D-MOTOR DIESEL,SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
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MANUAL DE CAPACITACION PARA MECANICOS DE USINAS TERMOELECTRICAS MOTOR DIESEL: SISTEMA DE DISTRIBUCION
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MANUAL DE CAPACITACION
PARA MECANICOS DE USINAS
TERMOELECTRICAS
MOTOR DIESEL:
SISTEMA DE DISTRIBUCION
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SISTEMA DE DISTRIBUCION
Se llama distribución, al conjunto de piezas que regulan la entrada y salida de los gases
en el cilindro para el llenado y vaciado de éstos, en el momento preciso.
Cuanto mayor es la cantidad de aire que penetra en el cilindro, mayor será la potencia
que desarrolla el motor, por eso es fundamental el sistema de distribución que es el
encargado regular los tiempos del funcionamiento del motor.
Cuanto más rápido gira un motor, más difícil resulta llenar los cilindros, puesto que las
válvulas abren y cierran mucho más deprisa.
Lo ideal es que la válvula de admisión se abra un poco antes del inicio de la carrera de
admisión, y la de escape un poco antes de iniciarse la carrera de escape, para ayudar
así al vaciado y llenado de los cilindros.
El inconveniente proviene de que el momento óptimo de apertura de las válvulas es
diferente para cada régimen del motor, por lo que resulta imprescindible sacrificar
rendimiento en todos los regímenes de giro para obtener un resultado aceptable
también en todos los regímenes de giro.
Los elementos que forman el sistema de distribución, son:: árbol de levas, engranaje de
mando, y las válvulas con sus muelles.
Se clasifican, de acuerdo con su función en:
• Elementos interiores - Válvula de admisión - Válvulas de escape
• Elementos de exteriores - Árbol de levas. - Elementos de mando.- Taqués.-
Balancines.
• Elementos interiores: Estos elementos son las válvulas de admisión y las válvulas de
escape.
Válvulas: Son las encargadas de abrir o cerrar los orificios de entrada de mezcla o
salida de gases quemados en los cilindros.
Válvulas.
Las válvulas abren y cierran las lumbreras de admisión y escape en el momento
oportuno de cada ciclo. La de admisión suele ser de mayor tamaño que la de escape.
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En una válvula hay que distinguir las siguientes
partes:
Pie de válvula.
Vástago.
Cabeza.
La parte de la cabeza que está rectificada y finamente esmerilada se llama cara y
asienta sobre un inserto alojado en la culata. Este asiento también lleva un rectificado y
esmerilado fino.
El rectificado de la cara de la válvula y el asiento se hace a ángulos diferentes. La
válvula siempre es rectificada a 3/4 de grado menos que el asiento. Esta diferencia o
ángulo de interferencia equivale a que el contacto entre la cara y el asiento se haga
sobre una línea fina, proporcionando un cierre hermético en toda la periferia del asiento.
Cuando se desgaste el asiento o la válvula por sus horas de trabajo, este ángulo de
interferencia varía y la línea de contacto se hace más gruesa y, por tanto, su cierre es
menos hermético. De aquí, que de vez en cuando haya que rectificar y esmerilar las
válvulas y cambiar los asientos.
Las válvulas se cierran por medio de resortes y se abren por empujadores accionados
por el árbol de levas. La posición de la leva durante la rotación
determina el momento en que ha de abrirse la válvula.
Las válvulas disponen de una serie de mecanismos para su accionamiento, que varía
según la disposición del árbol de levas.
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En el proyecto del árbol de levas la fase más delicada la representa el diseño
de las excéntricas. En realidad, el perfil de éstas determina el momento de las aperturas
de las válvulas, los tiempos de apertura y la elevación de las mismas (determinando el
diagrama de distribución).
