Selección y ajuste del elevador hidráulico

Vídeo relatado

Para celebrar el 75.º aniversario de HOT ROD, nos asociamos con CASTROL GTX para traerles algunas de las historias que ejemplifican el núcleo de HOT ROD y reflejan la influencia de la marca en la cultura automovilística de Estados Unidos. Haga clic aquí para obtener más información sobre CASTROL GTX.

La belleza de los elevadores hidráulicos es que se autocompensan por las holguras del tren de válvulas, eliminando la necesidad de ajustar el tren de válvulas. Para un vehículo de producción regular, esta reducción en el mantenimiento es definitivamente una ventaja, y desde la perspectiva de la fabricación, también hubo el beneficio de un tren de válvulas más simple y económico. Aunque el elevador hidráulico es más complejo que un simple sólido, permitió a los fabricantes eliminar las disposiciones para el ajuste del tren de válvulas. Los balancines de acero estampado de una sola pieza simples y muy baratos fueron el resultado inevitable.

Lo mejor de todo es que el recorrido en el mecanismo hidráulico absorbió las variaciones en las tolerancias de producción con facilidad, lo que indudablemente optimizó el proceso de producción, eliminando la necesidad de ajustar el juego de válvulas en la planta de motores y más adelante en el servicio.

La guinda del pastel es que, dado que el sistema hidráulico se ajusta automáticamente a cero latigazos, proporciona un silencio inigualable, un objetivo principal en el diseño de motores de equipos originales. Producidos en las grandes cantidades requeridas, los elevadores hidráulicos se convirtieron en un componente de costo relativamente bajo, e incluso hoy en día, los elevadores hidráulicos son generalmente los elevadores más baratos disponibles.

El rendimiento total de las carreras nunca estuvo en la agenda cuando se concibieron los elevadores hidráulicos, sin embargo, la gran mayoría de las levas de rendimiento vendidas son, sin duda, rectificadoras hidráulicas. Algunos de los mismos atributos que los convirtieron en los favoritos de Detroit gozan del favor de muchos entusiastas. Dado que la mayoría de los motores se configuraron inicialmente con levas hidráulicas, las levas de rendimiento hidráulico suelen ser la opción de reemplazo más rentable. Hacer un cambio a una molienda sólida puede generar costos que aumentan rápidamente, lo que generalmente requiere la actualización a balancines ajustables y varillas de empuje compatibles. Además del costo, para aplicaciones de doble propósito, la operación más silenciosa y el no tener que ajustar nunca las válvulas hacen que el sistema hidráulico sea una opción tentadora.

El sistema hidráulico funciona extremadamente bien en aplicaciones de rpm moderadas, el rango de la mayoría de los motores de calle levemente modificados. Sin embargo, suba en la escalera de rendimiento y rpm, y el mismo mecanismo hidráulico que los hace funcionar tan bien en una aplicación más suave puede crear problemas. Incluso en el apogeo de la historia de amor de Detroit con el elevador hidráulico, los fabricantes de automóviles generalmente favorecían las levas sólidas del elevador en sus plantas motrices de alto rendimiento más serias. Motor Hemi de Chrysler (hasta 1970); LT-1, LS-7 o L-88 de GM; o el "HiPo" 289 de Ford, son solo algunos ejemplos en los que los fabricantes de automóviles rechazaron sus sistemas hidráulicos favoritos cuando el objetivo era la potencia absoluta a altas revoluciones. ¿Por qué? Bajo el estrés de las altas rpm, el pistón hidráulico, que sirve para poner a cero las holguras en el funcionamiento normal, puede bombear o purgar. Estos son dos fenómenos muy diferentes, los cuales conducen a la inestabilidad del tren de válvulas y dificultan el rendimiento del elevador hidráulico.

Relacionado: Desbloquee más de 70 años de REVISTAS digitales HOT ROD GRATIS en MOTORTREND+. ¡Regístrate ahora!

Todos los elevadores hidráulicos pueden absorber una pequeña porción del perfil de elevación de la leva durante el funcionamiento, a través del fluido que pasa por el pistón del émbolo del elevador durante el ciclo de elevación. En aplicaciones en stock o en calles suaves, la absorción es probablemente insignificante. Los perfiles de leva muy agresivos y las cargas de resorte en una aplicación radical de calle o carrera pueden forzar el mecanismo del elevador hidráulico hasta el punto en que se pierde parte del potencial de rendimiento debido a la absorción. Los elevadores con espacios internos ajustados y válvulas siguen con mayor precisión el perfil de la leva.

