Válvula de manga - Sleeve valve

Close da válvula de manga de um Bristol Centaurus Mark 175.

Bristol Perseus

A válvula de manga é um tipo de mecanismo de válvula para motores a pistão , diferente da válvula de gatilho usual . Motores de válvula de manga foram usados ​​em uma série de carros de luxo antes da Segunda Guerra Mundial e nos Estados Unidos no carro e caminhão leve Willys-Knight . Posteriormente, eles caíram de uso devido aos avanços na tecnologia de válvula de gatilho, incluindo resfriamento de sódio, e a tendência do motor de manga dupla do sistema Knight de queimar muito óleo lubrificante ou emperrar devido à falta dele. A empresa Scottish Argyll usava seu próprio sistema de manga única (Burt-McCollum), muito mais simples e eficiente em seus carros, um sistema que, após amplo desenvolvimento, teve uso substancial em motores de aeronaves britânicas da década de 1940, como o Napier Sabre , Bristol Hercules , Centaurus e o promissor, mas nunca produzido em massa Rolls-Royce Crecy , apenas para ser suplantado pelos motores a jato.

Descrição

Uma válvula de manga assume a forma de uma ou mais mangas usinadas. Ele se encaixa entre o pistão e a parede do cilindro no cilindro de um motor de combustão interna, onde gira e / ou desliza. A parede do cilindro tem portas de entrada e saída, idênticas a um motor de dois tempos . As portas (orifícios) nas laterais das mangas ficam alinhadas com as portas de entrada e saída do cilindro nos estágios apropriados do ciclo do motor.

Tipos de válvula de manga

Motor Knight com válvula de manga

A primeira válvula de manga de sucesso foi patenteada por Charles Yale Knight e usou duas mangas deslizantes alternadas. Foi usado em alguns automóveis de luxo, nomeadamente Willys , Daimler , Mercedes-Benz , Minerva , Panhard , Peugeot e Avions Voisin . A Mors adotou motores com válvula de manga dupla da Minerva. O maior consumo de óleo foi fortemente compensado pelo silêncio da corrida e as quilometragens muito altas sem manutenção. Os primeiros sistemas de válvula poppet exigiam descarbonização em quilometragem muito baixa.

Válvula de manga simples Argyll

A válvula de manga Burt-McCollum foi nomeada em homenagem aos dois inventores que solicitaram patentes semelhantes com poucas semanas um do outro. O sistema Burt era do tipo manga aberta, acionado do lado do virabrequim, enquanto o projeto McCollum tinha uma manga na cabeça e na parte superior do cilindro, e um arranjo de portas mais complexo (Fonte: Revista 'Torque Meter', AEHS). O design que entrou em produção era mais 'Burt' do que 'McCollum'. Foi usado pela empresa escocesa Argyll para seus carros e mais tarde foi adotado pela Bristol para seus motores radiais de aeronaves. Ele usava uma única luva acionada por um excêntrico de um eixo de sincronização ajustado em 90 graus em relação ao eixo do cilindro. Mecanicamente mais simples e mais robusta, a válvula Burt-McCollum tinha a vantagem adicional de reduzir o consumo de óleo (em comparação com outros designs de válvula de manga), ao mesmo tempo que retinha as câmaras de combustão e a grande área de portagem organizada no sistema Knight .

Um pequeno número de projetos usava uma luva de "manguito" na cabeça do cilindro em vez do cilindro propriamente dito, fornecendo um layout mais "clássico" em comparação com os motores de válvula de gatilho tradicionais. Esse projeto também tinha a vantagem de não ter o pistão dentro da luva, embora na prática isso pareça ter pouco valor prático. Por outro lado, esse arranjo limitava o tamanho das portas ao da cabeça do cilindro, enquanto as luvas internas do cilindro poderiam ter portas muito maiores.

Vantagens desvantagens

Vantagens

As principais vantagens do motor de válvula de manga são:

