Motor bicilíndrico en línea
Un motor bicilíndrico en línea, también conocido como bicicleta en línea, bicicleta vertical o bicicleta en paralelo, es un motor de pistón de dos cilindros cuyos cilindros están dispuestos en línea a lo largo de un cigüeñal común.
Los motores bicilíndricos en línea se utilizan principalmente en motocicletas; otros usos incluyen automóviles, embarcaciones marinas, motos de nieve, motos de agua, vehículos todo terreno, tractores y aviones ultraligeros.
Se han utilizado varias configuraciones diferentes de cigüeñal para motores de dos cilindros en línea, siendo las más comunes 360 grados, 180 grados y 270 grados.
Terminología
El diseño de gemelos rectos también se conoce como "gemelos paralelos", "gemelos verticales" y "gemelo en línea". Algunos de estos términos originalmente tenían significados específicos relacionados con el ángulo del cigüeñal o la orientación del motor, sin embargo, a menudo también se usan indistintamente.
En el Reino Unido, el término "gemelo paralelo" se usa tradicionalmente para motores con un ángulo de cigüeñal de 360 grados, ya que los dos pistones están en la misma dirección (es decir, paralelos entre sí). "Doble vertical" se usó para describir motores con un ángulo de cigüeñal de 180 grados, lo que hace que los pistones se desplacen en direcciones opuestas. Los términos "gemelo recto" y "gemelo en línea" se utilizaron de forma más genérica para cualquier ángulo del cigüeñal.
Para motocicletas, "inline-twin" a veces se ha referido a una orientación longitudinal del motor (es decir, con el cigüeñal en línea con el chasis) o un motor en U (gemelo en tándem) donde los cilindros están dispuestos longitudinalmente en el chasis (aunque los dos cigüeñales en realidad están orientados transversalmente).
Diseño
En comparación con los motores bicilíndricos en V y los motores bicilíndricos planos, los bicilíndricos en línea son más compactos, tienen un diseño más simple y son más baratos de producir. Los motores de dos cilindros en línea pueden ser propensos a la vibración, ya sea por el intervalo de encendido irregular presente en los motores de cigüeñal de 180° o por la gran masa recíproca no contrarrestada en los motores de cigüeñal de 360°. Los gemelos en línea también sufren aún más las reacciones de par torsional y la vibración.
Ángulo del cigüeñal
Las configuraciones de cigüeñal más comunes para motores bicilíndricos en línea son 360 grados, 180 grados y 270 grados.
- 360 grados
En un motor con un cigüeñal de 360 grados, ambos pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo. Sin embargo, el intervalo de encendido se compensa entre los cilindros, con uno de los cilindros disparando durante la primera rotación del cigüeñal y luego el otro cilindro en la siguiente rotación. Esta configuración da como resultado un intervalo de encendido uniforme de 360 grados a diferencia de otras configuraciones de manivela en motores gemelos en línea. Los motores de 360 grados pueden usar un solo sistema de encendido para ambos cilindros, usando un sistema de chispa desperdiciada.
El equilibrio primario imperfecto es el de un motor monocilíndrico de masa alternativa equivalente. Los primeros motores intentaron reducir la vibración a través de contrapesos en el cigüeñal, sin embargo, los métodos posteriores también incluyeron ejes de equilibrio y una biela con peso separado. En comparación con un motor de un solo cilindro, el intervalo de encendido más frecuente (360 grados en comparación con 720 grados) da como resultado características de funcionamiento más suaves, a pesar del desequilibrio dinámico similar.
