El Lotus-Ford Twin Cam es un motor de gasolina de cuatro cilindros en línea desarrollado por Lotus para el Lotus Elan de 1962. Algunos de los primeros ejemplares tenían una cilindrada de 1,5 litros, pero la mayoría eran motores de 1,55 litros (1557 cc). Utilizaba un bloque de cilindros de hierro Ford 116E y una nueva culata de aluminio con dos árboles de levas en cabeza . El Twin Cam se utilizó en una variedad de vehículos hasta que Lotus detuvo su producción en 1973. [1] Fue reemplazado por el motor Lotus 907 .
Para el Lotus Elan , el fundador de Lotus, Colin Chapman, quería encontrar un motor menos costoso que el costoso Coventry Climax FWE de aleación utilizado en el Lotus Elite original . [2] Creía que basar su nuevo motor en un motor construido en grandes volúmenes mantendría los costos bajos. [3] : 18
Chapman eligió inicialmente el cuatro cilindros en línea Ford 105E utilizado en el Ford Anglia como base de este nuevo motor. El 105E desplazaba 1,0 L; 60,8 pulgadas cúbicas (997 cc) y tenía un bloque de hierro fundido producido con el proceso de fundición de pared delgada de Ford, lo que daba como resultado una pieza relativamente ligera. Si bien el bloque 105E solo proporcionaba tres cojinetes principales para el cigüeñal , el diseño sobrecuadrado mantenía bajas las velocidades del pistón y daba espacio para válvulas más grandes en la nueva culata. Cuando se lanzó el 109E más grande de 1,3 L; 81,7 pulgadas cúbicas (1339 cc) para el Ford Consul Classic , se convirtió en la plataforma para la mayor parte del desarrollo del nuevo motor Lotus.
El diseñador de motores Harry Mundy había estado trabajando en dos proyectos para Facel SA de Jean Daninos . Un diseño era un V6 de cuatro levas completamente nuevo con una cilindrada inferior a 3,0 litros. [4] El otro era una nueva culata DOHC para reemplazar la original propensa a fallos del motor Pont-à-Mousson de cuatro cilindros en línea de 1,6 litros utilizado en el Facellia . Los problemas financieros en Facel impidieron que ninguno de los dos motores llegara a producción, pero cuando Chapman se enteró del motor más pequeño, encargó a Mundy que adaptara el diseño del Facellia al bloque del motor Ford. [5] El diseño de Mundy para Lotus comprendía una culata de aluminio y una cubierta frontal de aluminio y su conjunto de placa trasera que contenía la bomba de agua y la cadena de transmisión del árbol de levas .
Una vez finalizado el diseño inicial, el consultor externo Richard Ansdale elaboró dibujos detallados de la nueva culata. El empleado de Lotus Steve Sanville dirigió el equipo de ingeniería de producción que incluía a Mike Costin , Neil Francis y Bob Dance. Harry Weslake realizó un análisis de banco de flujo en la culata inicial. Los primeros prototipos de Twin Cam tenían problemas en la junta de la culata. Keith Duckworth , que ya había dejado Lotus para irse a Cosworth Engineering , fue convocado para que examinara la nueva culata. Duckworth realizó varios cambios de diseño, remodelando los puertos y añadiendo estructura a la culata. [6] : 38
El primer motor Lotus Twin Cam se puso en marcha en un banco de pruebas el 10 de octubre de 1961. [7] Este motor rompió un cigüeñal durante la prueba; un fallo atribuido al bloque de tres cojinetes principales. El primer vehículo de prueba en recibir un Twin Cam fue un Ford Anglia con volante a la izquierda , y el motor se instaló el 18 de enero de 1962. Se dice que este Anglia adelantó a un Jaguar a más de 100 mph (160 km/h) en manos de Jim Clark en su camino a casa a Escocia desde Goodwood . [8]
En mayo de 1962, Ford anunció el motor 116E. [7] Este motor apareció por primera vez en el Consul Capri en agosto de 1962, y luego en el Cortina Super en enero de 1963. El 116E tenía una altura de plataforma más alta que los motores Kent anteriores, y con un diámetro y carrera de 3+3 ⁄ 16 in × 2.864 in (80.96 mm × 72.75 mm), la capacidad era de 1.5 L; 91.4 cu in (1,498 cc). El cigüeñal del 116E se apoyaba sobre cinco cojinetes principales. La potencia de salida era de unos 60 bhp (45 kW) a 4600 rpm. Tan pronto como se pudo obtener un bloque, se comenzó a trabajar para convertir la culata del Lotus al bloque 116E. Duckworth montó los dos primeros motores de especificación de producción, uno de los cuales impulsó un Lotus 23 en su debut en carreras en Nürburgring . [9] Después de construir un número limitado de Twin Cams de 1.5 L, el diámetro se aumentó a82.55 mm ( 3+1 ⁄ 4 pulg.), aumentando la capacidad a 1,56 L.