Los perfiles de las levas para las válvulas de admisión suelen ser distintos al os de las
levas para el escape. El perfil de la leva se divide en tres partes:-Un trazo circular que
se define como zona de reposo que corresponde al cierre de la válvula (que hace parte
del circulo base).-Un trazo circular de radio más pequeño, llamado cabeza de la leva,
que corresponde a la zona de máxima apertura.-Dos trazos rectilíneos o curvilíneos
tangentes a los dos círculos anteriores(base-apertura máxima), llamados flancos de la
leva que corresponden respectivamente a la elevación y al descenso de la válvula
(apertura-cierre dela válvula).La zona de reposo está disminuida de un determinado
valor para permitir un cierto juego de funcionamiento entre la válvula y el empujador,
aún cuando se produzca la dilatación de esta zona debido a las temperaturas de
funcionamiento. El trazo circular rebajado se enlaza, por tanto, con los flancos de la leva
por medio de rampas de acercamiento, de manera que se reduzca al mínimo el
choque entre la excéntrica y el empujador, asegurando un funcionamiento silencioso.
Zonas del perfil de una leva
En los motores de cuatro tiempos el árbol de levas gira a la mitad de vueltasque el
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cigüeñal. La válvula inicia y completa su movimiento de apertura y cierre en un giro del
árbol de levas durante un ciclo de funcionamiento equivalente a dos vueltas del
cigüeñal. La posición angular del árbol de levas respecto al cigüeñal queda determinada
en el momento del montaje con la puesta a punto de la distribución.
La transmisión de movimiento al taqué o al balancín viene siempre acompañada de
vibraciones que, a regímenes de rotación elevados, adquieren especial importancia
puesto que alteran profundamente la ley del movimiento que determina la leva y pueden
provocar roturas de válvulas, muelles, balancines, etc.
Los ruidos durante el funcionamiento constituyen un índice de tales vibraciones.
choque entre la excéntrica y el empujador, asegurando un funcionamiento silencioso.
Zonas del Los perfiles de las levas para las válvulas de admisión suelen ser distintos a
los de las levas para el escape. El perfil de la leva se divide en tres partes:-
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Un trazo circular que se define como zona de reposo que corresponde al cierre de la
válvula (que hace parte del circulo base).
-Un trazo circular de radio más pequeño, llamado cabeza de la leva, que corresponde a
la zona de máxima apertura.
-Dos trazos rectilíneos o curvilíneos tangentes a los dos círculos anteriores(base-
apertura máxima), llamados flancos de la leva que corresponden respectivamente a la
elevación y al descenso de la válvula (apertura-cierre dela válvula).
La zona de reposo está disminuida de un determinado valor para permitir un cierto
juego de funcionamiento entre la válvula y el empujador, aún cuando se produzca la
dilatación de esta zona debido a las temperaturas de funcionamiento.
El trazo circular rebajado se enlaza, por tanto, con los flancos de la leva por medio de
rampas de acercamiento, de manera que se reduzca al mínimo el perfil de la leva
Perfil de la excéntrica de un árbol de levas
En los motores de cuatro tiempos el árbol de levas gira a la mitad de vueltas que el
cigüeñal.
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La válvula inicia y completa su movimiento de apertura y cierre en un giro del árbol de
levas durante un ciclo de funcionamiento equivalente a dos vueltas del cigüeñal.
La posición angular del árbol de levas respecto al cigüeñal queda determinada en el
momento del montaje con la puesta a punto de la distribución.
La transmisión de movimiento al taqué o al balancín viene siempre acompañada de
vibraciones que, a regímenes de rotación elevados, adquieren especial importancia
puesto que alteran profundamente la ley del movimiento que determina la leva y pueden
provocar roturas de válvulas, muelles, balancines, etc.
Los ruidos durante el funcionamiento constituyen un índice de tales vibraciones.
Como partes no variables de los mecanismos podemos señalar:
La guía, que va encajada en la culata del cilindro y su misión consiste en guiar la
válvula en su movimiento ascendente y descendente para que no se desvíe.
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Los muelles con sus sombreretes, que
sirven para cerrar las válvulas.
Rotador de válvulas, cuyo dispositivo hace
girar la válvula unos cuantos grados cada
vez que ésta se abre.
tiene por objeto alargar la vida de la
válvula haciendo que su desgaste sea
más uniforme y reduciendo la
acumulación de suciedad en la cara
de la válvula y el asiento y entre el
vástago y la guía.