• Eficiência volumétrica elevada devido às aberturas de porta muito grandes. Sir Harry Ricardo também demonstrou melhor eficiência mecânica e térmica.
• O tamanho das portas pode ser controlado prontamente. Isso é importante quando um motor opera em uma ampla faixa de RPM , uma vez que a velocidade na qual o gás pode entrar e sair do cilindro é definida pelo tamanho do duto que leva ao cilindro e varia de acordo com o cubo do RPM. Em outras palavras, em RPMs mais elevados, o motor normalmente requer portas maiores que permanecem abertas por uma proporção maior do ciclo; isso é bastante fácil de conseguir com válvulas de manga, mas difícil em um sistema de válvula poppet.
• Boa limpeza de exaustão e redemoinho controlável da mistura de ar / combustível de entrada em designs de manga única. Quando as portas de entrada se abrem, a mistura ar / combustível pode ser feita para entrar tangencialmente ao cilindro. Isso ajuda na eliminação quando a sobreposição de tempo de escape / entrada é usada e uma ampla faixa de velocidade é necessária, enquanto a eliminação deficiente de escape da válvula de gatilho pode diluir a entrada da mistura de ar fresco / combustível em um grau maior, sendo mais dependente da velocidade (dependendo principalmente do sistema de escape / entrada sintonia ressonante para separar os dois fluxos). Maior liberdade de projeto da câmara de combustão (poucas restrições além do posicionamento da vela de ignição) significa que o redemoinho da mistura combustível / ar no ponto morto superior (TDC) também pode ser mais controlado, permitindo ignição e deslocamento da chama aprimorados que, conforme demonstrado por H. Ricardo , permite pelo menos uma unidade extra de taxa de compressão antes da detonação, em comparação com o motor de válvula poppet.
• A câmara de combustão formada com a luva no topo de seu curso é ideal para uma combustão completa e livre de detonação da carga, já que ela não tem que lidar com o formato da câmara comprometido e as válvulas de escape quente (gatilho).
• Nenhuma mola está envolvida no sistema de válvula de manga, portanto, a potência necessária para operar a válvula permanece amplamente constante com a rotação do motor, o que significa que o sistema pode ser usado em velocidades muito altas sem penalidades por isso. Um problema com os motores de alta velocidade que usam válvulas poppet é que, à medida que a velocidade do motor aumenta, a velocidade na qual a válvula se move também tem que aumentar. Isso, por sua vez, aumenta as cargas envolvidas devido à inércia da válvula, que deve ser aberta rapidamente, parada, em seguida invertida na direção e fechada e parada novamente. Válvulas de gatilho grandes que permitem um bom fluxo de ar têm uma massa considerável e requerem uma mola forte para superar sua inércia ao fechar. Em velocidades mais altas do motor, a mola da válvula pode ser incapaz de fechar a válvula efetivamente para a quantidade necessária de grau de rotação do virabrequim antes do próximo evento de abertura, resultando em uma falha em completamente e / ou permanecer fechada. A vibração de frequência harmônica produzida em determinado RPM também pode causar uma ressonância com a mola da válvula de gatilho, reduzindo muito sua força da mola e capacidade de manter a válvula fechada rapidamente e estar corretamente no tempo com a massa recíproca (este fenômeno pode ser combatido pelo uso de molas de válvula dupla como a mola secundária podem ajudar a primária através da faixa de rpm muito estreita, onde tal falha harmônica pode ocorrer, permitindo que o motor continue a aumentar as RPM). Esses efeitos, chamados de flutuação da válvula e / ou salto da válvula, podem fazer com que a válvula seja atingida pelo topo do pistão ascendente. Além disso, os eixos de comando, hastes de pressão e balancins de válvula podem ser eliminados em um projeto de válvula de manga, já que as válvulas de manga são geralmente acionadas por uma única engrenagem acionada pelo virabrequim. Em um motor de aeronave, isso proporcionou reduções desejáveis ​​de peso e complexidade.
• Longevidade, conforme demonstrado nas primeiras aplicações automotivas do motor Knight. Antes do advento das gasolinas com chumbo, os motores de válvula poppet normalmente exigiam retificação das válvulas e sedes das válvulas após 20.000 a 30.000 milhas (32.000 a 48.000 km) de serviço. As válvulas de manga não sofreram o desgaste e a recessão causados ​​pelo impacto repetitivo da válvula de gatilho contra sua sede. As válvulas de manga também foram submetidas a um aquecimento menos intenso do que as válvulas de gatilho, devido à sua maior área de contato com outras superfícies de metal. No motor Knight, o acúmulo de carbono realmente ajudou a melhorar a vedação das mangas, sendo dito que os motores "melhoram com o uso", em contraste com os motores de válvula poppet, que perdem a compressão e a potência como válvulas, hastes de válvula e guias desgaste. Devido ao movimento contínuo da luva (tipo Burt-McCollum), os pontos de alto desgaste ligados à má lubrificação no TDC / BDC ( ponto morto inferior ) do curso do pistão dentro do cilindro são suprimidos, de modo que os anéis e cilindros duram muito mais.
• A cabeça do cilindro não é necessária para hospedar válvulas, permitindo que a vela de ignição seja colocada no melhor local possível para ignição eficiente da mistura de combustão. Para motores muito grandes, onde a velocidade de propagação da chama limita o tamanho e a velocidade, o redemoinho induzido pelas portas, conforme descrito por Harry Ricardo, pode ser uma vantagem adicional. Em sua pesquisa com motores de ignição por compressão de válvula de manga única de dois tempos, Harry Ricardo provou que uma manga aberta era viável, atuando como um segundo pistão anular com 10% da área central do pistão, que transmitia 3% da potência ao eixo de saída através do mecanismo de condução da manga. Isso simplifica muito a construção, pois a ' cabeça de sucata ' não é mais necessária.
• Baixas temperaturas de operação de todas as peças do motor conectadas à energia, cilindros e pistões. Harry Ricardo mostrou que, desde que a folga entre a luva e o cilindro seja adequadamente ajustada e a película de óleo lubrificante seja fina o suficiente, as luvas são 'transparentes ao calor'.
• A Continental nos Estados Unidos conduziu uma extensa pesquisa em motores de válvula de manga simples, apontando que eles acabaram tendo custo de produção mais baixo e mais fáceis de produzir. No entanto, seus motores de aeronaves logo igualaram o desempenho dos motores de válvula de manga única, introduzindo melhorias, como válvulas de gatilho refrigeradas a sódio, e parece também que os custos dessa pesquisa, junto com a crise de outubro de 1929, levaram ao single Continental - motores com válvula de manga não entram em produção em massa. Um livro ( Continental! Its Motors and Its People , W. Wagner, 1983. ISBN  0-8168-4506-9 ) sobre motores Continental relata que a General Motors realizou testes com motores de válvula de manga única, rejeitando este tipo de arranjo, e, de acordo com M. Hewland ( Car & Driver , julho de 1974), também a Ford por volta de 1959.

