Árboles de levas y cigüeñales: ¿Qué hacen y cómo funcionan?

El cigüeñal es uno de los componentes más importantes de su motor.

Los cigüeñales convierten la potencia lineal de los pistones en potencia rotacional que la transmisión puede entregar a las ruedas. También utiliza toda esa potencia rotacional para activar los accesorios de su automóvil, lo que lo convierte en uno de los sistemas de distribución de potencia más diversos de su coche.

En palabras sencillas, su cigüeñal entrega la potencia que crean sus pistones. Su motor utiliza esta potencia para impulsar la correa serpentina (o cadena) que está unida a la parte delantera de su motor, y esta correa impulsa todos sus accesorios.

Desde el aire acondicionado hasta el alternador, la correa lo impulsa todo. Por supuesto, su cigüeñal también impulsa el árbol de transmisión de su motor, que es lo que entrega potencia a las ruedas a través de su transmisión.

Si los pistones son los caballos de trabajo, el cigüeñal es el servicio de entrega.

Su cigüeñal es uno de los componentes más voluminosos de su motor. También es uno de los más simples. Es esta ingeniosidad mecánica la que hace del cigüeñal una maravilla mecánica moderna.

El cigüeñal tiene varios componentes principales que lo hacen funcionar.

Primero están los ejes descentrados (también conocidos como muñequillas de biela) donde se unen las bielas. Estas bielas están conectadas directamente al pistón, y a medida que el cigüeñal gira, empuja estas muñequillas hacia arriba y hacia abajo, moviendo los pistones en el proceso.

Además, el cigüeñal tiene un engranaje unido al extremo delantero, y este engranaje se une a la correa serpentina, que impulsa todos los accesorios de su motor.

Otra característica del cigüeñal son sus contrapesos. Los pistones que se mueven hacia arriba y hacia abajo crean mucha fuerza que, de otro modo, movería su motor por todas partes.

Aunque los soportes del motor sujetan su motor, otra cosa que evita que su motor se mueva demasiado y mantiene todo equilibrado son los contrapesos del cigüeñal.

Simplemente son partes más pesadas del cigüeñal que el fabricante colocó estratégicamente para mantener todo equilibrado mientras el cigüeñal gira a RPM increíblemente altas. Los motores modernos utilizan sensores de posición del cigüeñal para mantener la sincronización absolutamente perfecta.

Antes de poder desglosar cómo funcionan (y responder a la pregunta de qué hacen los levas), primero debe entender qué es un árbol de levas.

La forma más sencilla de definir la función de un árbol de levas es que convierte el movimiento rotacional en movimiento recíproco. ¿Suena confuso? Vamos a desglosarlo.

El cigüeñal gira y este giro hace girar la correa o cadena de distribución, que a su vez hace girar su árbol de levas. Este es su movimiento rotacional.

Su árbol de levas toma todo este movimiento rotacional y lo utiliza para subir y bajar repetidamente las válvulas de admisión y escape de su motor. Esta sincronización debe ser exacta; si su válvula de admisión no se abre cuando necesita hacerlo, no habrá aire para facilitar la ignición.

Si la válvula de escape no se abre a tiempo, todo el combustible y el aire quemados no tienen a dónde ir, lo que dificulta la entrada de aire nuevo al sistema. Los motores modernos también utilizan sensores de posición del árbol de levas para obtener el mejor rendimiento absoluto mientras maximizan la eficiencia del combustible.

Puede que no parezca gran cosa, pero su árbol de levas es uno de los aspectos más críticos de su motor. Si busca mejoras de rendimiento serias, una actualización del árbol de levas y un ajuste son una forma segura de lograrlo.

Al igual que el cigüeñal, el árbol de levas es un concepto relativamente sencillo de entender. Pero, ¿qué hacen las levas y, lo que es más importante, qué hace una leva para el rendimiento?

El árbol de levas es una varilla metálica con lóbulos descentrados unidos. Estos lóbulos descentrados descansan contra las varillas de empuje, que están unidas a los balancines.

A medida que la parte más grande del lóbulo empuja contra la varilla de empuje, la eleva. El otro extremo de la varilla empuja contra el balancín, que a su vez sube o baja la válvula correspondiente.

Cuando la parte inferior del lóbulo vuelve a pasar, la varilla de empuje baja de nuevo y el ciclo se repite.

