Válvulas

Las válvulas son las compuertas de apertura sincronizada que regulan el paso de los gases dentro y fuera de los cilindros del motor, abriéndose para admitir la mezcla fresca de aire y combustible y para expulsar los gases quemados, y cerrándose herméticamente después para que la combustión se produzca bajo presión. Son fundamentales en el ciclo de cuatro tiempos: sin su funcionamiento preciso y repetible, un motor no podría aspirar la carga que necesita ni evacuar los gases quemados que, de otro modo, lo ahogarían. Cada cilindro tiene al menos una válvula de admisión y una de escape, y su comportamiento es decisivo en el rendimiento del motor.

La válvula de seta típica es un componente con forma de champiñón, con una cabeza plana o cónica y un vástago largo. Su cabeza asienta contra un anillo mecanizado en la culata para formar un cierre estanco a los gases cuando está cerrada. La apertura la gobierna el árbol de levas: los lóbulos giratorios empujan la válvula, directamente o a través de empujadores, balancines y taqués, forzándola hacia el interior del cilindro venciendo la resistencia. El cierre lo asegura un muelle de válvula rígido, que la devuelve con firmeza a su asiento en cuanto el lóbulo de la leva se aparta. La sincronización de estos eventos está engranada con precisión al cigüeñal para que las válvulas abran y cierren en el punto exacto de cada ciclo.

El número, el tamaño y la sincronización de las válvulas marcan en gran medida el carácter del motor. Un mayor número de válvulas por cilindro —cuatro es la opción moderna habitual, con dos de admisión y dos de escape— aporta una mayor superficie total de paso para un diámetro dado, lo que permite al motor respirar con más libertad y desarrollar mayor potencia, sobre todo a altas vueltas. Su sincronización y el tiempo que permanecen abiertas determinan si el motor privilegia el par a bajas vueltas o la potencia arriba. Por eso los ingenieros ajustan con cuidado el número de válvulas, su alzada y su reglaje para equilibrar prestaciones, eficiencia y emisiones según el uso previsto del motor.

Las válvulas de escape, en particular, soportan condiciones feroces. Quedan expuestas repetidamente a gases de combustión que pueden superar los 700 a 800 grados Celsius, con escasa oportunidad de disipar calor salvo a través de sus asientos y vástagos. Se fabrican con aleaciones resistentes al calor, y algunas se rellenan de sodio para conducir el calor lejos de la cabeza, o se montan con asientos endurecidos y retenes de vástago. Las válvulas de admisión funcionan más frías, ayudadas por la carga entrante, pero todas deben sellar con precisión miles de veces por minuto durante toda la vida del motor.

De esta exigente labor se derivan consideraciones prácticas. La holgura de válvulas debe ser correcta —demasiado escasa y la válvula puede no asentar y quemarse, demasiado amplia y el tren de válvulas se vuelve ruidoso y se desgasta—, razón por la cual muchos motores usan ajustadores hidráulicos que mantienen la holgura automáticamente. Los depósitos de carbonilla, el hundimiento del asiento y el debilitamiento de los muelles pueden degradar el sellado con el tiempo. Las válvulas trabajan estrechamente con el árbol de levas, y los modernos diseños de distribución variable y multiválvula se construyen directamente sobre su principio básico para extraer del motor cada vez más eficiencia y flexibilidad.