Válvulas del motor son componentes mecánicos utilizados en motores de combustión interna para permitir o restringir el flujo de fluido o gas hacia y desde las cámaras de combustión o cilindros durante el funcionamiento del motor. Funcionalmente, que funcionan de manera similar a muchos otros tipos de válvulas en que se bloquean o se pasan de flujo, sin embargo, son un dispositivo puramente mecánico que interactúa con otros componentes del motor tales como balancines a fin de abrir y cerrar en la secuencia correcta y con el sincronización correcta.
La válvula de motor término también puede referirse a un tipo de válvula de retención que se utiliza para la inyección de aire como parte del control de emisiones y sistemas de recirculación de gas de escape en vehículos. Este tipo de válvulas del motor no se tratará en este artículo.
Válvulas del motor son comunes a muchos tipos de motores de combustión, si se ejecutan fuera de un combustible tal como gasolina, diesel, queroseno, gas natural (GNL) o propano (LP). Tipos de motores varían según el número de cilindros que son las cámaras de combustión que generan energía a partir de la ignición del combustible. También varían por el tipo de operación (2-ciclo o 4-ciclo), y por la colocación del diseño de las válvulas en el motor de [válvulas a la cabeza (OHV), árbol de levas (OHC), o la válvula en el bloque (VIB)] .
Este artículo describirá brevemente el funcionamiento de válvulas de motor en motores de combustión típicas, así como la información presente en los tipos de válvulas y su diseño y materiales. Más información relativa a otros acerca de otros tipos de válvulas se puede encontrar en nuestra guía relacionada La comprensión de las válvulas.
Nomenclatura de la válvula del motor
La mayoría de las válvulas del motor están diseñadas como válvulas de seta de estilo debido a su movimiento ascendente y descendente haciendo estallar y cuentan con una cabeza de válvula perfil cónico que se ajusta contra un asiento de válvula mecanizada para sellar el paso de fluidos o gases. También se llaman válvulas de hongos debido a la forma distintiva de la cabeza de la válvula. Figura 1 muestra la nomenclatura para los diferentes elementos de una válvula de motor típico.
Diagrama que muestra la nomenclatura de una válvula de asiento.
Figura 1 - Nomenclatura para una válvula de motor de estilo de asiento estándar.
Crédito de la imagen: https://dieselnet.com
Los dos elementos principales son el vástago de la válvula y la cabeza de válvula. La cabeza contiene un filete que lleva en una cara de asiento que se mecaniza en un ángulo especificado para que coincida con el mecanizado del asiento de válvula a la que se va a igualar. Los asientos de la cara de la válvula al asiento de válvula es lo que proporciona el sello para la válvula contra la presión de combustión.
El vástago de válvula conecta la válvula a los elementos mecánicos en el motor que operan la válvula mediante la creación de una fuerza para mover el vástago contra la presión de asiento proporcionada por un muelle de válvula. La ranura marcador se utiliza para mantener el resorte en su posición, y la punta del vástago de la válvula se pone en contacto repetidamente por un balancín, taqué, o elevador que acciona la válvula.
Funcionamiento del motor
Cuatro avivar o de cuatro tiempos motores de combustión interna hacen uso de dos tipos principales de válvulas - la válvula de admisión y la válvula de escape. Las válvulas de admisión se abren para permitir el flujo de una mezcla de aire / combustible en los cilindros engine`s antes de la compresión y de encendido, mientras que las válvulas de escape se abren para permitir la expulsión de los gases de escape del proceso de combustión después que ha ocurrido la ignición.
En funcionamiento normal, un cigüeñal en el motor al que están unidos los pistones está ligado a un árbol de levas como parte de una disposición de tren de válvulas para el motor. El movimiento de las transferencias de cigüeñal movimiento al árbol de levas a través de una cadena de distribución, la correa de distribución, u otro mecanismo de engranaje. El momento y la alineación entre la posición del cigüeñal (que establece la posición del pistón en el cilindro) y la posición del árbol de levas (que determina la posición de las válvulas para el cilindro) es crítico no sólo para obtener un rendimiento máximo del motor, sino también a la interferencia se oponen entre los pistones y las válvulas en los motores de alta compresión.
