Válvulas 

La mezcla de aire y combustible ingresa a los cilindros a través de los puertos de la válvula de admisión y los gases quemados se expulsan a través de los puertos de la válvula de escape. La cabeza de cada válvula abre y cierra estos puertos del cilindro. 

Las válvulas utilizadas en los motores de aeronaves son del tipo de asiento convencional. Las valvas también se tipifican por su forma y se denominan champiñón o tulipán por su parecido con la forma de estas plantas. La figura ilustra varias formas y tipos de estas válvulas.

Construcción de válvulas 

Las válvulas de los cilindros de un motor de avión están sujetas a altas temperaturas, corrosión y tensiones operativas; por lo tanto, la aleación de metal en las válvulas debe poder resistir todos estos factores. 

Debido a que las válvulas de admisión funcionan a temperaturas más bajas que las válvulas de escape, pueden estar hechas de acero al cromo-níquel. Las válvulas de escape generalmente están hechas de acero nicromo, sicromo o cromo-cobalto porque estos materiales son mucho más resistentes al calor.

La cabeza de la válvula tiene una cara esmerilada que forma un sello contra el asiento de la válvula esmerilado en la culata cuando la válvula está cerrada. La cara de la válvula suele estar rectificada en un ángulo de 30° o 45°. 

En algunos motores, la cara de la válvula de admisión está rectificada en un ángulo de 30° y la cara de la válvula de escape está rectificada en un ángulo de 45°. Las caras de las válvulas a menudo se hacen más duraderas mediante la aplicación de un material llamado estelita. 

Aproximadamente 1/16 de pulgada de esta aleación se suelda a la cara de la válvula y se rectifica en el ángulo correcto. Stellite es resistente a la corrosión a alta temperatura y también resiste los impactos y el desgaste asociados con el funcionamiento de la válvula. 

Algunos fabricantes de motores utilizan un revestimiento de nicromo en las válvulas. Esto tiene el mismo propósito que el material de estelita.

El vástago de la válvula actúa como piloto para la cabeza de la válvula y viaja en la guía de la válvula instalada en la cabeza del cilindro para este propósito. El vástago de la válvula tiene una superficie endurecida para resistir el desgaste. El cuello es la parte que forma la unión entre la cabeza y el tallo. 

La punta de la válvula está endurecida para soportar el martilleo del balancín de la válvula cuando abre la válvula. Una ranura maquinada en el vástago cerca de la punta recibe las llaves del vástago de anillo dividido. Estas chavetas de vástago forman un anillo de seguridad para sujetar la arandela de retención del resorte de la válvula en su lugar.

Algunos vástagos de válvulas de admisión y escape son huecos y están parcialmente llenos de sodio metálico. Este material se utiliza porque es un excelente conductor de calor. 

El sodio se derrite a aproximadamente 208 °F y el movimiento alternativo de la válvula hace circular el sodio líquido, lo que le permite llevar el calor de la cabeza de la válvula al vástago de la válvula, donde se disipa a través de la guía de la válvula hacia la cabeza del cilindro y las aletas de enfriamiento. 

Por lo tanto, la temperatura de operación de la válvula puede reducirse tanto como 300° a 400 °F. Bajo ninguna circunstancia se debe cortar una válvula llena de sodio ni someterla a un tratamiento que pueda provocar su ruptura. La exposición del sodio de estas válvulas al aire exterior provoca un incendio o una explosión con posibles lesiones personales.

Las válvulas de admisión más comúnmente utilizadas tienen vástagos sólidos y la cabeza es plana o en forma de tulipán. Las válvulas de admisión para motores de baja potencia suelen ser de cabeza plana. 

En algunos motores, la válvula de admisión puede ser del tipo tulipán y tener un vástago más pequeño que la válvula de escape o puede ser similar a la válvula de escape pero tener un vástago y una cabeza sólidos. 

Aunque estas válvulas son similares, no son intercambiables ya que las caras de las válvulas están construidas con diferentes materiales. La válvula de admisión suele tener un plano fresado en la punta para identificarla.

Mecanismo de operación de la válvula 

Para que un motor alternativo funcione correctamente, cada válvula debe abrirse en el momento adecuado, permanecer abierta durante el tiempo requerido y cerrarse en el momento adecuado. Las válvulas de admisión se abren justo antes de que el pistón alcance el punto muerto superior y las válvulas de escape permanecen abiertas después del punto muerto superior. 

En un instante determinado, por tanto, ambas válvulas se abren al mismo tiempo (final de la carrera de escape y comienzo de la carrera de admisión). Esta superposición de válvulas permite una mejor eficiencia volumétrica y reduce la temperatura de funcionamiento del cilindro. 

Esta sincronización de las válvulas está controlada por el mecanismo de operación de válvulas y se denomina sincronización de válvulas.

La elevación de la válvula (la distancia que la válvula se levanta de su asiento) y la duración de la válvula (el tiempo que la válvula se mantiene abierta) están determinados por la forma de los lóbulos de la leva. Los lóbulos de leva típicos se ilustran en la Figura. 