A maioria dessas vantagens foi avaliada e estabelecida durante a década de 1920 por Roy Fedden e Harry Ricardo, possivelmente o maior defensor do motor de válvula de manga. Ele admitiu que algumas dessas vantagens foram significativamente erodidas à medida que os combustíveis melhoraram até e durante a Segunda Guerra Mundial e as válvulas de escape refrigeradas a sódio foram introduzidas nos motores de aeronaves de alta potência.

Desvantagens

Uma série de desvantagens afetaram a válvula de manga única:

• Perfeita, mesmo muito boa, a vedação é difícil de conseguir. Em um motor de válvula poppet, o pistão possui anéis de pistão (pelo menos três e às vezes até oito) que formam uma vedação com o diâmetro do cilindro. Durante o período de "amaciamento" (conhecido como "rodagem" no Reino Unido), quaisquer imperfeições em um são raspadas no outro, resultando em um bom ajuste. Esse tipo de "amaciamento" não é possível em um motor de válvula de manga, entretanto, porque o pistão e a manga se movem em direções diferentes e em alguns sistemas até giram um em relação ao outro. Ao contrário de um design tradicional, as imperfeições no pistão nem sempre se alinham com o mesmo ponto na luva. Na década de 1940, isso não era uma grande preocupação porque as hastes da válvula poppet da época normalmente vazavam muito mais do que hoje, de modo que o consumo de óleo era significativo em ambos os casos. Para um dos motores Argyll de válvula de manga simples de 1922–1928, o 12, um quatro cilindros 91 cu. pol. (1.491 cc) unidade, foi atribuído um consumo de óleo de um galão para 1.945 milhas, e 1.000 milhas por galão de óleo no 15/30 quatro cilindros 159 cu. pol. (2.610 cc). Alguns propuseram um anel adicionado na base da manga, entre a manga e a parede do cilindro. Os motores de válvula de manga única tinham a reputação de serem muito menos enfumaçados do que o Daimler, com motores Knight de manga dupla.
• O problema de alto consumo de óleo associado à válvula de manga dupla Knight foi corrigido com a válvula de manga simples Burt-McCollum, aperfeiçoada pela Bristol. Os modelos que tinham o complexo ' cabeçote de sucata ' instalaram uma válvula de purga sem retorno; como os líquidos não podem ser comprimidos, a presença de óleo no espaço vazio resultaria em problemas. No ponto morto superior (TDC), a válvula de manga única gira em relação ao pistão. Isso evita problemas de lubrificação de limite, pois o desgaste da crista do anel do pistão no TDC e no ponto morto inferior (BDC) não ocorre. O tempo entre revisões (TBO) do Bristol Hercules foi avaliado em 3.000 horas, muito bom para um motor de aeronave, mas não para motores automotivos. O desgaste da manga estava localizado principalmente na parte superior, dentro da 'cabeça de sucata'.
• Uma desvantagem inerente é que o pistão em seu curso obscurece parcialmente as portas, dificultando o fluxo dos gases durante a sobreposição crucial entre o sincronismo das válvulas de admissão e escapamento, comum nos motores modernos. A impressão de 1954 do livro de Harry Ricardo The High-Speed ​​Internal Combustion Engine , e também algumas patentes sobre a produção de válvulas de manga, apontam que a zona disponível para portas na manga depende do tipo de acionamento da manga e da razão furo / curso; Ricardo testou com sucesso o conceito de 'manga aberta' em alguns motores de ignição por compressão de dois tempos. Não só eliminou os anéis de cabeça, mas também permitiu uma redução na altura do motor e da cabeça, reduzindo assim a área frontal em um motor de aeronave, toda a circunferência da manga ficando disponível para a área da porta de escape, e a manga agindo em fase com o pistão formando um pistão anular com uma área em torno de 10% daquela do pistão, que contribuiu com cerca de 3% da saída de energia através do mecanismo de acionamento da luva para o virabrequim. O engenheiro alemão Max Bentele , depois de estudar um motor aero com válvula de manga britânica (provavelmente um Hércules ), reclamou que o arranjo exigia mais de 100 engrenagens para o motor, muitos para o seu gosto.
