Control de válvulas
Un sistema de control de válvulas o un engranaje de válvulas es un mecanismo ( engranaje de levas ), que en un motor alternativo , las válvulas y, por lo tanto, el ciclo de carga se controlan abriendo y cerrando los conductos de admisión de aire y descarga de gases de escape.
Se utiliza en casi todos los motores de cuatro tiempos ; las excepciones, como el motor deslizante, son raras. En motores de dos tiempos , sin embargo, no hay válvulas se utilizan predominantemente, a excepción de grande de dos tiempos - motores diesel marinos que tienen válvulas de escape.
Por lo general, una válvula se realiza mediante un árbol de levas (engl. Árbol de levas ) a través de un empujador , balancines o balancines abiertos. Las pocas excepciones son las válvulas neumáticas , hidráulicas o solenoides . Las válvulas están cerradas por muelles helicoidales , raramente por resortes de barra de torsión , resortes de gas o positivamente controlados por una leva de cierre ( desmodrómico ). En los primeros motores de cuatro tiempos de altas revoluciones, se preferían los resortes de horquilla porque los aceros para resortes disponibles en ese momento no permitían la fabricación de resortes helicoidales confiables. Los resortes de horquilla podrían usarse en pares por seguridad, alojados fuera de la culata en el flujo de aire de enfriamiento (Norton International y Manx) y podrían reemplazarse fácilmente sin más trabajo de ensamblaje en caso de una rotura. Sin embargo, con el establecimiento de nuevas aleaciones de acero, los resortes helicoidales se hicieron ampliamente aceptados. Los mecanismos de cierre neumáticos, que tienen una frecuencia natural más alta y, por lo tanto, permiten movimientos de válvulas más rápidos, se han utilizado en motores de carreras de Fórmula 1 de altas revoluciones desde la década de 1990. Estos resortes requieren una bomba de aire o, común en las carreras, un suministro de aire comprimido dimensionado para la duración de una carrera.
El árbol de levas es impulsado por el cigüeñal , en motores de cuatro tiempos con una relación de 2: 1, es decir. H. el árbol de levas tiene la mitad de la velocidad del cigüeñal.
Durante el funcionamiento, las válvulas se abren y cierran varias veces por segundo, aproximadamente una vez para los motores diésel marinos, pero hasta cincuenta veces para los motores de carreras, es decir, se aceleran y se paran nuevamente. Los movimientos de las válvulas y el pistón en el cilindro deben coordinarse con precisión.
Tipos
Si bien las válvulas se construyen predominantemente de manera uniforme, existen diferencias estructurales significativas en la disposición de la válvula, el accionamiento de la válvula, la disposición del árbol de levas y la transmisión del árbol de levas en los diseños comunes.
Tipos basicos
Se hace una distinción básica según la disposición de las válvulas y los árboles de levas en relación con el cilindro.
Válvula sniffer, controlada alternativamente
Con los primeros motores solo se controlaba la válvula de escape, la válvula de admisión se abría "automáticamente" por la presión negativa del pistón de aspiración. La válvula de aspiración se cierra al final de la carrera de admisión mediante un resorte, la válvula de escape se acciona mediante una leva a través de un empujador. Los motores con válvulas sniffer solo pueden alcanzar velocidades muy bajas debido a su diseño. El motor del coche de montar de Daimler alcanzó las 700 rpm y el motor De Dion Bouton al final de su desarrollo de 1.500 a 1.800 rpm.
Entrada por salida, controlado por contador (IOE)
Cuando " Inlet over Exhaust " (en inglés Inlet over Exhaust ) "cuelga" la válvula de admisión en la culata de cilindros y es el parachoques impulsado por émbolo y el balancín desde un árbol de levas inferior, la válvula de salida subyacente colocada de pie dispuesta a través de un empujador. La IOE también se denomina "contra" o "controlado alternativamente". Los primeros motores de cambio tenían balancines expuestos, por lo que la lubricación podría ser un problema. En el mundo de habla inglesa, IOE también se usa para referirse a la válvula de sorbete que se encuentra sobre la válvula de salida.
