Articulo de referencia

Válvula de manguito

Primer plano de una válvula de manguito de un Bristol Centaurus Mark 175. Bristol Perseo La válvula de camisa es un tipo de mecanismo de válvula para motores de pistón , distint...

Primer plano de una válvula de manguito de un Bristol Centaurus Mark 175.
Bristol Perseo

La válvula de camisa es un tipo de mecanismo de válvula para motores de pistón , distinto de la válvula de asiento habitual . Los motores con válvula de camisa se utilizaron en varios automóviles de lujo anteriores a la Segunda Guerra Mundial y, en 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, incluyendo la refrigeración por sodio, y a la tendencia del motor de doble camisa del sistema Knight a consumir mucho aceite lubricante o a griparse por falta de este. La empresa escocesa Argyll utilizó su propio sistema de camisa simple (Burt-McCollum), mucho más simple y eficiente, en sus automóviles. Este sistema, tras un extenso desarrollo, tuvo un uso considerable en los motores de aviones británicos de la década de 1940, como el Napier Sabre , el Bristol Hercules , el Centaurus y el prometedor, aunque nunca producido en masa, Rolls-Royce Crecy , para luego ser reemplazado por los motores a reacción.

Descripción

Una válvula de camisa consiste en uno (o, en el caso de válvulas de doble camisa, dos) cilindros mecanizados que se ajustan concéntricamente entre el pistón y el bloque del cilindro de un motor de combustión interna con admisión y escape de flujo cruzado. Estas camisas tienen lumbreras de admisión y escape mecanizadas en su periferia, de forma similar a un motor de dos tiempos . Las lumbreras (aberturas) en la periferia de las camisas se alinean con las lumbreras de admisión y escape del cilindro en las etapas adecuadas del ciclo del motor.

Tipos de válvulas de manguito

Motor de automóvil de 4 cilindros de 1919, seccionado a través de los cilindros para mostrar las válvulas de camisa Knight.
Motor Knight de válvulas de camisa

La primera válvula de camisa exitosa fue patentada por Charles Yale Knight y utilizaba dos camisas recíprocas por cilindro. Se empleó en algunos automóviles de lujo, en particular Willys , Stearns, Daimler , Mercedes-Benz , Minerva , Panhard , Peugeot y Avions Voisin . Mors adoptó motores de doble válvula de camisa fabricados por Minerva. El mayor consumo de aceite [ 1 ] se vio ampliamente compensado por el funcionamiento silencioso y los muy altos kilometrajes sin mantenimiento. Los primeros sistemas de válvulas de asiento requerían descarbonización a muy bajo kilometraje y eran propensos a fallas en los resortes de las válvulas antes de los avances posteriores en la tecnología de resortes.

Diagrama de la válvula de manguito simple Argyll, que muestra la forma compleja de los múltiples puertos y el accionamiento semirrotativo.
Válvula de manguito simple Argyll

La válvula de camisa Burt-McCollum recibió su nombre de los dos inventores que solicitaron patentes similares con pocas semanas de diferencia. El sistema Burt era de tipo camisa abierta, accionada desde el lado del cigüeñal, mientras que el diseño McCollum tenía una camisa 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 posteriormente adoptado por Bristol para sus motores radiales de aviación y el Napier Sabre diseñado por Halford. Utilizaba una sola camisa accionada por una excéntrica desde un eje de sincronización colocado a 90 grados del eje del cilindro. Mecánicamente más simple y robusta, la válvula Burt-McCollum tenía la ventaja adicional de reducir el consumo de aceite (en comparación con otros diseños de válvulas de camisa), al tiempo que conservaba las cámaras de combustión y la gran área de puertos despejada establecida en el sistema Knight .

