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CONTENIDO MECÁNICA!

1. Sincronización de las válvulas.................................................................... 3

2. Localización del árbol de levas ................................................................... 14

3. Arboles elevados .................................................................................. 15

4. Válvulas............................................................................................. 17

5. Hablemos de autos: El modelo T de Ford....................................................... 21

6. Examen.. ...23

Sincronización de las válvulas

L304 - 6a

1

En la lección anterior usted conoció las piezas que forman el sistema de válvulas y cómo funcionan. Asimismo, aprendió lo referente al árbol de levas, las válvulas, los levantaválvulas, las varillas de empuje, los balancines, y los resortes de las válvulas. El tipo de motor que usted reparará necesita todas estas partes para abrir y cerrar las válvulas. En esta lección estudiaremos la sincronización de las válvulas, es decir, los ajustes que hacen que las válvulas se abran y cierren en el momento preciso.

Sincronización de las válvulas

¿Qué determina el momento en que se deben abrir o cerrar las válvulas y el tiempo que deben permanecer así? ¿Cuánto deben abrirse? ¿Con qué frecuencia? La respuesta a estas preguntas afecta en forma significativa el funcionamiento de un motor. Su potencia, economía, emisiones de gases y facilidad de arranque dependen en gran medida de la sincronización de sus válvulas.

¿Cómo se mueve el árbol de levas?

Como usted sabe, la rotación del árbol de levas controla la abertura y cierre de las válvulas. Pero, ¿qué lo hace girar? La respuesta es: el cigüeñal. La explosión que se efectúa dentro del cilindro empuja los pistones y las bielas y obliga al árbol de levas a dar vueltas. El cigüeñal se conecta con el árbol de levas y lo hace girar.

Polea dentada del árbol de levas Polea dentada del cigüeñal

Figura 1. En la mayor parte de los automóviles el árbol de levas y el cigüeñal se conectan a través de una banda o correa dentada, o de una cadena de sincronización.

En la mayoría de los casos, una cadena o banda dentada comunica al cigüeñal con el árbol de levas. Sin embargo, tanto los sistemas de banda, como los de cadena, requieren engranes (ruedas dentadas). Los elementos que se conectan mediante una cadena o banda reciben el nombre de engranes o poleas dentadas. En la figura 1 se muestra la forma en que la cadena o banda puede enlazar al engrane del cigüeñal con el del árbol de levas. En algunos motores, el engrane del árbol de levas se une directamente con el del cigüeñal, sin necesidad de una banda o cadena. A estos engranes los conocemos como piñones de distribución. (Consulte la figura 2.)

Piñón del árbol de levas

Piñón del cigüeñal

Figura 2. En algunos vehículos, el cigüeñal y el árbol de levas se engranan directamente, sin recurrir a una banda o cadena. En este caso reciben el nombre de piñones de distribución o engranes de sincronización.

L304 Sincronización de las válvulas 3

Engrane del árbol de levas

Banda de sincronización

Cadena de sincronización Engrane del

cigüeñal

Como podrá usted observar en las figuras 1 y 2, el engrane del árbol de levas es mucho más grande que el del cigüeñal. ¿Por qué motivo? Porque se requiere que el cigüeñal dé dos vueltas completas (o sea, círculos que miden 360° cada uno) por cada vuelta del árbol de levas. En otras palabras, es necesario que el cigüeñal recorra 720° (360° x 2) por cada 360° del árbol de levas Veamos por qué.

Como usted recordará, son cuatro los tiempos que conforman el ciclo de un motor. Durante estos cuatro tiempos, el cigüeñal completa dos vueltas enteras. ¿Cuántas veces se abre cada válvula durante las dos vueltas del cigüeñal? Una vez. La válvula de admisión se abre sólo una vez en la admisión; la de escape lo hace una ocasión durante el escape. Ninguna de ellas se abre cuando tiene lugar la compresión o el tiempo de fuerza.

El árbol de levas cuenta con un lóbulo de leva para cada válvula. Por lo tanto, únicamente necesita completar una sola vuelta (o revolución) por cada dos del cigüeñal. En otras palabras, el árbol de levas debe funcionar exactamente a la mitad de la velocidad que el cigüeñal. Debido a esto, el engrane en el extremo del árbol de levas tiene que ser dos veces mayor que el del extremo del cigüeñal. Asimismo, el engrane del cigüeñal debe poseer únicamente la mitad de dientes que el del árbol de levas. Para entender la razón, veamos cómo funcionan este par de engranes.

Tamaño de los engranes

En la figura 3 se aprecia un engrane de 10 dientes acoplado con uno de 20. Como puede observar, hemos destacado el punto en que los engranes entran en contacto.

Notemos cómo avanza el engrane más grande conforme el engrane pequeño completa media vuelta. Son cinco los dientes del engrane de menor tamaño que se han puesto en contacto con cinco dientes del más grande. Entonces, el más grande ha recorrido la cuarta parte de una vuelta (5 dientes = 1/4 de 20 dientes). En la figura 4 se pueden ver los dientes en este punto.

La figura 5 ilustra lo que sucede cuando el engrane pequeño recorre la otra mitad de la vuelta. Como podrá usted darse cuenta, el engrane pequeño ha completado una vuelta entera. Al mismo tiempo, el más grande ha realizado exactamente la mitad de una vuelta.

Si hacemos que el engrane pequeño dé otra vuelta completa, veremos que el grande gira otra media vuelta. Por lo tanto, después de dos vueltas del engrane pequeño, el más grande ha recorrido precisamente una vuelta completa. (Consulte la figura 6.)

Figura 3. Aquí un engrane con 10 dientes se enlaza con un engrane de 20; observe que hemos marcado su punto de contacto.

