¿Por qué la válvula de admisión es más grande que la válvula de escape?

¿Qué es la válvula de admisión y escape?

Las válvulas de admisión y escape son componentes clave de un motor de combustión interna. Desempeñan un papel importante en los procesos de admisión y escape del motor.
La válvula de admisión es responsable de que la mezcla aire-combustible entre en la cámara de combustión del motor. Durante la carrera de admisión del ciclo del motor, la válvula de admisión se abre para dejar entrar la mezcla. La válvula de admisión se encuentra en la culata, generalmente encima del pistón. Tras abrirse, la mezcla aire-combustible entra en la cámara de combustión desde el colector de admisión. La válvula de admisión suele estar hecha de acero inoxidable o titanio, material resistente a altas temperaturas y presiones.
La válvula de escape se utiliza para expulsar los gases producidos por la combustión del combustible. Se abre para expulsar los gases de escape de la cámara de combustión hacia el colector de escape. Está controlada por el árbol de levas, se abre al final de la carrera de potencia y se cierra al final de la carrera de escape. Debido a que los gases de escape producidos tras la combustión son extremadamente calientes, la válvula de escape suele estar fabricada con aleaciones de níquel resistentes a altas temperaturas.

¿Qué válvula es más grande, la de admisión o la de escape?

La combustión del combustible requiere una gran cantidad de oxígeno en el aire. Por lo tanto, la válvula de admisión debe ser más grande para permitir que el combustible se queme completamente. Por lo tanto, la válvula de admisión del motor debe ser ligeramente mayor. El tamaño total no ha cambiado; la válvula de escape solo puede reducirse.

El tamaño de las válvulas de admisión y escape se determina según la cantidad de carga y escape. Para comprender este problema, debemos comenzar con las tres situaciones siguientes.

¿Por qué la válvula de admisión es más grande que la de escape?

(1) El factor de comparación de velocidad del flujo de admisión y escape.

El gas mezclado que entra al cilindro se produce cuando el volumen de carrera del pistón forma un vacío (es decir, la diferencia de presión de aire) al moverse el pistón del punto muerto superior al punto muerto inferior. Esto se produce con mayor rapidez. Claro que es beneficioso que entre más aire fresco al cilindro, pero la velocidad del flujo de aire no puede seguir el ritmo de la acción del pistón.
Para crear las condiciones para la admisión, la válvula de admisión debe agrandarse para satisfacer las necesidades de la cantidad de carga.
El escape es el gas de escape en el cilindro. La autodescarga comienza aproximadamente a 120 pies (36,6 m) de la carrera de trabajo del pistón, a 180°. El pistón trasero comienza a ascender. En este momento, el gas de escape se encuentra detrás del pistón delantero. La velocidad de descarga del gas de escape depende de la velocidad de ascenso del pistón, y el gas de escape es expulsado. Se puede decir que la velocidad de ascenso del pistón y la velocidad de escape son iguales, lo que corresponde a la relación entre la válvula de escape y la de admisión. La válvula es pequeña. Generalmente, el calibre del escape es dos tercios del calibre de admisión. El calibre de la válvula de escape está diseñado sin afectar el escape.

(2) Influencia de la resistencia al flujo de aire.

En teoría, la cantidad de carga y escape es igual, y el tiempo de apertura y cierre de la válvula de escape y el de la válvula de admisión también lo son. Sin embargo, esto no es así, ya que la válvula de mariposa controla la velocidad, y su apertura y cierre varía según el tamaño. Al finalizar la inhalación, el cilindro debe llenarse con una mezcla a presión atmosférica (aproximadamente 1 kg/cm²). Sin embargo, al fluir el gas por el tubo de admisión y la válvula de admisión, encuentra resistencia. Para superar esta resistencia y que la mezcla fluya a una velocidad determinada, se debe consumir parte de la presión, por lo que la presión del aire en el cilindro siempre es inferior a la atmosférica. La densidad del gas cambia con la presión, disminuyendo la densidad de la baja presión y disminuyendo el peso de la mezcla inhalada. Para solucionar y reducir la influencia de la resistencia al flujo de aire, es necesario aumentar el área de la sección transversal del conducto de aire en la válvula de admisión, es decir, aumentar el área de la válvula de aire. En caso de aire enrarecido en la zona de la meseta, se debe ampliar el área del paso de admisión, de lo contrario, el motor no alcanzará su potencia nominal en absoluto en estas áreas.

(3) La influencia de la velocidad del motor.

Si el tamaño de la vía aérea original permanece sin cambios, la presión de succión también cambia según la velocidad y la carga. La velocidad varía con la carga mientras la válvula de mariposa se mantiene completamente abierta. Suponiendo que el peso de inflado es 1, la presión disminuye de 0,95 a 0,80 cuando la velocidad aumenta de 700 rpm a 2100 rpm, lo que significa que la densidad de Aiki del cilindro en el cilindro se reduce y el flujo de aire no puede satisfacer las necesidades del volumen de inflado. Cuando la velocidad de rotación se incrementa tres veces, la velocidad de movimiento del pistón también se acelera tres veces, y la velocidad del flujo de aire debe acelerarse tres veces para asegurar que la misma cantidad de gas entre en el cilindro. Sin embargo, debido al aumento de fuerza en la vía aérea a alta velocidad, el flujo de aire no puede aumentarse en la misma proporción. Es decir, el efecto de inflado es mejor al desacelerar, y la presión efectiva promedio y el torque también son mayores (el torque es proporcional a la presión efectiva promedio).

Se puede observar que cuanto mayor sea la válvula de admisión para satisfacer las necesidades de flujo de aire del motor dentro de un rango confiable, y cuanto menor sea la válvula de escape para minimizar su tamaño sin afectar el volumen de escape. Además, el conducto de escape es superior al de admisión, por lo que las válvulas de admisión y escape parecen ser mucho más grandes que las de escape. En algunos motores especiales, como los motores de pistón para aeronaves que prevalecieron en la década de 1940, la válvula de admisión tiene más del doble del tamaño de la válvula de escape.