Los árboles de levas simples y dobles en cabeza han formado parte de los motores de automóviles, barcos, motocicletas y aviones desde principios del siglo XX.
Entre los primeros vehículos con un árbol de levas simple en cabeza (SOHC) se encuentran el Morsely, diseñado en el Reino Unido en 1902, y el Marr Autocar, fabricado en Estados Unidos en 1903.
El árbol de levas doble en cabeza (DOHC) se utilizó por primera vez en un automóvil francés Peugeot que ganó el Gran Premio de Francia en 1912.
Los motores con árbol de levas en cabeza se adoptaron en muchos aviones militares durante la Primera Guerra Mundial. Muchos de estos modelos de motores utilizaban un eje para accionar el árbol de levas. Los árboles de levas accionados por cadena de distribución, comunes hoy en día, aparecieron después en los automóviles populares de la década de 1920.
Los motores DOHC ganaron popularidad después de la Segunda Guerra Mundial en muchas marcas de automóviles, incluyendo Fiat y Alfa Romeo. Hoy en día, los diseños de árbol de levas simple y doble en cabeza están muy extendidos en vehículos nacionales e importados. Siga leyendo para conocer la comparación entre los motores SOHC, DOHC y los motores con árbol de levas en bloque.
El Propósito del Árbol de Levas
Los motores de pistón actuales para automóviles utilizan uno o más árboles de levas para accionar las válvulas de admisión y escape. El árbol de levas es accionado por una cadena o correa desde el cigüeñal del motor y controla la sincronización de las válvulas de admisión y escape.
Estas válvulas permiten que la mezcla de aire y combustible entre en la cámara de combustión y que los gases de escape salgan al sistema de escape después de la combustión.
¿Qué es un Motor SOHC?
En primer lugar, los modelos de motor SOHC y DOHC son configuraciones de válvulas en cabeza.
Un motor de árbol de levas simple en cabeza coloca un único árbol de levas sobre cada bancada de cilindros. En motores con diseño en “V”, como los V6 y V8, se utilizan dos árboles de levas en total, uno sobre cada bancada de cilindros. El árbol de levas es accionado por una cadena de distribución o una correa de distribución.
Dependiendo de la elección del diseñador del motor, se utilizan varios métodos para accionar las válvulas desde este único árbol de levas. Por ejemplo, si todas las válvulas están alineadas paralelamente a lo largo de la culata, las levas pueden accionar todas las válvulas directamente. En otras disposiciones de válvulas, se pueden utilizar balancines o varillas de empuje muy cortas.
Ventajas del SOHC
El diseño SOHC ofrece varias ventajas en comparación con el diseño de árbol de levas en bloque:
- Las válvulas se pueden colocar para un diseño óptimo de la cámara de combustión. Es posible utilizar múltiples válvulas, hasta cinco válvulas por cámara de combustión. También se pueden utilizar bujías dobles. Estas mejoras aumentan el flujo de la mezcla aire-combustible y la capacidad de combustión, lo que puede resultar en un mayor rendimiento y una mejor economía de combustible.
- No se necesitan pasajes para las varillas de empuje en el bloque del motor y la culata. Esto permite utilizar pasajes de refrigerante adicionales (o más grandes) en ambas áreas, mejorando la eficiencia de refrigeración. La mejora de la refrigeración, especialmente en el área de la culata, permite relaciones de compresión más altas. Esto beneficia tanto al rendimiento como a la economía de combustible.
- El mecanismo de apertura y cierre de válvulas accionado por el árbol de levas es más simple y ligero. Esto reduce la posibilidad de flotación de válvulas y permite regímenes de motor mucho más altos. Generalmente, un régimen más alto mejora el rendimiento.
- Facilita el acceso a todos los componentes del sistema de válvulas, especialmente al árbol de levas. Esto reduce los costes de reparación en esta área crítica del motor.
Desventajas del SOHC
Los motores SOHC tienen algunas desventajas en comparación con los diseños de árbol de levas en bloque y DOHC:
- Aumenta la complejidad del motor. Esto incrementa los costes de diseño y fabricación. También puede aumentar el peso total del motor en comparación con el diseño de árbol de levas en bloque. El accionamiento del árbol de levas mediante cadena o correa puede introducir consideraciones de fiabilidad y mantenimiento que no están presentes en los motores con árbol de levas en bloque.
- El motor puede ser más grande y requerir una altura de capó más alta para el despeje. El aumento del tamaño del motor también puede resultar en un mayor peso.
- La distribución variable de válvulas suele cambiar la sincronización de las válvulas de admisión y escape simultáneamente. Este es el mismo problema de sincronización presente en los motores con árbol de levas en bloque.
¿Qué es un Motor DOHC?
Un motor de árbol de levas doble en cabeza coloca dos árboles de levas sobre cada bancada de cilindros. En motores con diseño en “V”, como los V6 y V8, se utilizan cuatro árboles de levas en total. Al igual que el diseño de motor SOHC, el DOHC utiliza una cadena de distribución o una correa de distribución para accionar los árboles de levas.
En la mayoría de los casos, en los motores DOHC (o de doble árbol de levas), cada árbol de levas acciona directamente las válvulas asociadas.
Ventajas del DOHC
Los motores DOHC comparten las mismas ventajas que el diseño SOHC. Estas incluyen:
- Las válvulas se pueden colocar para una disposición óptima de la cámara de combustión. La optimización de la disposición de las válvulas puede contribuir al rendimiento y la economía de combustible.
