Motor de cuatro cilindros
Un motor de cuatro cilindros, también conocido como motor de cuatro cilindros opuestos horizontalmente, es un motor de pistón de cuatro cilindros con dos bancos de cilindros ubicados 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 pistones 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 significan que el diseño es más costoso de producir que un motor de cuatro cilindros en línea. Hay un pulso de par rotacional desequilibrado secundario menor en el plano de los pistones, cuando un par de pistones en un extremo del motor está en TDC y el otro par en BDC. El par TDC crea un par mayor que el par BDC, por lo que el pulso de par desequilibrado neto es la diferencia. La diferencia entre las fuerzas de inercia de TDC y BDC se explica en la sección Equilibrio del motor. Los motores Boxer-four 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 motores de cuatro cilindros planos de Lycoming y Continental en los aviones civiles más comunes del mundo: el Cessna 172 y Piper Cherokee, mientras que muchos aviones ultraligeros y LSA usan versiones del Rotax 912.
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 "boxer" configuración (algo así como los competidores de boxeo golpeando sus guantes antes de una pelea). Por lo tanto, los términos "flat-four" y "boxeador cuatro" a menudo se utilizan como sinónimos.
Las ventajas del diseño boxer-four son la 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 una refrigeración por aire eficiente con el flujo de aire distribuido uniformemente entre los cuatro cilindros. En los aviones, esto evita la necesidad de llevar sistemas de refrigeración por agua pesada.
Las desventajas de los motores bóxer de cuatro cilindros (en comparación con los motores de cuatro cilindros en línea) son su ancho adicional, los mayores costos asociados con tener dos culatas de cilindros en lugar de una y el largo múltiple de escape requerido para lograr pulsos de escape espaciados uniformemente. Debido a estos factores, los motores de cuatro cilindros en línea se usan con más frecuencia que los motores de cuatro cilindros planos, y los motores V6 se usan a menudo cuando se requieren cilindradas más grandes.
Equilibrio del motor
Las fuerzas iguales y opuestas generadas en un motor de cuatro cilindros dan como resultado un equilibrio secundario perfecto (a diferencia de las fuerzas verticales desequilibradas producidas por los motores de cuatro cilindros en línea). Por lo tanto, los motores Boxer-four se adaptan mejor a cilindradas superiores a 2,0 L (122 cu in), 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.
Al igual que 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 de par pulsante 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 bóxer de cuatro es que el banco izquierdo de cilindros se encienda uno tras otro, seguido por el banco derecho de cilindros (o viceversa), con el intervalo de encendido espaciado uniformemente 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 característico "burbujeo de cuatro cilindros" sonido de escape.
La otra configuración de escape común (como la que usa Subaru desde mediados de la década de 2000) es emparejar los cilindros con un intervalo de encendido compensado de 360 grados, para 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, Benz & Cie, basada en la "contra" de Benz de 1897. motor bicilíndrico plano. Este motor se utilizó en los coches de carreras Benz, producía 20 hp (15 kW), tenía una cilindrada de 5,4 L (330 cu in) y fue diseñado por Georg Diehl.
La empresa londinense Wilson-Pilcher lanzó su primer automóvil en 1901, que estaba propulsado por 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 cu in). Inusualmente para su época, el diámetro y la carrera eran iguales, cada uno de 95 mm (3,7 in).
En 1902, el automóvil Buffum estaba equipado con motores de cuatro cilindros opuestos que tenían una potencia nominal 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 bicilíndricos, el Tatra 30 de 1926 fue el primer modelo de la empresa checa propulsado por un motor de cuatro cilindros. Tatra produjo varios modelos con motor de cuatro cilindros durante las décadas de 1920 y 1930.
1936–1999
El Tatra T97 de 1936 fue pionero en el diseño de chasis principal de cuatro cilindros planos refrigerado por aire con motor trasero (luego utilizado por el Volkswagen Beetle) y, al mismo tiempo, aunque no relacionado, llegó el Steyr 50 de Austria, luciendo un Motor boxer 4 delantero con tracción trasera. También en 1936, la empresa inglesa Jowett amplió su gama de modelos de motores de dos cilindros para incluir también motores de cuatro cilindros. La producción de motores de cuatro cilindros planos Jowett continuó hasta 1954, cuando la berlina Jowett Javelin y los modelos deportivos Jowett Jupiter terminaron la producción.
El motor bóxer de cuatro cilindros que se fabricó durante más tiempo es el motor refrigerado por aire de Volkswagen, que se fabricó entre 1938 y 2006 y se utilizó sobre todo en el Volkswagen Beetle de 1938-2003 con motor trasero y en el Volkswagen Transporter de 1950-2005. Este motor enfriado 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, un agua -Se introdujo una versión refrigerada llamada Volkswagen Wasserboxer en el Volkswagen Transporter (T3)
Durante las décadas de 1960 y 1970, varios fabricantes produjeron motores de cuatro cilindros, incluido el motor de cuatro cilindros de Citroën refrigerado por aire, el motor de cuatro cilindros de Alfa Romeo enfriado por agua, el motor de cuatro cilindros de Lancia enfriado por agua y el motor de cuatro cilindros de agua -Motor Subaru EA refrigerado.
Dos motores importantes diseñados durante este período, pero que nunca vieron la luz del día en la producción en serie, fueron el motor de válvula lateral Morris de 800 cc de Alec Issigonis en 1947 destinado originalmente para el Morris Minor, y el motor SOHC Ferguson de 2,2 litros 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 por motores de cuatro cilindros en línea. Una excepción notable es Subaru, con el motor Subaru EJ refrigerado por agua disponible en forma turbocargada en el sedán deportivo Subaru WRX y su contraparte World Rally Car. La adopción de Subaru de la tracción en las cuatro ruedas fue un factor en la retención del motor de cuatro cilindros, 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 cilindros en línea, el motor de cuatro cilindros planos le permite a Subaru construir un vehículo con tracción en las cuatro ruedas con un pequeño costo adicional en comparación con la tracción en dos ruedas.
En 2012, se utilizó una versión de aspiración natural del motor Subaru FA en la rueda trasera del Toyota 86 (también llamado "Subaru BRZ" y "Scion FR-S") Conducir cupé deportivo. Este motor está 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 con motor central Porsche Boxster/Cayman (982) de 2016 se redujeron de un motor de seis cilindros y aspiración natural a un motor de cuatro cilindros turbocargado, el primer 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 aburrido.
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 motores planos en motocicletas con transmisión por eje:
- 1938–1939 Zündapp K800 (enfriado por aire)
- 1974-1987 Honda Ala de oro (enfriado por líquido)
- 1955-1956 Wooler 500cc (enfriado por aire)
- 1981–1982 BFG 1300 (en francés), usando el motor Citroën de cuatro coches refrigerado por aire. Aproximadamente 450 fueron construidos, con una cuarta parte de ellos comprados por la policía francesa.
Uso en aviones
Los aviones ligeros suelen utilizar motores de cuatro cilindros con cilindradas de hasta 6,4 L (390 cu in) de fabricantes como Lycoming Engines, Continental Motors y Franklin Engine Company.
Para los aviones controlados por radio, empresas como O.S. Motores.