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Indice del curso

 

La distribución
Se llama distribución al conjunto de piezas que regulan la entrada y salida de gases en el cilindro. Este sistema debe estar en perfecto sincronismo con el cigüeñal, para que las aperturas y cierres de las válvulas se produzcan con arreglo a las sucesivas posiciones del pistón dentro del cilindro y en los momentos adecuados.

La distribución esta formada por los siguientes componentes:

 

Tipos de distribución
Los sistemas de distribución se pueden clasificar dependiendo de la localización del árbol de levas. Hasta los años 80 los motores estaban configurados con el árbol de levas situado en el bloque motor. Actualmente prácticamente todos los motores tienen el árbol de levas montado en la culata.
La distribución se puede clasificar teniendo en cuenta la localización del árbol de levas en el motor:





 

 

Dentro del sistema OHC tenemos dos variantes:

Las válvulas pueden ser accionadas directamente por el árbol de levas a través de los empujadores o el accionamiento se puede hacer indirectamente a través de balancines y palancas basculantes. Podemos encontrarnos con las siguientes disposiciones en el accionamiento de las válvulas:

Mando de la distribución
El movimiento de rotación del árbol de levas se realiza directamente desde el cigüeñal, para la cual se emplean distintos sistemas de transmisión a base de:

El sistema que se adopta depende del tipo motor, situación del árbol de levas y costo de fabricación. En la actualidad se tiende, en la mayoría de los casos, a obtener una transmisión silenciosa.
Sea cual sea el tipo de transmisión empleada, como la velocidad de giro en el árbol de levas tiene que ser la mitad que en el cigüeñal, los piñones de mando acoplados a los árboles conducido y conductor tienen que estar en la relación 2/1, es decir, que el diámetro o número de dientes del piñón conducido (árbol de levas) tiene que ser el doble que el piñón conductor (cigüeñal).
El accionamiento de la distribución ademas de transmitir movimiento al árbol de levas, mueve también dependiendo de los motores: la bomba de agua, la bomba de inyección en caso de que el motor sea Diesel, como se ve en la figura inferior.

 

Actualmente también podemos ver el accionamiento de la distribución en motores con distribución variable, como se ve en la figura inferior.

 

Transmisión por ruedas dentadas
Cuando la distancia entre el cigüeñal y el árbol de levas es corta, la transmisión se realiza por medio de dos piñones en toma constante, que están en relación dimensional ya indicada. En este caso el giro de ambos árboles se realiza en sentido contrario, lo cual debe tenerse en cuenta para la puesta a punto de la distribución y del encendido.

Cuando la distancia entre el cigüeñal y árbol de levas es mucho mayor y no permite el acoplamiento directo de dos ruedas, se suele montar un tren simple de engranajes con una rueda intermedia. Este montaje consiste en disponer de un piñón intermedio que gira libre entre el piñón del cigüeñal y el piñón del conducido. Dicho piñón intermedio no interviene en la relación de transmisión, por lo que el número de dientes de esta rueda es indiferente, aunque suele ser el mismo que el del piñón conducido.
En este montaje el sentido de giro en ambos árboles es el mismo, porque la rueda intermedia cambia el sentido de giro que aporta el cigüeñal.
Para obtener una transmisión lo mas silenciosa posible se emplean piñones de dientes helicoidales que, al tener mayor superficie de contacto, ofrecen un mayor grado de recubrimiento y, por consiguiente, un engrane más suave y continuo. Para que aún sea mas silenciosa la marcha, en ocasiones se lubrican con aceite, montando el tren en el interior de un cárter cerrado herméticamente, llamado cárter de la distribución.
En motores destinados a turismos se suele construir el piñón intermedio de material plástico, a fin de evitar el contacto directo entre ruedas metálicas.

