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CABEZOTES DIESEL.
SINONIMOS:
Culata. Tapa de cilindros Cabeza del motor Tapa del bloque de cilindros
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FUNCIONES PRINCIPALES:
Aunque su principal funcin consiste en formar la cmara de combustin, para locual crea un cierre hermtico entre el bloque de cilindros y la cabeza del pistn, la
culata tambin es la encargada de alojar las bujas y vlvulas.
En el caso de motores de cuatro tiempos (4T) o dos tiempos (2T) posee los canaleso conductos de admisin y escape de los gases, donde tambin aloja los mltiples de
admisin y de escape.
Adicionalmente, alberga al eje de levas en los motores con el eje de levas a lacabeza y a los elementos de distribucin de vlvulas, como son: balancines,
propulsores y ejes de balancines. Cuando se trata de un cabezote refrigerado por
agua, ste posee conductos que permiten su circulacin o refrigerante para el
enfriamiento de la culata y del mismo motor.
CONFIGURACIONES SEGN EL MOTOR:
MOTOR DE DOS TIEMPOS REFRIGERADO POR AIRE.
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En este cabezote literalmente es la tapa del cilindro atravesada por el orificio roscado para
la buja y que por una de sus caras tiene las aletas de refrigeracin que buscan una mayor
superficie de contacto con el elemento refrigerante que es el aire.
MOTOR REFRIGERADO POR AGUA O REFRIGERANTE.
Las primeras culatas diseadas para motores refrigerados por agua o refrigerante, eranconstruidas de fundiciones de hierro, porque se supona que eran mucho ms robustas y
podan soportar de mejor manera la alta compresin.
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CONSTITUCIN Y PARTES DE LA CULATA:
Una culata o cabezote del motor de cuatro ciclos, ya sea Otto a gasolina o Diesel, tiene una
estructura bastante compleja, pues adems de constituir la tapa de los cilindros del motor,
debe albergar muchas otras partes importantes, para cumplir con el objetivo de su diseo.
Entre los elementos ms importantes podemos mencionar: las vlvulas, las guas que
desplazan estas vlvulas; los propulsores o balancines de vlvulas que las empujan; los ejes
de levas que se encargan de impulsar a los balancines o propulsores a las bujas; para que
stas a su vez, puedan combustionar la mezcla aspirada en los motores a gasolina o los
inyectores, que deben inyectar el combustible en los motores Diesel.
ASIENTOS DE LAS VLVULAS.
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En este mbito, se entiende por asiento, el lugar en el cual se forma el sello hermtico de la
vlvula. ste puede ser parte del mismo material de la culata o del bloque del motor, eso
para el caso de los motores ms antiguos (donde se usaba la fundicin gris y no en material
ligero). Las culatas que tienen el asiento en material ligero se les denomina postizo.
GUIAS DE VALVULAS.
Es el elemento que permite el desplazamiento descendente y ascendente de la vlvula, para
que ella cierre de forma centrada en su asiento. La vlvula debe deslizarse dentro de la guasin que esta ltima permita un juego axial, para que la vlvula trabaje con exactitud y pueda
realizar el sellado hermtico en su asiento.
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VALVULAS.
Obturador que es sometido a la presion de un resortey que con cuyo movimiento sirve para
regular el paso de un fluido.
Empecemos por describir la valvula: Las valvulas forman un angulo recto desde su base.
hacia lo largo del vastago; esto significa, que si usted coloca una valvula sobre una parte
plana, el largo del vastago no debe tener inclinacion a ningun lado; igualmente el diametro
a lo largo del vastago, debe estar lizo; sin talladuras o caries.
Para efectos de su uso, en diferentes tipo de motor existen valvulas de diferente tamano; lo
que significa que, hasta la fecha estas valvulas se mantienen en su figura, y concepto
original, aunque las dimensiones sean diferentes.
