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Vista en sección transversal de una culata DOHC

Un árbol de levas ( OHC ) motor es un motor de pistón en el que el árbol de levas se encuentra en la cabeza del cilindro por encima de la cámara de combustión . [1] [2] Esto contrasta con los motores de válvulas en cabeza (OHV) anteriores, donde el árbol de levas está ubicado debajo de la cámara de combustión en el bloque del motor . [3]

Los motores de árbol de levas en cabeza simple (SOHC) tienen un árbol de levas por banco de cilindros . Los motores de doble árbol de levas en cabeza (DOHC, también conocido como "twin-cam. [4] ") tienen dos árboles de levas por banco. El primer automóvil de producción que usó un motor DOHC se construyó en 1910. El uso de motores DOHC aumentó lentamente desde la década de 1940, lo que llevó a la mayoría de los automóviles a principios de la década de 2000 a utilizar motores DOHC. [ cita requerida ]

Diseño [ editar ]

1987 Honda D15A3 OHC culata

En un motor de árbol de levas en cabeza, el árbol de levas está ubicado en la parte superior del motor, por encima de la cámara de combustión . Esto contrasta el motor de válvulas en cabeza (OHV) anterior y las configuraciones del motor de cabeza plana , donde el árbol de levas está ubicado hacia abajo en el bloque del motor . Las válvulas de los motores OHC y OHV están ubicadas sobre la cámara de combustión; sin embargo, un motor OHV requiere varillas de empuje y balancines para transferir el movimiento del árbol de levas a las válvulas, mientras que un motor OHC tiene las válvulas accionadas directamente por el árbol de levas.

En comparación con los motores OHV con el mismo número de válvulas, hay menos componentes alternativos en un motor OHC y hay menos inercia del tren de válvulas en un motor OHC, lo que reduce la flotación de la válvula a velocidades del motor más altas (RPM). [1] Una desventaja es que el sistema utilizado para impulsar el árbol de levas (generalmente una cadena de distribución en los motores modernos) es más complejo en un motor OHC.

La otra ventaja principal de los motores OHC es que hay una mayor flexibilidad para optimizar el tamaño, la ubicación y la forma de los puertos de admisión y escape, ya que no hay varillas de empuje que deban evitarse. [1] Esto mejora el flujo de gas a través del motor, aumentando la potencia y la eficiencia del combustible.

Durante las reparaciones del motor que requieren la extracción de la culata de cilindros, una desventaja de los motores OHC es que la sincronización del árbol de levas debe restablecerse si se retira la culata de cilindros. En los automóviles Morris y Wolseley de 1920-1940 con motores OHC, las fugas de aceite en los sistemas de lubricación también fueron un problema. [5] ( págs . 15-18 )

1973 Motor Triumph Dolomite Sprint SOHC (disposición inusual con cuatro válvulas por cilindro)

Árbol de levas en cabeza simple (SOHC) [ editar ]

La configuración más antigua de motor de árbol de levas en cabeza es el diseño de árbol de levas simple o árbol de levas simple . [1] [6] Un motor SOHC tiene un árbol de levas por banco de cilindros, por lo tanto, un motor recto tiene un total de un árbol de levas. Un motor V o plano con un total de dos árboles de levas (uno por banco de cilindros) es un motor de árbol de levas en cabeza simple, no un motor de árbol de levas en cabeza doble.

Independientemente del número, el árbol de levas generalmente opera las válvulas indirectamente a través de un balancín . [1] [6]

La mayoría de los motores SOHC tienen dos válvulas por cilindro. Sin embargo, algunos motores, como el motor Triumph Dolomite Sprint de 1973 y el motor V6 de la serie J de Honda, tenían una configuración SOHC con cuatro válvulas por cilindro. Esto se logró mediante la ubicación del árbol de levas en el centro de la culata de cilindros, con balancines de igual longitud que accionaban las válvulas de admisión y escape. [7] Esta disposición se utilizó para proporcionar cuatro válvulas por cilindro mientras se minimiza la masa del tren de válvulas y se minimiza el tamaño total del motor. [8] [9] [10]

