Motor IOE

El motor de admisión/entrada 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 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 accionada por succión del motor en lugar de un sistema de distribución accionado por leva. Cuando las válvulas de admisión accionadas por succión alcanzaron sus límites al aumentar la velocidad del motor, los fabricantes modificaron los diseños añadiendo un sistema de distribución mecánico para la válvula de admisión. Algunos fabricantes de automóviles, como 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 admisión IOE.

Se han fabricado algunos diseños con el sistema inverso, de escape sobre admisión (EOI), como el Ford Quadricycle de 1896.

En un motor F-head/IOE, el colector de admisión y sus válvulas se ubican en la culata, encima de los cilindros, y son accionados por balancines que invierten el movimiento de las varillas de empuje para que las válvulas de admisión se abran hacia abajo, hacia la cámara de combustión. El colector de escape y sus válvulas se ubican junto a los cilindros o como parte de ellos, en el bloque. ^{[ 2 ]} Las válvulas de escape son aproximadamente o exactamente paralelas a los pistones; sus caras apuntan hacia arriba y no son accionadas por varillas de empuje separadas, sino por contacto con un árbol de levas a través del taqué o elevador de válvula y un vástago/varilla de empuje de válvula integrado. Las válvulas estaban desplazadas hacia un lado, formando lo que parecía ser una cavidad, lo que dio origen al término "válvula de cavidad" utilizado para los motores IOE. ^{[ 3 ]} Un motor de culata en F combina características de los motores de válvulas en cabeza y de tipo de culata plana , la válvula de admisión 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 mediante una varilla de empuje/vástago de válvula integrado accionado directamente por el árbol de levas, de forma muy similar a las válvulas en un motor de culata plana.

Los primeros diseños de IOE utilizaban válvulas de admisión atmosféricas que se mantenían cerradas con un resorte débil y se abrían por la diferencia de presión creada cuando el pistón descendía en la carrera de admisión . ^{[ 4 ]} Esto funcionaba 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 con la suficiente rapidez a medida que aumentaba la velocidad del motor. Esto requería resortes más fuertes, que a su vez requerían una acción mecánica directa para abrirse, ya que la presión atmosférica de 15 PSI limita la fuerza total disponible para crear una diferencia de presión, lo que significa que un resorte de 15 libras (6,8 kg) es el límite teórico, mientras que para fines prácticos, normalmente se utilizaban resortes más ligeros. Cuando se alcanzaron los límites de este sistema, el diseño se mejoró sin cambios sustanciales en la fundición de la culata añadiendo 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 válvula y se cerraban mediante resortes. ^{[ 4 ]} 

El diseño IOE permite el uso de válvulas más grandes que un motor de válvulas laterales (o de cabeza 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 por el remolino de la mezcla, ^{[ 6 ]} junto con un mejor flujo de la mezcla de admisión. 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 de válvula inferior, lo que dificulta el barrido eficiente . Debido a las complicaciones adicionales 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 admisión y puertos en la culata, mientras que el cilindro de un motor de válvulas laterales es simplemente un cilindro de extremo cerrado.

Tipo F En el Salón del Automóvil de Olympia de 1923, Coventry Climax presentó cuatro motores de 4 cilindros refrigerados por agua del tipo F.[13] Todos tenían una carrera de 100 mm y los diámetros eran de 59 (1094 cc de cilindrada), 63 (1247 cc), 66 (1368 cc) y 69 mm (1496 cc). El automóvil GWK había aparecido en anuncios de Coventry Climax desde finales de 1920 con un motor Coventry Climax de 4 cilindros y 10,8 hp, la misma potencia que el tipo F de 66 mm de diámetro.[14] Los motores estaban disponibles por separado o en una sola unidad con una caja de cambios de tres velocidades.[15]

jefe

Type OC engine in a Crossley 10 hp At first, the OC was made with a capacity of 1,122 cc as a straight-four using a bore of 63 mm and stroke of 90 mm with overhead inlet and side exhaust valves, producing 34 bhp (25 kW). It was introduced in the early 1930s and also built under licence by Triumph.

MC The OC engine had morphed into the MC engine by 1933. It looked virtually identical, but there were internal differences. It was still 1,122 cc, I.O.E., and four cylinders inline, but the camshaft was different, as were the cam followers. The timing marks on the flywheel are now observed from the top of the engine rather than the underside as on the OC. Carburation varied, from the side draught Solex, the down draught SU, to the progressive choke down draught and then a larger side draught SU system on Triumph engines. The engine was water-cooled by thermosyphon with no water pump or fan.

JM A six-cylinder version of the MC engine, the JM, was made with a capacity of 1,476 cc with a 59 mm bore, developing 42 bhp (31 kW). The JMC version had its capacity increased to 1,683 cc by increasing the bore to 63 mm and produced 48 bhp (36 kW). It was different from the 4 cylinder engine in that it had both a water pump and an oil filter, whereas the 4 cylinder engine relied on thermosyphon alone and no oil filter.