Según la situación del árbol de levas
varía el mecanismo empujador de las válvulas.
Cuando el árbol de levas es
lateral el mecanismo
empujador consta de leva,
taqué, varilla, balancín y eje
de balancines.
Taqués hidráulicos. Los taqués hidráulicos funcionan en un baño de aceite y son
abastecidos de lubricante del circuito del sistema de engrase del motor. Los
empujadores o taqués se ajustan automáticamente para adaptarse a las variaciones en
la longitud del vástago de las válvulas a diferentes temperaturas. Carecen de reglaje.
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Las ventajas más importantes de este sistema son su silencioso funcionamiento y su gran
fiabilidad.
Varilla empujadora. No existen en los motores que llevan árbol de levas en cabeza.
Las varillas van colocadas entre los balancines y los taqués .Tienen la misión de
transmitir a los balancines el movimiento originado por las levas .Las varillas
empujadoras:
· Son macizas o huecas, en acero o aleación ligera.
· Sus dimensiones se reducen al máximo para que tengan una débil inercia y al mismo
tiempo una buena resistencia a las deformaciones.
· El lado del taqué tiene forma esférica.
· El lado del balancín tiene una forma cóncava que permite recibir el tornillo de reglaje.
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Balancines. Son unas palancas que oscilan alrededor de un eje (eje de balancines),
que se encuentra colocado entre las válvulas y las varillas de los balancines (o bien
entre las válvulas y las levas, en el caso de un árbol de levas en cabeza).Los
balancines son de acero.
Oscilan alrededor de un eje hueco en cuyo interior circula aceite a presión. Este eje va
taladrado para permitir la lubricación del balancín. La misión de los balancines es la de
mandar la apertura y el cierre de la válvula. Recibe el movimiento directo del árbol de
levas y lo transmite al vástago de la válvula a través de su extremo libre.
Árbol de levas a la cabeza: Cuando el árbol de levas va en cabeza la leva actúa
directamente sobre un cajetín cilíndrico. El principio es el mismo que el de levas
laterales con la diferencia que
se ha abandonado la varilla de empuje
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Reglajes. Como consecuencia de la temperatura en los elementos de la distribución,
estos elementos se dilatan durante su funcionamiento por lo que hay que dotarles de un
cierto juego en frío (separación entre piezas que permita su dilatación).
Aunque la razón principal de dar este juego (holgura de taqués) es que determinan las
cotas de la distribución, es importante no olvidar los efectos de la dilatación en la
válvula.
Esta holgura con el funcionamiento, tiende a reducirse o aumentarse (dependiendo del
sistema empleado), por lo que cada cierto tiempo hay que volver a ajustarlos pues de lo
contrario las válvulas no cerrarán ni abrirán correctamente.
Esta holgura viene determinada por el fabricante y siguiendo sus instrucciones.
Esta comprobación hay que realizarla cuando la válvula está completamente cerrada.
En un sistema OHV el juego del taqués se mide entre el vástago de la válvula y el
extremo del balancín.
En el sistema de distribución OHC de accionamiento directo, el reglaje de taqués se
hace colocando en el interior del taqué, más o menos láminas de acero .
En el sistema de distribución OHC de accionamiento indirecto el reglaje de taqués se
hace actuando sobre los tornillos de ajuste y contratuerca.
El reglaje se hará siempre con el motor en frío y como se dijo anteriormente, su valor,
depende del fabricante.
Un juego de taqués grande provoca que, la válvula no abra del todo el orificio
correspondiente, con lo que los gases no pasarán en toda su magnitud.
Un juego de taqués pequeño provoca que la válvula esté más tiempo abierta incluso no
llegue a cerrar si no existe holgura, no pudiéndose conseguir una buena compresión y
pudiéndose fundir la válvula en la parte de su cabeza (válvula descabezada) dando
lugar a producirse grandes averías en el interior del cilindro y de la culata.
DISTRIBUCIÓN:
El movimiento de pistones y válvulas en un motor debe estar precisamente
sincronizado, de forma que los cuatro tiempos se sucedan uno tras otro en todos los
cilindros del motor. El mecanismo que se encarga de producir tal sincronización entre el
movimiento de los pistones y la apertura de las válvulas se denomina distribución.
