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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:
De mayor interés resulta el análisis conjunto de la gráfica anterior
con la correspondiente a los esfuerzos iniciales de contacto leva-seguidor.
Las levas de serie ofrecen un margen de holguras más amplio sin
provocar fuertes cargas de impacto en el seguidor, con valores que no
superan los 450 N hasta pasados los 0.25 mm de holgura. Esto asegura
un régimen de operación suave y en ausencia de vibración y ruidos aún
bastante por encima de las cotas máximas de holgura recomendadas por
el fabricante. Lo que a priori puede suponer una ventaja desde el punto
de vista del mantenimiento, no es tal dado que el desajuste existe aunque
no es perceptible externamente. Nótese que en estas circunstancias es
posible perder hasta un 5% de área de diagrama al trabajar con 0.27mm
en lugar de 0.13mm Por el contrario,
en los otros casos, el margen se estrecha notablemente y el motor “avisa”
mucho antes. Los 450 N de contacto se alcanzan alrededor de los 0.20mm
de holgura y poco más allá aparecerá el típico golpeteo metálico que
anuncia la necesidad de revisar el reglaje. En ese momento la pérdida
de área de diagrama respecto a los 0.13mm nominales no superará el 2%. Una conclusión de todo esto es que las levas originales son mucho más
flexibles de puesta a punto y permiten, si es necesario, reducir el
diagrama de distribución del motor buscando una mejor respuesta a regímenes
más bajos, todo ello sin entrar en zonas donde las cargas de contacto
sean muy elevadas. Por otro lado, las levas Pro #1 Performance son mucho más
específicas para la aplicación concreta para la que fueron diseñadas
y ofrecen una flexibilidad de diagrama mucho más limitada, debiéndose
mantener siempre dentro de estrictos
márgenes de holgura. Esto ofrece la gran ventaja de que el motor exige
unos márgenes más estrechos de reglaje y, por tanto, se aseguran las
máximas prestaciones durante los intervalos de mantenimiento. 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
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.
Ramón Rey. Ingeniero de
D+D. Pro #1 Performance
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Pro #1 Performance © 2004 / Ingenieria de la Velocidad