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Distribución. Mandos. Válvulas. Ángulos de asiento. Resortes de tensión gradual. Botadores. Varillas y Balancines

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LA DISTRIBUCIÓN

Función de los mecanismos de distribución

El mecanismo de distribución, se encarga de los instantes precisos, mediante la acción de los diferentes órganos que lo constituyen, de suministrar a los cilindros la mezcla aire-combustible el la proporción adecuada a su relación volumétrica, convertir en estanca a la cámara de combustión durante las fases de compresión y explosión, permitir la evacuación de gases de escape una vez quemados y comandar perfectamente sincronizados los mecanismos que constituyen el equipo de encendido o inyección, según los casos.

Diferentes tipos de distribución

Distribuciones (OHV): Se denominan así a todos los sistemas de distribución que accionan las válvulas mediante la acción de botadores, varillas de gran longitud y balancines. Siendo la posición del árbol de levas muy baja. A este tipo de distribuciones pertenecen también las de culata en L o con válvulas laterales.

Distribuciones (HV): Se clasifican así a aquellas distribuciones accionadas de igual forma que la del tipo OHV, pero con las varillas bastante mas cortas y, por consiguiente, con un árbol de levas ubicado mas cerca de la culata.

Distribuciones (OHC): Son todas las distribuciones que poseen el árbol de levas emplazado en la cabeza del cilindro, cualquiera sea el tipo de mando de accionamiento encargado de mover el árbol de levas y exista o no contacto directo entre el contorno del perfil de la leva y la cola del vástago de la válvula que accione

Accionamiento de la distribución

Tipos de transmisión

Los sistemas de accionamiento de los árboles de levas mas generalizados para motores de vehículo automóviles son: La transmisión por piñones dentados en toma constante. Los mandos por cadena de rodillos cilíndricos y las correas dentadas.

Existe también el denominado Eje de Rey, el cual realiza la transmisión de movimiento mediante un eje constituido por dos piñones de ataque, donde el inferior toma el movimiento de una corona dentada solidaria al giro del cigüeñal, y el superior engrana con la corona mayor del árbol de levas.

Este tipo de transmisión, al igual que la de doble biela, ya no es utilizada en la actualidad, aunque se utilizó en automóviles deportivos como el Salmson.

Mandos por cadena de rodillos

Al ubicarse el árbol de levas en un plano elevado, como sucede en la mayoría de los automóviles modernos, la longitud de los órganos de empuje es menor, siendo, por consiguiente, las masas suspendidas también mas reducidas.

Al quedar desplazados los ejes conductor y conducido, la solución para la transmisión por engranajes de toma constante seria utilizar tres o mas piñones, lo que complicaría el mando y generaría un andar ruidoso. A tal efecto es que se comenzó a utilizar la transmisión por cadena de rodillos cilíndricos.

El funcionamiento de estos mandos de distribución es menos ruidoso que el de ruedas dentadas a toma constante, siempre que la cadena este bien tensada. Ahora bien, por la acción del esfuerzo a que están sometidas las mallas que constituyen la cadena, van distendiéndose provocándose con este alargamiento el ruido y el desfase de la puesta a punto de las levas así como el equipo de encendido o inyección que estos mismos árboles accionan. Con lo cual se disminuye el rendimiento volumétrico y la efectividad del par del motor.

Al objeto de paliar estos inconvenientes, se provee a la cadena un dispositivo de tensado auto regulante.

Mandos por correa dentada

El mando de accionamiento por correa dentada, es el más económico de todos los conocidos, tanto por la simpleza de sistema como por el costo inicial de la correa, la cual es fabricada en caucho sintético (Neoprene) reforzada interiormente con hilos de fibra de vidrio. La fibra de vidrio permite que no se deforme permanentemente para valores de carga bajos. Además de estas ventajas, el andar es menos ruidoso aun que los mandos por cadena.

Como desventaja se puede admitir que la correa tiene una vida útil mas corta que los mandos a piñón o a cadena, pero su reposición es inmediata, ya que van montadas exteriormente y no encerradas en un cárter como las demás, por el hecho de no necesitar ir bañadas en aceite.

