Ajustar las válvulas es una parte habitual de un mantenimiento rutinario, pero pocos mecánicos entienden cómo trabajan las válvulas y por qué un ajuste correcto es tan importante.
Cada motor depende de un flujo adecuado de gases que entran y salen de los cilindros. Para que funcione la gasolina y el aire deben ser aspirados y los gases quemados expulsados en el momento indicado. Es más, el aire y el combustible deben ser retenidos en el cilindro hasta que sean encendidos por la chispa. El movimiento de los gases es debido al descenso y subida del pistón en cada cilindro, pero son las válvulas quienes detienen e inician el flujo y quienes retienen los gases en el cilindro para su ignición.
Las válvulas son esencialmente compuertas que abren y cierran un par de lumbreras (dos pares en algunos vehículos) en el extremo superior de cada cilindro. El aire y el combustible entran a través de una de ellas, la lumbrera de admisión, y los gases quemados se evacuan por la otra, la lumbrera de escape.
Las válvulas de admisión son normalmente mayores que las de escape porque la mezcla de aire y combustible fluye a los cilindros a un ritmo más lento que los gases de escape, los cuales son forzados fuera del cilindro por el movimiento de ascensión del pistón.
Operación de las válvulas
Las válvulas se componen de un largo vástago y una cabeza redonda y plana. Ésta encaja en la lumbrera para impedir el flujo de gases. La lumbrera se abre cuando la presión de la leva sobre el vástago de la válvula empuja la cabeza fuera de la lumbrera en el cilindro, dejando un hueco para que los gases fluyan. Tanto el asiento de la válvula y la cara inferior de la cabeza de la válvula encajan para mejorar el flujo de los gases y para asegurar que la válvula ajusta perfectamente en su asiento. Cuando las válvulas están encajadas, son oprimidas contra sus asientos para hacerlas herméticas al cerrarse. Si las superficies de acoplamiento llegan a picarse las válvulas pueden filtrar y el rendimiento del automóvil empeorará.
El vástago de la válvula se desliza dentro de la guía de la válvula. El vástago tiene un movimiento de deslizamiento que asegura que la cabeza de la válvula se cierra en el mismo sitio cada vez. Un desgaste en la guía puede introducir aceite en el cilindro y quemarse.
Las válvulas y el ciclo del motor
El motor sólo funcionará adecuadamente si las válvulas de admisión y escape se abren y se cierran en el momento exacto de las operaciones del ciclo del motor. En casi todos los automóviles este ciclo tiene cuatro tiempos del pistón, durante los cuales el cigüeñal gira dos veces.
El ciclo de cuatro tiempos comienza con un recorrido de descenso del pistón conocido como el tiempo de admisión porque la succión producida “induce” al entrar el aire y el combustible. La válvula de admisión se abre ligeramente antes de que comience este tiempo, para asegurarse que no se pierde tiempo durante la entrada de la mezcla. De igual forma, se cierra un poco después de que el pistón comience a ascender de nuevo. La válvula de escape permanece cerrada durante el tiempo de admisión para impedir que escape la mezcla.
Ambas válvulas permanecen cerradas durante el ascenso del pistón en el tiempo de compresión. La mezcla aire-combustible es comprimida por el pistón en un pequeño espacio en lo alto del cilindro conocido como cámara de combustión. En este estado de compresión, la mezcla es altamente volátil. Ambas válvulas permanecen cerradas y la mezcla comprimida es encendida por una chispa producida por la bujía. Cuando se quema se expande rápidamente, forzando al pistón a descender a gran velocidad en el cilindro en el tiempo de explosión.
En la etapa final, el tiempo de escape, la válvula de escape se abre mientras la válvula de admisión permanece cerrada. A medida que el pistón asciende, fuerza a los gases quemados a salir del cilindro.
Aunque esta secuencia es, en teoría, muy simple, es en la práctica algo más compleja, en parte porque los gases no fluyen a través de las válvulas en cuanto se abren. Luego algunas etapas del ciclo se superponen. Justo en cuanto la válvula de admisión se abre más allá del tiempo de admisión, la válvula de escape se abre antes de que finalice el tiempo de explosión, y se cierra después de que haya acabado el tiempo de escape.
Mecanismo de las válvulas
Las válvulas son capaces de abrirse y cerrarse en el momento exacto en el ciclo del motor porque de hecho están accionadas, indirectamente, por el giro del cigüeñal. El movimiento de las válvulas está controlado por el árbol de levas, un árbol de acero forjado o hierro colado con una serie de lóbulos en forma de perlas llamados levas situados regularmente. El árbol de levas está accionado por engranajes y una correa o cadena de distribución accionada por el cigüeñal a la mitad de revoluciones que el motor.
Existen dos tipos de disposición del mecanismo de las válvulas. Si el árbol de levas está situado en el bloque del motor por debajo de las válvulas se conoce como sistema de válvulas en cabeza (OHV). Si el árbol de levas está situado por encima de las válvulas, la disposición se conoce como sistema de árbol de levas en culata (OHC).
En un sistema OHV el árbol de levas y las válvulas están algo separados luego su disposición es relativamente complicada. Un empujador es accionado hacia arriba por la leva y éste operador a su vez el eje de balancines que abre las válvulas. Una válvula se abre cuando el balancín empuja hacia abajo el extremo superior del vástago y se cierra mediante un fuerte muelle cuando la presión del eje de balancines es liberada.
El sistema OHC es mucho más simple, ya que las levas están directamente por encima de las válvulas y no hay necesidad de empujadores o balancines.
En ninguno de los dos sistemas la leva opera directamente sobre las válvulas o empujadores. En su lugar, unos pequeños cilindros de metal conocidos como taqués están colocados entre la leva y la válvula (OHC) o entre la leva y empujador (OHV). Estos cilindros ayudan a mantener alineados los componentes y al mismo tiempo impiden que las válvulas se desgasten.
Una ligera variación del sistema OHC es el doble árbol de levas en culata. Se compone de dos árboles de levas, uno de los cuales acciona todas las válvulas de admisión mientras el otro hace lo propio con las válvulas de escape. Aunque es un sistema muy eficiente, los costes de producción son bastante altos.
Juego de las válvulas
La distancia que se mueve la válvula es de hecho tan pequeña que la dilatación de los componentes cuando el motor se calienta es de vital importancia. Para permitir esta dilatación, se deja una pequeña distancia entre el balancín y la cabeza de la válvula en el sistema OHV o entre la leva y el taqué en el sistema OHC.
Esta holgura, conocida como juego de las válvulas debe ser fijada de forma muy precisa. Demasiado pequeña, y los componentes pueden dañarse con la dilatación; demasiado grande, y la válvula no se abrirá del todo, provocando un funcionamiento ineficaz y ruidoso. Este juego u holgura de las válvulas debe ser ajustado periódicamente para compensar el desgaste, una tarea tradicionalmente denominada ajuste de taqués.