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CULATAS MULTIVALVULAS
Texto: Equipo técnico Ceroacien
Antes de entrar en materia, los menos versados en el tema agradecerán un pequeño inciso sobre qué es la culata, para qué sirve o de quể partes consta.
La culata, también denominada "cabeza" -del término ínglés head, es la parte del motor que se sitúa sobre el bloque y hace de tapa o cíerre del bloque de cilindros, ubicándose entre ambos elementos la conocida junta de culata. Actualmente se fabrican casi exclusivamente en aleación ligera de aluminio, no tanto por cuestiones de peso como de evacuación del calor. Sirve de soporte a varios elementos de la dístribución y debe soportar grandes cargas y temperaturas ya que delimita la cámara de combustión.
Por si fuera poco, tiene importantes requisitos en cuanto a lubricación y refrigeración, debiendo mecanizarse los pasos correspondientes en continuidad con los del bloque a través de la junta de culata. En la culata de un motor de cuatro tiempos podemos encontrarnos como
elementos fundamentales:
Las válvulas, que regulan la admisión y el escape, junto con sus muelles y los elementos auxiliares de accionamiento como taqués, vasos invertidos o balancines.
Las bujías (una o dos por cilindro) y otros elementos del encendido de los motores de explosión de gasolina (encendido por chispa), o los inyectores de los motores diesel (encendido por compresión).
Los árboles de levas, que son ejes en los que se disponen ciertos lóbulos excéntricos denominados levas que, con su geometría, gobiernan la alzada o carrera de las válvulas y sus. ángulos de apertura y cierre. Estos ejes de levas reciben el movimiento de una rueda dentada del cigüeñal, mayoritariamente mediante cadena o correa (la famosa
correa de distribución), si bien han existido otras posibilidades, como
engranajes en cascada o eje rey.
Diferentes formas de accionado de válvulas: (1) SOHC y válvulas paralelas accionadas por interposición de balancines, (2) SOHC y vávulas paralelas accionados directamente mediante vasos invertidos, (3) SOHC y válvulas en V formando culata hemiestérica accionadas mediante dos árbales de balancines, y (4) DOHC y válvulas en V formando culata hemiesférica accionadas directamente por los árboles de levas mediante vasos invertidos
En los albores del automovilismo las válvulas no estaban en la culata, eran laterales y se situaban en el bloque motor, al costado del cilindro y se accionaban directamente por un árbol de levas lateral, también ubicado en el bloque. Estos motores recibían la denominación SV, del inglés Side Valve, o distribución por válvulas laterales. Desaparecieron a mediados del siglo pasado por su bajo rendimiento térmico.
Posteriormente y hasta bien entrados los años '90 era bastante común encontrar los árboles de levas en el bloque, que accionaban las levas mediante los balancines de la culata a través
de empujadores y varillas, que supone un número mayor de componentes. Esta disposición se conoce como OHV, del
inglés Overhead Valve, o de válvulas en cabeza.
En la actualidad el árbol de levas se encuentra mayoritariamente en la culata, y hablamos de una distribución (S)OHC, del inglés (Single) OuerHead
Camshaft, que son notores monoárbol o de (simple) árbol de levas en cabeza. Y si son dos los árboles de levas, DOHC, de Double (o Dual) OverFHead Camshaft, a veces también conocidos como Tuin
Cam, o denominaciones similares como Doble Árbol, Biárbol, Biálbero, etc. que muchos tendrán en mente. Cuando se dispone de doble árbol de levas, uno acciona las válvulas de admisión y el otro
las de escape.
La "respiración" de los motores de combustión interna
Muchas veces hemos oído expresiones del estilo "este colector mejora la respiración del motor a alto régimen" o "gracias a unas válvulas de mayor diámetro, el motor respira mucho mejor".
Pues sí, los motores de combustión interna (gasolina y diesel) respiran, y sin entrar en detalles técnicos sobre ciclos
termodinámicos, un motor debe admitir una determinada cantidad de mezcla aire-combustible (o aire solo en el caso
de los motores diesel o de gasolina de inyección directa), aprovechar la energía que contiene mediante el proceso de
combustión, para por último extraer los gases quemados del cilindro durante el tiempo de escape dejando libre el mismo
para iniciar de nuevo el ciclo con la entrada nuevamente de gases frescos.
Para ello, es necesario que el motor cuente con al menos dos válvulas en la culata que regulen el paso de gases: una para la admisión y otra para el escape, Y esta confguración de dos válvulas por cilindro ha sido la predominante durante la mayor parte de la existencia del automóvil, siendo empleada aún hoy en numerosos motores, Este intercambio de gases se produce igualmente en los motores de dos tiempos, (que suelen carecer de válvulas), pero por su casi nula aplicación en el automóvil, nos vamos a centrar en los motores de cuatro tiempos, con árbol de levas en culata (SOHC y DOHC) y con válvulas en forma de seta (poppet valves).
Con la clásica configuración de dos válvulas por cilindro, para aumentar el rendimiento es necesarío aumentar el diámetro de las mismas, aprovechando
al máximo la superficie de la cámara de combustión. Sin embargo, con sólo dos válvulas, el aprovechamiento de este espacio es poco eficiente, y las nece-
sariamente grandes y pesadas válvulas, obligan a poner muelles más duros o dobles, que incrementan las pérdidas por rozamiento del sistema de distribu-
ción encargado de la regulación de la apertura y el cierre de dichas válvulas, so pena que se produzca a alto régimen la flotación de válvulas, que es cuando
las válvulas no llegan a cerrar totalmente sobre su asiento en la culata, produciendo una gran perdida de rendimiento, con consecuencias a menudo catastróficas para la integridad del motor. Existen solu-
ciones sin resortes para no depender de la rigidez de los muelles (distribución desmodrómica, válvulas rotativas, etc.), pero son sistemas muy minoritarios cuando no experimentales.
Además, con válvulas grandes, la velocidad de paso de gases es muy reducida a pocas revoluciones, lo que se traduce en una respuesta pobre a bajo régimen. Por tanto, el tamaño de las válvulas guarda una estrecha relación con el régimen de funcionamiento habitual del motor, minimizando las
pérdidas por rozamiento para favorecer el llenado de los cilindros. A la vista de esto, la única manera de aumentar
el caudal de gases, mitigando alguno de los problemas mencionados, pasa por incrementar el número de válvulas
dispuestas en la culata, dando lugar a lo que se ha venido en llamar culatas muliválvula.
Culata explicativa donde se pueden ver las distintas configuraciones de válvulas para cilindros con 2, 3, 4 y 5 válvulas
Ilustración de motor 4 cilindros 16 válvulas con doble árbol de levas y distribución por cadena
Las culatas multiválvula
Son aquellas que disponen mas de dos válvulas por cilindro y mayoritariamente son de doble árbol de levas (DOHC), y su desarrollo ha sido príncipalmente para incrementar el rendimiento y consíguiente potencia del motor.
Aumentando el número de válvulas, se reduce el diámetro de cada válvula y se aprovecha mejor el espacio disponible en la cámara de combustión. La disposición más habitual es la de cuatro válvulas por
cilindro, dos de admisión y dos de escape, si bien también se han utilizado tres y cinco válvulas por cilindro en modelos de serie, primando siempre la sección de las válvulas de admisión.