Las ruedas dentadas del árbol de levas y del cigüeñal van montadas afuera del block y tapa de cilindros, respectivamente, por lo que su recambio es sencillo, solo teniendo que tener en cuenta las marcas de puesta a punto especificadas por el fabricante

Por lo tanto, resumiendo, se puede decir que las ventajas de este sistema son:

  • Bajo costo constructivo

  • Funcionamiento menos ruidoso

  • Mejor absorción de las vibraciones

  • No necesita lubricación

  • Fácil recambio

Y como desventaja se puede señalar su corta vida útil en comparación

La correa Poly-V vino a reemplazar a las antiguas correas. Con la evolución de los autos fue necesario aumentar el numero de correas, para la dirección asistida para el airea condicionado, para depresores, para el alternador. etc. Con la Poli-V se utiliza una sola, el beneficio es la economía en combustible y la disminución en el ruido. La contra es que si se corta, el auto queda prácticamente no apto para circular.

Tensor Automático De La Cadena De Distribución (Tensa cadena)

Este tensor de cadena está compuesto por las piezas que se detallen seguidamente y que se aprecian en la figura.

  • Orificio de pasaje de aceite a la cadena.

  • Cabeza de resbalamiento.

  • Pistón de la cabeza de resbalamiento.

  • Resorte.

  • Perno limitador (dentro del pistón 3).

  • Cilindro.

  • Cuerpo del tensor.

  • Contra placa.

  • Orificio de entrada de aceite.

  • 10. Guarnición de cartón.

    Posee una cabeza de patinamiento construida en material sintético muy resistente al rozamiento e inatacable por el aceite (2) unida a una placa de acero montada en el extremo del pistón (3) el cual ajusta perfectamente, pero libremente en el cuerpo del tensor (7). Un resorte de leve tensión calibrada (4) en combinación con la presión de aceite, mantiene la cabeza contra el lado de arrastre de la cadena para tensaría adecuadamente.

    En la media que el pistón (3) se desplaza hacia afuera compensando el aflojamiento de la cadena, el movimiento del perno limitador (5) dentro de la espiral del cilindro (6) hace que este gire. El movimiento de retroceso del pistón (3) se impide con el perno limitador (5) del pistón (3), el cual encaja en el rebaje dentado más próximo en la parte dentada dentro de la espiral del cilindro (6).

    El aceite del motor penetra en el cuerpo del tensor a través de un pequeño orificio (9) ubicado en la guía del alojamiento, la cual se aloja en el block de cilindros. El aceite, luego de, atravesar el interior del tensor, sale por la perforación (1) en el cabezal de patinamiento para lubricar la cadena distribución.

    La contra placa (8) ofrece la superficie sobre la cual puede deslizarse el cabezal de patinamiento.

    En la figura se aprecian cortes transversales del tensor en dos posiciones, enclavado hacia abajo con la guarnición (10) instalada y en funcionamiento normal.

    Si el cabezal de patinamiento del material sintético se encuentra desgastado en más de 1,3 mm o tenga otro signo de desgaste, deberá reemplazarse el tensor.

    Válvulas

    La misión especifica de las válvulas es la de comunicar el exterior del cilindro con la fuente suministradora o poner a la cámara de combustión en contacto con el exterior, luego de haberse logrado la combustión. Así mismo, la distribución regula el tiempo de hermeticidad de la cámara de combustión en las etapas de compresión y explosión.

    El tipo de válvula mas generalizado en autocomoción es el llamado de hongo por la característica que esta adopta

    Este tipo de válvula esta constituida por un disco llamado cabeza o copa, convenientemente mecanizado en su periferia al objeto de asentarse correctamente en su alojamiento en la cámara de combustión

    La otra parte que constituye la válvula es el vástago o cola unido coaxialmente a la copa. Esta cola, a la vez de servir de guía a la válvula para su centraje, recibe el movimiento que le transmiten los órganos de la distribución.

    La figura 5 representa a una válvula empleada en autocomoción

    Se puede observar; la copa o cabeza (a); el asiento (b) y el vástago (c)

    Distintos tipos de válvula

    Válvula de cabeza esférica; la zona de la cabeza, expuesta directamente a los gases, tiene forma abombada, con un ángulo de cierre en el cono de asiento de 90°. Es la más empleada para motores en serie de gran potencia. (Figura 8)

    Válvula de tulipa; este tipo de válvula recibe su nombre por la forma especial que adopta la cabeza. Tiene un ángulo de asiento en el cono de 120° que facilita enormemente la entrada de los gases. Debido a su elevado costo de fabricación no se utiliza para motores en serie. (Figura 9)

    Válvula de cabeza plana; está válvula presenta la superficie de la cabeza expuesta a los gases completamente plana y, como la anterior, dispone de un ángulo de cierre en el cono de 90°. Es menos robusta que la abombada pero mucho más económica. Se emplea para motores de serie de pequeña y media cilindrada. (Figura 10)

