Válvula de manguito

La válvula de manguito es un tipo de mecanismo de válvula para motores de pistón , distinto de la válvula de asiento habitual . Los motores de válvula de manguito se utilizaron en varios automóviles de lujo anteriores a la Segunda Guerra Mundial y en los Estados Unidos en el automóvil y camión ligero Willys-Knight . Posteriormente cayeron en desuso debido a los avances en la tecnología de válvulas de asiento, incluida la refrigeración por sodio, y la tendencia del motor de doble manguito del sistema Knight a quemar mucho aceite lubricante o a agarrotarse debido a la falta de este. La empresa escocesa Argyll utilizó su propio sistema de manguito único (Burt-McCollum) mucho más simple y eficiente en sus automóviles, un sistema que, después de un extenso desarrollo, tuvo un uso sustancial en los motores de aviones británicos de la década de 1940, como el Napier Sabre , el Bristol Hercules , el Centaurus y el prometedor pero nunca producido en masa Rolls-Royce Crecy , solo para ser reemplazado por los motores a reacción.

Descripción

Una válvula de manguito tiene la forma de uno (o en el caso de las válvulas de doble manguito, dos) cilindros mecanizados que encajan concéntricamente entre el pistón y el orificio del bloque de cilindros de un motor de combustión interna que tiene inducción/escape de flujo cruzado. Estos manguitos tienen puertos de entrada y escape mecanizados en la periferia, de manera análoga a un motor de dos tiempos . Los puertos (aberturas) en la periferia de los manguitos se alinean con los puertos de entrada y escape del cilindro en las etapas apropiadas del ciclo del motor.

Tipos de válvulas de manguito

La primera válvula de manguito exitosa fue patentada por Charles Yale Knight , y utilizaba manguitos alternativos gemelos por cilindro. Se utilizó en algunos automóviles de lujo, en particular Willys , Stearns, Daimler , Mercedes-Benz , Minerva , Panhard , Peugeot y Avions Voisin . Mors adoptó motores de válvula de manguito doble fabricados por Minerva. El mayor consumo de aceite ^[1] se vio compensado con creces por el silencio de funcionamiento y los kilometrajes muy altos sin mantenimiento. Los primeros sistemas de válvulas de asiento requerían descarbonización a kilometrajes muy bajos y eran propensos a fallas en los resortes de válvula antes de los avances posteriores en la tecnología de resortes.

La válvula de manguito Burt-McCollum debe su nombre a los dos inventores que solicitaron patentes similares con unas pocas semanas de diferencia. El sistema Burt era de tipo manguito abierto, accionado desde el lado del cigüeñal, mientras que el diseño McCollum tenía un manguito en la cabeza y la parte superior del cilindro, y una disposición de puertos más compleja (Fuente: Revista 'Torque Meter', AEHS). El diseño que entró en producción era más 'Burt' que 'McCollum'. Fue utilizado por la empresa escocesa Argyll para sus automóviles, ^[2] y más tarde fue adoptado por Bristol para sus motores radiales de aviación y el Napier Sabre diseñado por Halford. Utilizaba un solo manguito accionado por un excéntrico desde un eje de sincronización ajustado a 90 grados con respecto al eje del cilindro. Mecánicamente más simple y más resistente, la válvula Burt-McCollum tenía la ventaja adicional de reducir el consumo de aceite (en comparación con otros diseños de válvulas de manguito), al tiempo que conservaba las cámaras de combustión y el área de puertos grande y despejada establecida en el sistema Knight .

Un pequeño número de diseños utilizaban un manguito de "manguito" en la culata en lugar del cilindro propiamente dicho, ^[3] lo que proporcionaba un diseño más "clásico" en comparación con los motores de válvulas de asiento tradicionales. Este diseño también tenía la ventaja de no tener el pistón dentro del manguito, aunque en la práctica esto parece haber tenido poco valor práctico. En el lado negativo, esta disposición limitaba el tamaño de los puertos al de la culata, mientras que los manguitos en el interior del cilindro podían tener puertos mucho más grandes.

