sábado, 11 de mayo de 2019

Tapa de cilindros de flujo invertido ¿Que son?



Una mirada sobre la configuración de admisión de la tapa de cilindros del 1500, sus pros y contras y como funciona.




Tapa de cilindros de 1500






La disposición de los motores de combustión interna hoy en día tienen algunos puntos en común que se traducen de un tipo al siguiente, haciendo que identificar componentes diferentes dentro del motor algo bastante sencillo una vez que sabemos que es lo que buscamos. Se puede seguir el camino de la combustión interna comenzando por la inducción de aire desde la caja de aire al múltiple de admisión, los inyectores por un lado, el bloque motor al centro y terminando con el escape del otro lado.




Un motor Ford Kent Cross-flow, nótese la admisión de un lado y el escape del otro



Pero en el caso del 1500 la planta motora es "poco tradicional" para los estándares actuales con una tapa de cilindro de flujo invertido o Reverse-flow.




motor de un 1500 (Hillman Avenger) se puede notar
el múltiple de admisión arriba
y el de escape por debajo.



La mayoría de los motores de hoy son de tipo "cross-flow" o de "flujo cruzado" lo que significa que la entrada de aire y el escape están en los lados opuestos del block del motor lo que quiere decir que los gases dentro del motor deben "cruzar" a través de la tapa de cilindros desde la admisión hasta el escape, de ahí el nombre




esquema de un motor cross-flow


Así las cosas, los motores con tapas de flujo invertido hacen exactamente lo opuesto, es decir que tanto la admisión como el escape están del mismo lado del motor. Esto quiere decir que los gases tienen que entrar en la tapa y luego girar sobre si al ser empujados de vuelta hacia afuera en el tiempo de escape del motor. ¿Que ventajas de ingeniería tiene entonces un motor de flujo invertido cuando aparentemente es mas "complicado" que el simple cruce de gases? Es común hoy en día que la mayoría de los motores usan la disposición cruzada, considerar la invertida como una muy primitiva y por tanto llena de desventajas, pero no es tan así.


Estos motores tienen ventajas propias de la época y que incluso hoy se mantienen como veremos mas adelante. La principal ventaja del flujo invertido tiene que ver con el barrido de los gases de escape. El barrido de los gases de escape es el proceso de forzar la expulsión de gases fuera del cilindro tanto como sea posible para hacer lugar a la inducción de mezcla para el siguiente ciclo. Para maximizar la eficiencia volumétrica de un motor lo que se busca es sacar la mayor cantidad de gases quemados fuera del cilindro para hacer lugar para que el motor pueda succionar nueva mezcla.




esquema del "torbellino" que se forma en la admisión


En comparación en un motor de tipo flujo cruzado, el torbellino que se forma en el tiempo de admisión dentro del cilindro, tiene que cruzar la tapa lo que reduce la calidad de la mezcla y la eficiencia del barrido en el tiempo de escape. El torbellino del aire que entra se parece bastante al agua en un inodoro (escusado) que fluye en forma de espiral cuando se tira la cadena. Así durante la fase de cruce de válvulas (cuando las válvulas de admisión y escape están parcialmente abiertas al mismo tiempo) el aire tiene que cambiar direcciones para cruzar al puerto de escape. En una tapa de flujo invertido, el aire puede continuar girando en la misma dirección mientras se dirige hacia el conducto de escape, mejorando el barrido


Otra ventaja puede ser que cuando se usa inducción forzada no es tan importante que los conductos sean grandes como en el caso de un motor atmosférico, en la época en que se empezaban a usar los turbo, esta disposición de la tapa de cilindros permitía al compresor "soplar" directamente a la admisión sea de forma blow-through ( turbo-carburador-admisión) o draw-through (carburador-turbo-admisión), sin necesidad de intercooler. Esto permitía una menor necesidad de tubería disminuyendo el lag (demora) del turbo y mermaba la restricción del flujo.




Motor Datsun con un turbo tipo Draw-through ( el carburador "aspira" hacia el compresor
que "sopla" directo al múltiple de admisión). Esta disposición no usa intercooler ni válvula blow-off,
la misma mezcla de aire-combustible enfría la carga


Una tapa de cilindro de tipo flujo invertido también puede hacer a un motor mucho mas económico de fabricar, ya que es posible hacer el múltiple de admisión y escape de un mismo pedazo de metal en vez de en dos pedazos separados. Otra ventaja es un mejor rendimiento cuando el motor arranca en frío, ya que la mezcla de admisión es calentada por los gases de escape contribuyendo a vaporizar el combustible( especial para motores con carburador)




Tapa de cilindros de 1500: Es notable que fundir y maquinar los conductos
de un solo lado hace mas fácil y económico la fabricación de la tapa.