La parte del lóbulo que inicia suavemente el movimiento del mecanismo de operación de la válvula se llama rampa o escalón. La rampa está maquinada en cada lado del lóbulo de la leva para permitir que el balancín entre en contacto con la punta de la válvula y así reducir la carga de impacto que de otro modo ocurriría. 

El mecanismo de operación de la válvula consta de un anillo de leva o árbol de levas equipado con lóbulos que trabajan contra un rodillo de leva o un seguidor de leva. El seguidor de leva empuja una varilla de empuje y un receptáculo esférico, accionando un balancín, que a su vez abre la válvula.

Anillos de leva - Cam Rings 

El mecanismo de válvulas de un motor radial es operado por uno o dos anillos de leva, dependiendo del número de filas de cilindros. En un motor radial de una fila, se usa un anillo con una pista de doble leva. Una pista opera las válvulas de admisión, la otra opera las válvulas de escape. El anillo de levas es una pieza circular de acero con una serie de levas o lóbulos en la superficie exterior.

La superficie de estos lóbulos y el espacio entre ellos (sobre el que se desplazan los rodillos de leva) se conoce como pista de leva. A medida que gira el anillo de leva, los lóbulos hacen que el rodillo de leva eleve el taqué en la guía del taqué, transmitiendo así la fuerza a través de la varilla de empuje y el balancín para abrir la válvula. 

En un motor radial de una fila, el anillo de leva generalmente se ubica entre el engranaje reductor de la hélice y el extremo delantero de la sección de potencia.

El anillo de la leva está montado concéntricamente con el cigüeñal y es accionado por el cigüeñal a una velocidad reducida a través del conjunto de engranajes impulsores intermedios de la leva. 

El anillo de leva tiene dos conjuntos paralelos de lóbulos espaciados alrededor de la periferia exterior, un conjunto (pista de leva) para las válvulas de admisión y el otro para las válvulas de escape. 

Los anillos de leva utilizados pueden tener cuatro o cinco lóbulos tanto en las pistas de admisión como en las de escape. La sincronización de los eventos de la válvula está determinada por la separación de estos lóbulos y la velocidad y dirección a la que se impulsan los anillos de leva en relación con la velocidad y dirección del cigüeñal. El método de conducción de la leva varía según las diferentes marcas de motores. 

El anillo de levas se puede diseñar con dientes en la periferia interior o exterior. Si el engranaje reductor engrana con los dientes en el exterior del anillo, la leva gira en el sentido de rotación del cigüeñal. Si el anillo se acciona desde el interior, la leva gira en dirección opuesta al cigüeñal.

Se puede usar una leva de cuatro lóbulos en un motor de siete cilindros o de nueve cilindros. En el de siete cilindros, gira en la misma dirección que el cigüeñal, y en el de nueve cilindros, en dirección opuesta a la rotación del cigüeñal. En el motor de nueve cilindros, el espacio entre cilindros es de 40° y el orden de encendido es 1-3-5-7-9-2-4-6-8. 

Esto significa que hay un espacio de 80° entre los impulsos de disparo. La separación en los cuatro lóbulos del anillo de levas es de 90°, que es mayor que la separación entre impulsos. Por lo tanto, para obtener la relación adecuada entre el funcionamiento de las válvulas y el orden de encendido, es necesario impulsar la leva en dirección opuesta a la rotación del cigüeñal. 

Usando la leva de cuatro lóbulos en el motor de siete cilindros, el espacio entre los encendidos de los cilindros es mayor que el espacio entre los lóbulos de las levas. 

Árbol de levas - Camshaft 

El mecanismo de válvula de un motor opuesto es operado por un árbol de levas. El árbol de levas es impulsado por un engranaje que se acopla con otro engranaje unido al cigüeñal. El árbol de levas siempre gira a la mitad de la velocidad del cigüeñal. 

A medida que gira el árbol de levas, los lóbulos hacen que el conjunto del empujador se eleve en la guía del empujador, transmitiendo la fuerza a través de la varilla de empuje y el balancín para abrir la válvula.

Ensamblaje de taqués - Tappet Assembly

El conjunto de taqués consta de: 1. Un taqué cilíndrico, que se desliza hacia adentro y hacia afuera en una guía de taqués instalada en una de las secciones del cárter alrededor del anillo de levas; 2. Un rodillo empujador, que sigue el contorno del anillo de leva y los lóbulos; 3. Un receptáculo de bola empujador o receptáculo de varilla de empuje; y 4. Un resorte de empujador.

La función del conjunto del empujador es convertir el movimiento de rotación del lóbulo de la leva en un movimiento alternativo y transmitir este movimiento a la varilla de empuje, al balancín y luego a la punta de la válvula, abriendo la válvula en el momento adecuado. 

El propósito del resorte del taqué es aprovechar la holgura entre el balancín y la punta de la válvula para reducir la carga de choque cuando se abre la válvula. Se perfora un orificio a través del empujador para permitir que el aceite del motor fluya hacia las varillas de empuje huecas para lubricar los conjuntos de balancines.

Elevadores/taqués sólidos - Solid Lifters/Tappets

Los elevadores sólidos o los seguidores de leva generalmente requieren que la holgura de la válvula se ajuste manualmente ajustando un tornillo y una contratuerca. 

