El motor de admisión / admisión sobre escape , o "IOE", conocido en Estados Unidos como F-head , es un motor de combustión interna de cuatro tiempos cuyo tren de válvulas comprende válvulas de admisión OHV dentro de la culata y válvulas laterales de escape dentro del bloque del motor. [1]
Los motores IOE se utilizaron ampliamente en las primeras motocicletas , inicialmente con la válvula de entrada operada por succión del motor en lugar de un tren de válvulas activado por leva. Cuando las válvulas de admisión operadas por succión alcanzaron sus límites a medida que aumentaban las velocidades del motor, los fabricantes modificaron los diseños agregando un tren de válvulas mecánico para la válvula de admisión. Algunos fabricantes de automóviles, incluidos Willys , Rolls-Royce y Humber, también fabricaron motores IOE tanto para automóviles como para vehículos militares. Rover fabricó motores de cuatro y seis cilindros en línea con una versión particularmente eficiente del sistema de inducción IOE.
Se han fabricado algunos diseños con el sistema de retroceso, escape sobre admisión (EOI), como el Ford Quadricycle de 1896.
Descripción
En un motor de cabeza F / IOE, el colector de admisión y sus válvulas están ubicados en la culata de cilindros por encima de los cilindros, y son operados por balancines que invierten el movimiento de las varillas de empuje para que las válvulas de admisión se abran hacia abajo en la cámara de combustión. El colector de escape y sus válvulas se encuentran al lado o como parte de los cilindros, en el bloque. [2] Las válvulas de escape están aproximadamente o exactamente paralelas a los pistones; sus caras apuntan hacia arriba y no son accionados por varillas de empuje separadas, sino por contacto con un árbol de levas a través del empujador o elevador de válvula y un vástago de válvula / varilla de empuje integrado. [ cita requerida ] Las válvulas se desplazaron hacia un lado, formando lo que parecía ser un bolsillo, lo que llevó al término "válvula de bolsillo" que se utiliza para los motores IOE. [3] Un motor de cabeza F combina características de motores de válvula en cabeza y de cabeza plana , la válvula de entrada opera a través de una varilla de empuje y un balancín y se abre hacia abajo como un motor de válvula en cabeza, mientras que la válvula de escape está desplazada del cilindro y se abre hacia arriba. mediante una varilla de empuje integrada / vástago de válvula accionado directamente por el árbol de levas, al igual que las válvulas de un motor de cabeza plana.
Origen
Los primeros diseños de IOE usaban válvulas de entrada atmosféricas que se mantenían cerradas con un resorte débil y se abrían por el diferencial de presión creado cuando el pistón bajaba en la carrera de entrada . [4] Esto funcionó bien con los primeros motores de baja velocidad y tenía la ventaja de ser muy simple y barato, pero el resorte débil no pudo cerrar la válvula lo suficientemente rápido a medida que aumentaba la velocidad del motor. Esto requirió resortes más fuertes, que a su vez requirieron acción mecánica directa para abrirse, ya que la presión atmosférica de 15 PSI limita la fuerza total disponible para crear un diferencial de presión, lo que significa que un resorte de 15 libras (6,8 kg) es el más fuerte que se puede usar. (a efectos prácticos, debería ser aún más ligero). Cuando se alcanzaron los límites de este sistema, se mejoró el diseño sin cambios sustanciales en la fundición del cabezal al agregar un sistema mecánico para abrir las válvulas de entrada y resortes más fuertes para cerrarlas. [5] En ambos casos, las válvulas de escape estaban en el bloque y se abrieron por contacto con un árbol de levas a través de un empujador o elevador de válvulas y cerradas por resortes. [4]
Ventajas y desventajas
El diseño IOE permite el uso de válvulas más grandes que un motor de válvula lateral (o cabezal en L) o de válvula superior . [2] Sus ventajas sobre la válvula lateral / cabeza plana también incluyen una cámara de combustión compacta, una bujía bien ubicada y un efecto de enfriamiento del remolino de mezcla, [6] junto con un mejor flujo de mezcla de admisión. [ cita requerida ] Las desventajas incluyen una cámara de combustión de forma más compleja que la de un motor de válvula en cabeza, que afecta las tasas de combustión y puede crear puntos calientes en la cabeza del pistón, y una ubicación inferior de la válvula, lo que dificulta la limpieza eficiente. Debido a las complicaciones adicionales de los balancines y las varillas de empuje, también es más complejo y costoso de fabricar que un motor de válvula lateral, además de ser físicamente más grande debido a que los balancines se colocan sobre la culata y requiere una válvula de entrada y puertos en la culata, mientras que el cilindro de un motor de válvula lateral es simplemente un cilindro de extremo cerrado.