Un pequeño número de diseños empleaba una camisa tipo "manguito" en la culata en lugar del cilindro propiamente dicho, [ 3 ] lo que proporcionaba una disposición más "clásica" en comparación con los motores tradicionales de válvulas de asiento. Este diseño también tenía la ventaja de no tener el pistón dentro de la camisa, aunque en la práctica esto parece haber tenido poca utilidad. Como desventaja, esta disposición limitaba el tamaño de los orificios al de la culata, mientras que las camisas dentro del cilindro podían tener orificios mucho mayores.

Ventajas/desventajas

Ventajas

Las principales ventajas del motor de válvulas de camisa son:

  • Alta eficiencia volumétrica gracias a las grandes aberturas de los puertos. Harry Ricardo también demostró una mejor eficiencia mecánica y térmica .
  • El tamaño de los orificios se puede controlar fácilmente. Esto es importante cuando un motor opera en un amplio rango de RPM , ya que la velocidad a la que el gas puede entrar y salir del cilindro está determinada 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 generalmente requiere orificios más grandes que permanezcan abiertos durante una mayor proporción del ciclo; esto es relativamente fácil de lograr con válvulas de camisa, pero difícil en un sistema de válvulas de asiento.
  • Buena evacuación de gases de escape y control de la turbulencia de la mezcla aire/combustible de admisión en diseños de camisa simple. Cuando se abren los puertos de admisión, la mezcla aire/combustible puede entrar tangencialmente al cilindro. Esto ayuda a la evacuación cuando se usa la superposición de la sincronización de escape/admisión y se requiere un amplio rango de velocidad, mientras que una evacuación deficiente de gases de escape con válvula de asiento puede diluir la mezcla aire/combustible fresca de admisión en mayor medida, siendo más dependiente de la velocidad (dependiendo principalmente de la sintonización resonante del sistema de escape/admisión para separar los dos flujos). Una mayor libertad en el diseño de la cámara de combustión (pocas restricciones aparte de la posición de la bujía) significa que la turbulencia de la mezcla combustible/aire en el punto muerto superior (PMS) también puede controlarse mejor, lo que permite una mejor ignición y propagación de la llama que, como demostró Ricardo, permite al menos una unidad adicional de relación de compresión antes de la detonación, en comparación con el motor de válvula de asiento.
  • La cámara de combustión formada con la camisa en la parte superior de su recorrido es ideal para una combustión completa y sin detonaciones de la carga, ya que no tiene que lidiar con una forma de cámara comprometida ni con válvulas de escape (de asiento) calientes.
  • El sistema de válvulas de manguito no utiliza resortes, por lo que la potencia necesaria para accionar la válvula se mantiene prácticamente constante con las RPM del motor, lo que permite su uso a velocidades muy altas sin inconvenientes. Un problema común en motores de alta velocidad con válvulas de asiento es que, al aumentar la velocidad del motor, también debe aumentar la velocidad de la válvula. Esto incrementa las cargas debidas a la inercia de la válvula, que debe abrirse rápidamente, detenerse, invertir su dirección, cerrarse y detenerse de nuevo. Las válvulas de asiento grandes, que permiten un buen flujo de aire, tienen una masa considerable y requieren un resorte potente para vencer su inercia al cerrarse. A velocidades elevadas del motor, el resorte de la válvula puede ser incapaz de cerrarla eficazmente durante el giro del cigüeñal necesario antes de la siguiente apertura, lo que provoca que no se cierre completamente o que no permanezca cerrada. La vibración de frecuencia armónica producida a ciertas RPM también puede causar