    Válvulas especiales diesel; dentro de este grupo está la válvula con deflector, que se emplea como válvula de admisión en los motores Diesel de inyección directa, para dar la orientación adecuada en la entrada de los gases para lograr un buen barrido de gases de escape

    Válvulas enfriadas por sodio; este tipo de válvulas tiene la virtud de auto refrigerarse a gran velocidad debido a un curiosos procedimiento, consistente en rellenar el interior de las válvulas de sodio metálico. A las primeras carreras del tren alternativo, el sodio metálico se habrá licuado por haber alcanzado rápidamente su temperatura de fusión y circulara por el interior del vástago, desde la cabeza hasta la cola de la válvula tomando así el calor de la cabeza y transmitirlo a las zonas mejor refrigeradas de la válvula como es su guía, etc. (figura 13)

    Asientos de válvulas

    El asiento de válvula tiene una función doble:

    Por una parte asegura el cierre perfecto de la válvula en relación a su base; por otra, a pesar de la diferencia entre admisión y escape, una función de carácter similar (circulación de fluidos). Esta es asegurada por los ángulos interiores y exteriores y la intersección de los mismos.

    En las válvulas de admisión que alimentan la cámara de esta función consiste en asegurar el paso del gas franco sin tropiezos, permitiendo el llenado óptimo de los cilindros. Para los asientos de escape esta función es la evacuación perfecta de los gases.

    Cualidades del asiento: Además de las cualidades metalúrgicas específicas, el asiento debe responder a unos imperativos, tanto en sus dimensiones como en su geometría.

    Imperativos geométricos:

    • El asiento debe ser perfectamente concéntrico con el eje real de la guía de válvula.

    • La redondez del asiento debe ser perfecta.

    • El acabado del asiento debe presentar una superficie fina y perfectamente cilíndrica para asegurar un contacto óptimo y una estanquidad correcta.

    Calidad del acabado del asiento: El asiento de válvula debe tener una superficie y precisión totales que permitan su montaje definitivo sin ninguna intervención posterior (el cierre hermético debe controlarse por medio de un vacuómetro). Los constructores aceptan un ligero esmerilado mediante un producto de grano impalpable que sirve como una especie de "súper cavador" y no como corrector de diferencias mecánicas. El esmerilado tradicional, cuya finalidad es crear una superficie de contacto preciso con la válvula solo sirve para estropear el asiento, puesto que las partículas de esmerilar quedan adheridas a las válvulas y al asiento con las consecuencias posteriores de desgaste y deformación prematuros. Los aceros empleados en la fabricación de válvulas en motores de nueva generación (válvulas múltiples por cilindros y otros casos con elevadas revoluciones y altas compresiones) no se prestan para los esmerilados convencionales. Los esmerilados agresivos llegan a deteriorar los tratamientos superficiales de las válvulas que en varios casos llevan revestidos distintos aportes de materiales.

    El mecanizado del asiento conforme a esos imperativos dimensionales y geométricos permite a la válvula obtener:

    • una estanqueidad perfecta

    • una posición que facilita el reglaje (tolerancia limitadas de reglaje de culatas de árbol de levas incorporado suplementos, levanta válvulas de espesor determinado, levanta válvulas hidráulico).

    Observando las tolerancias exigidas, se asegura a todas las válvulas de una misma culata con la regularidad que en gran manera facilita el reglaje, permitiendo el uso de pastillas de la misma medida. Al mismo tiempo se obtiene una homogeneidad de llenado de la cámara que garantiza al motor un funcionamiento muy regular.

    En modernas tapas, donde la tecnología esta llamada a generalizarse, el asiento de la válvula se ha convertido en un elemento de gran importancia y se debe responder a su misión con máxima eficacia.

    Ángulos de asiento

    Denominamos ángulo de asiento de una válvula al formado por el plano perpendicular al eje geométrico de su vástago y una de las generatrices que conforman el cuerpo troncocónico que constituye la cabeza de la válvula

    Este ángulo puede ser de 45º o 30º

    El ángulo de asiento a 45º es el mas comúnmente utilizado por los constructores de motores, por ser el que mejor sellaje ofrece a las cámaras de combustión, por resultar el borde de las cabezas de válvula así mecanizadas de mayor espesor y por consiguiente, con menor riesgo de deformación.

    Los asientos a 30º proveen un mejor acceso de la mezcla como se denota en la figura, pero se pierde hermeticidad debido al escaso material que queda al borde de la cabeza, lo cual hace a la cabeza de la válvula propensa a las deformaciones.

