El motor de admisión/admisión sobre escape , o "IOE", conocido en EE. UU. como F-head , es un motor de combustión interna de cuatro tiempos cuyo tren de válvulas comprende válvulas de entrada OHV dentro de la culata del cilindro 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 entrada 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 entrada. 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 entrada (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, 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 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 accionados por varillas de empuje separadas, sino por contacto con un árbol de levas a través del empujador o empujador de válvula y un vástago de válvula/varilla de empuje integrado. [ cita necesaria ] Las válvulas estaban desplazadas hacia un lado, formando lo que parecía ser un bolsillo, lo que llevó al uso del término "válvula de bolsillo" para los motores IOE. [3] Un motor de cabeza F combina características de motores de válvulas en cabeza y de cabeza plana , la válvula de entrada funciona mediante varilla de empuje y balancín y se abre hacia abajo como un motor de válvulas en cabeza, mientras que la válvula de escape está desplazada del cilindro y se abre hacia arriba. a través de una varilla de empuje/vástago de válvula integrado accionado directamente por el árbol de levas, muy parecido a las válvulas en un motor de cabeza plana.
Los primeros diseños de IOE utilizaban 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 económico, pero el resorte débil no podía 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, tendría que ser aún más ligero). Cuando se alcanzaron los límites de este sistema, se mejoró el diseño sin cambios sustanciales en el cabezal añadiendo 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 abrían por contacto con un árbol de levas a través de un taqué o taqué y se cerraban mediante resortes. [4]
El diseño IOE permite el uso de válvulas más grandes que un motor de válvula lateral (o cabeza en L) o de válvula en cabeza . [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 debido al remolino de la mezcla, [6] junto con un mejor flujo de la mezcla de admisión. [ cita necesaria ] Las desventajas incluyen una cámara de combustión de forma más compleja que la de un motor de válvulas 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 una limpieza 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 válvula lateral, además de ser físicamente más grande debido a que los balancines se colocan sobre la culata del cilindro y requiere una válvula de entrada y puertos en la culata del cilindro, 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 cabeza F convencional, este tenía una cámara de combustión eficiente diseñada para una buena combustión, en lugar de una simple fabricación. [8] La superficie superior del bloque se mecanizó en ángulo, con las coronas de los pistones en ángulo en un "techo inclinado" para hacer juego. 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 medio diámetro del cilindro. [8] La forma resultante de la cámara de combustión era un hemisferio casi ideal, aunque invertido e inclinado respecto al diseño habitual de " hemi-cabeza ". [8] La bujía estaba montada centralmente y esto, [6] junto con la turbulencia generada por el chasquido, [8] proporcionaba un recorrido de llama corto. [6] La delgadez de la capa de gas entre el pistón y la válvula de entrada era tan confinada que reducía el riesgo de detonación con combustible pobre, un factor que lo mantuvo en servicio con Land Rover durante tanto tiempo. [ cita necesaria ] A finales de la década de 1940 y principios de la de 1950, cuando la única gasolina disponible era la gasolina de bajo octanaje , también permitió a Rover ejecutar relaciones de compresión más altas que muchos competidores con los diseños de válvulas laterales o superiores más habituales. [7]
La inusual disposición de la cámara de combustión con válvulas en ángulo también dio lugar a un inusual tren de válvulas. El árbol de levas montado en bloque acciona pequeños balancines en forma de cuña, uno para cada válvula. En los primeros modelos, el árbol de levas actúa sobre una simple pastilla en el balancín, pero en los modelos posteriores esta pastilla fue reemplazada por un seguidor de rodillo. Los balancines de escape actúan directamente sobre las válvulas, mientras que los balancines de admisión actúan sobre varillas de empuje que se desplazan 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 ( bajo cuadrado ) para mantener la potencia nominal del RAC lo más baja posible, manteniendo así el impuesto de circulación lo más bajo posible. [ cita necesaria ] El diseño de IOE permitió a Rover utilizar válvulas más grandes de las que normalmente serían posibles en un motor de pequeño diámetro, lo que permitió una mejor respiración y un mejor rendimiento. [6]
La familia de motores Rover IOE abarcaba 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 los motores posteriores a la fabricación de la compañía. gama de guerra en forma de modelos P3 , P4 y P5 . En las primeras versiones del Land Rover también se utilizaron versiones adaptadas de los motores 1.6 y 2.0 IOE. La potencia oscilaba entre 50 CV (Land Rover 1.6) y 134 CV ( P5 de 3 litros MkII y III). El motor IOE 2.6 de 6 cilindros tuvo una carrera particularmente larga. Después de usarse 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 capó de 109 ", [9] y siguió siendo un accesorio opcional hasta 1980, cuando fue reemplazado. por el Rover V8 .