resonancia con el resorte de la válvula de asiento, reduciendo considerablemente su fuerza y ​​su capacidad para mantener la válvula cerrada rápidamente y sincronizarse correctamente con la masa recíproca (este fenómeno puede contrarrestarse mediante el uso de resortes de válvula dobles, ya que el resorte secundario puede asistir al primario en el rango de RPM muy estrecho donde puede ocurrir dicha falla armónica, permitiendo que el motor continúe aumentando las RPM). Estos efectos, denominados flotación o rebote de válvula, podrían provocar que la válvula sea golpeada por la parte superior del pistón ascendente. Además, en un diseño de válvula de camisa se pueden eliminar los árboles de levas, las varillas de empuje y los balancines, ya que las válvulas de camisa generalmente son accionadas por un solo engranaje impulsado por el cigüeñal. En un motor de aeronave, 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 generalmente requerían el rectificado de las válvulas y los asientos de válvula después de 20,000 a 30,000 millas (32,000 a 48,000  km) de servicio. Las válvulas de camisa no sufrían el desgaste y la erosión causados ​​por el impacto repetitivo de la válvula de asiento contra su asiento. Las válvulas de camisa 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 en realidad ayudaba a mejorar el sellado de las camisas, y se decía que los motores "mejoraban con el uso", a diferencia de los motores con válvulas de asiento, que pierden compresión y potencia a medida que las válvulas, los vástagos de válvula y las guías se desgastan. El movimiento continuo de las camisas tipo Burt-McCollum suprimía el elevado desgaste asociado a la mala lubricación en los puntos muertos superior e inferior (PMS/PMI) del recorrido del pistón, por lo que los anillos y los cilindros duraban mucho más.
  • La culata no necesita albergar válvulas, lo que permite colocar la bujía en la mejor posición posible para una ignición eficiente de la mezcla de combustión. En motores muy grandes, donde la velocidad de propagación de la llama limita tanto el tamaño como la velocidad, el remolino inducido por los conductos, como describe Ricardo, puede ser una ventaja adicional. En su investigación con motores de encendido por compresión de dos tiempos y válvula de camisa simple, Ricardo demostró la viabilidad de una camisa abierta, que actúa como un segundo pistón anular con el 10 % del área del pistón central, transmitiendo el 3 % de la potencia al eje de salida a través del mecanismo de accionamiento de la camisa en un motor diésel . Esto simplifica enormemente la construcción, ya que la culata original ya no es necesaria.
  • Temperaturas de funcionamiento más bajas en todas las partes del motor conectadas a la corriente, cilindros y pistones. Ricardo demostró que, siempre que la holgura entre la camisa y el cilindro sea la adecuada y la película de aceite lubricante sea lo suficientemente delgada, las camisas son "transparentes al calor".
  • Continental en Estados Unidos llevó a cabo una extensa investigación sobre motores de válvula de camisa simple, señalando que a la larga eran más baratos y fáciles de producir. Sin embargo, sus motores de aviación pronto igualaron el rendimiento de los motores de válvula de camisa simple mediante la introducción de mejoras como las válvulas de asiento refrigeradas por sodio, y parece que los costos de esta investigación, junto con la crisis de octubre de 1929, llevaron a que los motores de válvula de camisa simple de Continental no entraran en producción en masa. Un libro sobre motores Continental informa que General Motors había realizado pruebas con motores de válvula de camisa simple, rechazando este tipo de configuración, [ 4 ] y , según M. Hewland ( Car & Driver , julio de 1974), también Ford alrededor de 1959. [ 5 ]

