Los motores de árbol de levas en cabeza simple y doble han formado parte de los motores de automóviles, barcos, motocicletas y aviones desde principios del siglo XX.
Algunos de los primeros coches con un solo árbol de levas en cabeza (SOHC) fueron el Maudsley de 1902 de diseño británico y el Marr Autocar estadounidense de 1903.
Los motores de doble árbol de levas en cabeza (DOHC) aparecieron en un Peugeot francés que ganó el Gran Premio de Francia de 1912.
Los motores de levas en cabeza equiparon varios aviones militares de la Primera Guerra Mundial. Muchos de estos modelos de motores utilizaban ejes para accionar las levas. Los árboles de levas accionados por cadena de distribución actuales siguieron en los automóviles populares de los años 20.
Los motores DOHC ganaron popularidad para muchas marcas de automóviles después de la Segunda Guerra Mundial, incluyendo Fiat y Alfa Romeo. Hoy en día, los diseños de levas en cabeza simple y doble proliferan en nuestros coches de fabricación nacional y extranjera. Siga leyendo para ver cómo se comparan los motores SOHC y DOHC, así como el motor de levas en bloque.
El propósito del árbol de levas
Los motores de pistón de automóviles actuales utilizan uno o más árboles de levas para accionar las válvulas de admisión y escape. El árbol de levas es accionado por el cigüeñal del motor utilizando una cadena o correa que coordina la sincronización de las válvulas de admisión y escape.
Estas válvulas admiten aire y combustible en las cámaras de combustión y permiten que la mezcla quemada sea expulsada hacia el sistema de escape.
¿Qué es un motor SOHC?
En primer lugar, los modelos de motores SOHC y DOHC son configuraciones de válvulas en cabeza.
Un motor de un solo árbol de levas en cabeza utiliza un árbol de levas situado encima de cada banco de cilindros. Para un motor de diseño en “V” como un V6 o V8, habría dos árboles de levas de este tipo, uno encima de cada banco de cilindros. El árbol de levas sería accionado por una cadena o correa de distribución dentada.
A elección del diseñador del motor, se podrían utilizar varios métodos para operar las válvulas desde este único árbol de levas. Si, por ejemplo, todas las válvulas estuvieran alineadas paralelamente a la longitud de la culata, la leva podría accionarlas todas directamente. Para otras disposiciones de válvulas, se podrían utilizar balancines o a veces empujadores muy cortos.
Ventajas del SOHC
El diseño SOHC ofrece varias ventajas sobre el diseño de levas en bloque:
- Las válvulas pueden posicionarse para un diseño óptimo de la cámara de combustión. Se pueden utilizar múltiples válvulas; hasta cinco por cámara de combustión son posibles. También se pueden utilizar bujías de encendido dobles. Estas mejoras pueden mejorar el flujo de aire-combustible y las capacidades de combustión, ofreciendo mayor potencia y mejor economía de combustible.
- No se necesitan pasajes a través del bloque del motor y la culata para las varillas de empuje. Ambas áreas pueden así utilizar pasajes de líquido refrigerante adicionales (o más grandes) mejorando la eficiencia de refrigeración. Un refrigeración mejorada, especialmente en las áreas de la culata, puede permitir relaciones de compresión más altas. Esto beneficia tanto a la potencia como a la economía de combustible.
- El mecanismo accionado por el árbol de levas para abrir las válvulas puede ser tanto más simple como más ligero. Esto reduce la posibilidad de que el flotador de válvula permita regímenes del motor mucho más altos. Los regímenes más altos en general mejoran la potencia de salida.
- El acceso a todos los componentes del sistema de válvulas, especialmente al árbol de levas, es más simple. Las reparaciones de esta área crítica del motor serían entonces menos costosas.
Desventajas del SOHC
Los motores SOHC presentan algunas desventajas en comparación con los diseños de levas en bloque, así como con los diseños DOHC:
- La complejidad del motor aumenta. Esto añade al coste de diseño y fabricación. También puede haber un aumento general del peso del motor en comparación con los diseños de levas en bloque. Los accionamientos del árbol de levas que utilizan una cadena o correa pueden introducir consideraciones de fiabilidad y mantenimiento que no son comunes en los motores de levas en bloque.
- El motor puede volverse más grande y requerir una altura de capó aumentada para el despeje. Debido al aumento del tamaño del motor, el peso también puede aumentar.
- La sincronización variable de válvulas está en gran parte limitada a cambios de sincronización para las válvulas de admisión y escape simultáneamente. Este es el mismo problema de sincronización que existe para los motores de levas en bloque.
¿Qué es un motor DOHC?
Un motor de doble árbol de levas en cabeza tendrá dos árboles de levas situados encima de cada fila de cilindros. Un motor de diseño en “V” como un V6 o V8 tendría un total de cuatro árboles de levas. Al igual que con el diseño del motor SOHC, el DOHC utilizaría cadenas de distribución o una correa dentada para accionar los árboles de levas.
En la mayoría de los casos, con un motor DOHC (o de doble leva), cada leva accionaría directamente sus válvulas asociadas.
