Motor Flathead - Flathead engine
Um motor de cabeça chata , também conhecido como motor de válvula lateral ou motor de válvula em bloco é um motor de combustão interna com suas válvulas de gatilho contidas dentro do bloco do motor , em vez de na cabeça do cilindro , como em um motor de válvula no alto .
As cabeças planas foram amplamente utilizadas internacionalmente por fabricantes de automóveis desde o final da década de 1890 até meados da década de 1950, mas foram substituídas por válvulas suspensas e motores de eixo de comando de válvulas mais eficientes . Eles estão atualmente experimentando um renascimento em motores aeronáuticos de baixa rotação , como o D-Motor .
O projeto da válvula lateral
A engrenagem da válvula compreende uma árvore de cames situada na parte inferior do bloco de cilindros que opera as válvulas de gatilho por meio de tuchos e hastes curtas (ou, às vezes, sem haste). O sistema de cabeça chata obvia a necessidade de novas Valvetrain componentes, tais como varetas longas, balanceiros, válvulas aéreas ou árvores de cames . As válvulas laterais são normalmente adjacentes, localizadas em um lado do (s) cilindro (s), embora algumas cabeças planas empreguem a variante de "cabeça em T" de "fluxo cruzado" menos comum . Em um motor com cabeçote em T, os gases de escape saem do lado oposto do cilindro da válvula de admissão.
A câmara de combustão do motor com válvula lateral não está acima do pistão (como em um motor OHV (válvula de sobrecarga)), mas ao lado, acima das válvulas. A vela de ignição pode ser instalada sobre o pistão (como em um motor OHV) ou acima das válvulas; mas os projetos de aeronaves com dois plugues por cilindro podem usar uma ou ambas as posições.
Os "pistões pop-up" podem ser usados com cabeças compatíveis para aumentar a taxa de compressão e melhorar a forma da câmara de combustão para evitar batidas . Os pistões "pop-up" são assim chamados porque, no ponto morto superior , eles se projetam acima do topo do bloco de cilindros.
Vantagens
As vantagens de um motor sidevalve incluem: simplicidade, confiabilidade, baixa contagem de peças, baixo custo, baixo peso, compacidade, potência responsiva em baixa velocidade, baixo ruído mecânico do motor e insensibilidade a combustível de baixa octanagem. A ausência de um conjunto de válvulas complicado permite um motor compacto e barato de fabricar, já que a cabeça do cilindro pode ser pouco mais do que uma simples fundição de metal. Essas vantagens explicam por que os motores de válvula lateral foram usados em automóveis de passageiros por muitos anos, enquanto os projetos OHV passaram a ser especificados apenas para aplicações de alto desempenho, como aeronaves , carros de luxo , carros esportivos e algumas motocicletas .
No ponto morto superior, o pistão fica muito perto da parte plana da cabeça do cilindro acima, e o resultante esmagar turbulência produz excelente mistura combustível / ar. Uma característica do projeto da válvula lateral (particularmente benéfico para um motor aero) é que se uma válvula se prender em sua guia e permanecer parcialmente aberta, o pistão não será danificado e o motor continuará operando com segurança em seus outros cilindros.
Desvantagens
As principais desvantagens de um motor com válvula lateral são o fluxo de gás pobre, o formato ruim da câmara de combustão e a baixa taxa de compressão, resultando em um motor de baixa rotação com baixa potência e baixa eficiência. Como os motores sidevalve não queimam o combustível de maneira eficiente, eles sofrem com altas emissões de hidrocarbonetos.
Os motores Sidevalve só podem ser usados para motores que operam no princípio de Otto. O formato da câmara de combustão não é adequado para motores Diesel.