Figura 4. Cuando el engrane más pequeño ha completado 1/2 vuelta, el engrane más grande sólo ha recorrido 1/4 de vuelta.

Figura 5. Otra 1/2 vuelta del engrane pequeño da lugar a 1/4 de vuelta del más grande.

Figura 6. Dos vueltas completas del engrane chico originan una vuelta completa del grande.

4 Sincronización de las válvulas L304

Ahora puede usted observar que si uno de los engranes mide dos veces más que el otro, recorrerá la mitad de vueltas que el más pequeño. Entonces, si colocamos el de mayor tamaño en el árbol de levas, su velocidad será 50% menor que la desarrollada por el del cigüeñal. Así,

"podemos hacer que el árbol de levas gire con una rapidez 50% más baja que la del cigüeñal. Es decir, el diferente tamaño de los engranes hace que el árbol de levas recorra 360° mientras el cigüeñal recorre 720° de su ciclo de cuatro tiempos.

Encierre en un círculo el término entre paréntesis que

complete las siguientes afirmaciones.

1. En el tiempo que le toma al motor realizar un ciclo completo de cuatro tiempos, cada una de las válvulas de admisión y escape deben abrirse (una vez, dos veces).

2. En un ciclo de cuatro tiempos, el cigüeñal tiene que dar dos vueltas completas, o 720°. Al mismo tiempo, el árbol de levas recorre (una, dos) vueltas completas, y gira (160°, 360°).

3. Si el árbol de levas gira 50% menos rápido que el cigüeñal, entonces su engrane debe ser (dos veces, la mitad) mayor que el que se encuentra en el extremo del cigüeñal.

Respuestas

Sincronización del árbol de levas

Como ya dijimos, la válvula de admisión se abre en el PMS del primer tiempo (admisión) y se cierra en el PMI de ese mismo tiempo. También mencionamos que la válvula de escape se abre en el PMI antes del último tiempo (escape) y se cierra en el PMS del tiempo de escape. No obstante, en realidad las válvulas se abren un poco antes y se cierran un poco después de lo que dijimos. ¿Por qué razón? Porque debe transcurrir cierto tiempo para que los gases entren y salgan del cilindro. Al periodo en que las válvulas permanecen abiertas se le denomina duración de las válvulas, y podemos medirla en grados. También medimos en grados el punto en que cada válvula se abre y se cierra —generalmente en relación con el PMS o con el PMI.

Sincronización de las válvulas de admisión. Si las válvulas de admisión tuviesen que abrirse en el PMS del tiempo de admisión y cerrarse en el PMI de dicho tiempo, su duración sería de 180°. ¿Por qué? Porque permanecerían abiertas la mitad de una vuelta completa, y la mitad de 360° es igual a 180°. Pero necesitan cierto tiempo más para abrirse al máximo, así como para cerrarse por completo. Es necesario que se abran y se cierren, y que haya suficiente tiempo para que la mezcla entre en el cilindro. Por lo tanto, se abren antes del PMS y se cierran después del PMI. En la figura 7 aparece el diagrama de sincronización de las válvulas de admisión de un Chrysler estándar V-8 de 440 pulgadas cúbicas. En este motor, las válvulas de admisión comienzan a abrirse 16° antes del PMS (se escribe 16° APMS). Permanecen abiertas todo el tiempo de admisión, y luego se cierran 60° después del PMI (se escribe 60° DPMI). Por lo tanto, la duración de las válvulas de admisión en el caso de este motor es igual a 256°, es decir, 16° + 180° + 60° = 256°.


La válvula de admisión abre 16° APMS

PMS

Figura 7. Este diagrama muestra la duración de una válvula de admisión en el motor Chrysler V-8 de 440 pulgadas cúbicas.

Figura 8. El cigüeñal se encuentra 16° APMS cuando la válvula de admisión se abre, y 60° DPMI cuando se cierra.

Estudiemos con más detalle la sincronización de las válvulas de admisión para entender mejor su significado. Si una válvula de admisión se abre 16° APMS, en realidad se abre antes de que haya terminado el tiempo de escape. Tal vez usted piense que sería malo para el motor abrir la válvula de admisión mientras la de escape permanece abierta. Pero, hasta cierto punto, esto le resulta beneficioso. ¿Por qué motivo? Porque la fuerza de la mezcla que entra en el cilindro ayuda a expulsar los gases quemados a través de las válvulas de escape; simultáneamente, los gases frescos ayudan en parte a reducir la temperatura de la válvula.

Las válvulas de admisión se cierran 60° DPMI, una tercera parte del recorrido en el tiempo de compresión de 180°, el cual comienza en el PMI y concluye en el PMS. La figura 8 muestra la posición del pistón cuando una válvula de admisión se abre y se cierra. Como se puede apreciar, la mezcla de admisión sigue entrando en el cilindro, incluso después de que se ha iniciado la compresión. En otras palabras, la compresión no comienza realmente durante los primeros 601 del tiempo de compresión, ya que la válvula de admisión sigue abierta. Sin embargo, cuando la válvula de admisión se cierra, al pistón le queda casi todo el tiempo de compresión y se habrá aprovechado al máximo el llenado del cilindro, por lo que puede comprimir la mezcla y prepararla para la explosión.

Escoja de la columna de la derecha el término que corresponda a cada una de las afirmaciones de la izquierda. Luego, anote en las líneas del centro la letra que identifica al término elegido. (Estas cifras se aplican específicamente en el caso de un motor Chrysler de 440 pulgadas cúbicas.)

