El sistema de distribución es el conjunto de elementos que regulan la apertura y cierre de válvulas en el momento oportuno y a su vez la entrada de la mezcla, (gases frescos) y la salida de los gases residuales de los cilindros, en el momento adecuado después de producirse la explosión.
Del momento en el cual se realice la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape, así será el correcto funcionamiento del motor (avance y retraso a la apertura y cierre de las válvulas correspondientes).
Diferentes tipos de cámaras de compresión
Las cámaras de compresión se clasifican por su forma geométrica. La forma de las cámaras de compresión es fundamental en el rendimiento y en la potencia del motor.
La forma de la cámara viene impuesta por la disposición y tamaño, tanto de las bujías como de las válvulas.
A continuación se representa algunos tipos de cámara de compresión más utilizadas.
• Cámara cilíndrica
Es muy utilizada, por su sencillez en el diseño, y el buen funcionamiento producido por la proximidad de la chispa al punto de máximo aprovechamiento. Son económicas.
• Cámara de bañera y en cuña
Se fabrican generalmente con válvulas en la culata y la bujía se sitúa lateralmente. Tienen la ventaja de que el recorrido de la chispa es muy corto y reduce el exceso de turbulencia del gas. Produce, a la entrada de los gases, un soplado sobre la cabeza del émbolo que reduce el picado de bielas.
• Cámara hemisférica
Por su simetría, acorta la distancia que debe recorrer la llama desde la bujía hasta la cabeza del pistón, consiguiéndose una buena combustión.
Es la más próxima a la forma ideal.
Permite montar válvulas de grandes dimensiones así como, un mejor llenado de los cilindros.
Elementos del sistema de distribución
Los elementos principales de la distribución son: árbol de levas, engranaje de mando, y las válvulas con sus muelles.
Se clasifican, de acuerdo con su función en:
• Elementos interiores
o Válvula de admisión
o Válvulas de escape
• Elementos de exteriores
o Árbol de levas.
o Elementos de mando.
o Taqués.
o Balancines
• Elementos interiores
Estos elementos son las válvulas de admisión y las válvulas de escape.
Válvulas
Son las encargadas de abrir o cerrar los orificios de entrada de mezcla o salida de gases quemados en los cilindros.
En cada válvula , se distinguen dos partes: cabeza y cola . La cabeza, que tiene forma de seta, es la que actúa como verdadera válvula, pues es la que cierra o abre los orificios de admisión o escape. La cola o vástago, (prolongación de la cabeza) es la que, deslizándose dentro de una guía , recibirá en su extremo opuesto a la cabeza el impulso para abrir la válvula.
Las válvulas se refrigeran por la guías, principalmente, y por la cabeza.
Las válvulas que más se deterioran son las de escape, debido a las altas temperaturas que tienen que soportar 1000º C.
Algunas válvulas, sobre todo las de escape, se refrigeran interiormente con sodio .
Debe tener una buena resistencia a la fatiga y al desgaste (choques).
Debe presentar igualmente una buena conductividad térmica (el calor dilata las válvulas) y buenas propiedades de deslizamiento.
La cabeza o tulipa de admisión es de mayor diámetro que la de escape, para facilitar el llenado.
Muelles ( y )
Las válvulas se mantienen cerradas sobre sus asientos por la acción de un resorte (muelle) .
Los muelles deben tener la suficiente fuerza y elasticidad para evitar rebotes y mantener el contacto con los elementos de mando.
o Debe asegurar la misión de la válvula y mantenerla plana sobre su asiento.
o El número de muelles puede ser simple o doble.
Guías de válvula ( y )
Debido a las altas velocidades, el sistema de distribución es accionado muchas veces en cortos periodos de tiempo. Para evitar un desgaste prematuro de los orificios practicados en la culata por donde se mueven los vástagos de las válvulas y puesto que se emplean aleaciones ligeras en la fabricación de la culata, se dotan a dichos orificios de unos casquillos de guiado G, llamados guías de válvula, resistentes al desgaste y se montan, generalmente, a presión en la culata.