Ventajas/desventajas

Ventajas

Las principales ventajas del motor de válvulas de manguito son:

Alta eficiencia volumétrica gracias a aberturas de puerto muy grandes. Sir Harry Ricardo también demostró una mejor eficiencia mecánica y térmica .
El tamaño de los puertos se puede controlar fácilmente. Esto es importante cuando un motor funciona en un amplio rango de RPM , ya que la velocidad a la que el gas puede entrar y salir del cilindro está definida por el tamaño del conducto que conduce al cilindro y varía según el cubo de las RPM. En otras palabras, a mayores RPM, el motor normalmente requiere puertos más grandes que permanezcan abiertos durante una mayor proporción del ciclo; esto es bastante fácil de lograr con válvulas de manguito, pero difícil en un sistema de válvulas de asiento.
Buen barrido de los gases de escape y remolino controlable de la mezcla de aire y combustible de admisión en diseños de una sola manga. Cuando se abren los puertos de admisión, se puede hacer que la mezcla de aire y combustible ingrese tangencialmente al cilindro. Esto ayuda al barrido cuando se utiliza una superposición de sincronización de escape y admisión y se requiere un amplio rango de velocidad, mientras que un barrido deficiente de los gases de escape con válvula de asiento puede diluir la admisión de la mezcla de aire y combustible fresco en mayor grado, al ser más dependiente de la velocidad (dependiendo principalmente del ajuste resonante del sistema de escape y admisión para separar las dos corrientes). Una mayor libertad en el diseño de la cámara de combustión (pocas restricciones aparte de la posición de la bujía) significa que el remolino de la mezcla de combustible y aire en el punto muerto superior (PMS) también se puede controlar mejor, lo que permite un mejor encendido y recorrido de la llama que, como demostró H. Ricardo, permite al menos una unidad adicional de relación de compresión antes de la detonación, en comparación con el motor con válvula de asiento.
La cámara de combustión formada con el manguito en la parte superior de su carrera es ideal para una combustión completa y sin detonaciones de la carga, ya que no tiene que lidiar con una forma de cámara comprometida y válvulas de escape (de asiento) calientes.
En el sistema de válvulas de manguito no intervienen resortes, por lo que la potencia necesaria para operar la válvula permanece prácticamente constante con las RPM del motor, lo que significa que el sistema se puede utilizar a velocidades muy altas sin penalizaciones por hacerlo. Un problema con los motores de alta velocidad que utilizan válvulas de asiento es que a medida que aumenta la velocidad del motor, también debe aumentar la velocidad a la que se mueve la válvula. Esto, a su vez, aumenta las cargas involucradas debido a la inercia de la válvula, que debe abrirse rápidamente, detenerse, luego invertir la dirección y cerrarse y detenerse nuevamente. Las válvulas de asiento grandes que permiten un buen flujo de aire tienen una masa considerable y requieren un resorte fuerte para superar su inercia al cerrarse. A velocidades más altas del motor, es posible que el resorte de la válvula no pueda cerrar la válvula de manera efectiva durante la cantidad requerida de rotación del cigüeñal antes del siguiente evento de apertura, lo que da como resultado que no se cierre por completo y/o permanezca cerrada. La vibración de frecuencia armónica producida a ciertas RPM también puede causar una resonancia con el resorte de la válvula de asiento, lo que reduce en gran medida su fuerza y su capacidad para mantener la válvula cerrada rápidamente y estar correctamente sincronizada con la masa recíproca (este fenómeno se puede contrarrestar mediante el uso de resortes de válvula duales, ya que el resorte secundario puede ayudar al primario a través del rango de rpm muy estrecho donde puede ocurrir dicha falla armónica, lo que permite que el motor continúe generando RPM). Estos efectos, llamados flotación de la válvula y/o rebote de la válvula, podrían provocar que la válvula sea golpeada por la parte superior del pistón ascendente. Además, los árboles de levas, las varillas de empuje y los balancines de válvula se pueden eliminar en un diseño de válvula de manguito, ya que las válvulas de manguito generalmente son impulsadas por un solo engranaje impulsado desde el cigüeñal. En un motor de avión, esto proporcionó reducciones deseables en peso y complejidad.
