Tabla de contenidos
En el capítulo 1.7 del anterior nivel se explicó que la distribución del motor es el conjunto de elementos encargados de su respiración, admisión y escape.
Consta la distribución de las válvulas con sus muelles, árbol de levas, sistema de mando o accionamiento desde el cigüeñal y complementos entre el árbol de levas y válvulas; guías, tensores, empujadores o taqués, varillas, balancines, …
Se vieron en el capítulo 1.7 los dos sistemas más utilizados actualmente; OHC y DOHC, presentando otros anteriores.
En este capítulo vamos a ver las razones de la evolución desde los primeros sistemas de distribución, SV y OHV a OHC y DOHC, y otros elementos necesarios para el adecuado funcionamiento del sistema de distribución, así como los mantenimientos de los sistemas de mando del árbol de levas.
Hay otro posible mantenimiento de la distribución; reglaje de válvulas.
Evolución de la posición de los elementos de distribución
Árbol de levas y válvulas laterales SV
Se va a explicar con dos motores, añadiendo detalles que se irán ampliando en capítulos siguientes:
- Motor con distribución de árbol de levas y válvulas laterales SV y funcionamiento
- Motor con dos árboles de levas laterales y válvulas laterales 2SV y funcionamiento
Detalles de las cámaras de explosión o combustión de estos motores:
- En el motor SV (1) admisión y escape están en el mismo lado de la culata y en el 2SV (2) en lados opuestos
- En el motor SV (1) al estar admisión y escape en el mismo lado hay menos aprovechamiento de la inercia de gases, peor llenado
- El motor 2SV (2) tiene admisión y escape en lados opuestos de la culata, lo que permite más aprovechamiento de la inercia de los gases, que se traduce en mejor llenado
- En ambos motores la fuerza de la explosión o combustión e no incide totalmente sobre el pistón, en las zonas de las válvulas hay una parte de pérdida de energía e y rendimiento del motor
- En cada motor se coloca su cárter de distribución, que al ser por piñones es estanco pues el conjunto de piñones está lubricado por aceite del motor
- La distribución por piñones no requiere mantenimiento
El sistema de distribución SV es sencillo, pero la merma de rendimiento hace necesario buscar soluciones más eficientes.
Los motores SV se distinguen al tener la culata poca altura, las válvulas van hacia abajo donde está el árbol de levas.
Árbol de levas lateral y válvulas en “cabeza” o culata OHV
Vemos dos motores en los que se ha modificado la situación de los elementos de distribución que permiten mejorar el rendimiento:
- Motor con árbol de levas lateral y válvulas en culata o cabeza OHV (válvulas en el mismo lado de la culata); mando por cadena, varillas y balancines. Se pone en funcionamiento
- Motor con árbol de levas lateral y válvulas en culata o cabeza OHV (válvulas en lados opuestos de la culata); mando por cadena, varillas y balancines. Se pone el motor en marcha
Detalles de las cámaras de explosión o combustión de estos motores:
- En el motor 3 admisión y escape están en el mismo lado de la culata, una tras otra (paralelas al cigüeñal), y en el 4 en lados opuestos, una al lado de otra (perpendiculares al cigüeñal)
- En el motor 3 al estar admisión y escape en el mismo lado hay menos aprovechamiento de la inercia de gases, peor llenado
- El motor 4 tiene admisión y escape en lados opuestos de la culata, lo que permite más aprovechamiento de la inercia de los gases, que se traduce en mejor llenado
- Toda la fuerza de la combustión o explosión e la recibe el pistón, sin las pérdidas del motor SV
- El cárter de distribución de cada motor se posiciona y el acoplamiento es estanco, pues al ser el mando por cadena, el conjunto de esta y los piñones están engrasados por el aceite del motor
- La distribución por cadena no necesita mantenimiento
En el motor 4, para accionar las válvulas en lados opuestos del motor, los balancines de cada una están en distintas posiciones y las varillas tienen ángulos diferentes.
