ARBOL DE LEVA

El árbol de levas, referido específicamente a motores de combustión interna con ciclo de cuatro tiempos y algunos de dos tiempos, es el elemento constitutivo más importante del sistema de distribución. De él depende la sucesión de eventos conducentes a la obtención de potencia.
Siendo el motor una máquina destinada a transformar la energía contenida en el combustible en trabajo mecánico; se define como de combustión interna por verificarse este hecho, dentro de un recinto, delimitado por la cabeza del pistón, el cilindro y su correpondiente tapa.
Los cuatro tiempos en los motores así previstos, son las diferentes fases o etapas necesarias para lograr dicha transformación y se conocen como: Admisión, Compresión, Expansión y Escape. Los siguentes esquemas ilustran sobre cada uno de ellos en un motor de gasolina.
Admisión. Con la vávlua de admisión abierta y el pistón en carrera descendente desde el PMS (punto muerto superior) hacia el PMI (punto muerto inferior), se produce el acceso al cilindro de la mezcla aire-combustible.
Compresión. Con ambas válvulas cerradas, la compresión se producirá a expensas de la carrera ascendentedel pistón desde el PMI al PMS.

Admisión
Compresión
Expansión
Escape
Expansión. estando las válvulas de admisión y escape cerradas, una chispa eléctrica producirá en el momento oportuno, la combustión. Por efecto del aumento de la presión en el interior del cilindro, el pistón resultará impulsado desde el PMS al PMI. Este es el único tiempo motriz o carrera de potencia.
Escape. Con la válvula de escape abierta, el pistón realiza su carrera correspondiente, desde el PMI al PMS, saliendo de los gases quemados fuera del cilindro. Así, se completa un ciclo de cuatro tiempos.
Cada carrera del pistón corresponde al 1/2 vuelta de giro del cigüeñal, o sea 180°, como se han cumplido cuatro carreras , el giro total del cigüeñal asciende al 2 vueltas completas o 720°.
Ahora veamos que sucedió con el árbol de levas; durante las cuatro carreras del pistón se requirieron dos aperturas y cierres de las válvulas, una para la de admisión y una para la del escape; de ahí que el árbol de levas giró solamente una vuelta completa, esto se logró merced a la relación 2:1 de los respectivos engranajes de distribución. Por ello el engranaje del árbol de levas siempre tiene el doble de dientes que el del cigüeñal.
En la práctica, no se verifica exactamente la apertura y cierre de las válvulas en los PMS y PMI, además su tipo de permanencia abiertas es mayor que una carrera del pistón. Por ello, vamos a definir los términos usuales del Reglaje de Distribución.
Reglaje de la Distribución.
Se define como reglaje de la distribución de un motor de cuatro tiempos, a un conjunto de cuatro ángulos - medidos en grados de giro del cigüeñal - utilizando como referencia el punto muerto en el cual, teóricamente deberían comenzar o finalizar los tiempos de admisión y escape.
Ellos son:1. AAA avance a la apertura de la válvula de admisión. Antes del PMS.2. RCE retardo al cierre de la válvula de escape. Después del PMS.3. RCA retardo al cierre de la válvula de admisión. Después del PMI.4. AAE avance a la apertura de la válvula de escape. Antes del PMI.
Graficamente se representan así:
En el punto muerto superior (PMS), el pistón inicia su carrera descendente de apiración, pero la válvula de admisión se abrió 16° antes (ver línea llena). Desciende el pistón hasta el punto muerto inferior (PMI).El cigüeñal ha girado 1/2 vuelta a 180°.Subre ahora el pistón en carrera de compresión; no obstante, la válvula de admisión permanece abierta 60° después del PMI. Antes del PMS se produce la ignición (por el avance al encendido); llega el pistón al PMS
El cigüeñal ha completado una vuelta o 360°.
Desciende el pistón en carrera de expansión gracias a la presión de los gases.
64° antes de llegar al pistón al PMI, se abre la válvula de escape (ver línea de puntos); llega el pistón al PMI.
Así, el cigüeñal ha girado 1 1/2 vueltas o 540°.
Inicia el pistón su carrera de escape: 16° antes de llegar al PMS se abre la válvula de admisión, mientras aún permanece abierta la válvula de escape; llega al pistón al PMS.
Ahora el cigüeñal ha completado 2 vueltas o 720°.
Terminaron ahí las cuatro carreras del pistón, pero 16° antes del PMS se abrió la válvula de admisión mientras que la válvula de escape se cerrará 16° después del PMS; obsérvese que éste es el único momento en que ambas válvulas, admisión y escape, permanecen abiertas simultáneamente, esto se conoce como CRUCE DE VALVULAS O TRASLAPE VALVULAR; su finalidad es conseguir un mejor llenado del cilindro con mezcla fresca aprovechando la inercia de las columnas de gases tanto de admisión como de escape.
El valor en grados del cruce de válvulas, se obtiene sumando el ángulo de avance a la apertura de admisión (AAA) y el ángulo de retardo al cierre de escape (RCE); ambos medios en grados de giro del cigüeñal, en nuestro ejemplo será:
AAA = 16° + RCE = 16° = CRUCE DE VALVULAS = 32°
A su vez se comprueba que el tiempo entre la apertura y cierre de cada válvula, es mayor que el correspondiente a una carrera del pistón o 180° de giro del cigüeñal. La duración real de los tiempos de admisión y escape para nuestro ejemplo es:
ADMISION- AAA (antes del PMS) 16°- CARRERA DE ADMISION 1/2 vuelta del cigüeñal) + 180°- RCA (después del PMS) 60°DURACION DE LA ADMISION 256°
ESCAPE
- AAE (Antes del PMI) 64°- CARRERA DE ESCAPE (1/2 vuelta del cigüeñal) + 180°- RCE (después del PMS) 16°
DURACION DEL ESCAPE 260°
Aquí gráficamente podemos ver de acuerdo al decalaje o desfasaje angular sobre su eje de las respectivas levas, el cruce de válvulas producido entre la apertura de admisión y el cierre de escape; este ángulo medido sobre el árbol de levas es igual a la mitad de que se produce en el cigüeñal debido a la ya mencionada relación de transmisión 2:1 entre ambos.




