Imagina un árbol de levas que tiene otro árbol de levas dentro. El exterior controla las válvulas de escape. El interior controla las de admisión. Los dos pueden moverse independientemente el uno del otro. Todo en el espacio de un solo árbol de levas convencional. Y el sistema no había existido en producción desde que fue patentado por primera vez en 1908.
El problema que lo creó
Un motor de 8.3 litros que no pasaba las normas EPA — y no podía tener DOHC
En 2004, el equipo SRT de Chrysler tenía un problema serio. Chrysler's Street and Racing Technology (SRT) team faced a challenge to the Dodge Viper. Like many big, high performance engines, this one displayed combustion instability at light loads due to aggressive valve timing for high-speed power, and did not meet EPA standards.
El diagnóstico era claro: el motor necesitaba distribución variable. A cargas bajas y ralentí, el perfil de leva diseñado para extraer 500 caballos a alta velocidad creaba una mezcla mal controlada que quemaba de forma incompleta y generaba más emisiones de las permitidas. Con distribución variable, el árbol podría usar un perfil más suave a bajas cargas y el agresivo solo cuando lo necesitara.
El problema era la arquitectura del motor. El V10 del Viper era un motor de válvulas en cabeza accionadas por varillas de empuje — OHV, o pushrod en inglés — con un único árbol de levas en el bloque, entre los dos bancos de cilindros. Esta disposición, heredada de la tradición del motor americano y compartida con los Hemi de Chrysler y los small-block de GM, tiene la ventaja de ser extremadamente compacta en altura: sin árboles de levas en cabeza, el motor es más bajo. Pero tiene un inconveniente para el VVT: variable valve timing would mean a new, taller, overhead cam engine, hence investment, delay, and styling changes.
Rediseñar el V10 como motor DOHC habría requerido cambiar el capó del Viper — el motor ya tenía escasamente espacio vertical —, años de desarrollo y cientos de millones de dólares. No era una opción. Necesitaban otra solución.
¿Cómo se ve en la
vida real?Ver en TikTok▶❤️💬🔗TV@LlantaPinchadaTVEl sistema Cam-in-Cam del Dodge Viper: un árbol de levas dentro de otro, 99 años de espera desde la patente, y nadie más lo ha copiado 🐍🔧 #DodgeViper #CamInCam #V10 #Ingenieria
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"Trabajando juntos, MAHLE, INA y Chrysler lograron lo que no había sido hecho en el siglo transcurrido desde la primera patente Cam-in-Cam en 1908: variación independiente de admisión y escape en un solo árbol de levas." — Automotive News, al conceder el PACE Award 2007
La solución de 1908
Una patente olvidada durante noventa y nueve años
A never-implemented 1908 patent described an intake camshaft mounted inside the exhaust camshaft, so intake and exhaust timing could be advanced or retarded independently.
La idea era simple en concepto: si el árbol de levas de admisión va dentro del árbol de levas de escape — uno hueco por fuera, uno sólido por dentro —, se pueden mover de forma independiente. El árbol exterior puede girar ligeramente adelantado o retrasado respecto al interior. El resultado: la fase de apertura y cierre de las válvulas de escape cambia respecto a la de admisión sin que ninguno de los dos árboles tenga que moverse respecto al cigüeñal.
La patente de 1908 describía esto con precisión. Nadie la había implementado en producción en casi un siglo. The UK engineering firm, Mechadyne, had introduced the concept to Chrysler and built a prototype, which was too complex.
El prototipo de Mechadyne funcionaba en principio, pero era demasiado complejo para fabricación en serie. Demasiadas piezas. Demasiada tolerancia de mecanizado exigida. Demasiado riesgo de fallo. Chrysler necesitaba que alguien simplificara el sistema sin perder la funcionalidad.
Cómo funciona
El tubo hueco, el eje sólido y los cinco pasadores
El sistema CamInCam® que llegó a producción en 2008 tenía una arquitectura específica y elegante. The cam-within-a-cam consists of a solid intake camshaft within a hollow exhaust camshaft. The solid shaft has holes for cylindrical pins, located at five points that align with axial slots in the hollow outer shaft.
El árbol exterior era un tubo hueco de aluminio con los lóbulos de escape mecanizados en su superficie. El árbol interior era un eje sólido de acero con los lóbulos de admisión. Los dos estaban concéntricos — uno dentro del otro — y conectados por cinco pasadores cilíndricos que corrían en ranuras axiales del tubo exterior.
Esta conexión por pasadores y ranuras era la clave del sistema: the hollow outer tube holds the exhaust lobes while an inner shaft drives the intake lobes. This allows continual adjustment of valve operation, according to the needs of the engine at different speeds.
Los pasadores transmitían el torque del árbol interior al exterior — ambos tenían que girar juntos para mover las válvulas. Pero las ranuras axiales en las que corrían los pasadores permitían que el tubo exterior girase ligeramente respecto al eje interior. Cuando el sistema hidráulico empujaba el árbol exterior unos grados hacia adelante o hacia atrás, los lóbulos de escape se movían respecto a los de admisión. El timing de escape cambiaba. El de admisión permanecía fijo.
La actuación era electrohidráulica: using a phaser on a camshaft-within-a-camshaft design (Mahle's CamInCam), the V10 can change exhaust valve timing up to 45° vs. intake valve timing, although only 36° actually are used.
Una válvula de control de aceite, gobernada por la unidad de control del motor, enviaba presión de aceite al faseador del árbol exterior. El faseador — el mismo tipo de dispositivo que usan los motores DOHC convencionales para mover un árbol de levas respecto al cigüeñal, simplemente aplicado aquí entre dos árboles concéntricos — rotaba el tubo exterior dentro de su rango de 36 grados. La respuesta era de milisegundos.