Guías y asientos de válvulas
Distribución SV
- Motor con cilindros en V
- Distribución SV, válvulas y árbol de levas laterales
- El árbol de levas está en el centro de la V, al lado de cada una de las bancadas de los cilindros en V
- Las válvulas abren de abajo a arriba
- Mando por piñones
Detalle ampliado de los componentes de distribución:
- Cabeza de válvula; es la parte de mayor diámetro y que acopla con la culata
- Cola de válvula; es el eje que va desde la cabeza al extremo opuesto donde está el sistema de empuje para abrir al actuar el árbol de levas venciendo el muelle. Se desplaza por el interior de la guía de válvula
- Empujador o taqué; es intermediario entre la cola de la válvula y la leva de accionamiento del árbol de levas
- Colector que incide en la cabeza de la válvula, esta controla la comunicación entre el colector y el cilindro. La válvula representada en este motor es de admisión
- Guía de válvula; en un tubo acoplado en la culata por el que se desplaza la cola de la válvula al abrir y cerrar:
- Permite la lubricación de la cola de la válvula en sus desplazamientos
- La holgura es escasa para mantener la lubricación sin que pase exceso de aceite al cilindro
- Para mejorar la estanqueidad se puede colocar un retén de aceite entre la cola de la válvula y la guía
- Asiento de válvula; es un elemento postizo en la culata con geometría específica sobre el que asienta la cabeza de la válvula cuando está cerrada. El asiento ha de ser hermético con la válvula cerrada para evitar comunicación entre colectores y cilindro
- Se coloca el cárter de distribución, estanco al ser el mando por piñones que necesitan engrase y no requiere mantenimiento
Este sistema de distribución ha sido muy utilizado en los inicios del automóvil, y se ha mantenido bastante tiempo en motores con 8 cilindros en V por su sencillez y simplicidad.
En los motores con cilindros en V permite que un único árbol de levas en el centro de la V actúe directamente sobre todas las válvulas.
Además, el árbol de levas está cerca del cigüeñal lo que simplifica el sistema de mando, en este caso por piñones y también es frecuente que se haga mediante cadena.
Distribución OHV
- Motor con cilindros en V
- Distribución OHV, el árbol de levas se mantiene en el centro de la V y las válvulas pasan a situarse en la culata sobre la cabeza del pistón y abren de arriba a abajo
- Mando del árbol de levas por cadena
Detalle ampliado de los componentes de distribución:
- Cabeza de válvula; es la parte de mayor diámetro y que acopla con la culata sobre el asiento de válvula
- Cola de válvula; es el eje que va desde la cabeza al extremo opuesto donde está el sistema de empuje para abrir al actuar el árbol de levas venciendo el muelle. Se desplaza por el interior de la guía de válvula
- Empujador o taqué; es intermediario entre la cola de la válvula y el balancín empujado por el árbol de levas
- Colector que incide en la cabeza de la válvula, esta controla la comunicación entre el colector y el cilindro. La válvula representada en este motor es de admisión
- Guía de válvula; por su interior se desplaza la cola de la válvula al abrir y cerrar:
- El aceite que hay en la culata para el engrase de los componentes en esta zona mantiene lubricados los desplazamientos de la cola de la válvula
- La holgura entre la guía y cola de válvula ha de ser escasa para asegurar el engrase sin que pase exceso de aceite al cilindro
- Se mejora la estanqueidad con un retén de aceite entre la cola de la válvula y la guía
- Asiento de válvula; es un elemento postizo en la culata con geometría específica sobre el que asienta la válvula cuando está cerrada. El asiento ha de ser hermético con la válvula cerrada para evitar comunicación entre colectores y cilindro
- Se coloca el cárter de distribución, estanco al ser el mando por cadena que requiere lubricación y no precisa mantenimiento
El paso de la distribución SV a OHV para mejorar el rendimiento del motor supuso ciertas modificaciones en la culata, pero no en el bloque por lo que los costes no eran excesivos.
Ha sido un sistema utilizado durante mucho tiempo en todo tipo de motores de automóvil.
Distribución con mando por correa
Rotura
La correa de distribución es de goma y flexible.
Con el uso y tiempo va perdiendo humedad y elasticidad, lo que implica que se llegue a romper lo que puede suponer graves daños en el motor, según los sistemas de actuación y diseño, vamos a ver dos casos.