La holgura de la válvula es necesaria para garantizar que la válvula tenga suficiente holgura en el tren de válvulas para cerrarse por completo. Este ajuste o inspección era un elemento de mantenimiento continuo hasta que se utilizaron elevadores hidráulicos.

Empujadores/elevadores de válvulas hidráulicas - Hydraulic Valve Tappets/Lifters 

Algunos motores de aviones incorporan empujadores hidráulicos que mantienen automáticamente la holgura de las válvulas en cero, lo que elimina la necesidad de cualquier mecanismo de ajuste de la holgura de las válvulas. En la figura se muestra un empujador hidráulico típico (levantador de válvula de juego cero).

Cuando la válvula del motor está cerrada, la cara del cuerpo del taqué (seguidor de leva) está en el círculo base o en la parte posterior de la leva. El resorte del émbolo ligero levanta el émbolo hidráulico de modo que su extremo exterior haga contacto con el receptáculo de la varilla de empuje, ejerciendo una ligera presión contra él, eliminando así cualquier espacio libre en el varillaje de la válvula. A medida que el émbolo se mueve hacia afuera, la válvula de retención de bola se mueve fuera de su asiento. 

El aceite de la cámara de suministro, que está conectado directamente con el sistema de lubricación del motor, fluye y llena la cámara de presión. A medida que gira el árbol de levas, la leva empuja el cuerpo del taqué y el cilindro elevador hidráulico hacia afuera. 

Esta acción obliga a la válvula de retención de bola a colocarse en su asiento; por lo tanto, el cuerpo de aceite atrapado en la cámara de presión actúa como un colchón. 

Durante el intervalo en que la válvula del motor está fuera de su asiento, se produce una fuga predeterminada entre el émbolo y el orificio del cilindro, que compensa cualquier expansión o contracción en el tren de válvulas. 

Inmediatamente después de que se cierra la válvula del motor, la cantidad de aceite requerida para llenar la cámara de presión fluye desde la cámara de suministro, preparándose para otro ciclo de operación.

Los levantaválvulas hidráulicas normalmente se ajustan en el momento de la revisión. Se ensamblan en seco (sin lubricación), se verifican las holguras y los ajustes generalmente se realizan mediante el uso de varillas de empuje de diferentes longitudes. Se establece un juego de válvulas mínimo y máximo. 

Cualquier medida entre estos extremos es aceptable, pero se desea aproximadamente a mitad de camino entre los extremos. Los elevadores de válvulas hidráulicas requieren menos mantenimiento, están mejor lubricados y funcionan de forma más silenciosa que los de ajuste por tornillo.

Varilla de empuje - Push Rod 

La varilla de empuje, de forma tubular, transmite la fuerza de elevación desde el taqué de la válvula hasta el balancín. Se presiona una bola de acero endurecido sobre o dentro de cada extremo del tubo. Un extremo de bola encaja en el casquillo del balancín. 

En algunos casos, las bolas están en el empujador y el balancín, y los receptáculos están en la varilla de empuje. Se emplea la forma tubular por su ligereza y resistencia. 

Permite que el aceite lubricante del motor a presión pase a través de la varilla hueca y los extremos esféricos perforados para lubricar los extremos esféricos, el cojinete del balancín y la guía del vástago de la válvula. La varilla de empuje está encerrada en una carcasa tubular que se extiende desde el cárter hasta la culata, denominados tubos de varilla de empuje.

Rocker Arms 

Los balancines transmiten la fuerza de elevación de las levas a las válvulas. Los conjuntos de balancines están soportados por un cojinete liso, de rodillos o de bolas, o una combinación de estos, que sirve como pivote. 

Generalmente, un extremo del brazo se apoya contra la varilla de empuje y el otro se apoya sobre el vástago de la válvula. A veces, un extremo del balancín está ranurado para acomodar un rodillo de acero. El extremo opuesto se construye con una abrazadera dividida roscada y un perno de bloqueo o con un orificio roscado. 

El brazo puede tener un tornillo de ajuste, para ajustar la holgura entre el balancín y la punta del vástago de la válvula. El tornillo se puede ajustar a la holgura especificada para asegurarse de que la válvula se cierre por completo.

Resortes de válvula - Valve Springs 

Cada válvula está cerrada por dos o tres resortes helicoidales. Si se usara un solo resorte, vibraría o se movería a ciertas velocidades. Para eliminar esta dificultad, se instalan dos o más resortes (uno dentro del otro) en cada válvula. 

Cada resorte vibra a una velocidad del motor diferente y se amortiguan rápidamente todas las vibraciones del resorte durante el funcionamiento del motor. Dos o más resortes también reducen el peligro de debilidad y posible falla por rotura debido al calor y la fatiga del metal. 

Los resortes se mantienen en su lugar mediante trabas divididas instaladas en el rebaje del retén o arandela superior del resorte de la válvula, y se enganchan en una ranura maquinada en el vástago de la válvula. Las funciones de los resortes de válvula son cerrar la válvula y sostener la válvula de forma segura en el asiento de la válvula.