Por qué solo escape
La decisión de ingeniar solo un lado — y por qué tenía sentido
El sistema del Viper aplicaba distribución variable únicamente en el escape, no en la admisión. La razón era técnica y práctica. Intake valve control was not chosen because its prime benefit would be improved low-end torque, something the 8.4-L V10 has plenty of, although the 560-lb·ft (760-N·m) peak is at 5000 rpm. Intake control would simply "translate to more tire smoke on a Viper," explained Chrysler SRT engineer Kraig Courtney.
Con 560 libras-pie de par a 5.000 rpm, el V10 no necesitaba más par a bajas velocidades. Lo que necesitaba era combustión limpia y controlada en esas condiciones — y eso lo daba la variación de la fase del escape. Al retardar el cierre de las válvulas de escape en crucero y cargas bajas, el motor reintroducía una pequeña cantidad de gases quemados en la cámara de combustión — recirculación interna de gases de escape — lo que estabilizaba la llama en mezclas pobres y reducía las emisiones sin sacrificar potencia máxima.
The results of the changes to Dodge's V10 engine were increases in combustion stability, better fuel economy, better exhaust gas recirculation performance, and more power.
Although technology exists for both intake and exhaust VVT with the pushrod cam-in-block, it would require new designs both for the camshaft and phaser, deemed an unnecessary complexity and cost at this time. Aplicar el sistema también a la admisión era posible en teoría pero habría requerido rediseñar tanto el árbol como el faseador de forma mucho más sustancial. Para el objetivo que tenía el proyecto —resolver las emisiones y la combustión inestable sin cambiar el motor radicalmente—, el VVT de escape solo era suficiente.
Los resultados
90 caballos más, 300 rpm más de régimen, idle de limusina alemana
Thanks to the novel camshaft design combined with a slight displacement bump from 8.3 to 8.4 liters, the fourth-generation Viper V10 picked up 90 horsepower over the third-generation motor and made peak power 500 RPM higher in the rev range.
El motor pasó de 510 CV a 6.100 rpm a 600 CV a 6.100 rpm — un salto de 90 caballos que el propio equipo atribuía parcialmente al Cam-in-Cam y parcialmente a las cabezas rediseñadas con válvulas más grandes y a la ligera ampliación de cilindrada de 8.3 a 8.4 litros.
The rev limit was able to be increased by 300 rpm due to the improved valve-train stability from both the new camshaft profiles and valve-springs.
El efecto más sorprendente no era la potencia máxima. Era el ralentí. Un motor de 8.4 litros con perfil de leva agresivo diseñado para más de 600 caballos debería tener un ralentí áspero, irregular, con ese característico lope rítmico que los americanos adoran y los reguladores odian. El Viper de cuarta generación no lo tenía. The idle in a fourth-generation Viper is remarkably smooth, with none of the rowdy chop you'd normally expect in a peaky pushrod engine.
Era el Cam-in-Cam trabajando: en ralentí, el sistema retrasaba el escape para suavizar la combustión. A plena aceleración, avanzaba hasta el perfil más agresivo. El mismo motor, dos personalidades, transición imperceptible.
El reconocimiento
El PACE Award: el Nobel de la ingeniería de automoción americana
Working together, MAHLE, INA, and Chrysler accomplished what had not been done in the century since the first Cam-In-Cam patent in 1908: independent timing of exhaust and intake valves in one camshaft.
El sistema ganó el PACE Award de Automotive News en 2007 — el galardón más importante de innovación en la industria automovilística norteamericana, concedido cada año a las tecnologías que representan los avances más significativos en producción en serie. Compartía podio con tecnologías de empresas como Bosch, Continental y Denso.
Nadie esperaba que el ganador de ese año fuera el árbol de levas de un motor pushrod americano de 8.4 litros.
El legado
La tecnología que ganó un premio, resolvió un problema — y nunca nadie más adoptó
Weirdly, the overhead valve cam-in-cam system found in the Viper seems to largely be a technological dead-end for now. Ford's Godzilla V8, GM's small-block engine family, and Stellantis' Hemi V8 all use simple cam phasing with fixed overlap, just like the pushrod 3.5-liter V6 found in mid-aughts Chevrolet Malibus.
La paradoja del Cam-in-Cam es completa: fue tan específico para las circunstancias únicas del V10 del Viper — un motor OHV gigantesco que no podía crecer en altura, que necesitaba pasar emisiones sin sacrificar carácter, y que tenía detrás un equipo SRT con presupuesto y ambición — que ningún otro fabricante encontró justificación para replicarlo. Los motores OHV convencionales de GM, Ford y Stellantis usan faseadores simples en árbol sólido. Los motores modernos de altas prestaciones usan DOHC con VVT en ambos árboles. El Cam-in-Cam resolvió el problema de un motor de otra era con una solución de otra era.
It was the first application of independently variable exhaust valve timing on a pushrod engine, an impressive feat that's wonderfully anachronistic considering the Viper's reputation of being fast but somewhat crude.
El último Dodge Viper salió de la planta de Conner Avenue, Detroit, en agosto de 2017. Con él se fue el único motor de producción en el mundo que llevaba dos árboles de levas concéntricos trabajando en paralelo dentro del bloque. Una patente de 1908, noventa y nueve años de espera, cuatro años de desarrollo entre Chrysler, MAHLE, INA y Mechadyne, y un PACE Award al terminar. Para un sistema que nadie ha vuelto a usar.