Doble árbol de levas en cabeza (DOHC) [ editar ]

1977 motor de motocicleta Suzuki GS550 DOHC (vista superior)

Un doble árbol de levas , doble árbol de levas , o de doble leva motor tiene dos árboles de levas por banco de la cabeza del cilindro, [1] [2] [6] uno para las válvulas de admisión y el otro para las válvulas de escape. Por lo tanto, hay dos árboles de levas para un motor recto y un total de cuatro árboles de levas para un motor en V o un motor plano. A veces, un motor DOHC V se comercializa como quad cammotor, sin embargo, los dos árboles de levas "adicionales" son el resultado del diseño del motor en lugar de proporcionar un beneficio en comparación con otros motores DOHC. Para confundir aún más la terminología, algunos motores de motocicleta SOHC de dos cilindros en V y dos cilindros en V fabricados por Harley-Davidson, Indian, Riley Motors y Triumph se han comercializado con el término engañoso "motor de dos levas".

La mayoría de los motores DOHC tienen cuatro válvulas por cilindro, sin embargo, los motores DOHC con dos válvulas por cilindro incluyen el motor Alfa Romeo Twin Cam , el motor Jaguar XK6 , el primer motor Ford I4 DOHC y el motor Lotus Ford Twin Cam . [6]

El árbol de levas generalmente opera las válvulas directamente a través de un taqué de cubo . Un diseño DOHC permite un ángulo más amplio entre las válvulas de admisión y escape que en los motores SOHC, lo que mejora el flujo de gas a través del motor. Un beneficio adicional es que la bujía se puede colocar en la ubicación óptima, lo que a su vez mejora la eficiencia de la combustión. [6] [ enlace muerto ]

Componentes [ editar ]

Correa de distribución / cadena de distribución [ editar ]

Artículo principal: correa de distribución (árbol de levas)
Correa de distribución de goma durante la instalación

La rotación de los árboles de levas es impulsada por el cigüeñal . Muchos motores del siglo XXI utilizan una correa de distribución dentada hecha de caucho y kevlar para impulsar el árbol de levas. [1] [6] [11] Las correas de distribución son económicas, producen un ruido mínimo y no necesitan lubricación. [12] ( p93 ) Una desventaja de las correas de distribución es la necesidad de un reemplazo regular de la correa; [12] ( p94 ) La vida útil recomendada de la banda normalmente varía entre aproximadamente 50 000 y 100 000 km (31 000 a 62 000 mi). [12] ( págs . 94-95 ) [13] ( pág . 250 )Si la correa de distribución no se reemplaza a tiempo y falla y el motor es un motor de interferencia , es de esperar que se produzcan daños importantes en el motor.

La primera aplicación automotriz conocida de correas de distribución para impulsar árboles de levas en cabeza fueron las especiales de carreras Devin-Panhard de 1953 construidas para la serie de carreras SCCA modificada en H en los Estados Unidos. [14] ( p62 ) Estos motores se basaron en motores Panhard OHV de dos cilindros planos, que se convirtieron en motores SOHC utilizando componentes de motores de motocicleta Norton. [14] ( p62 ) El primer automóvil de producción en usar una correa de distribución fue el coupé compacto Glas 1004 de 1962 . [15]

Otro método de transmisión del árbol de levas comúnmente utilizado en los motores modernos es una cadena de distribución , construida a partir de una o dos filas de cadenas de rodillos de metal . [1] [6] [11] A principios de la década de 1960, la mayoría de los diseños de árboles de levas en cabeza de los automóviles de producción utilizaban cadenas para impulsar el (los) árbol (s) de levas. [5] ( p17 ) Las cadenas de distribución generalmente no requieren reemplazo a intervalos regulares, sin embargo, la desventaja es que son más ruidosas que las correas de distribución. [13] ( p253 )

Tren de engranajes [ editar ]

Un sistema de tren de engranajes entre el cigüeñal y el árbol de levas se usa comúnmente en motores diésel de árbol de levas en cabeza usados ​​en camiones pesados. [16] Los trenes de engranajes se utilizan con menos frecuencia en los motores OHC para camiones ligeros o automóviles. [1]