En motores modernos con árbol de levas en la culata se pueden encontrar algunos sistemas de distribución accionados por piñones. Como la distancia entre el cigüeñal y el árbol de levas es muy grande hacen falta unos cuantos piñones intermedios capaces de transmitir el movimiento entre los distintos dispositivos del motor. En la figura inferior se puede ver el accionamiento de la distribución de un motor Diesel 2.8 L. 4 cyl. inyección directa.

 

Transmisión por cadena de rodillos
La cadena sirve para transmitir el movimiento entre el cigüeñal y el árbol de levas independientemente de la distancia que exista entre ambos. Por lo tanto la cadena se puede utilizar tanto si el árbol de levas va situado en el bloque motor o en la culata.
La distribución por cadena lleva dos piñones principales situados en el cigüeñal y el árbol de levas. El piñón del cigüeñal arrastra la cadena que a su vez arrastra los demás piñones. La cadena de rodillos puede ser simple o doble.
La cadena tiene la ventaja de su larga duración y menor mantenimiento, pero tiene el inconveniente de que la cadena con el tiempo se desgasta esto provoca que aumente su longitud, produciendo un desfase en la distribución y un aumento en el nivel de ruidos. Estos inconvenientes son mas apreciables cuanto mas larga sea la cadena.
Las cadenas utilizadas para accionar la distribución pueden ser como se ver en la figura inferior: cadena de rodillos y cadena silenciosa.

 

En la figura inferior podemos ver el accionamiento de la distribución de un motor con el árbol de levas en el bloque (OHV).

 

En la figura inferior podemos ver el accionamiento de la distribución de un motor con el árbol de levas situado en la culata (OHC).

En la figura inferior podemos ver el accionamiento de la distribución de un motor con el árbol de levas situado en la culata (OHC).

Se utiliza un tensor de cadena para mantener la cadena tirante y compensar los efectos del desgaste. La cadena cuando arrastra los distinto piñones que conforman el accionamiento de la distribución se mantiene tensa por un lado mientras que por el otro esta destensada. En la parte que queda destensada es donde se instala el tensor. La posición del sensor dependerá por lo tanto del sentido de giro del motor.

 

Accionamiento por correa dentada
Es el sistema de accionamiento mas utilizado actualmente. Tiene la ventaja de un costo relativamente económico, con una transmisión totalmente silenciosa, pero con el inconveniente de una duración mucho mas limitada (80.000 a 120.000 km.).
En los motores actuales, es tendencia generalizada montar el árbol de levas en la culata (OHC, DOHC), por lo que el accionamiento de la distribución se hace con correas de gran longitud. El material de las correas dentadas es el caucho sintético y fibra de vidrio (neopreno), que tienen la característica de ser flexibles para adaptarse a las poleas de arrastre y por otra parte no se estiran ni se alteran sus dimensiones. También tienen la ventaja de tener un funcionamiento muy silencioso, son mas ligeras, mas fácil de reemplazar y no necesitan engrase.

Estructura
Estas correas tienen una estructura compleja (figura inferior), se fabrican de vitrofibra o con alma de acero laminado trenzado (cuerdas longitudinales), recubierto con caucho sintético o neopreno, que es resistente al desgaste. El dorso de la correa (parte exterior) protege las cuerdas de tracción y se fabrica de un material (como el policloropreno) resistente a la abrasión y acciones de agentes externos, como el aceite.


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Los dientes, que pueden ser redondeados o trapezoidales, están moldeados en la pieza para obtener una tolerancia menor que la normal y tener un revestimiento muy resistente que proporcione una larga vida de funcionamiento a la correa. Esta combinación de diseño y construcción da como resultado una correa que se estira poco con el uso.

 

Válvulas
Las válvulas son elementos que abren y cierran los conductos de admisión y escape sincronizados con el movimiento de subida y bajada de los pistones. A su vez mantiene estanca o cerrada la cámara de combustión cuando se produce la carrera de compresión y combustión del motor.
Se utilizan dos válvulas por lo menos para cada cilindro (una de admisión y una de escape), aunque actualmente hay muchos motores con 3, 4 y hasta 5 válvulas por cilindro.