La mayoría de estas ventajas fueron evaluadas y establecidas durante la década de 1920 por Roy Fedden , Niven y Ricardo, posiblemente el mayor defensor del motor de válvulas de camisa. Admitió que algunas de estas ventajas se vieron significativamente mermadas a medida que los combustibles mejoraron hasta la Segunda Guerra Mundial y durante la misma, y ​​con la introducción de válvulas de escape refrigeradas por sodio en los motores de aeronaves de alta potencia.

Desventajas

La válvula de camisa simple presentaba una serie de inconvenientes:

  • Un sellado perfecto, incluso muy bueno, es difícil de lograr. En un motor de válvula de asiento, el pistón posee anillos de pistón (al menos dos 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 resulta en un buen ajuste. Sin embargo, este tipo de "rodaje" no es posible en un motor de válvula de camisa, porque el pistón y la camisa se mueven en direcciones diferentes y en algunos sistemas incluso giran uno con respecto al otro. A diferencia de un diseño tradicional, las imperfecciones en el pistón no siempre se alinean con el mismo punto en la camisa. En la década de 1940, esto no era una preocupación importante porque los vástagos de las válvulas de asiento de la época generalmente tenían fugas apreciablemente más que en la actualidad, por lo que el consumo de aceite era significativo en cualquier caso. Para uno de los motores Argyll de válvula de camisa simple de 1922-1928, el 12, un cuatro cilindros de 91 pulgadas cúbicas. La unidad de 159 pulgadas cúbicas (1491 cc) tenía un consumo de aceite de un galón por cada 1945 millas, [ 6 ] y 1000 millas por galón de aceite en el motor de cuatro cilindros 15/30 de 159 pulgadas cúbicas (2610 cc). [ 7 ] Algunos propusieron agregar un anillo en la base de la camisa, entre la camisa y la pared del cilindro, o un anillo Dykes en la "cabeza de chatarra". Los motores de válvula de camisa simple tenían fama de ser mucho menos humeantes que los motores Daimler con contrapartes de los motores Knight de doble camisa.
  • El problema del alto consumo de aceite asociado con la válvula de doble camisa Knight se solucionó con la válvula de camisa simple Burt-McCollum, perfeccionada por Bristol. Los modelos que tenían la compleja " cabeza de chatarra " instalaban una válvula de purga antirretorno; como los líquidos no se pueden comprimir, la presencia de aceite en el espacio de cabeza provocaría problemas. En el punto muerto superior (PMS), la válvula de camisa simple gira en relación con el pistón. Esto evita problemas de lubricación límite, ya que no se produce desgaste del reborde del anillo del pistón en el PMS y el punto muerto inferior (PMI). La vida útil del Bristol Hercules entre revisiones generales (TBO) se estimó en 3000 horas, muy buena para un motor de avión, pero no tanto para motores de automóviles. [ 8 ] El desgaste de la camisa se localizaba principalmente en la parte superior, dentro de la "cabeza de chatarra". Hewland y Logan afirmaron haber resuelto el consumo de aceite en su prototipo de motor de 500 cc, monocilíndrico y con válvula de camisa simple, añadiendo un anillo en la base de la camisa y un anillo Dykes en la cabeza de chatarra.
  • Una desventaja inherente es que el pistón, en su recorrido, obstruye parcialmente los puertos, lo que dificulta el flujo de gases durante la crucial superposición entre la sincronización de las válvulas de admisión y escape, habitual en los motores modernos. La edición de 1954 del libro de Harry Ricardo, The High-Speed ​​Internal Combustion Engine , y también algunas patentes sobre la producción de válvulas de camisa, señalan que la zona disponible para los puertos en la camisa depende del tipo de accionamiento de la camisa y de la relación diámetro/carrera; Ricardo probó con éxito el concepto de "camisa abierta" en algunos motores de dos tiempos de encendido por compresión. Esto no solo eliminó los anillos de la culata, sino que también permitió una reducción en la altura del motor y la culata, reduciendo así el área frontal en un motor de avión, quedando toda la circunferencia de la camisa disponible para el área del puerto de escape, y actuando la camisa en fase con el pistón, formando un pistón anular con un área de alrededor del 10% de la del pistón, que contribuía con aproximadamente un 3% de la potencia de salida a través del mecanismo de accionamiento de la camisa al cigüeñal. El ingeniero de origen alemán Max Bentele , tras estudiar un motor aeronáutico británico de válvulas de camisa (probablemente un Hércules ), se quejó de que la disposición requería más de 100 engranajes para el motor, demasiados para su gusto. [ 9 ]
  • Un problema grave de los grandes motores aeronáuticos de una sola camisa es que su velocidad de rotación máxima fiable está limitada a unas 3.000 RPM, pero el motor del coche de Mike Hewland funcionó a más de 10.000 rpm sin dificultad.
  • Un mayor octanaje del combustible, superior a aproximadamente 87 RON, ha contribuido más a la potencia de los motores con válvulas de asiento que a la de los motores de camisa simple.
  • Se informó que la mayor dificultad con el consumo de aceite y la lubricación del conjunto de cilindros nunca se había resuelto en los motores de producción en serie. Los motores ferroviarios y otros motores grandes de válvula de camisa simple emiten más humo al arrancar; a medida que el motor alcanza la temperatura de funcionamiento y las holguras entran en el rango adecuado, el humo se reduce considerablemente. Para los motores de dos tiempos, se propuso un catalizador de tres vías con inyección de aire en el medio como la mejor solución en un artículo de la SAE Journal alrededor del año 2000.
  • Algunos (Wifredo Ricart, Alfa-Romeo) temían la acumulación de calor dentro del cilindro; sin embargo, Ricart demostró que si se mantiene una fina película de aceite y se reduce la holgura de trabajo entre la camisa y el cilindro, las camisas móviles son prácticamente transparentes al calor, transportándolo de hecho desde las partes superiores a las inferiores del sistema.
  • Si se almacenan horizontalmente, las mangas tienden a deformarse, lo que provoca diversos problemas mecánicos. Para evitarlo, se desarrollaron armarios especiales para almacenar las mangas verticalmente.
  • Las implementaciones equivalentes de los sistemas modernos de distribución variable y alzado variable de válvulas son imposibles debido al tamaño fijo de los orificios de los puertos y a la velocidad de rotación prácticamente constante de las camisas. Si bien teóricamente podría ser posible modificar la velocidad de rotación mediante engranajes que no guarden una relación lineal con la velocidad del motor, esto resultaría excesivamente complejo, incluso en comparación con la complejidad de los sistemas modernos de control de válvulas.

