La teoría era que agregar una tercera válvula de admisión haría que entrara más aire en el motor. En la práctica, eso no funcionó del todo bien.

Ferrari estaba tan orgulloso de sus tapas de cilindros de cinco válvulas que cambió una convención de nomenclatura que se remontaba a más de 25 años. Para sus autos de motor central el nombre de tres dígitos se derivaba de la cilindrada y el número de cilindros, pero el F355 no tenía un motor de cinco cilindros y 3.5 litros. Tenía un V-8 de 3.5 litros con culatas de cinco válvulas.

Ferrari F355

El F50 llegó un año después del F355 y su V-12, derivado del motor de Fórmula 1 de Ferrari, también tenía culatas de cinco válvulas que representaban un total maravilloso de 60 válvulas. El sucesor del F355, el 360, usó el V-8 de 40 válvulas, con un pequeño aumento en el desplazamiento, pero esa fue la última vez que Ferrari usó la tecnología.

Tampoco las 5 válvulas fueron solo propias de Ferrari. Yamaha fue pionera en la combustión interna de cinco válvulas en las motos de los años ochenta, Mitsubishi fue el primero en poner la tecnología en un automóvil de producción, el Grupo Volkswagen tenía varios motores de automóviles de producción de cinco válvulas e incluso la conservadora Toyota experimentó con la tecnología…. Pero para el 2010, todo había desaparecido. Nadie estaba haciendo tapas de cinco válvulas.

Para explicar por qué, tenemos que volver a lo básico. Recuerdemos que una combustión interna es, al fin y al cabo, una bomba de aire. Una bomba de aire extremadamente compleja, pero una bomba de aire al fin y al cabo. Para obtener más de él, necesita obtener más aire y más aire. «Básicamente, hay tres formas de generar potencia en un motor«, dice el ingeniero Steve Dinan, el legendario sintonizador y fabricante de motores de BMW, en una entrevista con Road & Track, «hacemos el motor más grande, giramos más rpm o aumentamos la presión del cilindro«.

La idea detrás de una culata de cinco válvulas era aumentar tanto la presión del cilindro como las revoluciones, por lo que es una buena idea en situaciones en las que la cilindrada es fija. Una tapa con tres válvulas de admisión y dos de escape podría brindar beneficios en la eficiencia volumétrica (cuánto aire y combustible absorbe un motor en una carrera de admisión) en comparación con una culata tradicional de cuatro válvulas. A pesar de requerir válvulas más pequeñas, la circunferencia total de las tres válvulas de admisión en una cabeza de cinco válvulas puede ser mayor que dos válvulas de admisión más grandes en una cabeza de cuatro válvulas.  Cada una de las válvulas también es más liviana, lo que permite mayores velocidades del motor sin flotación de la válvula.

Yamaha debutó con el primer motor de combustión interna de cinco válvulas de producción del mundo en 1984 con el FZ750, y promocionó en ese momento que sus cinco cabezas ofrecían un 10 por ciento más de potencia y un cinco por ciento más de eficiencia de combustible que una cabeza de cuatro válvulas. El FZ750 generó alrededor de 100 hp y aceleró a 11,800 rpm.

Yamaha FZ750

El primer V-12 de cinco válvulas de Ferrari llegó a la Fórmula 1 en 1989 y propulsó autos que permitieron a la Scuderia llevar la pelea a McLaren y Williams. (Yamaha también introdujo un motor de cinco válvulas en la F1 en 1989, aunque no tuvo un éxito notable. La compañía japonesa también fabricó motores de Fórmula 2 y Fórmula 3000 de cinco válvulas). El V-8 del F355 abrió nuevos caminos para los motores de combustión interna para automóviles de serie , con una potencia específica de 109 hp/litro, entonces un récord para los autos de carretera de aspiración natural, y un límite de revoluciones de 8500 rpm. 

Motor Ferrari V-8 del F355 40 válvulas

Sin embargo, en última instancia, las ganancias obtenidas al agregar una tercera válvula de admisión son pequeñas. «El problema es que debido a que el vástago y la guía de la válvula estorban, se interrumpe el flujo«, explica Dinan. «En realidad, termina sin fluir más aire que un motor de cuatro válvulas. Quiero decir, tal vez dos o tres por ciento. Es realmente pequeño, y eso se puede compensar fácilmente si solo haces el diámetro interior dos milímetros más grande y la carrera dos milímetros más corta. Terminas con el mismo desplazamiento y la misma área de válvula que tres válvulas de admisión«.

Las cabezas de cinco válvulas también son más complejas. Un fabricante de automóviles necesita fabricar e instalar más componentes (más válvulas, resortes, guías, balancines, lóbulos del árbol de levas) y pequeñas cosas como esta se acumulan en el mundo de la producción en masa. Considere también que los componentes adicionales significan más mantenimiento. En última instancia, cualquier pequeña ganancia en caballos de fuerza que pueda traer una tercera válvula de admisión no vale la pena el costo adicional y la complejidad, especialmente cuando un diseñador de motores puede hacer pequeños cambios en el diámetro y la carrera del motor.