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La distribución se realiza uniendo mecánicamente el piñón del cigüeñal con el
árbol de levas.
Como en el motor de cuatro tiempos la renovación de gases en el
cilindro es cada dos vueltas de cigüeñal, y el árbol de levas abre cada válvula una vez
por vuelta, el árbol de levas debe girar a la mitad de velocidad que el cigüeñal, es decir,
el piñón del árbol de levas debe tener el doble de diámetro que el piñón del cigüeñal. En
un motor real, la apertura y cierre de válvulas no coincide exactamente con lo descrito
anteriormente, sino que existen unos ángulos de desfase entre las aperturas y cierres y
los pasos del pistón por el Punto Muerto Superior (PMS) y el Punto Muerto Inferior
(PMI). De este modo, la válvula de admisión se abre unos grados antes de que el pistón
alcance el PMS (avance a la apertura de admisión, AAA), con el fin de que comience
a entrar aire antes y se consiga un mejor llenado del cilindro.
Cuando el pistón alcanza el PMI, la válvula de admisión no se cierra, sino que
permanece abierta unos grados más de giro de cigüeñal (retraso al cierre de
admisión, RCA) para permitir una mayor entrada de aire. Por su parte, la válvula de
escape se abre unos grados antes de que el pistón alcance el PMI en su carrera motriz
(explosión). Este ángulo que se adelanta a la
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apertura de la válvula de escape se denomina avance a la apertura de escape (AAE).
Tampoco la válvula de escape se cierra cuando el pistón alcanza el PMS, sino que
permanece abierta unos grados más.
Este ángulo de desfase se designa como retraso al cierre de escape (RCE). La
finalidad de estos dos ángulos es conseguir una mejor
limpieza del cilindro.
Todos estos ángulos, llamados cotas de distribución, son
característicos para cada motor.
La unión entre cigüeñal y árbol de levas se puede
realizar mediante engranajes, correa dentada o cadena, siendo las dos últimas –
especialmente la correa dentada– las más usadas hoy en día. La correa dentada
presenta como ventaja, frente a la cadena, el bajo ruido que origina; la ventaja de la
cadena reside en el bajo mantenimiento que necesita.
Engranajes de distribución.
Conduce los accesorios y mantienen la rotación del cigüeñal, árbol de levas, eje de leva
de la bomba de inyección ejes compensadores en la relación correcta de
desmultiplicación.
El engranaje del cigüeñal es el engranaje
motriz para todos los demás que
componen el tren de distribución, por lo
que deben de estar sincronizados entre
si, de forma que coincidan las marcas que
llevan cada uno de ellos.
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Reglaje de la Distribución.
Se define como reglaje de la distribución de un motor de cuatro tiempos, a un conjunto
de cuatro ángulos - medidos en grados de giro del cigüeñal - utilizando como referencia
el punto muerto en el cual, teóricamente deberían comenzar o finalizar los tiempos de
admisión y escape.
Ellos son:
1. AAA avance a la apertura de la válvula de admisión. Antes del PMS.
2. RCE retardo al cierre de la válvula de escape. Después del PMS.
3. RCA retardo al cierre de la válvula de admisión. Después del PMI.
4. AAE avance a la apertura de la válvula de escape. Antes del PMI.
Gráficamente se representan así:
En el punto muerto superior (PMS), el pistón inicia su carrera descendente de
aspiración, pero la válvula de admisión se abrió 16° antes (ver línea llena). Desciende el
pistón hasta el punto muerto inferior (PMI).
El cigüeñal ha girado 1/2 vuelta a 180°.
Sube ahora el pistón en carrera de compresión; no obstante, la válvula de admisión
permanece abierta 60° después del PMI. Antes del PMS se produce la ignición (por el
avance al encendido); llega el pistón al PMS
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El cigüeñal ha completado una vuelta o 360°. 64° antes de llegar al pistón al PMI, se
abre la válvula de escape (ver línea de puntos); llega el pistón al PMI.