Las válvulas se suelen disponer formando un ángulo comprendido entre 20 y 50°, lo que posibilita un diseño de la cámara de combustión muy compacto, con una favorable relación superficielvolumen para reducir las pérdidas de calor a la vez que posibilita una elevada turbulencia que mejora la homogeneización de la mezcla y su distribución. La posición de la bujía es central o se emplean dos por cilindro, lo que permite una propagación del frente de llama rápida y uniforme. Todo ello hace posible trabajar con relaciones de compresión entre 1:1 y 1,5:1 más elevadas que las empleadas en los motores de 2 válvulas, con la consiguiente mejora del rendimiento térmico.
Ventajas e inconvenientes de las culatas mutiválvula
En resumidas cuentas, las culatas multiválvulas presentan las siguientes ventajas respecto a las de dos válvulas por cilindro tradicionales:
• La sección de paso de gases aumenta - alrededor de un 30 %, debido al mejor aprovechamiento de la superficie
de la culata, mejorando el llenado y la potencia a alto régimen.
• Se optimiza la forma de las cámaras de combustión, que adoptan una disposición hemisférica, lo cual posibilita relaciones de compresión más elevadas y reducción de las pérdidas de calor, aumentando el rendimiento.
• Permite situar la bujía en posición central, posíbilítando una más rápida propagación del frente de llama que
resulta en una combustión más regular y eficiente.
• Al emplear mayor número de válvulas, pero más pequeñas, éstas son más ligeras, por lo que la apertura puede ser más rápida y las inercias son menores a altas
revoluciones. Los muelles pueden ser más blandos sin que exista riesgo de flotación, al tiempo que se reducen las pérdidas por rozamiento. Además, el menor tamaño
de las válvulas favorece su refrigeración.
Sin embargo, no todo son ventajas:
• A pocas vueltas, la mayor sección de paso de gases reduce su velocidad apreciablemente; el llenado empeora y la
turbulencia en el cilindro disminuye, empeorando la eficiencia de la combustión, lo que se traduce en pérdidas
de potencia a bajo régimen.
• Los motores multiválvula tienen mayor número de componentes, lo que implica mayores costes pese a su producción en grandes series.
• Además, a bajo régimen proporcionan menos par que los dos válvulas equivalentes debido a la reducida velocidad de los gases en el colector de admisión; para los deportivos puede no ser un obstáculo serio, pero sí para los turismos normales.
Para solucionar estos problemas, los fabricantes fueron ideando una serie de soluciones más o menos ingeniosas.
Sin embargo, por su coste y complejidad, se desestimó su grandes series y se optó por la adopción conductos menor sección, sacrificando un poco la potencia máxima en aras de una mejora del agrado de conducción a bajo régimen, hasta la generalización y combinación de tecnologías más modernas como los colectores de admisión variables, las
distribuciones variables (en alzada, diagrama o ambas), o la inyección directa de combustible.
Un poco de historia
Aunque muchos piensen que las culatas multiválvula son relativamente recientes y popularizadas a mediados de los
80, en realidad surgen a principio del siglo XX.
Los primeros motores multiválvulas se conciben para su uso en competición durante los primeros años de la década de 1910 de la mano de FIAT (1910) y Peugeot (1912). Ambos tenían cuatro válvulas por cilindro, si bien en los primeros las válvulas eran paralelas, alternando admisión y escape y accionadas por un único árbol de levas mientras que, en los segundos, diseñados por Ernest Henri, ya tenían la mísma
configuración actual, con doble árbol de levas en cabeza, con las válvulas en V a 60 -una hilera de admisión y otra de escape.
Bugatti desarrollo un motor en 1914, que posteriormente evolucionó con cuatro valvulas por cilindro, que no se uso hasta después de la Primera Guerra Mundial, logrando ganar con un modelo Type 13 en 1920 el G.P. de Francia en Le Mans (antes de que fuese la mítica carrera de resistencia). Bugatti también cosechó un importante número de victorias entre 1926 y 1930 con un motor SOHC, de tres válvulas por cilindro, pero está vez verticales y con dos válvulas de admisión y una de escape. Posteriormente, volvería a la configuración clásica DOHC y válvulas en V -pero ya dos por cilindro.
En 1921, el norteamericano Frederick Duesemberg alcanza el éxito con un novedoso tres válvulas por cilindro -una sola de admisión y dos de escape, también en V a 60°, accionadas por un único árbol de levas, en lo que parecía un diseńo
adecuado para facilitar la refrigeración de las válvulas ante las limitaciones metalúrgicas de la época. También de 1921 es el Peugeot Grand Prix, primer vehículo del que se tiene conocimiento usara 5 válvulas por cilindro, usando una
distribución con 3 árboles de levas en cabeza. Esta disposición de válvulas cayó en el olvido hasta que Yamaha decidió
rescatarla como veremos.
Fiat S76 de 1910
Peugeot L76 de 1912
Bugatti Type 13 de 1914
En 1934, Mercedes volvía a lo más alto del podio con un DOHC de cuatro válvulas por cilindro dispuestas en V, disposición que los constructores (Alfa Romeo, Ferrari, Mercedes) abandonarían en favor de las dos válvulas por cilindro, casi de manera generalizada, hasta finales de los 60.
Tras los ensayos de Ferrari, BRM y Coventry Climax entre 1962 y 1965, Cosworth, primero en 1966, con el diseño del FVA (Four Valve Type A) para la Fórmula 2 de 1967, un bloque Ford de 1.6 litros con una culata de cuatro válvulas por cilindro en V a 40° -diseño en el que se inspiraría BMW para su exitoso F2 de 2 litros posterior, y, sobre todo, el
lanzamiento en 1967 del DFV (Double Four Valve), un V8 totalmente nuevo con cuatro válvulas por cilindro en V a 32°, estableció un estándar en competición que perduró hasta los primeros años '80 hasta que los turbo dominaron la F1.
Sin embargo, no es hasta finales la década de los 60 y principios de los 70, cuando hacen su aparición en coches de serie, si bien en tiradas cortas y exclusivas. Los Nissan Skyline GT-R y su coetáneo Fairlady Z 432 (ambos de 1969) y el Ford Escort RS 1600 (1970) pueden considerarse los primeros coches de serie en montar una culata de 16 válvulas, a los cuales siguieron el Triumph Dolomite Sprint (1973), el Chevrolet Cosworth Vega (1975), el Lotus Sprit y el Fiat 131 Abarth
(1976) o el BMW M1 (1979). El Lotus Sprit Turbo sería el primer vehículo de serie en combinar una culata multivalvula con un turbo en 1980.
Nissan Skyline GT-R de 1969
Ford Escort RS 1600 de 1970
Lotus Sprit Turbo de 1980
BMW M1 de 1979
A principios de los '80, las 4 válvulas por cilindro comienzan a popularizarse en automóviles de altas prestaciones, como el Ferrari 308 GTB Quattrovalvole (1982), el BMW M635 CSi (1983) que montaba el mismo motor que el superdeportivo
M1. En 1984 aparecerían: el Ferrari 288 GTO, el Mercedes 190E 2.3-16 (al que BMW daría cumplida réplica en 1986
con su M3 E30) o los Saab 900 y 9000 (que popularizaran los turbo 16 valvulas), y en 1985 el BMW M5, el Ferrari Testarossa y el Lamborghini Countach QV; Fue en 1986
cuando se lanza el Volkswagen Golf GTi 16V, y en 1988 su rival el Kadett GSI 16V, por no hablar de la legión de Grupos B de la época. El impacto fue tal que, a finales de los '80 no había prácticamente ningún fabricante que no contara con versión deportiva multiválvula en sus gamas.