    Por lo tanto, es que en la actualidad se utilizan generalmente, para paliar estos inconvenientes, válvulas de admisión a 30º y de escape a 45º.

    Materiales empleados para la construcción de las válvulas

    Se utiliza un acero del tipo austenítico no templable.

    Este acero supera grandemente a las aleaciones de cromo silicio, tanto en resistencia térmica, como en los efectos de impacto y corrosión.

    Los aceros austeníticos poseen un elevado porcentaje de cromo níquel que oscila entre el 25 y 30 %, siendo por lo tanto, además de no tratables, antimagnéticos. Su resistencia estática a la tracción es de aproximadamente de los 1225Kg/cm2 a al temperatura de 860ºC, y resiste la descamación hasta los 1200ºC.

    Posee el inconveniente de tener un gran coeficiente de dilatación, por lo que se requieren mayores holguras entre el vástago y la guía y mayor juego libre del mecanismo empujador.

    El desgaste de las cañas de válvula, es también más prematuro que el de las construidas con otros tipos de aceros.

    Al objeto de superar estos inconvenientes, se han aplicado técnicas diversas. Consiste una de ellas en la nitruración de los vástagos, operación que no presenta una total solución, puesto que las superficies así tratadas se descomponen al contacto con el plomo de las naftas.

    La técnica mas efectiva es la de construir las cabezas de válvula con aceros al carbono uniéndolas a las cabezas de válvulas de aceros austeníticos, mediante soldadura oxiacetilénica, y endureciendo el punto de contacto de la cola con el vástago con botones de estelita. Por este método se pueden construir válvulas de excelente calidad (Figura 7)

    Materiales para válvulas de admisión

    Para la fabricación de válvulas de admisión se pueden emplear aceros del tipo CNS, cuya aleación es la siguiente

    Níquel................................................................................8%

    Cromo………………………………………………………....12%

    Silicio…………………………………………………………..3%

    Carbono……………………………………………………….0, 25%

    Manganeso……………………………………………………0,25%

    Este tipo de aleación es muy utilizado, debido a su fácil mecanización y sus buenas propiedades mecánicas y térmicas.


    Esquema del proceso metalúrgico de fabricación de los aceros tipo CNS para válvulas


    Resortes de válvulas

    La misión especifica de los resortes de válvulas es la de mantener firmemente asentada la válvula contra su alojamiento de la cámara de combustión, impidiendo que esta se mueva a efectos de la depresión generada en la carrera descendente de admisión en el cilindro.

    Ahora bien, un resorte de retención valvular debe reunir unas condiciones especiales, al objeto de no entorpecer el funcionamiento del motor, provocando en los trenes de válvula y mandos de accionamiento y empuje oscilaciones o rebotes.

    Al principio, la hermeticidad de las cámaras de combustión se confiaba a válvulas equipadas con resortes de fuerte tarado y tensión constante.

    Efectivamente, el sellado de las cámaras de combustión mientras la válvula permanecía en reposo era óptimo, pues la fuerza antagónica que ejercían los resortes para contrarrestar la depresión era sobrada.

    Los fenómenos y la irregularidad de funcionamiento aparecían al ponerse en movimiento el tren de válvulas.

    Si ponemos un medidor de vació en un motor con resorte de válvulas de tensión constante, observaremos una irregularidad de funcionamiento ocasionada por oscilaciones del rendimiento volumétrico. La figura 47 nos muestra un resorte valvular de tensión constante al objeto de compararlo con otro de tipo racional empleado en las actuales distribuciones por su alta performance (Figura 48).

    Resortes de tensión gradual

    El resorte de retención valvular, debe ser pues de tensión gradual como se cito anteriormente.

    Ello no quiere decir que los resortes así concebidos, eliminen totalmente los fenómenos que se originan en el tren de válvulas, sino que para ir paliando estos inconvenientes, se van día a día empleando nuevos sistemas y técnicas que tienden a mejorar el funcionamiento alternativo de los trenes de válvulas.

    A continuación se observaran las diferencias de funcionamiento entre un resorte de tensión constante y uno de tensión gradual.

    Observando las figuras 47 y 48, notaremos que existe una diferencia entre ellos, aparte de la menor sección de las espiras del de tensión gradual. Esta diferencia consiste en el arrollamiento de las espiras.

    En el resorte de tensión gradual van aumentando el paso de hélice progresivamente desde su base, mientras que en el de tensión constante, se conserva el mismo arrollamiento a lo largo de todo el paso.

