Árbol de Levas Explicado: Funciones Clave, Diseño e Impacto en el Rendimiento del Motor

Desde el inicio del motor de combustión interna, el árbol de levas es uno de los componentes importantes. Hasta este siglo XXI, su principio de funcionamiento sigue siendo el mismo en motores de automóvil.

Los árboles de levas son componentes simples: una varilla o eje de longitud, teniendo algunos lóbulos de leva individuales posicionados a lo largo. Con estos lóbulos, el eje se llama levas.

El eje rota permitiendo que la forma del lóbulo actúe sobre una válvula. Es responsable de empujar contra las válvulas que abren y cierran las carreras de compresión y escape. La velocidad de rotación controla la tasa de sus acciones.

Hoy veremos la definición, principio de funcionamiento, fabricación, partes y problemas del árbol de levas en un motor de automóvil.

¿Qué es un Árbol de Levas?

Un árbol de levas consiste en una varilla cilíndrica que recorre la longitud de la bancada de cilindros. Este funcionamiento del árbol de levas se logra con varios lóbulos a lo largo de su longitud. Un lóbulo para cada válvula. Estos lóbulos fuerzan la válvula a abrir presionando sobre ellas.

Se usa algún mecanismo intermedio para el cierre de la válvula. A medida que el árbol de levas rota, hay resortes colocados para cerrar la válvula. Esto ocurre cuando los lóbulos alcanzan su punto más alto en la varilla de empuje, momento en que la válvula está completamente abierta. El resorte tira de la válvula hacia atrás, causandone el cierre.

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Este principio de funcionamiento del árbol de levas es diferente en vehículos modernos.

Los motores de combustión interna modernos encuentran el árbol de levas inútil en su funcionamiento. Su calibración controla la cantidad de mezcla aire-combustible que entra en la cámara. Esta mezcla entra a nivel preciso. Después de la combustión, el gas de escape sale de la cámara, dando paso a la siguiente mezcla.

Este diseño no solo afecta la eficiencia y operación del motor. El movimiento del pistón del motor se supone que debe estar perfectamente sincronizado para la apertura y cierre de las válvulas. Tiene un efecto drástico en el rendimiento del vehículo.

Los árboles de levas están conectados a través de una correa o cadena de distribución para asegurar su sincronización y giro. Mueve directamente los pistones dentro del cilindro. El diseño de trabajo de los lóbulos del árbol de levas también controla la velocidad a la que las válvulas abren y cierran. Así, este es el principio de funcionamiento del árbol de levas en motores modernos.

El video a continuación da más explicación sobre el funcionamiento de los árboles de levas:

Material del Árbol de Levas:

Los árboles de levas se fabrican con metal para obtener rigidez. El hierro fundido se usa, ya que ofrece tal resistencia, usado para producción en masa. Los árboles de levas de hierro enfriado (chilled iron) tienen buena resistencia al desgaste, ya que el proceso de enfriamiento endurece el material.

Algunos otros elementos se añaden al hierro antes de fundir para obtener propiedades más adecuadas para su aplicación.

El acero billet es usado por fabricantes cuando se requiere alta calidad y producción de bajo volumen. Aunque es más lento y costoso que otros métodos.

Su método de construcción es forja, fundición, mecanizado (torno o fresadora). Se pueden usar diferentes barras de acero.

Relación entre Árbol de Levas y Cigüeñal

Esta relación de dos sistemas de accionamiento: rotación del árbol de levas y cigüeñal. Debido a que la válvula controla el flujo de la mezcla aire/combustible de admisión y gases de escape. Esta válvula, controlada por el árbol de levas para la apertura y cierre apropiados durante la carrera del pistón.

Esta es la razón por la que el árbol de levas está conectado al cigüeñal, directamente a través de un mecanismo de engranajes. También se conecta indirectamente vía correa o cadena llamada correa de distribución o cadena de distribución. El mecanismo directo es inusual debido a su coste.

Partes principales del árbol de levas

A continuación, las principales partes del árbol de levas:

Muñones principales (Main Journals): La potencia producida por el árbol de levas viene de una rotación constante. La función de los muñones es mantener el árbol de levas en su lugar mientras gira alrededor del vano motor.

Lóbulos (Lobes): al girar, los lóbulos rotan junto con el movimiento del pistón. Las funciones de los lóbulos son abrir y cerrar las válvulas para los gases de admisión y escape. La velocidad de los lóbulos de la leva depende de las velocidades del motor.

Extremos (Ends): el extremo frontal del árbol de levas está diseñado para llevar la correa que conecta con el cigüeñal. El extremo trasero del árbol de levas gira el distribuidor del motor con un engranaje especial. La sincronización del encendido en sintonía con el resto del motor con esta parte.

Cojinetes (Bearings): se montan en conjunto con los muñones principales. Ayudan a prevenir que el árbol de levas dañe el bloque del motor cuando el motor se vuelve defectuoso. Los cojinetes ayudan a mantener la rotación del árbol de levas sin problemas.

Causas de fallo del árbol de levas y su prevención

Hay varios problemas que pueden desarrollarse en el árbol de levas. Si sus problemas no se notan, pueden causar que el motor se averíe completamente. A continuación, las principales causas de fallo del árbol de levas:

• Desgaste de lóbulos.
• Rodaje inadecuado (improper break-in).
• Elevadores de aceite con un árbol de levas nuevo.
• Interferencia mecánica: ocurre como atado de resorte helicoidal, retenedor a sello, válvula a pistón, interferencia, y ranura de brazo basculante a perno.
• Árbol de levas roto.
• Juego axial excesivo.
• Pasadores o chavetas rotas.
• Presión de resorte de válvula incorrecta.

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Síntomas de sensor de posición de árbol de levas defectuoso

El sensor de posición en un árbol de levas da información sobre la condición del árbol de levas. La información se envía al módulo de control del motor del vehículo (ECM). Este ECM usa los datos obtenidos para determinar el tiempo de encendido. También nota la inyección de combustible que el motor requiere.

Así, este sensor ayuda al motor a funcionar correctamente. También notifica al usuario sobre la condición del motor debido a la información recibida.

Sin embargo, el sensor de posición del árbol de levas puede fallar, debilitarse o desgastarse. Esto puede ocurrir debido a accidente o desgaste normal. A continuación, las señales de advertencia de un sensor de posición de árbol de levas a tener en cuenta antes de que falle y dañe el motor.

• La conducción del vehículo cambia completamente
• El vehículo podría no arrancar incluso
• Luz de motor (check engine) necesita revisión

Eso es todo para este artículo "funcionamiento, partes, construcción, problemas del árbol de levas, etc." Espero que se haya adquirido el conocimiento; si es así, comenta, comparte y recomienda este sitio a otros estudiantes técnicos. ¡Gracias!