Motores Rover IOE
Rover utilizó una forma más avanzada de motor IOE. Fue diseñado por Jack Swaine a mediados de la década de 1940 y estuvo en producción desde 1948 hasta principios de la década de 1990. [7] A diferencia del IOE de cabezal F convencional, este tenía una cámara de combustión eficiente diseñada para una buena combustión, en lugar de una fabricación simple. [8] La superficie superior del bloque se mecanizó en ángulo, con las coronas de los pistones en ángulo en un "techo inclinado" para que coincida. En TDC, el pistón casi tocó la válvula de entrada en ángulo y proporcionó un buen " aplastamiento " a la cámara de combustión, desplazada hacia un lado por medio diámetro de cilindro. [8] La forma de la cámara de combustión resultante era un hemisferio casi ideal, aunque invertido e inclinado desde el diseño habitual de " hemi-cabeza ". [8] La bujía estaba montada en el centro y esto, [6] junto con la turbulencia generada por el aplastamiento, [8] proporcionaba una trayectoria de llama corta. [6] La delgadez de la capa de gas entre el pistón y la válvula de entrada era tan limitada que reducía el riesgo de detonación con combustible deficiente, un factor que lo mantuvo en servicio con Land Rover durante tanto tiempo. [ Cita requerida ] A finales de la década de 1940 y principios de 1950, cuando la única disponible era la gasolina de bajo octanaje 'pool' de gasolina también permitió Rover para ejecutar relaciones de compresión más altas que muchos competidores con el más habitual lado- o diseños de válvulas a la cabeza. [7]
La disposición inusual de la cámara de combustión con sus válvulas en ángulo también condujo a un tren de válvulas inusual. El árbol de levas montado en bloque opera pequeños balancines en forma de cuña, uno para cada válvula. En los primeros modelos, el árbol de levas actúa sobre una simple almohadilla en el balancín, pero para los modelos posteriores, esta almohadilla fue reemplazada por un seguidor de rodillo. Los balancines de escape actúan directamente sobre las válvulas, mientras que los balancines de entrada actúan sobre las varillas de empuje que van hasta un segundo conjunto de balancines planos más largos que operan las válvulas de entrada. El motor Rover, como muchos diseños británicos de la década de 1940 y anteriores, era un motor de pequeño calibre y carrera larga (bajo cuadrado ) para mantener la clasificación de caballos de fuerza fiscal RAC lo más baja posible, manteniendo así el impuesto de circulación lo más bajo posible. [ cita requerida ] El diseño IOE permitió a Rover usar válvulas más grandes de lo que normalmente sería posible en un motor de diámetro pequeño, lo que permite una mejor respiración y un mejor rendimiento. [6]
La familia de motores Rover IOE abarcó motores de 4 rectos (1,6 y 2,0 litros) y 6 rectos (2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,6 y 3,0 litros) y propulsó gran parte de los motores posteriores a la producción de la compañía. gama de guerra en la forma de los modelos P3 , P4 y P5 . También se utilizaron versiones adaptadas de los motores 1.6 y 2.0 IOE en la primera versión del Land Rover. Las potencias oscilaron entre 50 CV (Land Rover 1.6) y 134 CV ( P5 MkII y III de 3 litros). El motor IOE 2.6 de 6 cilindros tuvo una carrera particularmente larga. Después de ser utilizado en las berlinas Rover P4 , se agregó a los modelos Land Rover de batalla larga a partir de 1963 en los modelos 2A Forward Control, luego en 1967 en el 109 "con capó, [9] y siguió siendo un accesorio opcional hasta 1980 cuando fue reemplazado. por el Rover V8 .
