Qué es un árbol de levas en los coches: una guía detallada que debes conocer

¿Qué es un árbol de levas?

Un árbol de levas es una barra horizontal de metal, compuesta principalmente de hierro o acero, ubicada en la parte superior de los cilindros sobre el motor. Su función es mezclar el aire con el combustible y expulsarlos de la estructura de combustión, es decir, transformar el movimiento rotacional en movimiento lineal.

Partes de un árbol de levas

Al igual que otras piezas de un automóvil, el árbol de levas se compone de varias partes, algunas de las cuales incluyen:

Leva: Es la parte más importante de un árbol de levas. Se encarga de abrir y cerrar las válvulas.

Seguidor de leva: La parte del árbol de levas que ha sido accionada.

Eje de transmisión: Esta característica permite el movimiento de toda la estructura del árbol de levas, y lo vemos unido con una correa a otra parte del motor llamada cigüeñal o funciona de forma autónoma.

Eje: Este es el componente de soporte del árbol de levas y une las otras partes. Puede soportar cargas de trabajo estresantes mientras el motor de combustión está en funcionamiento.

Cojinetes: Esta parte asegura que el eje esté en su posición vertical. También es un componente importante porque ayuda a reducir la fricción cuando el árbol de levas está en funcionamiento. Además, tiene una herramienta especial para cambiar el aceite del árbol de levas.

Lóbulos: Esta estructura le da al árbol de levas la oportunidad de intercambiar gases llenos de combustible. Además, la velocidad de los lóbulos es relativa a la velocidad del motor.

Piñón de cadena: tiene una conexión con el árbol de levas en un extremo. Además, el piñón de cadena junto con la correa de distribución ayudan a mantener la sincronización entre el árbol de levas y el cigüeñal.

Principios de funcionamiento de un árbol de levas

El objetivo del árbol de levas es abrir y cerrar las válvulas de admisión y escape, respectivamente, en los momentos adecuados. Como se mencionó anteriormente, el árbol de levas está conectado al cigüeñal con una correa, y la velocidad del cigüeñal es el doble que la del árbol de levas. En un motor de combustión de cuatro tiempos, las cuatro categorías incluyen admisión, compresión, encendido y escape.

En la carrera de admisión, cuando la válvula de admisión se abre completamente, el aire y el combustible son aspirados al cilindro responsable de la combustión. A medida que el cigüeñal comienza a girar, el pistón comienza a moverse hacia arriba con ambas válvulas cerradas en la segunda carrera del motor de combustión (carrera de compresión). La bujía proyecta un cierto nivel de movimiento del cigüeñal antes del punto muerto superior (PMS). Cuando el pistón finalmente alcanza el PMS, la expansión térmica en combinación con la combustión está en progreso.

Además, a velocidades muy altas, la llama se enciende en la capa superior del pistón. La energía térmica que actúa sobre el pistón actúa sobre la biela y el muñón del cigüeñal, convirtiendo así el movimiento lineal en movimiento rotacional. Cuando el cigüeñal regresa, el pistón vuelve a la carrera superior, lo que expulsa el aire caliente mezclado con combustible a través de la válvula de escape. Esta acción de la válvula es el resultado de las acciones del lóbulo de la leva contra la varilla de empuje, el balancín, el taqué y el vástago de la válvula.

Tipos de árboles de levas en motores de automóviles

Existen diferentes tipos de árboles de levas, cada uno categorizado según lo siguiente:

• Según los taqués utilizados por los árboles de levas
  Según la forma del árbol de levas

Según los taqués utilizados por los árboles de levas

En los motores de automóviles, hay dos tipos principales de árboles de levas según los taqués utilizados; incluyen:

• Árboles de levas de taqué plano

• Este árbol de levas es una tecnología muy antigua que ha existido en la industria automotriz durante años. Sin embargo, son muy asequibles, producen una gran cantidad de energía y no se desgastan con el tiempo, lo que significa que no hay necesidad de un mantenimiento especial. Además, este tipo de árbol de levas debe funcionar con taqués o seguidores hidráulicos. También utiliza un émbolo recubierto de aceite para proteger las válvulas.

  En cuanto a la apariencia, los árboles de levas de taqué plano parecen planos a primera vista, pero con una inspección más profunda, su compleja geometría se hace evidente. Además, la cara de los taqués hidráulicos en el taqué plano tiene una gran sección transversal circular. Por otro lado, la conicidad asegura que el lóbulo esté bien confinado. Esto hace que el taqué funcione bien durante la rotación.

• Árboles de levas de rodillo

• Como su nombre indica, este tipo de árbol de levas utiliza una rueda de rodillo (seguidor de leva) y un taqué para sus operaciones. Literalmente, solo rueda sobre el lóbulo del árbol de levas. Los árboles de levas de rodillo son más caros que los de taqué plano, pero también producen más potencia y duran más.

  Además, los árboles de levas de rodillo pueden reducir la fricción y producir una rampa más curvada en el árbol de levas, lo que aumenta el período de tiempo. A diferencia de los árboles de levas de taqué plano que requieren procesos de rodaje, los árboles de levas de rodillo no necesitan rodaje.

