Un empujador es un componente del tren de válvulas que convierte el movimiento giratorio en movimiento lineal al activar una válvula. Se encuentra más comúnmente en motores de combustión interna , donde convierte el movimiento giratorio del árbol de levas en movimiento lineal de las válvulas de admisión y escape, ya sea directa o indirectamente.
Un uso anterior del término fue para parte del engranaje de válvulas en motores de viga a partir de 1715. El término también se usa para componentes en cilindros neumáticos y telares .
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El primer uso registrado del término empujador es como parte del engranaje de válvulas en el motor Newcomen de 1715 , una forma temprana de máquina de vapor. Las primeras versiones de los motores Newcomen de 1712 tenían válvulas accionadas manualmente, pero en 1715 esta tarea repetitiva se había automatizado mediante el uso de empujadores. De la viga del motor colgaba una "varilla de tapón" vertical, junto al cilindro. Se fijaron bloques ajustables o 'taqués' a esta varilla y, a medida que la viga se movía hacia arriba y hacia abajo, los taqués presionaron contra largas palancas o 'cuernos' unidos a las válvulas del motor, activando el ciclo de vapor y válvulas de inyección de agua para operar el motor. [1]
Esta operación mediante empujadores sobre una varilla de obturación continuó hasta principios del siglo XX con el motor de Cornualles . [2]
A partir del siglo XIX, la mayoría de las máquinas de vapor utilizaban válvulas de corredera o válvulas de pistón , que no requieren el uso de taqués.
En un motor de combustión interna , un empujador (también llamado 'elevador de válvula' o 'seguidor de leva') [3] [4] [5] es el componente que convierte la rotación del árbol de levas en movimiento vertical para abrir y cerrar una entrada. o válvula de escape .
Los principales tipos de taqués (o “elevadores de válvulas”) utilizados en los motores de automóviles son los sólidos, los hidráulicos y los de rodillos. [6] [7]
Para reducir el desgaste del árbol de levas giratorio, los taqués suelen ser circulares y se les permite, o incluso se les anima, a girar en su lugar. Esto minimiza el desgaste causado por el contacto del árbol de levas con el mismo punto en la base del taqué en cada ciclo de la válvula, lo que puede provocar ranuras. Sin embargo, en algunos motores relativamente pequeños con muchos cilindros (como el motor Daimler '250' V8 ), los taqués eran pequeños y no giratorios. [ cita necesaria ]
La base de la mayoría de los taqués simples tiene un perfil ligeramente convexo para suavizar el contacto del borde de ataque del lóbulo del árbol de levas.
Una alternativa al empujador es el “seguidor de dedo”, que es una viga pivotante que se utiliza para convertir la rotación del árbol de levas en apertura y cierre de una válvula. Los seguidores de dedos se utilizan en algunos motores de doble árbol de levas en cabeza (DOHC) de alto rendimiento , más comúnmente en motocicletas y automóviles deportivos. [8]
En la mayoría de los motores de válvulas en cabeza (OHV), el espacio libre adecuado entre el árbol de levas y el empujador se logra girando un tornillo de fijación en el extremo del balancín que hace contacto con el extremo de la varilla de empuje hasta lograr el espacio deseado usando una galga de espesores . Una separación demasiado grande provoca desgaste debido a piezas desalineadas y compromete el rendimiento del motor, y una separación demasiado pequeña puede provocar varillas de empuje dobladas o válvulas quemadas.
Una contratuerca asegura el lugar del tornillo de fijación. Los tornillos de fijación flojos pueden causar fallas catastróficas en el motor, lo que ha provocado accidentes aéreos fatales. [9]
En algunos motores OHV de la década de 1960, como el motor Ford Taunus V4 y el motor Opel CIH , el ajuste del empujador se realizaba estableciendo la altura del punto de pivote del balancín (en lugar del método típico de un tornillo de ajuste del extremo del balancín). En las versiones 1965-1970 del motor Opel CIH con taqués macizos, el ajuste de los taqués se realizaba con el motor en marcha. [10]
Un empujador hidráulico , también conocido como "ajustador de juego hidráulico", contiene un pequeño pistón hidráulico que se llena con aceite de motor presurizado. [4] [11] el pistón actúa como un resorte hidráulico que ajusta automáticamente la holgura del taqué según la presión del aceite. Aunque los movimientos del pistón son pequeños y poco frecuentes, son suficientes para hacer que el accionamiento de la válvula sea autoajustable, de modo que no sea necesario ajustar manualmente la holgura de los empujadores.
Los taqués hidráulicos dependen de un suministro de aceite limpio a la presión adecuada. Al arrancar el motor frío, con baja presión de aceite, los taqués hidráulicos suelen hacer ruido durante unos segundos, hasta que se posicionan correctamente.
