Automovilismo - Cien años de progreso en el MOTOR

El motor Benz de 1886 de un cilindro horizontal tenía un desplazamiento de 954 cc y desarrollaba una potencia de 2/3 hp.

El motor V8 Porche 928S de 1985, con levas en la culata, bloque de aluminio, 310 caballos y 4,664 cc

Al preguntárseles a los visitantes de la primera Feria Nacional de Automóviles, celebrada en la ciudad de New York, cuál motor preferían en un automóvil, la mayoría escogió sin vacilar el motor eléctrico. Ocuparon el segundo lugar los motores de vapor. Y al final de la lista, con menos de un 5 por ciento de los votos, se encontraba el motor de gasolina, el cual, según los pronósticos de un experto, tendría una duración muy efímera, y se expresó de esta forma: "Es pernicioso, ruidoso, muy poco confiable y demasiado grande. Vibra de manera tan violenta que sacude el cuerpo del conductor. No hay duda de que la industria del automovilismo prosperará en los Estados Unidos, pero este motor no será ningún factor responsable de ello".
Otras personas que asistieron a la feria dieron a conocer otra razón para su desaprobación, el temor de que estas plantas de fuerza de combustibles múltiples pudiesen explotar (las mismas funcionaban con gas de estufa, queroseno, nafta, aceite de lámparas, bencina, espíritus minerales, alcohol y un combustible relativamente nuevo, llamado gasolina). y temían que al estallar el motor lanzaran sobre los ocupantes del vehículo partículas metálicas y llamas. Los directores de esa feria contribuyeron notablemente a incrementar los temores del público, pues colocaban a varios hombres con cubos llenos de agua cada vez que se arrancaba un motor. Aquello acontecía por el año 1900.

El motor de un cilindro vertical, Daimler, de 1885, tenia una potencia de 1.1 caballo y 462 cc

En 1903, para la sorpresa de la mayoría de los que estaban interesados en el desarrollo del automóvil (excepto los involucrados directamente en la ingeniería automotriz), se produjo un notable aumento en el número de autos nuevos equipados con motores de gasolina de combustión interna de cuatro carreras. Para 1910 desaparecieron los motores de vapor como medio de propulsión para los vehículos rodantes. Los motores eléctricos se siguieron usando hasta el año de 1915.
El período comprendido entre cuarenta años antes y veinte años después de iniciarse este siglo se conoce ahora como la "era dorada" del desarrollo del motor de gasolina para automóviles. Durante este período de 60 años se concibieron casi todos los conceptos relacionados con el desarrollo del motor de gasolina. Los motores creados desde entonces no han sido más que refinamientos de esos conceptos, los cuales sólo esperaban una gran innovación tecnológica para convertirse en realidad, como la nueva tecnología de combustible O la metalurgia o el troquelado de las piezas.

Se experimentó con la colocación del motor: la patente concedida a la Seldon en 1877 amparaba un motor transversal delantero.

En el año de 1860, Etienne Lenoir, de Francia, inventó el primer vehículo de cuatro ruedas impulsado por un motor de gasolina. Fue una unidad de dos carreras que empleaba dos conceptos revolucionarios, que incluso muchos expertos de esta década de 1980 consideran como algo nuevo: una carga estratificada de la mezcla de combustible, que se lograba al introducir aire y gasolina por separado en la cámara de combustión, más la inyección de agua. Ambos métodos fueron empleados por Lenoir para impedir que su motor de un cilindro produjera detonaciones.

En el modelo Oldsmobile de 1899 el motor se puso en el centro

En 1906, la revista "Cosmopolitan" publicó una guía completa de los nuevos "Autos con motor de gasolina". Incluía trece modelos con motores de un cilindro, 54 con motores de dos cilindros, cinco con motores de tres cilindros y 59 dotados de motores de cuatro cilindros. El resto de los vehículos incluía uno con un motor V8 fabricado en Redondo Beach, California (tenía el nombre de The Coyote) y un motor de seis cilindros con una potencia de 40 caballos en un auto de cinco pasajeros. Este último vehículo, que tenía un precio de venta al público de $2,500 dólares, era fabricado por una compañía de Detroit, Michigan, llamada Ford. Tuvo poco éxito y dejó de producirse después de transcurridos dos años.