  En cuanto a los precios, los árboles de levas mecánicos son más baratos que los árboles de levas de rodillo hidráulicos, y también producen bastante potencia, lo que hace que la industria los considere un generador de energía estándar. Pero su desventaja es que requiere un mantenimiento constante.

Según la forma del árbol de levas

• Árboles de levas cilíndricos
• Por su nombre, tiene forma cilíndrica, y también se le conoce como leva de barril o de tambor. Su superficie tiene una ranura cortada en ella, que el seguidor de leva utiliza para el movimiento.
• Árboles de levas radiales
  
• Esto también se puede conocer como una "leva de disco". Tiene un eje que es directamente normal a la trayectoria de movimiento del seguidor. Además, los árboles de levas radiales poseen una placa de contorno sin forma que transforma el movimiento de la leva en el del seguidor de leva.
• Árboles de levas conjugados
  
• Un árbol de levas conjugado comprende dos rodillos que conectan el seguidor de leva o el impulsor. Estos rodillos restringen el movimiento de otras partes, lo que resulta en la eliminación del ruido para procesos de máquina silenciosos. Son más adecuados en áreas que requieren el funcionamiento silencioso del árbol de levas.
• Árboles de levas esféricos
• Tienen forma esférica. Una ranura se encuentra en el diseño curvado. En este tipo de árbol de levas, la velocidad del seguidor de leva es perpendicular a la parte giratoria de la leva esférica.
• Árboles de levas de cuña
• Sus extremos son muy afilados, junto con una base ancha. Sin embargo, en las levas de cuña, el impulsor se mueve de forma deslizante en relación con el árbol de levas.

Falla del árbol de levas y posibles soluciones

Al igual que otras piezas de máquinas, los árboles de levas también tienen sus inconvenientes, y un árbol de levas desgastado puede aumentar el riesgo de daños a otras partes del automóvil como la culata, el cigüeñal, etc. Las siguientes son formas de reconocer posibles fallas en un árbol de levas:

Luz de "check engine" parpadeante

• Este es un tipo de luz de advertencia que se enciende cuando la tecnología del automóvil detecta un problema que podría provocar daños graves o fallos de encendido. La luz de "check engine" sirve como herramienta de diagnóstico para verificar los problemas en el motor de un vehículo.

Sonidos de golpeteo ruidosos

• Este es uno de los síntomas más significativos de un árbol de levas en mal estado. El tren de válvulas comienza a producir sonidos extraños cuando comienza a fallar. Sin embargo, los sonidos extraños se deben principalmente a la reducción de la eficiencia de los taqués hidráulicos que a problemas asociados con los lóbulos de la leva.

Partículas metálicas en el aceite del motor

• Un árbol de levas defectuoso puede provocar la dispersión de residuos metálicos por todo el motor del coche. La mayoría de las veces, los residuos metálicos no son visibles en la varilla de nivel, pero después de vaciar el aceite, pueden aparecer partículas o residuos metálicos.

Fallo de encendido del cilindro

• Esto hace que un coche con un árbol de levas desgastado falle debido a la ineficiencia del motor. Los signos comunes de un fallo de encendido del cilindro son la pérdida repentina de potencia en el coche, sacudidas de forma contundente y, a veces, un consumo excesivo de combustible puede ser el resultado de un fallo de encendido del cilindro.

Aumento de las emisiones de gases

• Cuando un árbol de levas está dañado, provoca fallos de encendido en el motor del coche, lo que también conduce a un aumento de las emisiones.

Signos visibles de daño

• Los lóbulos desgastados y los muñones rayados son todos signos visibles de condiciones fallidas que han estropeado el árbol de levas.

Soluciones

Un árbol de levas dañado se puede reparar, especialmente si se sabe cómo funciona un árbol de levas. Sin embargo, siempre es mejor consultar a un profesional para reparaciones adecuadas. Esto es el resultado de detectar el problema y proporcionar las mejores soluciones para solucionar los problemas del árbol de levas. Sin embargo, en función de los daños causados por el desgaste, las siguientes son posibles soluciones:

Consiga un nuevo árbol de levas

• Además de saber cómo funcionan el árbol de levas y el cigüeñal, la mejor solución cuando tiene un árbol de levas dañado es conseguir uno nuevo. Conseguir un nuevo árbol de levas eliminará la tendencia de problemas pasados. Sin embargo, puede ser bastante caro comprar un nuevo árbol de levas. Debe considerar obtener uno nuevo cuando tenga un lóbulo roto, el desgaste del lóbulo sea excesivo, la profundidad de la capa de endurecimiento sea demasiado pequeña o el árbol de levas tenga una forma doblada.

Haga mecanizar correctamente el árbol de levas de su motor dañado

• Hacer mecanizar correctamente el árbol de levas de su motor dañado es una solución mucho menos costosa en comparación con la primera. Sin embargo, el grado de daño puede determinar si el método es viable y el precio de la refabricación. Es posible una reconstrucción adecuada para árboles de levas con lóbulos desgastados.

Soldar el árbol de levas dañado

• La soldadura es adecuada para reconstruir un árbol de levas con desgaste (aunque no demasiado). Implica agregar un material más duro para rellenar la parte desgastada y rectificarlo para cumplir con las especificaciones adecuadas.