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Un motor monobloque o en bloque es un motor de pistón de combustión interna, algunos de cuyos componentes principales (como la culata , el bloque de cilindros o el cárter ) se forman, generalmente mediante fundición , como una única unidad integral, en lugar de ensamblarse posteriormente. Esto tiene las ventajas de mejorar la rigidez mecánica y mejorar la fiabilidad del sellado entre ellos.
Las técnicas monobloque se remontan a los inicios del motor de combustión interna . El uso de este término ha cambiado con el tiempo, generalmente para abordar el problema mecánico más urgente que afectaba a los motores de su época. Ha habido tres usos distintos de la técnica:
En la mayoría de los casos, cualquier uso del término describe una construcción de una sola unidad que se opone a la práctica contemporánea más común. Cuando la técnica monobloque se convirtió posteriormente en la norma, el término específico perdió popularidad. Actualmente es una práctica habitual utilizar cilindros y cárteres monobloque, pero una culata monobloque (al menos para un motor en línea refrigerado por agua) se consideraría peculiar y obsoleta.
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La junta de culata es el sello estático que sufre más tensiones en un motor y fue una fuente de problemas considerables en los primeros años. La culata monobloque forma cilindro y culata en una sola unidad, evitando así la necesidad de una junta.
Junto con la falla de la junta de culata, una de las partes menos confiables de los primeros motores de gasolina era la válvula de escape, que tendía a fallar por sobrecalentamiento. Un cabezal monobloque podría proporcionar una buena refrigeración por agua, reduciendo así el desgaste de la válvula, ya que podría extender la camisa de agua ininterrumpidamente alrededor de la culata y el cilindro. Los motores con juntas requerían aquí una cara de contacto de metal con metal, lo que interrumpía el flujo de agua.
El inconveniente del cabezal monobloque es que el acceso al interior de la cámara de combustión (el volumen superior del cilindro) es difícil. El acceso a través del orificio del cilindro está restringido para mecanizar los asientos de válvula o para insertar válvulas en ángulo. Una restricción aún más seria es la descoquización y el rectificado de asientos de válvulas, una tarea habitual en los motores más antiguos. En lugar de quitar la culata desde arriba, el mecánico debe quitar los pistones, las bielas y el cigüeñal desde abajo. [3] [4]
Una solución a esto para los motores de válvulas laterales era colocar un tapón roscado directamente encima de cada válvula y acceder a las válvulas a través de él (imagen). Las roscas cónicas del tapón roscado proporcionaban un sellado fiable. Para motores de baja potencia, esta fue una solución popular durante algunos años, pero era difícil enfriar este tapón, ya que la camisa de agua no se extendía hasta el tapón. A medida que aumentaba el rendimiento, también se volvió importante tener mejores diseños de cámaras de combustión con menos "espacio muerto". Una solución fue colocar la bujía en el centro de esta bujía, lo que al menos aprovechaba el espacio. Esto colocó la bujía más lejos de la cámara de combustión, lo que provocó recorridos de llama más largos y un encendido más lento.
Durante la Primera Guerra Mundial , el desarrollo del motor de combustión interna avanzó mucho. Después de la guerra, cuando se reanudó la producción de automóviles civiles, la culata monobloque se requirió con menos frecuencia. Sólo los coches de alto rendimiento como el Leyland Eight de 1920 persistieron con él. [5] Bentley y Bugatti [3] [6] fueron otras marcas de carreras que se adhirieron notablemente a ellas, durante las décadas de 1920 y 1930, y se utilizaron de manera más famosa en los motores de carreras de cuatro cilindros en línea Offenhauser estadounidenses especialmente diseñados, diseñados por primera vez y construido en la década de 1930.
Los motores de avión en ese momento comenzaban a usar altas presiones de sobrealimentación , lo que aumentaba la tensión en las juntas de culata. Motores como el Rolls-Royce Buzzard utilizaban cabezales monobloque para mayor confiabilidad. [7]
Los últimos motores que hicieron un uso generalizado de las culatas monobloque fueron los grandes motores radiales de avión refrigerados por aire , como el Wasp Major . Estos tienen cilindros individuales, por lo que el acceso está menos restringido que en un motor en línea con cárter y cilindros monobloque, como lo son la mayoría de los motores modernos. Como tienen una potencia específica elevada y requieren una gran fiabilidad, las ventajas del monobloque siguen siendo atractivas.