Dado que el árbol de levas está unido al cigüeñal a través de la correa de distribución, no importa qué tan rápido o lento vaya el motor; el árbol de levas siempre mantiene un ritmo perfecto.

Esto es esencial para mantener todo funcionando sin problemas, y modificar esta sincronización sería perjudicial para el rendimiento del motor.

Si piensa que no hay mucha diferencia entre los distintos árboles de levas, ya que todos deben estar en una proporción 1:2 con el cigüeñal, deténgase ahí mismo.

Los árboles de levas de rendimiento difieren de las unidades normales, y todo se reduce a la sincronización.

Cuanto más tiempo permanecen abiertas las válvulas de admisión, más tiempo tiene para forzar aire en la cámara de combustión. Cuanto más aire entre allí, más fuerza puede generar con cada explosión.

Por eso las unidades de rendimiento tienen lóbulos más grandes en comparación con los levas de serie. Sin embargo, debe ajustar su motor si va a reemplazar su árbol de levas. No hacerlo resultará en la destrucción de su motor, normalmente en cuestión de minutos después de arrancarlo.

Entonces, ¿qué hace un árbol de levas de rendimiento? Revoluciona completamente su motor y optimiza el rendimiento.

Una de las características de las que escuchará a los fabricantes presumir es la de doble árbol de levas en cabeza o DOHC. La ventaja más significativa de un DOHC es que obtiene dos válvulas de admisión y dos de escape por cilindro.

Esto permite que los motores funcionen a RPM más altas mientras siguen obteniendo el aire necesario para operar. Aunque esta es la ventaja más destacada de los sistemas con dos árboles de levas en comparación con uno, también existen sistemas de cabeza con un solo árbol de levas.

Ambos sistemas eliminan por completo las varillas de empuje y, en su lugar, los balancines se colocan directamente contra el árbol de levas. Esto proporciona varias ventajas por sí mismo, y permite al fabricante colocar la bujía en el medio de la cámara de combustión para una mayor eficiencia.

Tanto los sistemas DOHC como los de árbol de levas simple en cabeza (SOHC) funcionan con los mismos principios, pero los motores con DOHC suelen ser motores de mayor rendimiento.

El único inconveniente real del DOHC en comparación con el SOHC es que los sistemas DOHC son ligeramente menos eficientes en combustible y un poco más caros de reparar. Sin embargo, si su árbol de levas necesita reparación, no va a ser barato, sin importar el sistema que tenga su vehículo.

De hecho, si su árbol de levas necesita reparación, hay una alta probabilidad de que múltiples otros componentes estén dañados, y podría necesitar un motor nuevo.

Una de las diferencias más significativas entre los dos es su forma. Los árboles de levas son largos y estrechos, con lóbulos descentrados a lo largo.

Los cigüeñales, por otro lado, son grandes y voluminosos. Aunque mayormente de naturaleza redonda, tienen áreas de montaje descentradas para la biela que los hacen robustos y difíciles de manipular.

Por supuesto, no se trata solo de cómo se ven los dos; son dos componentes completamente diferentes que cumplen funciones totalmente distintas. Desglosar el propósito detrás de un cigüeñal y un árbol de levas es igual de esencial.

Mientras que el cigüeñal es una herramienta de entrega de potencia, el árbol de levas es el ritmo que mantiene todo funcionando cuando debería. Ambos son críticos para el rendimiento del motor, pero son componentes completamente diferentes.

Aunque hay un montón de cosas que desglosar al comparar estos dos componentes del motor, existe una proporción interesante que mantiene todo funcionando sin problemas.

La cadena de distribución (o correa) conecta el cigüeñal al árbol de levas, y el árbol de levas siempre girará en una proporción 1:2 con el cigüeñal.

Cuando se desglosa, tiene perfecto sentido. Los motores de cuatro tiempos tienen cuatro etapas donde las válvulas se abren y cierran: admisión en una etapa, para aspirar aire, y escape en otra para eliminar los gases de escape. Durante las dos etapas finales, ambas válvulas permanecen cerradas.

Pero por cada giro del árbol de levas, se abren y cierran tanto la válvula de admisión como la de escape una vez. Al mantenerse a la mitad de la velocidad del cigüeñal, todo se mantiene en una sincronización perfecta.

Demasiado rápido o demasiado lento y esta sincronización se desajustaría por completo, y su vehículo nunca lograría salir de la entrada.