Válvula de motor. Propósito, dispositivo, diseño

Para que funcione un motor de combustión interna de cuatro tiempos de cualquier automóvil, su dispositivo incluye muchas partes y mecanismos diferentes que están sincronizados entre sí. Entre esos mecanismos está el momento. Su función es asegurar la activación oportuna de la sincronización de la válvula. Qué es se describe en detalle aquí.

En resumen, el mecanismo de distribución de gas abre la válvula de entrada / salida en el momento adecuado para asegurar la sincronización del proceso al realizar una carrera particular en el cilindro. En algún caso, se requiere que ambos orificios estén cerrados, en el otro, uno o incluso ambos estén abiertos.

Echemos un vistazo más de cerca a un detalle que le permite estabilizar este proceso. Esta es una válvula. ¿Qué tiene de especial su diseño y cómo funciona?

¿Qué es una válvula de motor?

La válvula es una pieza metálica instalada en la culata. Forma parte del mecanismo de distribución de gas y es accionado por un árbol de levas.

Dependiendo de la modificación del automóvil, el motor tendrá una sincronización inferior o superior. La primera opción todavía se encuentra en algunas modificaciones más antiguas de unidades de potencia. La mayoría de los fabricantes hace tiempo que cambiaron al segundo tipo de mecanismos de distribución de gas.

La razón de esto es que dicho motor es más fácil de ajustar y reparar. Para ajustar las válvulas, basta con quitar la tapa de la válvula y no es necesario desmontar toda la unidad.

Propósito y características del dispositivo

La válvula es un elemento cargado por resorte. En reposo, cierra herméticamente el agujero. Cuando el árbol de levas gira, la leva ubicada en él empuja la válvula hacia abajo, bajándola. Esto abre el agujero. La disposición del árbol de levas se describe en detalle en otra reseña.

Cada parte desempeña su propia función, que es estructuralmente imposible de realizar para un elemento similar ubicado cerca. Hay al menos dos válvulas por cilindro. En los modelos más caros, hay cuatro. En la mayoría de los casos, estos elementos están en pares y abren diferentes grupos de orificios: algunos son de entrada y otros de salida.

Las válvulas de admisión son responsables de la admisión de una porción nueva de la mezcla aire-combustible en el cilindro, y en motores con inyección directa (un tipo de sistema de inyección de combustible, se describe aquí) - el volumen de aire fresco. Este proceso ocurre en el momento en que el pistón completa la carrera de admisión (desde el punto muerto superior, después de quitar el escape, se mueve hacia abajo).

Las válvulas de escape tienen el mismo principio de apertura, solo que tienen una función diferente. Abren un orificio para la eliminación de productos de combustión en el colector de escape.

Diseño de válvula de motor

Las piezas en cuestión están incluidas en el grupo de válvulas del mecanismo de distribución de gas. Junto con otros detalles, proporcionan un cambio oportuno en la sincronización de válvulas.

Considere las características de diseño de las válvulas y partes relacionadas, de las cuales depende su operación efectiva.

Valvulas

Las válvulas tienen forma de varilla, en un lado de la cual hay una cabeza o elemento de asiento, y en el otro, un talón o un extremo. La parte plana está diseñada para sellar herméticamente las aberturas en la culata. Se realiza una transición suave entre el platillo y la varilla, no un paso. Esto permite que la válvula sea aerodinámica para que no cree resistencia al movimiento del fluido.

En el mismo motor, las válvulas de admisión y escape serán ligeramente diferentes. Entonces, los primeros tipos de piezas tendrán una placa más ancha que la segunda. La razón de esto es la alta temperatura y alta presión cuando los productos de combustión se eliminan a través de la salida de gas.

Para abaratar las piezas, las válvulas se dividen en dos partes. Se diferencian en composición. Estas dos partes se unen mediante soldadura. El chaflán del disco de la válvula de salida también es un elemento separado. Se deposita a partir de otro tipo de metal, que tiene propiedades de resistencia al calor, así como resistencia al estrés mecánico. Además de estas propiedades, el extremo de las válvulas de escape es menos propenso a la formación de óxido. Es cierto que esta parte de muchas válvulas está hecha de un material idéntico al metal del que está hecha la placa.

Las cabezas de los elementos de entrada suelen ser planas. Este diseño tiene la rigidez requerida y la facilidad de ejecución. Los motores mejorados pueden equiparse con válvulas de disco cóncavas. Este diseño es ligeramente más ligero que el modelo estándar, lo que reduce la fuerza de inercia.