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Las valvulas se instalan, usandose la base para tapar el agujero u hoyo llamado asiento de la
cabeza, por el lado que sienta en el bloque de cilindros; y la parte llamada vastago se
introduce a travez de la cabeza,para acoplarse con un conjunto de piezas compuesto de
resortes anillos; y clips [seguros, sujetadores], de esta manera, la valvula queda presionada
contra el asiento y sujetada por un seguro o clips del otro lado.
El vastago de valvula sale de este lado. Al funcionar el motor este vastago sube y baja.
Aunque la guia por donde sube, y baja debe mantenerse lubricado, en este lado se instala un
sello retenedor de aceite [seal steam],para evitar que el aceite baje descontroladamente.
El resorte mantiene presionada la valvula contra el asiento, En el extremo superior del
resorte, se poseciona una huacha o anillo de caracteristica especial llamado retenedor. Parala instalacion se comprime el resorte, para permitir que el vastago de la valvula muestre sus
ranura de seguridad; alli se coloca una especie de seguro que por lo general vienen en dos
mitades; estos al colocarse en las ranuras se acomodan de tal manera que resulta dificil su
salida, debido a que al soltar la presion del resorte, este presiona los seguros contra el
vastago, cunpliendose asi, la instalacion de una valvula.
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Las valvulas de una cabeza o culata son componentes que sirven, para permitir o impedir el
flujo de aire, mezcla, o gases quemados en el cilindro.
Continuemos: Esta es una de las cabezas, de un motor de 6 cilindros en "V". Se ilustra 6
valvulas , 3 de admision y tres de escape, por lo tanto, tambien lleva 6 balancines o pericos.
1] Tornillo, que sujeta al balancin, directamente en la estructura de la cabeza.
2]Trapecio que facilita el movimiento y lubricacion del balancin
3]Balancin [ observe que en este caso, no hay eje de balancines, tambien llamado flauta]
4]Varilla empujadora [en este caso, esta varilla se mantiene en contacto, con un o buzo
[valv lifter,alza valvula hidraulico], instalado en el bloque de cilindros.
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5]Estructura de la Cabeza [culata]
Cuando el motor empieza su funcionamiento, el arbol de levas mueve la varilla empujadora
[4] ;El balancin recibe el impulso por un lado; y como consecuencia, por el otro lado
empuja la valvula contra la presion del resorte.Esta accion separa la cara de la valvula, de
su asiento.
Mostramos esta ilustracion ( la de arriba) algo diferente; en este caso se trata de un conjuntode balancin que usa eje, o flauta.
Observe que; en este caso como el anterior los balancines, no traen tornillo regulador de
valvula. La amortiguacion del movimiento se encuentra en el , buzo,[val lifter, alzavalvula
hidraulico], que empuja la varilla.
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Observemos: este es un tipico eje de balancines, con tornillos de ajuste.
En este como en todos los casos, el funcionamiento del balancin, se basa en la libertad que
tiene para moverse,balanceandose en el eje, obedeciendo al empuje, del mecanismo que use
el arbol de levas,para sincronizar la apertura de las valvulas.
Aqui mostramos, la forma correcta, e incorrecta de interpretar la posicion de asiento de una
valvula;
Las valvulas deben tener un margen, esto lo ayuda a soportar el constante golpeteo del
asiento.
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Cuando las valvulas no tienen margen, el constante abrir y cerrar incrusta la cara de la
valvula, dentro del asiento, ocasionando fallas de funcionamiento al motor.
Sabemos que el arbol de levas empuja o usa un mecanismo para enpujar las
valvulas;Tambien sabemos que las valvulas deben abrir, y cerrar hermeticamente el asientoen la camara de combustin .
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Ok, el desgaste de asientos obliga a que la valvula se incruste mas en el asiento, esto
conlleva a que el extremo o vastago superior de la valvula se acerque mas al balancin, La
accion mencionada, haria que el balancin mantenga presionado el extremo de la valvula, lo
que haria que la, valvula se mantenga fuera de asiento,o eliminando la tolerancia del buzo,
o valv lifter; dando como consecuencia fallas de funcionamiento del motor.
