El sistema de distribución regula la entrada y salida de los gases en el cilindro, abriendo y cerrando las válvulas de admisión y escape de forma sincronizada con el cigüeñal.
COMPONENTES:
Los elementos que constituyen la distribución son los siguientes:
- Arbol de levas
- taques
- balancines
- valvulas
- resorte de valvulas
- mandos de la distribucion
DESCRIPCION:
ARBOL DE LEVAS
El árbol de levas o eje de levas es el órgano del motor que controla la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y de escape. Está constituido por un eje de acero al carbono forjado y cementado en el que están mecanizadas las levas para la apertura de las válvulas y otras para dar movimiento a otros órganos. El árbol de levas recibe movimiento desde el cigüeñal.
1.excentricas 2.soportes
Las levas o excéntricas provocan un movimiento oscilatorio del elemento causante de la apertura de la válvula. El elemento que provoca la apertura de la válvula, cuando está sujeta a un movimiento rectilíneo de traslación, recibe el nombre de Taque.
perfil excentrica de un arbol de levas
El perfil de la leva determina el momento de las aperturas de las válvulas, los tiempos de apertura y la elevación de las mismas.
Los perfiles de las levas para las válvulas de admisión suelen ser distintos a los de las levas para el escape. El perfil de la leva se divide en tres partes:
- Un trazo circular que se define como zona de reposo que corresponde al cierre de la válvula (que hace parte del círculo base).
- Un trazo circular de radio más pequeño, llamado cabeza de la leva, que corresponde a la zona de máxima apertura.
- Dos trazos rectilíneos o curvilíneos tangentes a los dos círculos anteriores (base-apertura máxima), llamados flancos de la leva que corresponden respectivamente a la elevación y al descenso de la válvula (apertura-cierre de la válvula).
La zona de reposo está disminuida de un determinado valor para permitir un cierto juego de funcionamiento entre la válvula y el taque, aún cuando se produzca la dilatación de esta zona debido a las temperaturas de funcionamiento.
zonas del perfil de una leva
La elevación y los tiempos de apertura de la válvula definidos por el perfil y la dimensión de la leva.
Teóricamente, se obtiene el máximo resultado si se consigue abrir y cerrar instantáneamente las válvulas y se mantienen en posición de elevación máxima durante todo el período de admisión y escape del motor.
El movimiento de apertura y cierre de las válvulas se realiza empujando el vástago de la válvula con la fuerza suficiente como para vencer la acción del muelle, gracias a los cuales, cuando deja de haber empuje, vuelven otra vez a su posición de cierre.
1 -2 Aceleración positiva.
2 -3 Aceleración negativa.
3 -4 Aceleración positiva.
4 -5 Aceleración negativa.
TAQUES
taque hidraulico : fase de descarga
Cuando la leva del árbol actúa sobre el vaso (1) y por consiguiente sobre el émbolo (2), el aceite atrapado en la cámara (6), al cerrarse la válvula de bola (4), transmite el movimiento del émbolo (2) directamente al manguito (3) y por consiguiente a la válvula. En esta fase, debido a la alta presión a la que está sometido, parte del aceite presente en la cámara (6), se filtra a través de una lumbrera mínima existente entre el émbolo (2) y el manguito (3).
En la fase de cierre de la válvula, para que el empujador, debido a la acción del muelle (5), siga el perfil de la leva, se crea una depresión en el interior de la cámara (6) que provoca la apertura de la válvula de bola (4), permitiendo la entrada de aceite. El aceite que entra en la cámara (6) sustituye el que se filtra en la fase anterior de apertura de la válvula.
taque hidraulico : fase de carga
Por lo visto hasta aquí, se comprende que al accionar la leva o el balancín sobre el empujador, por la propiedad de incomprensibilidad de los líquidos, el aceite actúa de transmisor del movimiento ya que éste no puede fluir hacia el exterior por la acción de la válvula de retención. Las dilataciones térmicas del sistema quedan compensadas mediante las fugas de aceite estrictamente calculadas entre el pistón y el cuerpo del empujador.
Cuando el empujador va montado directamente sobre la cola de la válvula, por el mayor peso de éste respecto a un empujador normal, se limita el número máximo de r.p.m. del motor al tener el empujador hidráulico mayores inercias.
BALANCINES
Tienen la misión de transformar el movimiento lineal del empujador o en su caso circular de la leva,en un movimiento oscilatorio con el que acciona directamente la válvula. Están construidos generalmente en acero o aleación de aluminio. En uno de sus extremos normalmente existe un dispositivo que permite la regulación del juego de las válvulas.
