El concepto de motor de combustión de 4 tiempos existe desde hace más de un siglo. Uno de sus elementos centrales es la distribución o accionamiento primario, que transmite la rotación del cigüeñal al árbol de levas. Se trata de un sistema elemental, que sigue presente con el mismo principio de funcionamiento en los motores de combustión actuales, principalmente accionado por correa dentada o por cadena. Sin embargo, la evolución del automóvil ha venido acompañada de diversas soluciones y sistemas diferentes, hasta alcanzar el sofisticado nivel actual. En este nuevo post, te invitamos a descubrir los distintos tipos de distribución del motor, desde los comienzos de la industria a la actualidad.
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Los duros inicios
En los inicios de la industria, la distribución del motor no tenía que cumplir unos requisitos muy elevados. Los primeros automóviles estaban propulsados por motores de uno o dos cilindros con una potencia y un par muy bajos, así que las fuerzas de transmisión a las que estaba sometida la distribución se mantenían dentro de unos límites bajos. En aquellos primeros motores, el control se limitaba solo a la válvula de escape, y su accionamiento se transmitía directamente al cigüeñal mediante un disco de leva. En este sentido, la válvula de admisión se diseñaba como válvula de escape. Se abría por la depresión del pistón al moverse hacia abajo, un proceso muy simple que no mejoraba especialmente el rendimiento.
Motores SV
En la siguiente etapa de desarrollo, las válvulas de escape y admisión se accionaban mecánicamente. Los llamados motores SV, del inglés Side Valves o también conocidos como de válvula vertical, tenían árboles de levas en la parte inferior. En comparación con los motores actuales, las válvulas estaban montadas al revés, es decir, con el plato de la válvula hacia arriba. Debido a la escasa distancia del árbol de levas con respecto al cigüeñal, normalmente el accionamiento primario constaba de una combinación de engranajes rectos. El inconveniente de esta disposición era la forma poco favorable de la cámara de combustión, por lo que pronto quedaron obsoletos en la industria de automoción. Sin embargo, aún se emplean en motores industriales, como los que se pueden encontrar en las máquinas cortacésped. Como estos motores no tienen ningún tipo de accionamiento de las válvulas en la culata, a menudo se confunden con motores de 2 tiempos.
Motores OHV
Con el desarrollo posterior de los motores, las válvulas dispuestas debajo de la culata evolucionaron en válvulas suspendidas en la culata. Son los denominados motores OHV, del inglés Over Head Valves, o válvulas en cabeza. En esta configuración, la posición de la válvulas ya comienza a resultar familiar, si bien el árbol de levas está situado en la parte inferior, haciendo necesario un accionamiento que salve la distancia entre estos elementos. Como consecuencia, su capacidad para ofrecer un buen rendimiento a altas revoluciones es muy limitada. Sin embargo, resultaba favorecida la distribución. Al no existir distancia entre árbol de levas y cigüeñal, bastaba una cadena corta o incluso un engranaje directo.
Motores OHC
A continuación siguió la generación de los motores OHC, del inglés Over Head Camshaft, o árbol de levas en culata. Este tipo de diseño reúne al árbol de levas y las válvulas se encuentran en la culata. Se trata de un concepto que constituye la base de la construcción de los motores actuales.
Sin embargo, en los motores OHC existe una distancia relativamente grande entre el cigüeñal y el árbol de levas, lo que llevó al desarrollo de distintas versiones de distribución o accionamiento primario.
Uno de ellos es el accionamiento por eje vertical. Esta construcción compleja apenas requería mantenimiento, pero era ruidosa y relativamente cara de fabricar. Sin embargo, al principio se utilizó en distintos vehículos de gama superior, pero también en vehículos deportivos y compactos. No obstante, a medida que la motorización en masa se impuso, este accionamiento no pudo mantenerse a la altura y en la actualidad solo se encuentra de forma esporádica en automóviles de competición.
Otro desarrollo poco común para la distribución primaria en motores OHC era la transmisión mediante bielas. En este concepto, desarrollado en la década de 1960, el movimiento rotativo del cigüeñal se transmitía al árbol de levas mediante una combinación de engranajes rectos, excéntricas y bielas. Se trata de una idea cuanto menos exótica, que vio la luz en la motocicleta NSU Ultramaxx, y pasó posteriormente al automóvil Prinz 4, último vehículo en equiparla.
Otro concepto de accionamiento primario asociado a un motor OHC es el de engranajes rectos. El principal inconveniente de este concepto es la distancia entre el cigüeñal y el árbol de levas es relativamente grande. Por lo tanto, el diámetro de los engranajes rectos debe ser relativamente grande. Como consecuencia, se incrementa el momento de inercia, detalle que repercute de manera negativa en el accionamiento de válvulas. Para compensarlo, los diseñadores han desarrollado ingeniosas soluciones, como se puede apreciar en la imagen superior, en la que podemos ver un completo sistema de ruedas dentadas que accionan tanto la distribución primaria como los accesorios, reduciendo la altura del motor.
Esta innovadora invención supuso una revolución para el accionamiento primario. El potencial de este concepto todavía no se ha agotado a día de hoy, en sus dos evoluciones de accionamiento por correa dentada o por cadena.
Este último se utiliza en la construcción de motores desde aproximadamente 1910. Si bien es cierto que el auge de las correas dentadas en la década de 1980 hizo que este sistema perdiera cierta popularidad, hubo algunos fabricantes de vehículos que no siguieron esa tendencia. Curiosamente, los requisitos que se exigen al accionamiento primario han cambiado ahora a favor de la cadena, por lo que esta se encuentra cada vez con más frecuencia en motores nuevos. En la imagen inferior podemos ver el accionamiento primario por cadena de un motor con doble árbol de levas en cabeza (DOHC).
Accionamientos primarios actuales
Decidir qué sistema es el más adecuado queda a discreción del fabricante de vehículos. Tanto la correa dentada como la cadena han demostrado buenos resultados como accionamiento primario en motores de vehículos. Te invitamos a descubrir más en este post en el que analizamos los puntos fuertes y débiles de cada sistema.
