Las válvulas de motor son componentes mecánicos utilizados en motores de combustión interna para permitir o restringir el flujo de fluido o gasolina hacia y desde las cámaras de combustión o cilindros durante todo el funcionamiento del motor. Funcionalmente, se llevan a cabo de manera similar a muchas variedades diferentes de válvulas en el sentido de que bloquean o pasan con el flujo, pero pueden ser un dispositivo básicamente mecánico que interactúa con diferentes componentes del motor que consisten en dedos basculantes para que uno pueda abrirse y cerrarse en la colección correcta y con el tiempo correcto.
La válvula de motor de período de tiempo también puede referirse a una especie de válvula de retención que se utiliza para la inyección de aire como parte del control de emisiones y las estructuras de recirculación de combustible de escape en automóviles. Este tipo de válvula de motor ya no se tratará en este artículo.
Las válvulas de motor son comunes en muchos tipos de motores de combustión, independientemente de que funcionen con gasolina, como combustible, diesel, queroseno, combustible a base de hierbas (GNL) o propano (LP). Los tipos de motores varían utilizando la amplia variedad de cilindros que son las cámaras de combustión que generan electricidad a partir de la ignición de la gasolina. Además, varían a través de la forma de operación (2 ciclos o 4 ciclos) y a través de la colocación de diseño de las válvulas dentro del motor .
Este artículo describirá brevemente el funcionamiento de las válvulas de motor en motores de combustión ordinarios, así como presentará hechos sobre los estilos de válvulas y su diseño y materiales. Puede encontrar más información sobre diferentes tipos de válvulas, aproximadamente, en nuestro manual relacionado de válvulas de comprensión.
Nomenclatura de la válvula del motor
La mayoría de las válvulas del motor están diseñadas como válvulas de moda de asiento debido a su movimiento ascendente y descendente y a su característica cabeza de válvula de perfil cónico que se adapta a un asiento de válvula mecanizado para sellar el paso de fluidos o gases. También se llaman válvulas de hongo debido a la forma exclusiva de la cabeza de la válvula. La figura 1 indica la nomenclatura de los factores excepcionales en una válvula de motor típica.
Diagrama que muestra la nomenclatura de una válvula de asiento.
Figura 1-Nomenclatura para una válvula de motor de estilo de asiento general.
Los factores principales son el vástago de la válvula y la cabeza de la válvula. La cabeza incluye un filete que conduce directamente a una cara del asiento que se mecaniza en una actitud específica para el mecanizado saludable del asiento de la válvula a la que estará en forma. El asiento de la cara de la válvula al asiento de la válvula es lo que proporciona el sello para la válvula contra el estrés de combustión.
El vástago de la válvula conecta la válvula a los elementos mecánicos dentro del motor que operan la válvula mediante la creación de una fuerza para transportar el vástago contra la tensión de asiento proporcionada por un resorte de válvula. La ranura de retención se utiliza para preservar el resorte en función, y la punta del vástago de la válvula se contacta repetidamente por medio de un brazo oscilante, un taco o un levantador que acciona la válvula.
Funcionamiento del motor
Los motores de cuatro o cuatro ciclos de combustión interna emplean dos tipos principales de válvulas: la válvula de admisión y la válvula de escape. Las válvulas de admisión se abren para permitir la deriva de una mezcla de aire/gasolina hacia los cilindros del motor antes de la compresión y el encendido, mientras que las válvulas de escape se abren para permitir la expulsión de los gases de escape de la técnica de combustión después de la ignición.
En funcionamiento ordinario, un cigüeñal dentro del motor al que están unidos los pistones está atado a un árbol de levas como parte de una disposición de tren de válvulas para el motor. El movimiento del cigüeñal transfiere el movimiento al árbol de levas a través de una cadena de distribución, una correa de distribución o un mecanismo de engranajes diferente. La sincronización y alineación entre la posición del cigüeñal (que establece la posición del pistón en el cilindro) y la ubicación del árbol de levas (que determina la ubicación de las válvulas para el cilindro) es esencial no solo para el rendimiento máximo del motor, sino también para evitar interferencias entre pistones y válvulas en motores de compresión excesiva.
En el ciclo de admisión, el pistón del cilindro de consumo circula hacia abajo a medida que se abre la válvula de consumo. El movimiento del pistón crea poca tensión que permite atraer la combinación de aire/combustible al cilindro. Justo después de que el pistón alcanza la función más baja dentro del cilindro (llamada parte trasera central inútil), la válvula de consumo se cierra. En el ciclo de compresión, la válvula de admisión se cierra para sellar el cilindro porque el pistón se eleva dentro del cilindro hasta la función más alta (llamada centro inútil del pináculo), que comprime la mezcla de aire/gas en pequeña medida. Este movimiento de compresión sirve para ofrecer una mejor tensión hacia el pistón mientras se enciende el combustible, además de precalentar la mezcla para ayudar a una combustión verde del combustible. En el ciclo de potencia, se enciende la combinación de aire/combustible, lo que crea una explosión que fuerza el pistón hacia atrás a la posición más baja y transfiere la electricidad química lanzada por medio de la quema de la mezcla de aire/gasolina al movimiento de rotación del cigüeñal. El ciclo de escape tiene el pistón elevándose nuevamente hacia arriba dentro del cilindro, mientras que la válvula de consumo permanece cerrada y la válvula de escape ahora está abierta. La presión creada por medio del pistón ayuda a forzar los gases de escape fuera del cilindro a través de la válvula de escape y hacia el colector de escape. Conectado al colector de escape se encuentra el dispositivo de escape, un conjunto de tuberías que incluye un silenciador para reducir el ruido acústico y un sistema de convertidor catalítico para gestionar las emisiones de la combustión del motor. Una vez que el pistón alcanza el pináculo del cilindro dentro del ciclo de escape, la válvula de escape comienza a cerrarse y la válvula de consumo comienza a abrirse, iniciando el sistema una vez más. Tenga en cuenta que la tensión del cilindro en el consumo ayuda a mantener la válvula de admisión abierta y la alta presión dentro del ciclo de compresión permite mantener ambas válvulas cerradas.