Válvulas verticales (SV)
Las válvulas verticales son un diseño simple que ahora casi solo se usa en motores pequeños en generadores de energía y cortadoras de césped. El árbol de levas empuja las válvulas "que están" al lado del cilindro en la culata a través de taqués . La forma de la culata se llama "Flathead" en el idioma anglosajón y se conoce desde 1904. Con la válvula lateral, la culata es solo una simple tapa. El bloque de cilindros, por otro lado, es complejo porque, además del orificio del cilindro, también contiene los canales de gas y las guías de válvula. En las primeras versiones, la cámara de combustión tiene una superficie desfavorablemente grande. La altura de la cámara de combustión está determinada por la elevación de la válvula, el área de la base por el diámetro de la válvula, más parte del área del pistón. En consecuencia, este tipo de control de válvula solo es adecuado para relaciones de compresión bajas . Las ventajas son el diseño plano del motor y la sencilla fundición de la culata. Muchos motores se las arreglan sin una bomba de aceite porque todas las partes móviles pueden ser lubricadas por la neblina de aceite en el cárter. Una forma especial del motor de control lateral es el motor de cabeza en T , en el que las válvulas de entrada y salida están montadas en el lado opuesto. Este tipo de diseño con dos árboles de levas debajo se generalizó a principios del siglo XX para motores potentes (por ejemplo , Mercedes , Laurin & Klement , Stutz , American LaFrance ), pero ya no es relevante en la actualidad.
Pasarela
En el control de válvulas con "viga móvil", el árbol de levas de abajo acciona las válvulas en la culata de cilindros a través de largos balancines. La cámara de combustión es cuboide, estrecha y alta, con esquinas redondeadas en la parte superior. Este control de válvula se inventó alrededor de 1900. Los más conocidos son los motores marinos, de aviones y de vehículos desarrollados por Fred S. y August S. Duesenberg , que fueron fabricados por Duesenberg Motors Corporation entre 1910 y 1918 . Los motores de los automóviles de pasajeros fueron fabricados por Rochester-Duesenberg hasta 1923 y los motores de aviones por Lycoming hasta finales de la década de 1930 . "Walking Beam" es el nombre en inglés para balanceador .
Válvulas aéreas (OHV)
Con el control de la válvula OHV ( válvulas de cabeza en inglés ) todas las válvulas "cuelgan" en la culata, el árbol de levas está en el cárter, en los motores en V por encima del cigüeñal. También se habla del "árbol de levas de abajo". Las válvulas se operan mediante empujadores, varillas de empuje y balancines . La cámara de combustión puede configurarse favorablemente. Esta construcción era común al comienzo de la motorización masiva y todavía está muy extendida, desde Harley-Davidson hasta VW Beetle y el Corvette actual . El motor de tubería de 1905 se considera uno de los primeros motores OHV.
Árbol de levas en cabeza (OHC)
En el árbol de levas en cabeza ( árbol de levas en cabeza inglés , también SOHC - Single Over Head Camshaft ), el árbol de levas en la culata y está formado por un conjunto de engranajes, un eje principal , varillas de empuje, una cadena o una correa dentada accionada. En 1908, Clément-Bayard introdujo un control de válvula OHC temprano en su motor de carreras. Las válvulas se accionan mediante empujadores de cuchara, balancines o balancines . El accionamiento giratorio entre el cigüeñal y la culata reduce la inercia y permite velocidades más altas. Este tipo de construcción es el más extendido, las variaciones son muchas. CIH ( Camshaft In Head ) es una variante OHC en la que el árbol de levas se encuentra en el lateral de la culata; Se requieren balancines.
Árboles de levas dobles en cabeza (DOHC)
Con el árbol de levas en culata doble (DOHC) hay dos árboles de levas en la culata, uno de los cuales acciona las válvulas de admisión y el otro acciona las válvulas de escape. El primer motor con dos árboles de levas en cabeza fue el motor de carreras de Peugeot de 1912. Las masas en movimiento son aún más bajas y, por lo tanto, son posibles velocidades aún más altas, pero también menos desgaste con una cámara de combustión bien diseñada y la colocación de bujías. no es problemático. En el motor DOHC, las válvulas ahora se operan con empujadores de cuchara . Los motores de carreras modernos y los motores de motocicletas están equipados exclusivamente con trenes de válvulas DOHC. DOHC no significa automáticamente cuatro válvulas por cámara de combustión; En principio, también se pueden operar dos válvulas por cámara de combustión con el control de válvula DOHC (ver Kawasaki Z1 ).
Disposición de válvulas
Dependiendo de la disposición de las válvulas, se distingue entre paralelas, en forma de V y radiales:
Válvulas paralelas
En un árbol de levas en cabeza, las válvulas colgantes paralelas (en una fila) a través de empujadores o seguidores de leva se accionan en los motores CIH a través de empujadores y balancines, con un árbol de levas inferior a través de varillas de empuje y balancines.
Disposición en forma de V
En esta disposición de válvula, el que domina entre sí en un ángulo en las válvulas de la culata del cilindro forman una V . En comparación con una culata con válvulas colgando en paralelo, esto da como resultado una forma de cámara de combustión más favorable y se pueden usar diámetros de válvula más grandes. Con esta disposición de válvulas, la entrada y la salida suelen ser opuestas en una culata de flujo cruzado o la entrada está "hacia arriba" en el ángulo de la "V", por ejemplo, en el motor del BMW 328 , Peugeot o del doce. motores de cilindro de Lamborghini de la década de 1960.