Desde la década de 1930, la mayoría de los motores británicos de cuatro tiempos y dos cilindros en línea para motocicletas usaban un cigüeñal de 360 grados, ya que esto evitaba las pulsaciones de admisión desiguales de otras configuraciones, evitando así la necesidad de carburadores gemelos. En la década de 1960, aunque las motocicletas japonesas en su mayoría cambiaron a cigüeñales de 180 grados para motores de 250 a 500 cc, varios motores más pequeños y más grandes continuaron usando un cigüeñal de 360 grados. La vibración era un problema menor para los motores más pequeños, como el Honda CB92 de 1965 y el Honda CM185 de 1979. Los motores más grandes, como el Yamaha XS 650 de 1969 y el Yamaha TX750 de 1972, a menudo usaban ejes de equilibrio para reducir la vibración. Los últimos motores Honda CB250N/CB400N de 1978-1984 también usaban un cigüeñal de 360 grados. Las motocicletas bicilíndricas en paralelo de la serie F de BMW de 2008 también usan cigüeñales de 360 grados, con un tercer eje "vestigial" biela (actuando como contrapeso) y un límite de revoluciones de 9.000 rpm para reducir las vibraciones. En 2009, Fiat lanzó los motores de automóviles gemelos en línea Multiair que utilizan un cigüeñal de 360 grados que se basaba en ejes de equilibrio para reducir las vibraciones.
- 180 grados
En un motor con un cigüeñal de 180 grados, un pistón sube mientras el otro baja. En un motor de cuatro tiempos, el intervalo de encendido es desigual, con el segundo cilindro disparando 180 grados después del primero, seguido de un espacio de 540 grados hasta que el primer cilindro dispara nuevamente. El intervalo de disparo desigual provoca vibraciones y da como resultado un 'grumoso' la entrega de energía. Un motor de 180° también requiere un sistema de encendido independiente para cada cilindro.
El equilibrio primario perfecto es posible con un motor bicilíndrico en línea de 180 grados; sin embargo, el diseño crea un par oscilante que requiere el uso de un eje de equilibrio para reducir la vibración. Un motor bicilíndrico en línea de 180 grados tiene un desequilibrio secundario (similar a un motor de cuatro cilindros en línea); sin embargo, la masa recíproca más baja significa que esto a menudo no requiere tratamiento.
Un motor con cigüeñal de 180° sufre menos pérdidas de bombeo que un motor gemelo de 360°, porque el desplazamiento del cárter permanece relativamente sin cambios a medida que se mueven los pistones.
En la década de 1960, los fabricantes japoneses de motocicletas preferían el uso de cigüeñales de 180 grados, ya que la mayor suavidad permitía mayores rpm y, por lo tanto, mayores potencias. Por ejemplo, el motor de cigüeñal de 180 grados Honda CB450 de 1966 tiene una potencia de salida similar a los motores de cigüeñal de 360 grados británicos contemporáneos, a pesar de tener una cilindrada menor de 450 cc en comparación con 650 cc. Tanto la Yamaha TX500 de 1973 como la Suzuki GS400 de 1977 tenían un cigüeñal de 180 grados y un eje de equilibrio. Desde 1993, la mayoría de los motores de motocicletas rectas de Honda utilizan cigüeñales de 180 grados.
Los motores de dos tiempos suelen utilizar un cigüeñal de 180 grados, ya que esto da como resultado dos tiempos de potencia por revolución espaciados uniformemente. La frecuencia fundamental de vibración es el doble de la de un motor monocilíndrico equivalente, sin embargo, la amplitud se reduce a la mitad. Los motores de dos tiempos que no usan un cigüeñal de 180 grados incluyen el Yankee de 1972.
- 270 grados
En un motor con un cigüeñal de 270 grados, un pistón sigue tres cuartos de rotación detrás del otro. Esto da como resultado un intervalo de disparo desigual en el que el segundo cilindro dispara 270 grados después del primero, seguido de un espacio de 450 grados hasta que el primer cilindro dispara nuevamente. Este es el mismo patrón que un motor V-twin de 90 grados, y ambas configuraciones tienen un 'pulso' sonido de escape como resultado. Los pistones en un motor bicilíndrico en línea de 270 grados nunca están estacionarios al mismo tiempo (como en un motor bicilíndrico en V de 90 grados), lo que reduce el intercambio de impulso neto entre el cigüeñal y los pistones durante una rotación completa.
Se crea un equilibrio primario imperfecto en un motor bicilíndrico en línea de 270 grados, debido a una combinación de fuerza libre y par oscilante; a menudo se utiliza un eje de equilibrio para compensar esto. El equilibrio secundario de un motor de 270 grados es perfecto, sin embargo, la configuración da como resultado una pareja oscilante desequilibrada.