En cuanto a las contrapartes de salida, la forma de su cabeza será plana o convexa. La segunda opción es más eficiente, ya que proporciona una mejor eliminación de gases de la cámara de combustión debido a su diseño aerodinámico. Además, la placa convexa es más duradera en comparación con la contraparte plana. Por otro lado, dicho elemento es más pesado, por lo que sufre su inercia. Este tipo de piezas requerirán resortes más rígidos.

Además, el diseño del vástago de este tipo de válvulas es ligeramente diferente al de las piezas de admisión. Para proporcionar una mejor disipación de calor del elemento, la barra es más gruesa. Esto aumenta la resistencia al calentamiento fuerte de la pieza. Sin embargo, esta solución tiene una desventaja: crea una mayor resistencia a los gases eliminados. A pesar de esto, los fabricantes todavía usan este diseño, porque los gases de escape se emiten bajo una fuerte presión.

Hoy existe un desarrollo innovador de válvulas de refrigeración forzada. Esta modificación tiene un núcleo hueco. Se bombea sodio líquido a su cavidad. Esta sustancia se evapora cuando se calienta fuertemente (ubicada cerca de la cabeza). Como resultado de este proceso, el gas absorbe calor de las paredes metálicas. A medida que sube, el gas se enfría y se condensa. El líquido fluye hacia la base, donde se repite el proceso.

Para que las válvulas garanticen la estanqueidad de la interfaz, se selecciona un chaflán en el asiento y en el disco. También se hace con bisel para eliminar el escalón. Al instalar las válvulas en el motor, se frotan contra la cabeza.

La estanqueidad de la conexión del asiento al cabezal se ve afectada por la corrosión de la brida y las piezas de salida suelen sufrir depósitos de carbón. Para extender la vida útil de la válvula, algunos motores están equipados con un mecanismo adicional que hace girar la válvula ligeramente cuando la salida está cerrada. Esto elimina los depósitos de carbono resultantes.

A veces sucede que el vástago de la válvula se rompe. Esto hará que la pieza caiga dentro del cilindro y dañe el motor. En caso de avería, basta con que el cigüeñal haga un par de revoluciones inerciales. Para evitar esta situación, los fabricantes de válvulas para automóviles pueden equipar la pieza con un anillo de retención.

Un poco sobre las características del talón de la válvula. Esta parte está sujeta a una fuerza de fricción ya que es afectada por la leva del árbol de levas. Para que la válvula se abra, la leva debe empujarla hacia abajo con suficiente fuerza para comprimir el resorte. Esta unidad debe recibir suficiente lubricación y, para que no se desgaste rápidamente, está endurecida. Algunos diseñadores de motores utilizan tapas especiales para evitar el desgaste de la varilla, que están fabricadas con materiales resistentes a tales cargas.

Para evitar que la válvula se atasque en la manga durante el calentamiento, la parte del vástago cerca del platillo es un poco más delgada que la parte cerca del talón. Para fijar el resorte de la válvula, se hacen dos ranuras en el extremo de las válvulas (en algunos casos, una), en las que se insertan las grietas del soporte (una placa fija donde descansa el resorte).

Resortes de válvula

El resorte afecta la eficiencia de la válvula. Es necesario para que la cabeza y el asiento proporcionen una conexión firme y el medio de trabajo no penetre a través de la fístula formada. Si esta parte está muy rígida, la leva del árbol de levas o el talón del vástago de la válvula se desgastarán rápidamente. Por otro lado, un resorte débil no podrá garantizar un ajuste perfecto entre los dos elementos.

Dado que este elemento funciona en condiciones de cargas que cambian rápidamente, puede romperse. Los fabricantes de sistemas de propulsión utilizan diferentes tipos de resortes para evitar averías rápidas. En algunos tiempos, se instalan tipos dobles. Esta modificación reduce la carga sobre un elemento individual, aumentando así su vida útil.

En este diseño, los resortes tendrán una dirección diferente de los giros. Esto evita que las partículas de la pieza rota se interpongan entre las vueltas de la otra. Se utiliza acero para resortes para fabricar estos elementos. Una vez formado el producto, se templa.

En los bordes, cada resorte se muele de manera que toda la parte del cojinete esté en contacto con la cabeza de la válvula y la placa superior unida a la culata. Para evitar que la pieza se oxide, se cubre con una capa de cadmio y se galvaniza.

Además de las válvulas de sincronización clásicas, se puede utilizar una válvula neumática en vehículos deportivos. De hecho, este es el mismo elemento, solo que se pone en movimiento mediante un mecanismo neumático especial. Gracias a esto, se logra tal precisión de operación que el motor es capaz de desarrollar revoluciones increíbles, hasta 20 mil.

