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Cómo funcionan los ejes de mando

Cómo funcionan los ejes de mando

ajustes del árbol de levas

Daño causado por un pistón que golpea una válvula

cámara aérea simple

Esta disposición designa un motor con una cámara por cabeza. Entonces, si es un motor de 4 cilindros en línea o de 6 cilindros en línea, tendrá una leva; si es un V-6 o V-8, tendrá dos levas (una para cada cabezal).

La leva opera los balancines que presionan las válvulas y las abren. suave devolver las válvulas a la posición cerrada. Estos resortes tienen que ser muy fuertes porque a alta velocidad las válvulas se empujan muy rápidamente y son los resortes los que mantienen las válvulas en contacto con los balancines. Si los resortes no fueran lo suficientemente fuertes, las válvulas podrían salirse de los balancines y retroceder. Esta es una situación indeseable que causaría un desgaste adicional en las levas y los balancines.

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Una sola cámara aérea

En motores de árbol de levas simple y doble, los controles son accionados por el cigüeñal, por medio de una correa o cadena llamada Correa dentada Dónde cadena de distribución. Estas correas y cadenas deben reemplazarse o ajustarse a intervalos regulares. Si se rompe una correa de distribución, la leva deja de girar y el pistón puede golpear las válvulas abiertas.

La imagen de arriba muestra lo que puede suceder cuando un pistón golpea una válvula abierta.

Cómo funcionan los ejes de mando

Cámara aérea dual

Un motor de doble árbol de levas en la cabeza tiene dos cámaras por cabeza. Por lo tanto, los motores en línea tienen dos levas y los motores en V tienen cuatro. Por lo general, ambos árboles de levas se utilizan en motores con cuatro o más válvulas por cilindro; un solo árbol de levas simplemente no puede acomodar suficientes árboles de levas para accionar todas estas válvulas.

La razón principal para usar árboles de levas dobles en el techo es permitir múltiples válvulas de admisión y escape. Más válvulas significa que los gases de admisión y escape pueden fluir más libremente ya que hay más aberturas para su flujo. Esto aumenta la potencia del motor.

La configuración final de la que hablaremos en este artículo es el motor de varilla.

un motor de impulso
un motor de impulso

Motores de varilla de presión

Al igual que los motores SOHC y DOHC, las válvulas de un motor de varilla de empuje están ubicadas en la culata sobre el cilindro. La principal diferencia es que el árbol de levas en un motor de varilla está dentro del bloque del motoren lugar de en la cabeza.

La leva impulsa varillas largas que suben a través del bloque y entran en la cabeza para mover los balancines. Estas varillas largas agregan masa al sistema, aumentando la carga en los resortes de las válvulas. Esto puede limitar la velocidad de los motores de varillas; el árbol de levas en cabeza, que elimina la biela del sistema, es una de las tecnologías del motor que ha permitido aumentar las revoluciones.

un motor de impulso

El árbol de levas en un motor de varilla de empuje a menudo es impulsado por engranajes o una cadena corta. Las transmisiones por engranajes generalmente tienen menos probabilidades de romperse que las transmisiones por correa, que a menudo se encuentran en motores de levas suspendidos.

Un elemento importante en el diseño de los sistemas de árboles de levas es variar la sincronización de cada válvula. Veremos la sincronización de válvulas en la siguiente sección.

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Tiempo de válvula variable

El sistema de levas variables utilizado en algunos Ferraris

El sistema de levas variables utilizado en algunos Ferraris

Los fabricantes de automóviles pueden cambiar la sincronización de las válvulas de muchas formas nuevas. Se llama sistema utilizado en algunos motores Honda. VTEC.

VTEC (Control electrónico de elevación y sincronización variable de válvulas) es un sistema electrónico y mecánico en algunos motores Honda que permite que el motor tenga varios árboles de levas. Los motores VTEC tienen leva de entrada adicional con su propio balancín, que sigue a esta cámara. Este perfil de leva mantiene la válvula de entrada abierta más tiempo que el otro perfil de leva. A baja velocidad, este balancín no está conectado a ninguna válvula. A altas revoluciones, un pistón bloquea el balancín adicional a los dos balancines que controlan las dos válvulas de entrada.