Así, el cigüeñal ha girado 1 1/2 vueltas o 540°.
Inicia el pistón su carrera de escape: 16° antes de llegar al PMS se abre la válvula de
admisión, mientras aún permanece abierta la válvula de escape; llega al pistón al PMS.
Ahora el cigüeñal ha completado 2 vueltas o 720°.
Terminaron ahí las cuatro carreras del pistón, pero 16° antes del PMS se abrió la
válvula de admisión mientras que la válvula de escape se cerrará 16° después del PMS;
obsérvese que éste es el único momento en que ambas válvulas, admisión y escape,
permanecen abiertas simultáneamente, esto se conoce como cruce de válvulas o
traslape valvular; su finalidad es conseguir un mejor llenado del cilindro con mezcla
fresca aprovechando la inercia de las columnas de gases tanto de admisión como de
escape.
El valor en grados del cruce de válvulas, se obtiene sumando el ángulo de avance a la
apertura de admisión (AAA) y el ángulo de retardo al cierre de escape (RCE); ambos
medios en grados de giro del cigüeñal, en nuestro ejemplo será:
AAA = 16° + RCE = 16° = CRUCE DE VALVULAS = 32°
A su vez se comprueba que el tiempo entre la apertura y cierre de cada válvula, es
mayor que el correspondiente a una carrera del pistón o 180° de giro del cigüeñal. La
duración real de los tiempos de admisión y escape para nuestro ejemplo es:
Admisión
- aaa (antes del pms) 16°
- carrera de admisión
1/2 vuelta del cigüeñal) + 180°
RCA (después del PMS) 60°
DURACION DE LA ADMISION 256°
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ESCAPE
- AAE (Antes del PMI) 64°
- CARRERA DE ESCAPE
(1/2 vuelta del cigüeñal) + 180°
- RCE (después del PMS) 16°
DUACION DEL ESCAPE 260°
REGLAJE DE VÁLVULAS
En los motores de moto de 4 tiempos es imprescindible realizar la comprobación de
la holgura de válvulas periódicamente y regular esa holgura en el caso de que salga
de los márgenes establecidos por el fabricante.
Actualmente existen motores que regulan automáticamente dicha holgura mediante
un sistema hidráulico (de aceite) pero debido a su construcción no puede emplearse
dicho sistema (taqués hidráulicos) en motores que giran a altas revoluciones.
TIPOS DE SISTEMAS
Actualmente existen básicamente dos sistemas distintos:
-Mediante pastilla calibrada
-Mediante tornillo-contratuerca
La dilatación de los materiales debido a las temperaturas elevadas en la cámara de
combustión, hace necesario que el sistema tenga una holgura para asegurar su
correcto funcionamiento
MATERIAL NECESARIO
Aparte de un poco de herramienta general (carraca, llaves fija necesitaremos:
HERRAMIENTAS ESPECIALES RECAMBIOS
-Galgas de espesores
-Sellante de silicona
-Junta de la tapa de la culata
-Pastillas calibradas
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Medición de la holgura: Sistema tornillo-contratuerca
Para medir la holgura entre la leva y
la válvula, debemos hacerlo siempre
con el motor frío y en las válvulas
que no estén pisadas en ese
momento por las levas.
Se debe intercalar la galga entre el
tornillo de regulación y el tallo de la
válvula y anotar como anteriormente
hemos mencionado las medidas
obtenidas.
Para medir la holgura en las válvulas
que están pisadas, no tenemos mas
que girar el cigüeñal 1 vuelta
(corresponde a ½ vuelta de los árboles
de levas)mediante el tornillo preparado
para ello y que se utiliza para calar la distribución.
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MOTOR KTA50
DISPOSICION DE LAS VALVULAS
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En el banco izquierdo, las válvulas de escape se encuentran hacia el frente de cada
tapa de cilindro, y las válvulas de admisión hacia la parte trasera.
En el banco derecho esta distribución es inversa, esto permite el uso de las mismas
tapas para ambos lados.
Tabla de referencia para el ajuste de inyectores y válvulas