El montaje de los primeros 50 motores se encargó a JAPrestwich . Prestwich también mecanizó las piezas fundidas de la culata (fundidas por William Mills) en estos primeros motores de doble árbol de levas.
El Twin Cam tuvo su debut oficial en el Salón del Automóvil de Earls Court en octubre de 1962. La producción total del motor fue de aproximadamente 34.000 unidades, en 24 variedades diferentes. [9] : 183, 222
Chapman denominó al motor "Lotus Twin-Cam" cuando se presentó en 1962 y Lotus siguió utilizando ese nombre. Cuando la producción pasó del Cortina-Lotus al Cortina Twin Cam basado en el Ford Cortina Mark II en 1967, Ford comenzó a llamar al motor "Lotus-Ford Twin Cam". El motor también se conoce informalmente como "Lotus TC" o "Twink". [10] [1]
Aunque la cilindrada del Twin Cam suele figurar como 1.558 cc (1,6 L), su diámetro y carrera son 82,55 mm × 72,75 mm ( 3+1 ⁄ 4 in × 2,864 in) respectivamente, para un desplazamiento real de 1.557,46 cc (1,6 L; 95,0 cu in). Esto permitió que el Twin Cam tuviera un sobredimensionamiento de hasta 1 mm (0,04 in) y aún así permaneciera por debajo del límite de la clase de 1600 cc permitido por las regulaciones de la FIA . El error de desplazamiento se remonta al 27 de mayo de 1963, cuando Lotus Cars Ltd. presentó los documentos de homologación de la FIA sobre el Lotus Elan modelo 1962 (Serie 1) y fue aceptado por el Royal Automobile Club para la FIA. Los documentos enumeraban la capacidad del motor como 1558 cc con los tamaños de diámetro y carrera correctos. Irónicamente, el límite de sobredimensionamiento de 1 mm también se indica en el documento con el desplazamiento resultante correcto de 1595 cc (83,55 mm x 72,75 mm, 1595,42 cc). [11]
La culata tiene cámaras de combustión hemisféricas (la afirmación correcta habría sido "cámaras en forma de pera", ya que esto tiene implicaciones en el ángulo de las válvulas). Los tamaños de válvula son de 1,53 pulgadas (39 mm) de diámetro en la entrada y 1,325 pulgadas (33,7 mm) de diámetro en el escape en todos los motores, excepto los motores "Big Valve" posteriores. El eje del vástago de la válvula está inclinado 27° desde la vertical tanto en la admisión como en el escape. La sincronización inicial de la leva era 15/53/53/15 con el mismo perfil de leva que la leva ET418 Coventry Climax FWE, lo que dio como resultado 100 bhp (75 kW; 101 PS) a 5700 rpm para el motor de 1.498 cc con una relación de compresión de 9,5:1. Los motores de producción de 1.557 cc tenían distribución de levas 22/62/62/22 con una elevación de 0,349 pulgadas (8,9 mm) (desarrollada por Cosworth como 'CPL1' - Cosworth Production Lotus) con una relación de compresión de 9,8:1.