Tal desarrollo apareció en la década de 1980. Contribuye a una apertura / cierre más claro de los orificios, que ningún resorte puede proporcionar. Este actuador está alimentado por gas comprimido en un depósito encima de la válvula. Cuando la leva golpea la válvula, la fuerza de impacto es de aproximadamente 10 bar. La válvula se abre, y cuando el árbol de levas debilita el impacto en su talón, el gas comprimido devuelve rápidamente la pieza a su lugar. Para evitar la caída de presión debido a posibles fugas, el sistema está equipado con un compresor adicional, cuyo depósito está a una presión de aproximadamente 200 bar.

James Ellison, PBM Aprilia, Prueba CRT Jerez Feb 2012

Este sistema se utiliza en motocicletas de la clase MotoGP. Este transporte con un litro de volumen de motor es capaz de desarrollar 20-21 mil revoluciones del cigüeñal. Un modelo con un mecanismo similar es uno de los modelos de motocicleta Aprilia. Su potencia era de unos increíbles 240 CV. Es cierto que esto es demasiado para un vehículo de dos ruedas.

Guías de válvulas

El papel de esta parte en el funcionamiento de la válvula es asegurar que se mueva en línea recta. La manga también ayuda a enfriar la caña. Esta parte necesita lubricación constante. De lo contrario, la varilla estará sujeta a una tensión térmica constante y el manguito se desgastará rápidamente.

El material que se puede utilizar para la fabricación de dichos casquillos debe ser resistente al calor, soportar una fricción constante, eliminar bien el calor de la parte adyacente y también soportar altas temperaturas. Estos requisitos pueden cumplirse con fundición gris perlita, bronce de aluminio, cerámica con cromo o cromo-níquel. Todos estos materiales tienen una estructura porosa, lo que ayuda a mantener el aceite en su superficie.

El buje de la válvula de escape tendrá un poco más de espacio entre el vástago que el equivalente de entrada. La razón de esto es la mayor expansión térmica de la válvula de eliminación de gases residuales.

Asientos de válvula

Esta es la parte de contacto del orificio de la culata cerca de cada cilindro y disco de válvula. Dado que esta parte de la cabeza enfrenta tensiones mecánicas y térmicas, debe tener una buena resistencia a altas temperaturas e impactos frecuentes (cuando el automóvil está conduciendo rápido, las rpm del árbol de levas son tan altas que las válvulas literalmente caen en el asiento).

Si el bloque de cilindros y su culata están hechos de aleación de aluminio, los asientos de las válvulas serán necesariamente de acero. El hierro fundido ya se adapta bien a tales cargas, por lo que el sillín en esta modificación se realiza en la propia cabeza.

También se encuentran disponibles sillines enchufables. Están hechos de hierro fundido de aleación o acero resistente al calor. Para que el chaflán del elemento no se desgaste tanto, se realiza mediante capas de metal resistente al calor.

El asiento del inserto se fija en el orificio del cabezal de diferentes formas. En algunos casos, se presiona y se hace una ranura en la parte superior del elemento, que se llena con el metal del cuerpo de la cabeza durante la instalación. Esto crea la integridad del conjunto de diferentes metales.

El asiento de acero se fija ensanchando la parte superior del cuerpo de la cabeza. Hay sillines cilíndricos y cónicos. En el primer caso, se montan hasta el tope y el segundo tiene un pequeño espacio en el extremo.

Número de válvulas en el motor

Un motor de combustión estándar de 4 tiempos tiene un árbol de levas y dos válvulas por cilindro. En este diseño, una parte es responsable de la inyección de una mezcla de aire o simplemente aire (si el sistema de combustible tiene inyección directa), y la otra es responsable de la eliminación de los gases de escape en el colector de escape.

Operación más eficiente en la modificación del motor, en la que hay cuatro válvulas por cilindro, dos para cada fase. Gracias a este diseño, se proporciona un mejor llenado de la cámara con una nueva porción de VTS o aire, así como una eliminación acelerada de los gases de escape y ventilación de la cavidad del cilindro. Los automóviles comenzaron a equiparse con tales motores a partir de los años 70 del siglo pasado, aunque el desarrollo de tales unidades comenzó en la primera mitad de la década de 1910.

Hasta la fecha, para mejorar el funcionamiento de las unidades de potencia, hay un desarrollo de motor en el que hay cinco válvulas. Dos para la salida y tres para la entrada. Un ejemplo de tales unidades son los modelos de la empresa Volkswagen-Audi. Aunque el principio de funcionamiento de la correa de distribución en un motor de este tipo es idéntico al de las versiones clásicas, el diseño de este mecanismo es complicado, lo que encarece el desarrollo innovador.