El eje de balancines que suele ser hueco y cerrado en sus extremos, lleva una serie de orificios que coinciden con los cojinetes o rodamientos de los balancines, por los que sale el aceite de lubricación.
eje de balancines
VALVULAS
VALVULAS
Las válvulas de los motores de combustión interna son los órganos que controlan la admisión y el escape de los gases en la cámara de combustión mediante su apertura y cierre. Están dotadas de un movimiento alternativo, abriéndose hacia el interior de la cámara de combustión. La estanqueidad del cierre se ve favorecida por la presión de los gases en la cámara de combustión que inciden en ellas.
La cabeza es solidaria al vástago o cola de la válvula con un amplio radio de unión para reducir el efecto de entalladura y del mismo modo facilitar el flujo de calor hacia el propio vástago. Este último elemento es cilíndrico y sirve para guiar el movimiento y transmitir a la cabeza la carga del muelle de retorno, por medio de los semiconos.
1. Semiconos.
2. Platillo superior.
3. Muelle.
4. Platillo inferior.
Las válvulas durante su funcionamiento están sometidas a unas solicitaciones térmicas muy elevadas, debiendo soportar las temperaturas generadas durante la combustión y una temperatura media de trabajo de unos 700º a 800º C en la válvula de escape y de unos 200º a 300º C en la válvula de admisión. Las válvulas de admisión se fabrican generalmente de acero al cromo-silicio y las de el escape de acero al cromo - níquel que es un material más resistente al calor. Los asientos de las válvulas se recubren con estelita que es una aleación de cobalto y cromo, para aumentar su resistencia al desgaste. En los motores de altas prestaciones las válvulas de escape, con el fin de mejorar su refrigeración, se fabrican huecas y se rellenan de sodio.
Gracias a la buena conductibilidad térmica del sodio se consigue que el calor de la cabeza de la válvula se evacue mejor por el vástago, evitando de este modo puntos calientes en la cámara de explosión obteniendo así una reducción de la solicitación térmica.
Las válvulas se refrigeran mucho mejor si su diámetro es reducido (al ser menor la superficie expuesta a los gases de escape en relación a la superficie de contacto con su asiento) y si la longitud de la guía y el diámetro del vástago son mayores (al ser mayor la superficie de transmisión de calor).
Esta es una de las razones por la que las válvulas de escape son de menor diámetro que las de admisión. Por ello es mejor utilizar dos válvulas de escape que una sola de diámetro mayor.
El calor que la válvula recibe de los gases calientes se disipa en un 75% por el asiento y el 25% restante por la guía.
DOS VALVULAS POR CILINDRO
Las válvulas se alinean si el árbol de levas está situado en el bloque, si está en la culata, las válvulas pueden alinearse, si la distribución es con un sólo eje o disponerlas en V, si la distribución es con un árbol con balancines, o con dos árboles.
TRES VALVULAS POR CILINDRO
Permite un mejor rendimiento volumétrico a altos regímenes de rotación, con un coste intermedio entre las dos y las cuatro válvulas por cilindro. La distribución puede ser con dos árboles o con uno sólo con balancines.
CUATRO VALVULAS POR CILINDRO
Es la solución que más se está utilizando en los motores de elevadas prestaciones y de reciente producción. Permite elevados rendimientos volumétricos y elevados regímenes de rotación, pero la potencia a bajos regímenes es peor. Este problema se reduce utilizando colectores modulares (longitud y capacidad variables) y variadores de fase. Es más costoso que los anteriores.
CINCO VALVULAS POR CILINDRO
Es una solución muy poco utilizada, que prima los elevados rendimientos volumétricos, pero con costes muy altos. Esta solución se utiliza en algunos motores de competición de Formula 1. En la culata de cinco válvulas la distribución es siempre de dos árboles; de las tres válvulas de admisión, la central está menos inclinada que las laterales, para que puedan controlarse con el mismo eje. Es evidente en este caso la ventaja de usar empujadores hidráulicos.
RESORTE DE VALVULAS
El resorte o muelle es un elemento mecánico que puede almacenar energía debido a las propiedades elásticas del material con el que ha sido fabricado.
Cualquiera que sea la forma y material del muelle, su comportamiento se pone de relieve con su curva característica, que expresa la relación entre la carga aplicada al muelle y la deformación que ésta le produce.