Historia

Charles Yale Knight

Daimler 22  hp [ 10 ] descapotable de dos plazas (ejemplar de 1909). La mascota claramente visible en su tapón del radiador es el Caballero (de CY).
Un anuncio de Stearns de 1912, réplica del original, en el centro de Boise, Idaho, promocionando el motor tipo Knight.

En 1901, Knight compró un triciclo monocilíndrico refrigerado por aire cuyas ruidosas válvulas le resultaban molestas. Creía poder diseñar un motor mejor y lo logró, inventando su principio de doble camisa en 1904. Con el apoyo del empresario de Chicago LB Kilbourne, se construyeron varios motores, seguidos del automóvil de turismo "Silent Knight", que se presentó 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 accionadas por pequeñas bielas conectadas mediante un eje excéntrico. Tenían orificios recortados en sus extremos superiores. El diseño era notablemente silencioso y las válvulas de camisa requerían poco mantenimiento. Sin embargo, su fabricación era más costosa debido al rectificado de precisión necesario en las superficies de las camisas. También consumía más aceite a altas velocidades y era más difícil de arrancar en clima frío. [ 11 ]

Aunque inicialmente no pudo vender su motor Knight en Estados Unidos, una larga estancia en Inglaterra, que incluyó un extenso desarrollo y perfeccionamiento por parte de Daimler bajo la supervisión de su consultor, el Dr. Frederick Lanchester , [ 12 ] finalmente le aseguró a Daimler y a varias empresas de automóviles de lujo como clientes dispuestos a pagar sus elevados precios. Patentó el diseño por primera vez 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 automóvil.

Los primeros tanques británicos de la Primera Guerra Mundial, hasta el Mark IV inclusive , utilizaron motores Daimler de seis cilindros con válvulas de camisa. Debido a la tendencia de estos motores a humear y, por lo tanto, a delatar la posición de los tanques, se recurrió a Harry Ricardo , quien diseñó un nuevo motor que reemplazó las válvulas de camisa a partir del tanque Mark V.

