Motor de cuatro cilindros en línea

Diagrama de un motor DOHC recto-cuatro

1989-2006 Ford I4 DOHC motor con la cabeza del cilindro

2006-2009 Motor diesel Nissan M9R

Un motor de cuatro cilindros en línea (también llamado cuatro cilindros en línea) es un motor de pistón de cuatro cilindros en el que los cilindros están dispuestos en línea a lo largo de un cigüeñal común.

La mayoría de los motores automotrices de cuatro cilindros usan un diseño de cuatro cilindros en línea (con la excepción de los motores de cuatro cilindros planos producidos por Subaru y Porsche) y el diseño también es muy común en motocicletas y otra maquinaria. Por lo tanto, el término "motor de cuatro cilindros" suele ser sinónimo de motores de cuatro cilindros en línea. Cuando un motor de cuatro cilindros en línea se instala en un ángulo inclinado (en lugar de con los cilindros orientados verticalmente), a veces se le llama cuatro inclinados.

Entre 2005 y 2008, la proporción de vehículos nuevos vendidos en Estados Unidos con motores de cuatro cilindros aumentó del 30 % al 47 %. Para el año modelo 2020, la participación de los vehículos ligeros había aumentado al 59 %.

Diseño

Un motor de cuatro tiempos y cuatro cilindros en línea siempre tiene un cilindro en su carrera de potencia, a diferencia de los motores con menos cilindros en los que no se produce una carrera de potencia en determinados momentos. En comparación con un motor V4 o un motor de cuatro cilindros, un motor de cuatro cilindros en línea solo tiene una culata, lo que reduce la complejidad y el costo de producción.

Desplazamiento

Los motores de gasolina de cuatro cilindros en línea que se utilizan en los automóviles de producción modernos suelen tener una cilindrada de 1,3 a 2,5 L (79 a 153 pulgadas cúbicas), pero en el pasado se han utilizado motores más grandes, por ejemplo, el Bentley de 4½ litros de 1927-1931.

Los motores diésel se han producido en cilindradas más grandes, como un motor Mitsubishi turboalimentado de 3,2 L (usado en el SUV Pajero/Shogun/Montero) y un motor Toyota de 3,0 L. Los camiones europeos y asiáticos con un peso bruto vehicular de entre 7,5 y 18 toneladas suelen utilizar motores diésel de cuatro cilindros en línea con cilindradas de unos 5 litros. Los desplazamientos más grandes se encuentran en locomotoras, motores marinos y estacionarios.

El desplazamiento también puede ser muy pequeño, como ocurre en los coches kei que se venden en Japón. Varios de estos motores tenían cuatro cilindros en un momento en que la normativa dictaba una cilindrada máxima de 550 cc; el tamaño máximo es actualmente de 660 cc.

Saldo primario y secundario

Los motores de cuatro cilindros en línea con la configuración de cigüeñal preferida tienen un equilibrio primario perfecto. Esto se debe a que los pistones se mueven en pares, y un par de pistones siempre se mueve hacia arriba al mismo tiempo que el otro par se mueve hacia abajo.

Sin embargo, los motores de cuatro cilindros en línea tienen un desequilibrio secundario. Esto se debe a que la aceleración/desaceleración de los pistones durante la mitad superior de la rotación del cigüeñal es mayor que la de los pistones en la mitad inferior de la rotación del cigüeñal (porque las bielas no son infinitamente largas). Como resultado, dos pistones siempre aceleran más rápido en una dirección, mientras que los otros dos aceleran más lentamente en la otra dirección, lo que conduce a un desequilibrio dinámico secundario que provoca una vibración hacia arriba y hacia abajo al doble de la velocidad del cigüeñal. Este desequilibrio es común entre todos los motores de pistón, pero el efecto es particularmente fuerte en los cuatro en línea debido a que los dos pistones siempre se mueven juntos.

La fuerza de este desequilibrio está determinada por la masa recíproca, la relación entre la longitud de la biela y la carrera y la velocidad máxima del pistón. Por lo tanto, los motores de pequeña cilindrada con pistones ligeros muestran poco efecto y los motores de carrera usan bielas largas. Sin embargo, el efecto crece cuadráticamente con la velocidad del motor (rpm).