La bomba de agua utilizaba la tapa delantera del motor como su alojamiento, lo que dificultaba su sustitución. El colector de admisión era una serie de cortos tubos de colada tubular fundidos como parte integral de la culata. Las culatas del carburador Zenith - Stromberg 175CD tenían dos tubos de colada siameses (parte de la fundición de la culata), lo que las hacía no intercambiables con las culatas anteriores que utilizaban carburadores Dell'Orto DHLA40 o 40DCOE Weber , cuya admisión era de cuatro tubos individuales (también parte de la fundición de la culata). [3] : 84 Los gases de escape se manejaban mediante un colector de hierro fundido o un cabezal tubular fabricado, según la aplicación. [3] : 31–33
Se conservó el árbol de levas original en bloque y, como en el 116E original, impulsó el distribuidor montado lateralmente y el conjunto de filtro/bomba de aceite externo cercano, lo que minimizó las modificaciones al bloque de hierro producido en masa. La leva original junto con las ruedas dentadas de leva DOHC eran impulsadas por una larga cadena de distribución de rodillos Reynolds de una sola fila de 3 ⁄ 8 pulgadas (9,5 mm) montada en la parte delantera . [12]
Los primeros bloques Lotus eran simplemente artículos estándar de la línea de producción de Ford seleccionados por tener las paredes de cilindro más gruesas y se identificaban con una "A" estampada en la cara de contacto de la tapa de distribución. Los bloques posteriores se fundieron especialmente teniendo en cuenta la producción de Twin Cam y se identificaron con una "L" fundida en el bloque debajo del soporte del motor. [10] Los bloques Twin Cam provenían de 6 versiones de fundición básicas. Antes de 1968, los primeros 4 dígitos a menudo se eliminaban del bloque y se estampaba "3020" en su lugar.
Los primeros motores usaban un cigüeñal, bielas y pistones de Lotus. El cigüeñal era de hierro fundido y los pistones tenían una corona ligera y estaban cortados para despejar las válvulas. [3] : 27–28 En 1966 se lanzó un Twin Cam revisado. En esta versión, los cortes eran más pequeños y las bielas eran piezas de Ford 125E. El volante también estaba unido al cigüeñal con seis pernos, un aumento de dos con respecto al modelo anterior. El Twin Cam tenía un problema con el aumento de aceite y la fijación del motor de arranque estaba sujeta a flexiones al intentar hacer girar el motor de alta compresión.
Los primeros motores tenían la palabra "Lotus" grabada en letras en relieve en la tapa de levas, sobre cada árbol de levas. Los motores posteriores tenían un borde en relieve en la parte delantera de la tapa de levas con la palabra "Lotus" grabada en relieve en su interior. La parte de la tapa sobre las levas era lisa. [1]
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Lotus comenzó a ofrecer motores Special Equipment más altamente afinados como opciones en sus autos. Las piezas para estos motores también se podían comprar en Lotus Components Ltd. Al principio, estos eran motores desarrollados y ensamblados por Cosworth con cigüeñales fundidos y placas con el nombre de Cosworth en la tapa de levas. Duckworth fue responsable del diseño de las levas Special Equipment. Cosworth más tarde se distanció de este negocio y Lotus comenzó a vender equivalentes. BRM Phase I consistía en árboles de levas BRM y pistones fundidos de alta compresión, y BRM Phase II agregó pistones forjados Mahle , bielas forjadas BRM, bujes de extremo pequeño y pernos de cabeza de biela a la Phase I. Cuando se ofrecían en forma ensamblada, estos motores llevaban una placa con el nombre de BRM en una tapa de levas "BRM" especialmente fundida, pero el ensamblaje real de estos motores de carretera "BRM" de alto rendimiento lo llevó a cabo Rubery Owen & Co. Ltd. , una empresa afiliada de BRM a través de su propiedad, no por BRM en sí. Los motores de equipo especial ('S/E') tenían distribución de levas 26/66/66/26.