Las guías permiten que la válvula quede bien centrada y guiada.
La guía de válvula debe permitir un buen deslizamiento de la cola de la válvula, sin rozamiento.
Si existiera demasiada holgura entre la guía y el cuerpo de una válvula de admisión, entraría aceite en la cámara de compresión, debido a la succión del pistón, produciendo un exceso de carbonilla en dicha cámara, y si fuera en una válvula de escape, el aceite se expulsará por el tubo de escape.
Asientos de válvulas
Son unos arillos postizos colocados a presión sobre la culata para evitar el deterioro de ésta, por el contacto con un material duro como el de la válvula, su golpeteo, y a la corrosión debido a los gases quemados.
El montaje de los asientos se hace a presión mediante un ajuste (frío-calor), y cuando estén deteriorados se pueden sustituir.
• Elementos exteriores
Son el conjunto de mecanismos que sirven de mando entre el cigüeñal y las válvulas. Estos elementos son: árbol de levas, elementos de mando, empujadores o taqués y balancines. Según el sistema empleado, los motores a veces carecen de algunos de estos elementos.
Árbol de levas
Es un eje que controla la apertura de las válvulas y permite su cierre. Tiene distribuidas a lo largo del mismo una serie de levas , en número igual al número de válvulas que tenga el motor.
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El árbol de levas o árbol de la distribución, recibe el movimiento del cigüeñal a través de un sistema de engranajes . La velocidad de giro del árbol de levas ha de ser menor, concretamente la mitad que la del cigüeñal, de manera que por cada dos vueltas al cigüeñal (ciclo completo) el árbol de levas dé una sola vuelta. Así, el engranaje del árbol de levas, tiene un número de dientes doble que el del cigüeñal.
El árbol de levas lleva otro engranaje , que sirve para hacer funcionar por la parte inferior a la bomba de engrase, y por la parte superior al eje del distribuidor. Además tiene una excéntrica para la bomba de combustible en muchos casos.
Según los tipos de motores y sus utilizaciones, las levas tienen formas y colocaciones diferentes.
En la 0 se representa dos tipos de árbol de levas:
o Detalle B: con engranaje para accionar la bomba de aceite y distribuidor.
o Detalle A: con excéntrica para la bomba de combustible.
En la 1, se representa el perfil de la leva y las correspondientes fases que se realiza durante su giro.
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Elementos de mando
El sistema de mando está constituido por un piñón del cigüeñal, colocado en el extremo opuesto al volante motor y por otro piñón que lleva el árbol de levas en uno de sus extremos, que gira solidario con aquél.
En los motores diesel se aprovecha el engranaje de mando para dar movimiento, generalmente, a la bomba inyectora.
El acoplamiento entre ambos piñones se puede realizar por alguno de los tres sistemas siguientes:
Transmisión por ruedas dentadas
Cuando el cigüeñal y el árbol de levas se encuentran muy separados , de manera que no es posible unirlos de forma directa, se puede emplear un mecanismo consistente en una serie de ruedas dentadas en toma constante entre sí para transmitir el movimiento.
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Los dientes de los piñones pueden ser rectos, éstos son ruidosos y de corta duración o en ángulo helicoidales bañados en aceite en un cárter o tapa de distribución, siendo éstos de una mayor duración.
En el caso de dos ruedas dentadas , el cigüeñal y el árbol de levas giran en sentido contrario y, si son tres, giran el cigüeñal y árbol de levas en el mismo sentido.
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Transmisión por cadena
Igual que en el caso anterior, este método se utiliza cuando el cigüeñal y el árbol de levas están muy distanciados. Aquí se enlazan ambos engranajes mediante una cadena.
Para que el ajuste de la cadena sea siempre el correcto, dispone de un tensor consistente en un piñón o un patín pequeño, generalmente de fibra, situado a mitad del recorrido y conectado a un muelle, que mantiene la tensión requerida.