En caso contrario; un mal ajuste de valvulas, dejaria demasiada luz o separacion; esto haria,
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que el balancin tarde en empujar la valvula;y al hacerlo no abriria lo suficiente, dando como
consecuencia, fallas de funcionamiento y golpeteo de balancines. [ el golpeteo deforma las
partes]
Por ello se hace necesario, el ajuste periodico de valvulas, sobre la base de que el contacto
arbol de levas valvulas debe mantener una luz o claridad de acuerdo a las especificaciones
del fabricante.
Se entiende que el ajuste, se hace a las valvulas que traen tornillos reguladores,a los cuales
los podemos llamar sistema mecanico.
Los sistemas que traen buzo,[ valv lifter,alza valvulas hidraulico] se les conoce como
sistema hidraulico, y no se hace necesario el ajuste, debido a la tolerancia de amortiguacion
al desgaste que estos tienen.
PRECAUCIONES ANTES DE INSTALAR LA CABEZA [CULATA]
Antes de continuar tome nota de los siguiente: Antes de instalar una cabeza, lleve el motor
a TDC [PMS].En todos los casos.
Luego afloje los reguladores de los balancines, si los tuviera, si no tubieran regulador, gire
el, o los arbol de levas hacia la posicion, de encendido para el piston #1. [ asi puede
instalarlo con confianza. de lo contrario puede daar valvulas].
En las cabezas o culatas con arbol de levas instalado, gire el engrane del arbol de levas
.dejandola en posicion de encendido para el piston #1.
En las cabezas de un motor en "V" con doble arbol de levas en cada cabeza. Antes de
instalarlas gire los engranes del arbol de levas, dejandolo en posicion de encendido para el
piston #1; con los cuatro engranes en sus respectivas marcas de sincronizacion; [la idea, es
que los engranes queden en posicion de instalacion de la banda o cadena de tiempo].
Es posible que en algunos casos, encuentre resistencia de los engranes a quedarse en la
posicion exacta; pero, lo que importa es que el engrane, quede lo mas cerca posible de su
posicion.[cuando haga la instalacion puede corregir]
Lo mencionado en los parrafos anteriores, pretende evitar que se instale la cabeza con los
engranes movidos; lo cual sera un problema corregir, una vez instalada la cabeza debido a
que los pistones estarian presionando valvulas.
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Hasta aqui ya debemos tener claro;que los pistones al subir ocupan el mismo espacio, que
ocupan las valvulas al abrir; por ello las valvulas solo se abren; cuando los pistones bajan; a
esto se le llama sincronizacion. Si este detalle lo pasamos por alto; al instalar una cabeza
podemos daar valvulas; e igualmente; recuerde que una vez instalada la cabeza, no se debe
girar, en forma inependiente ninguno de los engranes; ni cigueal ni arbol de levas. Una
vez instalada la cabeza debemos instalar la banda de tiempo o correa de distribucion [
cadena de tiempo en otros].Los motores con arbol de levas en el bloque de cilindros, se
instala la cadena de tiempo, antes de instalar las cabezas.
Algunos motores al romperse la banda de tiempo [correa de sincronizacion o cadena de
tiempo] no llegan a daar valvulas, aun despues de estar haciendolo girar com el motor de
arranque [marcha, arrancador, starter, etc.]; pero no debe tomar esto como norma. Por ello
cuando se encuentre con un motor que tenga la banda de tiempo [correa de distribuicion]barrida o rota; tome sus precauciones, para asegurarse que las valvulas no sufrieron danos.
QUE SON BUZOS [VALV LIFTER, EMPUJADORES O LEVANTAVALVULAS
HIDRAULICOS]?
