Un árbol de levas es una flecha, donde una leva está integrada o parte integral de ésta.
En los motores de combustión interna con pistones, el árbol de levas se utiliza para operar válvulas del cabezal. Consiste, por lo tanto, de una barra cilíndrica que corre a lo largo de un banco cilíndrico con un número de lóbulos oblongos que salen de ésta, uno por cada válvula. Los lóbulos de la leva fuerzan a las válvulas a abrirse al presionarlas o en su defecto un mecanismo intermedio, mientras éstas rotan.
Sistema de control de válvulas
Material
Los árboles de levas están hechos de diferentes tipos de materiales. Éstos incluyen:
Fundición de hierro: esta es una buena opción en la producción masiva. Un árbol de levas de fundición de hierro tiene una resistencia contra el desgaste ya que los lóbulos del árbol están refrigerados, lo que en la mayoría de los casos los hace más duros. Al hacer una fundición de hierro refrigerado, otros elementos se adicionan al hierro antes de forjarlo para hacer al material más adecuado para su aplicación.
Sistema de doble árbol de levas a la cabeza (DOHC)
Tocho de acero: cuando se requiere un árbol de levas de alta calidad, los fabricantes de motores y los fabricantes de árboles de levas prefieren hacerlos de un tocho de acero. Este método también se usa para la producción de bajo volumen. Es un proceso de mayor tiempo, y es generalmente más costoso que otros métodos. Sin embargo, el producto terminado es mucho mejor. Para realizar éste proceso se utilizan tornos CNC, las fresadoras CNC y los molinos CNC. Diferentes tipos de barras de acero pueden ser utilizadas, un ejemplo es el EN40b. Al fabricar un árbol de levas de EN40b, éste tiene que ser tratado con nitruración gaseosa, la cual cambia la microestructura del material. Le da una dureza superficial de 50-60 HRC (medida de dureza en la escala Rockwell). Este tipo de árboles pueden ser usados para motores de alto rendimiento.
Sincronización
La relación entre la rotación del árbol de levas y la rotación del cigüeñal tiene una importancia crítica. Las válvulas controlan el flujo de la mezcla aire/combustible en la válvula de acceso y en la válvula de escape, éstas deben de abrirse y cerrarse en el tiempo adecuado durante la carrera del pistón. Por esta razón, el árbol de levas está conectado con el cigüeñal ya sea directamente, por medio de un mecanismo engranado, o indirectamente por medio de una banda o una cadena llamados banda de tiempo o cadena de tiempo, respectivamente.
La conexión directa es poco común ya que el torque regresivo causado por la pendiente de las levas tienden a desgastar los dientes del engrane. Cuando se usan engranes, se procura hacerlas de fibras elásticas más que de metal, con la excepción de los coches de carreras que tienen una rutina de alto mantenimiento. Los engranes de fibra tienen un tiempo de vida útil corta y deben reemplazarse regularmente, similar a la banda de tiempo.
Motor con un árbol de levas a la cabeza (SOHC)
Ciertos diseños el árbol de levas también manejan el distribuidor, las bombas de agua y gasolina. Algunos vehículos pueden tener una bomba hidráulica de dirección también manejada por el árbol de levas. En algunos sistemas de inyección de combustible de primera generación, las levas del árbol de levas operaban los inyectores de combustible.
Una práctica alternativa en las primeras etapas de los motores OHC, para mover los árboles de levas se utilizaban engranes biselados en cada extremo. Otra opción era usar un excéntrico triple con alzaválvulas.
Apertura
La “apertura” del árbol de levas es resultante de levantamiento de la válvula. A mayor levantamiento de la válvula de su asiento, más flujo de aire puede descargarse, que generalmente es más benéfico. El mayor levantamiento tiene algunos limitantes. Primeramente, el levantamiento está limitado por la proximidad incrementada de la cabeza de la válvula a la corona del pistón y por otro lado, se requiere un mayor esfuerzo para mover los resortes de las válvulas hacia un estado mayor de compresión.
También puede ser limitado por holgura de la leva en la construcción de la cabeza del cilindro, de tal forma que levas más altas puede que no libren la estructura de la fundición de la cabeza. Un levantamiento más alto de las válvulas puede tener el mismo efecto que incrementar la duración donde la sobreposición de la válvula es menos deseable.
El Neon emplea solamente un árbol de levas
Un mayor levantamiento permite mayor flujo de aire, la brevedad de la duración en combinación con un levantamiento mayor de la leva resulta en un menor flujo de aire que con una leva de menor levantamiento pero con más duración, o por lo menos igual. En motores de inducción forzada este levantamiento mayor puede llevar a tener mejores resultados que en sistemas de una duración más larga, particularmente en la parte de alimentación. Sin embargo, es notable que el levantamiento mayor tiene más problemas potenciales que el de una duración más larga, en particular cuando las revoluciones suben, lo que puede provocar un recorrido insuficiente o pérdida de torque.
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