Esta disposición se puede utilizar tanto para motores de dos válvulas como de válvulas múltiples ; Una culata de este tipo se construye preferiblemente como una de cuatro o cinco válvulas (tres válvulas de entrada) con refrigeración líquida debido a los dos canales de salida adyacentes, ya que una cantidad considerable de calor debe disiparse localmente allí. Sin embargo, los motores de este tipo utilizados por Honda y MV Agusta en las carreras de motos en las décadas de 1960 y 1970 se enfriaron por aire en todas partes, y numerosos motores de serie, como la serie Suzuki GSX de esa época, también se enfriaron por aire.
Con dos árboles de levas en cabeza, las válvulas generalmente se operan directamente a través de empujadores de cuchara, más raramente a través de balancines cortos. Con un árbol de levas en cabeza en el medio, la forma más sencilla es utilizar balancines. En los fabricantes británicos Triumph y Rover, las válvulas de admisión se accionaban mediante empujadores de cuchara y las válvulas de escape mediante balancines. En las versiones de dos válvulas del Arese V6 de Alfa Romeo, las válvulas de admisión se operaban a través de empujadores de cuchara, las válvulas de escape a través de empujadores de cuchara horizontales, parachoques horizontales cortos y balancines en forma de L encima de las válvulas.
Las ventajas de esta disposición de válvulas también se utilizaron en motores con árboles de levas instalados debajo o centralmente (motores V y bóxer) con parachoques y se aceptó el tren de válvulas más complejo. Los motores bóxer de BMW y Citroën tienen, al igual que los motores en V de los años 50 de Lancia, balancines inclinados, es decir, balancines con brazos de palanca desplazados lateralmente. Las "V" de las válvulas y el cigüeñal se encuentran en planos paralelos, es decir, las entradas y salidas de los cilindros no están en el lateral, sino en la parte delantera y trasera. En los motores boxer Puch, los motores Peugeot y Chrysler Hemi , los parachoques están inclinados y se encuentran con los balancines que se encuentran uno frente al otro como una extensión del eje del cilindro. El plano de las "Vs" es perpendicular al cigüeñal. Los motores Fiat (en 1800 y 1500 y siguientes) tienen una disposición similar de los balancines , pero la “V” está inclinada hacia el lado de admisión. Por lo tanto, los parachoques son empinados como en los motores con válvulas colgantes paralelas y así es como se diseñó originalmente el bloque del motor. En el BMW 328, las entradas se operan mediante simples balancines y las salidas mediante dos balancines en forma de L conectados por parachoques horizontales. También en este caso, el bloque del motor con árbol de levas lateral, taqués y varillas de empuje estaba destinado a una culata con balancines y válvulas colgantes paralelas.
El primer motor con válvulas en una disposición en V en un automóvil fue en 1903 el del automóvil de carreras "Premier Special" con un árbol de levas en cabeza impulsado por eje central y balancines.
Disposición radial
En esta disposición de válvulas para un motor de cuatro válvulas, las válvulas en el lado de entrada y salida no están una al lado de la otra, sino que las válvulas con la misma función están dispuestas en ángulo entre sí, de modo que las placas de las válvulas no estén juntas. no forman una cámara de combustión en forma de techo (como es el caso de las válvulas colgantes en forma de V), sino una cámara de combustión casi hemisférica. Debido a la posibilidad de disponer un canal de refrigerante adicional en este ángulo entre las válvulas de salida, la culata puede soportar mayores cargas térmicas en este diseño. Además, las aberturas de las válvulas en esta disposición de válvulas pueden ser más grandes que en una culata con válvulas suspendidas en paralelo. Las válvulas, que están inclinadas entre sí, son accionadas por un árbol de levas con levas cónicas rectificadas o un árbol de levas de dos partes con un engranaje cónico en el medio (motocicleta de carreras Grand Prix BSA 250). Alternativamente, también se utilizan balancines dispuestos en ángulo; El accionamiento directo requiere un árbol de levas para las válvulas de admisión y escape (DOHC). Un árbol de levas es suficiente para el accionamiento de la válvula a través de balancines (por ejemplo, cámara de combustión radial de cuatro válvulas Honda). El pionero de este diseño fue el fabricante británico de motocicletas Rudge, que ya en la década de 1920 utilizaba motores con motores totalmente radiales (todas las válvulas son radiales a la cámara de combustión) y semirradiales (válvulas de admisión colgando en paralelo, válvulas de escape dispuestas en dirección radial ) (razón por la cual las lenguas desagradables afirman que la abreviatura RFVC en Honda no significa Cámara de combustión radial de cuatro válvulas, sino Copia de cuatro válvulas Rudge). Más ejemplos: Rolls-Royce Condor, Honda XR 500 R, Honda XL 600, motores actuales de MV Agusta
Una forma especial de esta disposición de válvulas es la válvula de cuatro válvulas de diámetro radial de Ludwig Apfelbeck .