• Um problema sério com os grandes motores aeronáuticos de manga única é que sua velocidade de rotação confiável máxima é limitada a cerca de 3.000 RPM, mas o motor do carro M Hewland acelerou acima de 10.000 RPM sem esforço.
• Os octanos de combustível aprimorados, acima de cerca de 87 RON, têm ajudado a saída de potência dos motores de válvula poppet mais do que os motores de manga única.
• O aumento da dificuldade com consumo de óleo e lubrificação do conjunto do cilindro foi relatado como nunca tendo sido resolvido em motores produzidos em série. Ferrovias e outros motores grandes com válvula de manga única emitem mais fumaça ao dar partida; à medida que o motor atinge a temperatura de operação e as tolerâncias entram na faixa adequada, a fumaça é bastante reduzida. Para motores de dois tempos, um catalisador de três vias com injeção de ar no meio foi proposto como a melhor solução em um artigo do SAE Journal por volta do ano 2000.
• Alguns (Wifredo Ricart, Alfa-Romeo) temiam o aumento de calor dentro do cilindro, no entanto Ricardo provou que se apenas uma fina película de óleo fosse retida e a folga de trabalho entre a manga e o cilindro fosse mantida pequena, as mangas móveis são quase transparente ao calor, realmente transportando o calor das partes superiores para as inferiores do sistema.
• Se armazenadas horizontalmente, as mangas tendem a se tornar ovais, produzindo vários tipos de problemas mecânicos. Para evitar isso, armários especiais foram desenvolvidos para armazenar as mangas verticalmente.
• Implementações equivalentes de temporização de válvula variável moderna e levantamento variável são impossíveis devido aos tamanhos fixos dos orifícios da porta e essencialmente à velocidade de rotação fixa das luvas. Teoricamente, pode ser possível alterar a velocidade de rotação por meio de engrenagens que não estão linearmente relacionadas à rotação do motor, no entanto, parece que isso seria pouco prático, mesmo em comparação com as complexidades dos sistemas de controle de válvula modernos.

História

Charles Yale Knight

Daimler 22 cv aberto de 2 lugares (exemplo de 1909). O mascote claramente visível na tampa do radiador é o (CY's) Knight

Um anúncio da Stearns de 1912 replicado no centro de Boise, Idaho, divulgando o motor do tipo Knight

Em 1901, Knight comprou um veículo monocilíndrico de três rodas refrigerado a ar, cujas válvulas barulhentas o incomodavam. Ele acreditava que poderia projetar um motor melhor e o fez, inventando seu princípio de manga dupla em 1904. Apoiado pelo empresário de Chicago LB Kilbourne, vários motores foram construídos, seguidos pelo carro de turismo "Silent Knight", que foi mostrado no 1906 Chicago Auto Show.

O desenho de Knight tinha duas mangas de ferro fundido por cilindro, uma deslizando dentro da outra com o pistão dentro da manga interna. As luvas eram operadas por pequenas hastes conectadas, acionadas por um eixo excêntrico. Eles tinham portas cortadas em suas extremidades superiores. O design era extremamente silencioso e as válvulas de manga exigiam pouca atenção. Era, no entanto, mais caro de fabricar devido à retificação de precisão exigida nas superfícies das mangas. Ele também usava mais óleo em altas velocidades e era mais difícil de dar a partida em climas frios.