Culata Packard similar
La forma de la cámara de combustión como una "semiculata invertida", junto con la junta de la culata en ángulo y las coronas de pistón de techo inclinado, se había utilizado anteriormente en el motor Packard V12 de 1930 diseñado por Van Ranst , aunque en este caso las válvulas estaban tanto en el bloque como válvulas laterales y la bujía estaba mal colocada en el extremo de la cámara de combustión. [10]
Otros usuarios
- Motocicletas
El diseño del tren de válvulas IOE se utilizó ampliamente en las primeras motocicletas estadounidenses, principalmente basado en un diseño francés de De Dion-Bouton . [11] Harley-Davidson usó motores IOE con válvulas de admisión atmosféricas hasta 1912, [12] y con válvulas de admisión accionadas mecánicamente desde 1911 hasta 1929. [13] Indian usó trenes de válvulas IOE en todas sus motos de cuatro cilindros, excepto en las construidas en 1936. y 1937. [14] [15] Otros fabricantes de motocicletas estadounidenses que utilizaron motores IOE fueron Excelsior , Henderson y Ace . [dieciséis]
- Automóviles
Hudson usó un motor IOE de cuatro en línea en su línea de automóviles Essex desde 1919 hasta 1923 [17] y un motor IOE de seis cilindros en línea en su línea Hudson de automóviles desde 1927 hasta 1929. [18]
En Europa, en el mismo período, Humber Limited de Coventry, Inglaterra, produjo una gama completa de automóviles con motores IOE; sin embargo, estos se eliminaron gradualmente a fines de la década de 1920 en favor de modelos que usaban motores de cabeza L más baratos compartidos con Hillman.
Después de la Segunda Guerra Mundial Willys , y su sucesor Kaiser-Jeep , utilizaron variantes del motor Willys Hurricane de 1950 a 1971. [19]
Rolls-Royce usó un motor IOE de seis cilindros en línea originalmente diseñado inmediatamente antes de la Segunda Guerra Mundial en su Silver Wraith de posguerra . [20] [21] De este motor Rolls-Royce derivó los motores de la serie B para vehículos de combate del ejército británico que fueron producidos en versiones de cuatro, seis y ocho cilindros (B40, B60 y B80) por Rolls-Royce (y en el caso del B40 utilizado en el Austin Champ por Morris Motors) para vehículos militares, artefactos contra incendios e incluso autobuses. Un desarrollo más avanzado para automóviles de pasajeros de carrera más corta, el motor FB60, un motor IOE de seis cilindros en línea que desplaza 3909 cc y produce 175, fue utilizado por BMC en la berlina R Vanden Plas Princess de 4 litros . [22] Se fabricaron más de 6000 de estos coches. [ cita requerida ]
Escape sobre ingesta (EOI)
Algunos motores se han fabricado con la configuración inversa, con la válvula de escape en la culata y la válvula de admisión en el bloque. El ABC Skootamota comenzó la producción con un motor de esta configuración, [23] [24] pero se cambió a un motor de válvulas en cabeza antes de que terminara la producción. [23]
En 1936 y 1937, el Indian Four tenía las posiciones de las válvulas invertidas, con la válvula de escape en la cabeza y la válvula de entrada en el bloque. En teoría, esto mejoraría la vaporización del combustible y, en realidad, el motor era más potente. Sin embargo, el nuevo sistema calentó mucho la culata. El varillaje de la válvula de escape requería un ajuste frecuente. El diseño volvió a la configuración original de la IOE en 1938. [14] [15]
Ver también
- Cronología del motor Harley-Davidson
Referencias
- ^ VAW Hillier: Fundamentos de la tecnología de vehículos de motor , cuarta edición, Standly Thornes, Cheltenham 1991, ISBN 9780748705313 , p. 39 + 40
- ^ a b Nunney, MJ (2007) [1988]. "1 El motor de gasolina de pistones alternativos" . Tecnología de vehículos ligeros y pesados (Cuarta ed.). Oxford, Reino Unido: Elsevier. pag. 48. ISBN 978-0-7506-8037-0. Consultado el 9 de enero de 2013 .