Para no cansarnos, ahora hablemos de los botadores o empujadores, tambien llamados
buzos, valv lifter,alzavalvulas, etc.etc
Se conoce como buzo,[valv lifter, alza valvulas hidraulico],, a unos pequeos componentes
de forma cilindrica, sumergidos en aceite, que tienen la funcion de suavizar o amortiguar el
contacto, valvula/asiento,balancin/valvula, balancin/varilla empujadora.
Este componente por lo general esta asociado a un balancin;podemos figurarlo suavizando,
el empuje de un extremo del balancin; para que este a su vez empuje la valvula.
Difieren en diseo, estilo y ubicacion, pero el principio de funcionamiento es el mismo, el
principio: son empujados por el arbol de levas, el objetivo: suavisar o amortiguar, el
contacto valvula/asiento, balancin/vastago de valvula.
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En la ilustracion ( de arriba) podemos observar, como se compone internamente un valv
lifter conocido como componente hidraulico debido al principio de su funcionamiento
Ahora Bien Existen varias formas de empujar la valvulas; a continuacion mostramos losmas comunes:
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Cuando el motor trae arbol de levas en el bloque de cilindros, por lo general usa buzo,[valv
lifter, alza valvulas hidraulicos], llamados hidraulicos, en la ilustracion, podemos apreciar 2lifter llamados del tipo roller.
Si visualisamos el giro del arbol de levas; podemos decir que un valv lifter, sube, y el otro
baja; este movimiento proyectado en todo el mecanismo, nos permite concluir; que el giro
del arbol de levas determina el cierre y apertura de valvulas, al moverlos de sus respectivos
asientos.
El arbol de levas es un componente disenado, con medidas. milimetricamente calculadas,
cumpliendo con las especificaciones de un motor en particular.
Los hoyos o agujeros que indican las flechas, permiten la lubricacion de este tipo de
componentes; la accion de subir y bajar, hacen que el valv lifter, se cargue y descarge; tome
nota: los buzo,[valv lifter, alza valvulas hidraulico],s siemplre se instalan en una especie de
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cilindro; en el se deslizan, lubricandose.
En el ejemplo de arriba, tenemos una cabeza con un arbol de levas, y 12 valvulas, los 12
balancines que observamos, no llevan tornillo regulador; en su lugar encontramos, estos
pequeos componentes de funcionamiento hidraulico , llamados buzos, lifter o
alzavalvulas. [se debe seguir una secuencia de torque; para apretar los tornillos de las tapas
de asiento del arbol de levas]
Esto funciona de la siguiente manera: Los balancines apoyan uno de sus extremos, en el
arbol de levas, que gira en la parte central; y a lo largo de la cabeza, la rotacion del arbol de
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levas, obliga a que los balancines suban y bajen; esta accion es transmitida por el otro
extremo del balancin, empujando la valvula contra la fuerza del resorte. Para suavizar o
amortiguar este contacto balancin/valvula; es que se usa en este caso, el tipo de valv lifter
que mostramos en el cuadro superior.[En este caso el valv lifter, esta instalado en un
extremo del balancin, haciendo contacto con el extremo de la valvula].
Este tipo, de componente, antes de instalarlo se debe comprimir, para suavizarlo; de esta
manera el valv lifter se acomodara a su nueva posicion.
Los lifter, debido al uso, se endurecen en una posicion; si usted asento valvulas o rectifico
asientos; la posicion en la tolerancia del lifter cambiara; debido a ello se hace necesario
comprimirlos para suavizarlos; de esta manera, tomaran nuevo aceite y se ajustaran a una
nueva posicion. De lo contrario estos buzos.
Ajuste o calibracion de valvulas, en motores equipados con buzos, valv lifter,[alzavalvulas
hidraulico] y tuerca reguladora en el balancn
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Observemos,La ilustracion: trae varilla empujadora, pero ademas trae tuerca, que fija el
balancin a la estructura de la cabeza
La varilla empujadora, descanza en un valv lifter, o buzo [alzavalvulas hidraulico], en
contacto con el arbol de levas.