Embora ele inicialmente não tenha conseguido vender seu Knight Engine nos Estados Unidos, uma longa permanência na Inglaterra, envolvendo extenso desenvolvimento e refinamento pela Daimler supervisionado por seu consultor, Dr. Frederick Lanchester , acabou garantindo a Daimler e várias empresas de carros de luxo como clientes dispostos a pagar seus prêmios caros. Ele patenteou o design pela primeira vez na Inglaterra em 1908. A patente para os EUA foi concedida em 1910. Como parte do acordo de licenciamento, "Knight" deveria ser incluído no nome do carro.

Os motores de válvula manga Daimler de seis cilindros foram usados ​​nos primeiros tanques britânicos na Primeira Guerra Mundial, até e incluindo o Mark IV . Como um resultado da tendência dos motores para fumar e, por conseguinte, dar as posições tanque, Harry Ricardo foi apresentado em, e inventou um novo motor que substituiu a válvula de manga começando com o tanque de Mark V .

Entre as empresas que usam a tecnologia da Knight estavam Avions Voisin , Daimler (1909-1930), incluindo seu V12 Double Six , Panhard (1911-1939), Mercedes (1909-1924), Willys (como o Willys-Knight , mais o Falcon-Knight associado ), Stearns , Mors , Peugeot e a empresa belga Minerva, que foi forçada a interromper sua linha de motores com válvulas de mangas devido às limitações impostas pelos vencedores da Segunda Guerra Mundial, cerca de trinta empresas ao todo. Itala também experimentou válvulas rotativas e de manga em seus carros 'Avalve'.

Após o retorno de Knight à América, ele conseguiu que algumas empresas usassem seu projeto; aqui, sua marca era " Silent Knight " (1905–1907) - o argumento de venda era que seus motores eram mais silenciosos do que aqueles com válvulas de gatilho padrão. Os mais conhecidos deles foram a FB Stearns Company of Cleveland, que vendeu um carro chamado Stearns-Knight , e a empresa Willys que ofereceu um carro chamado Willys-Knight , que foi produzido em número muito maior do que qualquer outra válvula de manga. carro.

Burt-McCollum

A válvula manga Burt-McCollum, tendo seu nome a partir dos sobrenomes dos dois engenheiros que patentearam o mesmo conceito com semanas de diferença, Peter Burt e James Harry Keighly McCollum, os pedidos de patente são de 6 de agosto e 22 de junho de 1909, respectivamente, ambos engenheiros contratados pela montadora escocesa Argyll, consistiam em uma única manga, que recebia uma combinação de movimento giratório parcial e para cima e para baixo. Foi desenvolvido por volta de 1909 e foi usado pela primeira vez no carro Argyll de 1911 . O investimento inicial de 1900 em Argyll foi de £ 15.000 e a construção da magnífica fábrica da Escócia custou £ 500.000 em 1920. É relatado que o litígio pelos proprietários das patentes de Knight custou a Argyll £ 50.000, talvez uma das razões para o encerramento temporário de sua fábrica . Outro fabricante de automóveis que usou as patentes Argyll SSV, e outras suas próprias (patente GB118407), foi a Piccard-Pictet (Pic-Pic); Louis Chevrolet e outros fundaram a Frontenac Motors em 1923 com o objetivo de produzir um carro de luxo com motor SSV de 8 L, mas isso nunca chegou à produção por motivos relacionados aos prazos das patentes da Argyll nos EUA. O maior sucesso para válvulas de manga simples (SSV) foi nos motores de aviões de grande porte da Bristol, também foi usado nos motores Napier Saber e Rolls-Royce Eagle . O sistema SSV também reduziu o alto consumo de óleo associado à válvula Knight de manga dupla.

Barr and Stroud Ltd de Anniesland, Glasgow, também licenciou o projeto SSV e fez pequenas versões dos motores que eles comercializaram para empresas de motocicletas. Em um anúncio na revista Motor Cycle em 1922, Barr & Stroud promoveu seu motor de válvula de manga de 350 cc e listou Beardmore-Precision , Diamond, Edmund e Royal Scot como fabricantes de motocicletas que o ofereciam. Este motor foi descrito na edição de março como o motor 'Burt'. A Grindlay-Peerless começou a produzir um SSV Barr & Stroud com motor V-gêmeo de 999 cc em 1923. [1] e mais tarde adicionou um SSV único de 499 cc, bem como o 350 cc. Vard Wallace, conhecido por seus garfos de reposição para motocicletas, apresentou em 1947 os desenhos de um motor SSV de 250 cc com cilindro único refrigerado a ar. Alguns pequenos motores auxiliares de barco SSV e geradores elétricos foram construídos no Reino Unido, preparados para queimar 'parafina' desde o início, ou após um pouco de aquecimento com combustíveis mais complexos. (Petter Brotherhood, Wallace. 'The Engineer', 9 de dezembro de 1921, pg 618)