    El motivo de este arrollamiento en los resortes de tensión gradual se debe a que al comprimirse el resorte, al ser atacado por balancín o pastilla, lo hace primero desde su base, por lo que al estar mas juntos, el brazo de palanca es menor, teniendo como resultado una apertura mas fácil, protegiendo la vida útil de los elementos del sistema de empuje, y se reducen al mínimo las vibraciones.

    Cuando la válvula (en este caso, de escape debido a que es la que mas esfuerzo absorbe) esta abierta, los gases de escape escapan del cilindro y la presión disminuye con lo que se puede ir aumentando el brazo de palanca de las espiras, o lo que es igual, el paso de hélice de éstas de un modo progresivo.

    En la carrera descendente de la válvula, después de un periodo de reposo, el cual además de facilitar la circulación de los gases hace desaparecer en parte el momento de inercia de las masas.

    La válvula que mediante este procedimiento de resorte no ha sido fuertemente declarada, sino que se ha levantado casi a la misma velocidad con la que se cerrara, no recibe impacto por parte del resorte, sino una fuerza acumulada equivalente al doble aproximado de la tensión del resorte acumulada en su estado de reposo, tensión que ira disminuyendo tal como se vaya desplegando el resorte sin perder por consiguiente contacto con su elemento de empuje.

    Al llegar casi al termino de su carrera, la tensión del resorte será exclusivamente la acumulada en las primeras espiras y por consiguiente el choque contra su asiento será de una intensidad mucho menor que la ocasionada con el resorte de tensión constante, y la oscilación de la válvula por efecto de la inercia acumulada en el resorte casi nula, limitándose a producir una pequeña vibración armónica la cual no debe pasarse por alto cuando el automóvil funciona a altas revoluciones, es por esto que se emplean amortiguadores en los resortes para eliminar el efecto inercial de los resortes.

    Uno de los sistemas más utilizados, consiste en proveer a los resortes de una funda elástica que cubre la longitud que ocuparía el resorte en caso de estar completamente comprimido.

    La presión que ejercen las solapas de la mencionada funda sobre el diámetro exterior del resorte sirven de freno a las oscilaciones armónicas de las espiras del resorte.

    Botadores

    Estos elementos están en contacto directo con la superficie de contacto de la leva y por consiguiente, son los primeros órganos del mecanismo de la distribución que reciben y trasmiten el movimiento transformándolo de circular en rectilíneo alternativo por virtud de la cinemática del círculo excéntrico que constituye el perfil de la leva.

    Su forma queda representada en la figura y como se ve, se trata de un cilindro hueco, para reducir la inercia de su masa.

    A su vez, los botadores, se dividen en botadores para accionamiento de válvulas laterales; botadores para válvulas en la tapa de cilindros y botadores de varillas de holgura (cero)

    Los botadores para válvulas laterales, constituyen el tipo de mando de válvula más sencillo de cuantos se conocen, pues son los únicos intermediarios entre el árbol de levas y la cola del vástago de las válvulas.

    Estos botadores van equipados de un dispositivo de reglaje, al objeto de mantener la holgura de válvulas necesaria para el perfecto funcionamiento del motor.

    Los botadores para árbol de lavas en la tapa de cilindros, son bastante similares a los empleados para el empuje de válvulas laterales.

    Únicamente se diferencian en que son descubiertos en su plano superior y no disponen de dispositivo de reglaje alguno ya que el empuje es realizado sobre las varillas, las cuales les transmitirán dicho movimiento al balancín y del mismo a la cola del vástago de la válvula

    Botadores hidráulicos

    Puede actuar indistintamente para válvulas a la cabeza y laterales. Su funcionamiento se basa en el siguiente principio.

    Mediante un dispositivo hidráulico constituido por un cuerpo de bomba con su respectivo embolo y válvula de retención, convenientemente alimentado por el aceite de lubricaron del motor u otra fuente cualquiera, se puede corregir automáticamente la holgura entre la cola del vástago de la válvula y el contorno de la leva en el momento en que se produzca alguna anormalidad de reglaje, bien sea por dilatación térmica u otra causa cualquiera.

    El sistema de ajuste de estos botadores, consiste en un pequeño dispositivo hidráulico, el cual se coloca en el interior del botador, cuya estructura es muy similar a los empleados para el accionamiento de las válvulas en l culata y actúa, en principio, de la misma forma, o sea, transmitiendo el impulso de la leva de un modo puramente mecánico.

    El aceite de lubricaron del motor, o el procedente de una bomba instalada para alimentar especialmente este sistema, se introduce a presión en una cámara contigua a la guía del empujador practicada en el banco de cilindros, e introduciéndose, a través de de un orificio en la misma guía cuando el botador se lo permita.