Válvulas opuestas (cabeza en T)
.jpg)
El motor de cabeza en T es una variante temprana del motor de control lateral, en el que las válvulas de admisión y escape están montadas en lados opuestos del cilindro. Cada lado suele tener su propio árbol de levas alojado en la carcasa del cigüeñal. Los motores de cabeza en T se diseñaron para un alto rendimiento y se utilizaron en los primeros coches deportivos y de carreras (incluidos Mercedes , Panhard & Levassor , Hotchkiss , Delahaye , Chadwick , Packard , Mercer ), así como en vehículos comerciales. El fabricante de camiones de bomberos American LaFrance los usó hasta 1950. La motocicleta Pierce de 1907-1913 tenía un motor de cuatro cilindros en T de cabeza.
Actuación de la válvula
1. Levas de árbol de levas
2. Empujadores de cuchara
3. Muelle de válvula
4. Vástago de válvula
5. Conducto de gas a entrada (gas fresco) o salida (gas de escape)
6. Disco de válvula que sella la cámara de combustión (7) contra el anillo del asiento de la válvula
7. Cámara de combustión
Se hace una distinción según el tipo de control de válvula:
- Empujadores del cucharón : aquí la leva acciona un cilindro hueco en forma de copa que, además de los elementos de compensación del juego, presiona directamente sobre el vástago de la válvula. La distancia entre la leva y la válvula es la más pequeña con este diseño, y no hay desviación de fuerza por los balancines o balancines, lo que hace que este diseño sea ligero, muy rígido y, por lo tanto, adecuado para las velocidades más altas. Este tipo de actuación también ofrece la altura total más baja del control de la válvula. Para conocer las posibilidades de ajuste de la holgura de la válvula y compensación automática de la holgura, consulte la sección de empujadores del cucharón.
- Balancín / balancín: entre la leva y la válvula hay una palanca que está montada sobre su propio eje o un pasador de bola. Ventaja: la holgura de la válvula se puede ajustar fácilmente.
- Balancín El balancín tiene dos brazos. El eje de inclinación se encuentra entre el árbol de levas en un lado y la válvula en el otro. La holgura de la válvula se puede ajustar mediante un tornillo con una contratuerca en el lado de la válvula del balancín o se puede ajustar mediante el montaje del balancín desplazando el punto de pivote, es decir, el eje de inclinación, o girándolo con una excéntrica . Además de la holgura de la válvula, la longitud del brazo de palanca también cambia, lo que cambia un poco la elevación de la válvula ( ley de la palanca ).
Los motores Opel CIH y CVH de Ford están equipados con un taqué hidráulico entre la leva y el balancín para compensar el juego de válvulas. Normalmente, el árbol de levas acciona un empujador rígido y la holgura de la válvula se ajusta con un tornillo en el balancín. Las válvulas colgantes en forma de V también se pueden controlar con un solo árbol de levas; los balancines generalmente se colocan uno frente al otro y no se montan en un eje común (excepción: motores PRV y Douvrin).
- Desmodromic, que se utiliza, por ejemplo, en las motocicletas Ducati , es un control forzado sin resortes de válvula. En cambio, las válvulas abiertas mediante balancines se cierran mediante una leva de cierre adicional en el árbol de levas y una palanca de cierre. Este tipo de construcción funciona de manera particularmente suave, ya que el árbol de levas no tiene que superar una fuerza de resorte adicional. Por tanto, el sistema es adecuado para altas velocidades. Sin embargo, la holgura de la válvula debe establecerse por separado para la apertura y el cierre. Los diseños más nuevos tienen una compensación de juego de válvula hidráulica doble. Un resorte de válvula adicional débil para cerrar permite arrancar el motor; sin él, la compresión no sería posible con el motor frío. Con accionamiento positivo de la válvula desmodrómica, se utiliza la misma leva (leva de doble contorno) para abrir y cerrar.
- Control de válvula variable. Ahora existen diseños con los que la elevación de la válvula y la duración de la apertura se pueden cambiar durante el funcionamiento. Los motores con control de válvula variable no necesitan una válvula de mariposa en funcionamiento normal y son más eficientes. En el Valvetronic del fabricante BMW, la leva actúa sobre el balancín de la válvula a través de una palanca intermedia con brazos de palanca variables. En el sistema Multiair de Fiat y Schaeffler, hay un sistema hidráulico entre la leva y la válvula que se puede utilizar para reducir la elevación de la válvula y los tiempos de apertura.
