El árbol de levas es crítico para la función básica de un motor. Compuesto por dos partes distintas, las levas y el eje, el árbol de levas es el elemento que permite que las válvulas se abran. A medida que el eje gira, las levas en forma de huevo (o "lóbulos") empujan las válvulas para abrirlas en sincronía con el engranaje del cigüeñal.
Identificando el árbol de levas
En los motores modernos de levas (OHC), el árbol de levas se encuentra en la culata. Los motores OHC individuales (SOHC) tienen una leva por banco, generalmente montados entre los vástagos de las válvulas. Los balancines transmiten el movimiento SOHC a las válvulas. Los motores duales OHC (DOHC) tienen dos levas por banco, generalmente directamente sobre los vástagos de las válvulas, uno para las válvulas de admisión y otro para las válvulas de escape. La fuerza se transmite directamente a la válvula. Un motor SOHC i4 (cuatro cilindros) tiene un árbol de levas, mientras que un motor SOHC V6 o V8 tiene dos. Un motor i4 DOHC tiene dos árboles de levas, mientras que un motor V6 o V8 DOHC tiene cuatro árboles de levas. Los motores de levas aéreas tienen de tres a cinco válvulas por cilindro, pero generalmente dos válvulas de admisión y dos de escape.
Los motores más antiguos y algunos motores de "varilla de empuje" más nuevos tienen un solo árbol de levas en el bloque de cilindros. Las varillas de empuje largas de metal transmiten el movimiento del árbol de levas a los balancines, que transmiten ese movimiento a las válvulas. Los motores de varilla de empuje generalmente tienen dos o tres válvulas por cilindro, generalmente una válvula de admisión y una válvula de escape.
El árbol de levas típico se fresa a partir de una pieza bruta de acero fundido de forma rugosa. Algunos ejes de levas personalizados y de rendimiento pueden fresarse a partir de un bloque de acero sólido.
Cómo funcionan los árboles de levas
A medida que el árbol de levas gira, los lóbulos de las levas se mueven hacia arriba y hacia abajo. En los motores DOHC, cada rotación hace que un solo lóbulo de leva empuje la válvula hacia abajo, abriéndola en el cilindro. De manera similar, en los motores SOHC y de varillas de empuje, el lóbulo de la leva empuja los balancines (o varillas de empuje y luego los balancines), abriendo la válvula. A medida que el lóbulo de la leva gira más, el resorte de la válvula fuerza a la válvula hacia arriba y la cierra.
El árbol de levas generalmente está conectado al cigüeñal usando una cadena de distribución o correa de distribución. En algunos motores de varilla de empuje, también se pueden usar engranajes de sincronización. El engranaje del árbol de levas tiene el doble de dientes que el engranaje del cigüeñal, lo que le permite girar a la mitad de la velocidad del cigüeñal. El árbol de levas tiene cuatro golpes distintos: admisión, compresión, potencia y escape.
Los árboles de levas comunes están hechos para que coincidan con las características de operación típicas y pueden acentuar la eficiencia de crucero por carretera o la potencia de baja potencia. Del mismo modo, la "elevación" de la válvula se refiere a la altura del lóbulo en relación con el centro del eje, que determina qué tan lejos se abre la válvula. En árboles de levas fijos, esto no es ajustable, pero hay circunstancias en las que el motor podría "respirar" mejor si solo las válvulas pudieran abrirse un poco más. Además, un árbol de levas fijo podría abrir la válvula de admisión 10 ° antes del TDC (BTDC) y cerrarla 5 ° después del punto muerto inferior (ABDC) y abrir la válvula de escape 15 ° antes del punto muerto inferior (BBDC) y cerrarla 5 ° ATDC. Esto se conoce como duración de apertura de la válvula. Esto funciona bien en promedio, pero no sobresale en ninguna situación de manejo.
Funciones de árbol de levas especializadas
El tiempo es importante. Las válvulas deben abrirse y cerrarse a intervalos específicos en relación con la posición del cilindro. Por ejemplo, a medida que el cilindro # 1 llega al punto muerto superior (PMS) en la carrera de escape, el árbol de levas abre las válvulas de admisión y cierra las válvulas de escape. Al mismo tiempo, el cilindro # 3 podría estar alcanzando TDC en la carrera de compresión, por lo que el árbol de levas dejaría esas válvulas cerradas.
Los árboles de levas equipados con sincronización variable de válvulas (VVT) utilizan actuadores hidráulicos para avanzar o retrasar la sincronización de válvulas en relación con el ángulo del cigüeñal. VVT permite eficiencia de alta velocidad o potencia de baja velocidad.
Usando árboles de levas especializados de elevación de válvula variable (VVL) y solenoides controlados por computadora o actuadores hidráulicos, el ECM puede seleccionar entre dos opciones de elevación de válvula, dependiendo de la demanda del conductor.
En los vehículos con inyección directa de combustible, algunos motores diesel y la mayoría de los motores de inyección directa de gasolina, la bomba de combustible de alta presión (HPFP) es accionada por un lóbulo en uno de los árboles de levas.
Problemas comunes del árbol de levas
Debido a que el árbol de levas es un componente de acero sólido, no es propenso al desgaste ni a la rotura. En la mayoría de los motores, otras partes se desgastarán antes que el árbol de levas. Aún así, hay algunos problemas comunes del árbol de levas que pueden surgir.
- Los lóbulos de las levas gastados (también llamados "borrados" o "azotados") se refieren a los lóbulos de las levas que se han desgastado. Los lóbulos de levas gastados no abrirán las válvulas tanto como se esperaba, lo que provocará un bajo rendimiento del motor y fallas en el cilindro. Si esto afecta el HPFP, una presión de combustible insuficiente conducirá a mayores emisiones y fallas al azar.
- Los elevadores desgastados no se refieren a un problema exclusivo del árbol de levas, pero pueden ser conducidos por el árbol de levas. Un levantador desgastado no levantará la válvula tanto como se esperaba, si es que lo hace, y generalmente se escucha como un ruido o golpeteo en la cubierta de la válvula.
- El árbol de levas roto se refiere a una falla catastrófica del árbol de levas. Esto podría ser un defecto de fabricación o ser causado por el agarre del árbol de levas. En los motores de varillas de empuje, un árbol de levas roto podría dañar significativamente las bielas, el bloque de cilindros, los pistones o el cigüeñal. En los motores de interferencia, un árbol de levas roto podría dañar la culata, las válvulas o los pistones.
Los tres problemas se deben a la falta de mantenimiento adecuado del motor. Evite problemas en el árbol de levas obteniendo cambios regulares de aceite del motor con un aceite de calidad, siguiendo las recomendaciones del fabricante con respecto al intervalo de cambio de aceite, el tipo de aceite y la viscosidad del aceite, y evitando el sobrecalentamiento del motor.
