Un árbol de levas es un dispositivo para convertir el movimiento circular o rotacional en movimiento alternativo u oscilatorio. Tales dispositivos han sido utilizados desde épocas tempranas como la era Helenística y en el siglo Tercero Antes de Cristo en forma de juguetes que automáticamente llevaban a cabo funciones repetitivas, posteriormente en cajas de música autómatas por golpeteo con un martillo en una forma pre programada de tocar una melodía. Una de las aplicaciones más ampliamente utilizadas del árbol de levas en el mundo de hoy en día es la apertura y cierre de válvulas de combustible en virtualmente todos los motores de combustión interna manejados por pistones.

Mecánica del árbol de levas

El dispositivo consta de un eje con discos colocados alrededor a lo largo de su longitud llamados levas. Cada leva es excéntrica, lo que significa que no es un disco circular uniforme, sino que además tiene una protuberancia. Esto permite a la protuberancia hacer presión a un objeto llamado seguidor una vez durante cada rotación completa del árbol sobre su eje.

Sincronización de la válvula

En motores de combustión interna, el tiempo de apertura y cierre de la inyección de combustible y gas de las válvulas de escape es extremadamente importante, y debe ser sincronizado con el movimiento correspondiente del pistón para facilitar los tiempos apropiados del motor. Esto se lleva a cabo utilizando al árbol de levas para abrir y cerrar las válvulas a tiempos predeterminados. El árbol de levas está conectado al cigüeñal directamente mediante engranajes o indirectamente con una banda o cadena y entonces, rota como rota el cigüeñal. Las levas están posicionadas contra las válvulas correspondientes a cada cilindro de manera que permite a la válvula correcta estar abierta únicamente durante el cambio correcto del motor, manteniéndola cerrada durante el resto de los cambios. Ligeras discrepancias en este tiempo crítico de la válvula resultan en una ineficiencia del desempeño del motor. Mayores diferencias de tiempo podrían ocasionar la falla del motor.

Operación del árbol de levas

El árbol de levas está diseñado para rotar dos veces con cada rotación del cigüeñal y por cada rotación del árbol de levas, ocurren cuatro eventos de válvulas. Las levas en el árbol de levas abren las válvulas de entrada durante la admisión, que están entonces cerradas al inicio de la compresión. Cuando el combustible comprimido ha sido encendido, el cigüeñal ha completado una rotación. Otras levas entran en juego para abrir las válvulas de escape una vez que el pistón ha sido movido abajo considerablemente, pero no del todo. Esas válvulas permanecen abiertas conforme el pistón regresa arriba para el escape, dejando que salgan los gases de combustión antes de que comiencen a cerrarse. Las levas para las válvulas de entrada comienzan a abrirlas de nuevo para comenzar la siguiente admisión (primer tiempo).

Optimizando el rendimiento

Los tiempos del árbol de levas juegan un papel importante en optimizar el rendimiento de los vehículos. Tanto los tiempos y las dimensiones de las levas son alterados para dar no sólo el tiempo preciso de apertura de la válvula, sino también la medida correcta a la cual la válvula es abierta para un desempeño óptimo. Un árbol de levas apropiadamente ajustado y optimizado puede significar una diferencia de fracción de segundo entre el primer lugar y el segundo lugar en una carrera en otros vehículos por demás idénticos.