Motor de cabeza plana - Flathead engine
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Un motor de cabeza plana , también conocido como motor de válvula lateral 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 un motor de válvulas en cabeza .
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 .
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 . 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" "cabeza en T" . 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 usar una o ambas posiciones.
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 . Los pistones "emergentes" se denominan así porque, en el punto muerto superior , sobresalen 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 de avión) 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 y baja eficiencia. Debido a que los motores de válvulas laterales no queman el combustible de manera eficiente, sufren altas emisiones de hidrocarburos.
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.
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). La eficiencia volumétrica se deteriora rápidamente, por lo que las salidas de alta potencia no son factibles a alta 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.
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. Las ranuras de turbulencia pueden aumentar el remolino dentro de la cámara de combustión, aumentando así el par, especialmente a bajas revoluciones. Una mejor mezcla de la carga de combustible / aire mejora la combustión y ayuda a prevenir los golpes.
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.
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. Los diseños de válvulas laterales siguen siendo comunes para muchos motores pequeños de un solo cilindro o de dos cilindros , como cortadoras de césped , rotatores , tractores de dos ruedas y otra maquinaria agrícola básica .
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 de cabeza plana V8 y el motor Ford Sidevalve . Cadillac produjo motores de cabeza plana V-16 para sus autos de lujo Serie 90 de 1938 a 1940. 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 los círculos de automóviles personalizados y hot rod de EE. UU ., Todavía se ven ejemplos restaurados de los primeros V8 de cabeza plana de Ford.
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 . Estos son motores aeronáuticos extremadamente sobrecuadrados y compactos con transmisión directa a una hélice.
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. 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
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