INFLUENCIA DE LA HOLGURA DE VÁLVULAS EN EL DIAGRAMA DE DISTRIBUCIÓN: Una correcta regulación de la holgura de válvulas es esencial para un correcto funcionamiento del motor, carente de ruidos y vibraciones así como para lograr un rendimiento óptimo.
Una holgura insuficiente en frío provoca un cierre defectuoso de la válvula y ocasiona falta de compresión en el cilindro, con la consiguiente merma de prestaciones, además de importantes daños en válvula y asiento que quedan totalmente expuestos a la combustión. Se dice en estos casos que la válvula está “pisada” .Esta situación, aunque lógicamente no es deseable, no provoca sobreesfuerzos en el sistema, como se verá en la sección correspondiente al análisis dinámico de la distribución.
Por otro lado, también es posible la situación contraria, en que la holgura de válvulas sea excesiva, bien por un mantenimiento incorrecto o por excesivo desgaste de los elementos de la cadena cinemática de distribución. Todos los fabricantes establecen unos márgenes de holgura aceptables de sus motores que dependen del tamaño de los elementos, materiales, aplicación y condiciones de trabajo. Por encima de estos márgenes el sistema está sometido a cargas dinámicas superiores a las proyectadas para el motor, como se verá con detalle en el capítulo correspondiente, y las prestaciones del motor se resentirán considerablemente. En esta sección se analizarán las causas de este descenso en el rendimiento del motor.
Desde el punto de vista de la distribución, la situación más favorable en condiciones de trabajo es la de holgura cero. Debido al amplio rango de temperaturas en que funciona un motor, no es posible garantizar este requisito en toda circunstancia y es obligación del fabricante establecer un cierto margen de seguridad, de forma que incluso en los casos de más severa dilatación, con la holgura mínima recomendada, no se produzca el fenómeno de válvula pisada que se comentó anteriormente y de consecuencias tan desastrosas. Por ello el sistema siempre opera con cierta holgura, mayor o menor según la temperatura de trabajo, que provoca que el seguidor no comience a desplazarse según la ley impuesta por el perfil de la leva hasta que éste asume el espacio libre entre ambos.
En definitiva ,varía el diagrama de desplazamiento transmitido a la válvula, haciéndose más corto respecto al giro del cigüeñal y con alzado neto menor.
A continuación se analizará este efecto en el árbol de levas de admisión de fábrica de un motor de motocicleta, Honda CBR 600 F4 ´01 y se compararán resultados con otros perfiles desarrollados bajo especificaciones Pro #1 Performance :
El diagrama de desplazamiento de la leva de admisión tiene un área (integral bajo la curva) de 633.5 mmº para holgura cero de válvulas. Se verá cómo afecta la holgura de reglaje a esta medida ya que las magnitudes derivadas de ésta (mm^2 º, o seg-mm^2) se verán influidas en idéntica proporción. En el caso de los valores de tiempo-superficie, es interesante notar que el incremento de holgura de válvulas ocasiona un descenso del régimen de par y potencia máximos, y en consecuencia un menor valor de éstos, lo cual resulta mucho más representativo desde el punto de vista del rendimiento del motor.
Figura: Área bajo la curva del diagrama de distribución frente a la holgura de válvulas
Figura: % Pérdida de área del diagrama de distribución frente a la holgura de válvulas
En las gráficas anteriores queda patente la importancia de un correcto mantenimiento del valor de holgura de válvulas para un correcto funcionamiento del motor.
Comparando este efecto para las levas de admisión de serie frente a los perfiles diseñados por Pro #1 Performance:
INFLUENCIA DE LA HOLGURA DE VÁLVULAS EN LA DINÁMICA DE LA DISTRIBUCIÓN: Cuando se calculan los esfuerzos sobre el sistema, se asume que la holgura de válvulas será cero. Todos los motores que carecen de regulación mediante taqués hidráulicos funcionan con cierta holgura de válvulas que asegure que, en los casos de máxima dilatación térmica, la válvula no quede “pisada” por la leva, es decir, no llegue a descansar completamente sobre su asiento, con todos los efectos perjudiciales que ello acarrea (fugas de compresión, deterioro de los asientos...). Este caso, aunque evidentemente no es deseable, no tiene ningún efecto sobre los esfuerzos dinámicos, más allá del que pueda provocar la presión interna del cilindro. Por el contrario, cuando la holgura de válvulas es superior a cero las tensiones a que está sometido el sistema varía respecto a lo calculado.
A continuación se puede apreciar la distribución de esfuerzos de contacto leva-seguidor para holguras de válvula de 0.15, 0.25 y 0.35mm en la que se refleja como, al aumentar la distancia de reglaje por encima del máximo recomendado por el fabricante, el impacto contra el seguidor cuándo éste comienza a ser atacado por el perfil de la leva, se incrementa de forma drástica, lo que repercutirá en notable vibración y ruido de accionamiento del sistema de distribución. además de los efectos nocivos sobre el rendimiento debido al acortamiento de los períodos de distribución.
La holgura de válvulas recomendada por el fabricante para este motor oscila entre un mínimo de 0.13mm para la admisión hasta un máximo de 0.25 mm para el escape. Dentro de estos márgenes el esfuerzo inicial de contacto entre leva y seguidor no supera los 425N. Incluso es posible observar, en la admisión, un cierto margen de seguridad que permite exceder la máxima holgura recomendada (0.18), sin crecimiento notable. Es a partir de los 550N, 0.32mm de holgura en la leva de admisión de serie, en que el impacto se hace importante, y ya claramente perceptible durante el funcionamiento del motor mediante un claro claqueteo en la zona alta de la culata.
Se ha visto como la holgura de válvulas no afecta a las cargas entre leva y seguidor una vez que éstos han entrado en contacto, sino que es el instante inicial el que se modifica según la holgura sea mayor o menor. En la gráfica a continuación se muestra, para el árbol de levas de admisión de serie, la variación de la carga de contacto en función del valor de reglaje.
Gráfica: Carga de contacto leva-seguidor de fábrica en función de la holgura de válvulas
Dado que los extremos locales de los valores de contacto no sufren variación significativa, se concluye que la variación de reglaje de válvulas no produce modificación de las presiones de contacto máximas ni tampoco representa riesgo para provocar salto de seguidor.
Desde este punto de vista, la premisa de diseño de los diagramas de distribución alternativos ha sido mantener, dentro los márgenes aceptables, el impacto inicial leva-seguidor. En beneficio del par medio y máximo de rotación del árbol de levas, se han diseñado las zonas de contacto inicial de un modo no tan conservador que, aunque obliga a una mayor atención al reglaje ocasionado por un margen “ no ruidoso” menos amplio que de fábrica, también ayuda a mantener siempre unos rangos de operación más estrechos que repercuten positivamente en el rendimiento.
La gráfica siguiente muestra la comparación de esfuerzos de contacto entre la leva de admisión de serie con las tres que se han mecanizado. En ella se puede apreciar con claridad lo se ha comentado anteriormente.
El par de rotación del eje de levas, como es lógico, variará de la misma forma que los esfuerzos de contacto, haciéndose más agresivo al inicio del ciclo de leva pero sin variar su magnitud máxima. Se ha visto anteriormente como todas las levas diseñadas provocan un par de rotación en el árbol notablemente inferior que las de serie. Además el par medio aumenta, lo que hace que la fatiga del árbol sea menor. La contrapartida a todas estas ventajas se encuentra en que estas levas son mucho más sensibles al reglaje de válvulas y el par , como el esfuerzo de contacto, comienza a aumentar mucho antes que para el diseño de fábrica.
Fuente:
Pro #1 Performance
