MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA EN AUTOMOCIÓN (PARTE XIX)

Hola a todos

Entre jaleos de presentaciones de equipos, barbacoas en la escuderia Mercedes Petronas, y demás compromisos, os he tenido un poco abandonados.
Hoy vamos a continuar hablando del sistema de distribución del motor del automóvil. En el artículo anterior hablamos sobre las generalidades del mismo (pinchad aquí para visionarlo) y sus elementos principales. Hoy vamos a ver los diferentes tipos de distribución que hay y ha habido a lo largo de la historia del motor de combustión interna:

• Sistema SV: También llamado sistema de válvulas laterales. Este es el sistema primigenio y usado hasta la década de los años 50 del siglo pasado (automóviles de gama media-baja hasta los años 60). Este sistema se basa en una cámara de combustión grande y en una relación de compresión baja (del orden de 6:1 en motores 4T Otto). Veamos unos ejemplos:

En este esquema se aprecia perfectamente que la cámara de combustión se forma en un lateral, por encima del cilindro y estanqueizada por las válvulas. 
 

Un esquema más genérico, donde observamos la posición del árbol de levas en el bloque motor, y este acciona directamente la válvula.
 

Un esquema del alojamiento de la válvula, que obligaba a motores de gran tamaño en comparación al rendimiento obtenido. El aumento del octanaje de las gasolinas, unido a las necesidades de rendimiento hizo que este sistema cayera en deshuso.

• Sistema OHV: Del inglés Overhead Valve (válvula en cabeza). En este sistema de distribución la válvula va situada en la culata, reduciendo el tamaño del bloque motor ya que ahora no hay que alojarla en un espacio específico. Este sistema sustituyó al anterior SV alrededor de los años 50 del siglo XX, aunque mantuvo el árbol de levas en el bloque motor (la transmisión del movimiento del cigüeñal se hace directamente con dos ruedas de engranaje al árbol de levas). Veamos unos ejemplos:

 En el esquema observareis la manera de transmitir el movimiento mediante empujadores  o taques, varillas empujadoras o push-rods (¿os suenan?) y el mecanismo de balancín que expliqué en el anterior artículo.

Y aquí una animación del sistema funcionando, creo que no hará falta traducir los términos ingleses.

• Sistema OHC: Del inglés Overhead Cam (árbol de levas en cabeza). Este sistema contiene, además de las válvulas, el o los árboles de levas en cabeza. Es el sistema más moderno y usado actualmente en la prácctica totalidad de motores (tanto en competición como en la calle). A su vez hay dos subsistemas dentro de este sistema: sistema SOHC y sistema DOHC. Seguramente habreis leido alguna vez en los folletos publicitarios y en las fichas técnicas estas últimas siglas que os he puesto. Veamos un ejemplo del SOHC:

Esquema de un sistema SOHC, del inglés Single Overhead Cam (un sólo árbol de levas en cabeza). Quiere referirse a que un árbol de levas gobierna vávulas de admisión y escape de una bancada de cilindros. Este sistema puede ir accionado por taqués y balancines, o directamente la leva acciona la válvula.
 

Una animación del sistema SOHC, en la que observamos que las válvulas de admisión y escape se accionan con un sólo árbol de levas. Si tenemos dos bancadas de cilindros (motores en V) necesitaríamos dos árboles de levas. Si el motor es en W (4 bancadas de cilindros, unidas 2 a 2 en V) necesitariamos 4 árboles de levas. Esto último es sólo un ejemplo, en realidad se usa el segundo subsistema de distribución OHC que existe, el DOHC.

Esquema del sistema DOHC, del inglés Double Overhead Cam o también llamado Twin Cam. En este sistema cada árbol de levas gobierna sólo un tipo de válvulas, o admisión o escape. En este sistema, al igual que en el SOHC, la leva puede accionar taques y balancines o accionar directamente la válvula. Este es el sistema más extendido actualmente, debido a que los motores tienen culatas multiválvulas, es decir que cada cilindro ya contiene varias válvulas de admisión y varias de escape, para un mejor llenado y vaciado del mismo. Esto no quiere decir que el sistema SOHC no pueda utilizarse para culatas multiválvula, pero es mejor el DOHC para ese cometido.

Animación del funcionamiento del sistema TwinCam (nombre completo Twin Camshaft). Las válvulas de admisión son accionadas por su correspondiente árbol de levas, las de escape por el otro. Al igual que con el SOHC, si tenemos un motor de cilindros en línea necesitamos 2 árboles de levas, si el motor es de cilindros en V necesitamos 4 árboles de levas (uno para cada bancada).
En la distribución OHC, sea SOHC o DOHC, se consigue aumentar el régimen de revoluciones merced a un mejor llenado del cilindro. Además los tiempos de accionamiento de la apertura y cierre de la válvula son menores, por lo que el motor nos otorga más rendimiento. ¿Porqué seguimos usando el sistema OHV entonces? Pues por la sencillez de construcción y economía, se usa sobre todo para maquinaria y motores muy pequeños. Pero el sistema OHC se ha impuesto para la casi totalidad de motores de combustión interna, aunque obligue a una fabricación más costosa y difícil.

