El Maquinante: Válvulas sin resorte para motores

viernes, 2 de marzo de 2018

Válvulas sin resorte para motores

En los motores de serie desde siempre, las levas abren las válvulas venciendo la resistencia que ofrecen los resortes de válvula. Estos resortes a su vez se encargan de cerrar las válvulas contra su asiento cuando deje de actuar la leva. En los motores de "Formula 1" se emplean desde hace décadas sistemas neumáticos para cerrar las válvulas desde que Renault lo empleara por primera vez en sus V6 Turbo. El motivo, son los problemas de resonancia y fatiga en los resortes a las altas revoluciones a las que gira el motor de un F1. Con el motor girando a altas revoluciones se produce el fenómeno de "flotación de válvulas", esto es debido cuando el resorte no puede recuperarse a tiempo del empuje de la leva, es “golpeado” nuevamente por esta antes de cerrar completamente la válvula sobre su asiento. En ese caso, la válvula permanece “flotando” y no llega a cerrarse, por lo que el motor pierde todo su rendimiento e incluso el pistón puede llegar a golpear las válvulas produciendo su rotura.

El "resorte" neumático de la válvula es una buena alternativa en los motores de competición que cuentan un numero elevado de cilindros y por tanto de válvulas y resortes. El resorte o actuador neumático de la válvula es un desarrollo del fabricante Renault que lo desarrollo y aplico con éxito.
En la figura inferior podemos ver un diagrama esquemático del actuador neumático de válvula. En primer lugar, la leva presiona sobre un empujador de vaso invertido corto (1). Por debajo se encuentra un pistón delgado con un anillo de obturación (2) que esta unido al vástago de la válvula por medio de una pieza cónica. Por medio de un conducto de entrada (3) que dispone de una válvula de retención se presiona aire u otro gas al interior de la cámara de compresión. Existe, además, un resorte débil de la válvula que proporciona un ajuste seguro de la válvula a nivel de la leva, cuando el motor no esta en funcionamiento. En los motores de carreras de "Formula 1", hoy en día, se prescinde de este resorte. Una presión inicial que se produce antes del arranque del motor garantiza que todas la válvulas estén en contacto con las levas.

Los elementos que componen el "resorte" o actuador neumático no son estancos por completo, porque se pierde aire tanto a nivel del empujador y anillo obturador, así como en la guía de válvula. Para compensar estas perdidas y para generar una determinada presión previa, se tiene que poner el circuito neumático bajo presión antes de arrancar el motor.

El accionamiento del "resorte" o actuador neumático para cerrar la válvula se hace a través de aire a presión o como se hace en la "Formula 1", mediante nitrógeno a presión. El valor de la presión normalmente esta en torno a 12-16 bares. La presión interna es controlada por medio de válvulas reguladoras, produciendo un sistema de amortiguación progresiva en su interior al igual que un muelle convencional.

En la figura inferior se puede ver el circuito neumático que suministra presión a la válvula sin resorte.

En la gráfica inferior se muestra el incremento de potencia y par en un motor de competición del fabricante OPEL, gracias a la utilización de "resortes" o actuadores neumáticos en las válvulas. En el motor ITC V6 de 2,5 litros de OPEL se logro mejorar el cambio de carga de tal forma, que la presión media y, por tanto, el par motor se elevaron por encima de todo el régimen de revoluciones aprovechable, consiguiendose, a la vez, el correspondiente incremento de la potencia.