Sin embargo, fueron los fabricantes japoneses los primeros en poner la tecnología multiválvula en manos del gran público, estandarizando los motores de más de dos válvulas por cilindro casi una década antes que las firmas occidentales: los motores de 3 válvulas aparecen en la primera mitad de los 70 y el Honda Civic adopta como estándar los motores 3 válvulas en 1983 y los 4 válvulas en 1987, trasponiendo su dilatada experiencia en el sector de la motocicleta. Toyota introdujo su l.6 litros 16 válvulas en los Corolla Coupé/Trueno en 1983 y en el MR2 en 1984, y para 1987 toda la gama Corolla equipaba motores de cuatro válvulas por cilindro. Y el resto de constructores japoneses no se quedaron atrás...
Mercedes McLaren SR
SAAB 900 Turbo 16 Cabrio
Honda Civic
Mercedes 190 2.3-16
Maserati Biturbo
Han pasado más de 50 años desde su producción en serie y, a fecha de hoy, la inmensa mayoría de los vehículos recurre a la arquitectura de cuatro válvulas por cilindro, DOHC en su casi totalidad, buscando, no ya prestaciones puras, sino la eficiencia del proceso de combustión y una reducción de las emisiones, a lo cual sin duda han contribuido los numerosos
avances técnicos que los fabricantes han ido desarrollando a lo largo de estas décadas para eliminar los inconvenientes
que presentaban en sus principios para su aplicación masiva en los coches de calle.
Sin embargo, sería injusto no echar la vista atrás y rendir un pequeho homenaje a otras disposiciones multiválvula que se
quedaron por el camino y que ayudaron a que el panorama en el mundo de los motores sea como lo conocemos hoy día.
Los primeros pasos: 3 válvulas por cilindro
Los primeros motores multiválvulas producidos en gran serie fueron de 3 válvulas por cilindro por su relativa sencillez, ya que las dos válvulas de admisión y la de escape podían accionarse con un solo árbol de levas. Aunque la práctica totalidad de los diseños recurrían a balancines, en algún caso el árbol de levas actuaba directamente sobre vasos invertidos, si bien la geometría resultante de la cámara de combustión no era la más idónea para lograr una eficiencia óptima. El encendido recurría indistintamente a una o dos bujias por cilindro, condicionado por la geometría de la cámara de combustión.
Una culata de tres válvulas por cilindro mejora la respiración del motor respecto a un dos válvulas, pero el gran tamaño de
la válvula de escape limita el régimen máximo a prácticamente los mismos valores de éstos debido a las inercias y las pérdidas por rozamiento del flujo de gases. No obstante, a principio de los años '70 la configuración de tres válvulas se extendió entre los fabricantes japoneses a fin de cumplir con las cada vez más severas normas antipolución sin necesidad de recurrir al uso de catalizadores.
En 1975, Honda lanzaría la primera versión de su motor CVCC (Compound Vortex Controlled Combustion). Se fabri-
caron diferentes versiones, de la serie ED hasta la EY, y se montaron fundamentalmente en el modelo Civic, pero también en los Accord, Ballade, Prelude, CRX o Shuttle. Se dejarían de emplear en 1987, si bien en el Rover SD3 213 se mantuvo hasta 1990.
Toyota utilizó la licencia de Honda para lanzar también en 1975 su sistema TTC-V (Toyota Total Clean-Vortes) en sus modelos Carina y Corona, , si bien sólo para el mercado japonés. En 1977 cesó su producción.
Antes incluso, ya en 1973, Mitsubishi, con su tecnología MCA-let, había instalado una tercera válvula en la culata, más
pequeña y alimentada independientemente. Estos motores se
montaron en diversos modelos de la marca, así como en los Chrysler/Dodge/Plymouth desde finales de los '70 a finales
de los `80.
Nissan tardaría un poco más en apuntarse a esta tecnología con sus motores KA24E, con un solo árbol de levas en cabeza y válvulas accionadas por balancines, que estuvieron en producción desde 1988 hasta 1997, y se montaron las primeras series del 240 SX, Navara, Pathfinder o Terrano II.
En Europa, esta disposición no acabó de cuajar, si bien existió algún exponente, de los cuales el más notable fue el Maseratí
Biturbo, lanzado en 1981 y propulsado por un V-6 de 2 litros alimentado por un Weber doble cuerpo y sobrealimentado por dos pequeños turbocompresores IHI que alcanzaba una potencia de 180 CV a 6.000 rpm. El motor evolucionó a lo largo de los años, con mejoras en la sobrealimentación, alimentación y diversos aumentos de cilindrada -primero a 2,5 litros y posteriormente a 2,8 litros. Sin embargo, desde 1988 la versión 2
litros, y desde 1991 la 2.8, ya disponían de cuatro válvulas por cilindro. Las versiones de 3 válvulas se mantuvieron simultáneamente en producción hasta 1993. 12 años después, el proyecto tres válvulas de Maserati llegaba a su fin.
Renault también probó con esta disposición en sus motores de 2 litros J7R (internamente J1 2), montados desde 1989 en los 21 TXI y 25 TI/TXI.
Un caso curioso lo constituye el de Mercedes que, en contra de la tendencia imperante en el mercado de sustituir los motores de dos o tres válvulas por cilindro por otros de cuatro -camino
que ya había recorrido en 1992 con los motores de la nueva clase Cy de la remodelada clase E, lanzó los motores de la serie M112 y M113, de e 6 y 8 cilindros en V a 90° respectivamente, con 3 válvulas por cilindro, distribución por simple árbol de levas y dos bujias por cilindro, que dejaban el centro
de la cámara libre para una eventual versión de inyección directa. Estuvieron en producción hasta 2007, siendo una de las variantes de estos motores mas destacada, la última version sobrealimentada del V8 de 5,5 litros montada en el SLR McLaren de 650 CV. Una vez ya desarrolladas nuevas
tecnologias de control de emisiones, los sustitutos ya adoptaron las culatas DOHC de 4 válvulas por cilindro, solución hoy
casi universal. La aventura de Mercedes con las tres válvulas había durado apenas una docena de años.
Otro caso curioso es el de Ford, que produjo motores V8 a 90° de 4.6 y 5.4 litros, así como un V10 de 6,8 litros (un 5,4
litros con dos cilindros más), de tres válvulas por cilindro, con un solo árbol de levas por bancada, distribución y admisión variables, y una única bujía central. En su versión de 4.6 litros,
apareció por primera vez en el Ford Mustang de 2005, con potencias comprendidas entre 292 y 315 CV. EI V8 desaparecería en 2010, mientras que el V10 se sigue utilizando en el autobús escolar de la firma Blue Bird.
Por citar un último ejemplo, Mazda produjo un motor V6 de 3 litrosy 18 válvulas, primero con un solo árbol de levas por bancada de cilindros y luego con dos. Se lanzó en 1986 y se montó en los MPV y 929. Con una potencia de 150 CV, se dejó de fabricar en 1998.
El primer vehículo de producción en serie diésel de tres válvulas por cilindro fue el Citroen XM 2.1D de 1990, y con cuatro
válvulas por cilindro EI Mercedes Clase C200-220 de 1993.
Los trabajos de Yamaha... y Honda: 5, 6, 7 y ¡hasta 8 válvulas por cilindro!