1. La válvula de admisión se cierra. ______ a. 256°

2. La válvula de admisión se abre. b. 60° DPMI

3. La duración de la válvula de admisión es. ______ c. 16° APMS

Respuestas


Se cierra la válvula de admisión

Sincronización de las válvulas de escape. Si las válvulas de escape se abrieran en el PMI al principio del tiempo de escape y se cerraran en el PMS al final de esta misma carrera, tendrían una duración de 180°. Sin embargo, lo mismo que en el caso de las válvulas de admisión, las de escape 'necesitan suficiente tiempo para abrirse y cerrarse por completo. Por lo tanto, las válvulas de escape se abren antes del PMI y se cierran después del PMS. (Consulte la figura 9.)

16° Se cierra la válvula de escape

Se abre la válvula de escape

Figura 9. En

este diagrama se presenta la duración de la válvula de escape en un motor Chrysler de 440 pulgadas cúbicas.

Si observamos las figuras del motor Chrysler 440, notaremos que la válvula de escape realmente se abre 64° antes del PMI del tiempo de escape (se escribe 64° APMI) y se cierra 16° después del PMS (se escribe 76° DPMS). Dado que la válvula permanece abierta todo el tiempo de escape, la duración total es de 260°, es decir, 64° + 180° + 16° = 260°.

Como se muestra en la figura 10, la válvula de escape realmente se abre justo antes de finalizar el tiempo de fuerza. ¿Acaso esta abertura prematura de la válvula influye en la potencia del motor? Realmente no; casi toda la fuerza de la mezcla de explosión ha sido expandida cuando se abre la válvula de escape. Entonces, la abertura prematura de la válvula hace que los gases quemados salgan de la cámara de combustión en forma más eficiente.

Se abre la válvula de escape

Se cierra la válvula de escape

Figura 10. El cigüeñal se encuentra 64° APMI cuando se abre la válvula de escape, y 16° DPMS cuando se cierra.

Traslape valvular 32°

16° DPMS

64° APMI

16

Admisión

Figura 11. En los motores Chrysler de 440 pulgadas cúbicas, el traslape valvular tiene lugar entre los 16° APMS y 16° DPMS. cuando están abiertas ambas válvulas.


Escape

También ayuda el que la válvula de escape no se cierre sino 16° después de haberse iniciado el tiempo de admisión. Como dijimos antes, si las dos válvulas se abren al mismo tiempo, la mezcla de admisión obliga la salida de los gases quemados a través de la válvula de escape. Pero esta última se cierra antes de que la mezcla fresca pueda seguir a los gases quemados

Traslape valvular. En el motor de nuestro ejemplo, la válvula de admisión se abre 16° APMS y la de escape se cierra 16° DPMS. (Consulte la figura 11.) Por lo tanto, durante un periodo de 32°, ambas válvulas se mantienen abiertas: 16° + 16° = 32°. A este espacio de tiempo se le denomina traslape valvular, debido a que el cierre de la válvula de escape se sobrepone a la abertura de la válvula de admisión. En .este lapso, la mezcla de admisión hace que los gases quemados abandonen la cámara de combustión.

Escoja de la columna de la derecha el término que corresponda a cada una de las afirmaciones de la izquierda. Luego, anote en las líneas del centro la letra que identifica al término elegido. (Estas cifras se aplican específicamente en el caso de un motor Chrysler de 440 pulgadas cúbicas.)

1. Duración de la válvula de escape. a. 16° DPMS b. 260°

2. La válvula de escape se abre. c. 16° APMS a 16° DPMS d. 64°APMI

3. La válvula de escape se cierra.

4. Traslape valvular.

Respuestas

Elevación de la leva, del lóbulo y de la válvula. En la figura 12 se muestra la elevación de la leva, del lóbulo y de la válvula. La elevación de la leva es la distancia que el lóbulo de la leva mueve al levantaválvulas. La elevación del lóbulo es la altura que alcanza el lóbulo más allá del círculo de base de la leva. (Los mecánicos también se refieren a la elevación del lóbulo como elevación en la leva.) La elevación de la válvula es la distancia que recorre la válvula desde la posición en que está cerrada hasta que se abre por completo. Estas distancias se miden en milésimas de pulgada o en

Figura 12. A la distancia que recorre una válvula al abrirse se le conoce como elevación de la válvula.


.— Válvula Varilla de empuje

Elevación de la válvula Elevación

de la leva

Elevación-del lóbulo Lóbulo

Leva

milímetros. Por ejemplo, la mayoría de los vehículos de pasajeros tienen una elevación de levas —y de lóbulos— de entre 0.300 de pulgada (7.5 milímetros; menos de 1/3 de pulgada) hasta 0.450 de pulgada (11.3 milímetros, menos de 1/2 pulgada). La elevación de las válvulas en casi todos los vehículos equivale a menos de 0.500 de pulgada (12.7 milímetros; 1/2 pulgada). La abertura completa normalmente ocurre en el punto medio de la duración. Por lo tanto, la válvula emplea el inicio del ciclo de apertura para abrirse en su totalidad, y utiliza la parte final del ciclo de cierre para volverse a cerrar. Cuando la válvula está cerrada, se apoya sobre el asiento de ¡a válvula, una parte del motor localizada al final del puerto. (Consulte la figura 13.)

Figura 13. Cuando se cierra una válvula, se apoya sobre el asiento de la válvula.

Rampas. Las válvulas se abren y se cierran en forma gradual. Sería casi imposible abrirlas inmediatamente a su máxima capacidad. Asimismo, se dañarían si bajaran rápidamente hasta su asiento. Por lo tanto, el lóbulo de la leva debe ayudar a que su apertura y su cierre sean progresivos. Es por eso que los fabricantes cuidan mucho la configuración lateral de los lóbulos. Procuran que la pendiente que va del círculo de base hasta la punta del lóbulo, y que baja otra vez hasta el círculo de base, sea lo más gradual posible. Las partes inclinadas del lóbulo reciben el nombre de rampa de apertura y rampa de cierre. (Consulte la figura 14.)