 

En la figura inferior se puede ver distintas configuraciones del numero de válvulas por cilindro.


Las válvulas están constituidas por una cabeza mecanizada en todo su periferia, con una inclinación o conicidad en la superficie de asiento, generalmente de 45º, que hace de cierre hermético sobre el orificio de la culata. Unido a la cabeza lleva un vástago o cola perfectamente cilíndrico, cuya misión es servir de guía en el desplazamiento axial de la válvula, centrar la cabeza en su asiento y evacuar el calor de la misma durante su funcionamiento. En la parte del pie de la válvula lleva un rebaje o chavetero para el enclaje y retención de la válvula sobre la culata.

 

Las válvulas se fabrican de aceros especiales con grandes contenidos de cromo y níquel, que le dan una gran dureza, pues tienen que soportar grandes esfuerzos y resistir el desgaste y las corrosiones debidos a las grandes temperaturas a que están sometidas.
La válvula de admisión puede llegar a temperaturas de funcionamiento de 400 ºC y eso que es refrigerada por los gases frescos de admisión.
La válvula de escape esta sometida al paso de los gases de escape por lo que puede alcanzar temperaturas de hasta 800 ºC. Para soportar estas temperaturas, tiene que estar fabricada con materiales que soporten estas condiciones de trabajo.
El calor que soportan las válvulas es evacuado en mayor parte a través de los asientos en la culata, el resto es evacuando a través de las guías de las válvulas. Para evacuar mas calor las dimensiones de las guías son distintas dependiendo que sea para la válvula de escape o de admisión. La guía utilizada para la válvula de escape será mas larga para evacuar mas calor
El la mayor parte de los motores, las válvulas de admisión tienen la cabeza con mayor diámetro que las de escape, para facilitar el mejor llenado del cilindro. Las válvulas de escape, por el contrario, suelen hacerse con menor diámetro de cabeza para darle mayor consistencia, ya que estarán sometidas a las elevadas temperaturas de la salida de los gases. Por esta causa, en algunos casos, el vástago es hueco y esta relleno de sodio, que tiene la propiedad de que con el calor se hace líquido y transmite muy bien el calor, con lo que se consigue que la elevada temperatura de la cabeza de la válvula se disipe rápidamente a través del vástago. El sodio tiene un bajo punto de fusión (97 ºC) y es muy buen conductor del calor. Al calentarse el sodio se funde y pasa a estado líquido, con el movimiento de subir y bajar de la válvula, el sodio se desplaza dentro de la válvula transmitiendo el calor de la cabeza hacia el vástago. Se consigue así rebajar en mas de 100 ºC la temperatura de la cabeza de la válvula.

Dimensiones de las válvulas
El diámetros de la cabeza de la válvula de admisión siempre será mayor que la de escape, para dejar entrar la mayor cantidad de masa gaseosa en el cilindro. Sin embargo el diámetro de la válvula de escape es menor por que la salida de los gases de escape se hace a presión empujados por el pistón.
La válvula de admisión tiene un diámetro entre un 20 y 30% mayor que la válvula de escape. Las medidas mas importante de las válvulas son:

 

Tipos de válvulas
Las válvulas se caracterizan por la forma de la cabeza o por disponer de unas características especiales en cuanto a su fabricación. Las mas empleadas en automoción son las siguientes:

Válvulas especiales
Dentro de este grupo está la válvula con deflector, que se emplea como válvula de admisión en los motores donde se necesita dar una orientación adecuada a los gases cuando entran en el cilindro. También dentro de este grupo estarían las válvulas refrigeradas por sodio.

 

Montaje y disposición de las válvulas en la culata
El montaje de las válvulas se realiza generalmente sobre la culata. Estas se deslizan dentro de las guías que están alojadas fijamente sobre la culata. La válvula es empujada por el muelle que la mantiene pegada contra su asiento. El muelle por un lado se apoya sobre la culata y por el otro es retenido por una cazoleta que es fijada a la cola de la válvula mediante unos semiconos o chavetas.

