El motor de admisión/entrada sobre escape , o "IOE", conocido en los EE. UU. 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 admisión operada por succión del motor en lugar de un tren de válvulas activado por levas. 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 sistema inverso, escape sobre admisión (EOI), como el Ford Quadricycle de 1896.
En un motor F-head/IOE, el colector de admisión y sus válvulas están ubicados en la culata sobre 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 están ubicados 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 operadas por varillas de empuje separadas, sino por contacto con un árbol de levas a través del taqué o elevador de válvula y un vástago de válvula/varilla de empuje integrado. [ cita requerida ] Las válvulas estaban desplazadas hacia un lado, formando lo que parecía ser un bolsillo, lo que llevó a que se usara el término "válvula de bolsillo" para los motores IOE. [3] Un motor con cabezal en F combina características de los motores de válvulas en cabeza y de cabezal plano , la válvula de admisión funciona a través de una varilla de empuje y un balancín y se abre hacia abajo como un motor de válvulas en cabeza, mientras que la válvula de escape está desplazada respecto del cilindro y se abre hacia arriba a través de una varilla de empuje/vástago de válvula integrados accionados directamente por el árbol de levas, de forma muy similar a las válvulas de un motor de cabezal plano.
Los primeros diseños de IOE usaban válvulas de admisión atmosféricas que se mantenían cerradas con un resorte débil y se abrían por la diferencia de presión creada cuando el pistón bajaba en la carrera de admisión . [4] Esto funcionaba bien con los primeros motores de baja velocidad y tenía el beneficio de ser muy simple y barato, pero el resorte débil no podía cerrar la válvula lo suficientemente rápido a medida que aumentaba la velocidad del motor. Esto requería resortes más fuertes, que a su vez requerían una acción mecánica directa para abrir, 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 límite teórico mientras que para fines prácticos, se usaban típicamente resortes más livianos. Cuando se alcanzaron los límites de este sistema, el diseño se mejoró sin cambios sustanciales en la fundición de la cabeza agregando un sistema mecánico para abrir las válvulas de admisión y resortes más fuertes para cerrarlas. [5] En ambos casos, las válvulas de escape estaban en el bloque y se abrían por contacto con un árbol de levas a través de un taqué o elevador de válvulas y se cerraban mediante resortes. [4]
El diseño IOE permite el uso de válvulas más grandes que un motor de válvulas laterales (o de cabezal en L) o de válvulas en cabeza . [2] Sus ventajas sobre el motor de válvulas laterales/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 válvulas en cabeza, lo 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 un barrido eficiente. Debido a las complicaciones añadidas de los balancines y las varillas de empuje, también es más complejo y costoso de fabricar que un motor de válvulas laterales, 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 válvulas laterales es simplemente un cilindro de extremo cerrado.
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 con cabezal en 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 estaba mecanizada en ángulo, con las coronas de los pistones en ángulo en un "techo inclinado" para que coincidiera. En el PMS, el pistón casi tocaba la válvula de entrada en ángulo y proporcionaba un buen " aplastamiento " a la propia cámara de combustión, desplazada hacia un lado por medio diámetro de cilindro. [8] La forma resultante de la cámara de combustión era un hemisferio casi ideal, aunque invertido e inclinado respecto del diseño habitual de " cabezal hemi ". [8] La bujía estaba montada centralmente y esto, [6] junto con la turbulencia generada por el aplastamiento, [8] proporcionaba un camino de llama corto. [6] La delgadez de la capa de gas entre el pistón y la válvula de admisión 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 fines de la década de 1940 y principios de la de 1950, cuando la única gasolina disponible era la gasolina de "pool" de bajo octanaje , también le permitió a Rover funcionar con relaciones de compresión más altas que muchos competidores con los diseños más habituales de válvulas laterales o en cabeza. [7]
La inusual disposición de la cámara de combustión con sus válvulas en ángulo también dio lugar a un tren de válvulas inusual. El árbol de levas montado en el bloque acciona 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 en los modelos posteriores esta almohadilla fue sustituida por un seguidor de rodillos. Los balancines de escape actúan directamente sobre las válvulas, mientras que los balancines de admisión actúan sobre varillas de empuje que van hasta un segundo conjunto de balancines planos más largos que accionan las válvulas de admisión. El motor Rover, como muchos diseños británicos de la década de 1940 y anteriores, era un motor de pequeño diámetro y carrera larga ( subcuadrado ) para mantener la potencia nominal del impuesto RAC lo más baja posible, manteniendo así el impuesto de circulación lo más bajo posible. [ cita requerida ] El diseño IOE permitió a Rover utilizar válvulas más grandes de lo que normalmente sería posible en un motor de pequeño diámetro, lo que permite una mejor respiración y un mejor rendimiento. [6]
La familia de motores Rover IOE comprendía motores de cuatro cilindros en línea (1,6 y 2,0 litros) y de seis cilindros en línea (2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,6 y 3,0 litros) y propulsaba gran parte de la gama de posguerra de la compañía en forma de los modelos P3 , P4 y P5 . También se utilizaron versiones adaptadas de los motores IOE 1,6 y 2,0 en las primeras versiones del Land Rover. Las potencias oscilaban entre los 50 CV (Land Rover 1.6) y los 134 CV ( P5 3 litros MkII y III). El motor IOE 2.6 de 6 cilindros tuvo una carrera especialmente larga. Después de usarse en los turismos Rover P4, se añadió 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 equipamiento opcional hasta 1980, cuando fue reemplazado por el Rover V8 .