Nariz Lóbulo

Rampa de apertura

Figura 14. La rampa de apertura del lóbulo abre la válvula, y la rampa de cierre la cierra.


Asiento de la

Asiento de la

Rampa de cierre

Círculo de base

Especificaciones del árbol de levas. Es obvio que el árbol de levas no sólo determina lo que sucede en el tren de válvulas, sino también el momento en que se articulan las piezas. Si cambia el árbol de levas, también se verá modificada la sincronización de las válvulas. Por lo tanto, cada^ árbol de levas tiene ciertas especificaciones que lo distinguen de los demás. (Es posible que al simple vista dos árboles parezcan iguales y que en realidad sean bastante diferentes.) Entre las especificaciones del árbol de levas se incluye la descripción de los puertos de admisión, de la duración de la admisión, de los puertos de escape, de la duración de escape, del traslape valvular y de la elevación de los lóbulos.

No necesitamos saber el momento en que se cierran las válvulas. ¿Porqué? Porque podemos calcularlo si conocemos Ja apertura y duración de las válvulas. También podemos determinar el traslape de las válvulas si sabemos cuál es su apertura y duración. Pero, de cualquier manera, el traslape siempre se menciona en las especificaciones.

Figura 15. La elevación de la válvula es igual a la altura del lóbulo sobre el círculo de base cuando las válvulas son accionadas directamente, en lugar de hacerlo con los balancines. La elevación de la válvula también puede equivaler a la de los lóbulos en un sistema de balancín, si las dos patas de este último tienen las mismas dimensiones.

Elevación de la

válvula 0.300 de pulgada

En la figura 15 se observa que la elevación de las válvulas equivale a la elevación del lóbulo cuando éstas son accionadas en forma directa, y no mediante el balancín. La elevación de las válvulas también puede ser igual a la elevación de los lóbulos en un sistema con balancines, si ambas patas (extremos) de los balancines son iguales. Sin embargo, cuando una pata es más larga que la otra —como en la figura 16—, la distancia que recorre la válvula al abrirse difiere de la altura del lóbulo de la leva.

Figura 16. Cuando una pata del balancín es más larga que la otra, la elevación de la válvula no es igual a la elevación del lóbulo. Este motor tiene una relación de 1 1/2 a 1 en lo que se refiere a los brazos del balancín, porque uno de los brazos es 1 1/2 veces más largo que el otro.

0.450 de pulgada


Leva Elevación del lóbulo 0.450 de pulgada

Relación de longitud del balancín

Elevación del lóbulo

0.300 de pulgada

Asiento

0.450 de pulgada Elevación de la válvula

Relación de longitud del balancín

Elevación del lóbulo

0.300 de pulgada

Elevación de la válvula

En la mayoría de los motores, la relación de longitud del balancín es de alrededor de 1.5 a 1. Es decir, la elevación aproximada de las válvulas es 1 1/2 veces mayor que la de las levas. Por

ejemplo, supongamos que el lóbulo de la leva es igual a 0.300 de pulgada (7.5 milímetros) y que la relación de longitud de los balancines es de 1.5:1. La válvula recorrerá una distancia de 0.450 de pulgada (11.3 milímetros), o sea 1.5 x 0.300 de pulgada = 0.450 de pulgada.

1. Las partes inclinadas del lóbulo de la leva se llaman

------------------------------------------ y

2. En las especificaciones de un árbol de levas se incluye una descripción de

a. puertos de d. duración de b. duración de e. traslape c. puertos de f. elevación del

Respuestas

Ajuste del árbol de levas. Ahora que ya sabe usted en qué consiste la sincronización de las válvulas, puede imaginar su importancia. Si las válvulas no se abren en el momento preciso, es imposible la entrada o salida de la cantidad exacta de mezcla que requiere el cilindro. Si las válvulas no se cerraran en el momento preciso, podrían escapar los gases que se necesitan para la combustión.

Engrane del cigüeñal

Figura 17. La alineación de las marcas de sincronización sobre los engranes del árbol de levas y del cigüeñal aseguran la sincronización exacta de las válvulas, A este proceso lo llamamos ajuste del árbol de levas o sincronización del motor.

Escriba en los espacios vacíos el término que falta para '• completar las siguientes afirmaciones.

Marcas de sincronización

Como usted sabe, el cigüeñal hace funcionar al árbol de levas. Pero ¿cómo podemos establecer si la alineación de ambos es correcta? En otras palabras, ¿cómo es posible saber si una válvula de admisión comenzará a abrirse determinados grados antes del PMS y a cerrarse ciertos grados después del PMI? La clave para la alineación adecuada entre el árbol de levas y el cigüeñal está en los engranes que se localizan en la parte frontal tanto del árbol de levas como del cigüeñal. A estos engranes se les conoce como engrane del árbol de levas y engrane del cigüeñal. Cada uno de estos engranes tiene una marca que se debe hacer coincidir durante su instalación para asegurar la sincronía adecuada. Estas marcas se denominan marcas de sincronización o marcas de ajuste. La alineación correcta de las marcas se conoce como sincronización del motor o ajuste del árbol de levas. (Consulte la figura 17.)

Cadenas y poleas de sincronización

Son relativamente pocos los vehículos que poseen engranes de sincronización que se entrelazan de manera directa. En la mayoría de los casos, el engrane del árbol de levas y el engrane del cigüeñal se comunican entre sí a través de una cadena de sincronización o banda dentada de sincronización. No obstante, aunque los engranes no se acoplen directamente, su relación de tamaño es de 2:1. Es decir, el engrane del árbol es 2 veces más grande que el del cigüeñal y tiene el doble de dientes.

