1.7. Distribución

La distribución del motor la componen el conjunto de elementos que coordinan su “respiración”, tal como se representa en las imágenes de los motores de la siguiente animación:

  • Árbol de levas; hay dos laterales a cada uno de los lados del bloque.
  • Válvulas; abren de abajo a arriba, son ascendentes, y están situadas admisión y escape en lados opuestos del bloque, sobre los árboles de levas.
  • Muelles; cierran las válvulas.
  • Sistema de mando; es el accionamiento desde el cigüeñal de los árboles de levas, en este caso es mediante piñones o engranajes.
  • Esta disposición de las válvulas y árboles de levas, laterales en el bloque, se conoce como SV, “Side Valves” (válvulas laterales).
  • Rendimiento de la distribución SV; como se resalta en la animación de la derecha, parte de la explosión no empuja sobre el pistón, se pierde en las cámaras de las válvulas generando calor que no es aprovechado. El resultado es que hay una explosión efectiva que incide sobre el pistón y dos laterales sobre las válvulas no efectivas.
  • ¿Se puede mejorar el rendimiento de la explosión?

 

Se aprecia en las imágenes que el piñón del árbol de levas, en este caso son dos piñones, tienen el doble de diámetro (y número de dientes) que el del cigüeñal.

Es para que el/los árboles de levas giren a la mitad de velocidad del motor, pues las válvulas han de abrir cada una en uno de los tiempos del motor. que lleva media vuelta del cigüeñal.

Los elementos de la distribución OHC

Vamos a ver como se mejora el rendimiento de la distribución SV partiendo de este motor y la evolución a otra disposición de los elementos.

Se va a pasar en este módulo del sistema original SV a los más actuales, OHC y DOHC, dejando para el nivel 2 (intermedio) el de transición con sus diferentes tipos OHV.

En el nivel 3 (avanzado) se repasan los tres valorando sus aportaciones con análisis detallado de sus rendimientos.

De la distribución SV a la de árbol de levas en culata OHC, con esta animación:

  • En la imagen de la izquierda vemos un motor con distribución SV, con la particularidad de que hay un único árbol de levas lateral.
  • Sobre el árbol de levas están seguidas en ese lado del bloque las válvulas, alternadas admisión y escape. Están las válvulas en el mismo lado de la culata.
  • El sistema de accionamiento o mando de la distribución es por piñones.
  • En la imagen del lado derecho aparece otra disposición de los elementos de distribución:
    • Un árbol de levas situado en la culata.
    • Válvulas; están también en la culata y abren de arriba abajo, son descendentes. Están alineadas una detrás de otra en el mismo lado del bloque, alternadas generalmente admisión y escape.
    • El mando del árbol de levas es por una cascada de piñones, cinco en este motor.
    • Al funcionar el motor se aprecia como toda la energía de la explosión es efectiva, pues incide directamente sobre el pistón, sin pérdidas.
    • Esta disposición de distribución es OHC, “Over Head Camhsaft”, (árbol de levas en cabeza o culata).

 

Los elementos de la distribución DOHC

Antes hemos visto la distribución SV con entrada de admisión y salida de escape por lados opuestos de la culata (con dos árboles de levas), y después por el mismo lado.

En el sistema OHC que acabamos de ver están las válvulas en el mismo lado de la culata.

Hay razones que aportan ventajas de que estén las válvulas en lados opuestos de la culata, que analizaremos en el capítulo del nivel 2 (intermedio)  “2.7.2. Tipos de culatas”, de momento vemos de nuevo esta forma de “respiración” del motor evolucionando el sistema OHC a DOHC con esta animación:

  • Se parte con la imagen de la izquierda en la que se ve un motor OHC.
  • En la imagen de la derecha aparece la disposición DOHC de distribución:
    • Dos árboles de levas en culata, uno a cada lado.
    • Las válvulas de admisión y escape están debajo de sus respectivos árboles de levas, situadas en lados opuestos de la culata.
    • El sistema de accionamiento de la distribución sigue siendo por cascada de piñones.
    • Se denomina a esta distribución por la posición de los dos árboles de levas, DOHC, “Double Over Head Camshaft” (doble árbol de levas en cabeza o culata).

 

La animación que ofrecemos a continuación, después de pasar de la distribución OHC a la DOHC, nos permite anticipar algo de siguientes módulos en este nivel 1 (básico), Capítulo “1.11. Disposición de los cilindros. Materiales del motor”, a la vez que es una buena forma de resaltar la distribución DOHC y un repaso de aspectos ya explicados del motor:

  • En el motor de esta imagen la disposición de los cilindros es en “V”; el bloque tiene esta forma y hay dos bancadas de cilindros.
  • Cada bancada tiene dos árboles de levas que actúan sobre las válvulas DOHC.
  • La admisión y escape es por lados opuestos.
  • El sistema de accionamiento es por cascada de piñones.
  • Se identifica el bloque, en “V”, las culatas pues hay dos, y el cárter.
  • En cada culata hay dos árboles de levas DOHC, en total son cuatro.
  • Se aprecia un detalle, las válvulas no están paralelas, son oblicuas, lo que da una forma específica a la cámara de combustión que veremos en el módulo “3.7.1. Culata hemisférica”.