Otros sistemas de transmisión del árbol de levas [ editar ]

Motor de motocicleta Norton con árbol de levas accionado por eje biselado

Varios motores OHC hasta la década de 1950 usaban un eje con engranajes cónicos para impulsar el árbol de levas. Los ejemplos incluyen el 1908-1911 Maudslay 25/30 , [17] [18] el Bentley 3 litros , [19] el MG Midget de 1929-1932 , la serie Velocette K de 1925-1948 , [20] el Norton International de 1931-1957 y el Norton Manx de 1947-1962 . [21] En tiempos más recientes, la Ducati Single 1950-1974 , [22] Ducati L-twin motor 1973-1980 , Kawasaki W650 1999-2007 y 2011-2016Los motores de motocicleta Kawasaki W800 han utilizado ejes biselados. [23] [24] El Crosley de cuatro cilindros fue el último motor de automóvil en utilizar el diseño de la torre del eje para impulsar el árbol de levas, desde 1946 hasta 1952; Los derechos del formato de motor Crosley fueron comprados por algunas compañías diferentes, incluida General Tire en 1952, seguida de Fageol en 1955, Crofton en 1959, Homelite en 1961 y Fisher Pierce en 1966, después de que Crosley cerrara las puertas de la fábrica de automóviles, continuaron produciendo el mismo motor durante varios años más.

En el automóvil de lujo Leyland Eight de 1920-1923 construido en el Reino Unido se utilizó una transmisión por árbol de levas que utiliza tres juegos de manivelas y bielas en paralelo . [25] [26] [27] Se utilizó un sistema similar en el Bentley Speed ​​Six de 1926-1930 y el Bentley 8 Liter de 1930-1932 . [27] [28] Muchos modelos de la NSU Prinz 1958-1973 utilizaron un sistema de dos varillas con contrapesos en ambos extremos . [5] ( págs . 16-18 )

Historia [ editar ]

1900-1914 [ editar ]

Entre los primeros motores de árbol de levas en cabeza estaban el motor 1902 Maudslay SOHC construido en el Reino Unido [18] ( p210 ) [5] ( p906 ) [29] y el motor 1903 Marr Auto Car SOHC construido en los Estados Unidos. [30] [31] El primer motor DOHC fue un motor de carreras Peugeot de cuatro cilindros en línea que impulsó el automóvil que ganó el Gran Premio de Francia de 1912 . Otro Peugeot con un motor DOHC ganó el Gran Premio de Francia de 1913 , seguido por el Mercedes-Benz 18/100 GP con un motor SOHC que ganó el Gran Premio de Francia de 1914 .

El Isotta Fraschini Tipo KM , construido en Italia entre 1910 y 1914, fue uno de los primeros automóviles de producción en utilizar un motor SOHC. [32]

Primera Guerra Mundial [ editar ]

Culata DOHC de un motor de avión Napier Lion 1917-1930

Durante la Primera Guerra Mundial, tanto las potencias aliadas como las centrales ; específicamente los de la Deutsches Reich 's Luftstreitkräfte fuerzas aéreas, trataron de aplicar rápidamente la tecnología de árbol de levas de motores de carreras del motor para motores de aviones militares. El motor SOHC del automóvil Mercedes 18/100 GP (que ganó el Gran Premio de Francia de 1914) se convirtió en el punto de partida para los motores de avión de Mercedes y Rolls Royce. Mercedes creó una serie de motores de seis cilindros que culminaron en el Mercedes D.III . Rolls Royce realizó la ingeniería inversa del diseño de la culata de Mercedes basado en un automóvil de carreras abandonado en Inglaterra al comienzo de la guerra, lo que llevó al Rolls-Royce EagleMotor V12. Otros diseños de SOHC incluyeron el motor español Hispano-Suiza 8 V8 (con una transmisión completamente cerrada), el motor American Liberty L-12 V12, que siguió de cerca el diseño de tren de válvulas SOHC parcialmente expuesto del diseño posterior de Mercedes D.IIIa; y el diseñado por Max Friz ; Motor alemán BMW IIIa de seis cilindros en línea. El motor DOHC Napier Lion W12 se fabricó en Gran Bretaña a partir de 1918.