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Algunos coches utilizan un dispositivo que puede tiempo de la válvula de avance. Ya no mantiene las válvulas abiertas; en cambio, los abre más tarde y los cierra más tarde. Esto se hace girando el árbol de levas hacia adelante unos grados. Si las válvulas de entrada normalmente se abren 10 grados antes del punto muerto superior (TDC) y cierran 190 grados después del TDC, el tiempo total es 200 grados. Los tiempos de apertura y cierre se pueden cambiar mediante un mecanismo que hace girar la leva ligeramente hacia adelante a medida que gira. Por lo tanto, la válvula puede abrirse 10 grados después del TDC y cerrarse 210 grados después del TDC. Cerrar la válvula 20 grados más tarde está bien, pero sería mejor poder aumentar el tiempo de apertura de la válvula de entrada.

Ferrari hay una muy buena forma de hacer esto. Los árboles de levas de algunos motores Ferrari se cortan con un perfil tridimensional que varía a lo largo del lóbulo de la leva. En un extremo del lóbulo de la leva se encuentra el perfil de leva menos agresivo y en el otro extremo está el más agresivo. La forma de la leva combina armoniosamente estos dos perfiles. Un mecanismo puede deslizar el conjunto del árbol de levas hacia los lados para que la válvula se acople a diferentes partes de la leva. El eje todavía gira como un árbol de levas normal, pero deslizando gradualmente el árbol de levas hacia un lado a medida que aumentan la velocidad y la carga del motor, se puede optimizar la sincronización de la válvula.

Varios fabricantes de motores están experimentando con sistemas que permitirían una variabilidad infinita en la sincronización de válvulas. Por ejemplo, imagine que cada válvula tiene un solenoide que puede abrir y cerrar la válvula usando el control de la computadora en lugar de depender de un árbol de levas. Con este tipo de sistema, obtendrá el máximo rendimiento del motor a cualquier velocidad. Algo que esperar en el futuro …

Para obtener más información sobre árboles de levas, sincronización de válvulas y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente.

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Publicado originalmente: 13 de diciembre de 2000

Preguntas frecuentes sobre el árbol de levas

¿Para qué se utiliza un sensor de árbol de levas?
Un sensor del árbol de levas proporciona al motor información sobre el aire, el combustible y los componentes y condiciones de encendido por chispa.
¿Los árboles de levas aumentan la potencia?
Sí, los árboles de levas pueden aumentar la potencia de un motor hasta en 50 CV.
¿Cuáles son los signos de un árbol de levas defectuoso?
Los signos de un árbol de levas defectuoso incluyen que se enciende la luz de verificación del motor, el vehículo ya no funciona como solía hacerlo (ralentí, acelerando lentamente, deteniéndose o reduciendo el consumo de combustible) o el vehículo no funciona como antes.
¿Cuál es la función de un árbol de levas en un motor diesel?
Un árbol de levas hace lo mismo en un motor de gasolina que en un motor diesel; sin embargo, como el diesel requiere mucha compresión, la vida útil del árbol de levas tiende a ser más corta.

El árbol de levas (haga clic en la imagen para ver la animación).  Vea fotos de motores de automóviles.

El árbol de levas (haga clic en la imagen para ver la animación). Vea fotos de motores de automóviles.

Si ha leído Cómo funcionan los motores de automóvil, está familiarizado con las válvulas que permiten que la mezcla de aire y combustible ingrese al motor y al escape del motor. El árbol de levas utiliza lóbulos (llamados cámaras) que presionan las válvulas para abrirlas cuando gira el árbol de levas; los resortes de la válvula los devuelven a la posición cerrada. Este es un trabajo crítico que puede tener un gran impacto en el rendimiento de un motor a diferentes velocidades. En la siguiente página de este artículo, puede ver la animación que creamos para mostrar realmente la diferencia entre un eje de comando de alto rendimiento y uno estándar.

En este artículo, aprenderá cómo afecta el árbol de levas al rendimiento del motor. Tenemos excelentes animaciones que muestran cómo son las diferentes configuraciones del motor, como cámara de un solo cabezal (SHC) y cámaras duales en mente (DOHC) realmente funciona. Y luego veremos algunas de las formas interesantes en que algunos autos ajustan el árbol de levas para que pueda manejar diferentes velocidades del motor de manera más eficiente.