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

A su regreso a Estados Unidos, Knight logró que algunas empresas utilizaran su diseño; allí su marca era "Silent Knight" (1905-1907). Su principal atractivo era que sus motores eran más silenciosos que los de válvulas de asiento estándar. Las más conocidas fueron la FB Stearns Company de Cleveland, que vendía un automóvil llamado Stearns-Knight , y la empresa Willys , que ofrecía un automóvil llamado Willys-Knight , del cual se produjo en cantidades mucho mayores que cualquier otro automóvil con válvulas de camisa.

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 (las solicitudes de patente datan del 6 de agosto y el 22 de junio de 1909, respectivamente), ambos ingenieros contratados por el fabricante de automóviles escocés Argyll, consistía en un único manguito al que se le dotaba de una combinación de movimiento vertical y rotatorio parcial. Fue desarrollada alrededor de 1909 y se utilizó por primera vez en el automóvil Argyll de 1911. La inversión inicial en Argyll en 1900 fue de 15 000 libras esterlinas y la construcción de la magnífica planta de Escocia costó 500 000 libras esterlinas en 1920. Se informa que los litigios con los propietarios de las patentes Knight le costaron a Argyll 50 000 libras esterlinas, lo que podría ser una de las razones del cierre temporal de su planta. Otro fabricante de automóviles que utilizó las patentes Argyll SSV, y otras propias, fue Piccard-Pictet (Pic-Pic) Patente GB118407; 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 Argyll en los EE. UU. El mayor éxito de las válvulas de camisa simple (SSV) se dio en los grandes motores de avión 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 camisa Knight. [ 16 ]

Barr and Stroud Ltd de Anniesland, Glasgow, también obtuvo la licencia del diseño SSV y fabricó versiones pequeñas de los motores que comercializó a las compañías de motocicletas. En un anuncio en la revista Motor Cycle en 1922 [ 17 ] Barr & Stroud promocionó su motor de válvulas 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 bicilíndrico en V en 1923.Archivado el 27/05/2013 en Wayback Machine y posteriormente se añadió un SSV monocilíndrico de 499 cc, así como el de 350 cc. Vard Wallace, conocido por sus horquillas de repuesto para motocicletas, presentó en 1947 dibujos de un motor SSV monocilíndrico refrigerado por aire de 250 cc. En el Reino Unido se fabricaron algunos pequeños motores auxiliares SSV para embarcaciones y generadores eléctricos, preparados para quemar parafina desde el principio o, tras un breve calentamiento, con combustibles más complejos. [ 19 ]

Tras un artículo de investigación fundamental de Ricardo publicado en 1927 por la RAE , se desarrollaron varios motores aeronáuticos con válvulas de camisa. Este artículo destacaba las ventajas de las válvulas de camisa y sugería que los motores con válvulas de asiento no podrían ofrecer potencias superiores a los 1500  hp (1100  kW). Napier y Bristol iniciaron el desarrollo de motores con válvulas de camisa que, con el tiempo, darían lugar a la producción limitada de dos de los motores de pistón más potentes del mundo: el Napier Sabre y el Bristol Centaurus . La Continental Motors Company , durante la Gran Depresión, desarrolló prototipos de motores con una sola válvula de camisa para diversas aplicaciones, desde automóviles y trenes hasta aviones, y consideró que la producción sería más sencilla y los costes menores que los de sus homólogos con válvulas de asiento. Debido a los problemas financieros de Continental, esta línea de motores nunca llegó a producirse. («Continental! Its motors and its people», William Wagner, Armed Forces Journal International y Aero Publishers, 1983, ISBN 0-8168-4506-9)