La disposición de las válvulas en el motor sobre la culata puede adoptar diferentes configuraciones:

 

Como se puede ver en la figura inferior la disposición de las válvulas de admisión y escape no siempre es la misma.


Debido a construcción de motores multiválvulas, la disposición de las mismas adopta distintas disposiciones como se puede ver en la figura inferior. Para saber mas sobre motores multiválvulas visitar el articulo que tenemos publicado en la web.

Asientos de válvulas
Son piezas postizas colocadas a presión sobre la culata y sobre las cuales asientan las válvulas para lograr el cierre hermético de la cámara de combustión. Los asientos se montan porque el material de la culata es excesivamente blando respecto al de la válvula y no puede soportar el continuo golpeteo a esta sometido el asiento durante el funcionamiento.
El material empleado para fabricar los asientos es la fundición gris centrifugada y nitrurada, aleada con cromo-niquel para obtener una elevada dureza y resiliencia.
El montaje de estas piezas se efectúa a presión por medio de un ajuste térmico que consiste en calentar la zona de la culata donde va situada la pieza postiza para que se dilate. La pieza a ensamblar se mantiene en un baño de hielo seco para su contracción. Una vez colocados los asientos en su alojamiento, el calor de la culata se transmite a las piezas postizas, de forma que, al contraerse la culata y dilatarse las piezas, éstas quedan perfectamente ajustadas a presión.
En algunas culatas de hierro fundido, los asientos se tornean directamente sobre la misma culata.

 

Guías de válvulas
Las guías de válvula, al igual que las piezas postizas, son unos casquillos cilíndricos que se insertan a presión en la culata siguiendo el mismo proceso indicado anteriormente. En algunas culatas de fundición, la guía se mecaniza directamente sobre el propio material.


Su misión es servir de guía al vástago de la válvula durante su apertura y cierre, evitar el desgaste de la culata y transmitir el calor de la válvula al circuito de refrigeración.
El material empleado en la fabricación de guías se válvula es el "nilresiste", aleación parecida a la de los asientos de piezas postizas. (fundición gris al cromo-vanadio), que presenta además las siguientes características:

Las dimensiones de estas guías deben permitir un ajuste muy preciso con el vástago de la válvula, con el fin de garantizar un deslizamiento suave y, a la vez, evitar fugas de gases a través de una excesiva holgura. En válvulas de admisión suele darse un ajuste de montaje que corresponde con la holgura máxima de 0,05 a 0,07 mm, y en las válvulas de escape, debido a su mayor dilatación, suele darse una holgura de 0,07 a 0,1 mm. Ambas piezas exigen una calidad superficial elevada.
El juego entre el vástago de la válvula y la guía ha de calcularse para que permita la dilatación del vástago, por lo que la holgura suele ser mayor para la válvula de escape. Por otra parte, debe evitarse el excesivo paso de aceite que terminaría quemandose en el cilindro y formando depósitos de carbonilla. El paso de aceite es más importante a través de las guías de las válvulas de admisión, debido a la depresión que existe cuando la válvula esta abierta. El consumo de aceite se reduce colocando retenes en la parte superior de las guías.
En cuanto a su longitud, las guías de admisión suelen ser más cortas que las de escape y tienen una longitud (I) variable que oscila en función del desplazamiento (h) de válvula.

 

Muelles de válvula
Estos muelles sirven para mantener siempre cerradas las válvulas cuando no actúa el árbol de levas sobre ellas. Los muelles están constantemente sometidos a esfuerzos alternativos para abrir y cerrar las válvulas. Debido a su elasticidad, se produce una serie de movimiento vibratorios que se transmiten a las válvulas y elementos de mando y ocasionan ciertos rebotes que perjudican el buen funcionamiento del sistema. Por esta razón, los resortes empleados han de tener una elasticidad adecuada y han de estar dispuestos de tal forma que, durante su funcionamiento, se compensen las oscilaciones citadas.