Sistemas de accionamiento del árbol de levas

Hasta ahora los sistemas de accionamiento que hemos visto han sido por piñones o engranajes.

Hay otros dos sistemas genéricos más que se reproducen con la animación que sigue:

  • Partimos con la imagen de la izquierda con distribución SV con un único árbol de levas y mando por piñones, que ya conocemos.
  • La ventaja de los piñones es la fiabilidad y como pega más ruido de funcionamiento.
  • En la imagen central aparece un motor OHC con mando por cadena, que transmite el giro desde el piñón del cigüeñal al del árbol de levas:
    • Un patín sirve de apoyo a la cadena para mantenerla en su posición y reducir oscilaciones, puede haber más de uno.
    • Un tensor, generalmente hidráulico por presión de aceite, mantiene la tensión de la cadena que tiende a irse estirando por el desgaste.
    • La cadena hace menos ruido que los piñones y es también fiable.
  • A la izquierda vemos a continuación el tercer sistema de accionamiento, la correa dentada, generalmente de neopreno (goma con complementos para su función):
    • Una guía mantiene la posición de la correa dentada.
    • Mediante un tensor mecánico se van asumiendo los desgastes para mantener la tensión de la correa dentada.
    • La ventaja de la corre dentada es su silencio de funcionamiento. Su inconveniente es la posible rotura por lo que tiene mantenimiento, como ahora veremos.
  • Los sistemas de mando por piñones y cadena requieren ser lubricados por lo que el sistema de engrase del motor dispone de circuitos específicos para estas funciones.
  • El sistema de correa dentada ha de funcionar en seco, de hecho el aceite la deteriora prematuramente.

 

Las disposiciones de distribución explicadas, SV, OHC y DOHC pueden llevar indistintamente cualquiera de los sistemas de accionamiento o mezclarlos en un mismo motor.

Lo más habitual con árbol/es de levas en culata, es que sea mediante cadena o correa para evitar la cantidad necesaria de piñones, que hace más ruido y es más cara.

Los sistemas de mando por piñones y cadena no requieren habitualmente mantenimiento específico.

Cuando se repara un motor por su desgaste natural, generalmente por holgura entre segmentos y cilindros, se aprovecha para revisar y sustituir los elementos de distribución según su estado.

La correa dentada si necesita ser sustituida periódicamente (con la guía y tensor), por los desgastes y pérdida de humedad que la va deteriorando.

Se han de seguir escrupulosamente las indicaciones del fabricante del automóvil para evitar la rotura de la correa, lo que supondría graves daños en el motor, excluyendo muy contadas excepciones.

Resumen de este módulo

Los tres motores que vemos en las imágenes animadas nos permiten repasar lo que se ha explicado hasta ahora de distribución, añadiendo algo más:

  • Los elementos de mando de la distribución están cubiertos por la tapa de distribución.
  • Árbol/es de levas; abren las válvulas al incidir sobre la cola de estas sus levas.
  • Válvulas; de admisión y escape, coordinan la entrada y salida de gases en el motor.
  • Muelles; cierran las válvulas cuando dejan de actual sobre estas las levas.
  • Sistemas de mando:
    • Piñones; lubricados con aceite del motor Sin mantenimiento.
    • Cadena; elementos lubricados con aceite del motor. Sin mantenimiento.
    • Correa dentada; funcionamiento en seco. Con sustitución periódica.
  • Disposición de los elementos:
    • SV; válvulas (ascendentes) y árbol/es de levas laterales en el bloque.
    • OHC; árbol de levas y válvulas (descendentes) en culata o cabeza.
    • DOHC; dos árboles de levas y válvulas (descendentes) en culata o cabeza.
  • Empujadores o “taqués”; son unos elementos intermediarios, en los sistemas que se han explicado, entre la cola de las válvulas y las levas para reducir los desgastes y según modelos hacer el reglaje de válvulas.
  • Se verá este reglaje en el módulo “3.7.1. Culata hemisférica OHV, OHC y DOHC. Reglajes de la distribución”.
  • Las secuencias de actuación de las válvulas han de estar coordinadas con los cuatro tiempos del motor, por lo que la posición del/los árboles de levas con relación al cigüeñal están marcadas,para mantener su posición al hacer intervenciones mecánicas.

 

El cierre de las válvulas ha de ser totalmente hermético para evitar fugas y pérdidas, lo que implicaría merma de rendimiento y desgaste prematuro de las válvulas.

Se logra la estanqueidad con un ángulo de inclinación de las cabezas de las válvulas en su asentamiento en la culata, que se hace a través de unos elementos postizos, los asientos de válvulas.

Cuando por desgastes aparecen fugas en los asientos de válvulas, se han de esmerilar las válvulas sobre sus asientos para recuperar la estanqueidad.

Si el desgaste es excesivo se pueden sustituir los asientos de válvulas, y también estas.

Se fatigan más los asientos de las válvulas de escape, pues están sometidos a temperaturas muy elevadas.

Los de admisión se refrigeran por la entrada de los gases frescos.

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