En el ciclo de admisión, los ciclos de pistón del cilindro de admisión hacia abajo como se abre la válvula de admisión. El movimiento del pistón crea una presión negativa que ayuda a extraer la mezcla de aire / combustible en el cilindro. Justo después de que el pistón alcance la posición más baja en el cilindro (conocido como el punto muerto inferior), se cierra la válvula de admisión. En el ciclo de compresión, la válvula de admisión se cierra para sellar el cilindro cuando el pistón se eleva en el cilindro a la posición más alta (conocida como el centro muerto superior), que comprime la mezcla de aire / combustible a un pequeño volumen. Esta acción de compresión sirve para proporcionar una presión más alta contra el pistón cuando el combustible se enciende, así como pre-calentamiento de la mezcla para ayudar con una quema eficiente del combustible. En el ciclo de alimentación, la mezcla de aire / combustible se enciende que crea una explosión que las fuerzas de la espalda pistón hacia abajo a la posición más baja y transfiere la energía química liberada por la combustión de la mezcla aire / combustible en el movimiento de rotación del cigüeñal. El ciclo de escape tiene el pistón de nuevo levantamiento hacia arriba en el cilindro, mientras que los restos de la válvula de admisión cerrada y la válvula de escape ahora está abierta. La presión creada por el pistón ayuda a forzar los gases de escape fuera del cilindro a través de la válvula de escape y en el colector de escape. Conectado con el colector de escape son el sistema de escape, un conjunto de tubos que incluye un silenciador para reducir el ruido acústico, y un sistema de convertidor catalítico para manejar las emisiones de la combustión del motor. Una vez que el pistón alcanza la parte superior del cilindro en el ciclo de escape, la válvula de escape comienza a cerrarse y la válvula de admisión comienza a abrirse, de comenzar el proceso de nuevo. Tenga en cuenta que la presión del cilindro sobre la ingesta ayuda a mantener la válvula de admisión abierta y la alta presión en el ciclo de compresión ayuda a mantener las dos válvulas cerradas.
En los motores que tienen varios cilindros, los mismos cuatro ciclos de repetición en cada uno de los cilindros pero secuenciaron para que el motor demuestra potencia suave y minimiza el ruido y la vibración. La secuenciación del movimiento del pistón, el movimiento de la válvula, y el encendido se lleva a cabo a través del diseño mecánico preciso y sincronización eléctrica de señales de encendido a las bujías que encienden la mezcla aire / combustible.
Movimiento de la válvula del motor
El movimiento de las válvulas del motor es accionado por el árbol de levas del motor, que contiene una serie de lóbulos o levas que sirven para crear un movimiento lineal de la válvula de la rotación del árbol de levas. El número de lóbulos de leva en el árbol de levas es igual al número de válvulas en el motor. Cuando el árbol de levas se encuentra en la cabeza del cilindro, el motor se llama un árbol de levas (OHC) de diseño; cuando el árbol de levas se encuentra en el bloque del motor, el motor se llama una válvula de cabeza (OHV) de diseño. Independientemente del diseño del motor, el movimiento básico de las válvulas del motor se produce por la leva que monta contra un levantador o un empujador que proporciona una fuerza que presiona contra la válvula de vástago y comprime el resorte de la válvula, eliminando de este modo la tensión del muelle que mantiene la válvula en la posición cerrada. Este movimiento del vástago de la válvula levanta la válvula fuera del asiento en la culata y se abre la válvula. Una vez que gira el árbol de levas adicionales y el lóbulo de leva se mueve de manera que la parte excéntrica es ya no está directamente en contacto con el levantador o empujador, la presión del resorte cierra la válvula como los paseos de vástago de válvula en el tramo central del lóbulo de la leva.
El mantenimiento de la holgura de la válvula apropiada entre el vástago de la válvula y el brazo basculante o leva es extremadamente importante para el adecuado funcionamiento de las válvulas. Se necesita algo de espacio libre mínimo para permitir la expansión de las piezas de metal como la temperatura del motor se eleva durante el funcionamiento. Los valores específicos de remoción varían de un motor a otro, y la falta de espacio libre apropiado puede tener graves consecuencias para el funcionamiento del motor y el rendimiento. Si la holgura de la válvula es demasiado grande, entonces las válvulas se abren más tarde de manera óptima y se cerrará antes, lo que puede reducir el rendimiento del motor y el ruido del motor aumento. Si la holgura de la válvula es demasiado pequeño, no tendrán válvulas de cierre por completo, lo cual puede resultar en una pérdida de compresión. elevadores de válvulas hidráulicas son auto-compensación y pueden eliminar la necesidad de ajustes de holgura de la válvula.
motores de combustión modernos pueden utilizar un número diferente de válvulas por cilindro, dependiendo del diseño y la aplicación. Los motores más pequeños, tales como los utilizados en cortadoras de césped pueden tener solamente una sola válvula de admisión y una válvula de escape. motores de los vehículos más grandes, tales como 4-, 6- o 8 cilindros motores pueden utilizar cuatro válvulas por cilindro o a veces cinco.
Materiales de la válvula del motor
válvulas de motor son uno de los componentes en motores de combustión interna que están sometidos a grandes esfuerzos. La necesidad de dictados de funcionamiento del motor confiable que las válvulas del motor sea capaz de exhibir resistencia a la exposición repetida y continua a alta temperatura, alta presión de la cámara de combustión, y las cargas mecánicas y las tensiones de la dinámica del motor.