Los primeros motores bicilíndricos en línea de 270 grados de producción se instalaron en la Yamaha TRX850 y la Yamaha TDM de 1996. Los ejemplos posteriores incluyen Triumph Thunderbird 2009, Norton Commando 961 2010, Honda NC700 series 2012, Yamaha MT-07 2014, Triumph Thruxton 1200 2016 y Royal Enfield Interceptor 650 & GT Continental. Esta arquitectura está demostrando ser popular entre los fabricantes, que están actualizando modelos que anteriormente estaban equipados con otros tipos de motores, como el Honda Africa Twin 2016 (anteriormente un V-twin), el Honda Hornet 2023 (anteriormente un 4 en línea) o el 2023 V- Strom 800 (el diseño anterior está equipado con un V-twin).
Cojinetes principales
Cada cilindro en un motor bicilíndrico en línea tiene un pasador de cigüeñal separado, a diferencia de los motores bicilíndricos en V que pueden usar un pasador de cigüeñal común para ambas bielas. La mayoría de los motores de motocicletas de dos cilindros en línea británicos antiguos (como Triumph, BSA, Norton y Royal Enfield) tenían dos cojinetes principales. A partir de fines de la década de 1950, la mayoría de los motores bicilíndricos en línea de Honda tenían cuatro cojinetes principales. Los motores bicilíndricos en línea posteriores tenían cuatro u ocasionalmente tres cojinetes principales.
Uso en motocicletas
Historia
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La primera motocicleta de producción en el mundo, la Hildebrand & de 1894 Wolfmüller usó un motor bicilíndrico en línea. Los cilindros estaban planos y orientados hacia adelante, con los pistones conectados directamente a la rueda trasera mediante una biela estilo locomotora. En 1903, la Werner Motocyclette se convirtió en el segundo modelo de motocicleta de producción, utilizando un motor bicilíndrico en línea con cilindros verticales. El motor Werner usa cilindros de hierro fundido con cabezas integrales, válvulas laterales y tiene una cilindrada de 500 cc.
La Triumph Speed Twin de 1938 fue una exitosa motocicleta de dos cilindros en línea que también hizo que los motores de dos cilindros en línea fueran más utilizados por otras marcas. El motor fue diseñado por Edward Turner y Val Page, y se usó inicialmente en el camión de transporte con sidecar Triumph 6/1 de 1933 (que ganó la medalla de plata de la Prueba Internacional de los Seis Días y el Trofeo Maudes de 1933). Durante el desarrollo del motor, se descubrió que un ángulo de cigüeñal de 360 grados se adaptaba mejor al uso de un solo carburador que un ángulo de cigüeñal de 180 grados.
Siguiendo la tendencia creada por Triumph Speed Twin, el diseño más común utilizado por los fabricantes de motocicletas británicos hasta mediados de la década de 1970 fue un motor bicilíndrico en línea de cuatro tiempos con un cigüeñal de 360 grados. Los fabricantes que producen estas motocicletas incluyen BSA, Norton, Triumph, Ariel, Matchless y AJS. Los motores de dos cilindros en línea también fueron producidos por fabricantes italianos y alemanes, junto con el fabricante estadounidense Indian.
En 1949, la AJS E-90 Porcupine ganó el Campeonato Mundial de Grand Prix 500 de 1949 y se convirtió en la primera y única motocicleta de dos cilindros en línea en ganar el campeonato. Este motor es uno de los pocos gemelos rectos de cuatro tiempos que usa cilindros orientados horizontalmente en lugar de verticalmente.
Desde la década de 2000, BMW y varios fabricantes japoneses han seguido produciendo motores bicilíndricos en línea, principalmente para modelos de peso medio. Varios scooters grandes también han utilizado motores de dos cilindros en línea, como el Yamaha TMAX de 2001 y el Honda Silver Wing de 2001. Los motores bicilíndricos en línea también se utilizan en las carreras de sidecar de motocross.
Modelos con motor transversal
Muchas motocicletas británicas grandes desde 1945 hasta la década de 1960 utilizaron un motor transversal de dos cilindros en línea (es decir, orientado con el cigüeñal perpendicular al bastidor), como la Triumph Bonneville y la Norton Commando. Este diseño se adapta bien a la refrigeración por aire, ya que ambos cilindros reciben el mismo flujo de aire y el escape puede salir en la ubicación bien refrigerada en la parte delantera de cada cilindro.