En el modelo Pierce se puso un motor trasero

Aunque el motor de gasolina típico de principios de este siglo era bastante diferente a los motores de hoy, en aquellos tiempos ya se habían probado casi todas las tecnologías modernas relacionadas con plantas de fuerza.
Por ejemplo, Charles B. King había fabricado en 1896 el primer motor de bloque N (un bloque de un cilindro de una sola pieza), pero ni siquiera existían en 1906 técnicas de labrado que permitieran fabricar este tipo de motor de una manera económica. Por lo tanto, las cámaras de combustión en los motores típicos, de esa época, de varios cilindros se creaban individualmente y luego se atornillaban al cárter .
En 1906, la ciencia aún no había perfeccionado una junta capaz de formar un sello entre los cilindros y sus cabezal es. Por lo tanto, cada cilindro tenía que tener su cabezal vaciado integralmente, con las válvulas de admisión y de escape en unas tapas que se atornillaban dentro de cada cabezal. A esto se le llamaba culata T, debido a que las válvulas montaban a horcajadas sobre los pistones.
Cada juego de válvulas era activado por su propio árbol de levas. Los dos árboles -uno para las válvulas de admisión y el otro para las válvulas de escape- se encontraban en el cárter. Se movían hacia arriba sobre vástagos largos que alzaban las válvulas de sus asientos. Al apartarse los lóbulos de las levas de los extremos de los vástagos de las válvulas, unos gruesos muelles hacían que las válvulas se cerraran con fuerza.
Como el material de que estaban hechas las válvulas era relativamente blando, esto dio lugar a una situación particularmente molesta. La vida útil de las válvulas era de apenas de unos cientos de kilómetros. Pero los fabricantes de automóviles tenían una solución para esto, equipaban a sus nuevos vehículos con un juego de válvulas de repuesto. Cuando una persona se quedaba parada en un camino, desatornillaba las tapas de las válvulas de los cabezales de los cilindros para cambiar las válvulas dañadas.
El motor de culata T dio lugar al motor de culata L (llamado también motor de válvulas laterales o de culata plana) en el cual las válvulas se encontraban colocadas a los lados del motor. La culata L dominó la escena durante años. La Ford la utilizó en sus motores V8 hasta el año de 1953. Pero a la espera de ser utilizado existía otro diseño presentado en 1898 por la Wilkinson Motor Car Co., un motor en el cual el árbol de levas y las válvulas se encontraban en los cabezales de los cilindros. Se conoce hoy como motor de levas en la culata o válvulas en la culata.
Durante esa época dorada tuvieron lugar otras notables innovaciones relacionadas con el desarrollo del motor de gasolina. El motor en el auto Knox de 1905 era una planta de fuerza de cilindros horizontalmente opuestos, de configuración semejante al motor adoptado 30 años después por la firma Volkswagen para usarlo en su modelo Beetle. Al igual que el motor del Beetle, el motor Knox tenía un sistema de enfriamiento por aire. Unos pasadores corrugados que rodeaban a los cilindros permitían lograr una superficie irradiadora de calor de 206 cm2 (32 pulgadas2 ) por cada 6.45 cm2 (pulgada2) de la superficie exterior de los cilindros.

Otro auto que vale la pena mencionar es el Premier de 1906, dotado de un motor vertical de cuatro cilindros. Tenía una carrera y cilindrada de 10.8 x 10.8 cm (4 1/4 x 4 1/4"), siendo uno de los primeros motores "cuadrados" en existencia. Mucho tiempo después, en 1953, C.F. Kettering, genio del automovilismo e inventor del motor de arranque automático eléctrico, escribió lo siguiente: "El llamado motor cuadrado, con su cilindrada casi igual a su carrera para reducir la velocidad de los pistones, tuvo mucho que ver con el desarrollo del motor moderno de hoy". Se refería él a los motores usados en los Cadillac y Oldsmobile de 1949.

El V8 de carrera corta y 5,833 cm3 (356 pulgadas 3) de los Cadillac de 1956 era ultramoderno, pero su carburador, generador y filtro de aire sencillo, resultaban burdos al compararse con los motores de la década de 1980