Longevidad, como se demostró en las primeras aplicaciones automotrices del motor Knight. Antes de la llegada de las gasolinas con plomo , los motores con válvulas de asiento normalmente requerían el pulido de las válvulas y los asientos de las válvulas después de 20.000 a 30.000 millas (32.000 a 48.000 km) de servicio. Las válvulas de manguito no sufrían el desgaste y la recesión causados por el impacto repetitivo de la válvula de asiento contra su asiento. Las válvulas de manguito también estaban sujetas a una acumulación de calor menos intensa que las válvulas de asiento, debido a su mayor área de contacto con otras superficies metálicas. En el motor Knight, la acumulación de carbono realmente ayudó a mejorar el sellado de los manguitos, y se dice que los motores "mejoran con el uso", en contraste con los motores con válvulas de asiento, que pierden compresión y potencia a medida que las válvulas, los vástagos de las válvulas y las guías se desgastan. Debido al movimiento continuo del manguito (tipo Burt-McCollum), se suprimen los puntos de alto desgaste relacionados con la mala lubricación en el TDC/BDC ( punto muerto inferior ) del recorrido del pistón dentro del cilindro, por lo que los anillos y los cilindros duran mucho más.
La culata no necesita albergar válvulas, lo que permite colocar la bujía en la mejor posición posible para un encendido eficiente de la mezcla de combustión. Para motores muy grandes, donde la velocidad de propagación de la llama limita tanto el tamaño como la velocidad, el remolino inducido por los puertos, como describe Harry Ricardo, puede ser una ventaja adicional. En su investigación con motores de encendido por compresión de válvulas de una sola camisa de dos tiempos, Harry Ricardo demostró que era posible utilizar una camisa abierta, que actuaba como un segundo pistón anular con un 10% del área del pistón central, que transmitía un 3% de la potencia al eje de salida a través del mecanismo de accionamiento de la camisa. Esto simplifica enormemente la construcción, ya que ya no se necesita la " cabeza de chatarra ".
Temperaturas de funcionamiento más bajas de todas las piezas del motor conectadas a la red eléctrica, cilindros y pistones. Harry Ricardo demostró que, siempre que la holgura entre el manguito y el cilindro esté adecuadamente ajustada y la película de aceite lubricante sea lo suficientemente fina, los manguitos son "transparentes al calor".
En Estados Unidos, Continental realizó una amplia investigación sobre motores de válvulas de una sola manga, señalando que, con el tiempo, eran más baratos y fáciles de producir. Sin embargo, sus motores de aviación pronto igualaron el rendimiento de los motores de válvulas de una sola manga al introducir mejoras como las válvulas de asiento refrigeradas por sodio, y parece también que los costos de esta investigación, junto con la crisis de octubre de 1929, llevaron a que los motores de válvulas de una sola manga de Continental no entraran en producción en masa. Un libro sobre motores Continental informa que General Motors había realizado pruebas con motores de válvulas de una sola manga, rechazando este tipo de disposición, ^[4] y, según M. Hewland ( Car & Driver , julio de 1974), también Ford alrededor de 1959. ^[5]^{[ cita completa requerida ]} .

