Vàlvula de camisa

Archiu:Sleeve Valve Closeup. caps block 0

Vista de prop d'una vàlvula de camisa en un pistón.

Motor radial aeronàutic Bristol Perseus, seccionat mostrant els seus components; són clarament visibles les vàlvules de camisa.

La vàlvula de mànega, vàlvula de camisa, o més correctament vàlvula de camisa corredera, és un tipo de mecanisme de vàlvula para motors de pistones, distint de la més comuna vàlvula d'assent.

Varen tindre algun us en autos de lux i deportius en el periodo previ a la Segona Guerra Mundial. Els automòvils i camions llaugers de Willys-Knight; els autos de lux de la Daimler britànica, les franceses Avions Voisin, Panhard i Peugeot, i la belga Minerva, també varen usar el sistema de doble mànega Willys-Knight.

Hi ha dos tipos bàsics de vàlvula de camisa corredera: el sistema de C. Y. Knight, que va ser el que es va patentar primer, en dos camises concèntriques en moviment alternatiu desfasado, mogudes per bieletas, que descobrixen i tapen les lumbreras d'admissió i escape, i el sistema desenrollat independentment pels ingeniers J. H. K. McCollum i P. Burt, que ho varen patentar en poc temps de diferència, i que té una única camisa que realisa un moviment combinat d'ascens-descens i gir parcial, per mig d'un dispositiu situat en la seua base, sistema molt més eficient, capaç d'alcançar altes rpm, i en un consum d'oli lubrificant i emissió de fums molt menors que els motors sistema Knight. El sistema de J. McCollum necessitava moltes millores per a ser viable, pero en haver-se patentat en antelació a el de P. Burt, la companyia escocesa Argyll, pionera en el desenroll d'estos motors SSV (per les seues sigles en anglés: Single Sleeve-Valve), va preferir adquirir abdós palesos. Argyll va construir els primers prototips de motors en este tipo de distribució cap a 1909, i la presentació oficial del seu automòvil modele 25/50 que duya un motor en distribució per camisa corredera única va tindre lloc en octubre de 1911.

Este tipo de motors alternatius es va deixar d'usar paulatinament (els motors sistema Knight, abans encara) pels alvanços en els combustibles i la tecnologia de les vàlvules d'assent (refrigerades per sodi), i per la seua tendència a cremar cantitats considerables d'oli, o a agarrotarse per la falta d'ell. El sistema de corredera única Burt-McCollum, molt més simple i eficient, despuix d'un extens desenroll va tindre un us considerable en motors d'avió dels 1940, com el Napier Sabre, el Bristol Hercules i el Centaurus, solament superats pels motors de reacció.

Descripció

Una vàlvula de camisa corredera consistix en una o més camises mecanisades en forats o lumbreras en posició adequada, que s'ubiquen entre el pistón i la paret del cilindre, a on rotan i/o s'esgolen per a fer coincidir els seus forats en les lumbreras d'admissió i escape del cilindre en el moment apropiat del cicle del motor (vore cicle Otto).

Tipos de vàlvules de camisa

Un motor de 4 cilindres d'automòvil de 1919, seccionat en els cilindres per a mostrar les vàlvules de camisa Knight.

Vàlvula de camisa simple Argyll.

La primera vàlvula de corredera exitosa va ser patentada per Charles Yale Knight, consistia en dos camises concèntriques que pujaven i baixaven alternativament, descobrint o tapant les lumbreras d'admissió i escape, mogudes per unes bieletas, esgolant-se una camisa dins de l'atra. Es va usar en alguns automòvils de lux, pero tenien un alt consum d'oli, que millorava en l'us, en depositar-se carbonilla en les camises, lo que millorava la estanqueidad.

La vàlvula de camisa corredera de Burt-McCollum, utilisada per l'empresa escocesa Argyll per als seus vehículs, i més vesprada adoptada per la Bristol per als seus motors radials d'aviació, era una sola camisa que girava sincronisada en un eix colocat a 90° de l'eix del cilindre. La vàlvula Burt-McCollum era mecánicamente més simple i robusta, i tenia la ventaja adicional de consumir menys oli (comparada en atres dissenys de vàlvules de camisa), conservant al mateix temps la relació entre la cámara i les lumbreras del sistema del motor Knight.