En los vehículos que utilizan una cadena de sincronización, los engranes se acoplan con la cadena, ya que los dientes entran en sus eslabones. En los automóviles con correa o banda dentada de sincronización, los engranes se acoplan con la banda dentada. En este caso, cada uno de los dientes del engrane se acopla entre los dientes de la banda dentada.

Como se aprecia en la figura 18, un árbol de levas accionado con una cadena o banda gira en la misma dirección que el cigüeñal. Pero cuando el árbol de levas es arrastrado directamente por el cigüeñal, da vueltas en la dirección opuesta.

Piñón del árbol de levas

Piñón del cigüeñal

Engrane del árbol de levas

Engrane del cigüeñal

Figura 18. Cuando los engranes del árbol de levas y del cigüeñal se enlazan de manera directa, éstos giran en dirección contraria el uno del otro. Pero cuando una cadena o banda conecta a estos engranes de sincronización, el árbol y el cigüeñal dan vuelta en el mismo sentido.

En los últimos años, las correas o bandas dentadas de sincronización se han vuelto cada vez más populares, debido a que su costo es más reducido que el de las cadenas y porque funcionan con un nivel más bajo de ruido. Una banda dentada de sincronización puede hacerse de neopreno (caucho sintético), reforzado con fibra de vidrio o con cuerdas interiores de acero.


Polea dentada del árbol de levas

Banda dentada de

sincronización

Cadena de sincronización

Polea dentada del cigüeñal

En la figura 19 se compara una banda dentada con una polea en V con muescas. No hay que confundir una con otra. La banda dentada es una correa de arrastre preciso o exacto. Para cada diente, esta polea recorre justo un solo diente. Si no fuera así, el árbol de levas perdería su

Sincronización y las válvulas dejarían de abrirse y cerrarse en el momento preciso. En estas Condiciones, el motor tendría muy poca potencia, en el caso de que llegara a arrancar.

Las poleas en V se ajustan a una polea dentada (rueda uniforme con los rebordes estriados) y contribuyen al movimiento de los ventiladores y de otros accesorios. La polea en V es un mecanismo de arrastre por fricción. Las muescas que se aprecian en su superficie interna le permiten doblarse con más facilidad cuando gira sobre una pequeña polea. Las poleas en V se pueden deslizar un poco sin afectar el funcionamiento del motor.

Figura 19. No hay que confundir una banda de sincronización con una banda en V con muescas. Los dientes de la primera permiten la sincronización precisa del árbol de levas. Las muescas de la polea en V hacen posible que ésta se doble más fácilmente cuando gira sobre una pequeña polea.

Encierre en un círculo la letra V si considera verdadera la

afirmación, o la letra F si la considera falsa.

1. El ajuste del árbol de levas se logra al hacer coincidir la marca de sincronización del piñón del árbol de levas con la marca de sincronización del piñón del cigüeñal. F V

2. El árbol de levas se ajusta para asegurar la correcta sincronización de las levas. F V

3. La mayoría de los automóviles tienen piñones de sincronización que se enlazan entre sí de manera directa. F V

4. Las bandas dentadas flexibles de arrastre se vuelven cada día menos populares porque hacen más ruido y son más costosas que las cadenas de su tipo. F V

Respuestas


Localización del árbol de levas

El arrastre de un árbol de levas depende en parte de la localización del árbol dentro del motor Por ejemplo, el árbol de levas de un motor V-8 se ubica por encima del cigüeñal en la V del bloque (Consulte la figura 20.) Debido a que el árbol de levas se encuentra muy cerca del cigüeñal en este tipo de motores, es posible usar una cadena de arrastre relativamente pequeña. Veamos el sistema de válvulas de un motor en línea.

Figura 20. El árbol de levas en la mayoría de los motores V-8 se localiza en la parte central de la V.

El sistema de válvulas de un motor en línea se asemeja al de un V-8. La diferencia principal radica en la localización del árbol de levas. En casi todos los motores en línea, el árbol de levas se encuentra a un costado de los cilindros (como en la figura 21), o directamente arriba de ellos (como en la figura 22). Hay que observar que en un motor como el que se ilustra en Iafigura21, las varillas de empuje se localizan aun lado del motor. En un V-8, las varillas de empuje se encuentran en la parte interna de la V en cada hilera de cilindros.

Aparte de la localización del árbol de levas, no existe mucha diferencia entre el sistema con válvulas de un motor V-8 y la de un motor en línea. Casi todos los motores en línea utilizan las mismas piezas que estudiamos en la lección anterior y su funcionamiento es similar.

Normalmente, cada una de las válvulas del motor posee una leva, un levantaválvulas, una varilla de empuje, un balancín y un platillo para el resorte de las válvulas. Debido a que cada cilindro cuenta con dos válvulas, los motores de cuatro cilindros en línea requieren ocho de cada una de ellas, mientras que los de seis en línea utilizan 12.

Cigüeñal

Figura 21. En casi todos los motores en línea, el árbol de levas se ubica a un costado de los cilindros.

Figura 22. En los motores con el árbol de levas elevado, dicho árbol se apoya directamente sobre los cilindros.


Árbol de levas Cigüeñal

Balancín Árbol elevado

Válvula Varilla de empuje

Levantaválvulas Resorte Válvula Árbol de

levas

Arboles elevados

En la figura 22 se presenta un árbol de levas elevado. En este modelo, el árbol de levas se sitúa Pobre los cilindros; sus lóbulos empujan hacia abajo a los levantaválvulas, que presionan en la misma dirección al vastago de las válvulas. Así, en el caso de los árboles elevados no se requiere ningún movimiento ascendente en las levas que deba convertirse en una trayectoria descendente para abrir las válvulas. Puesto que su leva puede operar cerca de los levantaválvulas y de las válvulas, este tipo de motores con árbol elevado no necesitan tener varillas de empuje; tampoco requieren ejes o birlos de balancín. En realidad, una de sus mayores ventajas radica en que carece de partes que se mueven, y esto hace que el árbol de levas trabaje mejor y que tenga menos probabilidades de funcionar mal. Los motores con un árbol elevado único se conocen como unidades AEU o, simplemente, AE.