La segunda forma de falso movimiento es el problema más conocido del "bombeo" del levantador. El émbolo del elevador hidráulico está continuamente bajo presión hidráulica del sistema de lubricación del motor. En circunstancias exigentes, como a altas revoluciones, el tren de válvulas puede descargarse parcialmente. Esta descarga puede ocurrir durante el inicio de la flotación de la válvula, durante el impulso del resorte, con el rebote de la válvula al cerrarse o cuando la carga dinámica del resorte en el tren de válvulas disminuye drásticamente mientras el lóbulo de la leva gira sobre la nariz a altas rpm. El émbolo del levantador hidráulico se abrirá rápidamente cada vez que la fuerza del aceite que actúa sobre el pistón hidráulico supere la fuerza del tren de válvulas sobre el émbolo del levantador. Esto hará que el levantador se sobreextienda temporalmente, en una condición denominada "bombeo" del levantador. El levantador sobreextendido hará que la válvula se sostenga ligeramente fuera del asiento cuando el árbol de levas esté en su círculo de base, lo que efectivamente colgará las válvulas.

Nuestros elevadores de referencia fueron Comp's Pro Magnum, un diseño anti-bombeo. La precarga recomendada para estos levantadores es de 0,002 a 0,004 pulgadas. El punto cero se puede sentir girando ligeramente la varilla de empuje mientras gira lentamente el ajustador, hasta exactamente el punto donde se siente una ligera resistencia. Esto es cero. Configuramos los balancines según las especificaciones, dando el resultado que se muestra en la fila uno de la tabla de dinamómetro adjunta (arriba). No encontramos ninguna inestabilidad notable del tren de válvulas a 6200 rpm.

La siguiente prueba fue con los levantadores Pro Magnum con juego de pestañas reales de 0,002 pulgadas. Con el latigazo, la potencia parecía errática, aunque nuestro mejor tirón fue ligeramente superior en nuestra prueba anterior, como se indica en la fila dos de la tabla de dinamómetro. Para la ganancia promedio de 2hp y 2 lb-ft, no creemos que esta configuración valga la pena, considerando el golpeteo adicional que el tren de válvulas verá con el latigazo y la inconsistencia observada, tire para tirar.

Las levas hidráulicas con elevadores convencionales se autoajustarán en una amplia gama de configuraciones de precarga del elevador, aunque para uso de alto rendimiento, la recomendación estándar es ajustar la precarga a un nivel mínimo. Comp especifica una precarga ideal de 0,030 pulgadas +/- 0,010 pulgadas, o aproximadamente la mitad de un giro desde cero en un ajustador estándar. A veces, hemos sido culpables de hacer funcionar mucho más, particularmente en motores con trenes de válvulas no ajustables de serie. ¿Cuánto poder nos cuesta esta práctica? Nos preguntabamos. Decidimos probar la gama completa de recorrido del émbolo, variando la precarga desde solo 0,010 pulgadas del fondo hasta el final, para ver cuánto variaría la salida.

Diseñamos este equipo en un eje para medir la cantidad de recorrido del émbolo en un elevador Comp High Energy para nuestra aplicación. Encontramos 0.195 pulgadas de recorrido del émbolo de arriba a abajo, que es un rango bastante amplio. ¿Encontraremos alguna diferencia de potencia dependiendo del ajuste de precarga inicial?

Derribamos nuestro motor de prueba y sacamos los elevadores Pro Magnum para dar paso a los elevadores High Energy de estilo de reemplazo OEM. Una herramienta de recuperación magnética fuerte es útil para quitar los elevadores de sus orificios.

El mercado de repuestos ha desarrollado algunas variaciones de los elevadores hidráulicos estándar. Uno de los primeros refinamientos fue la introducción de elevadores antibombeo. El concepto es tan simple como efectivo. En un levantador antibombeo, el clip de retención de servicio liviano al final del recorrido del émbolo interno del levantador hidráulico se reemplaza con un tope más pesado y positivo. Cuando se usa junto con un tren de válvulas ajustable, se puede configurar un elevador antibombeo para que el émbolo interno esté en la parte superior de su rango de recorrido o cerca de él cuando el árbol de levas esté en su círculo base. En funcionamiento, el elevador antibombeo se ajusta esencialmente de modo que el pistón ya esté completamente bombeado hasta el tope, lo que elimina la posibilidad de que el émbolo se extienda más. Por supuesto, se requiere un tren de válvulas ajustable para utilizar un elevador antibombeo según lo previsto. Los levantadores anti-bombeo también pueden incluir cambios en las válvulas o espacios libres del levantador para alterar las características de purga, aunque la teoría actual sostiene que "más rígido" es mejor.

