Tipo de diseño del tren de válvulas del motor de pistón
Componentes de un tren de válvulas de motor OHV tradicional
Un motor de válvulas en cabeza (OHV) , a veces llamado motor de varilla de empuje , es un motor de pistón cuyas válvulas están ubicadas en la culata, encima de la cámara de combustión. Esto contrasta con los motores de cabeza plana , donde las válvulas estaban ubicadas debajo de la cámara de combustión en el bloque del motor .
Aunque un motor con árbol de levas en cabeza (OHC) también tiene válvulas en cabeza, el uso común del término "motor con válvulas en cabeza" se limita a motores donde el árbol de levas está ubicado en el bloque del motor. En estos motores OHV tradicionales, el movimiento del árbol de levas se transfiere mediante varillas de empuje (de ahí el término "motor de varilla de empuje") y balancines para operar las válvulas en la parte superior del motor. Sin embargo, algunos diseños tienen el árbol de levas en la culata pero aún se encuentran debajo o al lado de las válvulas (el Ford CVH y el Opel CIH son buenos ejemplos), por lo que esencialmente pueden considerarse diseños de válvulas en cabeza.
Algunos de los primeros motores de admisión sobre escape utilizaban un diseño híbrido que combinaba elementos de válvulas laterales y válvulas en cabeza. [1]
Los primeros motores de combustión interna se basaban en máquinas de vapor y, por tanto, utilizaban válvulas de corredera . [2] Este fue el caso del primer motor Otto , que funcionó con éxito por primera vez en 1876. A medida que los motores de combustión interna comenzaron a desarrollarse por separado de las máquinas de vapor, las válvulas de asiento se volvieron cada vez más comunes.
A partir del Daimler Reitwagen de 1885 , varios automóviles y motocicletas usaban válvulas de entrada ubicadas en la culata; sin embargo, estas válvulas eran accionadas por vacío ("atmosféricas") en lugar de accionadas por un árbol de levas como ocurre con los motores OHV típicos. Las válvulas de escape eran accionadas por un árbol de levas, pero estaban ubicadas en el bloque del motor como en los motores de válvulas laterales.
El prototipo de motor diésel de 1894 utilizaba válvulas de asiento en cabeza accionadas por un árbol de levas, varillas de empuje y balancines, [3] [4], convirtiéndose así en los primeros motores OHV. En 1896, William F. Davis obtuvo la patente estadounidense 563.140 para un motor OHV con refrigerante líquido utilizado para enfriar la culata, [5] [6] pero no se construyó ningún modelo funcional.
Motores OHV de producción
En 1898, el fabricante de bicicletas Walter Lorenzo Marr en los Estados Unidos construyó un triciclo motorizado propulsado por un motor OHV de un solo cilindro. [7] Marr fue contratado por Buick (entonces llamado Buick Auto-Vim and Power Company ) de 1899 a 1902, donde se perfeccionó aún más el diseño del motor de válvulas en cabeza. [8] Este motor empleaba balancines accionados por varilla de empuje, que a su vez abrían válvulas de asiento paralelas a los pistones. Marr regresó a Buick en 1904 (después de haber construido una pequeña cantidad del Marr Auto-Car , con uno de los primeros motores conocidos en utilizar un diseño de árbol de levas en cabeza), el mismo año en que Buick recibió una patente para un diseño de motor de válvulas en cabeza. En 1904, se lanzó el primer motor OHV de producción del mundo en el Buick Modelo B. El motor era un diseño bicilíndrico con dos válvulas por cilindro. El motor tuvo mucho éxito para Buick, y la empresa vendió 750 coches de este tipo en 1905, y el motor OHV ha impulsado casi todos los automóviles Buick desde entonces.
Varios otros fabricantes comenzaron a producir motores OHV, como el motor vertical de 4 cilindros de los hermanos Wright de 1906-1912 . [9] [10] En 1911, Chevrolet se unió a Buick en el uso casi exclusivo de motores OHV. [11] Sin embargo, los motores de válvulas laterales siguieron siendo comunes hasta mediados y finales de la década de 1960, [12] cuando comenzaron a eliminarse gradualmente de los motores OHV.
Motores con árbol de levas en cabeza
El primer motor de árbol de levas en cabeza (OHC) data de 1902, en el Marr ; [13] sin embargo, el uso de este diseño se limitó principalmente a automóviles de alto rendimiento durante muchas décadas. Los motores OHC se volvieron cada vez más comunes entre los años 1950 y 1990, y a principios del siglo XXI, la mayoría de los motores de automóviles (excepto algunos motores V8 norteamericanos) utilizaban un diseño OHC.
En la carrera automovilística de las 500 Millas de Indianápolis de 1994 , el equipo Penske inscribió un automóvil propulsado por el motor de varilla de empuje Mercedes-Benz 500I hecho a medida . Debido a una laguna en las reglas, al motor de varilla de empuje se le permitió usar una mayor cilindrada y una mayor presión de sobrealimentación, lo que aumentó significativamente su potencia en comparación con los motores OHC utilizados por otros equipos. El equipo Penske se clasificó en la pole position y ganó la carrera por un amplio margen.