No es posible entender el impulso que la tecnología multiválvula habría de tener en el mundo del automóvil, sin hablar de
los gigantes nipones del motociclismo. Y sí, en gran parte todo se lo debemos a la rivalidad que mantenían -y mantienen- en todas las categorías en el mundo de las dos ruedas Honda y Yamaha. Tampoco debe pasarse por alto que Honda también
producía automóviles desde hacía bastante tiempo y que Yamaha venía colaborando igualmente con otros fabricantes de automóviles como Nissan o Toyota.
A finales de los años '70, los ingenieros de Yamaha se fijaron como objetivo construir un motor de cuatro tiempos que
rivalizase con los de dos tiempos en la categoría reina del motociclismo con la misma cilindrada, proyecto curiosamente
idéntico al que estaba llevando a cabo Honda con su NR 500 de Gran Premio.
Con su NR 500, que debutó en 1979, Honda optó por un V8 disfrazado (el reglamento de 500 no permitía motores de más de cuatro cilindros) uniendo dos a dos los pistones, que adoptaban forma oval manteniendo las dos bielas, haciendo
lo propio con las culatas, que pasaban a tener 8 válvulas y 2 bujías por cilindro.
Motor de la moto Honda NR 500, donde se puede apreciar la configuración del "falso" V4 realizado a partir de un motor V8. Obsérvese los pistones ovalados con doble biela y ocho válvulas por cilindro
Yamaha se decantó por el camino convencional, con una carrera corta y grandes superficies de pistones, pero probaron con más válvulas de lo habitual para lograr una mayor velocidad de apertura y cierre de las mismas y mejorar la compacidad de la cámara de combustión. Así, comenzaron a trabajar
con configuraciones de 5 a7 válvulas, consiguiendo finalmente materializar un motor de cuatro cilindros en V de 500 cc (denominación 001V) con 4 válvulas de admisión y 3 de escape que rendía 125 CV a 18.000 rpm, con un techo de 20.000 rpm.
En 1983, la nueva reglamentación de la Federación Internacional de Motociclismo para la categoría TT-F1, máxima para motocicletas de cuatro tiempos, limita la cilindrada a 750 cc, debiendo proceder de un modelo de serie, por lo que Yamaha retoma el proyecto del motor 001V, adaptándolo a las nuevas exigencias. A fin de mejorar la fiabilidad y reducir el coste de producción -dada la experiencia de Honda con sus VF de calle, se abandonó la disposición V4 del motor 001V en favor de la más convencional de 4 cilindros en línea, dando lugar al proyecto 001M.
No obstante, la culata de 7 válvulas de Yamaha presentaba dos graves problemas para su producción en serie: en primer
lugar, el coste era muy elevado y, en segundo, la fiabilidad de las pequeñas y delgadas válvulas se veía muy comprometida ya que existían muchos problemas de enfriamiento. Así pues, se decidió primero a disminuir el número de válvulas a 6 para finalmente decantarse por una culata de 5 válvulas (3 de
admisión y 2 de escape) con bujía central, óptima en cuanto renovación de la carga, rendimiento térmico y fiabilidad. Así nacía en 1984 la Yamaha FZ 750, que tiene el honor de ser el primer vehículo de serie del mundo en montar una culata de
cinco válvulas por cilindro y que, en cierta medida, atraería el interés de otros fabricantes por esta arquitectura.
Sin embargo, la respuesta a bajo régimen, incluso con sistemas de distribución variable, es mejorable y su coste es sensiblemente más elevado que el de 4. Por ello, los 5 válvulas han sido marginales dentro de la producción mundial. Los únicos 5 válvulas de gran serie han sido los motores desarrollados
por Audi y empleados en distintos modelos del Grupo VAG; Toyota, a raíz de su colaboración con Yamaha, desarrolló
el motor 4A-GE 20V, montado en el Corolla Lavin y en el Trueno; y, a escala mucho más reducida, Ferrari empleó cinco válvulas en los V8 de los F355 y F360, y Bugatti en el EB 110. Como curiosidad, el primer vehículo comercializado con cinco válvulas por cilindro no era precisamente un superdeportivo, fue en 1989 el Minica Dragan ZZ, de solo 548cc, con turbo y 64Cv, un microcoche de Mitsubishi.
Ferrari F360 Modena, el último Ferrari con motor de cinco válvulas por cilindro
Adiós a las cinco válvulas
Desgraciadamente, desde el punto de vista técnico, los fabricantes han ido abandonando esta solución paulatinamente por su mayor coste y complejidad respecto a la "tradicional" de cuatro válvulas por cilindro que, además, proporciona un rendimiento muy similar.
Atravesando Bugatti graves dificultades económicas, y quizá demasiado avanzado para su tiempo, el primer modelo en
desaparecer fue el espectacular Bugatti EB-110: en 1995 salía la última unidad de la cadena de montaje de un total de 139 fabricadas.
La primera marca generalista en optar por soluciones menos complejas fue Toyota, que en el afño 2000 dejó de fabricar el motor 4A-GE 20V, paradójícamente desarrollado en colaboración con Yamaha, iniciadora de esta corriente a nivel mundial y defensora a ultranza de esta solución técnica.
Con el cese de producción del Ferrari F360 Modena en 2005, también finalizó la etapa cinco válvulas en Ferrari con la
vuelta a las clásicas culatas de cuatro válvulas por cilindro en su sucesor, el F430. Audi abandonaría esta tecnología a partir de la introducción progresiva en 2006 de los motores TFSI de inyección directa de gasolina con 4 válvulas por cilindro, al ser la eficiencia de ambos sistemas muy similar en la mayoría de
las ocasiones y, sobre todo, por la imposibilidad de ubicar adecuadamente el inyector en la culata debido a razones
de espacio. Los motores de 5 válvulas fueron montados en numerosos modelos del grupo VAG hasta el año 2010, especialmente el cuatro en línea de 1.8 litros turboalimentado.
Las culatas de seis válvulas por cilindro de Maserati
En 1985 el fabricante de Módena anuncia el lanzamiento para 1986 del revolucionario motor Maserati 6.36, un V6 de 2.0 litros y 36 válvulas (6 por cilindro, tres de admisión y tres de escape), evolución del tres válvulas montado en el biturbo lanzado en 1981 y que debería ver la luz a finales de 1986.
Con dos turbocompresores refrigerados por agua soplando a sólo 0,8 bares de sobrepresión, se anunció con una potencia inicial de 257 CV a 7.200 r.p.m. Con una potencia específica de 128,5 CV por litro, superaba con creces a otros superdeportivos de la época, como el Porsche 911 Turbo (90,1 CV/L) o el Ferrari 328 (84,4 CVIL).
Una de las culatas del V6 de Maserati con seis válvulas por cilindro
Desgraciadamente, este motor V6 de seis válvulas por cilindro nunca llegó a la fase de producción, y Maserati siguió mejorando el motor original de tres válvulas por cilindro del Biturbo, adoptando en 1989 las cuatro válvulas por cilindro en el motor 2.0 V6 biturbo, que desarrollaba 245 CV; al año siguiente, la versión denominada Racing anunciaba nada menos que 283 CV. Con semejante potencia, este cuatro válvulas habría dejado obsoleto al más complejo seis válvulas. Al fin y al cabo, ¿por qué emplear un motor de seis válvulas
má complejo y caro, si uno de cuatro puede hacer el mismno
trabajo, si no mejor?