Motores con mando de distribución por correa:
- Motor de la izquierda; un árbol de levas en culata OHC. El accionamiento de las válvulas es directo a través de empujadores o taqués
- Motor de la derecha; dos árboles de levas en culata DOHC con balancines. Los balancines son intermediarios entre el árbol de levas y las válvulas
- Guías de la correa de distribución; colaboran en la geometría entre los elementos que ha de mover para que la presión de arrastre sea la adecuada
- Tensores de la correa de distribución; van tensando la correa para compensar los desgastes por estiramiento y mantener la presión de arrastre
- ¿Bomba de agua?; en algunos sistemas de distribución por correa esta arrastra también a la bomba de agua, como se ve en el motor de la izquierda (1)
Rotura de la correa de distribución:
Motor 1
- Al romperse la correa el árbol de levas deja de girar, pero el motor lo sigue haciendo por inercia si está en punto muerto la caja de cambios o por arrastre de la transmisión si está el automóvil circulando
- Esta situación implica que se produzca choque entre uno o más pistones y las válvulas que hayan quedado abiertas, este efecto provoca deformaciones en la válvula, daños en el pistón afectado y se puede llegar a arrancar el árbol de levas. todo depende de la fuerza del choque del pistón – válvula
- Menos con el motor a ralentí que acelerando
- En cualquier caso, los daños pueden ser entre medios y muy graves
Motor 2
- Al romperse la correa llegan a contactar una o más válvulas con los pistones, como los balancines intermediarios son deformables reducen los efectos de la fuerza del impacto entre válvulas y pistones sin que haya más daños
- La reparación es más sencilla y exige menos piezas a sustituir, probablemente los balancines afectados y poco más
Para evitar que se llegue a romper la correa de distribución se preconiza su cambio periódico por tiempo o kilómetros, incluyendo los demás elementos de desgaste; guías, tensores y bomba de agua si la mueve la correa, pues lo más probable es que no aguante hasta el siguiente cambio de correa y la mano de obra es bastante larga.
Intercalar entre las levas y las válvulas balancines como en el motor 2 se hace por dos razones principales; que puedan ser deformables, como hemos visto, para reducir daños con distribución por correa en caso de rotura, e incluir un rodillo en la zona de contacto del balancín con las levas para reducir la fricción.
Resumen repaso
Sistemas de distribución. Relación de compresión. Guías y asientos de válvulas
Motor 1:
- Distribución SV
- Mando por piñones que requiere lubricación, sin mantenimiento
- Admisión y escape en el mismo lado de la culata
Motor 2:
- Distribución SV en escape y OHV en admisión con varillas y balancines
- Mando por cadena con engrase y sin mantenimiento
- Admisión y escape por lados opuestos de la culata o motor
Motor 3:
- Distribución OHV con varillas y balancines
- El mando es por cadena que precisa lubricación y no necesita mantenimiento
- Admisión y escape por el mismo lado del motor
Motor 4:
- Distribución OHC con balancines
- El mando es mediante correa dentada, funciona en seco por lo que el cárter de distribución no es estanco
- La correa y sus complementos requieren sustitución periódicamente por tiempo o kilómetros recorridos
- Admisión y escape por el mismo lado de la culata
Relación de compresión Rc (repaso del capítulo 2.6). Rc = Va (volumen de admisión) ÷ Vc (volumen de compresión):
- Se representan los Va y Vc en los cuatro motores
- Va (volumen de admisión) es el volumen sobre el pistón estando en su recorrido más bajo en el cilindro, punto muerto inferior (PMI)
- Vc (volumen de compresión) es el volumen sobre el pistón cuando está en el punto más alto de su recorrido en el cilindro, punto muerto superior (PMS)
Guías y asientos de válvulas:
- Se posicionan estos elementos en los cuatro motores; las guías mantienen lubricada la cola de las válvulas y los asientos son para que el asentamiento de las válvulas cerradas sea estanco
El motor 2 con SV para escape y OHV para admisión se podría considerar un paso intermedio de SV a OHV en todas las válvulas, pero lo más factible es que sea una solución de transición y de compromiso, como el caso del primer Jeep Willys.