Criteria de selección
La selección del tren de válvulas por parte del diseñador depende de varios criterios:
- Número de válvulas a operar: Si desea equipar un motor de cuatro válvulas con un solo árbol de levas, no todas las válvulas pueden operarse directamente a través de empujadores de cuchara, por lo que a menudo se utilizan dos árboles de levas. Esto también se aplica de forma análoga a los motores de cinco válvulas con dos árboles de levas.
- Posición de las bujías y los inyectores en la culata
- Velocidad máxima del motor: aprox.65-150 / min para motores marinos diésel (motores de baja velocidad), aprox.3500 / min para camiones diésel, aprox.6.000-8.000 / min para motores de gasolina de turismos, hasta 17.000 / min para Motores de motocicleta , hasta 20.000 / min para motores de carreras de motocicletas de Fórmula -1 y de cuatro tiempos.
Accionamiento del árbol de levas
Hay varias opciones para transmitir el movimiento de rotación del cigüeñal al árbol de levas (en cabeza). Generalizados son:
Otras opciones son
- Engranajes rectos o
- (especialmente en motocicletas más antiguas) el eje biselado
- y muy raramente el accionamiento con un par de varillas de empuje . Este tipo de transmisión supone que el árbol de levas está dispuesto en paralelo al cigüeñal, que es el diseño predominante.
Debido al principio, el árbol de levas de un motor de cuatro tiempos siempre gira a la mitad de la velocidad del cigüeñal; aparte de los motores radiales de cuatro tiempos , consulte los detalles allí.
Para reducir el consumo, los fabricantes de automóviles confían cada vez más en el ajuste del árbol de levas . Aquí, la sincronización de las válvulas de admisión se cambia en función de la velocidad del motor ajustando el árbol de levas y, en algunos casos, también las válvulas de escape. Esto permite mejorar el llenado del cilindro y, por lo tanto, la eficiencia del motor en un rango de velocidad más amplio. Si la elevación de la válvula también se puede adaptar a la carga del motor, la válvula de mariposa se vuelve superflua, como en el Valvetronic de BMW o MultiAir de FIAT.
En los motores radiales, los ejes de control se denominan " tambor de leva ", "anillo de leva" o "disco de leva" debido a su forma diferente . Por lo general, corren coaxialmente con el cigüeñal, por lo que solo se pueden usar engranajes como transmisiones.
Las levas suelen estar dispuestas en un árbol de levas de tal manera que el empujador se mueve radialmente hacia el árbol giratorio; los contornos de la leva corren principalmente paralelos al eje, el émbolo es perpendicular a él. De Ludwig Apple Beck , sin embargo, los motores se han diseñado con leva cónica en la que el seguidor puede asumir otros ángulos con respecto al árbol de levas. Por otro lado, en algunos motores de motocicletas deportivas se utilizan levas de tierra cónica .
Los diseños con movimiento de sincronización de la válvula axial en la dirección de los árboles de levas son raros, por ejemplo, en algunas de las motocicletas británicas Chater Lea y en los diseños de Richard Küchen . Las levas funcionan con palancas montadas de forma giratoria.
En principio, un árbol de levas giratorio no es necesario para el control de la válvula; el accionamiento controlado por tiempo de los taqués también es posible con árboles de levas que solo giran hacia adelante y hacia atrás en menos de una revolución completa, o con “pistas de leva” de traslación. Tal construcción aún no se ha utilizado en la serie. Las válvulas también se pueden operar hidráulica, neumática o electromagnéticamente. Los motores de carreras de Fórmula 1 de altas revoluciones se basan en el accionamiento mecánico a través de taqués en combinación con un dispositivo de bloqueo neumático, que permite velocidades muy altas debido a su alta frecuencia natural. La tecnología de válvulas libres utilizada por el fabricante de automóviles sueco Koenigsegg controla las válvulas mediante actuadores neumático-hidráulico-eléctricos. Al prescindir del árbol de levas y la correa dentada, hay menos fricción, lo que permite un mayor rendimiento del motor con un menor consumo.