Texto: Equipo técnico Ceroacien
Antes de entrar en materia, los menos versados en el tema agradecerán un pequeño inciso sobre qué es la culata, para qué sirve o de quể partes consta.
La culata, también denominada "cabeza" -del término ínglés head, es la parte del motor que se sitúa sobre el bloque y hace de tapa o cíerre del bloque de cilindros, ubicándose entre ambos elementos la conocida junta de culata. Actualmente se fabrican casi exclusivamente en aleación ligera de aluminio, no tanto por cuestiones de peso como de evacuación del calor. Sirve de soporte a varios elementos de la dístribución y debe soportar grandes cargas y temperaturas ya que delimita la cámara de combustión.
Por si fuera poco, tiene importantes requisitos en cuanto a lubricación y refrigeración, debiendo mecanizarse los pasos correspondientes en continuidad con los del bloque a través de la junta de culata. En la culata de un motor de cuatro tiempos podemos encontrarnos como
elementos fundamentales:
Las válvulas, que regulan la admisión y el escape, junto con sus muelles y los elementos auxiliares de accionamiento como taqués, vasos invertidos o balancines.
Las bujías (una o dos por cilindro) y otros elementos del encendido de los motores de explosión de gasolina (encendido por chispa), o los inyectores de los motores diesel (encendido por compresión).
Los árboles de levas, que son ejes en los que se disponen ciertos lóbulos excéntricos denominados levas que, con su geometría, gobiernan la alzada o carrera de las válvulas y sus. ángulos de apertura y cierre. Estos ejes de levas reciben el movimiento de una rueda dentada del cigüeñal, mayoritariamente mediante cadena o correa (la famosa
correa de distribución), si bien han existido otras posibilidades, como
engranajes en cascada o eje rey.
Diferentes formas de accionado de válvulas: (1) SOHC y válvulas paralelas accionadas por interposición de balancines, (2) SOHC y vávulas paralelas accionados directamente mediante vasos invertidos, (3) SOHC y válvulas en V formando culata hemiestérica accionadas mediante dos árbales de balancines, y (4) DOHC y válvulas en V formando culata hemiesférica accionadas directamente por los árboles de levas mediante vasos invertidos
En los albores del automovilismo las válvulas no estaban en la culata, eran laterales y se situaban en el bloque motor, al costado del cilindro y se accionaban directamente por un árbol de levas lateral, también ubicado en el bloque. Estos motores recibían la denominación SV, del inglés Side Valve, o distribución por válvulas laterales. Desaparecieron a mediados del siglo pasado por su bajo rendimiento térmico.
Posteriormente y hasta bien entrados los años '90 era bastante común encontrar los árboles de levas en el bloque, que accionaban las levas mediante los balancines de la culata a través
de empujadores y varillas, que supone un número mayor de componentes. Esta disposición se conoce como OHV, del
inglés Overhead Valve, o de válvulas en cabeza.
En la actualidad el árbol de levas se encuentra mayoritariamente en la culata, y hablamos de una distribución (S)OHC, del inglés (Single) OuerHead
Camshaft, que son notores monoárbol o de (simple) árbol de levas en cabeza. Y si son dos los árboles de levas, DOHC, de Double (o Dual) OverFHead Camshaft, a veces también conocidos como Tuin
Cam, o denominaciones similares como Doble Árbol, Biárbol, Biálbero, etc. que muchos tendrán en mente. Cuando se dispone de doble árbol de levas, uno acciona las válvulas de admisión y el otro
las de escape.
La "respiración" de los motores de combustión interna
Muchas veces hemos oído expresiones del estilo "este colector mejora la respiración del motor a alto régimen" o "gracias a unas válvulas de mayor diámetro, el motor respira mucho mejor".
Pues sí, los motores de combustión interna (gasolina y diesel) respiran, y sin entrar en detalles técnicos sobre ciclos
termodinámicos, un motor debe admitir una determinada cantidad de mezcla aire-combustible (o aire solo en el caso
de los motores diesel o de gasolina de inyección directa), aprovechar la energía que contiene mediante el proceso de
combustión, para por último extraer los gases quemados del cilindro durante el tiempo de escape dejando libre el mismo
para iniciar de nuevo el ciclo con la entrada nuevamente de gases frescos.
Para ello, es necesario que el motor cuente con al menos dos válvulas en la culata que regulen el paso de gases: una para la admisión y otra para el escape, Y esta confguración de dos válvulas por cilindro ha sido la predominante durante la mayor parte de la existencia del automóvil, siendo empleada aún hoy en numerosos motores, Este intercambio de gases se produce igualmente en los motores de dos tiempos, (que suelen carecer de válvulas), pero por su casi nula aplicación en el automóvil, nos vamos a centrar en los motores de cuatro tiempos, con árbol de levas en culata (SOHC y DOHC) y con válvulas en forma de seta (poppet valves).
Con la clásica configuración de dos válvulas por cilindro, para aumentar el rendimiento es necesarío aumentar el diámetro de las mismas, aprovechando
al máximo la superficie de la cámara de combustión. Sin embargo, con sólo dos válvulas, el aprovechamiento de este espacio es poco eficiente, y las nece-
sariamente grandes y pesadas válvulas, obligan a poner muelles más duros o dobles, que incrementan las pérdidas por rozamiento del sistema de distribu-
ción encargado de la regulación de la apertura y el cierre de dichas válvulas, so pena que se produzca a alto régimen la flotación de válvulas, que es cuando
las válvulas no llegan a cerrar totalmente sobre su asiento en la culata, produciendo una gran perdida de rendimiento, con consecuencias a menudo catastróficas para la integridad del motor. Existen solu-
ciones sin resortes para no depender de la rigidez de los muelles (distribución desmodrómica, válvulas rotativas, etc.), pero son sistemas muy minoritarios cuando no experimentales.
Además, con válvulas grandes, la velocidad de paso de gases es muy reducida a pocas revoluciones, lo que se traduce en una respuesta pobre a bajo régimen. Por tanto, el tamaño de las válvulas guarda una estrecha relación con el régimen de funcionamiento habitual del motor, minimizando las
pérdidas por rozamiento para favorecer el llenado de los cilindros. A la vista de esto, la única manera de aumentar
el caudal de gases, mitigando alguno de los problemas mencionados, pasa por incrementar el número de válvulas
dispuestas en la culata, dando lugar a lo que se ha venido en llamar culatas muliválvula.
Culata explicativa donde se pueden ver las distintas configuraciones de válvulas para cilindros con 2, 3, 4 y 5 válvulas Ilustración de motor 4 cilindros 16 válvulas con doble árbol de levas y distribución por cadena
Las culatas multiválvula
Son aquellas que disponen mas de dos válvulas por cilindro y mayoritariamente son de doble árbol de levas (DOHC), y su desarrollo ha sido príncipalmente para incrementar el rendimiento y consíguiente potencia del motor.
Aumentando el número de válvulas, se reduce el diámetro de cada válvula y se aprovecha mejor el espacio disponible en la cámara de combustión. La disposición más habitual es la de cuatro válvulas por
cilindro, dos de admisión y dos de escape, si bien también se han utilizado tres y cinco válvulas por cilindro en modelos de serie, primando siempre la sección de las válvulas de admisión.