El diseño de dos cilindros en línea con motor transversal se reemplazó en gran medida por motores V-twin, sin embargo, el diseño de dos cilindros en línea tiene la ventaja de un empaque más fácil de los componentes auxiliares (como el filtro de aire, el carburador y los componentes de encendido), que también mejora el acceso a accesorios para mantenimiento/reparaciones. Un motor bicilíndrico en línea con un cigüeñal de 270 grados puede tener un sonido y una sensación similares a los de un motor bicilíndrico en V con un orden de encendido desigual.
Modelos con motor longitudinal
Las motocicletas de dos cilindros en línea con motor longitudinal son menos comunes; sin embargo, los ejemplos incluyen la Dresch Monobloc de 1930-1938 y la Sunbeam S7 y S8 de 1949-1956.
Esta orientación del motor permite una motocicleta tan estrecha como un motor monocilíndrico, lo que reduce la resistencia aerodinámica, especialmente para las carreras de motos. Sin embargo, la principal desventaja de los motores enfriados por aire es que el cilindro trasero se calienta más que el cilindro delantero.
Uso en automóviles
Aunque los motores de dos cilindros son bastante poco comunes en los automóviles, el diseño de dos cilindros en línea se ha utilizado para varios motores de automóviles a lo largo del tiempo.
El primer motor bicilíndrico en línea conocido fue una variante del Daimler Motors' Motor Phoenix introducido en 1895; estos motores se utilizaron en los automóviles Panhard ese año. Otro de los primeros automóviles con motor bicilíndrico en línea fue el Decauville Voiturelle de 1898, que usaba un par de cilindros tomados de un modelo de De Dion montados hacia adelante y hacia atrás y colocados debajo del asiento.
Los motores de dos cilindros en línea se han utilizado en varios automóviles pequeños, como el Fiat 500 de 1957, el Subaru 360 de 1958, el NSU Prinz de 1958, el Mitsubishi Minica de 1962, el Honda N360 de 1967, el Honda Z600 de 1970, el Fiat 126 de 1972, el VAZ Oka de 1988, Dacia Lăstun de 1988 y Daihatsu Cuore de 1980.
Los motores de dos cilindros en línea de gasolina que se utilizan actualmente en los automóviles de producción incluyen el Tata Nano y el motor Fiat TwinAir (utilizado en varios modelos de Fiat, Lancia y Alfa Romeo). Los motores diesel bicilíndricos en línea actualmente en producción incluyen el motor Piaggio Porter.
Uso en embarcaciones marinas
Los motores de dos cilindros en línea se han utilizado a menudo como motores intraborda, motores fuera de borda y motores de bomba de chorro.
A principios del siglo XX, los barcos pesqueros británicos con aparejo de cangreja, como el Morecambe Bay PrawnersLancashire Nobbys, a veces adaptaban un motor interior, como el Lister o el Kelvin E2 de 3,0 litros de gasolina y parafina.
Desde la década de 1950, los fabricantes de motores fuera de borda se habían decidido por el uso del diseño básico de motor en línea, cilindros apilados uno encima del otro con el cigüeñal impulsando el eje de la hélice. El motor saliente Suzuki 15 se introdujo en 1989.
Otros usos
Otros usos incluyen tractores (como varios modelos de John Deere hasta 1960), motos de nieve, motos acuáticas y vehículos todo terreno. Las variaciones de diseño incluyen dos tiempos, cuatro tiempos, gasolina, diésel, refrigeración por aire, refrigeración por agua, aspiración natural y turboalimentación.
Los aviones ultraligeros, los girocópteros de un solo asiento y los aviones pequeños de fabricación casera también han utilizado motores de dos cilindros en línea, a menudo con motores diseñados originalmente para motos de nieve como el Hirth 2704 y el Cuyuna 430-D. Los motores especialmente diseñados para aviones ultraligeros incluyen el Rotax 503 y el Rotax 582. Los motores gemelos rectos a veces también se utilizan en aviones controlados por radio a gran escala.
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