Motor de cabeza plana

Un tipo de motor de cuatro tiempos

Un motor de válvula lateral de cabeza en T de flujo cruzado

La disposición habitual de cabeza en L

Se pueden usar pistones emergentes para aumentar la relación de compresión

Flathead con la cabeza turbulenta de Ricardo

Un motor de cabeza plana , también conocido como motor de válvula lateral ^{[1] [2]} o motor de válvula en bloque es un motor de combustión interna con sus válvulas de asiento contenidas dentro del bloque del motor , en lugar de en la culata , como en una válvula en cabeza. motor .

Las cabezas planas fueron ampliamente utilizadas internacionalmente por los fabricantes de automóviles desde finales de la década de 1890 hasta mediados de la década de 1950, pero fueron reemplazadas por motores de válvulas y árboles de levas en cabeza más eficientes . Actualmente están experimentando un resurgimiento en los motores aeronáuticos de bajas revoluciones como el D-Motor . ^[3]

El diseño de válvula lateral

El engranaje de la válvula comprende un árbol de levas ubicado en la parte baja del bloque de cilindros que opera las válvulas de asiento mediante empujadores y varillas de empuje cortas (o, a veces, sin varillas de empuje). El sistema de cabeza plana evita la necesidad de otros componentes del tren de válvulas , como varillas de empuje largas, balancines, válvulas en cabeza o árboles de levas en cabeza . ^[4] Las válvulas laterales son típicamente adyacentes, ubicadas en un lado del cilindro (s), aunque algunas cabezas planas emplean la variante menos común de "flujo cruzado" "T-head" . En un motor de cabeza en T, los gases de escape salen del lado opuesto del cilindro desde la válvula de admisión.

La cámara de combustión del motor de válvulas laterales no está por encima del pistón (como en un motor OHV (válvula en cabeza)) sino al lado, por encima de las válvulas. La bujía puede ubicarse sobre el pistón (como en un motor OHV) o sobre las válvulas; pero los diseños de aeronaves con dos tapones por cilindro pueden utilizar una o ambas posiciones. ^[5]

Se pueden usar "pistones emergentes" con cabezales compatibles para aumentar la relación de compresión y mejorar la forma de la cámara de combustión para evitar golpes . ^{[6] Los} pistones "emergentes" se denominan así porque, en el punto muerto superior , sobresalen por encima de la parte superior del bloque de cilindros.

Ventajas

Las ventajas de un motor de válvula lateral incluyen: simplicidad, confiabilidad, bajo número de piezas, bajo costo, bajo peso, compacidad, potencia sensible a baja velocidad, bajo ruido mecánico del motor e insensibilidad al combustible de bajo octanaje. La ausencia de un complicado tren de válvulas permite un motor compacto que es barato de fabricar, ya que la culata puede ser poco más que una simple fundición de metal. Estas ventajas explican por qué los motores de válvulas laterales se utilizaron para automóviles de pasajeros durante muchos años, mientras que los diseños OHV llegaron a especificarse solo para aplicaciones de alto rendimiento como aviones , automóviles de lujo , automóviles deportivos y algunas motocicletas .

En el punto muerto superior, el pistón se acerca mucho a la parte plana de la culata de cilindros de arriba, y la turbulencia de aplastamiento resultante produce una excelente mezcla de aire y combustible. Una característica del diseño de la válvula lateral (particularmente beneficiosa para un motor aeronáutico) es que si una válvula se atasca en su guía y permanece parcialmente abierta, el pistón no se dañará y el motor continuará funcionando de manera segura en sus otros cilindros.

Desventajas

Las principales desventajas de un motor de válvula lateral son un flujo de gas deficiente, una forma de cámara de combustión deficiente y una relación de compresión baja, todo lo cual da como resultado un motor de bajas revoluciones con baja potencia de salida ^[7] y baja eficiencia. ^[8] Debido a que los motores de válvulas laterales no queman el combustible de manera eficiente, sufren altas emisiones de hidrocarburos. ^[9]

Los motores de válvulas laterales solo se pueden utilizar para motores que funcionen según el principio de Otto. La forma de la cámara de combustión no es adecuada para motores diésel. ^[10]

En un motor de válvula lateral, los gases de admisión y escape siguen una ruta tortuosa, con baja eficiencia volumétrica o "respiración deficiente", entre otras cosas porque los gases de escape interfieren con la carga entrante. Debido a que el escape sigue un camino largo para salir del motor, existe una tendencia a que el motor se sobrecaliente . (Nota: esto es cierto para los motores de cabeza plana tipo V, pero menos problemático para los motores en línea que normalmente tienen los puertos de admisión y escape en el mismo lado del bloque del motor). eficiencia volumétricase deteriora rápidamente, por lo que las salidas de alta potencia no son factibles a gran velocidad. La alta eficiencia volumétrica era menos importante para los primeros automóviles porque sus motores rara vez sostenían altas velocidades extendidas, pero los diseñadores que buscaban salidas de potencia más altas tuvieron que abandonar la válvula lateral. Un compromiso utilizado por Willys Jeep , Rover , Landrover y Rolls-Royce en la década de 1950 fue la válvula "F-head" (o válvula de "admisión sobre escape"), que tiene una válvula lateral y una válvula superior por cilindro. ^[11]