Los innovadores de los primeros tiempos del automóvil no vacilaban en desplazar el motor de un lado a otro. Al principio lo colocaron debajo del asiento delantero. Posteriormente lo movieron para ubicarlo debajo del capó. y finalmente éste se colocó en el extremo trasero, cuando la VW lanzó el Beetle. Pero la verdad es que ya en el año de 1896 había aparecido un automóvil llamado Hertel que tenía el motor en la parte de atrás.
Casi todo el mundo está familiarizado en la actualidad con los autos de mando en las ruedas delanteras. Muchos probablemente creen que se trata de un nuevo concepto. Pero están muy equivocados. En el año de 1900, la Pennington Car Co., creó un vehículo que tenía un motor de gasolina que impulsaba a las ruedas delanteras. Pero éste ni siquiera fue el primer auto con mando en las ruedas delanteras. Los automóviles con motores eléctricos y de vapor habían estado usando este sistema de mando en las ruedas delanteras durante muchos años.
Un análisis de este período de tiempo sería incompleto sin mencionar el Ford modelo T de 1908. Su motor de cuatro cilindros y 20 caballos de fuerza fue la primera planta de fuerza económica de producción en serie en contar con una culata individual. El perfeccionamiento de una junta de cobre y asbesto para la culata fue uno de los factores que permitió este importante desarrollo.
Desde hacía tiempo los ingenieros sabían que, teóricamente, podían diseñar motores más eficientes, aumentando las relaciones de compresión. Comprimiendo la mezcla de combustible dentro de un espacio de combustión más pequeño antes de prenderla, podían emplearse motores más pequeños y más potentes. Sin embargo, cada vez que intentaba conseguir esto, los motores reaccionaban de manera violenta, produciendo terribles detonaciones. El problema no se debía al motor, sino a lo inadecuada que era la gasolina en aquel entonces. Por lo tanto, hasta mediados de la década de 1920, las relaciones de compresión de los motores en automóviles que se vendían al público no llegaron a más de 4.3:1.
Esta limitación cesó en 1923 cuando el uso de plomo de tetraetilo y de mejores métodos de refinamiento le proporcionó a la gasolina características antidetonantes. Este desarrollo permitió a los ingenieros probar ciertas mejoras mecánicas que aumentaban la eficiencia del motor, sin peligro de que se produjeran detonaciones. Algunas de estas mejoras incluían el cambio de diseño de las cámaras de combustión, el empleo de pistones de formas diferentes y el ajuste de la chispa y la sincronización de las válvulas para obtener una combustión máxima del combustible.
La búsqueda de mejores materiales capaces de resistir las tensiones crecientes de los motores de velocidades más altas alcanzó un punto crítico al aparecer un número mayor de caminos pavimentados.

En los primeros días, cuando existía apenas un número limitado de caminos de tierra, los compradores de automóviles se conformaban con pesados motores de hierro incapaces de desarrollar grandes velocidades. Sin embargo, al aparecer más caminos y al mejorar las condiciones de éstos, el automovilismo adquirió una mayor popularidad, aumentando la demanda por motores de peso liviano capaces de transportar pasajeros a distancias mayores de manera económica.
El hombre que más tuvo que ver con la iniciación de una industria metalúrgica relacionada con el automovilismo en los Estados Unidos fue Elwood Haynes. Entre sus logros hay que mencionar el desarrollo de aleaciones de cobalto, cromo y tungsteno, el descubrimiento del acero inoxidable y el uso del aluminio en motores de automóviles.
En el año de 1893 Haynes inventó y construyó un motor rotatorio de gasolina. Algunas personas creen que Félix Wankel fue el primero en hacer esto en el año de 1955. En 1912 apareció un aviso publicitario del auto Mercer Tipo 35, el cual llevaba un motor de seis cilindros en línea. En ese aviso se mencionaba un "cigüeñal grande, perfectamente equilibrado, para hacer que el motor careciera prácticamente de vibraciones". La Mercer Automobile Co. reconoció que, a medida que los motores de baja velocidad se iban substituyendo por motores de alta velocidad, las vibraciones causadas por la rotación del cigüeñal darían lugar a problemas.

Los motores de autos de varios cilindros tenían tres tipos básicos de pistones: en línea (arriba), opuestos (en el centro) y en V

Al aumentar el número de cilindros de los motores, se hizo aún más importante equilibrar el cigüeñal. En 1916, la Packard presentó en el mercado el primer motor de 12 cilindros de producción en serie. Para anular el efecto de las vibraciones del cigüeñal, la Packard colocó un pequeño volante en el extremo delantero del cigüeñal, que se deslizaba para eliminar las vibraciones torsionales producidas por el eje. Esto es lo que conocemos ahora como amortiguador de vibraciones.
La Cadillac refinó aún más el equilibrio del cigüeñal. En su motor V8 de 1923, la compañía dispuso los cuatro muñones del cigüeñal en dos planos para eliminar los efectos de las vibraciones producidas por las bielas y los pistones reciprocantes. Todavía se emplea hoy este arreglo de los cuatro muñones del cigüeñal, al igual que el amortiguador de vibraciones, pero es probable que tuviese una actuación más importante a principios de 1930, cuando algunas compañías de automóviles competían entre sí para crear motores con un número máximo de cilindros. Por ejemplo, existían motores V16 en los autos Cadillac, Marmon y Packard, así como un auto Lincoln V12.
Para 1934 comenzó a desaparecer el interés del público en las plantas de fuerza de tamaño masivo, dejando el paso libre durante casi 50 años a los motores de seis y ocho cilindros. En la actualidad ha vuelto a aparecer el motor de cuatro cilindros y es muy probable que vuelvan a producirse también motores de dos y tres cilindros en grandes cantidades. En otras palabras, hemos pasado del motor de gasolina de un cilindro a motores de 16 cilindros, para volver a los motores de cuatro cilindros. ¿Acaso puede esperarse la reaparición del motor de un solo cilindro?
"La compañía ofrece dos modelos de motores de alta velocidad con dos admisiones y escapes". Este no es un aviso publicitario de un motor moderno Toyota de 16 válvulas, sino la forma en que la revista "Automobile Topics" describía el motor de automóvil de cuatro válvulas y cuatro cilindros que fabrica la Linthwaite Hussey Motor Co., de Los Angeles. Se trata de un aviso del año de 1916.