- El diseño DOHC mejora la eficiencia de refrigeración en el bloque del motor y la culata. Las relaciones de compresión mejoradas aumentan el rendimiento y la eficiencia energética.
- El diseño DOHC proporciona el accionamiento de válvulas más directo. Permite regímenes de motor máximos de más de 8,500 RPM en automóviles de producción. Los automóviles de carreras pueden alcanzar regímenes de motor aún más altos con sistemas DOHC avanzados.
- Facilita el acceso para el mantenimiento de los árboles de levas y los seguidores. Esto ayuda a reducir los costes generales de mantenimiento y reparación.
- Los motores DOHC aprovechan al máximo las ventajas de la distribución variable de válvulas (VVT). La VVT puede funcionar de forma independiente para cada árbol de levas, proporcionando una sincronización de válvulas óptima para las válvulas de admisión y escape.
Desventajas del DOHC
Al igual que los motores SOHC, el diseño DOHC comparte las mismas desventajas básicas.
- Mayor complejidad y peso del motor en comparación con el diseño de árbol de levas en bloque. Los costes de diseño y fabricación también son más altos. En comparación con el diseño SOHC, los motores DOHC tienen un sistema de accionamiento por cadena o correa más complejo. Esto puede reducir la fiabilidad general y aumentar los costes de mantenimiento.
- Al igual que el diseño SOHC, la altura de los motores DOHC tiende a ser mayor, y el peso total también suele ser mayor.
¿Qué es un Motor con Árbol de Levas en Bloque?
La gran mayoría de los motores de automóviles estadounidenses fabricados justo después de la Segunda Guerra Mundial eran modelos con árbol de levas en bloque. Estos utilizaban un único árbol de levas ubicado dentro del bloque del motor. Este árbol de levas accionaba directamente las válvulas en muchos de los populares motores de culata plana.
Para los motores de alto rendimiento con válvulas en cabeza (OHV) – motores con las válvulas ubicadas sobre la cámara de combustión – el árbol de levas accionaba cada válvula a través de un sistema de varillas de empuje y balancines.
Ventajas del Árbol de Levas en Bloque
Las principales ventajas del sistema de válvulas con árbol de levas en bloque son:
- Estos sistemas eran simples y económicos de diseñar y fabricar.
- Demostraron ser muy fiables.
- Los motores con árbol de levas en bloque tienen una altura total relativamente baja. Esto permite un perfil de capó bajo, contribuyendo a diseños de carrocería elegantes.
Desventajas del Árbol de Levas en Bloque
El diseño de árbol de levas en bloque tiene varias desventajas, especialmente en los motores OHV:
- La asignación de espacio para las varillas de empuje a través del bloque del motor y para los balancines en la parte superior de la culata puede limitar o sobrecargar la ubicación de otros componentes.
- La geometría de las varillas de empuje y los balancines puede hacer que la forma y el tamaño de la cámara de combustión en la culata sean ineficientes.
- La masa (o peso) del mecanismo entre el árbol de levas y cada válvula introduce efectos de inercia que limitan la velocidad de funcionamiento de las válvulas. A regímenes de motor muy altos, por ejemplo, por encima de 7,000 revoluciones por minuto (RPM), las válvulas pueden no cerrarse completamente. Esto se conoce como flotación de válvulas y siempre limita el rendimiento del motor.
- Las varillas de empuje requieren un pasaje ascendente a través del bloque del motor y la culata. Estos pasajes tienden a limitar el tamaño de las áreas de refrigeración en el bloque y la culata, reduciendo la eficiencia de refrigeración.
- Es difícil proporcionar una distribución variable de válvulas (VVT) de forma independiente para las válvulas de admisión y escape, lo que mejora el rendimiento y la economía de combustible.
Algunos de los motores de muy alto rendimiento de hoy en día siguen siendo diseños con árbol de levas en bloque. Estos diseños pueden incluir alguna forma de distribución variable de válvulas. Sin embargo, dado que estos motores solo tienen un árbol de levas, los cambios en la sincronización del árbol de levas se aplican simultáneamente a las válvulas de admisión y escape.
¿Cómo Puedes Saber Si Tienes SOHC o DOHC?
Generalmente, puedes determinarlo simplemente abriendo el capó del coche e inspeccionando la parte superior del motor. Una tapa de motor estrecha y alta con protuberancias claras en la parte frontal para los piñones de accionamiento del árbol de levas suele ocultar un SOHC debajo.
Una parte superior ancha del motor o una con dos protuberancias indica la presencia de una configuración DOHC. En caso de duda, puedes aclarar este punto buscando en línea la marca, modelo, año y cilindrada de tu vehículo.
¿Se Puede Cambiar de SOHC a DOHC?
Realizar tal cambio generalmente es muy costoso. Sin embargo, algunas marcas y modelos de automóviles tienen opciones de motor similares disponibles en configuraciones SOHC y DOHC. Algunos modelos Honda se ajustan a este patrón.
En modelos específicos, es posible reemplazar la culata SOHC por una culata DOHC. Y con la reprogramación adecuada de la unidad de control del motor (ECU), modificaciones a los sistemas auxiliares del motor (y excelentes habilidades de bricolaje), tal transición es ciertamente posible.