Dos árboles de levas en cabeza accionados por una cadena de distribución
Dos árboles de levas en cabeza accionados por una correa dentada
Accionamiento del árbol de levas a través de engranajes rectos
Accionamiento del árbol de levas por eje vertical
Árbol de levas accionado por varillas de empuje
Accionamiento del árbol de levas a través del tambor de la leva
.JPG)
Válvula
Para controlar el intercambio de gases en el motor de combustión interna, las válvulas de elevación de asiento se utilizan casi exclusivamente en motores de cuatro tiempos y parcialmente en motores de dos tiempos . La válvula consta de la placa de la válvula , que sella el canal de entrada o salida cuando se cierra contra el asiento de la válvula debidamente rectificado o girado en la culata de cilindros. La placa de la válvula se fusiona con el vástago de la válvula en forma parabólica para ofrecer la menor resistencia posible a los gases que fluyen. El vástago de la válvula es un cilindro largo y delgado que está firmemente sujeto al asiento. El vástago y el disco de la válvula son en su mayoría componentes fabricados por separado por razones de costo, que luego se conectan entre sí mediante el proceso de soldadura por fricción. En el caso de motores sometidos a grandes esfuerzos, esto crea una fuente de defectos en el punto de conexión, lo que puede provocar daños graves en el motor si se arranca el disco de la válvula. En la actualidad, estos se evitan en los motores de carreras mediante válvulas fabricadas en una sola pieza de aceros de alta temperatura (por ejemplo, Nimonic).
Tareas, tensiones y construcción
Las válvulas son componentes sometidos a grandes esfuerzos térmicos y mecánicos que también están expuestos a influencias corrosivas. Las tensiones mecánicas surgen como resultado de la deflexión del disco de la válvula bajo la presión de encendido, como resultado del contacto fuerte al cerrar (impacto) y como resultado de las fuerzas de inercia como resultado de altas aceleraciones. Estas tensiones pueden verse influenciadas por el espesor y la forma correspondientes de la placa.
Las válvulas con una gran superficie absorben el calor de la cámara de combustión. La válvula de salida también se calienta en la parte superior por los gases de escape calientes que fluyen durante la apertura. En la válvula, el calor fluye principalmente al asiento de la válvula, una parte más pequeña a través del vástago a la guía de la válvula. Las válvulas de entrada alcanzan temperaturas de 300 ° C a 500 ° C, las válvulas de salida de 600 ° C a 800 ° C. Si el sello en el asiento de la válvula no es perfecto durante la fase de combustión, se produce un sobrecalentamiento local y una fusión, lo que conduce a la falla de la válvula.
Para mejorar la conducción de calor a través del eje, se hace hueco para requisitos particularmente altos y se llena de sodio (enfriamiento de sodio). Los movimientos del sodio, que es líquido a temperaturas superiores a 97,5 ° C, aumentan el transporte de calor. De esta forma, las temperaturas de la válvula se pueden reducir hasta en 100 ° C. El líquido dentro de la válvula también conduce a la amortiguación de vibraciones. El vástago de válvula hueco de las válvulas llenas de sodio es un punto débil en estos diseños bajo cargas extremas. Los aceros disponibles en la actualidad que pueden soportar altas cargas térmicas permiten prescindir del uso de un relleno de sodio y utilizar válvulas de una pieza sin un punto de rotura predeterminado.
Para reducir el desgaste, el asiento se puede blindar soldando estelita , una aleación especial de metal duro.
El material de la válvula debe tener una alta resistencia al calor y resistencia a las incrustaciones. Para ello se han desarrollado aceros especiales RSH . Una designación típica es X15NiCr25.20 (número de material 1.4841) (o número de material 1.4541 (X6CrNiTi18-10)). Además del acero, a veces se utilizan aleaciones de titanio más ligeras en motores de altas revoluciones . Mario Illien utilizó por primera vez el berilio como un aditivo de aleación en los materiales de las válvulas en los motores Ilmor que desarrolló para los vehículos Mercedes de Fórmula 1 .
| material | Densidad (g / cm³) | Punto de fusión (° C) | Conductividad térmica (W / (m K)) | Dureza de Mohs |
|---|---|---|---|---|
| Acero de válvula (acero RSH) | 7.80 | 1538 | 14,5 | 4.0 |
| titanio | 4.50 | 1668 | 22 | 6.0 |
| Berilio (aditivo de aleación) | 1,84 | 1287 | 190 | 5.5 |
| Tungsteno (aditivo de aleación) | 19.30 | 3422 | 170 | 7.5 |
Los insertos de asiento de válvula suelen estar integrados en las culatas de cilindros por motivos de desgaste. En el curso del desarrollo técnico adicional, se les imponen demandas cada vez mayores en términos de diseño, material, precisión y estabilidad de rendimiento.
Entre otras cosas, los anillos de asiento de válvula en el área de entrada y salida para motores diesel grandes (unidades de accionamiento para barcos y generadores de energía estacionarios) se fabrican mediante el proceso de fundición centrífuga . Los materiales utilizados para esto (aleaciones a base de níquel, aceros ferríticos resistentes al calor y materiales específicos de la aplicación) no solo ofrecen una buena resistencia a la temperatura hasta 400 ° C, sino también una alta resistencia al desgaste y a la corrosión cuando se utilizan diferentes combustibles como aceite pesado, diesel, combustibles libres de azufre y gas.