En la distribución clásica, la leva está destinada a PRODUCIR LA APERTURA de la correspondiente válvula - de acuerdo al perfil de su flanco de alzada - y a CONTROLAR EL CIERRE de la misma - provocando por el respectivo resorte - según su flanco de descenso.
Tres elementos básicos constituyen una leva:
- La circunferencia de base- Los flancos de alzada y descenso- La nariz o crestaLa circunferencia de base, en su porción comprendida entre los puntos de empalme con los flancos, corresponde al período de válvula cerrada; por construcción tiene un diámetro mayor en 1 al 1.5 mm que el núcleo resistente o eje del árbol de levas. Esto se hace para que el botador (puntería) no actué sobre dicho núcleo, para que la piedra de rectificar no "coma" material del mismo y para empalmar suavemente los planos laterales de las levas con el eje, mediante un radio no menor de 1 mm.
Los flancos de alzada y desceso están formados por arcos de circunferencia convexos, siempre que el botador o elemento de empuje tenga su cara de contacto plana; caso contrario, por ejemplo botador de rodillo, los flancos serán planos.
La nariz, en la gran mayoría de los motores, está formado por un arco de circunferencia, cuyo principio y fin empalman tangencialmente con los flancos de alzada y descenso.
En algunos casos, con objetos de suavizar impactos y ruidos de la distribución en motores equipados con botadores mecánicos; se construyen levas dotadas de rampas espirales, crecientes y decrecientes, que preceden y suceden a los flancos de alzada y descenso respectivamente. En dichos motores, cuando se ajusta la luz de válvulas, deben sequirse cuidadosamente las instrucciones del fabricante y no guiarse por el método tradicional de válvulas en balanceo en un determinado cilindro para la calibración en otro correspondiente.
Levas Vs Botadores.
Desde el punto de vista operativo, es necesario dotar de ciertas características geométricas especiales a las áreas de contacto entre levas y botadores, por ello en casi todos los casos, las levas tienen una forma levamente cónica, asumiendo valores entre 0.0175 y 0.05 mm (.007" y .002"); en tanto que los botadores presentan su cara de contacto con la leva rectificada en forma esférica con una corona de 0.05mm (.002").
Los botadores posicionados en el motor, quedan desplazados de los centros de las levas esta configuración más las características mencionadas en el párrafo anterior provocan el giro de los botadores, lo que ha su vez genera un área de contacto mayor entre sí mismos y sus correspondientes levas, de esta manera disminuye la carga unitaria y por lo tanto el desgaste; además, se evita la carga sobre los bordes de las levas, causante de la mayoría de fallos y roturas.
Desgaste del árbol de levas.
El árbol de levas cumple un duro trabajo, en su giro debe empujar todo el tren de válvulas, venciendo no sólo la tensión de los resortes sino también la masa correspondiente de los demás componentes y ciertas presiones internas de los cilindros. Adicionalmente, comanda la boma de aceite, el distribuidor, la bomba de gasolina y, en algunos motores diesel, sincroniza e impulsa la inyección. Todo ello se traduce en esfuerzos de torsión y flexión.
Pocas veces consideramos su real importancia, ya que como producto de fina tecnología, no da problemas. No obsante, su desgaste es inevitable y debe de ser cuidadosamente verificado.
Las levas, se medirán con micrómetro, comparando entre sí los lóbulos de admisión y los de escape, en búsqueda de diferencias; obsérvese simultáneamente el grado y tipo de desgaste que presentan, siempre en relación con sus botadores; una franja de contacto sobre el centro de cada leva es lo correcto; si se advierte contacto sobre o cerca de los bordes, picaduras, desprendimientos, etc., el árbol de levas debe ser reemplazado.
Los apoyos, se verificarán dimensionalmente, una deformación o desgaste mayor de 0.025mm (.001") obligan a su rectificación y a la instalación de nuevos bujes, terminados, de la medida correspondiente. Recuérdese que una causa frecuente de baja presión de aceite, son los huelgos anormales entre cojinetes y apoyos del árbol de levas.
Inspecciónese visualmente el resto de las partes, engranaje, cuñeros, etc. Siempre que se reemplace el árbol de levas deben reemplazarse los botadores y viceversa.