Pulsaciones en la entrega de potencia

Animación de un motor Inline-four

Los motores de cuatro tiempos con cinco o más cilindros pueden tener al menos un cilindro realizando su carrera de potencia en un momento dado. Sin embargo, los motores de cuatro cilindros tienen lagunas en la entrega de potencia, ya que cada cilindro completa su carrera de potencia antes de que el siguiente pistón inicie una nueva carrera de potencia. Esta entrega pulsante de potencia genera más vibraciones que los motores con más de cuatro cilindros.

Uso de ejes de equilibrio

A veces se usa un sistema de eje de equilibrio para reducir las vibraciones creadas por un motor de cuatro cilindros en línea, con mayor frecuencia en motores con cilindradas más grandes. El sistema de eje de equilibrio se inventó en 1911 y consta de dos ejes que llevan pesos excéntricos idénticos que giran en direcciones opuestas al doble de la velocidad del cigüeñal. Este sistema fue patentado por Mitsubishi Motors en la década de 1970 y desde entonces ha sido utilizado bajo licencia por varias otras empresas.

Sin embargo, no todos los motores de cuatro cilindros en línea de gran cilindrada han utilizado ejes de equilibrio. Los ejemplos de motores relativamente grandes sin ejes de equilibrio incluyen el motor Citroën DS de 2,4 litros, el motor Austin-Healey 100 de 2,6 litros, el motor Ford Model A (1927) de 3,3 L y el motor GM Iron Duke de 2,5 L. Los motores soviéticos/rusos GAZ Volga y UAZ con cilindradas de hasta 2,9 litros se produjeron sin ejes de equilibrio desde la década de 1950 hasta la década de 1990; sin embargo, estos eran motores de revoluciones relativamente bajas, lo que reduce la necesidad de un sistema de eje de equilibrio.

Uso en automóviles de producción

1908-1941 Modelo Ford Motor T

1970 Alfa Romeo Motor Twin Cam

La mayoría de los motores modernos de cuatro cilindros en línea que se usan en los automóviles tienen una cilindrada de 1,5 a 2,5 L (92 a 153 pulgadas cúbicas). El motor automotriz de cuatro cilindros en línea más pequeño se usó en la camioneta Honda T360 kei de 1963-1967 y tiene una cilindrada de 356 cc (21,7 pulgadas cúbicas), mientras que el motor de cuatro cilindros en línea más grande producido en masa es el diesel Mitsubishi 4M41 de 1999-2019 motor que se utilizó en el Mitsubishi Pajero y tiene una cilindrada de 3,2 L (195 cu in).

Los principales motores de automóviles de cuatro cilindros en línea incluyen:

• 1954–1994 Alfa Romeo Motor Twin Cam: uno de los primeros motores de doble cámara producidos en masa. En 1990, se convirtió en el primer motor de producción con el tiempo de válvula variable.
• 1908-1941 Modelo Ford Motor T: uno de los motores más producidos del mundo.
• 1951–2000 BMC Motor A-Series: el primer motor que se utiliza en un coche de tracción delantera de tracción de producciones masivas.
• 1966–2000 Fiat Twin Cam motor: uno de los primeros motores de doble cámara producidos en masa, producidos a partir de 1959.
• 1968-1981 Triumph Slant-4 motor: un motor multivalvulo temprano que formó la base de los primeros motores turbocargados de Saab.
• 2000 a 2009 Honda Motor F20C: produjo la mayor salida específica para un motor naturalmente aspirado de su tiempo.

Uso en coches de carreras

1980 BMW M12/13 Formula Un motor

Muchos de los primeros autos de carreras usaban motores de cuatro cilindros en línea, sin embargo, el motor Peugeot que ganó las 500 Millas de Indianápolis de 1913 fue un motor muy influyente. Diseñado por Ernest Henry, este motor tenía doble árbol de levas en cabeza (DOHC) con cuatro válvulas por cilindro, un diseño que se convertiría en el estándar hasta el día de hoy para los motores de carreras de cuatro cilindros en línea.

Entre los motores inspirados en el diseño de Peugeot se encontraba el motor Miller, que fue un exitoso motor de carreras durante la década de 1920 y principios de la de 1930. El motor Miller evolucionó hasta convertirse en el motor Offenhauser, que tuvo un gran éxito desde 1933 hasta 1981, incluidas cinco victorias consecutivas en las 500 Millas de Indianápolis desde 1971 hasta 1976.

