La culata: generalidades (2/2)

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Las válvulas

Existen dos tipos de válvulas: las válvulas de admisión que admiten la mezcla de aire y combustible, y las de escape o salida que liberan los gases de escape de la cámara de combustión. Están situadas en la culata y son controlados por uno varios árboles de levas (movimientos de abertura y cierre). Las válvulas de admisión suelen ser más grandes que las de escape.

Las válvulas tienen la forma de un disco con un vástago. Cuando la válvula está cerrada, un muelle mantiene el disco herméticamente contra la lumbrera de la culata. La lumbrera tiene un asiento de metal especial en la superficie de contacto con la válvula. El vástago se mueve en una guía que también es de un metal especial.

Las válvulas de escape deben soportar temperaturas muy elevadas, que a menudo superan los 1000ºC, al paso de los gases de escape calientes.

En algunos motores, en los que la exposición al calor puede ser muy elevada (en especial en los motores turbo) los vástagos de las válvulas de escape son huecos y están parcialmente rellenos de sodio para disipar más fácilmente el calor de la cara caliente de la válvula hacia el vástago.

La solución más simple es tener una sola hilera de válvulas en la culata, pero esto impide dar la forma óptima a la cámara de combustión, colocar la bujía en el centro y crear el efecto de “circulación cruzada”.

Eficiencia volumétrica

Cuanto más aire pueda entrar por las válvulas de admisión, más combustible se podrá quemar y más potencia podrá generarse. A bajo régimen el motor tiene tiempo suficiente para aspirar una cantidad adecuada de aire y llenar el cilindro, pero a régimen medio ya no alcanza a llenar el cilindro a su volumen máximo. Hay una pérdida de eficiencia volumétrica que puede ser hasta del 50% a régimen alto, lo cual significa que no se puede utilizar por completo la capacidad total del motor.

Hoy en día, casi todos los motores de gasolina pueden alcanzar un régimen de 6000 revoluciones por minuto. Esto significa que el cigüeñal gira 100 veces cada segundo. Incluso cuando el motor gira a un régimen moderado de 3000 revoluciones por minuto, el cilindro ha de llenarse con aire 12 veces por segundo. Del aire admitido, sólo el 20% es oxígeno que se puede utilizar para la combustión.

Más válvulas por cilindro

Para incrementar la eficiencia volumétrica con un régimen de motor elevado se puede aumentar la superficie de lumbrera/válvula de admisión. Para ello se utilizan válvulas más grandes o se aumenta el número de válvulas. La superficie limitada en la bóveda de la cámara de combustión puede usarse más eficazmente con varias válvulas más pequeñas en lugar de dos grandes. Una solución cada vez más corriente consiste en equipar el motor con cuatro válvulas por cilindro, dos de admisión y dos de escape. Otros motores tienen tres o cinco válvulas, con dos y tres válvulas de admisión respectivamente.