Motor con válvulas en cabeza

Un motor de válvulas en cabeza , abreviado ( OHV ) y a veces llamado motor de varillas de empuje , es un motor de pistón cuyas válvulas están ubicadas en la culata sobre la cámara de combustión . Esto contrasta con los motores de válvulas laterales (o de válvulas laterales) , donde las válvulas estaban ubicadas debajo de la cámara de combustión en el bloque del motor .

Aunque un motor con árbol de levas en cabeza (OHC) también tiene válvulas en cabeza, el uso común del término "motor con válvulas en cabeza" se limita a los motores en los que el árbol de levas está ubicado en el bloque del motor. En estos motores OHV tradicionales, el movimiento del árbol de levas se transfiere mediante varillas de empuje (de ahí el término "motor con varillas de empuje") y balancines para operar las válvulas en la parte superior del motor. Sin embargo, algunos diseños tienen el árbol de levas en la culata, pero aún así se ubica debajo o al lado de las válvulas (el Ford CVH y el Opel CIH son buenos ejemplos), por lo que esencialmente se pueden considerar diseños con válvulas en cabeza.

Algunos de los primeros motores de admisión y escape utilizaban un diseño híbrido que combinaba elementos de válvulas laterales y válvulas en cabeza. ^[1]

Los primeros motores de combustión interna se basaron en máquinas de vapor y, por lo tanto, utilizaban válvulas de corredera . ^[2] Este fue el caso del primer motor Otto , que funcionó con éxito por primera vez en 1876. A medida que los motores de combustión interna comenzaron a desarrollarse por separado de los motores de vapor, las válvulas de asiento se volvieron cada vez más comunes.

A partir del Daimler Reitwagen de 1885 , varios automóviles y motocicletas utilizaron válvulas de admisión ubicadas en la culata, sin embargo, estas válvulas eran accionadas por vacío ("atmosféricas") en lugar de accionadas por un árbol de levas como en los motores OHV típicos. Las válvulas de escape eran accionadas por un árbol de levas, pero estaban ubicadas en el bloque del motor como en los motores de válvulas laterales.

El prototipo de motor diésel de 1894 utilizaba válvulas de asiento en cabeza accionadas por un árbol de levas , varillas de empuje y balancines , ^{[3] [4]} convirtiéndose así en el primer motor OHV. En 1896, William F. Davis obtuvo la patente estadounidense 563.140 para un motor OHV con refrigerante líquido utilizado para enfriar la culata, ^{[5] [6]} pero no se construyó ningún modelo funcional.

En 1898, el fabricante de bicicletas Walter Lorenzo Marr en los Estados Unidos construyó un triciclo motorizado impulsado por un motor OHV de un solo cilindro. ^[7] Marr fue contratado por Buick (entonces llamado Buick Auto-Vim and Power Company ) de 1899 a 1902, donde se perfeccionó aún más el diseño del motor de válvulas en cabeza. ^[8] Este motor empleaba balancines accionados por varillas de empuje, que a su vez abrían válvulas de asiento paralelas a los pistones. Marr regresó a Buick en 1904 (después de haber construido una pequeña cantidad del Marr Auto-Car , con uno de los primeros motores conocidos en usar un diseño de árbol de levas en cabeza), el mismo año en que Buick recibió una patente para un diseño de motor de válvulas en cabeza. En 1904, se lanzó el primer motor OHV de producción del mundo en el Buick Model B. El motor era un diseño de dos cilindros planos con dos válvulas por cilindro. El motor tuvo mucho éxito para Buick: la compañía vendió 750 coches de este tipo en 1905, y el motor OHV ha impulsado casi todos los automóviles Buick desde entonces.

Varios otros fabricantes comenzaron a producir motores OHV, como el motor vertical de 4 cilindros Wright Brothers de 1906-1912 . ^{[9] [10]} En 1911, Chevrolet se unió a Buick en el uso casi exclusivo de motores OHV. ^[11] Sin embargo, los motores de "válvulas laterales" de cabeza plana siguieron siendo comunes en los EE. UU. hasta mediados y fines de la década de 1950, ^[12] cuando comenzaron a eliminarse gradualmente para los motores OHV.