Em um motor com válvula lateral, os gases de admissão e exaustão seguem uma rota tortuosa, com baixa eficiência volumétrica, ou "respiração deficiente", até porque os gases de exaustão interferem na carga de entrada. Como o escapamento segue um longo caminho para deixar o motor, há uma tendência de superaquecimento do motor . (Nota: isso é verdadeiro para motores de cabeça plana tipo V, mas menos problemático para motores em linha que normalmente têm as portas de admissão e escape no mesmo lado do bloco do motor.) Embora um motor com válvula lateral possa operar com segurança em alta velocidade, é a eficiência volumétrica deteriora rapidamente, de modo que saídas de alta potência não são viáveis em velocidade. A alta eficiência volumétrica era menos importante para os primeiros carros porque seus motores raramente sustentavam altas velocidades prolongadas, mas os projetistas que buscavam maiores potências tiveram que abandonar a válvula lateral. Um meio-termo usado pelo Willys Jeep , Rover , Landrover e Rolls-Royce na década de 1950 foi a "cabeça F" (ou válvula de "entrada sobre escape"), que tem uma válvula lateral e uma válvula suspensa por cilindro.
A câmara de combustão alongada da cabeça chata está sujeita a pré - ignição (ou "batida") se a taxa de compressão for aumentada, mas melhorias como ignição a laser ou ignição aprimorada por microondas podem ajudar a prevenir batidas. As ranhuras de turbulência podem aumentar o redemoinho dentro da câmara de combustão, aumentando o torque, especialmente em baixas rotações. Uma melhor mistura da carga de combustível / ar melhora a combustão e ajuda a evitar batidas.
Um avanço na tecnologia de cabeçote plano resultou da experimentação na década de 1920 por Sir Harry Ricardo , que melhorou sua eficiência após estudar as características do fluxo de gás dos motores com válvula lateral.
A dificuldade em projetar uma cabeça chata de alta taxa de compressão significa que a maioria tende a ter projetos de ignição por centelha, e os motores a diesel com cabeça chata são virtualmente desconhecidos.
História e aplicações
O arranjo de válvula lateral era especialmente comum nos Estados Unidos e usado para motores de veículos motorizados, mesmo para motores com alta potência específica. Os projetos Sidevalve ainda são comuns para muitos motores pequenos de um ou dois cilindros , como cortadores de grama , giradores , tratores de duas rodas e outras máquinas agrícolas básicas .
Carros Flathead
Motores de cabeça chata multicilindros foram usados para carros como o Ford Modelo T e Ford Modelo A , o motor Ford V8 de cabeça chata e o motor Ford Sidevalve . A Cadillac produziu motores V-16 de cabeça chata para seus carros de luxo da Série 90 de 1938–1940. Após a Segunda Guerra Mundial , os designs de cabeça chata começaram a ser substituídos por designs de OHV (válvula suspensa). Os cabeças-chatas não eram mais comuns em carros , mas continuaram em veículos mais rudimentares, como jipes militares off-road . Nos círculos de carros personalizados e hot rod dos EUA, exemplos restaurados dos primeiros V8s de cabeçote plano da Ford ainda são vistos.
Aeromotores Flathead
A simplicidade, leveza, compactação e confiabilidade podem parecer ideais para um motor aeronáutico , mas por causa de sua baixa eficiência, os primeiros motores de cabeça plana foram considerados inadequados. Duas exceções notáveis foram o American Aeronca E-107 com dois motores aéreos opostos de 1930 e o Continental A40 flat four de 1931, que se tornou um dos motores de aeronaves leves mais populares da década de 1930. Duas cabeças planas modernas são o D-Motor belga , quatros e seis chatos . Estes são motores aerodinâmicos extremamente superquadrados e compactos, com acionamento direto a uma hélice.
Motocicletas Flathead
Os designs do Flathead foram usados em várias das primeiras motocicletas do pré-guerra, em particular nos gêmeos V dos Estados Unidos, como Harley-Davidson e Indian , alguns singles britânicos, gêmeos flat BMW e cópias russas dos mesmos. A Cleveland Motorcycle Manufacturing Company produziu um motor em linha de quatro cilindros com cabeçote T na década de 1920.