Muchos autos producidos para la categoría de automovilismo voiturette Grand Prix anterior a la Segunda Guerra Mundial usaban diseños de motores de cuatro cilindros en línea. Los motores sobrealimentados de 1,5 L llegaron a coches como el Maserati 4CL y varios modelos de English Racing Automobiles (ERA). Estos resucitaron después de la guerra y formaron la base de lo que más tarde se convertiría en la Fórmula Uno, aunque los Alfettas sobrealimentados de ocho cilindros en línea dominarían los primeros años de la F1.

Otro motor que desempeñó un papel importante en la historia de las carreras es el motor Ferrari de cuatro cilindros en línea diseñado por Aurelio Lampredi. Este motor se diseñó originalmente como un motor de Fórmula 2 de 2 L para el Ferrari 500, pero evolucionó a 2,5 L para competir en la Fórmula Uno en el Ferrari 625. Para las carreras de autos deportivos, la capacidad se incrementó hasta 3,4 L para el Ferrari 860 Monza.

El motor de cuatro cilindros en línea Coventry Climax también fue un motor de carreras muy exitoso, que comenzó su vida como un motor de Fórmula 2 de 1.5 litros. Ampliado a 2,0 litros para la Fórmula Uno en 1958, evolucionó hasta convertirse en el gran FPF de 2495 cc que ganó el campeonato de Fórmula Uno con el chasis de Cooper en 1959 y 1960.

En la Fórmula 1, la década de 1980 estuvo dominada por los coches turboalimentados de 1500 cc. El motor BMW M12/13 se destacó en la época por sus altas presiones de sobrealimentación y rendimiento. El bloque de hierro fundido se basó en un bloque de automóvil de carretera estándar y impulsó los autos de F1 de Brabham, Arrows y Benetton y ganó el campeonato mundial en 1983. Se dijo que la versión de 1986 del motor producía alrededor de 1300 hp (969 kW) en la calificación. recortar.

Uso en motocicletas

1970 Honda CB750 motor

El fabricante de armas belga FN Herstal, que fabricaba motocicletas desde 1901, comenzó a producir las primeras motocicletas con cuatro cilindros en línea en 1905. La FN Four tenía el motor montado en posición vertical con el cigüeñal longitudinal. Otros fabricantes que utilizaron este diseño incluyeron a Pierce, Henderson, Ace, Cleveland e Indian en los Estados Unidos, Nimbus en Dinamarca, Windhoff en Alemania y Wilkinson en el Reino Unido.

La primera motocicleta de 4 cilindros transversales fue la Gilera 500 Rondine de carreras de 1939, también tenía árboles de levas dobles en cabeza, sobrealimentador de inducción forzada y refrigeración líquida. Los modernos motores de cuatro cilindros en línea se hicieron populares por primera vez con el SOHC CB750 de Honda presentado en 1969, y otros lo siguieron en la década de 1970. Desde entonces, el cuatro en línea se ha convertido en una de las configuraciones de motor más comunes en las motos de calle. Fuera de la categoría de crucero, el cuatro en línea es la configuración más común debido a su relación rendimiento-costo relativamente alta. Todos los principales fabricantes japoneses de motocicletas ofrecen motocicletas con motores de cuatro cilindros en línea, al igual que MV Agusta y BMW. Las primeras motocicletas BMW de cuatro cilindros en línea estaban montadas horizontalmente a lo largo del bastidor, pero todas las motocicletas BMW actuales de cuatro cilindros tienen motores transversales. La compañía moderna Triumph ha ofrecido motocicletas de cuatro motores en línea, aunque se descontinuaron a favor de las triples.

La Yamaha R1 de 2009 tiene un motor de cuatro cilindros en línea que no dispara a intervalos uniformes de 180°. En su lugar, utiliza un cigüeñal de plano cruzado que evita que los pistones alcancen simultáneamente el punto muerto superior. Esto da como resultado un mejor balance secundario, que es particularmente beneficioso en el rango de rpm más alto, y un 'orden de encendido de gran explosión'. La teoría dice que la entrega irregular de torque al neumático trasero hace que el deslizamiento en las curvas a velocidades de carrera sea más fácil de controlar.

Los equipos Suzuki (desde 2015) y Yamaha (desde 2002) también utilizan motores de cuatro cilindros en línea en MotoGP. En 2010, cuando se introdujo la clase Moto2 de cuatro tiempos, los motores de la clase eran un motor de cuatro cilindros en línea de 600 cc (36,6 cu in) fabricado por Honda basado en la CBR600RR con una potencia máxima de 110 kW (150 hp). A partir de 2019, los motores fueron reemplazados por un motor triple Triumph de 765 cc (46,7 pulgadas cúbicas).