    Si se observa la figura, se advierte una ranura en el cuerpo del botador con un orificio que comunica con el interior de este en el mismo punto en que va alojada la válvula de retención.

    Es sumamente importante que el aceite del sistema este bien purgado de aire, al objeto de no falsear el ajuste por fenómenos de cavitación.

    El tubito que sale por la parte inferior del elemento hidráulico, asegura que el aceite depositado en el interior del botador, constituya, prácticamente, una reserva de aceite útil para ser empleada en el momento que se precise.

    El aceite depositado en el interior del cuerpo del botador, pasa a través de la válvula esférica de retención a la cámara de ajuste por debajo del embolo del elemento hidráulico.

    Un pequeño resorte ligero empuja a la parte superior del embolo contra la cola del vástago de la válvula, o varilla de empuje, y mantiene la base del botador contra el contorno de la leva.

    La otra parte del embolo del dispositivo hidráulico, queda separada aproximadamente 1,5mm. Del fondo del cilindro que lo contiene; de este modo el aire que pueda contener el aceite, se escapa al efectuar presión, quedando el cilindro talmente lleno de aceite y asegurando de este modo un funcionamiento seguro y silencioso, sin precisar para ello de leva especiales con rampa silenciosa, o sea, el cuerpo cilíndrico es de menor diámetro que el del circulo de base.

    Diferentes sistemas de regulación de los botadores

    La necesidad de dotar a los mecanismos de una pequeña holgura que compense el alargamiento por dilatación térmica de los órganos constitutivos de la distribución, ha obligado a prever a todos los tipos de distribución de un medio de ajuste propio.

    El mas conocido de todos los procedimientos es el de tornillo de ajuste.

    El mas simple de todos es el empleado en los motores con culata en L, del cual nos da claro detalle la figura 63.

    A continuación siguen los sistemas de ajuste por tornillo de reglaje, empleado para el reglaje de los balancines. Estos deben tener la particularidad de presentar en la zona de contacto con el elemento de empuje de un botón o cabeza esférica (Figura 64), la cual permite a la varilla girar libremente sin perder su guía.

    Los otros tipos de regulación son los utilizados en el caso de árboles de levas a la cabeza. En este tipo de distribuciones pueden surgir infinidad de variantes basadas todas ellas en el mismo principio, o sea por la interposición de delgadas laminas (pastillas) metálicas que compensan la holgura entre la leva y la cola del vástago de la válvula hasta una medida racional al coeficiente de dilatación de los elementos de empuje del mecanismo de distribución (Figura 65).

    Varillas y Balancines

    Las varillas, actúan en los mecanismos de accionamiento de la distribución, como medio de prolongación entre los botadores y los balancines. El material de las varillas debe poseer una elevada resistencia a la flexión para vencer la tensión del resorte y la presión interna del cilindro, sin ceder elásticamente. La única consideración que se debe tomar es la longitud de las varillas, las cuales deberán ser lo mas cortas posibles, para reducir la inercia de las masas en movimiento.

    Los extremos de las varillas van dotados de rotulas de forma semiesférica al objeto de facilitar el movimiento.

    La caña de las varilla (B) puede ser hueca (resisten mas al pandeo que las macizas) o maciza, en este caso, se utilizan materiales de aleación ligera.

    Los balancines son, por ultimo, los elementos de empuje que transmiten el movimiento a las válvulas. La forma que adoptan variara en función al tipo de distribución utilizado. Generalmente, los balancines están constituidos por dos brazos de palanca unidos a un eje común lubricado llamado flauta. La longitud de estos brazos suele ser diferente entre si, siendo el mas largo de ellos el que actúa sobre la cola de la válvula al objeto de reducir la altura real de levantamiento de la cresta de la leva, aunque en algunos casos ambos brazos de palanca suelen tener la misma longitud

    La posición de los brazos puede también ser rectilínea o adoptar un determinado ángulo como se observa en la figura 57.

    Cualquiera sea el tipo de balancín, la longitud de las palancas, etc., todos poseen las siguientes partes:

    • Eje de giro u ojo de balancín: punto en el que se apoya el balancín para realizar sus movimientos basculantes

    • Brazo de admisión del movimiento: transmite al brazo de empuje el movimiento oscilante que le provee la varilla, la cual esta en contacto directo con este. Posee un tornillo de regulación de la holgura de los botadores

    • Brazo de empuje: esta en contacto directo con la cola del vástago de la leva, y le transmite al mismo el movimiento multiplicado por la diferencia de longitud existente entre este y el de admisión

    La parte superior del balancín posee una acanaladura, la que cumple la función de direccional el aceite de lubricación hasta la cola del vástago de la válvula, para aumentar la durabilidad de la misma

    El montaje de los balancines se efectúa en tandem y no independientemente, al objeto de no complicar excesivamente el circuito de lubricación de éstos.