En este sistema se disminuye el desgaste y los ruidos al no estar en contacto los dientes. Es poco ruidoso.
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Transmisión por correa dentada
El principio es el mismo que el del mando por cadena, sólo que en este caso se utiliza una correa dentada de neopreno que ofrece como ventaja un engranaje más silencioso, menor peso y un coste más reducido, lo que hace más económico su sustitución.
Es el sistema más utilizado actualmente, aunque la vida de la correa dentada es mucho menor que el de los otros sistemas. Si se rompiese ésta, el motor sufriría grandes consecuencias. Estos piñones se encuentran fuera del motor, por lo que es un sistema que no necesita engrase, pero sí la verificación del estado y tensado de la correa.
En la figura , indica los tornillos para el tensado de la correa.
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Taqués
Son elementos que se interponen entre la leva y el elemento que estas accionan. Su misión es aumentar la superficie de contacto entre estos elementos y la leva. Los taqués , han de ser muy duros para soportar el empuje de las levas y vencer la resistencia de los muelles de las válvulas.
Para alargar la vida útil de los taqués, se les posiciona de tal manera, que durante su funcionamiento realicen un movimiento de rotación sobre su eje geométrico.
Los taqués siempre están engrasados por su proximidad al árbol de levas.
La ligereza es una cualidad necesaria para reducir los efectos de inercia.
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Taqués hidráulicos
Los taqués hidráulicos funcionan en un baño de aceite y son abastecidos de lubricante del circuito del sistema de engrase del motor.
Los empujadores o taqués se ajustan automáticamente para adaptarse a las variaciones en la longitud del vástago de las válvulas a diferentes temperaturas. Carecen de reglaje. Las ventajas más importantes de este sistema son su silencioso funcionamiento y su gran fiabilidad.
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Varilla empujadora
No existen en los motores que llevan árbol de levas en cabeza.
Las varillas van colocadas entre los balancines y los taqués .
Tienen la misión de transmitir a los balancines el movimiento originado por las levas .
Las varillas empujadoras:
o Son macizas o huecas, en acero o aleación ligera.
o Sus dimensiones se reducen al máximo para que tengan una débil inercia y al mismo tiempo una buena resistencia a las deformaciones.
o El lado del taqué tiene forma esférica.
o El lado del balancín tiene una forma cóncava que permite recibir el tornillo de reglaje.
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Balancines ( 9 y 0)
Son unas palancas que oscilan alrededor de un eje (eje de balancines), que se encuentra colocado entre las válvulas y las varillas de los balancines (o bien entre las válvulas y las levas, en el caso de un árbol de levas en cabeza).
Los balancines son de acero. Oscilan alrededor de un eje hueco en cuyo interior circula aceite a presión. Este eje va taladrado para permitir la lubricación del balancín.
La misión de los balancines es la de mandar la apertura y el cierre de la válvula.
Se distinguen dos tipos de balancines:
o Balancines oscilantes.
o Balancines basculante.
Balancines oscilantes
Lo utilizan los motores con árbol de levas en cabeza. El eje de giro pasa por un extremo del balancín. Se le conoce también con el nombre de “semibalancín”. Recibe el movimiento directo del árbol de levas y lo transmite al vástago de la válvula a través de su extremo libre.
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Balancines basculantes
Lo utilizan los motores con árbol de levas laterales.
Las válvulas van en cabeza. El eje de giro pasa por el centro del balancín. Uno de sus extremos recibe el movimiento de la varilla empujadora y lo transmite al vástago de la válvula por el otro extremo.
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Sistemas de distribución
Se clasifican según el emplazamiento del árbol de levas:
o Árbol de levas en bloque o lateral.
o Árbol de levas en la culata o cabeza.
Las válvulas generalmente, van colocadas en la culata. En algunos motores se utilizan válvulas laterales (sistema SV), pero está en desuso.