La forma de la cámara de combustión como una "semicabezal invertida", junto con la junta de la culata en ángulo y las coronas de los pistones 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 tanto 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, basándose principalmente en un diseño francés de De Dion-Bouton . [11] Harley-Davidson usó motores IOE con válvulas de entrada atmosféricas hasta 1912, [12] y con válvulas de entrada accionadas mecánicamente de 1911 a 1929. [13] Indian usó trenes de válvulas IOE en todas sus motocicletas de cuatro cilindros, excepto en las construidas en 1936. y 1937. [14] [15] Otros fabricantes de motocicletas estadounidenses que utilizaron motores IOE incluyeron Excelsior , Henderson y Ace . [dieciséis]
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; 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 utilizó un motor IOE de seis cilindros en línea diseñado originalmente 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 (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, aparatos contra incendios e incluso autobuses. BMC utilizó un desarrollo más avanzado para un automóvil de pasajeros de carrera más corta, el motor FB60, un motor IOE de seis cilindros en línea que desplaza 3909 cc y produce 175 cc, en el sedán Vanden Plas Princess R de 4 litros . [22] Se fabricaron más de 6.000 de estos coches. [ cita necesaria ]
Algunos motores se han fabricado con la configuración inversa, teniendo 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, 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 calentaba mucho la culata. El varillaje de la válvula de escape requería ajustes frecuentes. El diseño volvió a la configuración IOE original en 1938. [14] [15]
La principal ventaja de este tipo de diseño era que se podían usar válvulas de entrada más grandes, pero al ser más pesadas también imponían limitaciones a la velocidad máxima permitida del motor.
La válvula de escape estaba debajo de la válvula de admisión, por lo que el diseño se llamó admisión sobre escape o IOE. Las válvulas estaban a un lado del cilindro, por lo que el mismo diseño se llamó válvula de bolsillo. De manera poética, el tren de válvulas tiene 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 cabeza F.
Entrada IOE sobre escape. Diseño de válvula en el 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.
En 1911, 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, balancines y resortes adecuados para las válvulas de admisión.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: 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, Indian y muchos otros.
Para la temporada de 1930, Harley-Davidson reemplazó el último de los motores de cabeza F con un diseño de cabeza plana de 1200 cc (74 pulgadas cúbicas).
Una configuración de doble carburador, ofrecida en 1937, no ayudó, y en 1938, el Four "al revés" fue descontinuado y reemplazado por un nuevo diseño "al revés".
El motor tenía un diseño en línea de cuatro cilindros con cabeza F, con válvulas de admisión en cabeza y válvulas de escape en el bloque del motor.
Para 1927, Hudson reemplazó su seis en línea con cabeza en L (289 CID y 76 caballos de fuerza de frenado) por un nuevo seis en línea con cabeza en F, también con 289 CID, pero que generaba 92 caballos de fuerza de frenado.
1950-1971 F134 "Huracán" Cabeza F de cuatro cilindros
Solo las dimensiones de diámetro y carrera se compartían con el motor Wraith de válvulas en cabeza de antes de la guerra, la principal ventaja de este diseño de 'cabeza en F' eran sus válvulas grandes y una generosa camisa de agua alrededor de los asientos de las válvulas.