Un chicotet número de dissenys utilisaven una camisa en la culata de cilindre, en lloc de fer-ho en el cos del cilindre, donant un perfil més "clàssic" comparat en els motors en vàlvules d'assent tradicionals. Este disseny tenia la ventaja de no contindre el pistón en l'interior de la vàlvula, encara que en els fets sembla haver tingut poc valor pràctic. Com a desventaja, este sistema llimita el tamany de les lumbreras de la culata, mentres que les vàlvules de camisa ubicades en el cilindre poden tindre obertures de tamany molt major.

Ventages i desventages

Ventages

Les principals ventages dels motors en vàlvules de camisa són:

• Increment en l'eficiència volumètrica per la gran obertura de les lumbreras d'entrada, sir Harry Ricardo va demostrar també una major eficiència mecànica. Una ventaja adicional és la de que el tamany de les lumbreras admet fàcilment diverses variacions de disseny. Açò és important quan el motor funciona en un ampli ranc de RPM, ya que la velocitat a la que l'aire puga entrar i eixir del cilindre es definix pel tamany del conducte que conduïx al cilindre i varia segons la gaveta de les RPM. En atres paraules, a major RPM del motor, normalment es requerix que les lumbreras tinguen una major obertura, alguna cosa que és prou fàcil d'obtindre en les vàlvules de camisa corredera, pero difícil en un sistema de vàlvules d'assent.

• La vàlvula de camisa única oferix una bona agranada dels gasos d'escape i una turbulència controlada para la mescla aire/combustible entrante. Quan la lumbrera d'admissió s'obri, la mescla aire/combustible pot entrar tangencialmente al cilindre. Açò ajuda a l'agranada quan s'usa el solapamiento de les lumbreras d'escape i admissió (vore Creuament de vàlvules) i es requerix un ampli ranc de rpm, mentres que l'agranada en el sistema de vàlvules d'assent pot diluir la mescla aire/combustible entrante, sent més depenent de la velocitat (confiant principalment en l'ajust de la resonància del sistema escape/admissió per a mantindre separats les dos columnes de decorreguts, la de la mescla fresca i la dels gasos cremats). La major llibertat en el disseny de la cámara (en unes poques restriccions, ademés de la situació de la bugia) implica que el tribulí de la mescla combustible/aire en el PMS pot controlar-se més per a permetre una millora en l'encés i en la propagació de la flama, extrem demostrat per Ricardo, lo que permet a lo manco una unitat més en la relació de compressió sobre el sistema de vàlvules d'assent, sense que es produïxca detonació.

• La cámara que formen les camises al final de la carrera del pistón és ideal per a una combustió de la càrrega completa i lliure de detonació, ya que no té que bregar en una cámara en forma complexa i una vàlvula d'escape (d'assent) molt calent.

• En el sistema de vàlvules de camisa no hi ha molls, per lo tant, la potència necessària per a accionar les vàlvules es manté constant en les RPM del motor, lo que permet el funcionament a altes velocitat sense penalisacions en consum de potència. Un problema en els motors d'alta velocitat que utilisen les vàlvules d'assent és que a mida que aumenta la velocitat del motor, deu aumentar també la velocitat a la que es mouen les vàlvules. Açò a la seua volta aumenta les càrregues degudes a l'inèrcia de la vàlvula, que tenen que obrir-se ràpidament, detindre's, invertir la direcció de moviment, tancar-se i després detindre's una atra volta. Les vàlvules grans que permeten un bon fluix d'aire tenen una massa considerable i precisen molls forts per a superar l'inèrcia en l'obertura. En algun punt, el resort de la vàlvula alcança la seua freqüència de resonància, produint-se una ona de compressió que oscila dins del resort, que a la seua volta fa que en la pràctica eixe moll siga més dèbil i, per lo tant, incapaç de tancar adequadament la vàlvula. Esta "flotació de vàlvules" pot acabar que la vàlvula no es tanque en la rapidea necessària seguint el perfil de la leva, i pot chocar contra la part superior del pistón que està en ascens. Ademés, en un disseny de vàlvules de corredera, no fan falta l'arbre de levas, les varetes d'espente, els balancines i els taqués; habitualment les vàlvules de camisa corredera les mou un sol engranage conectat al cigonyal. Per a un motor aeronàutic, açò implica una desijable reducció en pes i complexitat.