    Puesta a punto de la distribución

    Uno de los aspectos que requieren mayor atención, tanto en la preparación de los motores como en cualquier tipo de reparación, es la puesta a punto de sus componentes mecánicos. Un motor de cuatro tiempos dispone de varios sistemas independientes, que deben estar convenientemente ajustados para garantizar su correcto funcionamiento. Para que el pistón suba y baje alternativamente, es necesario que los períodos de distribución sean los adecuados, al igual que es imprescindible que la chispa tenga lugar siempre en el momento correcto.

    Los motores de cuatro tiempos requieren, por tanto, de un delicado ajuste de estos sistemas. Esta operación se denomina puesta a punto, y consiste en obligar a los diversos elementos mecánicos a actuar en el momento oportuno. En la carrera descendente del pistón, se abre la válvula de admisión de motor accionada por el árbol de levas. Este, a su vez, es accionado por el movimiento del cigüeñal mediante una cadena, un árbol o un engranaje. Algo similar ocurre con la válvula de escape. Por su parte, el encendido también se controla a través del cigüeñal, que dispone de algún dispositivo para que la chispa salte en el momento justo.

    Para realizar la puesta a punto de estos elementos, es necesario tener datos exactos de algunas características del motor como el diagrama de distribución y el avance de encendido. Con ellos podemos ajustar siempre el motor a los períodos asignados por el fabricante Normalmente, esta operación se ha de realizar porque el motor ha sido desmontado, y se necesita volver a instalar correctamente todo el accionamiento.

    Calaje de los árboles de distribución

    El calaje o puesta en fase de los árboles de distribución, se efectúa de acuerdo con el diagrama preescrito para cada tipo de motor.

    Decir que un motor trabaja con una apertura de válvula de 14º antes del PMS, significa que en el momento en que la rampa de ataque de la leva correspondiente a la válvula de admisión del cilindro con el que se efectúa la puesta a punto, el brazo de manivela del cigüeñal correspondiente al mencionado cilindro, debe estar situado a una distancia angular de su rama ascendente de 14º con respecto al plano perpendicular que atraviesa el ya citado cilindro. Esta distancia angular debe ser anticipada en relación con el sentido de giro de ambos árboles.

    Los momentos de cierre de las válvulas, no se consideran al efectuar la puesta a punto de los árboles de distribución, puesto que quedan determinados por el grafico de perfil de la misma leva desde el punto de su construcción

    En los motores que poseen árboles independientes, para cada grupo de tren de válvulas, debe efectuarse la puesta en fase de modo independiente para cada árbol de admisión y de escape.

    Motivo del avance de las distribuciones

    El avanzar un determinado numero de grados en el momento de apertura de las válvulas de admisión y escape, así como el retrasar su cierre con respecto a los puntos muertos superior e inferior de los brazos de manivela del cigüeñal, esta motivado por las siguientes razones de carácter de rendimiento volumétrico que rige en el funcionamiento de todos los motores de combustión interna. Imaginémonos pues, un ciclo completo de funcionamiento y veamos lo que sucede:

    El pistón se encuentra en el punto mas alto de su recorrido y la válvula de admisión ha iniciado su apertura. El cigüeñal empieza a girar y el pistón desciende hacia su PMI, mientras que la válvula va elevándose de su asiento hasta conseguir su altura real de levantamiento. Mientras tanto, en el interior en el interior del cilindro, se crea un efecto de vacío que absorbe a través del múltiple de admisión la mezcla aire-combustible. El pistón llega por fin al limite de la carrera descendente, pero la válvula encargada de controlar la admisión no se cierra todavía, puesto que la depresión que se ha creado en el interior del cilindro es mayor que la cantidad de carga carburante que ha ingresado en el. La acción de este vacío persiste todavía durante unos cuantos grados de giro de la carrera ascendente del pistón. Transcurridos estos, la válvula de admisión se cierra completamente y la mezcla gaseosa empieza a comprimirse efectuándose el tiempo de compresión de la mezcla.