Ventajas del DOHC
Los motores DOHC comparten las mismas ventajas que los diseños SOHC. Estos incluyen:
- Las válvulas pueden posicionarse para una configuración óptima de la cámara de combustión. La optimización de la disposición de las válvulas puede beneficiar la potencia y el ahorro de combustible.
- La eficiencia de refrigeración del bloque del motor y la culata mejora con los diseños DOHC. Las relaciones de compresión aumentadas ofrecen mayor potencia y eficiencia energética.
- Los diseños DOHC ofrecen el funcionamiento más directo de las válvulas. Regímenes del motor máximos de 8.500 o más son posibles para coches de calle. Los vehículos de carreras pueden alcanzar regímenes del motor aún más altos con sistemas DOHC avanzados.
- El acceso para mantenimiento de los árboles de levas y empujadores es más fácil. Esto puede ayudar a reducir los costes generales de mantenimiento y reparación.
- Los motores DOHC ofrecen lo mejor de las ventajas del VVT. La sincronización variable de válvulas puede funcionar independientemente para cada árbol de levas, ofreciendo una sincronización óptima de válvulas para las válvulas de admisión y escape.
Desventajas del DOHC
Al igual que los motores SOHC, los diseños DOHC comparten las mismas desventajas fundamentales.
- La complejidad y el peso del motor aumentan en comparación con los diseños de levas en bloque. Los costes de diseño y fabricación también son más altos. En comparación con los diseños SOHC, los motores DOHC tienen un sistema de accionamiento por cadena o correa más complejo. Esto disminuye la fiabilidad general y aumenta los gastos de mantenimiento.
- Como en los diseños SOHC, la altura del motor DOHC aumenta y el peso total también tiende a ser mayor.
¿Qué es un motor de levas en bloque?
La mayoría de los motores de los coches estadounidenses construidos justo después de la Segunda Guerra Mundial eran modelos de levas en bloque. Estos utilizaban un solo árbol de levas situado dentro del bloque del motor. Este árbol de levas accionaba directamente las válvulas de varios motores de cabeza plana populares.
Para los motores de válvulas en cabeza (OHV) de alto rendimiento (motores con válvulas situadas sobre las cámaras de combustión), el árbol de levas accionaba cada válvula a través de un sistema de empujadores y palancas llamadas balancines.
Ventajas de levas en bloque
Las principales ventajas de los sistemas de válvulas de levas en bloque son:
- Tales sistemas eran simples y económicos de diseñar y fabricar.
- Demostraron ser muy fiables.
- Los motores de levas en bloque tienen una altura total relativamente baja. Esto permite perfiles de capó más bajos que pueden ser una bendición para diseños de carrocería elegantes.
Desventajas de levas en bloque
Los diseños de levas en bloque presentan algunas desventajas, especialmente para los motores OHV:
- Las asignaciones de espacio para las varillas de empuje a través del bloque del motor y para los balancines en la parte superior de la culata pueden dictar o sobrecargar la ubicación de otros componentes.
- La geometría de la varilla de empuje y el balancín puede forzar formas y tamaños ineficientes de las cámaras de combustión de la culata.
- 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 del motor muy altos, por ejemplo por encima de 7.000 revoluciones por minuto (RPM), las válvulas pueden no cerrarse completamente. Esto se llama flotador de válvula que siempre limitará la potencia del motor.
- Las varillas de empuje requieren pasajes hacia arriba a través del bloque del motor y las culatas. Tales pasajes pueden restringir el tamaño de las áreas de refrigeración en el bloque del motor y las culatas, tendiendo a degradar la eficiencia de refrigeración.
- La sincronización variable independiente de válvulas (VVT) que puede mejorar el rendimiento y la economía de combustible sería difícil de proporcionar para las válvulas de admisión y escape.
Algunos de los motores de muy alto rendimiento de hoy en día siguen siendo diseños de levas en bloque. Estos diseños pueden incluir una forma de sincronización variable de válvulas. Sin embargo, las variaciones de sincronización de levas serían simultáneas para las válvulas de admisión y escape ya que estos motores solo tienen un solo árbol de levas.
¿Cómo puedes saber si tienes SOHC o DOHC?
En general, puedes simplemente abrir el capó de tu coche y examinar la parte superior del motor. Una parte superior del motor estrecha pero alta con un bulto distintivo en la parte delantera para el piñón de accionamiento de levas generalmente indica que un SOHC está oculto debajo.
Un motor ancho y/o un techo con dos bultos revelará la presencia de una configuración DOHC. En caso de duda, una búsqueda en línea de la marca, modelo, año y cilindrada de tu coche debería aclarar este aspecto.
¿Puedes cambiar SOHC a DOHC?
Hacer tal cambio sería, en general, extremadamente costoso. Sin embargo, algunas marcas y modelos de coches tienen opciones de motor similares en configuraciones SOHC y DOHC. Algunos modelos Honda se ajustan a este molde.
Para modelos específicos, una culata SOHC puede ser reemplazada por una culata DOHC. Y con una reprogramación adecuada de la unidad de control del motor (ECU) y cambios en los sistemas auxiliares del motor (así como buenas habilidades de bricolaje), tal transición es ciertamente posible.