Potencialmente el más potente de todos los motores de válvulas de camisa (aunque nunca llegó a la producción) fue el Rolls-Royce Crecy V-12 (curiosamente, con un ángulo en V de 90 grados), un motor aeronáutico de dos tiempos, inyección directa, turboalimentado (de barrido forzado) de 26,1 litros de capacidad. Logró una potencia específica muy alta y un consumo específico de combustible (SFC) sorprendentemente bueno. En 1945, el motor de prueba monocilíndrico (Ricardo E65) produjo el equivalente a 5000 CV (192 CV/litro) con inyección de agua, [ 20 ] aunque el V12 completo probablemente habría sido inicialmente homologado en unos 2500 CV (1900 kW) . Ricardo, quien especificó la disposición y los objetivos de diseño, creía que sería posible una potencia militar fiable de 4000 CV. Ricardo se sintió constantemente frustrado durante la guerra con los esfuerzos de Rolls-Royce (RR). Hives y Rolls-Royce estaban muy centrados en sus motores Merlin , Griffon , luego Eagle y finalmente en los reactores de Whittle , todos con un propósito de producción claramente definido. Ricardo y Tizard se dieron cuenta de que el Crecy nunca recibiría la atención de desarrollo que merecía a menos que se especificara su instalación en una aeronave en particular, pero para 1945, su concepto de " Spitfire con esteroides", un interceptor de ascenso rápido propulsado por el ligero motor Crecy, se había convertido en una aeronave sin propósito.  

Tras la Segunda Guerra Mundial, la válvula de camisa se utilizó menos. Roy Fedden, quien participó desde muy temprano en la investigación de la SV, construyó algunos motores de seis cilindros opuestos con una sola válvula de camisa, destinados a la aviación general, alrededor de 1947. Posteriormente, solo la francesa SNECMA produjo algunos motores SSV bajo licencia de Bristol que se instalaron en el avión de transporte Noratlas . Otro avión de transporte, el Azor , construido por la española CASA, también instaló motores Bristol SSV después de la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, los motores de válvula de camisa Bristol se utilizaron durante el auge del transporte aéreo de posguerra en el Vickers Viking y sus relacionados aviones militares Varsity y Valetta , el Airspeed Ambassador , utilizado en las rutas europeas de BEA , y los Handley Page Hermes (y sus relacionados aviones militares Hastings ), y los aviones de pasajeros Short Solent, así como el Bristol Freighter y el Superfreighter . El Centaurus también se utilizó en los aviones militares Hawker Sea Fury , Blackburn Firebrand , Bristol Brigand , Blackburn Beverly y Fairey Spearfish . Los problemas previos de la válvula de asiento con respecto al sellado y el desgaste se habían solucionado mediante el uso de mejores materiales, y los problemas de inercia asociados al uso de válvulas grandes se redujeron al emplear varias válvulas más pequeñas, lo que aumentó el área de flujo y redujo la masa, y el punto caliente de la válvula de escape se eliminó mediante válvulas refrigeradas por sodio. Hasta ese momento, la válvula de manguito simple había superado a la válvula de asiento en todas las comparaciones de potencia por desplazamiento. La dificultad del endurecimiento por nitruración, y el posterior rectificado de la válvula de manguito para corregir la circularidad, pudo haber sido un factor en su escasa aplicación comercial.

El caso de patentes Knight-Argyll

Cuando el automóvil Argyll se lanzó en 1911, la compañía Knight and Kilbourne inmediatamente presentó una demanda contra Argyll por infracción de su patente original de 1905. Esta patente describía un motor con una sola camisa móvil, mientras que los motores Daimler que se fabricaban en ese momento se basaban en la patente Knight de 1908, que tenía motores con dos camisas móviles. Como parte del litigio, se construyó un motor según la especificación de 1905, pero desarrolló apenas una fracción de la potencia nominal RAC . Este hecho, junto con otros argumentos legales y técnicos [ 21 ], llevó al juez a dictaminar, a finales de julio de 1912, que los titulares de la patente original de Knight no podían sostener su reclamo de que les otorgaba derechos de propiedad intelectual sobre 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 camisa ha comenzado a resurgir gracias a los materiales modernos, las tolerancias de ingeniería mucho mejores y las técnicas de construcción modernas, que dan como resultado una válvula de camisa con muy pocas fugas de 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 monocilíndrico de válvulas de camisa al analizar posibles reemplazos para el motor Cosworth DFV . Hewland afirmó haber obtenido 72 hp (54 kW) de un motor monocilíndrico de 500 cc, con un consumo específico de combustible de 177–205 g/HP/hr (0,39–0,45 lb/HP/hr), y que el motor podía funcionar con creosota , sin necesidad de lubricación específica para la camisa. Afirmaron haber resuelto el problema del consumo de aceite añadiendo un anillo Dykes en la culata "Junk Head".     