La principal ventaja de este tipo de diseño era que se podían usar válvulas de admisión más grandes, pero al ser más pesadas, también imponían limitaciones a la velocidad máxima permitida del motor.
- ^ Girdler, Allan; Hussey, Ron (2003). "Capítulo 1: 1909 Modelo 5 - El que funcionó". Harley-Davidson: la motocicleta estadounidense . Motorbooks Classic. Fotografías de Ron Hussey. MotorBooks International. págs. 13-16. ISBN 978-0-7603-1651-1.
La válvula de escape estaba debajo de la válvula de admisión, por lo que el diseño se denominó admisión sobre escape, o IOE. Las válvulas estaban a un lado del orificio del cilindro, por lo que el mismo diseño se llamó válvula de bolsillo. De una manera poética, el tren de válvulas forma una especie de forma de F, especialmente más tarde con una varilla de empuje y un balancín, por lo que el sistema se conoce como la cabeza F.
- ^ a b Wilson, Hugo (1993). "Glosario". El libro de motos definitivo . Fotografía de Dave King. Londres: Dorling Kindersley. pag. 188. ISBN 0-7513-0043-8.
Entrada
IOE sobre escape. Disposición de la válvula en la que la válvula de entrada se coloca directamente sobre la válvula de escape (lateral). Común en los primeros motores, un desarrollo de los motores de válvulas atmosféricas.
- ^ Girdler, Allan; Hussey, Ron (2003). "Capítulo 2: 1909 Modelo 5D - El primer V-Twin". Harley-Davidson: la motocicleta estadounidense . Motorbooks Classic. Fotografías de Ron Hussey. MotorBooks International. pag. 29. ISBN 978-0-7603-1651-1.
En 1911, el V-twin volvió a la producción, con la misma idea general, excepto que esta vez venía con un tensor de correa y con los lóbulos de leva, balancines y resortes adecuados para las válvulas de admisión.
- ^ a b c d Juez, Arthur W. (1983) [1972]. "Capítulo II El motor de gasolina y sus componentes" . Motores de automóviles . Manuales de motor. 1 (Primera edición india). Nueva Delhi, India: Publicaciones de BI. págs. 108-110 . Consultado el 9 de enero de 2013 .
- ^ a b Bobbit, Malcolm (11 de noviembre de 2002) [1994]. Rover P4 . Dorchester, Reino Unido: Veloce Publishing. págs. 23, 41–42. ISBN 978-1-903706-57-2. Consultado el 2 de enero de 2013 .
- ^ a b c d Ricardo, Harry R., señor (1953). El motor de combustión interna de alta velocidad (4ª ed.). Glasgow: Blackie. págs. 91–92.
- ^ Taylor, James (2010). Guía de especificaciones de Land Rover Series II y IIa . Ramsbury, Wiltshire: The Crowood Press. ISBN 978-1-84797-160-9.
- ^ Ludvigsen, Karl (2005). El motor V12 . Sparkford, Yeovil: Haynes Publishing. pag. 114. ISBN 1-84425-004-0.
- ^ Girdler, Allan (marzo de 1996). Edwards, David (ed.). "El misterio de Miller". Mundo del ciclo . Revistas Hachette Filipacchi . 35 (3): 54 58. ISSN 0011-4286 .
Este fue el diseño que DeDion usó en Francia, que fue importado a los Estados Unidos y adaptado por Harley e Indian y muchos otros.
- ^ Rafferty, Tod (2001). "Capítulo uno: El comienzo". Harley Davidson completa: una historia modelo por modelo de la motocicleta estadounidense . MBI Publishing. pag. 21. ISBN 0-7603-0326-6.
- ^ Hatfield, Jerry (23 de octubre de 2004) [2002]. "La era de Flathead" . En Darwin Holmstrom (ed.). El siglo de Harley-Davidson . St. Paul, MN Estados Unidos: MotorBooks International. pag. 56. ISBN 0-7603-2073-X. Consultado el 2 de enero de 2013 .
Para la temporada de 1930, Harley-Davidson reemplazó el último de los motores de cabeza F con un diseño de cabeza plana de 1.200 cc (74 pulgadas cúbicas).
