducir la carga en el eje, lo que aumenta sus recursos.

Los mecanismos de distribución de gas también difieren en la colocación de los ejes:

• Lateral (o inferior) (motor OHV o “Pusher”). Esta es una tecnología antigua que se usaba en motores de carburador. Entre las ventajas de este tipo está la facilidad de lubricación de los elementos móviles (ubicados directamente en el cárter del motor). La principal desventaja es la complejidad del mantenimiento y reemplazo. En este caso, las levas presionan los empujadores de los balancines y estos transmiten el movimiento a la propia válvula. Tales modificaciones de los motores son ineficaces a altas velocidades, ya que contienen una gran cantidad de controles de tiempo de apertura de válvulas. Debido a la mayor inercia, la precisión de la sincronización de las válvulas sufre.

• Superior (OHC). Este diseño de sincronización se utiliza en motores modernos. Esta unidad es más fácil de mantener y reparar. Uno de los inconvenientes es el complejo sistema de lubricación. La bomba de aceite debe crear una presión estable, por lo que es necesario controlar de cerca los intervalos para cambiar el aceite y el filtro (en qué centrarse al determinar el cronograma de dicho trabajo se describe aquí) Tal dispositivo permite el uso de menos piezas adicionales. En este caso, las levas actúan directamente sobre los seguidores de la válvula.

Cómo detectar un defecto en el árbol de levas

La razón principal de la falla del árbol de levas es la falta de aceite. Puede ocurrir debido a mal estado del filtro o aceite inapropiado para este motor (según qué parámetros se selecciona el lubricante, lea artículo separado) Si observa los intervalos de mantenimiento, el eje de sincronización durará tanto como todo el motor.

Problemas comunes del árbol de levas

Debido al desgaste natural de las piezas y la supervisión del automovilista, puede ocurrir el siguiente mal funcionamiento del árbol de levas.

• Falla de las piezas adjuntas: engranaje de transmisión, correa o cadena de distribución. En este caso, el eje queda inutilizable y necesita ser reemplazado.
• Arrastrándose en las revistas de apoyo y ejercitándose en las cámaras. Las virutas y las ranuras aparecen debido a cargas excesivas, por ejemplo, como resultado de un ajuste incorrecto de la válvula. Durante la rotación, el aumento de la fuerza de fricción entre las levas y los empujadores crea un calentamiento adicional del conjunto, destruyendo la película de aceite.

• Fugas en el sello de aceite. Ocurre como resultado del tiempo de inactividad prolongado del motor. Con el tiempo, el sello de goma pierde su elasticidad.
• Deformación del eje. Debido al sobrecalentamiento del motor, el elemento metálico puede doblarse bajo una carga pesada. Tal mal funcionamiento se detecta por la aparición de vibraciones adicionales en el motor. Por lo general, este problema no dura mucho: debido a fuertes sacudidas, las partes adyacentes fallarán rápidamente y el motor deberá enviarse para una revisión.
• Instalación incorrecta Esto en sí mismo no es un mal funcionamiento, pero debido al incumplimiento de los estándares para apretar los pernos y ajustar las fases, el motor de combustión interna quedará rápidamente inutilizable y deberá "capitalizarse".
• La mala calidad del material puede provocar daños en el propio eje, por lo tanto, al elegir un nuevo árbol de levas, es importante prestar atención no solo a su precio, sino también a la reputación del fabricante.

Cómo determinar visualmente el desgaste de la leva, que se muestra en el video:

Desgaste del árbol de levas: ¿cómo identificarse visualmente?

Algunos automovilistas intentan eliminar algunos fallos de funcionamiento del eje de sincronización puliendo las áreas dañadas o instalando revestimientos adicionales. En tales trabajos de reparación no tiene sentido, porque cuando se realizan es imposible lograr la precisión necesaria para el buen funcionamiento de la unidad. En caso de un problema con el árbol de levas, los expertos recomiendan reemplazarlo inmediatamente por uno nuevo.

Cómo elegir un árbol de levas

El nuevo árbol de levas debe seleccionarse en función del motivo del reemplazo:

• Reemplazar una parte dañada por una nueva. En este caso, en lugar de un modelo fallido, se selecciona uno similar.
• Modernización del motor. Para los autos deportivos, se utilizan árboles de levas especiales junto con un sistema de sincronización variable de válvulas. Los motores para la conducción diaria también se están actualizando, por ejemplo, aumentando la potencia ajustando las fases instalando árboles de levas no estándar. Si no hay experiencia en la realización de dicho trabajo, entonces es mejor confiarlo a profesionales.

¿En qué debería centrarme al elegir un árbol de levas personalizado para un motor específico? El parámetro principal es la inclinación de la leva, la elevación máxima de la válvula y el ángulo de superposición.

Para ver cómo estos indicadores afectan el rendimiento del motor, vea el siguiente video:

Cómo elegir un árbol de levas (parte 1)

El costo de un nuevo árbol de levas

En comparación con la revisión de todo el motor, el costo de reemplazar el árbol de levas es insignificante. Por ejemplo, un eje nuevo para un automóvil doméstico cuesta alrededor de $ 25. Para el ajuste de la sincronización de la válvula en algunos talleres tomará 70 pies cúbicos Para reparaciones importantes del motor, junto con piezas de repuesto, tendrá que pagar alrededor de $ 250 (y esto es en las estaciones de servicio del garaje).

Como puede ver, es mejor realizar el mantenimiento a tiempo y no exponer el motor a cargas excesivas. Entonces servirá a su maestro por muchos años.

A que marcas dar preferencia

El recurso de trabajo del árbol de levas depende directamente de qué material de alta calidad utilice el fabricante al crear esta pieza. El metal blando se desgastará más y el metal sobrecalentado puede explotar.

La opción más confiable y de mayor calidad es la empresa OEM. Es un fabricante de varios equipos originales, cuyos productos pueden venderse bajo diferentes marcas, pero la documentación indicará que la pieza es OEM.

Entre los productos de este fabricante, puede encontrar una pieza para cualquier automóvil. Es cierto que el costo de dicho árbol de levas será muy costoso en comparación con los análogos de marcas específicas.

Si necesita permanecer en un árbol de levas más barato, una buena opción es:

• Marca alemana Ruville;
• El fabricante checo ET Engineteam;
• Marca británica AE;
• Firma española Ajusa.

Las desventajas al elegir un árbol de levas de los fabricantes enumerados es que en muchos casos no crean piezas para un modelo específico. En este caso, deberá comprar el original o ponerse en contacto con un volteador de confianza.

Preguntas y respuestas

¿Cómo funcionan el cigüeñal y el árbol de levas? El cigüeñal funciona empujando el pistón en los cilindros. Un árbol de levas de distribución está conectado a él a través de una correa. Para dos revoluciones del cigüeñal, se produce una rotación del árbol de levas.

¿Cuál es la diferencia entre un cigüeñal y un árbol de levas? El cigüeñal, al girar, hace girar el volante (luego el par va a la transmisión y a las ruedas motrices). El árbol de levas abre / cierra las válvulas en la sincronización.

¿Cuáles son los tipos de árboles de levas? Hay árboles de levas de base, equitación, tuning y deportivos. Se diferencian en el número y la forma de las levas que accionan las válvulas.