Motor de válvulas de camisa de la serie "SP" de RCV, con una cilindrada de 20 cm³ (1,20 pulgadas cúbicas).

Un tipo inusual de motor de cuatro tiempos para modelos a escala , que utiliza esencialmente un formato de válvula de camisa, es la serie británica RCV de motores "SP", que emplean una camisa de cilindro giratoria accionada mediante un engranaje cónico en la parte inferior de la camisa, que en realidad se encuentra en el extremo posterior del cilindro; y, aún más inusual, tienen el eje de la hélice —como parte integral mecanizada de la camisa del cilindro giratoria— emergiendo de lo que normalmente sería la culata , que en este diseño se ubica 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 "CD" de motores para modelos a escala 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 de cilindro giratoria. Como paralelismo con los motores automotrices de válvulas de camisa diseñados anteriormente por Charles Knight, cualquier motor modelo RCV de válvulas de camisa que funcione con combustible para motores de incandescencia modelo que utilice aceite de ricino (con un contenido aproximado del 2% al 4%) del lubricante con un contenido máximo del 15% en el combustible permite que el "barniz" creado durante el funcionamiento del motor proporcione un mejor sellado neumático entre la válvula del cilindro giratorio y las piezas fundidas del cilindro/culata del motor, inicialmente formado durante el rodaje del motor. [ 22 ]

Se ha desarrollado otro concepto, el motor de camisa giratoria, que aprovecha la reducción del desgaste y la fricción de la válvula de camisa en un diseño de motor convencional. Se ha reportado una reducción de la fricción del orden del 40% en un motor diésel de servicio pesado.

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

En ocasiones, pero sin éxito, se han utilizado válvulas de manguito en máquinas de vapor, por ejemplo, en la clase SR Leader .

Véase también

Referencias

  1. Manual del Autocar (Novena ed.). El Autocar . c. 1919. págs. 36–38 .  
  2. Manual del Autocar (Novena ed.). El Autocar . c. 1919. págs. 37–39 .  
  3. "Válvulas de manguito, descripción". The Autocar . 19 de diciembre de 1914.
  4. Continental! Sus motores y su gente , W. Wagner, 1983. ISBN 0-8168-4506-9
  5. ^ M. Hewland (julio de 1974). Coche y conductor .
  6. WA Frederick, SAE Journal, mayo de 1927
  7. George A. Oliver, The Single Sleeve-Valve Argylls , Profile Publications Número 67 - Automóviles -, Londres 1967
  8. ^ LJK Setright, Algunas locomotoras inusuales , Londres, 1979, p.62
  9. Bentele, Max (1991). Engine Revolutions: The Autobiography of Max Bentele . Warrendale, Pennsylvania: SAE . p. 5. ISBN  978-1-56091-081-7Durante la Segunda Guerra Mundial, mi entusiasmo inicial por la simplicidad del motor de válvulas de camisa resultó estar basado en premisas dudosas. Mi inspección de un motor radial Bristol de dos filas capturado reveló una gran cantidad de engranajes para la transmisión de las válvulas de camisa. ¡Creo que había más de 100 engranajes!
  10. Calificación RAC
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  • Edición de 1931 de Harry Ricardo: 'El motor de combustión interna de alta velocidad'
  • Sitio web de Douglas Self: 'Válvulas rotativas en motores de combustión interna'