El primer motor con árbol de levas en cabeza (OHC) data de 1902, en el Marr ; ^[13] sin embargo, el uso de este diseño se limitó principalmente a los automóviles de alto rendimiento durante muchas décadas. Los motores OHC se volvieron más comunes lentamente desde la década de 1950 hasta la de 1990, y a principios del siglo XXI, la mayoría de los motores automotrices (excepto algunos motores V8 norteamericanos) usaban un diseño OHC. ^[14]

En la carrera de Indianápolis 500 de 1994 , el equipo Penske inscribió un automóvil impulsado por el motor de varillas de empuje Mercedes-Benz 500I fabricado a medida . Debido a un vacío legal en las reglas, se permitió que el motor de varillas de empuje utilizara una mayor cilindrada y una mayor presión de sobrealimentación, lo que aumentó significativamente su potencia de salida en comparación con los motores OHC utilizados por otros equipos. El equipo Penske se clasificó en la pole position y ganó la carrera por un amplio margen.

A principios del siglo XXI, varios motores V8 de varillas de empuje de General Motors y Chrysler utilizaron la desactivación de cilindros para reducir el consumo de combustible y las emisiones de escape. En 2008, el primer motor de varillas de empuje de producción que utilizó sincronización variable de válvulas se introdujo en el Dodge Viper (cuarta generación) . ^[15]

Los motores OHV tienen varias ventajas en comparación con los motores OHC:

• Embalaje general más pequeño: el diseño de leva en bloque de un motor OHV da como resultado un tamaño general más pequeño, en comparación con un motor OHC equivalente, lo que puede tener algunas ventajas en el centro de gravedad y la altura del capó en los diseños de motor en V. ^[16]
• Uso de la misma culata fundida para ambas bancadas de cilindros: un diseño de motor tipo V permite que ambas culatas sean imágenes especulares una de la otra en la parte delantera de cada bancada de cilindros. En un diseño de motor OHV tipo V, es posible utilizar la misma culata fundida para ambas bancadas, simplemente dándole la vuelta para la segunda bancada. La familia de motores de bloque pequeño basados ​​en el LS de General Motors es un ejemplo popular de este tipo de motores OHV tipo V.
• Sistema de accionamiento del árbol de levas más simple: los motores OHV tienen un sistema de accionamiento del árbol de levas menos complejo que los motores OHC . ^[16] La mayoría de los motores OHC accionan el árbol de levas o los árboles de levas mediante una correa de distribución , una cadena o varias cadenas. Estos sistemas requieren el uso de tensores , que añaden complejidad. Por el contrario, un motor OHV tiene el árbol de levas situado cerca del cigüeñal, que puede ser accionado por una cadena mucho más corta o incluso por una conexión directa por engranajes. Sin embargo, esto se ve anulado en cierta medida por un tren de válvulas más complejo que requiere varillas de empuje.
• Sistema de lubricación más simple: Los requisitos de lubricación para las culatas de cilindros OHV son mucho menores, ya que normalmente tienen un solo árbol de levas dentro del bloque, mientras que un motor OHC puede tener dos por banco de cilindros, lo que requiere conductos de aceite a través de la culata. Las culatas OHV solo necesitan lubricación para los balancines en el extremo de la varilla de empuje, el muñón y la punta del balancín. Esta lubricación generalmente se proporciona a través de las propias varillas de empuje huecas en lugar de un sistema de lubricación dedicado en la culata. Los requisitos de lubricación reducidos también pueden significar que se utiliza una bomba de aceite más pequeña y de menor capacidad.

En comparación con los motores OHC, los motores OHV tienen las siguientes desventajas:

• Velocidades de motor limitadas: aunque los motores OHV tienen sistemas de accionamiento más simples para el árbol de levas, hay una mayor cantidad de piezas móviles en el tren de válvulas (es decir, los elevadores, las varillas de empuje y los balancines). La inercia de estas piezas del tren de válvulas hace que los motores OHV sean más susceptibles a la flotación de válvulas a altas velocidades del motor (RPM). ^[1]
• Restricciones en la cantidad y ubicación de las válvulas: En los motores OHV, el tamaño y la forma de los puertos de admisión, así como la posición de las válvulas, están limitados por las varillas de empuje y la necesidad de acomodarlas en la fundición de la culata. Como resultado, es raro que un motor OHV tenga más de dos válvulas por cilindro, mientras que los motores OHC suelen tener cuatro, lo que permite tasas más altas de combustión y escape. ^[17]