La mayoría de estas ventajas fueron evaluadas y establecidas durante la década de 1920 por Roy Fedden y Harry Ricardo, posiblemente el mayor defensor del motor de válvulas de manguito. Reconoció que algunas de estas ventajas se erosionaron significativamente a medida que los combustibles mejoraron hasta y durante la Segunda Guerra Mundial y cuando se introdujeron válvulas de escape refrigeradas por sodio en los motores de aviación de alto rendimiento.

Desventajas

La válvula de manguito simple tenía una serie de desventajas:

Es difícil conseguir un sellado perfecto, incluso muy bueno. En un motor de válvulas de asiento, el pistón posee anillos de pistón (al menos tres y, a veces, hasta ocho) que forman un sello con el orificio del cilindro. Durante el período de "rodaje" (conocido como "rodaje" en el Reino Unido), cualquier imperfección en uno se raspa en el otro, lo que da como resultado un buen ajuste. Sin embargo, este tipo de "rodaje" no es posible en un motor de válvulas de manguito, porque el pistón y el manguito se mueven en direcciones diferentes y, en algunos sistemas, incluso giran uno en relación con el otro. A diferencia de un diseño tradicional, las imperfecciones del pistón no siempre se alinean con el mismo punto en el manguito. En la década de 1940, esto no era una preocupación importante porque los vástagos de las válvulas de asiento de la época solían tener fugas considerablemente más que hoy, por lo que el consumo de aceite era significativo en ambos casos. Para uno de los motores de válvulas de manguito simple Argyll de 1922-1928, el 12, un cuatro cilindros de 91 pies cúbicos. A la unidad de 1491 cc (159 pulgadas cúbicas) se le atribuyó un consumo de aceite de un galón por 1945 millas, ^[6] y 1000 millas por galón de aceite en el motor de cuatro cilindros 15/30 de 2610 cc (159 pulgadas cúbicas). ^[7] Algunos propusieron agregar un anillo en la base de la manga, entre la manga y la pared del cilindro, o un anillo Dykes en el 'Junk Head'. Los motores de válvula de una sola manga tenían la reputación de ser mucho menos humeantes que los Daimler con motores de sus contrapartes de motores de doble manga Knight.
El problema del alto consumo de aceite asociado con la válvula de doble manguito Knight se solucionó con la válvula de manguito simple Burt-McCollum, perfeccionada por Bristol. Los modelos que tenían el complejo ' junk head' (cabezal basura ) instalaban una válvula de purga antirretorno en él; como los líquidos no se pueden comprimir, la presencia de aceite en el espacio del cabezal daría lugar a problemas. En el punto muerto superior (TDC), la válvula de manguito simple gira en relación con el pistón. Esto evita problemas de lubricación límite, ya que no se produce desgaste de la cresta del anillo del pistón en el TDC y el punto muerto inferior (BDC). La vida útil del Bristol Hercules se estimó en 3000 horas, muy buena para un motor de avión, pero no tanto para los motores de automóvil. ^[8] El desgaste del manguito se localizaba principalmente en la parte superior, dentro del 'junk head' (cabezal basura).
Una desventaja inherente es que el pistón en su recorrido oscurece parcialmente los puertos, dificultando así el flujo de gases durante el solapamiento crucial entre la sincronización de la válvula de admisión y escape, habitual en los motores modernos. La impresión de 1954 del libro de Harry Ricardo The High-Speed Internal Combustion Engine , y también algunas patentes sobre la producción de válvulas de manguito, señalan que la zona disponible para los puertos en el manguito depende del tipo de transmisión del manguito y de la relación diámetro/carrera; Ricardo probó con éxito el concepto de "manga abierta" en algunos motores de encendido por compresión de dos tiempos. No solo eliminó los anillos de la cabeza, sino que también permitió una reducción en la altura del motor y la cabeza, reduciendo así el área frontal en un motor de avión, quedando toda la circunferencia del manguito disponible para el área del puerto de escape, y el manguito actuando en fase con el pistón formando un pistón anular con un área de alrededor del 10% de la del pistón, que contribuyó a aproximadamente el 3% de la potencia de salida a través del mecanismo de transmisión del manguito al cigüeñal. El ingeniero nacido en Alemania Max Bentele , después de estudiar un motor aeronáutico británico con válvulas de camisa (probablemente un Hércules ), se quejó de que el sistema requería más de 100 ruedas dentadas para el motor, demasiadas para su gusto. ^[9]
Un problema grave con los grandes motores aeronáuticos de una sola manga es que su velocidad máxima confiable de rotación está limitada a aproximadamente 3.000 RPM, pero el motor del automóvil M Hewland pudo competir a más de 10.000 rpm sin esfuerzo.
El octanaje mejorado del combustible, por encima de aproximadamente 87 RON, ha ayudado a que la potencia de salida de los motores de válvulas de asiento sea mayor que la de los motores de una sola manga. ^{[ cita requerida ]}
Se informó que la creciente dificultad con el consumo de aceite y la lubricación del conjunto de cilindros nunca se había solucionado en los motores producidos en serie. Los motores de ferrocarril y otros motores grandes de una sola válvula de manguito emiten más humo al arrancar; a medida que el motor alcanza la temperatura de funcionamiento y las tolerancias entran en el rango adecuado, el humo se reduce en gran medida. Para los motores de dos tiempos, un catalizador de tres vías con inyección de aire en el medio se propuso como la mejor solución en un artículo de la revista SAE alrededor del año 2000.
Algunos (Wifredo Ricart, Alfa-Romeo) temían la acumulación de calor dentro del cilindro, sin embargo Ricardo demostró que si solo se retiene una fina película de aceite y se mantiene pequeña la holgura de trabajo entre la camisa y el cuerpo del cilindro, las camisas móviles son casi transparentes al calor, y en realidad transportan el calor desde las partes superiores a las inferiores del sistema.
Si se almacenan en posición horizontal, las fundas tienden a ovalarse, lo que produce varios tipos de problemas mecánicos. Para evitarlo, se desarrollaron armarios especiales para almacenar las fundas en posición vertical.
Las implementaciones equivalentes de sincronización variable de válvulas modernas y elevación variable son imposibles debido a los tamaños fijos de los orificios de los puertos y a la velocidad de rotación esencialmente fija de los manguitos. Teóricamente, puede ser posible alterar la velocidad de rotación a través de un engranaje que no esté relacionado linealmente con la velocidad del motor, sin embargo, parece que esto sería poco práctico y complejo incluso en comparación con las complejidades de los sistemas de control de válvulas modernos.