Vários motores de aeronaves de válvula manga foram desenvolvidos após um artigo de pesquisa seminal de 1927 da RAE por Harry Ricardo . Este artigo descreveu as vantagens da válvula de manga e sugeriu que os motores de válvula poppet não seriam capazes de oferecer saídas de potência muito além de 1.500 hp (1.100 kW). Napier e Bristol começaram o desenvolvimento de motores de válvula manga que acabariam resultando na produção limitada de dois dos motores de pistão mais potentes do mundo: o Napier Sabre e o Bristol Centaurus . A Continental Motors Company , por volta dos anos da Grande Depressão, desenvolveu protótipos de motores de válvula de manga única para uma variedade de aplicações, de carros a trens e aviões, e pensou que a produção seria mais fácil e os custos seriam menores do que seus motores de válvula de gatilho de contrapartida. Devido aos problemas financeiros da Continental, esta linha de motores nunca entrou em produção. ('Continental! Seus motores e seu povo', William Wagner, Armed Forces Journal International e Aero Publishers, 1983, ISBN  0-8168-4506-9 )

Potencialmente, o mais poderoso de todos os motores de válvula manga (embora nunca tenha chegado à produção) era o Rolls-Royce Crecy V-12 (estranhamente, usando um ângulo V de 90 graus), dois tempos, injeção direta, turboalimentado (força -escavado) aero-motor de 26,1 litros de capacidade. Ele alcançou uma produção específica muito alta e um consumo específico de combustível (SFC) surpreendentemente bom. Em 1945, o motor de teste monocilíndrico (Ricardo E65) produziu o equivalente a 5.000 HP (192 BHP / Litro) quando a água foi injetada, embora o V12 completo provavelmente teria sido inicialmente classificado em cerca de 2.500 HP (1.900 kW). Sir Harry Ricardo, que especificou as metas de layout e design, achou que seria possível uma classificação militar confiável de 4.000 HP. Ricardo ficava constantemente frustrado durante a guerra com os esforços da Rolls-Royce (RR). Hives & RR estavam muito focados em seus jatos Merlin , Griffon , Eagle e finalmente Whittle , que tinham um propósito de produção claramente definido. Ricardo e Tizard finalmente perceberam que o Crecy nunca receberia a atenção de desenvolvimento que merecia, a menos que fosse especificado para instalação em uma aeronave específica, mas em 1945, seu conceito " Spitfire com esteróides" de um interceptor de escalada rápida movido pelo motor leve Crecy havia se tornado uma aeronave sem propósito.

Após a Segunda Guerra Mundial, a válvula de manga foi menos utilizada. Roy Fedden, muito cedo envolvido na pesquisa do SV, construiu alguns motores de seis válvulas de manga simples destinados à aviação geral por volta de 1947; depois disso, apenas a SNECMA francesa produziu alguns motores SSV sob licença Bristol que foram instalados no avião de transporte Noratlas , também outro avião de transporte, o Azor construído pela espanhola CASA instalou motores SSV Bristol pós-Segunda Guerra Mundial. Os motores de válvula de manga de Bristol foram usados, no entanto, durante o boom de transporte aéreo do pós-guerra, no Vickers Viking e no Varsity e Valetta , embaixador da velocidade aérea , usados ​​nas rotas europeias da BEA , e em Handley Page Hermes (e Hastings militar relacionado ), e Aviões comerciais curtos de Solent e Bristol Freighter e Superfreighter . O Centaurus também foi usado no Hawker Sea Fury militar , Blackburn Firebrand , Bristol Brigand , Blackburn Beverly e o Fairey Spearfish . Os problemas anteriores da válvula poppet com vedação e desgaste foram remediados com o uso de materiais melhores e os problemas de inércia com o uso de válvulas grandes foram reduzidos pelo uso de várias válvulas menores, dando maior área de fluxo e massa reduzida, e a válvula de escape quente local por válvulas refrigeradas a sódio. Até aquele ponto, a válvula de manga única havia vencido todas as disputas contra a válvula poppet em comparação com a potência e o deslocamento. A dificuldade de endurecimento de nitreto e, em seguida, retificação de acabamento da válvula de manga para corrigir a circularidade, pode ter sido um fator em sua falta de aplicações mais comerciais.

