Árbol de levas

La duración del árbol de levas determina cuánto tiempo permanecen abiertas las válvulas de admisión y escape; por lo tanto, es un factor clave en la potencia que produce un motor. Una mayor duración puede aumentar la potencia a altas revoluciones (RPM), pero esto puede conllevar una menor producción de par a bajas RPM. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

La medición de la duración de un árbol de levas se ve afectada por la cantidad de elevación que se elige como punto de inicio y fin de la medición. Un valor de elevación de 0,050 in (1,3 mm) se usa a menudo como procedimiento de medición estándar, ya que se considera que es el más representativo del rango de elevación que define el rango de RPM en el que el motor produce la potencia máxima. ^{[ 16 ] [ 18 ]} Las características de potencia y ralentí de un árbol de levas con la misma duración nominal que se ha determinado usando diferentes puntos de elevación (por ejemplo, 0,006 o 0,002 pulgadas) podrían ser muy diferentes a las de un árbol de levas con una duración nominal usando puntos de elevación de 0,05 pulgadas.  

Un efecto secundario del aumento de la duración puede ser el aumento del solapamiento , que determina el tiempo que las válvulas de admisión y escape permanecen abiertas. Es el solapamiento el que más afecta a la calidad del ralentí, ya que el paso de la carga de admisión inmediatamente hacia atrás a través de la válvula de escape que ocurre durante el solapamiento reduce la eficiencia del motor y es mayor durante el funcionamiento a bajas RPM. ^{[ 16 ] [ 18 ]} En general, aumentar la duración de un árbol de levas suele aumentar el solapamiento, a menos que se aumente el ángulo de separación de lóbulos para compensar.

Una persona sin conocimientos técnicos puede identificar fácilmente un árbol de levas de larga duración observando la superficie ancha del lóbulo donde la leva empuja la válvula para abrirla durante un gran número de grados de rotación del cigüeñal. Esta superficie será visiblemente mayor que la protuberancia más puntiaguda del lóbulo del árbol de levas que se observa en árboles de levas de menor duración.

La elevación del árbol de levas determina la distancia entre la válvula y el asiento de la válvula (es decir, qué tan abierta está la válvula). ^{[ 19 ]} Cuanto más se eleva la válvula desde su asiento, mayor es el flujo de aire que se puede proporcionar, aumentando así la potencia producida. Una mayor elevación de la válvula puede tener el mismo efecto de aumentar la potencia máxima que una mayor duración, sin los inconvenientes causados ​​por un mayor solapamiento de válvulas. La mayoría de los motores con válvulas en cabeza tienen una relación de balancines mayor que uno, por lo tanto, la distancia que se abre la válvula (la elevación de la válvula ) es mayor que la distancia desde el vértice del lóbulo del árbol de levas hasta el círculo base (la elevación del árbol de levas ). ^{[ 20 ]}

Existen varios factores que limitan la elevación máxima posible para un motor determinado. En primer lugar, una mayor elevación acerca las válvulas al pistón, por lo que una elevación excesiva podría provocar que el pistón las golpee y las dañe. ^{[ 18 ]} En segundo lugar, una mayor elevación requiere un perfil de árbol de levas más pronunciado, lo que aumenta las fuerzas necesarias para abrir la válvula. ^{[ 19 ]} Un problema relacionado es la flotación de válvulas a altas RPM, donde la tensión del resorte no proporciona la fuerza suficiente para mantener la válvula siguiendo la leva en su ápice o evitar que rebote al regresar a su asiento. ^{[ 21 ]} Esto podría ser consecuencia de una elevación muy pronunciada del lóbulo, ^{[ 18 ]} donde el seguidor de leva se separa del lóbulo (debido a que la inercia del tren de válvulas es mayor que la fuerza de cierre del resorte de la válvula), dejando la válvula abierta durante más tiempo del previsto. La flotación de válvulas provoca una pérdida de potencia a altas RPM y, en situaciones extremas, puede provocar la deformación de la válvula si el pistón la golpea. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

La sincronización (ángulo de fase) del árbol de levas con respecto al cigüeñal se puede ajustar para desplazar la banda de potencia del motor a un rango de RPM diferente. Adelantar el árbol de levas (desplazarlo para que esté por delante de la sincronización del cigüeñal) aumenta el par a bajas RPM, mientras que retrasarlo (desplazarlo para que esté después del cigüeñal) aumenta la potencia a altas RPM. ^{[ 22 ]} Los cambios necesarios son relativamente pequeños, a menudo del orden de 5 grados.

Los motores modernos con distribución variable suelen ajustar la sincronización del árbol de levas según las revoluciones por minuto del motor en cada momento. Esto evita el inconveniente que supone elegir una distribución fija para su uso tanto a altas como a bajas revoluciones.

El ángulo de separación de lóbulos (LSA, también llamado ángulo de la línea central del lóbulo ) es el ángulo entre la línea central de los lóbulos de admisión y la línea central de los lóbulos de escape. ^{[ 23 ]} Un LSA mayor reduce la superposición, lo que mejora la calidad del ralentí y el vacío de admisión, ^{[ 22 ]} sin embargo, usar un LSA mayor para compensar una duración excesiva puede reducir la potencia y el par motor. ^{[ 20 ]} En general, el LSA óptimo para un motor dado está relacionado con la relación entre el volumen del cilindro y el área de la válvula de admisión. ^{[ 20 ]}

Los árboles de levas son componentes esenciales de los motores de combustión interna, responsables de controlar la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y escape. A medida que el árbol de levas gira, sus lóbulos empujan las válvulas, permitiendo la entrada de aire y combustible y la expulsión de los gases de escape. Este proceso sincronizado es crucial para optimizar el rendimiento del motor, la eficiencia del combustible y el control de las emisiones. Sin árboles de levas diseñados con precisión, el funcionamiento suave y eficiente del motor se vería comprometido. ^{[ 24 ]}