Los primeros motores de automóvil [ ¿cuándo? ] utilizó un rodillo en el punto de contacto con el árbol de levas, [12] : 44 sin embargo, a medida que aumentaron las velocidades del motor, los 'taqués planos' con extremos lisos se volvieron mucho más comunes que los taqués con rodillos. Sin embargo, en los últimos tiempos, los taqués de rodillos y los balancines con extremos de taqués de rodillos han resurgido debido a que la menor fricción proporciona una mayor eficiencia y reduce la resistencia. [7]
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En un motor de válvulas laterales (un diseño común para los motores de automóviles hasta la década de 1950), las válvulas están montadas a los lados del cilindro y orientadas hacia arriba. Esto significa que el árbol de levas podría colocarse directamente debajo de las válvulas, sin necesidad de balancines. Con bloques de cilindros más bajos, los taqués podían accionar las válvulas directamente sin necesidad ni siquiera de una varilla de empuje. [4] [13]
Los motores de válvulas laterales también requerían un ajuste regular de la holgura de los taqués, y en este caso fueron los propios taqués los que se ajustaron directamente. Se proporcionaron pequeñas placas de acceso a los lados del bloque de cilindros, dando acceso al espacio entre las válvulas y los taqués. Algunos taqués tenían un ajustador roscado, pero los motores más simples se podían ajustar rectificando directamente los extremos del vástago de la válvula. Como el ajuste del empujador siempre consistió en ampliar la holgura (reafilar las válvulas en sus asientos durante la descoquización hace que se asienten más abajo, reduciendo así la holgura del empujador), el ajuste acortando los vástagos de las válvulas era un método viable. Con el tiempo, las válvulas serían reemplazadas por completo, una operación relativamente común para los motores de esta época.
En un motor de varilla de empuje , los taqués están ubicados abajo en el bloque del motor y accionan varillas de empuje largas y delgadas que transfieren el movimiento (a través de los balancines) a las válvulas ubicadas en la parte superior del motor. [14]
En un motor de un solo árbol de levas en cabeza (SOHC), los empujadores están integrados en el diseño de los balancines como una sola pieza, ya que el árbol de levas interactúa directamente con el balancín.
La producción en masa de motores SOHC para turismos se hizo más común en la década de 1970, en forma de culatas de flujo cruzado con balancines en cabeza ubicados directamente encima de un único árbol de levas en cabeza, como un diseño más eficiente que podría fabricarse de manera rentable. El motor Ford Pinto 1970-2001 fue uno de los primeros motores de producción en masa que utilizó un diseño SOHC con correa dentada. [15] En esta configuración, los balancines combinan la función de empujador deslizante, balancín y dispositivo de ajuste. El ajuste de la holgura de la válvula generalmente se realizaba mediante un perno roscado en el extremo de la válvula del balancín. El lado del empujador deslizante lineal a menudo tenía un alto índice de desgaste y exigía una cuidadosa lubricación con aceite que contenía aditivos de zinc.
Un diseño relativamente poco común de un árbol de levas SOHC con cuatro válvulas por cilindro se utilizó por primera vez en el motor de cuatro cilindros en línea Triumph Dolomite Sprint de 1973-1980 , que utilizaba un árbol de levas con 8 lóbulos que accionaban las 16 válvulas mediante una inteligente disposición de balancines. [16] [17]
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Los motores de doble árbol de levas en cabeza (DOHC) se desarrollaron por primera vez como motores de aviones y de carreras de alto rendimiento, con los árboles de levas montados directamente sobre las válvulas y moviéndolas a través de un simple "taqué de cuchara". La mayoría de los motores utilizaban una culata de flujo cruzado con las válvulas en dos filas alineadas con su correspondiente árbol de levas.
El ajuste de la holgura del taqué normalmente se establece mediante una pequeña cuña , ubicada encima o debajo del taqué. Las cuñas se fabricaban en una variedad de espesores estándar y un mecánico las cambiaba para cambiar el espacio del taqué. En los primeros motores DOHC, el motor primero se ensamblaba con una cuña predeterminada de espesor conocido y luego se medía el espacio. Esta medida se usaría para calcular el espesor de la cuña que daría como resultado el espacio deseado. Después de instalar la nueva cuña, los espacios se medirían nuevamente para verificar que el espacio libre fuera correcto. Como era necesario quitar el árbol de levas para cambiar las cuñas, esta era una operación que requería mucho tiempo (especialmente porque la posición del árbol de levas podía variar ligeramente cada vez que se reinstalaba).
Los motores posteriores utilizaron un diseño mejorado en el que las calzas estaban ubicadas sobre los taqués, lo que permitía cambiar cada calza sin quitar el taqué ni el árbol de levas. Un inconveniente de este diseño es que la superficie de fricción del empujador se convierte en la superficie de la cuña, lo cual es un problema difícil en la metalurgia de producción en masa. El primer motor de producción en masa que utilizó este sistema fue el motor Fiat Twin Cam de 1966-2000 , seguido por los motores de Volvo y los Volkswagen refrigerados por agua. [18]
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El término "empujador" también se utiliza, de forma oscura, como componente de sistemas de válvulas para otras máquinas, particularmente como parte de una válvula de golpe en cilindros neumáticos . Cuando se produce una acción alternativa, como en el caso de un taladro neumático o un martillo neumático , la válvula puede accionarse por inercia o por el movimiento del pistón de trabajo. A medida que el pistón golpea hacia adelante y hacia atrás, impacta un pequeño empujador, que a su vez mueve la válvula de aire e invierte el flujo de aire hacia el pistón. [19]
En los telares, un empujador es un mecanismo que ayuda a formar la calada o abertura en los hilos de urdimbre (dirección larga) del material a través del cual pasan los hilos de trama (de lado a lado o dirección corta). Los empujadores forman los patrones básicos en el material, como tejido tafetán, sarga, mezclilla o satén. El tweed Harris todavía se teje en telares en los que todavía se utilizan empujadores. [ cita necesaria ]
Tom y Ray Magliozzi , copresentadores del programa de radio Car Talk de NPR , utilizaron el sobrenombre de "Click and Clack, the Tappet Brothers". [20]