Los motores de aviación general como Franklin , Continental y Lycoming todavía se fabrican nuevos [8] [9] [10] y continúan usando cilindros individuales monobloque, aunque Franklin usa una manga extraíble. En su construcción se utiliza una combinación de materiales, como acero para los cilindros y aleaciones de aluminio para las culatas, para ahorrar peso. Las técnicas de reconstrucción comunes incluyen el cromado del interior de los cilindros con un acabado "agrietado" que imita el acabado " cruzado " que normalmente se crea con el típico bruñido de cilindros. Los motores más antiguos operados con gasolina automotriz sin plomo , según lo permitido por los certificados de tipo suplementarios aprobados por la FAA , pueden requerir un reemplazo más frecuente de válvulas y asientos. Se utilizan herramientas especiales para mantener los asientos de las válvulas en estos cilindros. [11] Se deben realizar pruebas no destructivas para buscar fallas que puedan haber surgido durante el uso extremo, daños al motor por parada repentina de la hélice o operación prolongada del motor en cada revisión o reconstrucción. [12]
Históricamente, las dificultades de mecanizado y mantenimiento de una culata monobloque eran y siguen siendo un grave inconveniente. A medida que las juntas de culata fueron capaces de soportar mayor calor y presión, la técnica dejó de utilizarse. Es casi desconocido hoy en día, pero ha encontrado algunos usos específicos, ya que la técnica de las culatas monobloque fue adoptada por el fabricante japonés de motores Saito Seisakusho para sus motores de cuatro tiempos de encendido por chispa y combustible incandescente para las necesidades de propulsión de aviones RC .
Los cilindros monobloque también se siguen utilizando en pequeños motores de dos tiempos para equipos eléctricos utilizados para mantener céspedes y jardines, como podadoras de hilo, cultivadoras y sopladores de hojas. [13] [14]
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La tecnología de fundición en los albores del motor de combustión interna podía fundir de manera confiable piezas fundidas grandes o con núcleos internos complejos para permitir camisas de agua, pero no ambas simultáneamente. La mayoría de los primeros motores, particularmente aquellos con más de cuatro cilindros, tenían sus cilindros moldeados como pares o triples de cilindros y luego atornillados a un solo cárter.
A medida que mejoraron las técnicas de fundición, todo el bloque de cilindros de cuatro, seis o incluso ocho cilindros se pudo fundir como uno solo. Se trataba de una construcción más sencilla y, por tanto, menos costosa de fabricar [15] y la camisa de agua comunitaria permitía un menor espacio entre los cilindros. Esto también mejoró la rigidez mecánica del motor, frente a la flexión y la torsión torsional cada vez más importante, a medida que aumentaba el número de cilindros y la longitud del motor. [16] En el contexto de los motores de avión, el precursor no monobloque de los cilindros monobloque fue una construcción en la que los cilindros (o al menos sus revestimientos) se fundieron como individuos, y la camisa exterior de agua se aplicó más tarde a partir de láminas de cobre o acero. [17] Esta compleja construcción era costosa, pero liviana, por lo que solo se usaba ampliamente para aviones.
Los motores en V permanecieron con un bloque de fundición separado para cada banco . Los complejos conductos necesarios para los colectores de entrada entre los bancos eran demasiado complicados para fabricarlos de otra manera. Por economía, algunos motores, como el V12 Pierce-Arrow , fueron diseñados para usar piezas fundidas idénticas para cada banco, izquierdo y derecho. [18] Algunos motores raros, como el Lancia V12 de ángulo estrecho de 22½° de 1919, utilizaban un solo bloque de fundición para ambos bancos. [19]
En la Serie 60 de 1936 se utilizó un motor monobloque de 322 pulgadas cúbicas (5,3 L) . Fue diseñado para ser el motor de próxima generación de la compañía a un costo reducido respecto al 353 y al Cadillac V16 . Los cilindros y el cárter del monobloque se fundieron como una sola unidad [20] y utilizaban elevadores de válvulas hidráulicas para mayor durabilidad. Este diseño permitió la creación de la línea Serie 60 de precio medio.
Los cilindros modernos, excepto los motores refrigerados por aire y algunos motores en V , ahora se fabrican universalmente como un solo bloque de cilindros, y las culatas modernas casi siempre son componentes separados.
A medida que la fundición mejoró y los bloques de cilindros se convirtieron en monobloque, también fue posible fundir los cilindros y el cárter como una sola unidad. La razón principal fue mejorar la rigidez de la construcción del motor, reducir la vibración y permitir velocidades más altas.
La mayoría de los motores, excepto algunos motores en V, son ahora un monobloque de cárter y bloque de cilindros.
Los motores pequeños de la familia Honda GC para servicio liviano y de consumo utilizan un diseño monobloque sin cabeza donde la culata, el bloque y la mitad del cárter comparten la misma pieza fundida, denominada "unibloque" por Honda. [21] Una razón para esto, además del costo, es producir una altura general más baja del motor. Al ser un diseño OHC refrigerado por aire , esto es posible gracias a las técnicas actuales de fundición de aluminio y a la falta de espacios huecos complejos para la refrigeración líquida. Las válvulas son verticales para permitir el montaje en este espacio confinado. Por otro lado, realizar reparaciones básicas requiere tanto tiempo que el motor puede considerarse desechable. Los motores de la familia Honda GX para uso comercial (y sus muchas imitaciones populares ) tienen un diseño más convencional de un solo cárter y cilindro, con una culata separada.
Honda produce muchos otros monobloques de bloque de culata y cárter con una variedad de nombres diferentes, como la serie GXV. Todos pueden identificarse externamente por una junta que divide el cárter en un ángulo de aproximadamente 45°.
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