El sistema empleado para evitar estos efectos oscilantes consiste en fabricar los muelles con carga elástica de tensión gradual, reduciendo el paso de las espiras próximas a su asiento en la culata e incrementándose progresivamente desde su base hasta el final. La carga elástica se calcula de forma que los esfuerzos de forma que los esfuerzos transmitidos por los mecanismos de mando sean mínimos.
Otra forma de evitar las vibraciones es utilizar un sistema de doble muelle concéntrico con los arrollamientos de las espiras invertidos. La carga elástica de los muelles debe ser equivalente al esfuerzo a transmitir a la válvula por los propios mecanismos de mando, con lo que la sección del alambre de estos muelles es menor. La utilización del doble muelle tiene la ventaja ademas de evitar las vibraciones, en caso de que se rompa uno de los muelle siempre queda el otro en funcionamiento, lo que permite que el motor funcione por lo menos hasta que se repare.

El material empleado en la fabricación de muelles es acero de alta calidad con una gran resistencia a la torsión y un elevado módulo de elasticidad. La carga máxima y mínima que debe tener un resorte se calcula en función de la cilindrada unitaria del motor y del régimen máximo de funcionamiento.

 

Arbol de levas
El movimiento alternativo de apertura y cierre de las válvulas se realiza por medio de un mecanismo empujador que actúa sobre las válvulas y que se denomina árbol de levas. La apertura y cierre de las válvulas tiene que estar sincronizado con el ciclo de funcionamiento y la velocidad del régimen del motor. El árbol de levas recibe movimiento del cigüeñal a un numero de revoluciones que es la mitad de este.

Constitución
Esta formado por una serie de levas, tantas como válvulas lleve el motor, con el ángulo correspondiente de desfase para efectuar la apertura de los distintos cilindros, según el orden de funcionamiento establecido. Sobre el mismo árbol, sobre todo en motores antiguos, va situada una excéntrica para el accionamiento de la bomba de combustible, y el piñón de arrastre para el mando del distribuidor de encendido en los motores de gasolina, el cual también comunica el movimiento a la bomba de aceite.
El árbol de levas ademas de las levas lleva mecanizados una serie de muñones de apoyo sobre los que gira, cuyo numero varia en función del esfuerzo a trasmitir. Cuando va instalado sobre culata de aluminio, el número de apoyos suele ser igual al numero de cilindros mas uno.


El árbol de levas puede ir montado en el bloque motor (motores antiguos) o en la culata. El árbol gira apoyado sobre cojinetes de fricción o bien sobre taladros de apoyo practicados directamente sobre el material de la culata. Están lubricadas por el circuito de engrase a través de los conductos que llegan a cada uno de los apoyos.

Los árboles de levas se fabrican en una sola pieza de hierro fundido o de acero forjado. Debe tener gran resistencia a la torsión y al desgaste, para ello, se le da un tratamiento de templado. El desgaste del árbol de levas puede suponer una modificación del diagrama de distribución, lo que puede suponer una bajada de rendimiento del motor.

Perfil de las levas
La forma de las levas practicadas sobre el árbol, determinan los siguientes factores muy importantes para el buen rendimiento del motor:


Las medidas mas importantes de la leva como se puede ver en la figura inferior, serian el diámetro base de la leva (d2) que corresponde a la posición de válvula cerrada. A partir del punto 1 comienza la apertura, la válvula permanecerá abierta hasta el punto 2. En este recorrido angular (a) la leva mueve la válvula hasta una apertura o alzado máximo (b).

 

La forma del perfil de la leva determina la forma en que se abre las válvulas, podemos encontrar dos tipos de perfiles:

En ambos casos, la velocidad y los tiempos de apertura y cierre de las válvulas dependen directamente del perfil de la leva. El perfil y dimensiones dependen de las características del motor; o sea: cilindrada unitaria, relación de compresión, diámetro de las válvulas, altura de desplazamiento, número de revoluciones y diagrama de distribución.