Algunos vehículos, como el Mercedes 280, cuentan con dos árboles elevados: uno para las válvulas de admisión y otro para las válvulas de escape. (Consulte la figura 23.) Se dice que esta clase de automóviles tienen un árbol elevado doble (AED) o un motor con árbol gemelo (AG).

Figura 23. Este motor cuenta con dos árboles elevados. A esta clase de máquina la denominamos motor

con árbol elevado doble (AED) o con árbol gemelo (AG).


Otra variante del árbol elevado es el motor con el árbol en la cabeza. Como se observa en la figura 24, los motores con esta clase de árbol tienen balancines, pero carecen de levantaválvulas o varillas de empuje. Este tipo de máquinas utilizan más piezas que las máquinas con el árbol elevado, pero menos que las máquinas que tienen el árbol en el monoblock.

Figura 24. Los motores con el árbol en la cabeza tienen balancines, pero carecen de varillas de empuje o levantavalvulas.

Resorte de la válvula

Valvula

Si considera que las afirmaciones de la izquierda son

correctas, encierre en un círculo la palabra Sí. En

caso de que las considere incorrectas, circule la

palabra No.

1. En muchos motores en línea, el árbol de levas se localiza en la parte baja del bloque de los cilindros, cerca del cigüeñal. Sí No

2. El motor con un solo árbol de levas localizado sobre los cilindros se conoce como motor de una sola válvula elevada. Sí No

3. Los árboles elevados requieren menos partes en el tren de válvulas que los motores con varilla de empuje. Sí No

Respuestas

Cómo se mueve un árbol elevado

El motor con árbol de levas elevado ha ganado mucha popularidad porque su tren de válvulas es mucho más sencillo que el de los motores con el árbol localizado en el monoblock. Su polea de sincronización ofrece una forma sencilla y económica de accionar el árbol elevado. Los dientes de esta correa reforzada de goma sintética se acoplan perfectamente con los del engrane del cigüeñal y del árbol de levas. Los árboles elevados también son impulsados mediante cadenas. Pero generalmente, sólo los automóviles antiguos y los deportivos usan una cadena para impulsar su motor AE.


Balancín

Levantaválvulas hidráulico

Leva

Compare usted los tres sistemas de arrastre que aparecen en la figura 25. Podrá observar que cuando el árbol de levas se apoya en el monoblock, la cadena puede ser relativamente corta. Por

tro lado, cuando el árbol se localiza en la cabeza del motor, la banda dentada (o cadena) debe ser bastante larga. Para evitar que tengan juego y que patinen, los sistemas de arrastre de los AE

(al igual que los que se encuentran en la cabeza del motor) cuentan con un rodillo tensor; éste es una polea o engrane adicional que puede ajustarse para mantener la tensión de la banda dentada o de la cadena. Algunos rodillos tensores se ajustan en forma automática con un resorte. El estiramiento de la banda de sincronización se conoce como tensión de la polea; asimismo, el estiramiento de la cadena de sincronización es denominado tensión de la cadena. No hay que olvidar que si en el sistema de arrastre de un árbol se desliza ¡ncluso un diente, su sincronización se afecta tanto que es posible que el motor no arranque. Por lo tanto, es muy importante que la polea o la cadena tenga un buen contacto con los engranes.

Las bandas flexibles de arrastre con dientes en su superficie interna se denominan bandas Gilmer; es por ello que a veces se conoce a los sistemas de arrastre de un árbol elevado como bandas Gilmer de arrastre. Estas bandas casi nunca se estiran o aflojan como una cadena. Aun así, casi todas utilizan un rodillo tensor.

Engrane del árbol de

levas Engrane del cigüeñal

Polea dentada del árbol de levas de un motor AE

Polea' dentada del cigüeñal

Figura 25. Cuando el árbol de levas se apoya en el monoblock, sólo se necesita una cadena corta para enlazarlo con el cigüeñal. Pero en los motores AE, el árbol de levas se encuentra más allá del cigüeñal. Por lo tanto, se requiere una cadena, o polea, más larga para engranar ambas piezas.

Válvulas

Ahora hablaremos de las válvulas. La razón de no haberlas estudiado antes de conocer el tren de válvulas, es que para entender lo que son y cómo funcionan, era necesario que usted supiera algo de las levas, su sincronización y su arrastre.

Tal vez no necesitemos recordarle las dos funciones de las válvulas, pero las repetiremos por si acaso: la apertura de una válvula permite la entrada de mezcla fresca al cilindro y la salida de los gases quemados del cilindro. Cuando una válvula se cierra, sella su puerto para que la fuerza de compresión no haga que una parte de la mezcla salga del cilindro en el momento equivocado.

Pues bien, estudiemos ahora las partes y los materiales que integran una válvula.

Partes de una válvula

Debido a su forma, las válvulas utilizadas en los motores automotrices modernos se conocen como válvulas de hongo o de vastago. La mayor parte de los motores usan dos válvulas por


o

Árbol de levas

Banda dentada flexible de arrastre

Engrane del árbol de levas de un motor AE

Rodillo tensor

Marcas de sincronización Rodillo

tensor Engrane del cigüeñal

cilindro, pero existen algunos que utilizan tres (dos de admisión y una de escape) o hasta cuatro (dos de admisión y dos de escape) por cilindro. Aunque las válvulas siempre son de una sola pieza, éstas se dividen en varias partes.

