Motor de cuatro cilindros - Flat-four engine
Un motor de cuatro cilindros planos , también conocido como motor de cuatro cilindros opuestos horizontalmente , es un motor de pistón de cuatro cilindros con dos hileras de cilindros en lados opuestos de un cigüeñal común. El tipo más común de motor de cuatro cilindros es el motor de cuatro cilindros , cada par de cilindros opuestos se mueve hacia adentro y hacia afuera al mismo tiempo.
Un motor bóxer de cuatro cilindros tiene un equilibrio primario y secundario perfecto; sin embargo, las dos culatas de cilindros significan que el diseño es más caro de producir que un motor de cuatro cilindros en línea. Los motores Boxer-cuatro se han utilizado en automóviles desde 1897, especialmente por Volkswagen y Subaru. También se han utilizado ocasionalmente en motocicletas y con frecuencia en aviones. Cessna y Piper usan cuatro motores planos de Lycoming y Continental en los aviones civiles más comunes del mundo: el Cessna 172 y Piper Cherokee .
Diseño
La mayoría de los motores de cuatro cilindros están diseñados para que cada par de pistones opuestos se mueva hacia adentro y hacia afuera al mismo tiempo, lo que se conoce como una configuración "boxer" (algo así como los competidores de boxeo golpeando sus guantes antes de una pelea). Por lo tanto, los términos "cuatro planos" y "cuatro boxeador" se utilizan a menudo como sinónimos.
Las ventajas del diseño del boxeador de cuatro son una vibración secundaria perfecta (que da como resultado una vibración mínima), un centro de gravedad bajo y una longitud de motor corta. El diseño también se presta a un enfriamiento de aire eficiente con el flujo de aire distribuido uniformemente a través de los cuatro cilindros. En aviones, esto evita la necesidad de llevar sistemas de refrigeración por agua pesada.
Las desventajas de los motores bóxer de cuatro (en comparación con los motores de cuatro en línea) son su ancho adicional, los mayores costos asociados con tener dos culatas de cilindros en lugar de una y el largo colector de escape requerido para lograr pulsos de escape espaciados uniformemente. Debido a estos factores, los motores de cuatro en línea se usan más comúnmente que los motores de cuatro planos, y los motores V6 se usan a menudo cuando se requieren desplazamientos más grandes.
Equilibrio del motor
Las fuerzas iguales y opuestas generadas en un motor bóxer de cuatro dan como resultado un equilibrio secundario perfecto (a diferencia de las fuerzas verticales desequilibradas producidas por los motores de cuatro en línea). Por lo tanto, los motores Boxer-cuatro se adaptan mejor a desplazamientos superiores a 2,0 L (122 pulgadas cúbicas), ya que no requieren ejes de equilibrio para reducir la vibración secundaria.
En la práctica, cada cilindro de un motor bóxer está ligeramente desplazado de su par opuesto debido a la distancia entre las muñequillas a lo largo del cigüeñal. Esta distancia de desplazamiento significa que las fuerzas iguales y opuestas de cada par de cilindros producen un par oscilante . La vibración resultante no suele ser lo suficientemente alta como para requerir ejes de equilibrio.
Como en todos los motores de cuatro tiempos con cuatro cilindros o menos, la falta de superposición en las carreras de potencia da como resultado una entrega pulsante de par al volante , lo que provoca una vibración torsional a lo largo del eje del cigüeñal. Si es necesario, esta vibración se puede minimizar utilizando un amortiguador armónico .
Colector de escape
El orden de encendido típico para un motor boxer-cuatro es que el banco de cilindros izquierdo se encienda uno tras otro, seguido por el banco de cilindros derecho (o viceversa), con el intervalo de encendido uniformemente espaciado a 180 grados. Tradicionalmente, los escapes de los dos cilindros en cada banco se fusionaban, con los pulsos de escape desiguales resultantes que causaban un sonido característico de escape de "cuatro burbujas".
La otra configuración de escape común (como la utilizada por Subaru desde mediados de la década de 2000) es emparejar los cilindros con un intervalo de disparo de 360 grados, con el fin de optimizar los pulsos de escape . Esta configuración requiere colectores de escape largos para emparejar los cilindros en bancos opuestos y da como resultado un sonido de escape menos distintivo.
Uso en automóviles
1900-1935
En 1900, el primer motor de cuatro cilindros fue producido por Benz & Cie , basado en el motor de dos cilindros plano "contra" de 1897 de Benz. Este motor se usó en autos de carreras Benz, produjo 20 hp (15 kW), tenía una cilindrada de 5.4 L (330 cu in) y fue diseñado por Georg Diehl.
La compañía londinense Wilson-Pilcher lanzó su primer automóvil en 1901, que funcionaba con un motor de cuatro cilindros. Este motor estaba montado longitudinalmente en el chasis, refrigerado por agua, producía 9 hp (7 kW) y tenía una cilindrada de 2,4 L (146 pulgadas cúbicas). Inusualmente para su época, el diámetro y la carrera eran iguales, siendo cada uno de 95 mm (3,7 pulgadas).
En 1902, el automóvil Buffum estaba equipado con motores de cuatro cilindros opuestos que tenían una potencia de 16 caballos de fuerza. Herbert H. Buffum produjo un automóvil estadounidense llamado Buffum en Abington, Massachusetts de 1903 a 1907.