Otra variación del elevador hidráulico son los llamados diseños de duración variable. Hay varios de estos tipos de elevadores hidráulicos en el mercado, todos comparten el principio común de aumentar la tasa de purga del émbolo hidráulico del elevador. El objetivo es perder parte de la sustentación y la duración de la leva debido a la absorción hidráulica, particularmente a bajas revoluciones, en un esfuerzo por ayudar a domar una leva grande. Esencialmente, la purga del émbolo hidráulico está dictada por el área libre disponible para que escape el aceite detrás del émbolo del elevador y el tiempo del ciclo. La teoría sostiene que dado que el área abierta para la purga es constante, la cantidad de purga variará de acuerdo con el tiempo de ciclo transcurrido. A bajas revoluciones, el tiempo del ciclo es más largo, lo que permite que se produzca una mayor purga, mientras que a más altas revoluciones el tiempo del ciclo es más corto, lo que da menos tiempo para que escape el aceite y, por lo tanto, imparte una mayor parte del perfil de elevación de la leva al tren de válvulas. Los críticos sostienen, sin embargo, que los elevadores de sangrado rápido nunca alcanzarán el potencial de elevación y duración de la leva.

¿En qué punto puede la inestabilidad con un elevador hidráulico comenzar a obstaculizar el rendimiento? La respuesta, desafortunadamente, es muy específica de combinación. El peso y la geometría del tren de válvulas, la desviación de la varilla de empuje, el ajuste de precarga, la carga del resorte, la suavidad y la intensidad del perfil de la leva son algunos de los factores además de las rpm que pueden afectar la capacidad de un elevador hidráulico para mantener el control de la válvula. Incluso se ha informado que la viscosidad y la temperatura del aceite marcan la diferencia. Aunque hay demasiadas variables para identificar absolutamente la capacidad de rpm de un árbol de levas de elevador hidráulico, la larga experiencia en el uso de levas hidráulicas puede sugerir pautas básicas. Dependiendo de la combinación de árbol de levas/tren de válvulas/resorte, se puede esperar que los elevadores hidráulicos estándar funcionen de manera efectiva en algún lugar en el rango de 5500 a 6000 rpm. Por lo general, los elevadores antibombeo pueden aumentar el potencial de rpm entre 500 y 1000 rpm. Ciertamente, algunos han superado con creces estos números, mientras que otras combinaciones experimentan problemas en niveles aún más conservadores.

Queríamos probar algunos de los elevadores hidráulicos comúnmente disponibles y ver por nosotros mismos qué efectos tendrían en un motor de alto rendimiento. También hemos visto a personas con trenes de válvulas originales que se preocupan por obtener la configuración de precarga del elevador recomendada, un problema real si la configuración no ajustable no logra aterrizar en la precarga recomendada de 0.020-0.030 pulgadas. ¿Cuánta diferencia experimentaríamos varias cantidades de precarga usando elevadores hidráulicos estilo reemplazo originales? ¿Mostrarían algunos de los elevadores hidráulicos especiales algún beneficio en un motor de calle típico de 6,000 rpm? Siga leyendo para conocer los productos que encontramos mientras probábamos con dinamómetro nuestro bloque grande Mopar.

Queríamos hacer funcionar el elevador en todo el rango de recorrido del émbolo, comenzando cerca del fondo y avanzando hacia arriba. Para ayudar a compensar la extensión excesiva del ajustador del balancín cuando se desliza profundamente en el émbolo del levantador, usamos tapas de pestañas para compensar parte de la distancia.

Nuestra configuración principal con los elevadores de alta energía fue con el émbolo ajustado a 0,010 pulgadas desde el fondo. Con el émbolo prácticamente completamente hacia abajo, no queda espacio para la absorción o pérdida de movimiento de la leva a través del pistón hidráulico que empuja hacia atrás durante el ciclo de elevación. Descubrimos que la potencia aumentó en nuestra prueba anterior, pero la capacidad de rpm disminuyó en comparación con los Pro Magnum. El motor se volvió infeliz por encima de las 6000 rpm, momento en el que limitamos los tirones. Realmente, con el émbolo casi completamente hacia abajo, hay muy poco aceite entre la delicada válvula en la base del émbolo interior y la parte inferior del cuerpo del elevador. Hemos escuchado a los fabricantes de motores advertir que esta configuración puede dañar los elevadores.