• Sistema desmodrómico: Dos palabras griegas dan nombre al sistema, desmos que significa vínculo y dromos que significa carrera. Este es un caso especial en los sistemas de distribución, ya que la válvula un movimiento de apertura o cierre vinculado mecánicamente, no libre como en los casos anteriores. Esto quiere decir que obligamos a la válvula a cerrarse o abrirse merced a un movimiento vinculante. Esta explicación teórica nos lleva a la conclusión práctica de que este tipo de distribución no necesita muelles, ya que los elementos de mando de la distrbución cierran la válvula. Veamos unos ejemplos para aclararlo:

Un sistema comandado por dos balancines para cada válvula, un balancín de apertura y otro de cierre. Los muelles son totalmente innecesarios y este sistema ofrece muchísima rapidez en el accionamiento de la válvula, que es prácticamente inmediato y además no depende de las rpm. de funcionamiento para el correcto accionamiento. El problema del accionamiento del cierre por muelles de válvula, se deriva de que a muy altas revoluciones el muelle no es capaz de absorver el golpeteo constante del taqué o el balancín. Si esto ocurre la válvula rebota o no cierra correctamente, por lo que la estanqueidad del cilindro no queda asegurada. Para corregir este defecto se interponen en los sistemas tradicionales, una pieza llamada pastilla de válvula entre el accionador y la válvula, que corrige en cierta medida este defecto para que el alzado de la válvula esté siempre dentro de unas tolerancias estrechas.
 

Otro esquema, esta vez de la estructura básica. Las flechitas son orientativas, simplemente para indicar como con el giro de las levas en forma de cruz (son 4 perfiles de leva) se cierran y abren las válvulas.
 

Animación con el sistema desmodrómico para una válvula. Este sistema se mostró realmente efectivo para regímenes muy altos de rpm. y fué adoptado en competición por la gran ventaja de la apertura y cierre de válvulas sin alterar por el régimen de giro. Pero tiene el gran inconveniente de su puesta a punto, muy difícil y su gran costo, por lo que aún en competición se sigue usando muchas veces el sistema convencional de control de cierre de válvula por muelles. Hoy día Ducati sigue apostando por este sistema:

Por último os voy a poner unas fotografías de los algunos de los diferentes sistemas que hemos visto:

Fotografía de una culata de un motor con sistema OHV. Es un 4 cilindros en línea con 2 válvulas por cilindro (sólo vemos los muelles de accionamiento de las mismas).

Dos ejemplos de culata con sistema SOHC. El de arriba un motor Renault, el de abajo un motor Honda. Como veis un sólo árbol de levas acciona las válvulas de adimisión y escape. Es un sistema más sencillo que el DOHC, pero más complejo que el OHV.

Fotografía de un corte de un motor con sistema de distribución DOHC. En este caso son 4 válvulas por cilindro (configuración muy habitual), pero podrían ser 2 válvulas por cilindro y hasta 5 válvulas (3 admisión y 2 de escape por ejemplo). 

Corte de una culata DOHC. En este caso las válvulas van colocadas en ángulo formando una V, pero no tiene que ser así necesariamente. Esta configuración de válvulas en V se hace para hacer un motor más plano, es decir un motor que ocupe menos espacio en el vano motor, y poder hacer un vehículo más bajo. Se realia sobre todo en motores multiválvulas, además de la mencionada mejora en estabilidad al bajar el centro de gravedad, el llenado de los cilindros es más eficaz merced a que el aire entra mejor y sale mejor.


Bien y por hoy ya es suficiente. En el prócimo artículo hablaremos sobre las distribuciones variables, para la mejora del rendimiento de los motores (sobre todo ciclo Otto) ya que los motores no son lineales, sino que tienen picos de rendimiento y hay que tratar de hacerlos lo más funcionales posible. Hasta la próxima.


A continuación, la bibliografía consultada:


- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DOHC-Zylinderkopf-Schnitt.jpg
- http://auto.howstuffworks.com/question562.htm
- http://sistemasdedistribucion.blogspot.com.es/2009/02/sohc.html
- http://willycar.wordpress.com/2010/01/29/ohv-vs-sohc-vs-dohc/
- http://www.tallervirtual.com/2009/11/16/qu-es-el-dohc/
- http://sapolander.wordpress.com/valvulas-en-motores-de-cuatro-tiempos/
- http://www.aficionadosalamecanica.net/motor-distribucion.htm
- http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ricardo_turbulent_cylinder_head_%28Montagu,_Cars_and_Motor-Cycles,_1928%29.jpg