Observe la figura 26. La parte ancha de la válvula es la cabeza, y la parte inclinada que entra en contacto con el asiento de la válvula se conoce como cara de asentamiento. Al delgado eje de la válvula lo llamamos vastago. Las muescas cercanas a la punta del vastago se denominan ranuras para los seguros, y el extremo del vastago es la punta de la válvula.

Figura 26. Una válvula de hongo es la puerta que permite la entrada o salida de la mezcla en el cilindro.

La cara es el elemento más importante de la válvula. ¿Por qué? Porque debe entrar en contacto con el asiento de la válvula y sellar los puertos para evitar la pérdida de compresión. Los fabricantes cortan en ángulo la cara de las válvulas—por lo general a 45° o 30o— al igual que el asiento de las válvulas, con el fin de ajustar en forma correcta la cara al asiento cuando se cierran. Asimismo, la cara es la parte que más se desgasta. Por esta razón, la cara de algunas válvulas es recubierta con aleaciones de gran dureza, como la estelita. Estos recubrimientos permiten a la válvula soportar mejor el golpeteo producido por su cierre, cuando la cara toca el asiento.

El vastago de la válvula también se puede desgastar porque se desliza a través de un canal conocido como guía de la válvula. Esta guía la mantiene en su lugar conforme se abre y se cierra otra vez para que selle correctamente cuando esté cerrada. (Consulte la figura 27.)

Figura 27. Las partes de una válvula con mayor probabilidad de desgaste son su cara de asentamiento, la cual entra en contacto con el asiento inclinado, y su vastago, que toca la guia de la válvula.

Cara de asentamiento

Materiales de las válvulas

Como usted sabe, la parte interna del cilindro se calienta demasiado cuando tiene lugar la explosión. Las válvulas (al igual que el pistón y las bujías) también se ven expuestas a esas elevadas temperaturas, que superan los 2 200°C en el caso de las válvulas de escape. Entonces los fabricantes deben hacerlas con materiales de muy alta calidad.

18 Sincronización de ¡as válvulas L304

Retén de aceite

Vastago

Una válvula de admisión no se calienta tanto como una de escape. ¿Por qué motivo? Porque en cada tiempo de admisión permite el paso de una mezcla fría de aire y combustible. En cambio, la válvula de escape sólo deja pasar gases calientes quemados en cada tiempo de escape. En muchos automóviles deportivos, el vastago de las válvulas es hueco y está parcialmente lleno de

sodio, lo cual ayuda a mantener fría la cara de asentamiento de las válvulas. Con las temperaturas a las que opera el motor, el sodio se convierte en líquido y transporta el calor de la cara de la válvula a su vastago; éste, a su vez, transfiere el calor a la guía de las válvulas en el motor. (Consulte la figura 28.) Finalmente, el sistema de enfriamiento elimina el calor del motor.

Figura 28. Las válvulas huecas, llenas parcialmente de sodio, evitan el sobrecalentamiento de su cara de asentamiento. A las temperaturas en que opera un motor, el sodio se funde y se convierte en liquido. Entonces, salpica la cara de la válvula y transfiere el calor de ésta a la guía.

Figura 29. El platillo rotor de una válvula hace que la válvula gire un poco en cada recorrido, con lo cual la va enfriando.

Otra forma de evitar el sobrecalentamiento de la cara de las válvulas es mediante el uso de un dispositivo especial llamado platillo rotor de válvulas. (Consulte la figura 29.) El platillo rotor de válvulas se localiza entre la punta de la válvula y el balancín, y hace que la válvula gire unos cuantos grados cada vez que se abre y se cierra. Los platillos rotores tienen varias formas distintas, aunque su función es la misma. Al hacer que las válvulas giren siempre un poco cada vez que suben y bajan, el platillo rotor constantemente expone diferentes secciones de éstas a diferentes temperaturas. Por lo tanto, ninguna sección de las válvulas permanece expuesta en forma constante a las temperaturas más elevadas.

Por otra parte, mediante un pequeño desplazamiento lateral del balancín, esta acción de rotación de la válvula también se consigue en algunos motores, de manera que el extremo del balancín que se apoya en la punta de la válvula quede fuera de centro con respecto a la punta de la válvula. Con esto se obtiene un pequeño giro de la válvula en cada accionamiento del balancín.


La fuerza de apertura de la válvula provoca una pequeña rotación

Fuerza de apertura de la válvula

1. Escriba el nombre de cada una de las partes de esta válvula.

a.

b.

c.

d.

e.

2. Las dos partes del motor que toca una válvula son el _ y la _ _

3. Los_________________________________ hacen girar las válvulas cada vez que éstas se abren y se cierran.

Respuestas


El modelo T de Ford

Henry Ford construyó el primer carro de propulsión mecánica en 1896. Cuando organizó la em-presa Ford Motor Company en 1903, con la mitad de lo que costaba un vehículo era posible adquirir una vivienda decente. Ford decidió entonces fabricar un vehículo al que denominó "el auto-móvil del hombre común"; éste debía ser resistente, económico y "tan fácil de manejar como un caballo".

El resultado fue el modelo T, el primero de los que Ford vendió en 1908. Con su motor de cuatro cilindros y 20 caballos de fuerza, estos vehículos desarrollaban velocidades de hasta 80 kilómetros por hora. Los caballos se aterrorizaban y los conductores de automóviles de uno y dos cilindros renegaban cuando pasaba a toda velocidad un "coche barato".

El modelo T fue el primer automóvil americano importante.

Cortesía de Ford Motor Company


La producción en serie. ideada por Henry Ford, cambió el mundo para siempre.

Cortesía de Foro Motor Company

Ford redujo costos al eliminar extravagancias, como los acabados interiores de madera y el tapizado de cuero. Por otra parte, las culatas desmontables de los cilindros facilitaban mucho las reparaciones del motor. El uso de aleaciones de acero y vanadio permitió que las partes del modelo T duraran más tiempo. Además, este modelo fue el primer automóvil estadounidense impor-tante con el volante de dirección del lado izquierdo.