Siempre se debe prever un anillo de asiento para culatas de metal ligero (fundición centrífuga de aleación, en casos especiales también fundición de hierro con un coeficiente de dilatación térmica igual al del metal ligero). En motores sometidos a grandes esfuerzos, los anillos de asiento de fundición centrífuga de aleación también se utilizan para culatas de fundición gris, especialmente para las válvulas de escape. Los insertos del asiento de la válvula están presionados o encogidos. Combinando materiales adecuados, se evita la soldadura por contacto entre el disco de la válvula y el inserto del asiento de la válvula, evitando así daños por agarrotamiento. Los primeros anillos de asiento de válvula se usaban solo en motores de gas y motores con culata de aluminio, como en los motores de gasolina que solo se usaron hasta la década de 1980, la gasolina con plomo se formó una capa protectora entre la culata de válvula y la culata de cilindros y así evitó la soldadura por contacto. En los motores diesel , el hollín asume esta tarea. El uso de dispositivos de torsión también evita que las placas de válvulas se peguen en sus asientos.
La placa de la válvula de admisión suele tener un diámetro mayor que el de la válvula de escape, ya que de esta forma la potencia de salida es mayor para un diámetro de cámara de combustión dado. A su vez, el eje de la válvula de escape es más grueso para favorecer el transporte de calor. El calor pasa a la guía de la válvula y de allí a la culata, que normalmente se enfría con agua de refrigeración y rara vez con aire.
Actuación de la válvula
Actuación directa
Con accionamiento directo, la válvula es abierta directamente por el árbol de levas en cabeza y cerrada por el resorte de la válvula. Su fuerza se transmite a través de la placa de resorte , que se mantiene en su lugar mediante dos cuñas de válvula que encajan en una ranura anular en el vástago superior de la válvula. Un empujador de cubo, sobre el que se desliza la leva durante el accionamiento, está dispuesto como elemento de transmisión entre la leva y el vástago de la válvula. El taqué debe mantener las fuerzas transversales resultantes alejadas del vástago de la válvula. El diámetro del taqué está determinado por la velocidad máxima del taqué, el ancho de la leva está determinado por la presión superficial entre el árbol de levas y el taqué. Dado que las levas y los taqués deben deslizarse entre sí bajo una alta presión superficial, el emparejamiento de materiales es importante. El acero endurecido y el hierro fundido gris funcionan bien. Para evitar un desgaste desigual, a menudo se permite que el émbolo gire alrededor de su eje. Para ello, se desplaza lateralmente de 1 a 4 mm hacia el centro de la leva. Además de los taqués rígidos, en los que se puede ajustar el juego de válvulas mediante la inserción de placas de diferentes espesores (incrementos de 1/10 mm) o cambios en la válvula o en el asiento de la válvula, también hay taqués con ajuste automático del juego, los llamados taqués hidráulicos. .
Accionamiento mediante palanca
Los balancines son una reliquia de los motores con un árbol de levas debajo, aquí fueron impulsados por parachoques como enlace de transmisión. Se utilizan con un árbol de levas en cabeza si las válvulas están dispuestas en forma de V en la cámara de combustión. En el curso de las medidas actuales para mejorar la eficiencia mecánica, los balancines se utilizan a menudo nuevamente en motores DOHC, en los que el árbol de levas gira sobre un rodillo. Esto reduce significativamente la fricción en comparación con el uso de empujadores de cuchara. Hay una gran fuerza de apoyo en el punto de pivote del balancín, por lo que el cojinete debe diseñarse para ser particularmente rígido. Para la relación de balancines i = l 2 / l 1 , los valores entre 1 y 1,3 se buscan generalmente como un compromiso entre baja presión superficial en el taqué, baja masa móvil y alta rigidez. La fuerza del balancín debe transmitirse lo más axialmente posible al vástago de la válvula para evitar una fuerza lateral sobre el vástago de la válvula. Los balancines son en su mayoría fundidos o forjados. Las variantes económicas consisten en chapas metálicas embutidas, pero son menos rígidas. Es ventajoso ajustar la holgura de la válvula en el cojinete de la palanca estacionaria, pero en el caso de las palancas forjadas, el tornillo de ajuste normalmente se encuentra uno enfrente del otro, lo que aumenta la masa móvil del accionamiento de la válvula. Los balancines (o: balancines ) están mucho menos estresados que los balancines. Los cambios en el punto de apoyo influyen menos en la cinemática. En el caso de los balancines, la instalación de una compensación hidráulica de la holgura de la válvula en el cojinete de la palanca es una solución de diseño muy inteligente que ocupa poco espacio, cambia la elasticidad general solo ligeramente y, por lo tanto, a menudo se prefiere a otras soluciones.