El fabricante de automóviles Mercedes-Benz también está adoptando un enfoque no convencional similar. Algunos motores de este fabricante de automóviles están equipados con tres válvulas por cilindro (2 de admisión, 1 de escape). Además, se instalan dos bujías en cada cámara de la olla.

El fabricante determina la cantidad de válvulas por el tamaño de la cámara en la que ingresan el combustible y el aire. Para mejorar su llenado, es necesario asegurar una mejor entrada de la porción fresca de BTC. Para hacer esto, puede aumentar el diámetro del agujero y con él el tamaño de la placa. Sin embargo, esta modernización tiene sus propios límites. Pero es muy posible instalar una válvula de admisión adicional, por lo que los fabricantes de automóviles están desarrollando estas modificaciones en la culata. Dado que la velocidad de admisión es más importante que el escape (el escape se quita bajo la presión del pistón), con un número impar de válvulas, siempre habrá más elementos de admisión.

De que están hechas las válvulas

Dado que las válvulas operan en condiciones de máxima temperatura y estrés mecánico, están hechas de metal resistente a tales factores. Sobre todo se calienta y también encuentra tensión mecánica, el lugar de contacto entre el asiento y el disco de la válvula. A altas velocidades del motor, las válvulas se hunden rápidamente en los asientos, creando un impacto en los bordes de la pieza. Además, en el proceso de combustión de una mezcla de aire y combustible, los bordes delgados de la placa se someten a un calentamiento brusco.

Además del disco de la válvula, los manguitos de la válvula también están sometidos a tensión. Los factores negativos que llevan al desgaste de estos elementos son la lubricación insuficiente y la fricción constante durante el movimiento rápido de la válvula.

Por estas razones, se imponen los siguientes requisitos a las válvulas:

1. Deben sellar la entrada / salida;
2. Con un fuerte calentamiento, los bordes de la placa no deben deformarse por impactos en el sillín;
3. Deben estar bien racionalizados para que no se cree resistencia al medio entrante o saliente;
4. La pieza no debe ser pesada;
5. El metal debe ser resistente y duradero;
6. No debe sufrir una oxidación fuerte (cuando el automóvil rara vez conduce, los bordes de las cabezas no deben oxidarse).

La parte que abrió el agujero en los motores diésel se calienta hasta 700 grados, y en los análogos de gasolina, hasta 900 sobre cero. La situación se complica por el hecho de que con un calentamiento tan fuerte, la válvula abierta no se enfría. La válvula de salida puede estar hecha de cualquier acero de alta aleación que pueda soportar altas temperaturas. Como ya se mencionó, una válvula está hecha de dos tipos diferentes de metal. La cabeza está hecha de aleaciones de alta temperatura y el vástago está hecho de acero al carbono.

En cuanto a los elementos de entrada, se enfrían por contacto con el asiento. Sin embargo, su temperatura también es alta, alrededor de 300 grados, por lo que no se permite que la pieza se deforme cuando se calienta.

El cromo se incluye a menudo en la materia prima de las válvulas, lo que aumenta su estabilidad térmica. Durante la combustión de gasolina, gas o combustible diesel, se liberan algunas sustancias que pueden afectar agresivamente las partes metálicas (por ejemplo, óxido de plomo). Se pueden incluir compuestos de níquel, manganeso y nitrógeno en el material de la cabeza de la válvula para evitar reacciones adversas.

Y finalmente. No es un secreto para nadie que en cualquier motor, con el tiempo, las válvulas se queman. Aquí hay un breve video sobre las razones de esto:

RAZONES POR LAS QUE LAS VÁLVULAS se queman en un MOTOR DE AUTOMÓVIL 95% de los conductores NO LO SABÍA

Preguntas y respuestas

¿Qué hacen las válvulas en un motor? A medida que se abren, las válvulas de admisión permiten que entre aire fresco (o una mezcla de aire / combustible) en el cilindro. Las válvulas de escape abiertas conducen los gases de escape al colector de escape.

¿Cómo entender que las válvulas están quemadas? Una característica clave de las válvulas quemadas es el triple movimiento del motor independientemente de las rpm. Al mismo tiempo, la potencia del motor se reduce decentemente y aumenta el consumo de combustible.

¿Qué partes abren y cierran las válvulas? El vástago de la válvula está conectado a las levas del árbol de levas. En muchos motores modernos, los elevadores hidráulicos también se instalan entre estas partes.