Rover utilizó una forma más avanzada del motor IOE. Fue diseñado por Jack Swaine a mediados y finales de la década de 1940 y se fabricó desde 1948 hasta principios de la década de 1990. ^{[ 7 ]} A diferencia del IOE convencional de culata en F, 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 cabezas de los pistones inclinadas en un "techo inclinado" para que coincidieran. En el PMS, el pistón casi tocaba la válvula de admisión inclinada y proporcionaba una buena " compresión " 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 con respecto al diseño habitual de " culata hemisférica ". ^{[ 8 ]} La bujía estaba montada en el centro y esto, ^{[ 6 ]} junto con la turbulencia generada por la compresión, ^{[ 8 ]} proporcionaba una trayectoria de llama corta. ^{[ 6 ]} La delgadez de la capa de gas entre el pistón y la válvula de admisión era tal que reducía el riesgo de detonación con combustible de mala calidad, un factor que contribuyó a que se mantuviera en servicio con Land Rover durante tanto tiempo. A finales de la década de 1940 y principios de la de 1950, cuando la única gasolina disponible era la gasolina de bajo octanaje de «pool» , también permitió a Rover utilizar relaciones de compresión más altas que muchos competidores con los diseños de válvulas laterales o en cabeza más habituales. ^{[ 7 ]}

La inusual disposición de la cámara de combustión con sus válvulas anguladas también dio lugar a un tren de válvulas poco común. 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 actuaba sobre una simple almohadilla en el balancín, pero en los modelos posteriores esta almohadilla fue reemplazada por un seguidor de rodillo. Los balancines de escape actúan directamente sobre las válvulas, mientras que los de admisión actúan sobre varillas de empuje que se extienden 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 diámetro pequeño y carrera larga ( de carrera corta ) para mantener la potencia nominal fiscal de la RAC lo más baja posible, y por lo tanto, el impuesto de circulación también lo más bajo posible. La disposición IOE permitió a Rover utilizar válvulas más grandes de lo que normalmente sería posible en un motor de diámetro pequeño, 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 equipó gran parte de la gama de la compañía de posguerra en forma de los modelos P3 , P4 y P5 . Versiones adaptadas de los motores IOE de 1,6 y 2,0 litros también se utilizaron en las primeras versiones del Land Rover. Las potencias variaban desde 50 CV (Land Rover 1,6) hasta 134 CV ( P5 de 3 litros MkII y III). El motor IOE de 6 cilindros y 2,6 litros tuvo una trayectoria particularmente larga. Después de ser utilizado en los sedanes 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 109 con capó", ^{[ 9 ]} y siguió siendo un equipamiento opcional hasta 1980 cuando fue reemplazado por el Rover V8 .

motocicletas

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 de accionamiento mecánico desde 1911 hasta 1929. ^{[ 13 ]} Indian utilizó trenes de válvulas IOE en todas sus motocicletas de cuatro cilindros, excepto en las fabricadas en 1936 y 1937. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Otros fabricantes de motocicletas estadounidenses que utilizaron motores IOE fueron Excelsior , Henderson y Ace . ^{[ 16 ]}

automóviles

Hudson utilizó un motor de cuatro cilindros en línea IOE en su línea de automóviles Essex de 1919 a 1923 ^{[ 17 ]} y un motor de seis cilindros en línea IOE en su línea de automóviles Hudson de 1927 a 1929. ^{[ 18 ]}

En Europa, durante el mismo período, Humber Limited de Coventry, Inglaterra, produjo una gama completa de automóviles que utilizaban motores IOE; sin embargo, estos fueron retirados gradualmente a finales de la década de 1920 en favor de modelos que utilizaban motores de culata en L más baratos, compartidos con Hillman.

Después de la Segunda Guerra Mundial, Willys , y su sucesor Kaiser-Jeep , utilizaron variantes del motor Willys Hurricane desde 1950 hasta 1971. ^{[ 19 ]}

Rolls-Royce utilizó un motor IOE de seis cilindros en línea diseñado originalmente justo 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 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, vehículos de bomberos e incluso autobuses. Un desarrollo más avanzado para automóviles de pasajeros de carrera más corta, el motor FB60, un motor IOE de seis cilindros en línea que desplaza 3909 cc y produce un declarado 175  , fue utilizado por BMC en el sedán Vanden Plas Princess 4-litre R. ^{[ 22 ]} Se fabricaron más de 6000 de estos automóviles.

Algunos motores se fabricaron 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 su 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 motor Indian Four tenía las válvulas invertidas, con la válvula de escape en la culata y la de admisión en el bloque. En teoría, esto mejoraría la vaporización del combustible, y el motor resultó ser más potente. Sin embargo, el nuevo sistema provocaba un calentamiento excesivo de la culata. El mecanismo de la válvula de escape requería ajustes frecuentes. El diseño volvió a la configuración original IOE en 1938. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

• Cronología de los motores Harley-Davidson