O caso de patente Knight-Argyll

Quando o carro Argyll foi lançado em 1911, a Knight and Kilbourne Company imediatamente abriu um processo contra Argyll por violação de sua patente original de 1905. Esta patente descreve um motor com uma única manga móvel, enquanto os motores Daimler sendo construídos na época eram baseados na patente Knight de 1908, que tinha motores com duas mangas móveis. Como parte do litígio, um motor foi construído de acordo com a especificação de 1905 e desenvolvido não mais do que uma fração da potência nominal do RAC . Esse fato, juntamente com outros argumentos jurídicos e técnicos, levou o juiz a decidir, no final de julho de 1912, que os detentores da patente Knight original não podiam ser sustentados em sua alegação de que ela lhes dava direitos de mestre que abrangem o design de Argyll. Custos de litígios contra reivindicações de detentores de patentes da Knight parecem ter contribuído substancialmente para a falência da Argyll na Escócia.

Uso moderno

A válvula de manga começou a fazer uma espécie de retorno, graças aos materiais modernos, tolerâncias de engenharia dramaticamente melhores e técnicas de construção modernas, que produzem uma válvula de manga que vaza muito pouco óleo. No entanto, a maioria das pesquisas avançadas de motores está concentrada no aprimoramento de outros projetos de motores de combustão interna, como o Wankel .

Mike Hewland com seu assistente John Logan, e também de forma independente Keith Duckworth , experimentou um motor de teste de válvula de manga de cilindro único ao olhar para substituições Cosworth DFV . Hewland afirmou ter obtido 72 cv (54 kW) de um motor monocilíndrico de 500 cc, com um consumo de combustível específico de 177-205 g / HP / h (0,39 - 0,45 lb / HP / h), o motor sendo capaz de trabalho em creosoto , e sem fornecimento de lubrificação específica para a manga.

Um motor de modelo com válvula de manga de deslocamento RCV "SP" série 20 cm3 (1,20 cúb. Pol.)

Uma forma incomum de motor de modelo de quatro tempos que usa o que é essencialmente um formato de válvula de manga, é a série RCV britânica de motores modelo "SP", que usam uma camisa de cilindro giratória acionada por uma engrenagem cônica na "parte inferior" da camisa de cilindro , que na verdade está na extremidade traseira do cilindro; e, ainda mais incomum, ter o eixo da hélice - como uma parte integralmente usinada da camisa do cilindro giratório - emergindo do que normalmente seria a cabeça do cilindro , que neste projeto é colocada na extremidade dianteira do motor, obtendo um 2: Relação de redução de 1 engrenagem em comparação com a velocidade de rotação do virabrequim orientado verticalmente. A mesma série de motores modelo "CD" da mesma empresa usa um único cilindro vertical convencional com o virabrequim usado para girar a hélice diretamente e também usa a válvula do cilindro giratório. Em paralelo com os motores automotivos com válvulas de manga projetadas por Charles Knight anteriores, qualquer motor de modelo com válvula de manga RCV que funciona com combustível de motor incandescente usando óleo de rícino (cerca de 2% a 4% de conteúdo) com teor máximo de 15% O lubrificante no combustível permite que o "verniz" criado durante a operação do motor forneça uma melhor vedação pneumática entre a válvula do cilindro giratório e as peças fundidas do cilindro / cabeçote do motor, inicialmente formadas enquanto o motor está sendo quebrado.

Outro conceito, o Rotating Liner Engine foi desenvolvido, onde o benefício de desgaste e fricção da válvula de manga é explorado em um layout de motor convencional. Uma redução de atrito da ordem de 40% foi relatada para um diesel Heavy Duty.

A mesma empresa também pode fornecer motores um pouco maiores para uso em drones militares, geradores portáteis e equipamentos como cortadores de grama. Eles são "multicombustíveis", na medida em que podem ser configurados para funcionar com gasolina, querosene, incluindo combustíveis de aeronaves e óleo diesel.

Devido à impossibilidade de usar válvulas de gatilho convencionais em motores de pistão oposto , a empresa americana Pinnacle Engines também promove um layout de válvula de manga em seus desenvolvimentos de motor de pistão oposto de 4 tempos. O tempo de válvula variável também foi proposto em um desenvolvimento de 1.5L de 3 cilindros da Pinnacle Engines, mas em dezembro de 2016 não havia tantos detalhes disponíveis para o público em geral.

Motor a vapor

Válvulas de manga ocasionalmente, mas sem sucesso, foram usadas em motores a vapor, por exemplo, a classe SR Leader .

