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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 un motor superior . motor de válvulas .
Los fabricantes de automóviles utilizaron ampliamente los motores de cabeza plana a nivel internacional desde finales de la década de 1890 hasta mediados de la década de 1960 [3] , pero fueron reemplazados por motores con válvulas en cabeza y árboles de levas en cabeza más eficientes . Actualmente están experimentando un resurgimiento de los motores aeronáuticos de bajas revoluciones como el D-Motor . [4]
El engranaje de válvulas comprende un árbol de levas ubicado en la parte baja del bloque de cilindros que acciona las válvulas de asiento mediante taqués y varillas de empuje cortas (o, a veces, sin varillas de empuje). El sistema de cabeza plana elimina la necesidad de otros componentes del tren de válvulas , como largas varillas de empuje, balancines, válvulas en cabeza o árboles de levas en cabeza . [5] Las válvulas laterales suelen ser adyacentes y están ubicadas en un lado de los cilindros, aunque algunas cabezas planas emplean la variante menos común de " cabeza en T " de "flujo cruzado " . En un motor con cabeza en T, los gases de escape salen por el lado opuesto del cilindro a la válvula de admisión.
La cámara de combustión del motor de válvulas laterales no está encima del pistón (como en un motor OHV (válvulas en cabeza)) sino al lado, encima de las válvulas. La bujía puede estar situada sobre el pistón (como en un motor OHV) o encima de las válvulas; pero los diseños de aeronaves con dos tapones por cilindro pueden usar una o ambas posiciones. [6]
Se pueden utilizar "pistones emergentes" con cabezales compatibles para aumentar la relación de compresión y mejorar la forma de la cámara de combustión para evitar golpes . [7] Los pistones "emergentes" se llaman así porque, en el punto muerto superior , sobresalen por encima de la parte superior del bloque de cilindros.
Las ventajas de un motor de válvulas laterales 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 tren de válvulas complicado permite un motor compacto y 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 sólo para aplicaciones de alto rendimiento como aviones , automóviles de lujo , automóviles deportivos y algunas motocicletas . [ cita necesaria ]
En el punto muerto superior, el pistón se acerca mucho a la parte plana de la culata superior y la turbulencia resultante produce una excelente mezcla de combustible y aire. Una característica del diseño de 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. [ cita necesaria ]
Las principales desventajas de un motor de válvulas laterales son un flujo de gas deficiente, una forma deficiente de la cámara de combustión y una relación de compresión baja, todo lo cual da como resultado un motor de bajas revoluciones con baja potencia de salida [8] y baja eficiencia. [9] Debido a que los motores de válvulas laterales no queman el combustible de manera eficiente, sufren altas emisiones de hidrocarburos. [10]
Los motores de válvulas laterales sólo se pueden utilizar en motores que funcionan según el principio Otto . La forma de la cámara de combustión no es adecuada para motores diésel. [11]
En un motor de válvulas laterales, los gases de admisión y de escape siguen una ruta tortuosa, con baja eficiencia volumétrica o "mala respiración", entre otras cosas porque los gases de escape interfieren con la carga entrante. Debido a que el escape sigue un largo camino para salir del motor, el motor tiende a sobrecalentarse . (Nota: esto es cierto para los motores de cabeza plana tipo V, pero es un problema menor para los motores en línea que normalmente tienen los puertos de admisión y escape en el mismo lado del bloque del motor). Aunque un motor de válvulas laterales puede funcionar con seguridad a alta velocidad, su La eficiencia volumétrica se deteriora rápidamente, por lo que las producciones 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 mantenían altas velocidades prolongadas, pero los diseñadores que buscaban mayores potencias 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 en cabeza por cilindro. [12]
La cámara de combustión alargada del Flathead es propensa a la preignición (o "golpes") si se aumenta la relación de compresión, pero mejoras como el encendido por láser o el encendido mejorado por microondas podrían ayudar a prevenir los golpes. [13] 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 y aire mejora la combustión y ayuda a evitar los golpes. [14] [15] [16] [17]
Un avance en la tecnología de cabeza plana fue el resultado de la experimentación realizada en la década de 1920 por Sir Harry Ricardo , quien mejoró su eficiencia después de estudiar las características del flujo de gas de los motores de válvulas laterales. [18] [9] [ se necesita aclaración ]
La dificultad de diseñar un cabezal plano con una alta relación de compresión significa que la mayoría tiende a ser diseños de encendido por chispa, y los motores diésel de cabezal plano son prácticamente desconocidos.
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. [11] 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 necesaria ]
Los motores multicilíndricos de cabeza plana 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 V-16 de cabeza plana para sus autos de lujo Serie 90 entre 1938 y 1940. [19] 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 autos personalizados y hot rods de EE. UU ., todavía se ven ejemplos restaurados de los primeros V8 de cabeza plana de Ford. [1] [20]
La simplicidad, ligereza, compacidad y confiabilidad podrían parecer ideales para un motor de avión , pero debido a su baja eficiencia, los primeros motores de cabeza plana se consideraron inadecuados. Dos excepciones notables fueron el motor aeronáutico bicilíndrico opuesto American Aeronca E-107 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 flatheads modernos son el belga D-Motor flat-fours y flat-sixes . [21] Se trata de motores aeronáuticos extremadamente cuadrados y compactos con accionamiento directo a una hélice. [22] [23]
Los diseños de cabeza plana se han utilizado en varias de las primeras motocicletas de antes de la guerra, en particular las V-twin estadounidenses como Harley-Davidson e Indian , algunas individuales británicas, las gemelas planas BMW y sus copias rusas. [24] La Cleveland Motorcycle Manufacturing Company produjo un motor de motocicleta de cuatro cilindros en línea con cabeza en T en la década de 1920.
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 entre el pistón y la cámara de combustión. El mejor equilibrio ha sido objeto de debate durante más de 60 años. Actualmente, el enfoque más popular es utilizar un pistón emergente grande, pero con una 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 básicas recomendadas para el uso de gasolina de calle están entre 7,5 y 8:1 en motores de aspiración natural y entre 6,5 y 7,0:1 con un soplador.
Con la combustión mejorada con 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 pobreza de 19,3 a 24,1.
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.
Mecánicamente, los autos 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 transmitir el torque del V-16, en parte porque el motor más grande entregaba sus impulsos de manera tan suavemente.
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