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El solo hecho de traer tuerca, hace la diferencia, debido a que la tuerca puede subir o bajar
el nivel del balancin en el birlo.[La tuerca se usa para calibrar o ajustar el contacto de la
valvula
En estos casos se hace lo siguiente:
Antes de continuar; debe entenderse, que usted ya conoce, lo que significa, orden de
encendido.
Ok, el ajuste de este tipo de balancines se hace de uno, en uno, siguiendo el orden de
encendido, si usted no conoce o no sabe, como es esto del orden de encendido; no haga este
trabajo, pues para ello necesita conviccion o conocimiento previo de encendido.
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Bueno ubiquemonos, tenemos todos los balancines sueltos, lleve la polea del ciguenal a
PMS [TDC] con arbol de levas en posicion de encendido para el piston #1.
Siempre rote o gire la polea del ciguenal, en el sentido, normal de funcionamiento.
En esta parte, gire la tuerca de ajuste [de las valvulas correspondientes al piston #1], hasta
que la varilla de empuje haga contacto con el valv lifter, o buzo [puede ayudarse rotando la
varilla con los dedos, al hacer contacto se pondra dura ]. desde este punto, cuente las
vueltas del recorrido que haga la tuerca, para empujar la varilla hasta que tope. si las vueltas
fueron 5, regrese la tuerca hasta la posicion de contacto, y vuelva a apretar. contando 2 1/2
vueltas, de esta manera quedara centrado el lifter en la mitad de su recorrido total;[ se
entiende que la tuerca es del tipo que se autoajusta, no necesita, contratuerca] . Para
continuar haga lo mismo con cada cilindro siguiendo siempre el orden de encendido.[
asumimos, que los valv lifter, o buzos, estan en buenas condiciones, fueron comprimidos y
suavizados antes de su instalacion, y se mantuvieron sumergidos en aceite; o en su defecto
son nuevos]]
En el manual de especificaciones, viene la cantidad de vueltas que se deben aplicar en cada
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tipo de motor, pero la pretencion de centrar el recorrido del buzo sera siempre la misma.
Hasta aqui; hemos tratado, los sistemas que empujan, las valvulas, haciendo uso de un valv
lifter [buzo], y balancin; Ahora ocupemonos de otro sistema:
En los motores actuales es muy comun el uso, de doble arbol de levas sobre la cabeza; que
no usan balancines.
Este tipo de cabeza da la impresion de usar valv lifter, o buzos;pero no siempre es asi.
En estos casos los resortes, estan cubiertos por un componente que llamaremos "copa o
cubo"; Este componente puede ser del tipo solido o hidraulico.
El tipo solido; Mostrado mas abajo ocupa un espaciador , llamado shim. Para hacerle un
trabajo de asientos de valvulas [machine shop] a este tipo de cabeza, se requiere bastante
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paciencia, debido a que debe calibrarse el contacto; espaciador [disco,shim]/arbol de levas.
Esto significa, que si usted por alguna razon remueve el arbol de levas de su ubicacion y
retira estos espaciadores [shims]en forma desordenada; se metera en un problema debido a
la confusion, y al trabajo que tendra que hacer para reponerlos dentro de las
especificaciones que estos requieren.
El arbol de levas esta montado en sus asientos, y al mismo tiempo se mantiene en contacto
con el espaciador [disco, shim], que cubre la copa y conjunto de resorte con vastago de
valvula.
En los casos, que el componente sea hidraulico, el problema se limita a lubricacion; y aldesgaste de los componentes
Aqui tenemos la ilustracion de un componente, que podriamos llamarlo "copa o cubo"
[valve tappets], esta copa se instala cubriendo el conjunto resorte valvula; Su estructura es
solida, y lleva acoplado un disco [shim] movible y reemplazable por otra de mayor o menor
grosor, de acuerdo a las especificaciones de ajuste que requiera, el contacto arbol de
levas/valvula. Mostramos la misma copa, en diferentes angulos; no esta demas decirlo que
internamente traen un revestimiento, parecido al teflon, esto ayuda a soportar el calor
manteniendose lubricado el contaco con el resorte.