Las válvulas de admisión en motores de combustión interna están sometidos a menos tensión térmica debido a los efectos de enfriamiento de la mezcla aire / combustible entrante que pasa por la válvula durante el ciclo de admisión. Las válvulas de escape, por el contrario, están expuestos a mayores niveles de estrés térmico por estar en la vía de los gases de escape durante el ciclo de escape del motor. Además, el hecho de que la válvula de escape está abierta durante el ciclo de escape y no en contacto con los medios de la culata la masa térmica más pequeña de la cara de combustión y la válvula de cabeza tiene un potencial mayor para un cambio rápido de temperatura.
Las válvulas de admisión, a causa de sus temperaturas de funcionamiento más bajas, se hacen típicamente de materiales tales como cromo, níquel o acero de tungsteno. Las válvulas de escape de temperatura más altas pueden utilizar más calor metales resistentes tales como nicromo, silicio-cromo, o aleaciones de cobalto-cromo.
caras de válvulas que están expuestos a temperaturas más altas se hacen a veces más duradera por la soldadura de Stellite, que es una aleación de cobalto y cromo, a la cara de la válvula.
Otros tipos de material utilizado para la fabricación de válvulas de motor incluyen el acero inoxidable, titanio, y aleaciones de tribaloy.
Además, los recubrimientos y acabados superficiales se pueden aplicar para mejorar las propiedades mecánicas y características de desgaste de las válvulas del motor. Ejemplos de esto incluyen cromado, fosfato, recubrimiento de nitruro, y el acabado del remolino.
Tipos de válvulas del motor
Además de la caracterización de las válvulas del motor por la función (ingesta frente de escape), hay varios tipos específicos de válvulas de motor que existen basan en el diseño y los materiales. Los principales tipos de válvulas de motor incluyen:
válvulas de motor monometálico
válvulas de motor bimetálicos
válvulas de motor Hollow
válvulas de motor monometálicos, como su nombre implica, se fabrican a partir de un único material que las formas tanto en el vástago de la válvula y la válvula de cabeza. Estos tipos de válvulas de motor proporcionan tanto alta resistencia al calor y exhiben una buena capacidad de anti-fricción.
válvulas de motor bimetálicos, también conocidos como válvulas de motor bimetálicos, se realizan mediante la unión de dos materiales diferentes entre sí utilizando un proceso de soldadura por fricción para crear una válvula que tiene acero austenítico en la cabeza de la válvula y el acero martensítico para el vástago de la válvula. Las propiedades de cada uno de estos aceros tienen un propósito óptimo, en el que el acero austenítico en la cabeza de la válvula proporciona una resistencia a alta temperatura y resistencia a la corrosión, y el acero martensítico para las ofertas de vástago de válvula de alta resistencia a la tracción y resistencia al desgaste abrasivo.
válvulas de motor huecas son una válvula bimetálico especial que contiene una cavidad hueca que está lleno de sodio. Los licúa de sodio como la temperatura de la válvula se levanta y se hace circular por el movimiento de la válvula, que ayuda a disipar el calor de la cabeza de la válvula más caliente. El diseño hueco facilita una mayor transferencia de calor a través del vástago que con válvulas de sólidos debido a que el material de tallo martensítica es una mejor conductor de calor que el material de la cabeza austenítico. válvulas huecas son especialmente adecuados para su uso en los motores modernos que están dando más potencia de pequeños diseños, motor más denso que tienen temperaturas de los gases de escape más alto que las válvulas de sólidos no son capaces de manejar. Estas temperaturas de escape más altas son el resultado de varias condiciones, incluyendo:
Un deseo para un proceso de combustión de mezcla pobre, que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero
Diseños de motor con relaciones de compresión más altas y altas presiones de combustión, que ofrecen una mayor eficiencia
colector integrado de diseños que turbocompresores soporte para obtener más rendimiento del motor de los motores más pequeños
Hay varios otros tipos de diseños de válvulas del motor. Las denominadas válvulas de manguito consisten en un tubo o manga que se encuentra entre la pared del cilindro y el pistón, y que se deslizan o girar expulsados de un árbol de levas como con otras válvulas del motor. El movimiento de la válvula de manguito hace puertos que se cortan en el manguito para alinearse con los puertos correspondientes en la pared del cilindro en diferentes puntos en el ciclo del motor, por lo que funciona como una admisión del motor simple y válvula de escape y sin las complejidades de los balancines y levantadores.
Especificaciones de la válvula del motor
válvulas de motor típicos son especificados por los parámetros descritos a continuación. Tenga en cuenta que esta información está destinada para fines de información y tenga en cuenta que las variaciones en los parámetros utilizados para la especificación de las válvulas del motor pueden existir de un fabricante a. Mediante la comprensión de las especificaciones, los compradores están mejor equipados para participar en los debates de sus necesidades específicas con los proveedores de válvulas del motor.