En principio el motor era SV, pero quedaba admisión demasiado baja lo que dificultaba poder vadear corrientes de agua, algo necesario en un vehículo militar.
La solución de colocar admisión más alta requería accionar las válvulas de admisión mediante varillas y balancines, y la modificación era más rápida que para todas las válvulas a OHV, pues se necesitaba este vehículo lo más rápido posible en aquellas fechas (2ª guerra mundial).
Motor 5:
- Distribución OHC y mando por cadena con engrase
- El árbol de levas está sobre las válvulas y las acciona mediante un empujador o taque intermediario
- Admisión y escape en el mismo lado de la culata
Motor 6:
- Distribución DOHC, doble árbol de levas en culata o cabeza
- Mando por correa dentada, que al trabajar en seco no requiere que el cárter de distribución sea hermético
- Admisión y escape por lados opuestos del motor
Motor 7:
- Distribución OHC con balancines, el mando es por cadena con engrase
- Los balancines permiten que con un único árbol de levas se puedan accionar las válvulas en lados opuestos de la culata
- Admisión y escape en lados opuestos de la culata
Relación de compresión Rc (repaso del capítulo 2.6). Rc = Va (volumen de admisión) ÷ Vc (volumen de compresión):
- Se representan los Va y Vc en los cuatro motores
- Va (volumen de admisión) es el volumen sobre el pistón estando en su recorrido más bajo en el cilindro, punto muerto inferior (PMI)
- Vc (volumen de compresión) es el volumen sobre el pistón cuando está en el punto más alto de su recorrido en el cilindro, punto muerto superior (PMS)
Guías y asientos de válvulas:
- Se posicionan estos elementos en los tres motores; las guías mantienen lubricada la cola de las válvulas y los asientos son para que el asentamiento de las válvulas cerradas sea estanco
Con las válvulas de admisión y escape en el mismo lado del motor, es más sencillo el sistema de distribución, pero el rendimiento del motor es mejor si están las válvulas en lados opuestos, aunque sea más compleja la distribución.
Sistemas de distribución, componentes y situación
Motor 8:
- Los cilindros son horizontales opuestos
- Válvulas en culata o cabeza y dos árboles de levas por cada bancada de cilindros 2 x DOHC
- Mando por cadenas; una para cada grupo de dos árboles de levas en cada bancada
- Guías de las cadenas; una de tipo patín para cada cadena, más dos con piñones para la cadena de la bancada derecha
- Alguno de estos piñones o los dos tiene/n además otra función
- Tensores de las cadenas; mantienen la tensión de las cadenas compensando los desgastes por estiramiento
Motor 9:
- Cilindros en línea, se ve solamente uno
- Válvulas en cabeza o culata y árbol de levas lateral OHV
- Mando por cadena
- Desde el árbol de levas se accionan las válvulas mediante empujadores, varillas y balancines
- Guías de válvulas; para lubricar la cola de las válvulas al abrir y cerrar
- Asientos de válvulas; para asegurar la hermeticidad entre colectores y cilindros con las válvulas cerradas
Motor 10:
- Se representa uno de los cilindros en línea
- Válvulas en culata o cabeza accionadas por el árbol de levas a través de los empujadores o taqués
- Mando por correa
- Guía y tensor de la correa en la misma pieza
- Guías de válvulas; para lubricación de la cola
- Asientos de válvulas; hermeticidad con la válvula cerrada
Cárter de distribución en los tres motores:
- En los motores 8 y 9 con distribución por cadena sus cárteres son herméticos, pues estos sistemas funcionan lubricados con aceite del motor, sin mantenimiento
- El motor 10, con distribución por correa
- Al funcionar en seco el cárter de distribución no es necesario que sea estanco
- Si entrase aceite y se impregna la correa se deteriorará rápidamente
- Tiene cambo periódico
Hay motores que no necesitan válvulas para su funcionamiento, es una tecnología muy utilizada en motores de dos tiempos, sobre todo en motocicletas y automóviles de baja y media cilindrada.
Han ido perdiendo presencia por generar más contaminación que los motores de cuatro tiempos.