- ^ a b "1936 Indian" Upside-Down "Four" . Museo del Salón de la Fama de la Motocicleta . Asociación Estadounidense de Motociclistas. 2010. Archivado desde el original el 11 de enero de 2011 . Consultado el 13 de enero de 2013 .
Una configuración de doble carburador, ofrecida en 1937, no ayudó, y en 1938, el Four "invertido" fue descontinuado, reemplazado por un nuevo diseño "derecho hacia arriba".
- ^ a b Greg, Harrison, ed. (Agosto de 1991). "Clásicos: Modelo indio de 1937 437". Motociclista estadounidense . Westerville, Ohio, EE.UU .: Asociación Estadounidense de Motociclistas. 45 (8): 71. ISSN 0277-9358 .
- ^ Wilson, Hugo (1995). "La AZ de las motos" . La enciclopedia de la motocicleta . Londres: Dorling Kindersley . págs. 11, 58–59, 78. ISBN 0-7513-0206-6.
- ^ Hyde, Charles K. (15 de noviembre de 2009). "Cinco: la fundación de la Hudson Motor Car Company y la era Roy D. Chapin, 1909-1936" . Fabricantes de automóviles independientes con historia: Nash, Hudson y American Motors . Detroit, MI EE.UU .: Wayne State University Press. págs. 119-121. ISBN 978-0-8143-3446-1. Consultado el 2 de enero de 2013 .
El motor era un diseño en línea de cuatro cilindros en F, con válvulas de admisión y válvulas de escape en el bloque del motor.
- ^ Hyde, Charles K. (15 de noviembre de 2009). "Cinco: la fundación de la Hudson Motor Car Company y la era Roy D. Chapin, 1909-1936" . Fabricantes de automóviles independientes con historia: Nash, Hudson y American Motors . Detroit, MI EE.UU .: Wayne State University Press. págs. 124-125. ISBN 978-0-8143-3446-1. Consultado el 2 de enero de 2013 .
Para 1927, Hudson reemplazó su Seis en línea con cabezal en L (289 CID y 76 caballos de fuerza de freno) con un nuevo Seis en línea con cabezal en F, también con 289 CID, pero que genera 92 caballos de fuerza de freno.
- ^ Allen, Jim (15 de octubre de 2007) [2007]. "Capítulo 10 GO POWER Rendimiento del motor" . Manual de rendimiento de Jeep 4x4 . Serie de Talleres de Motorbooks. 242 (Segunda ed.). St. Paul, Minnesota, Estados Unidos: MBI Publishing. pag. 193. ISBN 978-0-7603-2687-9. Consultado el 1 de enero de 2013 .
1950-1971 F134 "Hurricane" Cabeza de cuatro cilindros en F
- ^ "Museo del motor Atwell-Wilson - Rolls-Royce Silver Wraith 1" . Museo del motor Atwell-Wilson . 2008. Archivado desde el original el 5 de febrero de 2010 . Consultado el 14 de enero de 2011 .
- ^ "113: 1954 Rolls-Royce Silver Wraith 4½ litros Touring Limousine CLW26" . Bonhams.com (catálogo de subastas). Bonhams . 2007-05-21 . Consultado el 8 de enero de 2013 .
Solo las dimensiones de diámetro y carrera se compartieron con el motor Wraith de válvulas en cabeza de antes de la guerra, la principal ventaja de este diseño de 'cabeza F' son sus válvulas grandes y sus generosos encamisados de agua alrededor de los asientos de las válvulas.
- ^ "Prueba de carretera Autocar 1989 - Vanden Plas Princess 4 litros R 3.909 cc". Autocar : 406–410. 28 de agosto de 1964.
- ^ a b Wilson, Hugo (1995). "La AZ de las motos" . La enciclopedia de la motocicleta . Londres: Dorling Kindersley. pag. 170 . ISBN 0-7513-0206-6.
- ^ Wilson, Hugo (1995). "El Directorio de Motocicletas" . La enciclopedia de la motocicleta . Londres: Dorling Kindersley. pag. 212 . ISBN 0-7513-0206-6.