Historia

Caballero Charles Yale

Un anuncio de Stearns de 1912 replicado en el centro de Boise, Idaho, promocionando el motor tipo Knight.

En 1901, Knight compró un vehículo monocilíndrico de tres ruedas refrigerado por aire cuyas válvulas ruidosas lo molestaban. Creyó que podía diseñar un motor mejor y lo hizo, inventando su principio de doble manguito en 1904. Con el apoyo del empresario de Chicago LB Kilbourne, se construyeron varios motores, seguidos por el automóvil de turismo "Silent Knight", que se exhibió en el Salón del Automóvil de Chicago de 1906.

El diseño de Knight tenía dos camisas de hierro fundido por cilindro, una deslizándose dentro de la otra con el pistón dentro de la camisa interior. Las camisas eran operadas por pequeñas bielas conectadas accionadas por un eje excéntrico. Tenían puertos recortados en sus extremos superiores. El diseño era notablemente silencioso y las válvulas de las camisas requerían poca atención. Sin embargo, era más costoso de fabricar debido al pulido de precisión requerido en las superficies de las camisas. También consumía más aceite a altas velocidades y era más difícil de arrancar en climas fríos. ^[11]

Aunque al principio no pudo vender su motor Knight en Estados Unidos, una larga estancia en Inglaterra, que implicó un mayor desarrollo y refinamiento por parte de Daimler bajo la supervisión de su consultor, el Dr. Frederick Lanchester , ^[12] acabó asegurando que Daimler y varias firmas de coches de lujo fueran clientes dispuestos a pagar sus elevadas primas. Primero patentó el diseño en Inglaterra en 1908. La patente para Estados Unidos se concedió en 1910. ^[13] Como parte del acuerdo de licencia, "Knight" debía incluirse en el nombre del coche.

Los motores Daimler de seis cilindros con válvulas de manguito se utilizaron en los primeros tanques británicos de la Primera Guerra Mundial, hasta el Mark IV incluido . Como resultado de la tendencia de los motores a echar humo y, por lo tanto, revelar la posición del tanque, se contrató a Harry Ricardo , quien diseñó un nuevo motor que reemplazó a las válvulas de manguito a partir del tanque Mark V.