 

Existen levas con flancos "asimétricos", cuyo perfil de entrada es de flanco convexo para abrir lentamente y el flanco de cierre es tangencial, con lo que se consigue mayor tiempo con la válvula totalmente abierta y un cierre rápido.

La mayor parte de los árboles de levas están diseñados para dividir el cruce de válvulas, es decir, mantener la misma apertura de las válvulas de admisión y de escape en el P.M.S. Si la válvula de admisión está mas abierta en el P.M.S. que la de escape, se dice que el árbol de levas esta "adelantado", mientras que si esta ultima es la que esta mas abierta que la primera, el árbol de levas esta "retrasado". Un árbol de levas de patrón único tiene levas con la misma forma en ambos costados (flanco de cierre y flanco de apertura). Un diseñador de arboles de levas puede efectuar un ajuste fino en el funcionamiento del motor cambiando el punto en el que se abre o se cierra una válvula. Las levas cuyos flancos presentan formas distintas se consideran "asimétricas".

 

Empujadores y balancines
Estos elementos sirven de enlace entre el árbol de levas y las válvulas para realizar la apertura y cierre de las mismas. Su forma y disposición en el motor esta en función del sistema de distribución adoptado por el fabricante del mismo.
Los elementos empleados reciben el nombre de: taqués, varillas empujadoras y balancines.

Taqués
Estos elementos se interponen entre la leva del árbol y la válvula, bien directamente o con interposición de una varilla empujadora, según el tipo de distribución. El taqué sirve para aumentar la superficie de ataque de la leva, para reducir el desgaste.
En distribuciones del tipo OHV (arbol de levas en el bloque) el taqué actúa sobre una varilla empujadora cuyo extremo se introduce en su interior.

En distribución del tipo OHV, el taqué ataca directamente sobre la válvula. En este caso el taqué en forma de vaso invertido y se desliza en su alojamiento, practicado en la culata. Interiormente, se apoya el vástago del la válvula en su parte central y el muelle queda parcialmente cubierto.

Taqués hidráulicos
Este tipo de taqué de fabricación especial, tiene la ventaja de la compensación automática de holgura en la válvula. Para mas información visita el siguiente articulo que tenemos publicado en la web sobre: Taqués Hidráulicos.

 

Balancines
Los balancines son unas palancas que transmiten el movimiento de la leva, bien directamente o a través de los empujadores, a las válvulas. En distribuciones tipo OHV, el balancín es accionado por la varillas empujadoras, mientras que en las distribuciones OHC es empujado directamente por el árbol de levas. El eje de giro de los balancines puede estar en el centro o en un extremo del balancín, clasificandose según su movimiento en balancines basculantes y oscilantes.

 

Balancines basculantes
Van montados sobre un eje de articulación llamado eje de balancines, donde pueden bascular. Van provisto por un lado de un tornillo de ajuste con tuerca de fijación y por el otro lado, de una leva de montaje.
Se fabrican generalmente de acero al carbono, estampado o fundido y sus dimensiones están calculadas para resistir los esfuerzos mecánicos sin deformarse.

En la figura inferior se puede ver unos balancines basculantes para motor con árbol de levas en el bloque.

En la figura inferior se puede ver unos balancines baculantes para motor con árbol de levas en la culata.

Balancines oscilantes
Se diferencian de los anteriores en que basculan en el eje sobre uno de los extremos. Estas palancas son empujadas directamente por la leva y transmiten el movimiento sobre la válvula. Van montados sobre el eje de balancines por medio de un rodamiento de agujas.

Eje de balancines
Sobre este eje pivotan los balancines, que se mantienen en su posición por el empuje axial que proporcionan unos muelles que se intercalan entre ellos. El eje es muy ligero, se fabrica hueco, se cierra en los extremos y por su interior circula el aceite de engrase que lubrica los balancines por unos orificios practicados para tal fin.

 


 

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