• Árbol de levas en el bloque (sistema OHV)
Es un sistema muy utilizado en motores diesel de medianas y grandes cilindradas. En los turismos, debido a las revoluciones que alcanzan estos motores cada vez se emplean menos. Esto es como consecuencia de las fuerzas de inercia creadas en los elementos que tienen movimientos alternativos.
Funcionamiento
El cigüeñal le da movimiento al árbol de levas y éste acciona el taqué , en el cual está apoyada la varilla . Al ser accionada la varilla se levanta y acciona la cola del balancín (basculante) que al girar sobre el eje de balancines hace que éste actúe sobre la cola de la válvula , venciendo la acción del muelle , abriendo el orificio correspondiente. Al desaparecer la acción de la leva, el muelle recupera su longitud inicial y la válvula cierra el orificio, al permitirlo la leva.
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• Árbol de levas en la culata (OHC)
Es el sistema más utilizado. El accionamiento de las válvulas es o bien directo o a través de algún órgano. Esto hace que lo utilicen los motores que alcanzan un elevado número de revoluciones, aunque el mando es más delicado.
El accionamiento puede ser:
o Directo.
o Indirecto.
Sistema OHC de accionamiento directo
Es un sistema que lleva pocos elementos. Se emplea para motores revolucionados. La transmisión entre el cigüeñal y árbol de levas se suele hacer a través de correa dentada de neopreno. Utiliza cámara de compresión tipo hemisférica, empleándose con mucha frecuencia tres o cuatro válvulas por cilindro. Estos sistemas presentan el problema de que la culata es de difícil diseño.
Puede llevar uno o dos árboles de leva en la culata, llamado sistema DOHC, si son dos árboles de levas.
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Sistema OHC de accionamiento indirecto
Este sistema prácticamente es igual que el anterior, con la única diferencia de que el árbol de levas , acciona un semibalancín , colocado entre la leva y la cola de la válvula .
El funcionamiento es muy parecido al sistema de accionamiento directo.
Al girar la leva, empuja el semibalancín, que entra en contacto con la cola de la válvula, produciendo la apertura de ésta.
Reglajes
Como consecuencia de la temperatura en los elementos de la distribución, estos elementos se dilatan durante su funcionamiento por lo que hay que dotarles de un cierto juego en frío (separación entre piezas que permita su dilatación).
Aunque la razón principal de dar este juego (holgura de taqués) es que determinan las cotas de la distribución, es importante no olvidar los efectos de la dilatación en la válvula.
Esta holgura con el funcionamiento, tiende a reducirse o aumentarse (dependiendo del sistema empleado), por lo que cada cierto tiempo hay que volver a ajustarlos pues de lo contrario las válvulas no cerrarán ni abrirán correctamente. Esta holgura viene determinada por el fabricante y siguiendo sus instrucciones.
Esta comprobación hay que realizarla cuando la válvula está completamente cerrada. En un sistema OHV el juego del taqués se mide entre el vástago de la válvula y el extremo del balancín .
En el sistema de distribución OHC de accionamiento directo, el reglaje de taqués se hace colocando en el interior del taqué, más o menos láminas de acero .
En el sistema de distribución OHC de accionamiento indirecto el reglaje de taqués se hace actuando sobre los tornillos de ajuste y contratuerca . El reglaje se hará siempre con el motor en frío y como se dijo anteriormente, su valor, depende del fabricante.
Un juego de taqués grande provoca que, la válvula no abra del todo el orificio correspondiente, con lo que los gases no pasarán en toda su magnitud. Un juego de taqués pequeño provoca que la válvula esté más tiempo abierta incluso no llegue a cerrar si no existe holgura, no pudiéndose conseguir una buena compresión y pudiéndose fundir la válvula en la parte de su cabeza (válvula descabezada) dando lugar a producirse grandes averías en el interior del cilindro y de la culata.
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