Motor de cuatro cilindros en línea

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Imagen generada por ordenador que muestra las principales partes internas en movimiento de un motor cuatro en línea con transmisión por correa, doble árbol de levas y cuatro válvulas por cilindro.
Reihenmotor Vier Zylinder 1-2-4-3.gif

Un motor de cuatro cilindros en línea es una configuración de las más utilizadas de motor de combustión interna en la que cuatro cilindros están dispuestos en una sola fila. Puede ser montado longitudinalmente o transversalmente, con cilindros y pistones verticales, o incluso parcialmente inclinado o en posición horizontal. Hoy es la configuración de motor utilizada en la mayoría de los automóviles de hasta 2,5 litros de cilindrada. El límite «práctico» para los motores de cuatro cilindros de cuatro tiempos es de alrededor de 2,5 litros. Sin embargo, a pesar de que existen motores de ciclo Otto cuyo límite es el mencionado, existen casos de motores de ciclo diésel cuya cilindrada llega o hasta sobrepasa los 3,0 litros. Una variante desarrollada en el siglo XXI fue el motor de cinco cilindros en línea de 2,5 litros, que en este caso, posee una distribución y desempeño equivalente a un motor 2,0 litros de cuatro cilindros en línea. Este motor comenzó a ser empleado por firmas como Honda, Volkswagen o Mercedes-Benz entre otras.

Balanceo y Suavidad de funcionamiento[editar]

En el motor de cuatro cilindros, para cada pistón existe una detonación cada 720° de giro del cigüeñal (2 vueltas). Debido a ello, los muñones de las bielas están dispuestos 720 ° / 4 = 180 °, así que 2 de los pistones están exactamente en la misma posición y se mueven en la misma dirección, mientras que los 2 pistones restantes son también un par. Para evitar la vibración de extremo a extremo que se experimenta en los motores de 3 cilindros, los fabricantes de automóviles siempre disponen los pistones en forma simétrica. En otras palabras, el pistón 1 y 4 son un par, mientras que el pistón 2 y 3 forman otro par. Por lo tanto, el movimiento del pistón 1 está siempre equilibrado por el pistón simétrico 4. Lo mismo ocurre con el pistón 2 y 3.

Eso es sólo la vibración de extremo a extremo con respecto al centro del motor. ¿Qué pasa con la resultante vibración ascendente / descendente? Parece que el movimiento del pistón 1 es contrabalanceado por el pistón 2, mientras que el pistón 3 compensa el pistón 4. Sin embargo, esta observación es sólo superficial, y cubre sólo el equilibrio de la fuerza de primer orden. La fuerza de segundo orden es normalmente mucho menor que la fuerza de primer orden, y está girando al doble de la frecuencia de la fuerza de primer orden. Sin embargo, la configuración de 4 en línea en realidad multiplica la magnitud de la fuerza de segundo orden por lo que es difícil ser ignorado, especialmente para los motores más grandes.

Como se ve, no importa a qué ángulo del cigüeñal, el motor boxer tiene el par de pistones siempre en posiciones opuestas, direcciones y velocidades, por lo que todas las fuerzas pueden ser equilibradas. (Si no fuera por razones de tamaño y costo, los motores boxer habrían sido la mejor opción). En contraste, en un motor de cuatro cilindros en línea, si gira el cigüeñal por un cierto ángulo, el pistón cerca del extremo superior desplazará por la distancia (b), Mientras que otro pistón cerca del fondo desplazará la distancia (a). Tenga en cuenta que (b) es mayor que (a). Además, cuanto más largo es el tiro de manivela, por lo tanto el recorrido del cilindro, mayor es la diferencia. Como la fuerza vertical es el producto del desplazamiento y la masa del pistón y dividida por el tiempo que se tarda en tal desplazamiento, se puede ver que los diferentes desplazamientos deben conducir a diferentes fuerzas, por lo que la cancelación completa es imposible. La fuerza resultante es la fuerza de segundo orden antes mencionada, que gira al doble de la velocidad del cigüeñal.

Por lo tanto, cuanto mayor la carrera, o más pesados son los pistones y las bielas, más vibración de segundo orden genera. Desafortunadamente, los fabricantes de automóviles favorecen esta configuración por sus ventajas de bajo costo y tamaño compacto. Desde la década de 1980, los ingenieros de automóviles consideraban que los motores de 4 cilindros de más de 2 litros de capacidad tenían que estar equipados con ejes de equilibrio doble para cancelar la vibración. Aunque el fortalecimiento del block motor, el uso de soportes de motor hidráulicos y pistones ligeros ayudó a romper tales reglas, la tendencia de refinamiento de búsqueda de nuevo impulsó a muchos motores de más de 2 litros para utilizar ejes equilibradores.

El eje equilibrador fue inventado por el Dr. Frederick Lanchester en el siglo 20. Mitsubishi obtuvo la patente y la puso en producción en masa en el Colt Celeste 2000 de 1976, luego el grupo Fiat la usó en su serie de motores Lambda, incluyendo el 1.6 litros en el Lancia Delta HF turbo y el turbo de 2.0 litros en Fiat Croma y Lancia Thema. Mientras tanto, Saab 9000 y Porsche 944 también lo introdujo en sus motores 4 en línea. Todos estos fabricantes de automóviles obtuvieron licencias de Mitsubishi.

Véase también[editar]