Tienen la misión de cerrar las válvulas y de mantenerlas cerradas mientras la leva no las abra. Tienen que ser lo suficientemente fuertes para que el cierre se realice lo antes posible y se eviten los rebotes de válvulas. Si por el contrario son extremadamente fuertes, las válvulas tenderán a clavarse sobre sus asientos.
Los muelles empleados para las válvulas son de tipo helicoidal y se montan con una cierta carga.
Están construidos, dadas las altas solicitaciones mecánicas a las que están sometidos, con aceros especiales de alta calidad. Los muelles de las válvulas se suelen pulimentar con el fin de eliminarles las estrías, que podrían provocarles la rotura por fatiga.
En los tramos donde la aceleración es positiva, es decir el empujador aumenta su velocidad, la inercia se opone a este movimiento, y se suma por lo tanto a la carga del muelle, que empieza a comprimirse.
Viceversa, donde la aceleración es negativa, el empujador reduce su velocidad, la inercia favorece el movimiento del empujador. Esta fuerza debe ser menor de la carga del muelle que debe mantener en contacto el empujador con la excéntrica.
Por lo tanto hay que dimensionar el muelle válvula para la velocidad máxima de rotación del motor, ya que la inercia varía con el cuadrado de la velocidad angular, y por lo tanto aumenta al aumentar la misma, mientras la carga del muelle, al ser proporcional a la compresión, permanece constante para una determinada elevación de la válvula.
En motores que giran a un alto número de r.p.m., las rápidas variaciones de aceleración impuestas por la leva provocan, debido a la elasticidad y resonancia de los muelles junto con las masas en movimiento, que las válvulas entren en flotación (rebote de válvulas) impidiéndose el cierre en el momento preestablecido por el diagrama de distribución, o incluso que la válvula toque la cabeza del pistón a regímenes elevados de revoluciones del motor.
Para evitar este fenómeno, concéntricamente al muelle se monta un segundo muelle más delgado pero con el arrollamiento en sentido opuesto, para que las vibraciones opuestas producidas por él, absorban las vibraciones del muelle principal, evitando de este modo que las válvulas entren así en flotación.
MANDOS DE LA DISTRIBUCION
El sistema de mando de la distribución depende esencialmente de la situación del árbol de levas, de la posibilidad constructiva y del espacio físico. Los sistemas utilizados en los motores son:
De engranajes.
De cadena.
De correa dentada.
POR ENGRANAJES
En los sistemas de engranajes se utiliza siempre un piñón solidario al cigüeñal y como mínimo otro solidario al árbol de levas que tiene doble número de dientes que el del cigüeñal. También se puede emplear una cadena cinemática de engranajes, esta a veces se utiliza para dar movimiento a diferentes órganos auxiliares (bomba de aceite, bomba de la servo-dirección, bomba inyectora de motores Diesel, etc.).
Para conseguir mayor uniformidad y menor rumorosidad en el funcionamiento, el dentado de los piñones es helicoidal, incluso para disminuir aún más la rumorosidad pueden montarse fabricados en fibras sintéticas, siempre que el par a transmitir no sea muy elevado.
POR CADENA
El sistema de mando de la distribución por cadena de rodillos se utiliza para transmitir el movimiento al árbol de levas, por adaptarse mejor al espacio físico del motor además de poder accionar varios órganos auxiliares a la vez. Cuando la longitud de la cadena es relativamente larga se acopla un tensor para mantener constante la tensión de funcionamiento. La cadena se tensa mediante un muelle regulable o mediante la presión del lubricante (tensor hidráulico).
POR CORREA DENTADA
Las correas de la distribución fueron introducidas por su mayor simplicidad de construcción y por el reducido ruido de funcionamiento.
Están fabricadas con neopreno estampado con refuerzo interior de fibras y recubiertas con un tejido resistente al rozamiento. Las fibras garantizan la estabilidad longitudinal, el neopreno constituye la parte elástica del dentado, mientras que el recubrimiento sirve para proteger la correa.
Existen de dentado simple o de doble dentado, si la parte dorsal de la correa controla determinados accesorios del motor.
También en este sistema, se montan tensores para mantener la correa a la tensión adecuada durante su funcionamiento, la tensión de éstos puede ser controlada por un dinamómetro, por muelles tarados (siendo estos dos sistemas bloqueados en el montaje de la correa) o por la presión de aceite del circuito de engrase del motor.
VALVULAS
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