El término "Equipamiento Especial", que originalmente se aplicaba a los Elans y Lotus Cortina tuneados, fue utilizado posteriormente por Lotus para designar aquellos Elan Serie 2 y posteriores con motores de mayor potencia, y se los conoce como Elan S/E.
En 1968, Sanville comenzó a construir una serie de Twin Cams utilizando un nuevo árbol de levas llamado leva Super Special Equipment, o D-Type, que se basaba en la leva Coventry Climax FWA 3060. [9] : 35 Las cabezas utilizadas en los motores SSE se afeitaron en 0,04 pulgadas (1,0 mm), lo que aumentó la relación de compresión a 10,3: 1. El encendido se adelantó ligeramente y se instalaron estranguladores más grandes y diferentes chorros en los carburadores Weber. La potencia se estimó en 124-126 bhp (92,5-94,0 kW), tres años antes del lanzamiento del motor Big Valve. Se dice que algunos motores SSE salieron de la fábrica en Super Weber S/E Elans.
El Big Valve Twin Cam fue un proyecto del director de ingeniería de Lotus, Tony Rudd. [1] Rudd redujo la altura de la plataforma en 0,04 pulgadas (1,0 mm) para aumentar la relación de compresión a 10,5:1, aumentó el diámetro de las válvulas de admisión a 1,565 pulgadas (39,8 mm), modificó la forma de los conductos de admisión para las válvulas más grandes e instaló árboles de levas Super Special Equipment tipo D. La potencia se incrementó un 20% con respecto a los 105 a 126 hp (78,3 a 94,0 kW) del motor normal. Los motores Big Valve se ofrecieron en los modelos Elan Sprint, Elan +2 130 y Lotus Europa Twin Cam Special. [13] [14] : 28 Las tapas de levas para los motores Big Valve tenían las palabras "Lotus" y "Big Valve" grabadas en letras en relieve en la parte delantera de la tapa de levas. La parte de la tapa sobre los árboles de levas tenía nervaduras en relieve grabadas.
Los motores Big Valve tenían la misma distribución 26/66/66/26 que los motores S/E, pero con una elevación de 0,360 in (9,1 mm). Los motores de especificación "especial" tenían una distribución 26/66/66/26 con una elevación de 0,362 in (9,2 mm).
Las válvulas de admisión más grandes son compatibles con las culatas anteriores que no son Big Valve con muy pocas modificaciones, sin embargo, aumentar el tamaño de la válvula de admisión por sí solo no producirá un aumento mensurable en la potencia. La mayor parte de la ganancia de potencia proviene de la modificación del tamaño y la forma de los conductos de admisión (conexiones) y la instalación de árboles de levas mejorados.
Distintas fuentes ofrecen información diferente y a veces contradictoria sobre nombres, potencias de salida y otros elementos. Algunos de ellos se enumeran a continuación.
Los fundadores de Cosworth, Keith Duckworth y Mike Costin, eran antiguos empleados de Lotus. Su nueva empresa desarrolló el Twin Cam para su uso en competición bajo el Código de Proyecto Cosworth TA , con versiones específicas designadas con el prefijo 'Mk.'. [17] : 237–239 [6] : 212, 213, 240 Uno de los primeros lotes se convirtió en el experimental Cosworth Mk.X en 1962. A éste le siguió en 1963 el Mk.XII de cárter seco con árboles de levas de competición designados como 'CPL2' (26/66/66/26) y pistones Cosworth de alta compresión, utilizados activamente por el Team Lotus en Lotus 20B , 22 , 23 y 23B .