Holgura de la válvula
El metal calentado durante el funcionamiento se expande de modo que la válvula se alarga. Como resultado, puede suceder que ya no se cierre por completo. Incluso si el asiento de la válvula se desgasta más rápido que la leva, la válvula ya no puede cerrarse completamente.
Entonces existe el riesgo de quemar el asiento de la válvula y el disco de la válvula, ya que los gases de combustión calientes pasan por la válvula que no está completamente cerrada y apenas puede disipar el calor a la culata. Debido a los gases que fluyen, también hay una pérdida de potencia, ya que la parte de los gases de combustión que escapa por la válvula no transfiere su energía al pistón.
Para garantizar que la válvula se cierre de forma segura en todas las condiciones de funcionamiento, se proporciona una holgura de válvula : un pequeño espacio en algún lugar del tren de válvulas. Esta distancia disminuye cuando se alcanza la temperatura de funcionamiento, pero no debe ser cero. Demasiado juego, a su vez, da como resultado una pérdida de potencia, un ruido fuerte y un mayor desgaste del tren de válvulas.
Por lo tanto, los fabricantes especifican un rango para el juego de válvulas, del orden de unas pocas centésimas a décimas de milímetro, principalmente basado en el motor frío. La holgura de las válvulas debe comprobarse a intervalos de mantenimiento regulares (según el kilometraje, a veces también las horas de funcionamiento) y, si es necesario, reajustarse si el motor no tiene una compensación automática de la holgura de las válvulas.
El juego generalmente se mide con galgas de espesores y luego se ajusta de manera diferente según el diseño: con balancines que se accionan mediante parachoques, a menudo hay un tornillo bloqueado en las palancas, en el que se puede realizar el ajuste. En otras construcciones, se ajusta el punto de pivote de la palanca. Los empujadores del cucharón, por otro lado, tienen placas de inserción endurecidas ("calzos"), que se colocan entre el empujador y la leva o el empujador y el vástago de la válvula. Están disponibles en finas gradaciones de espesor y se cambian si es necesario.
Muchos motores más nuevos tienen elevadores de válvulas hidráulicas que ya no requieren holgura de válvulas. Entonces ya no es necesario un mantenimiento regular, pero los elevadores de válvulas hidráulicas se desgastan y pueden causar traqueteo y pérdida de rendimiento después de un largo período de funcionamiento. Los ajustes de la holgura de la válvula hidráulica también se pueden realizar dentro de las palancas o para elevar el punto de pivote de la palanca ("hidrolifador").
Ver también
literatura
- Mahle GmbH (editor): Ventiltrieb: Systems and Components (libro ATZ / MTZ) . Springer Vieweg, 2012, ISBN 978-3-8348-2490-5 , pág. 323 .
- Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert: manual de Vieweg sobre tecnología automotriz. Friedrich Vieweg y Sohn, Braunschweig / Wiesbaden 2001 (segunda edición), ISBN 3-528-13114-4 .
- Hans Jörg Leyhausen: El examen de maestro artesano en el sector de la automoción, parte 1. Vogel, Würzburg 1991 (12ª edición), ISBN 3-8023-0857-3 .
- Wilfried Staudt: Manual de tecnología de vehículos, volumen 2. Bildungsverlag EINS, Troisdorf 2005, ISBN 3-427-04522-6 .
- Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: experiencia en tecnología automotriz. Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2001 (27ª edición), ISBN 3-8085-2067-1 .
Evidencia individual
- ↑ a b c Ludwig Apfelbeck: Maneras del motor de cuatro tiempos de alto rendimiento. Motorbuch Verlag, Stuttgart 1978, ISBN 3-87943-578-2 , pág.11 .
- ↑ “Motor de viga móvil Duesenberg” | Resultados de la búsqueda | El viejo motor. Consultado el 17 de marzo de 2019 .
- ↑ Ludwig Apfelbeck: Caminos hacia el motor de cuatro tiempos de alto rendimiento. Motorbuch Verlag, Stuttgart 1978, ISBN 3-87943-578-2 , pág.12 .
- ^ Paul Niedermeyer: Museo Clásico / Historia automotriz: 1903 Premier - El primer motor de automóvil OHC Hemi Head y la búsqueda del verdadero padre de Hemi. Consultado el 17 de marzo de 2019 (inglés americano).
- ↑ Motor Talk - Koenigsegg: El futuro del motor de combustión interna: el fin de los árboles de levas, las correas dentadas y las cadenas de distribución. 26 de febrero de 2013, consultado el 16 de octubre de 2018 .
- ^ Franz Pischinger: motores de combustión interna. Reimpresión de la conferencia Volumen I; RWTH Aquisgrán 1987.
- ↑ Elvira Moeller: Manual de materiales de construcción: selección, propiedades, aplicación . Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, 2007, ISBN 978-3-446-40170-9 , pág. 337 .