Veja também

• Categoria: motores de válvula de manga
• Válvula de deslize
• Válvula de pistão
• Válvula Corliss

Referências

• HE Carroll: Patente GB 24.232; 1908
• JB Hull: "Non-Poppet Valve Motors no Olympia Show de 1911", artigo SAE 120011.
• Ateliers Piccard, Pictet & Cie: GB Patent 118.407; 1917
• Harry Ricardo: "Trabalho de pesquisa recente sobre o motor de combustão interna", SAE Journal, maio de 1922, pp 305-336 (termina na p. 347)
• R Abell: "Projeto e Operação de Motor de Combustão Interna de Válvula Única", SAE Journal, outubro de 1923, pp 301–309 (Outro tipo de válvula sem gatilho, usada também pela Lotus em um motor de 2 tempos - artigo SAE 920779)
• PM Heldt: "Motores de válvula de manga", SAE Journal, março de 1926, pp 303-314
• WA Frederick: "The Single-Sleeve-Valve Engine", SAE Journal, maio de 1927, pp 661-678 (Calculations).
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• AM NIven: "Motor de combustão interna", Patente US 1778911, 1930.
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• AM Niven: "Válvula de manga e método de fabricação", Patente Nº US1814764A; 1931
• AM Niven: "Válvula de manga e método de fabricação", Patente US Nº 1.820.629; 1931
• AHR Fedden: "The Single Sleeve as a Valve Mechanism for the Aircraft Engine", SAE paper 380161.
• Ashley C Hewitt: "Motor de válvula de manga simples de alta velocidade pequeno", papel SAE 390049 (motor de cilindro único, resfriado a ar de 4,21 ci., 70 cc.).
• WP Ricart: "Alguns comentários europeus sobre automóveis e motores aeronáuticos de alto rendimento", artigo SAE 390099.
• PV Lamarque, "The design of Cooling Fins for Motor-Cycle Engines", Report of the Automobile Research Committee, Institution of Automobile Engineers Magazine, edição de março de 1943, e também em "The Institution of Automobile Engineers Proceedings-London-", Vol. XXXVII, Session 1942-43, pp 99-134 e 309-312.
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• GF Hiett e J VB Robson: "Um motor com válvula de manga de dois ciclos de alta potência para aeronaves", Engenharia de aeronaves e tecnologia aeroespacial (1950), Vol 22, Iss 1, pp. 21-23, mesmos autores, revista e título , 2ª parte, no Vol 22, Iss 2, pp. 32-45
• Harry Ricardo: "O motor a diesel com válvula de manga", '19 Palestra Andrew Laing ', North East Coast Instit. of Engineers and Shipbuilders, transact 67 Session, 1950-51, p. 69-88.
• Harry Ricardo: The High-Speed ​​Internal Combustion Engine , Londres, 1953 ed. (Materiais, veja também na conversa)
• 'Motores IC pouco ortodoxos - Tipos de válvula rotativa e de manga', Engenheiro Modelo, Vol. 122, nº 3056, 4 de fevereiro de 1960, páginas 136-138
• Peter R. Março: 'The Sleeve-Valve Engine', airextra, nº 27, 1977, pags 11-19
• William Wagner: Continental! Its Motors and Its People , Aero Publishers, CA, 1983.
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• Michael Worthington-Williams: 'Something Up their Sleeve', The Automobile (UK), Vol 21 Nº 3, maio de 2003, pags 48-51
• Robert J. Raymond: "Comparison of Sleeve and Poppet-Valve Aircraft Piston Engines", AEHS, abril de 2005. [2]
• Kimble D. McCutcheon: "The Liquid-Cooled Engines of Pratt & Whitney", AEHS, 2006. [3]
• Muhammad Hafdiz Rahmat et al. (PETRONAS): "Simulação de estratégia de admissão de abertura lateral e validação de uma aplicação de porta de válvula de manga", documento SAE 2009-32-0130 / 20097130
• Anish Gokhale et al .: "Otimização do Resfriamento do Motor através da Simulação de Transferência de Calor Conjugado e Análise de Aletas", SAE Paper 2012-32-0054
• YouTube: Vídeos de ChargerMiles007, Anson Engine Museum e outros, palavra-chave de pesquisa: válvula de manga.
• Anson Engine Museum: vídeo do YouTube sobre o motor Petter Brotherhood, um motor ferroviário de válvula de manga única projetado por volta de 1930 na empresa participada por JB Mirrlees.
• Manuais da Bristol Engines [4]
• Nahum, Foster-Pegg e Birch: 'The Rolls-Royce Crecy', The Rolls-Royce Heritage Trust, 2013. ISBN  978-1-872922-44-7
• K McCutcheon: 'American Sleeve-Valve Aircraft Engines', Weak Force Press, Hunstville, AL; 2020. ISBN  978-0-9710847-8-0

links externos

• Vídeo mostrando um motor de válvula Knight em corte
• [5] Um motor de cortador de grama Briggs & Stratton modificado para o tipo de distribuição de válvula de manga única
• [6] Edição de 1931 de Harry Ricardo: 'O motor de combustão interna de alta velocidade'
• [7] Douglas Self site: 'Rotary Valves in Internal Combustion Engines'