Entre las empresas que utilizaron la tecnología de Knight se encontraban Avions Voisin , Daimler (1909-1930), incluido su V12 Double Six , Panhard (1911-1939), Mercedes (1909-1924), Willys (como Willys-Knight , más el Falcon-Knight asociado), Stearns , Mors , Peugeot y la empresa belga Minerva , que se vio obligada a detener su línea de motores con válvulas de manguito como resultado de las limitaciones que les impusieron los ganadores de la Segunda Guerra Mundial, unas treinta empresas en total. ^[14] Itala también experimentó con válvulas rotativas y de manguito en sus automóviles "Avalve". ^[15]

A su regreso a Estados Unidos, Knight logró que algunas empresas utilizaran su diseño; su marca fue Silent Knight (1905-1907), y su atractivo comercial era que sus motores eran más silenciosos que los que tenían válvulas de asiento estándar. Las más conocidas fueron la FB Stearns Company de Cleveland, que vendió un automóvil llamado Stearns-Knight , y la firma Willys , que ofreció un automóvil llamado Willys-Knight , que se produjo en cantidades mucho mayores que cualquier otro automóvil con válvulas de manguito.

Burt McCollum

La válvula de manguito Burt-McCollum, que debe su nombre a los apellidos de los dos ingenieros que patentaron el mismo concepto con semanas de diferencia, Peter Burt y James Harry Keighly McCollum, cuyas solicitudes de patente son del 6 de agosto y del 22 de junio de 1909, respectivamente, ambos ingenieros contratados por el fabricante de automóviles escocés Argyll, consistía en un solo manguito, al que se le daba una combinación de movimiento ascendente y descendente y rotatorio parcial. Se desarrolló alrededor de 1909 y se utilizó por primera vez en el automóvil Argyll de 1911. La inversión inicial de 1900 en Argyll fue de 15.000 libras esterlinas y la construcción de la magnífica planta de Escocia costó 500.000 libras esterlinas en 1920. Se informa de que el litigio de los propietarios de las patentes de Knight le costó a Argyll 50.000 libras esterlinas, tal vez una de las razones del cierre temporal de su planta. Otro fabricante de automóviles que utilizó las patentes SSV de Argyll, y otras de su propiedad (patente GB118407), fue Piccard-Pictet (Pic-Pic); Louis Chevrolet y otros fundaron Frontenac Motors en 1923 con el objetivo de producir un automóvil de lujo con motor SSV de 8 litros, pero este nunca llegó a producirse por razones relacionadas con los límites de tiempo de las patentes de Argyll en los EE. UU. El mayor éxito de las válvulas de manguito simple (SSV) se produjo en los grandes motores de aviación de Bristol, también se utilizó en los motores Napier Sabre y Rolls-Royce Eagle . El sistema SSV también redujo el alto consumo de aceite asociado con la válvula de doble manguito Knight. ^[16]

Barr and Stroud Ltd de Anniesland, Glasgow, también obtuvo la licencia del diseño SSV e hizo versiones pequeñas de los motores que comercializaron para las compañías de motocicletas. En un anuncio en la revista Motor Cycle en 1922 ^[17] Barr & Stroud promocionó su motor de válvula de camisa de 350 cc y mencionó a Beardmore-Precision , Diamond, Edmund y Royal Scot como fabricantes de motocicletas que lo ofrecían. Este motor había sido descrito en la edición de marzo como el motor 'Burt'. ^[18] Grindlay-Peerless comenzó a producir un motor SSV Barr & Stroud de 999 cc en V-twin en 1923. [1] Archivado el 27 de mayo de 2013 en Wayback Machine y más tarde agregó un SSV simple de 499 cc, así como el de 350 cc. Vard Wallace, conocido por sus horquillas de posventa para motocicletas, presentó en 1947 dibujos de un motor SSV monocilíndrico, refrigerado por aire y de 250 cc. En el Reino Unido se construyeron algunos pequeños motores auxiliares para embarcaciones SSV y generadores eléctricos, preparados para quemar "parafina" desde el principio o, después de un poco de calentamiento, con combustibles más complejos. ^[19]