Motor V8 (sin colector de admisión), que muestra el árbol de levas, las varillas de empuje y los balancines
Los motores OHV tienen varias ventajas en comparación con los motores OHC:
Embalaje general más pequeño: el diseño de levas en bloque de un motor OHV da como resultado un tamaño total más pequeño, en comparación con un motor OHC equivalente. [15]
Utilizando la misma pieza fundida de culata para ambos bancos de cilindros: un diseño de motor tipo V permite que ambas culatas sean imágenes especulares entre sí en la parte delantera de cada banco de cilindros. En un diseño de motor OHV tipo V, es posible utilizar la misma culata fundida para ambos bancos, simplemente girándola para el segundo banco. La familia de motores de bloque pequeño basada en General Motors LS es un ejemplo popular de este tipo de motores OHV tipo V.
Sistema de transmisión del árbol de levas más simple: los motores OHV tienen un sistema de transmisión del árbol de levas menos complejo en comparación con los motores OHC . [15] La mayoría de los motores OHC accionan el árbol de levas o los árboles de levas mediante una correa de distribución , una cadena o varias cadenas. Estos sistemas requieren el uso de tensores , lo que añade complejidad. Por el contrario, un motor OHV tiene el árbol de levas colocado cerca del cigüeñal, que puede ser impulsado por una cadena mucho más corta o incluso por una conexión directa de engranajes. Sin embargo, esto se ve algo anulado por un tren de válvulas más complejo que requiere varillas de empuje.
Sistema de lubricación más sencillo: Los requisitos de lubricación para las culatas OHV son mucho menores. ya que carecen de árbol de levas y cojinetes relacionados para lubricar. Los cabezales OHV solo necesitan lubricación para los balancines en el extremo de la varilla de empuje, el muñón y la punta del balancín. Esta lubricación normalmente se proporciona a través de las propias varillas de empuje huecas en lugar de un sistema de lubricación dedicado en el cabezal. Los menores requisitos de lubricación también pueden significar que se utilice una bomba de aceite más pequeña y de menor capacidad.
En comparación con los motores OHC, los motores OHV tienen las siguientes desventajas:
Velocidades limitadas del motor: aunque los motores OHV tienen sistemas de accionamiento más simples para el árbol de levas, hay una mayor cantidad de piezas móviles en el tren de válvulas (es decir, los elevadores, las varillas de empuje y los balancines). La inercia de estas piezas del tren de válvulas hace que los motores OHV sean más susceptibles a la flotación de las válvulas a altas velocidades del motor (RPM). [1]
Restricciones en la cantidad y ubicación de las válvulas: los motores OHC suelen tener cuatro válvulas por cilindro, [16] mientras que es raro que un motor OHV tenga más de dos válvulas por cilindro. En los motores OHV, el tamaño y la forma de los puertos de admisión, así como la posición de las válvulas, están limitados por las varillas de empuje y la necesidad de acomodarlas en la culata.
Referencias
^ ab Niza, Karim (13 de diciembre de 2000). Configuraciones del árbol de levas "HowStuffWorks""". Auto.howstuffworks.com. Archivado desde el original el 2 de febrero de 2016 . Consultado el 7 de septiembre de 2011 .
^ "Parte I: motores en V". www.topspeed.com . 29 de julio de 2006 . Consultado el 13 de diciembre de 2019 .[ enlace muerto permanente ]
^ Diésel, Rudolf (1913). Die Entstehung des Dieselmotors . Berlín: Springer. pag. 17.ISBN _978-3-642-64940-0.
^ Diésel, Rudolf (1893). Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschinen und der heute bekannten Verbrennungsmotoren . Berlín: Springer Berlín Heidelberg. págs.5, 62. ISBN978-3-642-64949-3.
^ "Patente estadounidense 563140". Archivado desde el original el 28 de agosto de 2017 . Consultado el 7 de junio de 2017 .
^ "Imágenes de patentes". pdfpiw.uspto.gov . Archivado desde el original el 28 de agosto de 2017 . Consultado el 8 de mayo de 2018 .
^ Kimes, Beverly Rae ; Cox, James H. (2007). "Walter L. Marr, el asombroso ingeniero de Buick ". Boston: Prensa Racemaker. pag. 14.
^ "El Buick, una historia completa", tercera ed., 1987, Terry P. Dunham y Lawrence Gustin.
^ Hobbs, Leonard S. Los motores de los hermanos Wright y su diseño. Washington, DC: Smithsonian Institution Press, 1971, págs. 61, 63.
^ "Motores Wright". Archivado desde el original el 28 de abril de 2016.
^ "Especificaciones generales del Chevrolet de los años 30".
^ "¿Cuál fue el último año de un nuevo automóvil estadounidense con motor Flathead?". 20 de diciembre de 2018.
^ Georgano, GN (1982) [1968]. "Maudlay". En Georgano, GN (ed.). La nueva enciclopedia de automóviles desde 1885 hasta el presente (Tercera ed.). Nueva York: EP Dutton. pag. 407.ISBN _0-525-93254-2. LCCN 81-71857.
^ "Automotive Engineering International Online: Boletín sobre tecnología de trenes motrices". Sae.org. Archivado desde el original el 5 de agosto de 2011 . Consultado el 7 de septiembre de 2011 .
^ ab Webster, Larry (mayo de 2004). "El motor Pushrod finalmente obtiene su merecido". Coche y conductor . Archivado desde el original el 26 de agosto de 2014 . Consultado el 31 de diciembre de 2014 .
^ "¿Cuál es la diferencia entre los motores OHV, OHC, SOHC y DOHC?". www.samarins.com . Consultado el 19 de diciembre de 2019 .