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Empecemos con lo básico.

bases del árbol de levas

Los elementos principales de cualquier árbol de levas son i. lóbulos. A medida que gira el árbol de levas, los lóbulos abren y cierran las válvulas de admisión y escape junto con el movimiento del pistón. Resulta que existe una relación directa entre la forma de los lóbulos de las levas y el rendimiento del motor a diferentes rangos de velocidad.

Para entender por qué este es el caso, imagine que un motor funciona muy lentamente, solo 10 o 20 revoluciones por minuto (RPM), de modo que el pistón tarde unos segundos en completar un ciclo. Sería imposible hacer que un motor normal funcione tan lentamente, pero imaginemos que podemos. A esta baja velocidad, nos gustaría que los lóbulos de la leva se formaran de modo que:

  • Tan pronto como el pistón comience a descender en la carrera de admisión (llamado punto muerto superior, o PMH), se abrirá la válvula de entrada. La válvula de entrada se cerró tan pronto como el pistón tocó fondo.
  • La válvula de escape se abriría tan pronto como el pistón toque la parte inferior (llamado punto muerto inferior, o BDC) al final de la carrera de combustión y se cerraría cuando el pistón completara la carrera de escape.

Esta configuración funcionaría bien para el motor siempre que estuviera funcionando a esta velocidad muy baja. Pero, ¿qué pasa si aumentas las revoluciones? Vamos a averiguar.

Al aumentar el número de revoluciones, el ajuste de 10-20 rpm para el árbol de levas no funciona bien. Si el motor está funcionando a 4000 rpm, las válvulas se abren y cierran 2000 veces por minuto, o 33 veces por segundo. A estas velocidades, el pistón se mueve muy rápido, por lo que la mezcla de aire / combustible que ingresa al cilindro también se mueve muy rápido.

Cuando la válvula de admisión se abre y el pistón comienza su carrera de admisión, la mezcla de aire / combustible en el canal de admisión comienza a acelerar en el cilindro. Cuando el pistón llega al final de su carrera de admisión, el aire / combustible se mueve a una velocidad razonablemente alta. Si golpeamos la válvula de admisión, todo ese aire / gasolina se detendría y no entraría en el cilindro. Al dejar la válvula de admisión abierta un poco más, el empuje rápido de aire / combustible continúa forzando el aire / combustible hacia el cilindro a medida que el pistón comienza su carrera de compresión. Por lo tanto, cuanto más rápido es el motor, más rápido se mueve el aire / combustible y más tiempo queremos que la válvula de admisión permanezca abierta. También queremos que la válvula se abra más a velocidades más altas; este ajuste, llamado elevación de la válvula, se rige por el perfil del lóbulo de la leva.

La siguiente animación muestra cómo cámara común es un cámara de alto rendimiento tienen diferente sincronización de válvulas. Tenga en cuenta que los ciclos de escape (círculo rojo) y de admisión (círculo azul) se superponen mucho más en la cámara de rendimiento. Por este motivo, los coches con este tipo de levas suelen tener una velocidad de ralentí muy rudimentaria.

Dos perfiles de cámara diferentes: haga clic en el botón debajo del botón de reproducción para cambiar entre cámaras. Los círculos indican cuánto tiempo permanecen abiertas las válvulas, azul para admisión, rojo para escape. La superposición de válvulas (cuando las válvulas de admisión y escape están abiertas al mismo tiempo) se resalta al comienzo de cada animación.

Cualquier árbol de levas solo será perfecto a la velocidad del motor. En todas las demás revoluciones, el motor no funcionará a su máximo potencial. UN árbol de levas fijo por lo tanto, siempre es un compromiso. Es por eso que los fabricantes de automóviles han desarrollado esquemas para variar el perfil de la leva a medida que varía la velocidad del motor.

Hay varias disposiciones de árboles de levas en los motores. Hablaremos de algunos de los más comunes. Probablemente hayas escuchado la terminología:

  • cámara de un solo cabezal (SHC)
  • Cámara aérea dual (DOHC)
  • arribista

En la siguiente sección, veremos cada una de estas configuraciones.

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