La cámara de combustión alargada del cabezal plano es propensa a preignición (o "detonación") si se aumenta la relación de compresión, pero las mejoras como el encendido por láser o la ignición mejorada por microondas podrían ayudar a prevenir las detonaciones. ^{[12] Las} ranuras de turbulencia pueden aumentar el remolino dentro de la cámara de combustión, aumentando así el par, especialmente a bajas rpm. Una mejor mezcla de la carga de combustible / aire mejora la combustión y ayuda a prevenir los golpes. ^{[13] [14] [15] [16]}

Un avance en la tecnología de cabeza plana resultó de la experimentación en la década de 1920 por Sir Harry Ricardo , quien mejoró su eficiencia después de estudiar las características de flujo de gas de los motores de válvulas laterales. ^{[17] [8] [ aclaración necesaria ]}

La dificultad de diseñar una cabeza plana de alta relación de compresión significa que la mayoría tienden a ser diseños de encendido por chispa, y los motores diesel de cabeza plana son prácticamente desconocidos.

Historia y aplicaciones

La disposición de válvulas laterales era especialmente común en los Estados Unidos y se usaba para motores de vehículos de motor, incluso para motores con alta potencia específica. ^{[10] Los} diseños de válvulas laterales siguen siendo comunes para muchos motores pequeños de un solo cilindro o de dos cilindros , como cortadoras de césped , rotocultivadores , tractores de dos ruedas y otra maquinaria agrícola básica . ^{[ cita requerida ]}

Coches de cabeza plana

Los motores de cabeza plana de varios cilindros se utilizaron para automóviles como el Ford Modelo T y el Ford Modelo A , el motor Ford V8 de cabeza plana y el motor Ford Sidevalve . Cadillac produjo motores de cabeza plana V-16 para sus autos de lujo Serie 90 de 1938 a 1940. ^[18] Después de la Segunda Guerra Mundial , los diseños de cabeza plana comenzaron a ser reemplazados por diseños OHV (válvulas en cabeza). Los Flatheads ya no eran comunes en los automóviles , pero continuaron en vehículos más rudimentarios, como los jeeps militares todoterreno . En coche personalizado y hot rod de EE. UU.círculos, todavía se ven ejemplos restaurados de los primeros V8 Ford de cabeza plana. ^{[1] [19]}

Motores aeronáuticos de cabeza plana

La simplicidad, ligereza, compacidad y fiabilidad pueden parecer ideales para un motor aeronáutico , pero debido a su baja eficiencia, los primeros motores de cabeza plana se consideraron inadecuados. Dos notables excepciones fueron el motor aeronáutico doble opuesto Aeronca E-107 estadounidense de 1930 y el Continental A40 flat four de 1931, que se convirtió en uno de los motores de avión ligero más populares de la década de 1930. Dos cabezas planas modernas son el motor D belga de cuatro cilindros y seis cilindros planos . ^[20] Estos son motores aeronáuticos extremadamente sobrecuadrados y compactos con transmisión directa a una hélice. ^{[21] [22]}

Motocicletas de cabeza plana

Artículo principal: motocicletas de cabeza plana

Los diseños de cabeza plana se han utilizado en una serie de motocicletas de antes de la guerra, en particular V-twin estadounidenses como Harley-Davidson e Indian , algunos sencillos británicos, gemelos planos BMW y copias rusas de los mismos. ^[23] La Cleveland Motorcycle Manufacturing Company produjo un motor de motocicleta de cuatro cilindros en línea con cabeza en T en la década de 1920.