Las válvulas se suelen disponer formando un ángulo comprendido entre 20 y 50°, lo que posibilita un diseño de la cámara de combustión muy compacto, con una favorable relación superficielvolumen para reducir las pérdidas de calor a la vez que posibilita una elevada turbulencia que mejora la homogeneización de la mezcla y su distribución. La posición de la bujía es central o se emplean dos por cilindro, lo que permite una propagación del frente de llama rápida y uniforme. Todo ello hace posible trabajar con relaciones de compresión entre 1:1 y 1,5:1 más elevadas que las empleadas en los motores de 2 válvulas, con la consiguiente mejora del rendimiento térmico.
Ventajas e inconvenientes de las culatas mutiválvula
En resumidas cuentas, las culatas multiválvulas presentan las siguientes ventajas respecto a las de dos válvulas por cilindro tradicionales:
• La sección de paso de gases aumenta - alrededor de un 30 %, debido al mejor aprovechamiento de la superficie
de la culata, mejorando el llenado y la potencia a alto régimen.
• Se optimiza la forma de las cámaras de combustión, que adoptan una disposición hemisférica, lo cual posibilita relaciones de compresión más elevadas y reducción de las pérdidas de calor, aumentando el rendimiento.
• Permite situar la bujía en posición central, posíbilítando una más rápida propagación del frente de llama que
resulta en una combustión más regular y eficiente.
• Al emplear mayor número de válvulas, pero más pequeñas, éstas son más ligeras, por lo que la apertura puede ser más rápida y las inercias son menores a altas
revoluciones. Los muelles pueden ser más blandos sin que exista riesgo de flotación, al tiempo que se reducen las pérdidas por rozamiento. Además, el menor tamaño
de las válvulas favorece su refrigeración.
Sin embargo, no todo son ventajas:
• A pocas vueltas, la mayor sección de paso de gases reduce su velocidad apreciablemente; el llenado empeora y la
turbulencia en el cilindro disminuye, empeorando la eficiencia de la combustión, lo que se traduce en pérdidas
de potencia a bajo régimen.
• Los motores multiválvula tienen mayor número de componentes, lo que implica mayores costes pese a su producción en grandes series.
• Además, a bajo régimen proporcionan menos par que los dos válvulas equivalentes debido a la reducida velocidad de los gases en el colector de admisión; para los deportivos puede no ser un obstáculo serio, pero sí para los turismos normales.
Para solucionar estos problemas, los fabricantes fueron ideando una serie de soluciones más o menos ingeniosas.
Sin embargo, por su coste y complejidad, se desestimó su grandes series y se optó por la adopción conductos menor sección, sacrificando un poco la potencia máxima en aras de una mejora del agrado de conducción a bajo régimen, hasta la generalización y combinación de tecnologías más modernas como los colectores de admisión variables, las
distribuciones variables (en alzada, diagrama o ambas), o la inyección directa de combustible.
Un poco de historia
Aunque muchos piensen que las culatas multiválvula son relativamente recientes y popularizadas a mediados de los
80, en realidad surgen a principio del siglo XX.
Los primeros motores multiválvulas se conciben para su uso en competición durante los primeros años de la década de 1910 de la mano de FIAT (1910) y Peugeot (1912). Ambos tenían cuatro válvulas por cilindro, si bien en los primeros las válvulas eran paralelas, alternando admisión y escape y accionadas por un único árbol de levas mientras que, en los segundos, diseñados por Ernest Henri, ya tenían la mísma
configuración actual, con doble árbol de levas en cabeza, con las válvulas en V a 60 -una hilera de admisión y otra de escape.
Bugatti desarrollo un motor en 1914, que posteriormente evolucionó con cuatro valvulas por cilindro, que no se uso hasta después de la Primera Guerra Mundial, logrando ganar con un modelo Type 13 en 1920 el G.P. de Francia en Le Mans (antes de que fuese la mítica carrera de resistencia). Bugatti también cosechó un importante número de victorias entre 1926 y 1930 con un motor SOHC, de tres válvulas por cilindro, pero está vez verticales y con dos válvulas de admisión y una de escape. Posteriormente, volvería a la configuración clásica DOHC y válvulas en V -pero ya dos por cilindro.
En 1921, el norteamericano Frederick Duesemberg alcanza el éxito con un novedoso tres válvulas por cilindro -una sola de admisión y dos de escape, también en V a 60°, accionadas por un único árbol de levas, en lo que parecía un diseńo
adecuado para facilitar la refrigeración de las válvulas ante las limitaciones metalúrgicas de la época. También de 1921 es el Peugeot Grand Prix, primer vehículo del que se tiene conocimiento usara 5 válvulas por cilindro, usando una
distribución con 3 árboles de levas en cabeza. Esta disposición de válvulas cayó en el olvido hasta que Yamaha decidió
rescatarla como veremos.
Fiat S76 de 1910Peugeot L76 de 1912
Bugatti Type 13 de 1914
En 1934, Mercedes volvía a lo más alto del podio con un DOHC de cuatro válvulas por cilindro dispuestas en V, disposición que los constructores (Alfa Romeo, Ferrari, Mercedes) abandonarían en favor de las dos válvulas por cilindro, casi de manera generalizada, hasta finales de los 60.
Tras los ensayos de Ferrari, BRM y Coventry Climax entre 1962 y 1965, Cosworth, primero en 1966, con el diseño del FVA (Four Valve Type A) para la Fórmula 2 de 1967, un bloque Ford de 1.6 litros con una culata de cuatro válvulas por cilindro en V a 40° -diseño en el que se inspiraría BMW para su exitoso F2 de 2 litros posterior, y, sobre todo, el
lanzamiento en 1967 del DFV (Double Four Valve), un V8 totalmente nuevo con cuatro válvulas por cilindro en V a 32°, estableció un estándar en competición que perduró hasta los primeros años '80 hasta que los turbo dominaron la F1.
Sin embargo, no es hasta finales la década de los 60 y principios de los 70, cuando hacen su aparición en coches de serie, si bien en tiradas cortas y exclusivas. Los Nissan Skyline GT-R y su coetáneo Fairlady Z 432 (ambos de 1969) y el Ford Escort RS 1600 (1970) pueden considerarse los primeros coches de serie en montar una culata de 16 válvulas, a los cuales siguieron el Triumph Dolomite Sprint (1973), el Chevrolet Cosworth Vega (1975), el Lotus Sprit y el Fiat 131 Abarth
(1976) o el BMW M1 (1979). El Lotus Sprit Turbo sería el primer vehículo de serie en combinar una culata multivalvula con un turbo en 1980.
Nissan Skyline GT-R de 1969
Ford Escort RS 1600 de 1970 Lotus Sprit Turbo de 1980 BMW M1 de 1979A principios de los '80, las 4 válvulas por cilindro comienzan a popularizarse en automóviles de altas prestaciones, como el Ferrari 308 GTB Quattrovalvole (1982), el BMW M635 CSi (1983) que montaba el mismo motor que el superdeportivo
M1. En 1984 aparecerían: el Ferrari 288 GTO, el Mercedes 190E 2.3-16 (al que BMW daría cumplida réplica en 1986
con su M3 E30) o los Saab 900 y 9000 (que popularizaran los turbo 16 valvulas), y en 1985 el BMW M5, el Ferrari Testarossa y el Lamborghini Countach QV; Fue en 1986
cuando se lanza el Volkswagen Golf GTi 16V, y en 1988 su rival el Kadett GSI 16V, por no hablar de la legión de Grupos B de la época. El impacto fue tal que, a finales de los '80 no había prácticamente ningún fabricante que no contara con versión deportiva multiválvula en sus gamas.