• Una atra ventaja en els primers motors d'automòvil (el motor Knight) era la seua duració. Abans de l'arribada de les gasolina en plom, els primers motors en vàlvules d'assent necessitaven que es rectificaren les vàlvules i els seus assents cada 3000 a 8000 km de servici. Les vàlvules de camisa no sofrixen el desgast causat per l'impacte repetit de la vàlvula contra el seu assent, també sofrixen menys acumulació de calor intensa, per la seua major àrea de contacte en atres grans superfícies de metal. En el motor Knight, en l'us pràctic l'acumulació de carbonilla va contribuir a millorar la estanqueidad de les vàlvules de camisa, es dia que "milloraven en l'us", en contrast en els motors de vàlvules d'assent que perden compressió i potència quan les vàlvules es desgasten. Pel continu moviment de les camises (tipo Burt-McCollum), els punts de major desgast relacionats en la mala lubricación en el PMI/PMS desapareixen, aumentant la duració dels cilindres i els segments dels pistones, en els motors d'aviació que varen usar este sistema, era necessari canviar les camises correderas sobre les 4000 h de funcionament, produint-se desgast sobretot en la part superior de la camisa. LJK Setright, en el seu llibre "Some unusual engines", afirma que el temps entre desmontages (Overhaul en anglés) per a revisió dels motors Bristol d'aviació en distribució per camisa corredera única aplegava a les 3000 hores, inimaginable en atres tipos de motors alternatius.

• Una atra gran ventaja és el fet que no precisen que les vàlvules estiguen en la culata, permetent aixina colocar la bugia en la millor posició per a conseguir un encés més eficient de la mescla aire/combustible. En els motors molt grans, a on la velocitat de propagació del front de la flama llimita tant la velocitat de gir com el tamany del cilindre, la turbulència induïda per les lumbreras i descrita per sir H. Ricardo pot ser una ventaja adicional.

La majoria d'estes ventages varen ser evaluades i establides durant la década de 1920 per sir Harry Ricardo, possiblement el major defensor del motor en vàlvules de camisa corredera. Va reconéixer, no obstant, que algunes d'estes ventages varen ser significativament superades en les millores en els combustibles abans i durant la Segona Guerra Mundial, i en l'introducció per a la zona d'escape de les vàlvules d'assent refrigerades per sodi en els motors d'aviació d'alta potència.

Desventages

La principal desventaja de les vàlvules de camisa és que és difícil conseguir una estanqueidad perfecta. En un motor en vàlvules d'assent, el pistón du segments (a sovint 3, pero pot aplegar a 8) els quals formen un tancament en el cos del cilindre. Durant l'ablanixca del motor (procés que es denomina també com "rodage" o "assentat"), qualsevol imperfecció entre un component raspa contra l'atre, resultant en un bon ajust. Este tipo d'ablanixca o rodage no és possible en un motor en vàlvules de camisa degut a que el pistón i la camisa es mouen en diferents direccions, i en alguns sistemes inclús rotan en diferents direccions, en relació d'un en l'atre. A diferència d'un motor tradicional, les imperfeccions del pistón no es mouen seguint el mateix "camí" en la camisa. En la década de 1940 açò no era una preocupació important perque la vàlvula d'assent d'eixe llavors es desgastava més de lo que ho fan hui en dia, de modo que el consum d'oli va ser deficient en abdós casos.

El problema de consum d'oli associat al motor Knight de doble camisa va ser solucionat en el sistema de vàlvula Burt-McCollum d'una sola camisa, perfeccionat per Bristol. En el PMS, l'única camisa del sistema trencada en relació en el pistón. Açò prevé el desgast per problema d'lubricación en els llímits, com el produït pels segments en els PMI i PMS. El llímit del Bristol Hercules va ser establit en 5000 h en l'accelerador obert al màxim. Una desventaja intrínseca pot ser que el pistón en el seu recorregut tapa parcialment les lumbreras, fent més difícil l'intercanvi de gasos durant el creuament de vàlvules habitual en els motors ràpits moderns. L'ingenier alemà Max Bentele, que va estudiar un motor d'aviació anglés capturat durant la 2.ª GM, trobava poc pràctic que el motor tinguera més de 100 engranages.