Motor Ferrari V-8 del F355 40 válvulas

En las carreras, señala Dinan, la naturaleza de altas revoluciones de los motores de cinco válvulas puede generar problemas, que podrían resolverse con un diámetro mayor y una carrera más corta. Una carrera más corta requiere una biela más grande, lo que a su vez reduce un poco la velocidad del pistón, disminuyendo la carga sobre los cojinetes de la biela. En Cycle World, Kevin Cameron también señala que el Boxer-12 de cinco válvulas de Ferrari, utilizado en el Ferrari 333 SP era problemático en las carreras de resistencia, ya que agregar más orificios a la culata aumenta el riesgo de deformación y agrietamiento.

Ferrari 333 SP

El motor desarrollado originalmente para la FZ750 se mantuvo en las motos de carretera de Yamaha hasta 2010, pero para la temporada de MotoGP de 2004, la empresa fabricó ambas versiones de su motor de carrera con culatas de cuatro y cinco válvulas. En las pruebas, Valentino Rossi prefirió el motor de cuatro válvulas, así que eso fue lo que utilizaron en la moto. El motor de cuatro válvulas impulsó al Doctor a los títulos en 2004 y 2005.

Es interesante saber que el F355 fue la respuesta de Ferrari al Acura NSX, uno de los primeros autos equipados con el revolucionario sistema de elevación y sincronización variable de válvulas VTEC de Honda, que demostró ser una solución mucho mejor para aumentar el rendimiento del motor en una amplia gama de revoluciones. rango. Esto no quiere decir que el motor del F355 no fuera excelente, solo que tenía restricciones a nivel tecnológico. Ferrari  optó por una configuración de cuatro válvulas en el 412. Para aumentar las revoluciones y, por lo tanto, mejorar la potencia, Ferrari adoptó resortes de válvulas neumáticas para el V12. , que eliminó la necesidad de la tercera válvula de admisión.

Yamaha diseñó una culata de cinco válvulas para el cuatro cilindros 4A-GE de Toyota, que se usó en varios modelos del mercado japonés a lo largo de los años noventa. Estaba todo muerto alrededor del cambio de milenio. Aún más breve fue el diminuto motor de cuatro cilindros y cinco válvulas de 660 cc de Mitsubishi que se usó en un puñado de autos Kei, y en el otro extremo del espectro, el V-12 de 3.5 litros con cuatro turbocompresores desarrollado para el Bugatti EB110.

Mitsubishi Minica /1989

El grupo VW fue el usuario más destacado de motores de cinco válvulas y el último en abandonarlo, gracias principalmente al desarrollo liderado por Audi. Ofrecía cuatro cilindros de 20 válvulas, V-6 de 30 válvulas y un V-8 de 40 válvulas, aunque todos estaban muertos en 2010.

En su día, las culatas de cinco válvulas tenían sentido. Fueron el producto de una época feroz en el desarrollo de motores en automóviles y motocicletas, tanto en carretera como en pista. Tampoco sorprende que hiciera su debut en Japón, entonces en su Era de la Burbuja, cuando los presupuestos de desarrollo explotaron antes de que el colapso del mercado llevara a los fabricantes (y sus departamentos de carreras) a controlar los costos.

Con los autos de calle, es fácil ver por qué se abandonó la idea. El uso de una tercera válvula de admisión agrega un costo y una complejidad enormes, y simplemente no hay mucho que ganar, si es que hay algo.

Volvamos a las tres formas de aumentar la potencia del motor de Dinan: revoluciones, cilindrada y presión del cilindro. Los fabricantes de automóviles ahora tienen dos opciones. Las revoluciones no son deseables en los autos de carretera modernos porque la mayoría de los consumidores quieren un torque bajo para la conducción diaria. Ahora consideremos la presión del cilindro. ¿Sabes qué la aumenta tanto hoy? Los turbocompresores. En un mundo en el que tantos automóviles tienen turbocompresor, y sincronización y elevación de válvulas variables, además de geometrías de cámara de combustión altamente optimizadas, realmente no hay necesidad de una válvula de admisión adicional.

Sin embargo, no quiero que parezca que estoy criticando a Ferrari, Yamaha y otros por seguir este camino. Todo lo contrario. Los motores de cinco válvulas son hoy por hoy rarezas maravillosas, los productos de un mundo que avanzaba, pero sin la tecnología informática sofisticada que tenemos hoy que nos brinda soluciones más óptimas. 

Héctor Daniel Oudkerk

Fuente https://www.roadandtrack.com/car-culture