Culata de flujo inverso

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En la tecnología de motores, una culata de flujo inverso o sin flujo cruzado es aquella que ubica los puertos de admisión y escape en el mismo lado del motor. Se puede pensar que los gases ingresan a la culata y luego cambian de dirección para salir de la culata. Esto contrasta con el diseño de culata de flujo cruzado .

La principal ventaja de la culata de flujo inverso es que tanto la carga de entrada como los gases de escape que salen provocan una tendencia a arremolinarse en la misma dirección en la cámara de combustión . ^[1] En una culata de flujo cruzado, los gases de entrada y de escape promueven un arremolinamiento en direcciones opuestas, de modo que durante la superposición, el arremolinamiento cambia de dirección. El arremolinamiento constante durante la superposición que da como resultado una culata de flujo inverso promueve una mejor mezcla, por lo tanto, una mejor limpieza del gas final. El hecho de que la carga de entrada deba cambiar de dirección antes de salir por el escape hace que sea menos probable que salga mezcla fresca por el escape antes de mezclarse durante la superposición. En general, esto mejora la eficiencia volumétrica y reduce las emisiones.

En los motores con carburador, el combustible mal atomizado reduce la eficiencia y la potencia a bajas revoluciones (a mayores revoluciones, la gran velocidad del aire mantiene la mezcla en suspensión). El colector de admisión de una culata de flujo inverso puede estar conectado al escape mediante un tubo de escape para transferir más calor, lo que mejora la respuesta a bajas revoluciones y las emisiones como resultado.

Los costes se pueden reducir en los motores de producción si se fabrican los colectores de admisión y de escape como una sola unidad. Esto también transfiere más calor a la admisión, eliminando la necesidad de calefacción del colector y otros dispositivos relacionados. Este tipo de motor es, en general, más simple y tiene un arranque en frío mejorado.

El diseño de flujo inverso se considera generalmente ^{[ ¿según quién? ]} inferior a un diseño de flujo cruzado en términos de potencial de ingeniería final por dos razones. En primer lugar, hay espacio limitado cuando los puertos de admisión y escape están dispuestos en línea en un lado de la cabeza, lo que significa una reducción en el área del puerto en comparación con una cabeza de flujo cruzado. Esto afecta principalmente la entrega de potencia a altas rpm al limitar el flujo de aire. En segundo lugar, como los colectores de admisión y escape están en el mismo lado del motor y muy cerca, el colector de admisión y el carburador (si corresponde) se calientan por el escape. Este calentamiento reduce la densidad de la carga de entrada y, por lo tanto, la eficiencia volumétrica del motor. En un motor de gasolina de encendido por chispa , el calor también aumenta la probabilidad de preignición o detonación , lo que limita la relación de compresión permitida, lo que reduce tanto la potencia como la eficiencia . ^{[ cita requerida ]}

La ingeniería ha encontrado varias soluciones al primer problema, como escalonar los puertos colocando los puertos de entrada a un nivel más alto que los de escape. De esta manera, se pueden usar puertos más grandes y al mismo tiempo dejar suficiente espacio para bridas y sujetadores . Esto trae consigo el problema de que los puertos de escape tienen un radio de giro más estrecho. Este problema se compensa en cierta medida con el puerto más grande. Otra solución popular, como la utilizada en los motores BMC A-Series y Holden de 6 cilindros, es el puerto siamés. En esta configuración, un puerto grande alimenta 2 cilindros adyacentes . La ganancia en área proviene de la eliminación efectiva del material entre 2 puertos adyacentes. Esta solución fomenta el robo de carga, donde un cilindro "roba" la carga del puerto dejando al siguiente con menos mezcla. Esto sucede porque los 2 cilindros que comparten el puerto no están espaciados de manera uniforme en términos de orden de encendido . Por ejemplo, el Leyland Mini con su orden de encendido 1-3-4-2 tiene las entradas 1 y 2 siamesas y las entradas 3 y 4 siamesas. Primero, el número 3 succiona la mezcla del puerto, luego queda menos para el número 4. Mientras los números 1 y 2 están succionando, el puerto se llena nuevamente con mezcla y el proceso se repite dejando a los cilindros número 1 y 4 siempre sin mezcla. Además, el puerto siamés puede hacer que el ajuste de aire de impacto acústico e inercial sea menos efectivo debido al pulso irregular. Hay que tener en cuenta que los puertos más grandes solo son necesarios a mayores rpm y que los puertos pequeños son deseables a bajas rpm para mejorar la velocidad del aire. Debido al robo de carga y a las velocidades del aire más bajas, los puertos siameses grandes son más adecuados para los motores de carreras de altas rpm.

El problema del calor se puede minimizar escalonando los puertos en cuanto a altura y utilizando envolturas y revestimientos resistentes al calor en el colector de escape hasta el punto de que represente un problema insignificante. El calor también se puede utilizar como una ventaja.

Cuando se utiliza inducción forzada , el flujo de puerto grande no es tan importante como cuando un motor es de aspiración natural. Esto significa que el flujo generalmente inferior de un cabezal de flujo inverso es una desventaja menor. En los primeros días de la turboalimentación, un cabezal de flujo inverso permitía que la salida del compresor de un turbocompresor soplara directamente al colector de admisión con un carburador de soplado o de succión y sin intercooler . Esto permitió el uso de tuberías de entrada más cortas que redujeron el retraso del turbo y redujeron la restricción de flujo. Las configuraciones modernas con turbocompresor que utilizan intercoolers e inyección de combustible son más difíciles de conectar a un cabezal de flujo inverso y son ideales para un cabezal de flujo cruzado donde el turbo está en el lado de escape del motor, la carga cruza a través de un intercooler en frente del motor y hacia el colector de admisión en el otro lado.

El cabezal de flujo inverso era ideal para un motor carburado de producción debido a su rendimiento de bajas revoluciones y facilidad de fabricación. El diseño se podía modificar para un alto rendimiento mediante la instalación de puertos (en particular, siameses) y el aislamiento del colector de admisión del colector de escape. La configuración también es perfecta para la turboalimentación carburada sin intercooler. Sin embargo, la llegada de la inyección de combustible y el encendido electrónico ha hecho que la mayoría de las ventajas del cabezal de flujo inverso sean redundantes en un motor moderno y, como resultado, el diseño ha perdido su popularidad. El cabezal de flujo inverso todavía goza de cierta popularidad entre los entusiastas, incluidos los fanáticos de Leyland Mini, Chrysler Slant-6 , Holden y Ford Inline 6. De hecho, algunos entusiastas australianos de Ford consideran que el cabezal de flujo inverso 250 2V es superior al cabezal de flujo cruzado diseñado por Honda ^{[ cita requerida ]} que lo reemplazó.