Sin embargo, fueron los fabricantes japoneses los primeros en poner la tecnología multiválvula en manos del gran público, estandarizando los motores de más de dos válvulas por cilindro casi una década antes que las firmas occidentales: los motores de 3 válvulas aparecen en la primera mitad de los 70 y el Honda Civic adopta como estándar los motores 3 válvulas en 1983 y los 4 válvulas en 1987, trasponiendo su dilatada experiencia en el sector de la motocicleta. Toyota introdujo su l.6 litros 16 válvulas en los Corolla Coupé/Trueno en 1983 y en el MR2 en 1984, y para 1987 toda la gama Corolla equipaba motores de cuatro válvulas por cilindro. Y el resto de constructores japoneses no se quedaron atrás...
Mercedes McLaren SR
SAAB 900 Turbo 16 Cabrio
Honda Civic
Mercedes 190 2.3-16
Maserati Biturbo
Han pasado más de 50 años desde su producción en serie y, a fecha de hoy, la inmensa mayoría de los vehículos recurre a la arquitectura de cuatro válvulas por cilindro, DOHC en su casi totalidad, buscando, no ya prestaciones puras, sino la eficiencia del proceso de combustión y una reducción de las emisiones, a lo cual sin duda han contribuido los numerosos
avances técnicos que los fabricantes han ido desarrollando a lo largo de estas décadas para eliminar los inconvenientes
que presentaban en sus principios para su aplicación masiva en los coches de calle.
Sin embargo, sería injusto no echar la vista atrás y rendir un pequeho homenaje a otras disposiciones multiválvula que se
quedaron por el camino y que ayudaron a que el panorama en el mundo de los motores sea como lo conocemos hoy día.
Los primeros pasos: 3 válvulas por cilindro
Los primeros motores multiválvulas producidos en gran serie fueron de 3 válvulas por cilindro por su relativa sencillez, ya que las dos válvulas de admisión y la de escape podían accionarse con un solo árbol de levas. Aunque la práctica totalidad de los diseños recurrían a balancines, en algún caso el árbol de levas actuaba directamente sobre vasos invertidos, si bien la geometría resultante de la cámara de combustión no era la más idónea para lograr una eficiencia óptima. El encendido recurría indistintamente a una o dos bujias por cilindro, condicionado por la geometría de la cámara de combustión.
Una culata de tres válvulas por cilindro mejora la respiración del motor respecto a un dos válvulas, pero el gran tamaño de
la válvula de escape limita el régimen máximo a prácticamente los mismos valores de éstos debido a las inercias y las pérdidas por rozamiento del flujo de gases. No obstante, a principio de los años '70 la configuración de tres válvulas se extendió entre los fabricantes japoneses a fin de cumplir con las cada vez más severas normas antipolución sin necesidad de recurrir al uso de catalizadores.
En 1975, Honda lanzaría la primera versión de su motor CVCC (Compound Vortex Controlled Combustion). Se fabri-
caron diferentes versiones, de la serie ED hasta la EY, y se montaron fundamentalmente en el modelo Civic, pero también en los Accord, Ballade, Prelude, CRX o Shuttle. Se dejarían de emplear en 1987, si bien en el Rover SD3 213 se mantuvo hasta 1990.
Toyota utilizó la licencia de Honda para lanzar también en 1975 su sistema TTC-V (Toyota Total Clean-Vortes) en sus modelos Carina y Corona, , si bien sólo para el mercado japonés. En 1977 cesó su producción.
Antes incluso, ya en 1973, Mitsubishi, con su tecnología MCA-let, había instalado una tercera válvula en la culata, más
pequeña y alimentada independientemente. Estos motores se
montaron en diversos modelos de la marca, así como en los Chrysler/Dodge/Plymouth desde finales de los '70 a finales
de los `80.
Nissan tardaría un poco más en apuntarse a esta tecnología con sus motores KA24E, con un solo árbol de levas en cabeza y válvulas accionadas por balancines, que estuvieron en producción desde 1988 hasta 1997, y se montaron las primeras series del 240 SX, Navara, Pathfinder o Terrano II.
En Europa, esta disposición no acabó de cuajar, si bien existió algún exponente, de los cuales el más notable fue el Maseratí
Biturbo, lanzado en 1981 y propulsado por un V-6 de 2 litros alimentado por un Weber doble cuerpo y sobrealimentado por dos pequeños turbocompresores IHI que alcanzaba una potencia de 180 CV a 6.000 rpm. El motor evolucionó a lo largo de los años, con mejoras en la sobrealimentación, alimentación y diversos aumentos de cilindrada -primero a 2,5 litros y posteriormente a 2,8 litros. Sin embargo, desde 1988 la versión 2
litros, y desde 1991 la 2.8, ya disponían de cuatro válvulas por cilindro. Las versiones de 3 válvulas se mantuvieron simultáneamente en producción hasta 1993. 12 años después, el proyecto tres válvulas de Maserati llegaba a su fin.
Renault también probó con esta disposición en sus motores de 2 litros J7R (internamente J1 2), montados desde 1989 en los 21 TXI y 25 TI/TXI.
Un caso curioso lo constituye el de Mercedes que, en contra de la tendencia imperante en el mercado de sustituir los motores de dos o tres válvulas por cilindro por otros de cuatro -camino
que ya había recorrido en 1992 con los motores de la nueva clase Cy de la remodelada clase E, lanzó los motores de la serie M112 y M113, de e 6 y 8 cilindros en V a 90° respectivamente, con 3 válvulas por cilindro, distribución por simple árbol de levas y dos bujias por cilindro, que dejaban el centro
de la cámara libre para una eventual versión de inyección directa. Estuvieron en producción hasta 2007, siendo una de las variantes de estos motores mas destacada, la última version sobrealimentada del V8 de 5,5 litros montada en el SLR McLaren de 650 CV. Una vez ya desarrolladas nuevas
tecnologias de control de emisiones, los sustitutos ya adoptaron las culatas DOHC de 4 válvulas por cilindro, solución hoy
casi universal. La aventura de Mercedes con las tres válvulas había durado apenas una docena de años.
Otro caso curioso es el de Ford, que produjo motores V8 a 90° de 4.6 y 5.4 litros, así como un V10 de 6,8 litros (un 5,4
litros con dos cilindros más), de tres válvulas por cilindro, con un solo árbol de levas por bancada, distribución y admisión variables, y una única bujía central. En su versión de 4.6 litros,
apareció por primera vez en el Ford Mustang de 2005, con potencias comprendidas entre 292 y 315 CV. EI V8 desaparecería en 2010, mientras que el V10 se sigue utilizando en el autobús escolar de la firma Blue Bird.
Por citar un último ejemplo, Mazda produjo un motor V6 de 3 litrosy 18 válvulas, primero con un solo árbol de levas por bancada de cilindros y luego con dos. Se lanzó en 1986 y se montó en los MPV y 929. Con una potencia de 150 CV, se dejó de fabricar en 1998.
El primer vehículo de producción en serie diésel de tres válvulas por cilindro fue el Citroen XM 2.1D de 1990, y con cuatro
válvulas por cilindro EI Mercedes Clase C200-220 de 1993.
Los trabajos de Yamaha... y Honda: 5, 6, 7 y ¡hasta 8 válvulas por cilindro!