La forma de la cámara de combustión como una "cabeza semiinvertida", junto con la junta de culata en ángulo y las coronas de pistón con techo inclinado, se habían utilizado anteriormente en el motor Packard V12 diseñado por Van Ranst en 1930 , aunque en este caso las válvulas estaban en el bloque como válvulas laterales y la bujía estaba mal colocada en el extremo de la cámara de combustión. [10]
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 utilizó motores IOE con válvulas de admisión atmosféricas hasta 1912, [12] y con válvulas de admisión accionadas mecánicamente desde 1911 hasta 1929. [13] Indian utilizó 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 . [16]
Hudson utilizó un motor IOE de cuatro cilindros en línea en su línea de automóviles Essex de 1919 a 1923 [17] y un motor IOE de seis cilindros en línea en su línea de automóviles Hudson de 1927 a 1929. [18]
En Europa, en el mismo período, Humber Limited de Coventry, Inglaterra, produjo una gama completa de automóviles con motores IOE, que sin embargo se eliminaron gradualmente a fines de la década de 1920 en favor de modelos que usaban motores L-head más económicos compartidos con Hillman.
Después de la Segunda Guerra Mundial, los Willys y su sucesor, el Kaiser-Jeep , utilizaron variantes del motor Willys Hurricane entre 1950 y 1971. [19]
Rolls-Royce utilizó un motor de seis cilindros en línea IOE diseñado originalmente inmediatamente antes de la Segunda Guerra Mundial en su Silver Wraith de posguerra . [20] [21] A partir de este motor, Rolls-Royce derivó los motores de la serie B para vehículos de combate del ejército británico que se produjeron en versiones de cuatro, seis y ocho cilindros (el B40, B60 y B80) por Rolls-Royce (y en el caso del B40 utilizado en el Austin Champ por Morris Motors) para vehículos militares, vehículos contra incendios e incluso autobuses. BMC utilizó un desarrollo de turismos de carrera más corta, el motor FB60, un motor IOE de seis cilindros en línea que desplaza 3909 cc y produce una potencia de 175 cc, en el sedán Vanden Plas Princess R de 4 litros . [22] Se fabricaron más de 6000 de estos coches. [ cita requerida ]
Algunos motores se han fabricado con la configuración inversa, con la válvula de escape ubicada 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, la posición de las válvulas del Indian Four se invirtió, con la válvula de escape en la culata y la válvula de admisión en el bloque. En teoría, esto mejoraría la vaporización del combustible y el motor sería más potente. Sin embargo, el nuevo sistema hacía que la culata se calentara mucho y la conexión de la válvula de escape requería ajustes frecuentes. El diseño volvió a la configuración original del IOE en 1938. [14] [15]
La principal ventaja de este tipo de diseño era que se podían utilizar válvulas de admisión más grandes, pero al ser más pesadas también imponían limitaciones a la velocidad máxima permitida del motor.
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 denominó "válvula de bolsillo". De manera poética, el tren de válvulas tiene una especie de forma de F, especialmente más adelante con una varilla de empuje y un balancín, por lo que el sistema se conoció como "cabeza en F".
IOE Entrada sobre escape. Disposición de válvulas en la que la válvula de entrada se coloca directamente sobre la válvula de escape (lateral). Común en los primeros motores, una evolución de los motores de válvulas atmosféricas.
el V-twin volvió a producirse, con la misma idea general excepto que esta vez venía con un tensor de correa y con lóbulos de leva adecuados, balancines y resortes para las válvulas de admisión.
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )Este fue el diseño que DeDion utilizó en Francia, que fue importado a los EE. UU. y adaptado por Harley e Indian y muchos otros.
Para la temporada de 1930, Harley-Davidson reemplazó el último de los motores F-head por un diseño de cabezal plano de 1200 cc (74 pulgadas cúbicas).
Una configuración de doble carburador, ofrecida en 1937, no ayudó y, en 1938, se discontinuó la Four "al revés", reemplazada por un nuevo diseño "derecho hacia arriba".
El motor era un diseño de cuatro cilindros en línea con cabezal en F, con válvulas de admisión en cabeza y válvulas de escape en el bloque del motor.
Para 1927, Hudson reemplazó su motor de seis cilindros en línea con cabezal en L (289 CID y 76 caballos de fuerza) por un nuevo motor de seis cilindros en línea con cabezal en F, también con 289 CID, pero que generaba 92 caballos de fuerza.
Motor F de cuatro cilindros "Hurricane" 1950–1971
Solo las dimensiones del diámetro y la carrera eran compartidas con el motor Wraith de válvulas en cabeza de antes de la guerra; la principal ventaja de este diseño en "F-head" eran sus válvulas grandes y la generosa camisa de agua alrededor de los asientos de las válvulas.