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Para ilustrar, aqui tenemos, el arbol de levas, del tipo mencionado en el parrafo
anterior.aqui no hace falta un balancin, debido a que el arbol de levas se mantiene en
contacto con el disco [shim], evitandose asi el tramite que representa el movimiento del
balancin.[observe la forma en que se usa el calibrador].
Ahora en esta imagen:
mostramos, el componente de tipo solido; la copa y el disco [ shim] espaciador. En
principio se ve facil medir y seguir las indicaciones de ajuste
Tambien mostramos la herramienta llamada micrometro, que sirve para medir el espesor;asi
tendra la conviccion de reponer un disco [shim], que se ajuste a las necesidades de
especificacion
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La mayoria de automoviles grandes fabricados en "estados unidos" tienen valvula en la
cabeza accionadas por varillas de valvulas. Estos motores tambien traen alzavalvulas
hidraulicos, que no necesitan ajusteSin enbargo muchos automoviles de 4 y 6 cilindros en linea tienen valvulas en la cabeza
con alzavalvulas mecanicos que requieren ajuste periodico. Los balancines en estos motores
estan montados en flechas o ejes atornillados a la cabeza,o en birlos individuales. Los
motores de algunos vehiculos europeos y orientales traen una combinacion de flecha o eje
del balancines; y arbol de levas en la cabeza; y por tanto no ocupan varillas de valvulas.
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Este sistema es tipico; solo requiere tener las valvulas de cada piston en posicion de
encendido y proceder al ajuste, utilizando para ello el tornillo de cierre y contratuerca.
Observe, que se trata de un motor, que trae varillas alzavalvulas del tipo mecanico.
aca otro ejemplo:
Aqui tenemos otro ejemplo para variar; en este caso, el tornillo de ajuste descanza en el
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vastago de la valvula, trae arbol de levas en la cabeza; por lo tanto la hoja de calibracion se
coloca entre el vastago de la valvula, y el tornillo de ajuste
Aqui podemos ver un sistema con doble eje de balancines, que funcionan en base a larotacion del arbol de levas que se encuentra en el centro,y a lo largo de la cabeza.
En este caso, la calibracion es obvia, solo se trata de colocar la hoja de calibracion , entre el
vastago de la valvula; y tornillo de ajuste. Hacer el ajuste girando el tornillo y la contra
tuerca.
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Aqui mostramos otro sistema, en este caso no hay balancin, la hoja de calibracion se pasa
entre, la leva y el impulsor de cubo.Para hacer el ajuste se usa una llave hexagonal, para
mover el tornillo.
Para concluir; Las cabezas o culatas, llevadas a un taller especializado en rectificacion de
cabezas [culatas] o machine shop, son sometidas al siguiente trabajo.
Lavado y chequeo minucioso de la estructura de la cabeza, para descartar grietas o desgaste
excesivo de los conductos de agua.
Medicion y pruebas,de la superficie plana, para descartar, deformaciones; y confirmar que
se encuentra dentro de las especificaciones.
Medicion y rectificacion si fuera necesario del arbol de levas, y los asientos .[cuando se
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trate de una cabeza con arbol de levas integrado].SOHC DOHC
Revision e instalacion de guias, asientos, valvulas y resortes. ajustandolo a las medidas
especificas.[en esta parte del trabajo, se hacen las correcciones, en cuanto a la altura en la
que finalmente quedara la valvula, para coincidir con las medidas de tolerancia, de los valv
lifter [buzos], o discos [shims.]
La correciones mencionadas; en cuanto a la altura de la valvula; se hacen alterando el
desgaste del asiento, o rectificando el extremo del vastago de la valvula.
Lo que significa, que un simple trabajo de asientos de valvulas , no garantiza una
solucion. ESQUEMA DE PARTES .