Pero la idea más relevante de Ford fue la línea de ensamble que introdujo en 1913. A partir de entonces, los modelos T se producían en su planta de manera ininterrumpida. Ford mejoró los métodos de ensamble en línea y logró producir 70 mil autos terminados en un solo día.

Y cuanto más automóviles se vendían, más baratos eran. Eso explica por qué se vendían tan bien. Un concesionario pidió en broma a la empresa de Ford que pintara su lote de autos de color amarillo, para colgarlos en racimos y venderlos como plátanos.

En 1920, más de la mitad de todos los automotores en el mundo eran modelo T. Pero muy pronto los competidores, como General Motors, también adoptaron los métodos de ensamble el línea. Sus económicos vehículos demostraron tener mejor apariencia y ser más cómodos que el modelo T. Las ventas de Ford disminuyeron y el último modelo!—número 15 007 033—salió de la planta en 1927.


INSTRUCCIONES: Resuelva el siguiente examen y no dude en consultar el texto de la lección cuantas

veces sea necesario. Encierre en un circulo la letra que identifique a la respuesta que usted considere

correcta. Verifique cuidadosamente sus respuestas y luego, en el talón de abajo, escriba dentro de cada

cuadro la letra que usted circuló en cada caso. Escoja una sola respuesta para cada pregunta. Recorte

el talón sobre la linea punteada, anote claramente su número de matricula, su nombre y domicilio, y

envíelo a la escuela.

La sincronización real de una válvula está deter-minada por

a. el árbol de levas. b. las bielas. c. las varillas de empuje. d. los ejes de los balancines.

Puesto que el árbol de levas debe girar 50% más lento que el cigüeñal, el engrane del árbol

de levas debe ser

a. 50% menor que el engrane del cigüeñal. b. exactamente del mismo tamaño que el engrane

del cigüeñal. c. dos veces más grande que el engrane del ci

güeñal. d. de cualquier tamaño, porque ambos engranes

no tienen nada que ver entre sí.

3. La gráfica siguiente representa el diagrama de sincronización de la leva de una válvula de ad-

misión. Después de estudiarlo, elija el enunciado que mejor lo describa. a. La válvula de admisión se abre 75° DPMI y se cierra 27° APMS. Duración = 282°. b. La válvula de admisión se abre 27° DPMI y se cierra 75° APMS. Duración = 282°. c. La válvula de admisión se abre 27° DPMI y se

cierra 75° DPMI. Duración = 302°. d. La válvula de admisión se abre 27° APMS y se

cierra 75° DPMI. Duración = 282°.

4. La gráfica siguiente representa el diagrama de sincronización de la leva de una válvula de esca-pe. Después de estudiarlo, elija el enunciado que mejor lo describa. a. La válvula de escape se abre 71 ° APMI y se cierra 22° APMS. b. La válvula de escape se abre 71 ° APMI y se cierra

22° DPMS. c. La válvula de escape se abre 71° DPMS y se

cierra 22° APMI. d. La válvula de escape se abre 22° DPMI y se cie

rra 71° APMI.

Recorte aquí el talón de respuestas y envíelo a la escuela

1.

2.

5 . Si los diagramas correspondientes a las válvulas de admisión y escape que se presentan en las preguntas 3 y 4 se utilizaran en el mismo motor, el traslape valvular sería igual a a. 102°. b. 93°. c. 49°. d. 146°.

6 . Cuando el engrane del árbol de levas y el engra ne del cigüeñal se instalan en un motor, la marca de sincronización debe alinearse para que a. la sincronización de las válvulas sea correcta en

relación con el cigüeñal. b. el árbol de levas se mueva exactamente dos ve

ces más rápido que el cigüeñal. c. las válvulas de admisión se abran más y que las

válvulas de escape se cierren más rápido. d. la cadena de sincronización tenga la tensión

adecuada.

7 . Los motores con el árbol elevado se hacen cada vez más populares porque a. son más cortos que los árboles normales. b. generalmente tienen menos partes movibles. c. no requieren cadenas de arrastre. d. los árboles normales hacen demasiado ruido.

8 . En los árboles elevados, las levas se encuentran arriba de los cilindros para que

a. puedan descansar sobre el vastago de las vál vulas.

b. no interfieran con las bujías. c. eliminen la necesidad de recurrir a varillas de

empuje más largas. d. eviten la utilización de tantos lóbulos de leva,

levantaválvulas o válvulas.

9. Los árboles elevados pueden ser arrastrados mediante bandas dentadas o cadenas. Los mo-tores AE utilizan un rodillo tensor para que a. la banda o cadena de sincronización tenga la

tensión adecuada. b. la sincronización de las válvulas sea ajustada

cuando el motor marche en vacío. c. las válvulas de admisión se cierren más rápido

y las válvulas de escape permanezcan abiertas más tiempo.

d. las levas elevadas puedan operar directamente sobre los levantaválvulas y las válvulas.

10. Es muy importante que tanto el ángulo de la cara como el asiento de las válvulas se ajusten entre sí para que a. la sincronización de las válvulas sea correcta. b. el traslape valvular pueda tener el mismo nú

mero de grados que el ángulo de la cara de asentamiento de la válvula.

c. las válvulas de admisión y escape no se abran al mismo tiempo.

d. las válvulas sellen en forma correcta los cilin dros cuando estén cerradas.

Una vez resuelto el examen usted puede enviarlo a la escuela por FAX. Asegúrese de marcar su nombre y respuesta con tinta negra y si desea la respuesta también por FAX, anote ambos números de Fax y telefónico en lugar de su dirección.


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