Habiendo producido previamente motores de dos cilindros planos, el Tatra 30 de 1926 fue el primer modelo de la compañía checa propulsado por un motor de cuatro cilindros. Tatra produjo varios modelos de cuatro motores planos durante las décadas de 1920 y 1930.
1936-1999
El Tatra T97 de 1936 fue pionero en el diseño de chasis de columna vertebral de cuatro cilindros planos refrigerado por aire (más tarde utilizado por el Volkswagen Beetle), y al mismo tiempo, aunque no relacionado, llegó el Steyr 50 de Austria, luciendo un boxer delantero 4 motor con tracción trasera. También en 1936, la empresa inglesa Jowett amplió su gama de modelos de motores bicilíndricos planos para incluir también motores de cuatro cilindros planos. La producción de motores Jowett de cuatro cilindros planos continuó hasta 1954, cuando la berlina Jowett Javelin y los modelos deportivos Jowett Jupiter terminaron la producción.
El motor de cuatro cilindros más largo de producción es el motor Volkswagen enfriado por aire , que se fabricó desde 1938 hasta 2006 y se usó más famoso en el Volkswagen Beetle de 1938-2006 con motor trasero y el Volkswagen Transporter de 1950-1990 . Este motor refrigerado por aire fue diseñado por Porsche y también se usó en el Porsche 356 de 1948-1965 , el Porsche 550 de 1953-1956 , el Porsche 912 de 1965-1969 y el Porsche 914 de 1969-1976 . En 1982, para cumplir con las regulaciones de emisiones de escape, se introdujo en el Volkswagen Transporter (T3) una versión refrigerada por agua llamada Volkswagen Wasserboxer .
Durante las décadas de 1960 y 1970, varios fabricantes produjeron motores de cuatro cilindros planos, incluido el motor de cuatro cilindros plano Citroën refrigerado por aire , el motor de cuatro cilindros plano Alfa Romeo refrigerado por agua, el motor plano de cuatro cilindros Lancia refrigerado por agua y el Subaru refrigerado por agua. Motor EA .
Dos motores importantes diseñados durante este período, pero que nunca vieron la luz en la producción en serie, fueron el motor de válvulas laterales Morris 800cc de Alec Issigonis en 1947 destinado originalmente al Morris Minor, y el motor Ferguson 2.2 litros SOHC de Claude Hill en 1966. como parte del proyecto de investigación del vehículo R5.
2000-presente
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Para el año 2000, la mayoría de los fabricantes habían reemplazado los motores de cuatro cilindros planos con motores de cuatro cilindros en línea. Una excepción notable es Subaru, con la última versión de su motor de cuatro cilindros planos, el motor Subaru EJ refrigerado por agua está disponible en forma turbocargada en el sedán deportivo Subaru WRX y su homólogo World Rally Car . La adopción de la tracción en las cuatro ruedas por parte de Subaru fue un factor en la retención del motor de cuatro ruedas , ya que la longitud más corta de este motor ayuda a encajar los componentes de la tracción en las cuatro ruedas en el chasis. Aunque es más caro que un motor de cuatro en línea, el motor de cuatro ruedas le permite a Subaru construir un vehículo con tracción en las cuatro ruedas a un pequeño costo adicional que con la tracción en dos ruedas.
En 2012, se utilizó una versión de aspiración natural del motor Subaru FA en el cupé deportivo de tracción trasera Toyota 86 (también llamado "Subaru BRZ" y "Scion FR-S"). Este motor es refrigerado por agua, tiene inyección directa de gasolina , produce 147 kW (197 hp) y tiene una cilindrada de 2.0 L (122 cu in)
Los autos deportivos de motor central Porsche Boxster / Cayman (982) 2016 se redujeron de un motor de seis cilindros con aspiración natural a un motor de cuatro cilindros con turbocompresor, el primer cuatro con cuatro cilindros de Porsche desde mediados de la década de 1970. Este motor se produce en cilindradas de 2.0 a 2.5 L (122 a 153 pulgadas cúbicas) y produce hasta 365 hp (272 kW). Varios críticos criticaron al Boxster / Cayman por un sonido de motor poco inspirador.
Uso en motocicletas
La mayoría de las motocicletas con motores de cuatro cilindros utilizan un diseño de motor de cuatro cilindros en línea , sin embargo, se han utilizado varios motores de cuatro cilindros en las motocicletas con transmisión por eje :
- 1938-1939 Zündapp K800 (refrigerado por aire)
- 1974-1987 Honda Gold Wing (refrigerado por líquido)
- 1955-1956 Wooler 500cc (refrigerado por aire)
- 1981-1982 BFG 1300 (en francés) , que utiliza el motor de cuatro cilindros plano Citroën refrigerado por aire . Se construyeron aproximadamente 450, de los cuales una cuarta parte fue comprada por la policía francesa.
Uso en aviones
Los aviones ligeros suelen utilizar motores de cuatro cilindros planos con cilindradas de hasta 6,4 L (390 pulgadas cúbicas) de fabricantes como Lycoming Engines , Continental Motors y Franklin Engine Company .
Para las aeronaves controladas por radio , compañías como OS Engines producen motores de cuatro cilindros planos con cilindradas de 40 a 50 cc (2,4 a 3,1 pulgadas cúbicas) .