En motores que tienen más de un cilindro, los cuatro ciclos idénticos se repiten en cada uno de los cilindros sin importar su secuencia para que el motor demuestre una resistencia fácil y minimice el ruido y la vibración. La secuencia del movimiento del pistón, el movimiento de la válvula y el encendido se realiza a través del diseño mecánico adecuado y la sincronización eléctrica de las señales de encendido a las bujías que encienden el agregado de aire/combustible.
Movimiento de la válvula del motor
El movimiento de las válvulas del motor se empuja con la ayuda del árbol de levas del motor, que incorpora una serie de lóbulos o levas que sirven para crear un movimiento lineal de la válvula a partir de la rotación del árbol de levas. El número de lóbulos de levas en el árbol de levas es igual al rango de válvulas dentro del motor. Cuando el árbol de levas está en la culata, el motor se llama diseño de levas superiores (OHC); mientras que el árbol de levas está dentro del bloque del motor, el motor se llama diseño de válvula superior (OHV). Independientemente de la disposición del motor, el movimiento primario de las válvulas del motor se produce a través de la leva en oposición a un elevador o un taco que proporciona una presión que presiona contra el vástago de la válvula y comprime el resorte de la válvula, eliminando así la tensión del resorte que continúa la válvula en la posición cerrada. Este movimiento del vástago de la válvula levanta la válvula del asiento en la culata y abre la válvula. Una vez que el árbol de levas gira más y el lóbulo de leva actúa para que el componente excéntrico no entre en contacto con el elevador o el taco, la tensión del resorte cierra la válvula porque el vástago de la válvula gira en la parte céntrica del lóbulo de leva.
Mantener el juego de válvula adecuado entre el vástago de la válvula y el brazo basculante o leva es extremadamente esencial para el correcto funcionamiento de las válvulas. Se desea un espacio mínimo para permitir la ampliación de los elementos de acero a medida que la temperatura del motor aumenta en algún momento de funcionamiento. Los valores de holgura específicos varían de un motor a otro, y la falta de holgura correcta tendrá resultados extremos para el funcionamiento del motor y el rendimiento general. Si la holgura de la válvula es demasiado grande, entonces las válvulas se abrirán más tarde de lo óptimo y podrían acercarse más rápido, lo que puede reducir el rendimiento general del motor y el ruido del motor de crecimiento. Si la holgura de la válvula es demasiado pequeña, las válvulas ya no se acercarán por completo, lo que puede provocar una falta de compresión. Los elevadores de válvulas hidráulicas se compensan automáticamente y pueden posponer la necesidad de modificaciones de la holgura de la válvula.
Los motores de combustión modernos pueden utilizar una gama única de válvulas en línea con el cilindro, basándose en el diseño y el software. Los motores más pequeños, junto con los utilizados en cortadoras de césped, también pueden tener una válvula de consumo individual y una válvula de escape más prácticas. Los motores de automóvil más grandes junto con motores de cuatro, 6 u ocho cilindros pueden usar 4 válvulas de acuerdo con el cilindro o de vez en cuando 5.
Materiales de la válvula del motor
Las válvulas del motor son uno de los componentes de los motores de combustión interna que están especialmente estresados. La necesidad de un funcionamiento confiable del motor dicta que las válvulas del motor puedan mostrar resistencia a la exposición repetida y continua a altas temperaturas, alta presión de la cámara de combustión y cargas y tensiones mecánicas de la dinámica del motor.
Las válvulas de consumo de los motores de combustión interna están sometidas a una tensión térmica mucho menor debido a los resultados de enfriamiento del agregado de aire/gasolina entrante que pasa con la ayuda de la válvula en el transcurso del ciclo de consumo. Las válvulas de escape, a través de la comparación, están expuestas a rangos más altos de presión térmica al estar dentro de la ruta de los gases de escape a lo largo del ciclo de escape del motor. Además, la realidad de que la válvula de escape está abierta durante el ciclo de escape y ahora no está en contacto con la culata significa que la masa térmica más pequeña de la cara de combustión y la culata de la válvula tiene más capacidad para un cambio de temperatura rápido.
Las válvulas de admisión, debido a sus temperaturas de funcionamiento más bajas, generalmente se fabrican con materiales que incluyen cromo, níquel o metal de tungsteno. Las válvulas de escape de mayor temperatura también pueden usar metales más resistentes al calor junto con aleaciones de nicrom, silicio‑cromo o cobalto-cromo.
Las caras de válvula que se destapan a temperaturas más altas se hacen ocasionalmente de mayor duración a través de la soldadura de Estelita, es decir, una aleación de cobalto y cromo, a la cara de la válvula.
Otras variedades de tela utilizadas para la fabricación de válvulas de motor consisten en acero inoxidable, titanio y aleaciones tribaloy.
Fabricante de válvulas
Además, se pueden aplicar recubrimientos y acabados superficiales para mejorar las propiedades mecánicas y poner rasgos de las válvulas del motor. Ejemplos de esto son el cromado, el fosfatado, el revestimiento de nitruro y el acabado de remolino