Desafortunadamente, ese calor también es una de las principales desventajas de un sistema de flujo invertido. Para una máxima eficiencia termodinámica del motor es necesario que haya una gran diferencia de temperatura entre el aire de admisión y la temperatura de la combustión. Un sistema de admisión frió hace que el aire que entra sea mas frío y mas denso, lo que significa que se puede meter mas aire en los cilindros que a la vez crea mas potencia. Desafortunadamente al tener el múltiple de escape cerca del múltiple de admisión va a provocar que el aire entrante se caliente reduciendo la eficiencia volumétrica del motor, otro problema respecto a la temperatura, es que aumenta la posibilidad de pre-detonación limitando la relación de compresión y por ende la potencia.




Tapa de cilindros de 1500 los conductos de admisión fueron agrandados, puede notarse como estan
"escalonados" uno mas arriba que el otro.


Adicionalmente, en esta disposición los conductos normalmente tienen que ser de tamaño reducido para que entren admisión y escape de un solo lado del block. Esto a su vez disminuye el volumen de aire que puede entrar o salir de los cilindros, restringiendo la perfomance en comparación con una tapa de cilindros de tipo flujo cruzado. Para combatir esta desventaja, los ingenieros ingeniosamente escalonaron los conductos de admisión ubicándolos un poco arriba que los de escape, esto permite utilizar mejor el espacio dándole mas lugar a los conductos.


En cuanto al uso actual de estos tipo de motores que anteriormente había mencionado, si bien la mayor parte o casi la totalidad de los fabricantes actuales han preferido el uso de motores de tipo flujo cruzado, pero cabe remarcar que el equipo de carreras Scuderia Cameron Glickenhaus ha estado usando un motor V8 (BMW) de flujo invertido en su auto de carrera adaptado a calle SCG-003 mismo que participara en varias carreras de resistencia. El auto utiliza la reconfiguración del conducto de escape para bombear 600bhp de potencia y 738lb/pie de torque. La compañía también esta por lanzar una variante "S" del auto de carrera para el uso en calle con una potencia mayor de 750 bhp y que debería lograr unos 350km/h y despegar de 0 a 100 km/h en menos de 3 segundos




este hermoso monstruo usa un V8 de flujo invertido.




BMW N63 un V8 de "V" caliente, ya bastante particular por tener el escape al centro de la V
SGC reconfiguró el escape y la admisión del mismo lado.


Esta misma tecnología se usó anteriormente en multitud de motores tanto de Ford, Chevrolet, Chrysler, algunos muy afamados por gran capacidad de producir mucha potencia como los Ford 250 2V australianos o como los motores rojos de 6 cilindros de Holden o los Leyland minis, aunque luego de aquellos tiempos no volvieron a tener relevancia en la producción masiva de automóviles debido a los sacrificios en eficiencia




Ford 250 2v, esta tapa de cilindros se considera superior a la crossflow hecha por Honda que reemplazó a esta




Holden red motor, considerado uno de los mejores motores de esta marca.


Así, aunque hoy en día los motores de tipo flujo invertido son raros, los principios de ingeniería detrás de su fabricación se mantienen vigentes y viendo que aun se utiliza esta tecnología en vehículos de carreras como de calle, puede que los mejores días de los motores de flujo invertido aun estén por venir. Claro que tienen sus problemas, pero con la eficiencia de los motores de combustión interna siendo aun bastante pobres, quizás los motores de flujo invertido merecen otra oportunidad para la grandeza.


Fuentes:

https://www.carthrottle.com/post/what-are-reverse-flow-engines/
https://en.wikipedia.org/wiki/Reverse-flow_cylinder_head
https://clubdel1500.mforos.com/443946/6955446-mi-milki-adios-viejo-amigo-pagina-19/?pag=15
https://www.renderosity.com/mod/gallery/holden-straight-six-red-motor-/2637349/?p
https://www.cckhistoric.com/ford-falcon-250-2v-cylinder-head-carb-upgrade/
http://www.snaplap.net/scuderia-cameron-glickenhaus-scg-003/
https://ratsun.net/topic/71324-twin-su-draw-through-turbo/
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:1.5_litre_Hillman_Avenger_engine.jpg
http://forum.retro-rides.org/thread/132957/1975-hillman-avenger
https://hpemotorsport.co.uk/kent-crossflow/
https://en.wikipedia.org/wiki/Crossflow_cylinder_head
http://pautomotivemechanics.blogspot.com/2011/05/combustion-chambers.html








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