Muchos fabricantes usaron y abandonaron los motores enfriados por aire. En el motor de cuatro cilindros del Chevrolet de 1923 (arriba) se usaron sin éxito aletas de enfriamiento de cobre y un ventilador grande. La VW tuvo éxito con este tipo de motor, y produjo más de 20 millones para el Beetle (izq.) desde los años 1930

"La mejora más maravillosa desarrollada hasta ahora para un automóvil", decía otro aviso publicitario. "Tire de una pequeña palanca, y su 12 se convertirá en un 6; empuje la pequeña palanca, y su 6 se convertirá en un 12". Era ésta la forma en que la Enger Motor Car Co., de Cincinnati, describía al motor de 12 de dos unidades, del año 1917. Mediante una pequeña palanca en la columna de dirección, el conductor podía eliminar seis de los 12 cilindros del motor para lograr una economía máxima de combustible, y posteriormente volverlos a usar con rapidez para alcanzar una potencia máxima.
La palanca apartaba las válvulas de escape de sus asientos, por lo que no había ninguna compresión en los cilindros. También permitía que un dispositivo cerrara el múltiple de admisión que suministraba combustible a esos seis cilindros.
¿Le sorprende que le digamos que el motor V8-6-4 Cadillac de 1981 no fue el primero en el que podía regular el número de cilindros? Pues prepárese para esta otra sorpresa: el Enger de 1917 no fue el primer auto en tener un motor de este tipo. La distinción le corresponde al motor de seis cilindros Sturtevant de 38 a 45 caballos de fuerza, en el año de 1905. Podían eliminarse tres de sus cilindros.
Otro motor de gasolina que vale la pena mencionar es el motor de culata L Chrysler de seis cilindros de 1924, el cual incorporaba una cámara de combustión de cúpula hemisférica, diseñada para eliminar las detonaciones, y contaba también con el primer filtro de aceite de cartucho reemplazable. Pero aclaremos que tampoco fue éste el primer motor de cámara hemisférica. Hasta lo que hemos podido averiguar, esta distinción le corresponde al motor de cuatro cilindros Welch de 1904.
En la década de 1920 apareció otro automóvil que tuvo gran importancia. Nos referimos al Cadillac V8 de 1926, en el cual se usó por primera vez un sistema de ventilación del cárter para eliminar agentes contaminantes que daban lugar a un desgaste del motor. Este sistema de ventilación, abierto a la atmósfera, se siguió usando hasta 1963, cuando comenzó a emplearse el sistema cerrado de ventilación positiva del cárter (PCV).

Los primeros motores tenían diseño de culata L de baja compresión (dibujo superior). El motor de culata hemisférica (centro), por primera vez usado en 1904, es la más eficiente. La culada moderna tipo cuña (arriva) es la más economica.

En muchos motores de la década de 1930 se usaron por primera vez insertos de asientos de válvulas de escape para eliminar las quemaduras y picaduras, levanta válvulas hidráulicos y cojinetes de metal de Babbitt de peso liviano capaces de resistir las cargas impuestas por velocidades del motor cada vez mayores. Y en en año 1949, la Cadillac y la Oldsmobile presentaron por primera vez motores V8 de alta compresión, válvulas en la culata y carrera y cilindrada cuadradas con un peso liviano.
¿Qué nos depara el futuro? ¿Cómo serán los motores de gasolina? Veamos lo que dice uno de los expertos en automóviles más famosos de los Estados Unidos:
"Con relaciones de compresión más altas, mejores transmisiones, nuevos materiales, nuevas técnicas de manufactura, etc., ya prácticamente se puede visual izar el motor del futuro. Este será más pequeño, más liviano, más confiable. Asimismo, tendrá un funcionamiento más suave y será un 50 por ciento más económico".
Este experto que citamos era Kettering. Y el año en que hizo esta predicción fue 1953. Y si estuviera vivo hoy día para hablar del motor del futuro, probablemente diría lo mismo.

Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 38 - Abril de 1985 - Número 4