Una serie de motores de aviación con válvulas de manguito se desarrollaron a raíz de un artículo de investigación seminal de 1927 de la RAE por Harry Ricardo . Este artículo describía las ventajas de la válvula de manguito y sugería que los motores con válvula de asiento no podrían ofrecer potencias mucho más allá de los 1500 hp (1100 kW). Napier y Bristol comenzaron el desarrollo de motores con válvulas de manguito que eventualmente resultarían en una producción limitada de dos de los motores de pistón más potentes del mundo: el Napier Sabre y el Bristol Centaurus . La Continental Motors Company , alrededor de los años de la Gran Depresión, desarrolló prototipos de motores con una sola válvula de manguito para una variedad de aplicaciones, desde automóviles hasta trenes y aviones, y pensó que la producción sería más fácil y los costos serían más bajos que sus homólogos con válvulas de asiento. Debido a los problemas financieros de Continental, esta línea de motores nunca entró en producción. ('Continental! Sus motores y su gente', William Wagner, Armed Forces Journal International y Aero Publishers, 1983, ISBN 0-8168-4506-9 )

El motor aeronáutico Rolls-Royce Crecy V-12 (curiosamente, con un ángulo en V de 90 grados), de dos tiempos, con inyección directa y turboalimentado (con barrido de fuerza), de 26,1 litros de cilindrada, era potencialmente el más potente de todos (aunque nunca llegó a producirse). Alcanzaba una potencia específica muy alta y un consumo específico de combustible (SFC) sorprendentemente bueno. En 1945, el motor de prueba monocilíndrico (Ricardo E65) producía el equivalente a 5000 HP (192 BHP/litro) cuando se inyectaba agua, ^[20] aunque el V12 completo probablemente habría tenido inicialmente una potencia nominal de alrededor de 2500 HP (1900 kW). Sir Harry Ricardo, que especificó la disposición y los objetivos de diseño, consideró que sería posible una potencia militar fiable de 4000 HP. Ricardo se vio constantemente frustrado durante la guerra con los esfuerzos de Rolls-Royce (RR). Hives & RR se centraron en gran medida en sus aviones a reacción Merlin , Griffon , Eagle y, finalmente, Whittle , todos ellos con un propósito de producción claramente definido. Ricardo y Tizard finalmente se dieron cuenta de que el Crecy nunca recibiría la atención de desarrollo que merecía a menos que se especificara para su instalación en un avión en particular, pero en 1945, su concepto de " Spitfire con esteroides" de un interceptor de rápido ascenso propulsado por el ligero motor Crecy se había convertido en un avión sin propósito.

Después de la Segunda Guerra Mundial, la válvula de manguito se utilizó menos, Roy Fedden, muy involucrado en la investigación de SV, construyó algunos motores de seis cilindros planos con una sola válvula de manguito destinados a la aviación general alrededor de 1947; después de esto, solo la SNECMA francesa produjo algunos motores SSV bajo licencia Bristol que se instalaron en el avión de transporte Noratlas , también otro avión de transporte, el Azor construido por la española CASA instaló motores SSV Bristol después de la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, los motores de válvula de manguito Bristol se utilizaron durante el auge del transporte aéreo de posguerra, en el Vickers Viking y los militares relacionados Varsity y Valetta , Airspeed Ambassador , utilizado en las rutas europeas de BEA , y Handley Page Hermes (y militares relacionados Hastings ), y Short Solent aviones de pasajeros y el Bristol Freighter y Superfreighter . El Centaurus también se utilizó en el militar Hawker Sea Fury , Blackburn Firebrand , Bristol Brigand , Blackburn Beverly y Fairey Spearfish . Los problemas previos de la válvula de asiento con el sellado y el desgaste se habían solucionado con el uso de mejores materiales y los problemas de inercia con el uso de válvulas grandes se redujeron al usar varias válvulas más pequeñas en su lugar, lo que dio un área de flujo mayor y una masa menor, y el punto caliente de la válvula de escape por válvulas refrigeradas por sodio. Hasta ese momento, la válvula de manguito único había ganado todas las competencias contra la válvula de asiento en comparación con la potencia y el desplazamiento. La dificultad de endurecer con nitruro y luego rectificar el manguito de la válvula para ajustar la circularidad puede haber sido un factor en su falta de aplicaciones más comerciales.

