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La mecánica del automóvil es un mundo altamente confuso para muchos conductores, por lo que en esta ocasión vamos a profundizar un poco en uno de los componentes clave del motor. Este importante elemento se encarga de controlar el accionamiento de las válvulas de escape y admisión para que apertura conlleve el menor intervalo posible o se produzca durante intervalos semejantes.

Mecánicamente, el árbol de levas es una barra o eje de rotación que incorpora unas palas o levas, que son las encargadas de accionar la apertura y cierre de las válvulas. Esta barra queda colocada sobre la culata del motor y en algunos casos hay dos: una para las válvulas de admisión y otra para las válvulas de escape. Los árboles de levas quedan unidos al cigüeñal mediante la correa o cadena de distribución. Además, contribuyen a repartir el aceite por el motor y ayudan a que funciona la bomba de combustible.

¿Cómo funciona?

Cuando giramos el contacto del vehículo, esto genera el movimiento del cigüeñal a través de un impulso eléctrico. Ello hace que las bielas empujen y retraigan los pistones hacia los cilindros, comprimiendo la mezcla de aire y combustible y generando a su vez una chispa que enciende las bujías en la cámara de combustión.

Como el árbol de levas está conectado al cigüeñal, inicia su rotación y permite que las válvulas se abran y cierren para dejar pasar la mezcla o expulsar los gases resultantes del proceso.

Tipos

También denominado de válvulas laterales por la colocación de estas en el lateral del cilindro, dentro del bloque motor. Tiene dos inconvenientes importantes: la cámara de compresión debe ser de mayor tamaño y las dimensiones de las cabezas de las válvulas se ven limitadas por falta de espacio.

El árbol de levas está colocado generalmente en la sección inferior del bloque motor, con las válvulas en la culata. La transmisión del movimiento del cigüeñal al árbol de levas es directa a través de piñones o de una cadena corta. Con este sistema el mantenimiento de la transmisión de estos elementos es prácticamente nulo, pero el número de elementos que componen el sistema es mayor, limitando el número de revoluciones que el motor puede alcanzar. Además, debido a la temperatura del motor, la holgura de los taqués debe ser mayor.

En este caso el árbol de levas se sitúa en la culata, junto a las válvulas. Es el sistema más extendido porque reduce considerablemente el número de piezas necesarias para conectar el árbol de levas y las válvulas, consiguiendo una apertura y cierre más rápidos, además de un régimen mayor de revoluciones.

Por el contrario, complica la transmisión del movimiento desde el cigüeñal y las correas o cadenas de distribución deben ser de mayor longitud, lo que conlleva un desgaste superior y también más mantenimiento. Es el sistema más caro y complejo, pero también el más eficiente en cuanto a rendimiento.

Corte transversal en el que se aprecia el funcionamiento de un sistema DOHC (doble árbol de levas). El eje y las levas comprimen y retraen los pistones con su giro.

Existen dos variantes: SOHC y DOHC. La primera utiliza un único árbol de levas para todas las válvulas. El segundo hace uso de uno para las de admisión y otro para las de escape.

Averías

La principal causa de problemas en el árbol de levas es la falta de lubricación, lo que implica un aumento del desgaste de los apoyos o los rodamientos. En caso de daño o rotura, debemos reemplazar la pieza al completo, lo que en la práctica supone una de las averías más costosas que podemos sufrir en un vehículo.

Adicionalmente, puede ocasionar un fallo en un cojinete que impida que el lubricante complete el proceso de engrase del motor y también pueden aparecer holguras en su alojamiento como consecuencia del uso, aunque en este caso la reparación es sencilla.

Existen varios posibles modos de detectar la avería del árbol de levas y, con ello, la posibilidad de ahorrarnos un importante desembolso económico:

Traqueteos en el motor: mal acoplamiento de los engranajes o desgaste excesivo de los casquillos y/o soportes.

Pérdida de potencia: apoyo del eje gripado, levas con holgura o rotas.

Chirridos estridentes: árbol de levas a punto de griparse, comprobar apoyos.

El coche no arranca: árbol de levas gripado (debe ser reemplazado).

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¿Qué es el árbol de levas? Tipos y averías

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La mecánica del automóvil es un mundo altamente confuso para muchos conductores, por lo que en esta ocasión vamos a profundizar un poco en uno de los componentes clave del motor. Este importante elemento se encarga de controlar el accionamiento de las válvulas de escape y admisión para que apertura conlleve el menor intervalo posible o se produzca durante intervalos semejantes.

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Una válvula de admisión para un motor Yamaha.

David Plaza 10 min. lectura
Las válvulas de admisión y escape forman parte del mecanismo que permite la entrada y salida de líquidos y gases en la cámara de combustión y en los cilindros. La primera se encarga de regular la entrada de la mezcla de aire y combustible, mientras que la segunda deja escapar los gases resultantes de la combustión.

Como en todo mecanismo, las válvulas del motor regulan el acceso y cierre de un elemento líquido o gaseoso a un compartimiento estanco. Y, como hemos avanzado en la entradilla, en el caso de un propulsor de combustión interna las válvulas de admisión y escape se encargan de regular, por un lado, la entrada de aire y combustible en la cámara de combustión y, por otro, la salida de los gases de escape.

A consecuencia de ello, las válvulas deben soportar presiones y temperaturas muy altas, por lo que deben estar fabricadas en materiales muy resistentes y mediante procesos de alta precisión.

Cómo funciona una válvula y qué influye en su diseño

En un motor de combustión interna convencional, la válvula es accionada por el árbol de levas, que se encarga de determinar cuándo deben abrirse y cerrarse. Este eje, unido al cigüeñal mediante la correa o cadena de distribución, incorpora las levas, que cuentan con una forma concreta para cada válvula con el objetivo de mover el balancín que controla la apertura y cierre de las mismas.