    Pocos grados antes de que el pistón finalice su carrera ascendente, se produce la ignición (Aproximadamente de 4º a 10º antes del PMS) comenzando la combustión en el interior de la cámara que comprenderá el tiempo motriz del ciclo.

    El pistón es proyectado por la fuerza de expansión de los gases inflamados hacia el punto muerto inferior, teniendo la máxima fuerza útil, cuando el ángulo biela-manivela es de 90º, para lograr la mayor cupla motora o mayor torque. Antes de alcanzarlo (PMI) se produce la apertura de la válvula de escape, la cual permite salir por su propia expansión a los gases quemados que invaden casi la totalidad del cilindro, comprimiéndolos mas tarde en su segunda carrera ascendente del ciclo, o también llamada fase de escape, con lo que se le obliga a salir forzosamente del cilindro hacia el exterior.

    Pocos grados antes de que el pistón haya alcanzado su PMS, y estando todavía abierta la válvula de escape, se produce la apertura de la válvula de admisión, permitiendo la entrada de gases frescos, los cuales actúan sobre los ya quemados como una bomba de barrido debido a su diferencia de densidades, evacuando así todos los gases de escape, dejando como resultado un cilindro libre de gases de escape

    Este momento en el que permanecen las dos válvulas abiertas, es llamado cruce de válvulas o cruce de distribución.

    En el caso de que las válvulas abrieran y cerraran según lo estipulado en un ciclo Otto teórico, el cilindro no podría ser llenado en su totalidad, y también habría una gran remanencia de gases de escape, por lo que el automóvil consumirá un exceso de combustible.

    Valores de cruce de válvulas habituales en motores de serie

     

    Motores normales

    Motores rápidos

    Avance Apertura Admisión - AAA

    5º A 10º

    7º A 15º

    Retardo Cierre Admisión - RCA

    20º A 35º

    35º A 55º

    Avance Apertura Escape - AAE

    30º A 35º

    35º A 55º

    Retardo Cierre Escape - RCE

    5º A 7º

    7º A 15º

    Necesidad de conocer el diagrama de distribución de un automóvil para realizar la puesta a punto

    Como conceptos generales decimos que el diagrama de la distribución se puede representar fácilmente en un círculo, sabiendo el reglaje que tiene el árbol de levas que tenemos, pero si lo queremos modificar tendremos que representarlo con los valores que deseamos.

    Lo que importa en esto es el cruce de válvulas o cruce de distribución; este cruce es la suma del ángulo de avance de apertura admisión AAA, con el ángulo de retardo de cierre del escape RCE, como estas acciones se dan en el mismo giro del cigüeñal producen un efecto directo sobre la potencia y el régimen de giro (rpm) mejorando la respiración del motor, ya que durante este tiempo las dos válvulas están abiertas simultáneamente, como ya se explico con anterioridad.

    El rendimiento volumétrico del motor es la relación entre el volumen de mezcla que ingresa en el cilindro y el volumen de éste. Esta relación volumétrica varía constantemente en relación a los siguientes factores:

    • La proporción de aire disminuye en relación directa al aumento de revoluciones del motor

    • La relación volumétrica aumenta con el tamaño relativo del área de abertura de la válvula de admisión

    Relación entre rendimiento volumétrico y potencia

    La potencia efectiva desarrollada por un motor, depende de la velocidad de giro de este y de su par motor, siendo por consiguiente, directamente proporcional al producto de las dos.

    Si suponemos que el rendimiento de la transformación de la energía térmica en mecánica es constante, se puede decir que el par motor es directamente proporcional a la cantidad de mezcla aire-combustible que entra al cilindro por cada ciclo, o lo que es igual al rendimiento volumétrico

    O sea:

    Hp = c.n.e

    Donde:

    c es una constante

    n es el régimen del motor

    e es el rendimiento volumétrico

    Entonces se deduce que, al aumentar el cruce de válvulas aumenta el rendimiento volumétrico, y a su vez la potencia aumenta con este. Entonces se podría decir que un motor podrá ganar potencia, aumentándole su cruce de válvulas.

    No es tan simple como hacer que el ángulo de cruce sea mayor, sino que deberá estudiarse para el caso específico de un motor y lo que se espera de él. Como consideración final podemos decir que el árbol de levas conviene hacerlo modificar por alguien de experiencia, o en su defecto comprar uno ya modificado con reglajes que tengan efectos conocidos; atención que un cruce elevado puede hacer que el motor funcione muy mal a bajas rpm, entonces si es "de calle" es recomendable un cruce intermedio para que tenga potencia en todo los regímenes de rpm y un andar mas parejo.

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