El caso de patentes Knight-Argyll

Cuando se lanzó el automóvil Argyll en 1911, la Knight and Kilbourne Company presentó inmediatamente una demanda contra Argyll por infracción de su patente original de 1905. Esta patente describía un motor con un solo manguito móvil, mientras que los motores Daimler que se construían en ese momento se basaban en la patente Knight de 1908, que tenía motores con dos manguitos móviles. Como parte del litigio, se construyó un motor de acuerdo con la especificación de 1905 y no desarrolló más que una fracción de la potencia nominal del RAC . Este hecho, junto con otros argumentos legales y técnicos ^[21], llevó al juez a dictaminar, a fines de julio de 1912, que los titulares de la patente original de Knight no podían ser apoyados en su reclamo de que les otorgaba derechos maestros que abarcaban el diseño de Argyll. Los costos del litigio contra las reclamaciones de los titulares de la patente Knight parecen haber contribuido sustancialmente a la quiebra de Argyll en Escocia.

Uso moderno

La válvula de manguito ha comenzado a recuperarse gracias a los materiales modernos, las tolerancias de ingeniería mucho mejores y las técnicas de construcción modernas, que producen una válvula de manguito que pierde muy poco aceite. Sin embargo, la mayor parte de la investigación avanzada en motores se concentra en mejorar otros tipos de diseños de motores de combustión interna, como el Wankel .

Mike Hewland, junto con su asistente John Logan y también de forma independiente Keith Duckworth , experimentaron con un motor de prueba de válvula de manguito de un solo cilindro al buscar reemplazos para el Cosworth DFV . Hewland afirmó haber obtenido 72 hp (54 kW) de un motor de un solo cilindro de 500 cc, con un consumo específico de combustible de 177–205 g/HP/hr (0,39–0,45 lb/HP/hr), siendo el motor capaz de funcionar con creosota y sin suministro de lubricación específico para el manguito.

Un modelo inusual de motor de cuatro tiempos que utiliza lo que es esencialmente un formato de válvula de manguito, es la serie británica RCV de motores modelo "SP", que utilizan una camisa de cilindro giratoria impulsada a través de un engranaje cónico en la "parte inferior" de la camisa del cilindro, que en realidad está en el extremo posterior del cilindro; y, aún más inusual, tienen el eje de la hélice, como una parte mecanizada integralmente de la camisa del cilindro giratoria, emergiendo de lo que normalmente sería la culata , que en este diseño está colocada en el extremo delantero del motor, logrando una relación de reducción de engranajes de 2:1 en comparación con la velocidad de rotación del cigüeñal orientado verticalmente. La serie de motores modelo "CD" de la misma empresa utiliza un cilindro único vertical convencional con el cigüeñal utilizado para hacer girar la hélice directamente y también utiliza la válvula del cilindro giratorio. Como un paralelo con los motores automotrices con válvulas de manguito diseñados anteriormente por Charles Knight, cualquier modelo de motor RCV con válvulas de manguito que funcione con combustible para motores incandescentes que utilice aceite de ricino (con un contenido de alrededor del 2 % al 4 %) del lubricante con un contenido máximo del 15 % en el combustible permite que el "barniz" creado a través del funcionamiento del motor proporcione un mejor sellado neumático entre la válvula del cilindro giratorio y las piezas fundidas unificadas del cilindro/cabeza del motor, formadas inicialmente mientras el motor se está asentando. ^[22]

Se ha desarrollado otro concepto, el motor de camisa rotativa, en el que se aprovecha el desgaste y la fricción de la válvula de manguito en un diseño de motor convencional. Se ha informado de una reducción de la fricción del orden del 40 % en un motor diésel de servicio pesado. ^{[ cita requerida ]}

La misma empresa también puede suministrar motores algo más grandes para su uso en drones militares, generadores portátiles y equipos como cortadoras de césped. ^[23]

Máquina de vapor

Las válvulas de manguito se han utilizado ocasionalmente, pero sin éxito, en máquinas de vapor, por ejemplo, en la clase SR Leader . ^{[ cita requerida ]}

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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Vídeo que muestra un corte transversal del motor Knight Sleeve-Valve
[5] Un motor de cortadora de césped Briggs & Stratton modificado al tipo de distribución de válvula de manguito único
[6] Edición de 1931 de Harry Ricardo: 'El motor de combustión interna de alta velocidad'
[7] Sitio web de Douglas Self: 'Válvulas rotativas en motores de combustión interna'