No es posible entender el impulso que la tecnología multiválvula habría de tener en el mundo del automóvil, sin hablar de
los gigantes nipones del motociclismo. Y sí, en gran parte todo se lo debemos a la rivalidad que mantenían -y mantienen- en todas las categorías en el mundo de las dos ruedas Honda y Yamaha. Tampoco debe pasarse por alto que Honda también
producía automóviles desde hacía bastante tiempo y que Yamaha venía colaborando igualmente con otros fabricantes de automóviles como Nissan o Toyota.
A finales de los años '70, los ingenieros de Yamaha se fijaron como objetivo construir un motor de cuatro tiempos que
rivalizase con los de dos tiempos en la categoría reina del motociclismo con la misma cilindrada, proyecto curiosamente
idéntico al que estaba llevando a cabo Honda con su NR 500 de Gran Premio.
Con su NR 500, que debutó en 1979, Honda optó por un V8 disfrazado (el reglamento de 500 no permitía motores de más de cuatro cilindros) uniendo dos a dos los pistones, que adoptaban forma oval manteniendo las dos bielas, haciendo
lo propio con las culatas, que pasaban a tener 8 válvulas y 2 bujías por cilindro.
Motor de la moto Honda NR 500, donde se puede apreciar la configuración del "falso" V4 realizado a partir de un motor V8. Obsérvese los pistones ovalados con doble biela y ocho válvulas por cilindro
Yamaha se decantó por el camino convencional, con una carrera corta y grandes superficies de pistones, pero probaron con más válvulas de lo habitual para lograr una mayor velocidad de apertura y cierre de las mismas y mejorar la compacidad de la cámara de combustión. Así, comenzaron a trabajar
con configuraciones de 5 a7 válvulas, consiguiendo finalmente materializar un motor de cuatro cilindros en V de 500 cc (denominación 001V) con 4 válvulas de admisión y 3 de escape que rendía 125 CV a 18.000 rpm, con un techo de 20.000 rpm.
En 1983, la nueva reglamentación de la Federación Internacional de Motociclismo para la categoría TT-F1, máxima para motocicletas de cuatro tiempos, limita la cilindrada a 750 cc, debiendo proceder de un modelo de serie, por lo que Yamaha retoma el proyecto del motor 001V, adaptándolo a las nuevas exigencias. A fin de mejorar la fiabilidad y reducir el coste de producción -dada la experiencia de Honda con sus VF de calle, se abandonó la disposición V4 del motor 001V en favor de la más convencional de 4 cilindros en línea, dando lugar al proyecto 001M.
No obstante, la culata de 7 válvulas de Yamaha presentaba dos graves problemas para su producción en serie: en primer
lugar, el coste era muy elevado y, en segundo, la fiabilidad de las pequeñas y delgadas válvulas se veía muy comprometida ya que existían muchos problemas de enfriamiento. Así pues, se decidió primero a disminuir el número de válvulas a 6 para finalmente decantarse por una culata de 5 válvulas (3 de
admisión y 2 de escape) con bujía central, óptima en cuanto renovación de la carga, rendimiento térmico y fiabilidad. Así nacía en 1984 la Yamaha FZ 750, que tiene el honor de ser el primer vehículo de serie del mundo en montar una culata de
cinco válvulas por cilindro y que, en cierta medida, atraería el interés de otros fabricantes por esta arquitectura.
Sin embargo, la respuesta a bajo régimen, incluso con sistemas de distribución variable, es mejorable y su coste es sensiblemente más elevado que el de 4. Por ello, los 5 válvulas han sido marginales dentro de la producción mundial. Los únicos 5 válvulas de gran serie han sido los motores desarrollados
por Audi y empleados en distintos modelos del Grupo VAG; Toyota, a raíz de su colaboración con Yamaha, desarrolló
el motor 4A-GE 20V, montado en el Corolla Lavin y en el Trueno; y, a escala mucho más reducida, Ferrari empleó cinco válvulas en los V8 de los F355 y F360, y Bugatti en el EB 110. Como curiosidad, el primer vehículo comercializado con cinco válvulas por cilindro no era precisamente un superdeportivo, fue en 1989 el Minica Dragan ZZ, de solo 548cc, con turbo y 64Cv, un microcoche de Mitsubishi.
Ferrari F360 Modena, el último Ferrari con motor de cinco válvulas por cilindro
Adiós a las cinco válvulas
Desgraciadamente, desde el punto de vista técnico, los fabricantes han ido abandonando esta solución paulatinamente por su mayor coste y complejidad respecto a la "tradicional" de cuatro válvulas por cilindro que, además, proporciona un rendimiento muy similar.
Atravesando Bugatti graves dificultades económicas, y quizá demasiado avanzado para su tiempo, el primer modelo en
desaparecer fue el espectacular Bugatti EB-110: en 1995 salía la última unidad de la cadena de montaje de un total de 139 fabricadas.
La primera marca generalista en optar por soluciones menos complejas fue Toyota, que en el afño 2000 dejó de fabricar el motor 4A-GE 20V, paradójícamente desarrollado en colaboración con Yamaha, iniciadora de esta corriente a nivel mundial y defensora a ultranza de esta solución técnica.
Con el cese de producción del Ferrari F360 Modena en 2005, también finalizó la etapa cinco válvulas en Ferrari con la
vuelta a las clásicas culatas de cuatro válvulas por cilindro en su sucesor, el F430. Audi abandonaría esta tecnología a partir de la introducción progresiva en 2006 de los motores TFSI de inyección directa de gasolina con 4 válvulas por cilindro, al ser la eficiencia de ambos sistemas muy similar en la mayoría de
las ocasiones y, sobre todo, por la imposibilidad de ubicar adecuadamente el inyector en la culata debido a razones
de espacio. Los motores de 5 válvulas fueron montados en numerosos modelos del grupo VAG hasta el año 2010, especialmente el cuatro en línea de 1.8 litros turboalimentado.
Las culatas de seis válvulas por cilindro de Maserati
En 1985 el fabricante de Módena anuncia el lanzamiento para 1986 del revolucionario motor Maserati 6.36, un V6 de 2.0 litros y 36 válvulas (6 por cilindro, tres de admisión y tres de escape), evolución del tres válvulas montado en el biturbo lanzado en 1981 y que debería ver la luz a finales de 1986.
Con dos turbocompresores refrigerados por agua soplando a sólo 0,8 bares de sobrepresión, se anunció con una potencia inicial de 257 CV a 7.200 r.p.m. Con una potencia específica de 128,5 CV por litro, superaba con creces a otros superdeportivos de la época, como el Porsche 911 Turbo (90,1 CV/L) o el Ferrari 328 (84,4 CVIL).
Una de las culatas del V6 de Maserati con seis válvulas por cilindro
Desgraciadamente, este motor V6 de seis válvulas por cilindro nunca llegó a la fase de producción, y Maserati siguió mejorando el motor original de tres válvulas por cilindro del Biturbo, adoptando en 1989 las cuatro válvulas por cilindro en el motor 2.0 V6 biturbo, que desarrollaba 245 CV; al año siguiente, la versión denominada Racing anunciaba nada menos que 283 CV. Con semejante potencia, este cuatro válvulas habría dejado obsoleto al más complejo seis válvulas. Al fin y al cabo, ¿por qué emplear un motor de seis válvulas
má complejo y caro, si uno de cuatro puede hacer el mismno
trabajo, si no mejor?
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