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Las tolerancias de mecanizado en el lóbulo de un árbol de levas se mantienen habitualmente en unas pocas centésimas de milímetro, sin embargo, un perfil de lóbulo que está ligeramente desviado puede cambiar la calidad del motor en ralentí, la potencia de tracción y el ahorro de combustible. Es por eso que a menudo se describe al árbol de levas como el cerebro mecánico del tren de válvulas. En un motor de cuatro tiempos, el cigüeñal gira dos veces por cada ciclo de combustión completo, mientras que el árbol de levas gira una vez. Los lóbulos del árbol de levas deciden exactamente cuándo se abre cada válvula de admisión y de escape, hasta qué punto se abre y cuánto tiempo permanece abierta.
Entonces, la respuesta más simple a la pregunta "¿qué es el árbol de levas de un automóvil?" es la siguiente: es el componente del motor el que convierte la rotación en un movimiento de válvula sincronizado con precisión. Su geometría de lóbulo y calidad de mecanizado determinan cómo respira el motor en cada velocidad del cigüeñal, y todo lo demás (caballos de fuerza, curva de torsión, estabilidad en ralentí, emisiones) se deriva de ese trabajo básico.
Físicamente, un árbol de levas es un eje largo con un lóbulo excéntrico para cada válvula, además de cojinetes espaciados a lo largo de su longitud. Los lóbulos no son redondos; cada uno tiene un círculo base, una rampa y una nariz. A medida que el eje gira, cada lóbulo empuja contra un seguidor, un balancín o un taqué de válvula. La válvula se levanta contra su resorte y cuando el lóbulo gira más, el resorte cierra la válvula. Esta conversión de rotativo a alternativo es el mecanismo del que depende todo motor de pistón, razón por la cual el perfil del lóbulo es el elemento de diseño más importante de todo el tren de válvulas.
Cuatro parámetros describen lo que realmente hace un lóbulo:
Los mismos cuatro números aparecen en todas las hojas de especificaciones de árboles de levas importantes, ya sea que se trate de una pieza para un automóvil urbano compacto o un motor de gran cilindrada.
Un motor de cuatro tiempos dispara cada cilindro una vez cada dos revoluciones del cigüeñal, por lo que el árbol de levas se acciona en una relación fija de 2:1 con respecto al cigüeñal a través de una correa de distribución, una cadena o un juego de engranajes. Por lo tanto, la sincronización de válvulas permanece bloqueada en la posición del pistón. Cualquier resbalón, estiramiento o salto de dientes en el sistema de transmisión altera esa relación e inmediatamente se manifiesta como problemas de ralentí, fallas de encendido o ruidos inusuales en el tren de válvulas.
El lugar donde se asienta el árbol de levas cambia la estructura del tren de válvulas y también cambia la forma en que se realizan el mantenimiento y el reemplazo. Los motores de los automóviles de producción utilizan principalmente tres diseños.
| Diseño | Ubicación del árbol de levas | Partes móviles primarias | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| OHV (varilla de empuje) | Dentro del bloque del motor | Varillas de empuje y balancines | V8 de gran cilindrada y motores de batalla |
| SOHC | Una leva en la culata | Seguidores o pequeños balancines | Coches económicos y camionetas ligeras. |
| DOHC | Dos levas por culata | Seguidores de cucharón o dedo de acción directa | La mayoría de los turismos modernos tienen cuatro válvulas por cilindro. |
Los motores de levas en cabeza simples mantienen la leva cerca de las válvulas y reducen la masa en movimiento, mientras que las cabezas de levas en cabeza dobles permiten cuatro válvulas por cilindro y facilitan la distribución variable de válvulas. La mayoría de los turismos modernos utilizan DOHC por ese motivo. En muchos motores DOHC, un sincronizador de válvulas variable gira ligeramente la leva de admisión en relación con el cigüeñal para ampliar la banda de potencia útil. El fáser y la rueda de activación del sensor de posición del árbol de levas añaden dos puntos de compatibilidad que un árbol de levas de repuesto debe coincidir.
El lóbulo de un árbol de levas trabaja bajo una presión de contacto concentrada en la interfaz del seguidor o del balancín, mientras que el eje también soporta cargas de torsión y flexión provenientes de los pulsos de disparo. Por eso la selección del material y el tratamiento térmico son más importantes que la apariencia de la pieza. Un árbol de levas que parece perfectamente normal puede fallar prematuramente si la dureza de la superficie es demasiado baja o la capa endurecida es desigual.
| Material | Tratamiento superficial | Resistencia y durabilidad | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| Hierro fundido enfriado | Superficies de lóbulos endurecidas en frío en el proceso de fundición | Buena resistencia al desgaste a un costo moderado. | Árboles de levas para turismos producidos en serie |
| Hierro fundido nodular (dúctil) | Endurecimiento, nitruración o endurecimiento por inducción | Mayor tenacidad y buena vida a la fatiga. | Motores cargados y aplicaciones diésel. |
| Acero forjado o palanquilla | Carburación o nitruración | Máxima resistencia y calidad constante del material | Motores de alto rendimiento y carga |
Los árboles de levas de producción generalmente se especifican con un rango de dureza en lugar de un mínimo simple, porque un lóbulo demasiado duro puede desgastar los seguidores, mientras que un lóbulo demasiado blando se desgasta rápidamente. Después de más de 25 años de producción exclusivamente de árboles de levas, tratamos la verificación de materiales y el control del tratamiento térmico como un solo sistema. KORBOR ejecuta el proceso completo desde la fundición en bruto hasta el mecanizado terminado, por lo que cada lote se mide según los mismos estándares internos.
Porque enviamos más de 2,3 millones de conjuntos de árboles de levas Cada año, las inspecciones por muestreo por sí solas no son suficientes. Seguimos la IATF 16949:2016 con una política de producción sin defectos, que coloca el control de calidad dentro de cada estación de trabajo en lugar de al final de la línea. Nuestro rutinas de control de calidad documentadas cubren pruebas de dureza, inspección dimensional, verificación del perfil del lóbulo y comprobaciones de descentramiento en cada lote.
Un árbol de levas correctamente lubricado y fabricado puede durar toda la vida útil de un motor típico. Las fallas aparecen cuando se interrumpe el suministro de aceite, el aceite está contaminado, la presión del resorte de la válvula es excesiva o el tratamiento térmico es marginal. El desgaste del lóbulo es el modo de falla más común; Las picaduras, raspaduras y lóbulos aplanados aparecen primero como un tictac metálico proveniente de la parte superior del motor.
Un árbol de levas averiado rara vez es una pieza aislada. Cuando lo reemplace, inspeccione los seguidores, los elevadores, las varillas de empuje y la transmisión de sincronización al mismo tiempo, porque el patrón de desgaste indica qué más está estresado. Verifique también el descentramiento del muñón y la rectitud del eje; un árbol de levas ligeramente doblado provoca atascos, desgaste acelerado de los cojinetes y comportamiento errático de la sincronización variable de válvulas. Para muchas aplicaciones convencionales, la geometría ya está bien definida, por lo que una unidad compatible con OEM como la KB014 Árbol de levas Toyota es un punto de partida confiable para una reparación estándar.
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El ajuste también incluye los componentes alrededor del eje. En un motor DOHC con sincronización variable de válvulas, el fáser, la rueda del gatillo del sensor y los muñones de los cojinetes tienen que coincidir, razón por la cual una pieza como el Árbol de levas KB1181 Ford se mantiene específico para un código de motor definido en lugar de venderse como un accesorio genérico.
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