El Mk.XII se desarrolló para convertirse en el Mk.XIII para carreras de Fórmula con la incorporación de un cigüeñal de acero forjado de 12 pernos Cosworth , bielas forjadas Cosworth, árboles de levas Wilder y carburadores Weber 45DCOE . Se eliminó el uso del árbol de levas Ford original como eje intermedio y se instaló un eje intermedio fabricado por Cosworth. Aunque todos los Mk.XIII eran de cárter seco que requerían bombas de presión/barrido impulsadas externamente, este eje intermedio a medida conservaba la leva de accionamiento de la bomba de aceite para mantener la intercambiabilidad con el Mk.XV de cárter húmedo. El Mk.XIII se convirtió en un gran éxito de ventas en 1965 cuando la SCCA creó la categoría de Fórmula B en Estados Unidos. El dominio del Mk.XIII en la Fórmula B fue casi absoluto frente a sus principales rivales, el Alfa Romeo 105/115 DOHC de 1,6 L (1.570 cc) diseñado por Satta / Hruska y el motor BMW M116 SOHC de 1,6 L (1.573 cc) diseñado por Alex von Falkenhausen . Esto, a su vez, permitió a la ahora viable firma de ingeniería reducir su dependencia casi total previa de Lotus. La proliferación del Mk.XIII desencadenó el establecimiento de nuevos fabricantes de motores de competición de estilo europeo en los EE. UU. que realizaban los trabajos de reconstrucción y mantenimiento necesarios en el Mk.XIII al tiempo que contribuían a los ingresos de Cosworth.
Otros motores Cosworth basados en el Lotus-Ford Twin Cam incluyen el Mk.XV para el Lotus 26R y Lotus Cortina (casi todos para el Team Lotus y equipos afiliados) y el Mk.XVI , una versión del Mk.XIII para la clase de 1,5 litros.
Cosworth diseñó su propia culata de aluminio con flujo inverso, de 2 válvulas y accionada por engranajes, SOHC, para el mismo bloque Ford 116E. Esta culata compartía muchos atributos básicos de diseño con la culata Coventry Climax FWE y se utilizó con un cigüeñal de acero forjado de carrera corta para un motor de Fórmula 2 de 1 litro llamado SCA en 1964. A esto le siguió una culata de aluminio con flujo cruzado , de 4 válvulas y DOHC y accionada por engranajes en el mismo bloque con un cigüeñal forjado Mk.XIII para un nuevo motor de Fórmula 2 de 1,6 litros llamado FVA en 1966. En ese momento finalizó la participación de Cosworth en el desarrollo del Lotus TwinCam.
El Twin Cam debutó en las carreras en mayo de 1962 como un Cosworth Mk.X en un Lotus 23 conducido por Jim Clark en Nürburgring . Clark lideró el grupo hasta que fue superado por los gases de escape. [9]
Twin Cam hizo varias apariciones en la Fórmula 1 en la forma Cosworth Mk.XVI durante la 1+Fórmula de 1 ⁄ 2 litro (92 pulgadas cúbicas) que funcionó entre 1961 y 1965. [18] : 316 Su primera aparición fue en el Gran Premio de Sudáfrica de 1963 en un Brabham BT6 conducido por David Prophet . El motor apareció en dos coches en el Gran Premio de Gran Bretaña de 1964 , uno de ellos era el Gerard Racing Cooper T73 conducido por John Taylor y el otro el John Willment Automobiles Brabham BT10 . El único resultado registrado fue el noveno puesto en el Gran Premio de Sudáfrica de 1965 , de nuevo en el Willment Brabham.
El Cosworth Mk.XV impulsó el Elan 26R del equipo Willment y del piloto John Miles a 15 victorias de temporada y al título del Campeonato Autosport de 1966. [19]
Los fabricantes de motores de terceros continuaron el desarrollo después de 1966 para el Elan y el Cortina, así como para Fórmula 2, 3 y otras categorías. Entre los primeros preparadores se encontraban Holbay , Vegantune y Novamotor, a los que se unieron más tarde Brian Hart , Richardson, Wilcox y otros que se centraron principalmente en las categorías de Fórmula.
Roger Barr ganó el Campeonato Nacional de Fórmula B de EE. UU. de 1968 utilizando un Twin Cam, con numerosas modificaciones realizadas tanto en éste como en el chasis Crossle.