La mayoría de estos motores usaban un eje para transferir la transmisión desde el cigüeñal hasta el árbol de levas en la parte superior del motor. Los motores de aviones grandes, particularmente los motores refrigerados por aire, experimentaron una expansión térmica considerable, lo que provocó que la altura del bloque de cilindros variara durante las condiciones de operación. Esta expansión causó dificultades para los motores de varilla de empuje, por lo que un motor de árbol de levas en cabeza con un eje de transmisión con ranuras deslizantes fue la forma más fácil de permitir esta expansión. Estos ejes biselados solían estar en un tubo externo fuera del bloque y se conocían como "ejes de torre". [33]

  • 1914-1918 Motor de avión Hispano-Suiza 8A SOHC

  • 1914-1918 Motor de avión Hispano-Suiza 8Be SOHC con "ejes de torre" en la parte trasera de cada banco de cilindros

1919-1944 [ editar ]

1933 Bugatti Type 59 motor de carreras de gran premio de ocho rectos

Uno de los primeros motores estadounidenses de producción de árboles de levas en cabeza fue el motor SOHC de ocho cilindros en línea utilizado en el automóvil de lujo Duesenberg Model A de 1921-1926 . [34]

En 1926, el Sunbeam Super Sports de 3 litros se convirtió en el primer automóvil de producción en utilizar un motor DOHC. [35] [36]

En los Estados Unidos, Duesenberg agregó motores DOHC (junto con sus motores SOHC existentes) con el lanzamiento en 1928 del Duesenberg Model J , que estaba propulsado por un motor DOHC de ocho cilindros en línea. El Stutz DV32 de 1931-1935 fue otro de los primeros automóviles de lujo estadounidenses que utilizó un motor DOHC. También en los Estados Unidos, el motor de carreras DOHC Offenhauser se introdujo en 1933. Este motor de cuatro en línea dominó las carreras norteamericanas de ruedas abiertas desde 1934 hasta la década de 1970.

Otros motores automotrices SOHC tempranos fueron el Wolseley Ten de 1920-1923 , el MG 18/80 de 1928-1931 , el Singer Junior de 1926-1935 y el Alfa Romeo 6C Sport de 1928-1929 . Las primeras motocicletas con árbol de levas en cabeza incluían la serie Velocette K de 1925-1949 y la Norton CS1 de 1927-1939 .

1945-presente [ editar ]

Motor Crosley CoBra SOHC de 1946-1949

El Crosley CC Four de 1946-1948 fue posiblemente el primer automóvil estadounidense producido en serie en usar un motor SOHC. [37] [38] [39] Este pequeño motor de producción en masa impulsó al ganador de las 12 Horas de Sebring de 1950 . [37] ( p . 121 )

El uso de una configuración DOHC aumentó gradualmente después de la Segunda Guerra Mundial, comenzando con los autos deportivos. Los motores DOHC icónicos de este período incluyen el motor Lagonda de seis cilindros en línea de 1948-1959 , el motor de seis cilindros en línea Jaguar XK6 de 1949-1992 y el motor Alfa Romeo Twin Cam de cuatro cilindros en línea de 1954-1994 . [40] [41] El motor de cuatro en línea Fiat Twin Cam 1966-2000 fue uno de los primeros motores DOHC en usar una correa de distribución dentada en lugar de una cadena de distribución. [42]

En la década de 1980, la necesidad de un mayor rendimiento al tiempo que se reducía el consumo de combustible y las emisiones de escape hizo que aumentara el uso de motores DOHC en los vehículos convencionales, comenzando por los fabricantes japoneses. [40] A mediados de la década de 2000, la mayoría de los motores de automóviles utilizaban un diseño DOHC. [ cita requerida ]

Ver también [ editar ]

  • Leva en bloque
  • Camless
  • Motor de válvulas en cabeza
  • Sincronización variable de válvulas

Referencias [ editar ]

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