Como hemos comentando anteriormente, las presiones y temperaturas a las que se ve sometida una válvula son enormes, por lo que su diseño intenta minimizar estas en la medida de lo posible.

Mecanismo de funcionamiento de las válvulas de admisión y escape.

Por ejemplo, la presión de encendido impacta directamente sobre el platillo de la válvula de admisión cuando esta se cierra, por lo que su espesor y forma permiten reducir dicho esfuerzo. De igual modo, la válvula de escape soporta una temperatura de alrededor de 700 ºC a consecuencia de los gases originados en el proceso de combustión, por lo que se busca ocasionar la mayor disipación de calor posible a través del inserto para el asiento de la válvula en la culata del cilindro o mediante la guía de la válvula hacia la culata.

Partes de una válvula de admisión y escape

Como hemos comentado, las válvulas controlan la entrada y salida de líquidos y gases en los cilindros. Suele haber dos por cada cilindro, una de admisión y otra de escape. La primera deja entrar la mezcla, que posteriormente detona y genera la motricidad del motor y, por otro lado, los gases que son expulsados hacia los escapes a través de la válvula que lleva ese mismo nombre.

Cabeza: Se encarga de cerrar el cilindro en el momento de la combustión y las hay de varias formas: planas, convexas o cóncavas.

Vástago: es el cuerpo de la válvula, la sección más alargada y fina que incluye la cabeza en uno de sus extremos.

Asiento: en él se apoya la cabeza y permite el cierre hermético del cilindro gracias a su forma cónica.

Muelle: este elemento permite el cierre de la válvula cuando la leva deja de presionar, haciendo posible la hermeticidad del proceso. Su tensión debe ser la justa para no crear tensiones innecesarias, pero asegurando el cierre a altas revoluciones.

Chaveta: tiene como misión unir el platillo de resorte (donde apoya el muelle) con la válvula.

Guía: es un casquillo cilíndrico insertado en la culata que permite su eje coincida con el centro del asiento de la válvula.

Pero la válvula consta de varias partes que hacen posible este funcionamiento:

Diferencias entre válvula de admisión y escape

Suele estar fabricada en acero con aleación de cromo y silicio, permitiendo buena resistencia al calor y al estrés mecánico.

Disipa la temperatura a través del contacto del vástago con el aire que entra en la cámara de combustión.

Su temperatura de trabajo ronda los 300 ºC.

Su diámetro es aproximadamente un 15% mayor para favorecer la entrada de la mezcla.

La mezcla de aire y combustible entra a través de la válvula de admisión en los motores de carburador. En los de inyección, es el inyector quien se encarga del combustible.

Piezas que conforman el conjunto de una válvula de admisión y escape.

El platillo y el vástago se construyen generalmente en acero con aleación de cromo-manganeso para resistir la oxidación y las altas temperaturas. Sin embargo, la parte superior del vástago suele estar fabricada en cromo-silicio.

Las temperaturas de trabajo rondan los 700 ºC, por lo que los platillos y vástagos se hacen huecos y se rellenan de sodio para disipar mejor el calor.

Son de menor tamaño para forzar la salida de los gases por presión del pistón.

Aunque el cometido de ambas válvulas es, en esencia, el mismo, lo cierto es que cada una tiene su función específica y por ello cuenta con ligeras diferencias. Comencemos con la válvula de admisión:

En lo relativo a la válvula de escape, los principales aspectos a tener en cuenta son los siguientes:

Válvulas monometálicas: fabricadas racionalmente mediante proceso de extrusión en caliente o proceso de recalcado.

Válvulas bimetálicas: hacen posible la combinación ideal de materiales tanto para el vástago como para la cabeza.

Válvulas huecas: sirven por un lado para la reducción de peso y por otro para la disminución de temperatura. Rellenas de sodio (punto de fusión: 97,5° C), pueden disipar calor desde la cabeza de la válvula hasta el vástago a través del efecto agitador del sodio líquido, y lograr una disminución de la temperatura de entre 80 ºC y 150 °C.

Tipos de válvulas

Existen varios tipos de válvulas de admisión y escape, siendo las principales las que describimos a continuación:

CS: acero bajo carbono para válvulas de admisión, también utilizada como material del vástago en válvulas bimetálicas.

M: acero cromo-silicio para válvulas de admisión y de escape en servicios moderados, aún utilizados como material del vástago en válvulas bimetálicas.

MN: acero cromo níquel silicio para válvulas de admisión con gran resistencia a la corrosión y temperaturas elevadas.

MV: acero cromo-molibdeno-vanadio para válvulas de admisión con alta resistencia al desgaste, corrosión y altas temperaturas.

A: acero austenítico cromo-níquel-manganeso para válvulas de escape resistentes a pesadas condiciones de operación.

AN: acero austenítico cromo-níquel para válvulas de escape resistentes a severas condiciones de operación.

AB: acero austenítico cromo-níquel-manganeso para válvulas de escape resistentes a pesadas condiciones de operación.

X: superaleaciones para válvulas de escape fuertemente solicitadas.

ST: altas aleaciones de blindaje del asiento de válvulas de alta resistencia a la oxidación, desgaste y corrosión.

SH: válvula con asiento atemperado.

N: válvula nitretada.

CP: válvula con vástago cromado.

Materiales utilizados en la fabricación de válvulas

Aunque ya hemos comentado los más habituales, existen otras combinaciones que pueden utilizarse con diferentes fines y para diferentes partes de una válvula. En este caso nos fijamos en el catálogo de válvulas del fabricante MAHLE:

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Válvulas de admisión y escape: qué son, cómo funcionan y cuáles son sus diferencias

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Cómo saber cuál es la válvula de admisión y cuál la de escape