Desde nuestra configuración inicial de 0,010 pulgadas desde la parte inferior, avanzamos en incrementos de 0,050 pulgadas, lo que equivale a precargas de 0,150, 0,100 y 0,050 pulgadas, con los resultados en las filas cuatro, cinco y seis de la tabla de dinamómetro, respectivamente. Con una precarga de 0,150 pulgadas, la potencia se redujo casi por completo con respecto a la prueba anterior y tuvimos que reducir las rpm máximas de la prueba a 5900, debido a la inestabilidad audible del tren de válvulas del motor. Con una precarga de 0.100 pulgadas, el motor estaba muy descontento, dándonos los números más bajos de la prueba y negándose a acelerar más allá de las 5,800 rpm con un aleteo fallido. Con una precarga de 0,050 pulgadas, las cosas empezaron a mejorar. Luego configuramos la precarga en 0.025 pulgadas, básicamente el nivel recomendado, y descubrimos que el motor volvería a girar a nuestra línea roja de prueba predeterminada de 6,200 rpm; el poder aumentó notablemente (tabla de dinamómetro, fila siete). Para nuestra prueba final, los levantadores de alta energía se configuraron en cero pestañas. Aunque este diseño de elevador no está diseñado para funcionar a cero debido a la posibilidad de que falle el clip de retención, encontramos la mejor potencia del día (mesa de dinamómetro, fila ocho).

Nuestra última prueba fue con los elevadores Comp Hi-Tech, un diseño dedicado de alto sangrado. El Hi-Tech es un elevador de propósito especial diseñado principalmente para aumentar el vacío y la respuesta del acelerador con levas hidráulicas extremadamente grandes o en aplicaciones de carreras en las que se requieren levas hidráulicas y existen reglas de vacío. No se recomiendan para uso prolongado en la calle. Los Hi-Tech utilizan un purgado rápido del émbolo para absorber la duración y levantar a bajas revoluciones.

La precarga recomendada con los levantadores Hi-Tech es 1⁄4-3⁄4 de vuelta después de cero juego, similar a un levantador hidráulico estándar. Inmediatamente descubrimos que los Hi-Tech cumplieron con su promesa. El vacío inactivo aumentó de 7,2 in-hg a casi 9 in-hg, un cambio bastante dramático. La calidad inactiva fue notablemente mejor. Los tirones de energía revelaron una salida similar a la de los Pro Magnum, como se muestra en la fila nueve de la tabla de dinamómetro.

Lo que diferencia a un levantador hidráulico de un empujador plano sólido convencional es la adición de un émbolo interno accionado hidráulicamente dentro del cuerpo del levantador. Con el tren de válvulas instalado (o ajustado), la varilla de empuje comprime el émbolo dentro de su rango de recorrido. La distancia hacia abajo que se ha desplazado el émbolo del elevador en su configuración base se denomina precarga del elevador. La presión de aceite ingresa al levantador a través de un orificio en el cuerpo del levantador y fluye a través de otro orificio hacia el cuerpo hueco del émbolo del levantador. Una válvula de retención unidireccional en la parte inferior del émbolo permite que el aceite llene la cavidad inferior hasta que desaparezca todo el espacio libre, lo que lleva a cabo el autoajuste hidráulico a cero juego.

Cuando la leva gira en el ciclo de elevación, la válvula de retención en la base del émbolo se cierra bajo la presión impartida por el resorte de la válvula, evitando que el aceite sea expulsado cuando se abre la válvula. En la parte superior del émbolo de algunos elevadores hidráulicos hay una válvula o placa dosificadora, que suministra aceite a las varillas de empuje para engrasar el tren de válvulas.

Nota del editor: esta historia se publicó originalmente en la edición de verano de 2014 de la revista Engine Masters.

En el episodio 10 de Engine Masters, aprenderá una combinación simple para un Chevy de bloque grande de 600 hp. Muchas personas que construyen motores como este se debaten entre la facilidad de manejo de un árbol de levas que utiliza elevadores de rodillos hidráulicos y las capacidades de rpm de nivel de carrera de los elevadores de rodillos sólidos. Este episodio explicará la tecnología y le mostrará la diferencia de potencia en el mundo real entre los dos estilos de árboles de levas, para que pueda decidir qué es lo mejor para su próxima construcción de motor. Regístrese para una prueba gratuita de MotorTrend+ hoy y comience a ver todos los episodios de Engine Masters, ¡y mucho más!