• Bloque de motor de cabeza plana Cadillac de 1915

• Cabeza plana Harley-Davidson

• Jefe indio Black Hawk

• BMW R12

• Cleveland Modelo 4-45

Ver también

• Cabeza de garza

Notas

1. American Rodder , 6/94, págs. 45 y 93.
2. (Como la sección transversal del cilindro tiene la forma de una L invertida, también se utilizan otros nombres como "bloque en L" o "cabezal en L")
3. "Imagen del motor D" . Archivado desde el original el 25 de febrero de 2018 . Consultado el 29 de abril de 2018 .
4. Una excepción es la Indian, que emplea balancines y varillas de empuje para transmitir el movimiento desde los lóbulos de la leva a los vástagos de las válvulas.
5. Los motores aeronáuticos de cabeza plana con motor D tienen ambos pugs por encima de las válvulas.
6. Davis, Marlan (29 de septiembre de 2006). "Ford Flathead V8 - La guía Flathead de la muerte" . Hotrod.com . Revista Hot Rod. Cámara de combustión . Consultado el 8 de abril de 2014 .Intentar recuperar la relación de compresión mediante el uso de pistones emergentes puede mejorar el flujo de aire siempre que se preste la atención adecuada al área de transferencia y a la interfaz general del pistón a la cámara de combustión. El mejor equilibrio ha sido objeto de debate durante más de 60 años. Actualmente, el enfoque más popular es ejecutar un pistón emergente grande, pero con un festón en el lado adyacente a las válvulas para mantener despejada el área de transferencia entre las válvulas y el orificio del cilindro. Las relaciones de compresión recomendadas para el uso de gas en la calle son entre 7.5–8: 1 en motores de aspiración natural y 6.5–7.0: 1 con un soplador.
7. "Una crítica del motor de válvula de cabeza plana o lateral" . 13 de julio de 2012 . Consultado el 22 de agosto de 2015 .
8. H. Kremser (autor): Der Aufbau schnellaufender Verbrennungskraftmaschinen, en Hans List (ed): Die Verbrennungskraftmaschine, volumen 11, Springer, Wien 1942, ISBN 978-3-7091-9755-4 , p. 50 
9. Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor. 8. Auflage, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-10901-1 , capítulo 10, p. 534 
10. Anton Pischinger (autor): Die Steuerung der Verbrennungskraftmaschinen, en Hans List (ed): Die Verbrennungskraftmaschine, volumen 9, Springer, Wien 1948, ISBN 978-3-211-80075-1 , p. 14 
11. Carretera y pista , en algún momento de la década de 1960
12. Ikeda, Yuji; Nishiyama, Atsushi; Kaneko, Masashi (5 a 8 de enero de 2009). Proceso de encendido mejorado por microondas para mezclas de combustible a presión elevada de 1 MPa (PDF) . 47a Reunión de Ciencias Aeroespaciales de la AIAA, que incluye el Foro New Horizons y la Exposición Aeroespacial. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. pag. 1. Archivado desde el original (PDF) el 25 de julio de 2014 . Consultado el 3 de julio de 2014 . Con la combustión mejorada por plasma, se formó un gran núcleo de llama y aumentó la velocidad de propagación de la llama. En el motor monocilíndrico, la estabilidad de la combustión mejoró y el encendido mejorado por microondas aumentó el límite de inclinación de 19,3 a 24,1.
13. Graeber, Charles (23 de septiembre de 2004). "Obsesión: búsqueda del Santo Grial del Sr. Singh" . Ciencia popular . Bonnier . Consultado el 3 de julio de 2014 . En noviembre de 2002, Singh recibió uno de esos permisos de un fabricante para probar su modificación en sus motores. El fabricante era Briggs and Stratton, y los motores eran dos válvulas laterales de 149 cc.
14. Pirangute, VG; NVMarathe (14 de enero de 2002). Rendimiento a todo gas (PDF) (Informe técnico). ARAI. PUS / 2407 / Garuda / 52 (d). Archivado desde el original (PDF) el 7 de octubre de 2016. El informe de prueba revela que el consumo de combustible y las temperaturas disminuyeron a baja velocidad del motor, mientras que el par aumentó.
15. amrelweekil (14 de septiembre de 2009). "Motor modificado por Somender Singh" . YouTube . Cabeza plana ranurada a las 1: 31–1: 38 . Consultado el 9 de abril de 2014 .
16. Patente de Estados Unidos 6237579  Somender Singh: "Diseño para mejorar la turbulencia en las cámaras de combustión"
17. El motor de combustión interna de Harry Ralph Ricardo, Blackie and Son Limited.
18. LaChance, David (febrero de 2007). "Reignmaker - 1939 Cadillac Series 39-90" . Noticias del motor de Hemmings . Revistas de negocios de la ciudad estadounidense . Consultado el 17 de noviembre de 2015 . Mecánicamente, los autos de la Serie 90 compartían los avances de la Serie 75. Se consideró que la transmisión manual de tres velocidades del auto V-8 estaba a la altura de la tarea de administrar el torque del V-16, en parte porque el motor más grande entregaba sus impulsos suavemente.
19. "Street Rodder, 1/85, p.72.
20. Aunque es muy pequeño y compacto, el D-Motor flat-six desplaza casi 4 litros.
21. "Kapelstraat 198 8540 Deerlijk - información reciente" . D-motor.eu. Archivado desde el original el 28 de marzo de 2012 . Consultado el 6 de diciembre de 2011 .
22. Tacke, Willi; Marino Boric; et al: World Directory of Light Aviation 2015-16 , páginas 256-257. Flying Pages Europe SARL, 2015. ISSN 1368-485X 
23. Por ejemplo, algunos Dnepr y Ural utilizaron diseños de cabeza plana que BMW había autorizado a los soviéticos.

enlaces externos

• Motor de cabeza plana Ford
• Imágenes de cada estilo de motor Harley-Davidson
• Motocicletas Harley-Davidson modelo K