Un motor de cuatro cilindros horizontales opuestos , también conocido como motor de cuatro cilindros horizontales opuestos o motor bóxer , [1] es un motor de pistones 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 horizontales es el motor bóxer de cuatro cilindros , en el que cada par de pistones opuestos se mueve hacia adentro y hacia afuera al mismo tiempo.
Un motor boxer de cuatro cilindros tiene un equilibrio primario y secundario perfecto, sin embargo, las dos cabezas de cilindro significan que el diseño es más caro 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 PMS y el otro par en PMI. El par de PMS crea un par mayor que el par PMI, por lo que el pulso de par desequilibrado neto es la diferencia. La diferencia en las fuerzas de inercia de PMS vs PMI se explica en la sección Equilibrio del motor . Los motores boxer de cuatro cilindros 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 utilizan motores de cuatro cilindros planos de Lycoming y Continental en los aviones civiles más comunes del mundo: el Cessna 172 y el Piper Cherokee , mientras que muchos aviones ultraligeros y LSA utilizan versiones del Rotax 912 .
En un motor bóxer de cuatro cilindros, cada par de pistones opuestos se mueve sucesivamente hacia dentro y hacia fuera juntos. Las ventajas de la disposición bóxer de cuatro cilindros son una vibración secundaria perfecta (que da como resultado una vibración mínima), un centro de gravedad bajo y una longitud de motor corta. Los motores bóxer de cuatro cilindros han utilizado con éxito la refrigeración por aire , aunque los motores refrigerados por aire son más ruidosos y tienen una potencia de salida menor que un motor equivalente con refrigeración líquida . En los aviones ligeros, donde la ligereza es de importancia primordial, la refrigeración por aire ha sido tradicionalmente común. [2]
Las desventajas de los motores boxer de cuatro cilindros (en comparación con los motores de cuatro cilindros en línea) son su mayor ancho, los mayores costos asociados con tener dos culatas en lugar de una y el colector de escape largo necesario para lograr pulsos de escape espaciados de manera uniforme. [3] Debido a estos factores, los motores de cuatro cilindros en línea son más comunes en los automóviles que los motores de cuatro cilindros planos, y los motores V6 a menudo se utilizan donde se requieren mayores cilindradas. [4]
Las fuerzas iguales y opuestas generadas en un motor boxer 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 de cuatro cilindros son más adecuados para cilindradas superiores a 2,0 L (122 pulgadas cúbicas), ya que no requieren ejes de equilibrio para reducir la vibración secundaria.
En un motor boxer, cada cilindro está ligeramente desplazado de su par opuesto debido a la distancia entre los muñones del cigüeñal . Este desplazamiento da lugar a un par de oscilaciones leves , [5] : 27 pero cualquier vibración resultante normalmente es insuficiente para requerir ejes de equilibrio.
Al igual que con todos los motores de cuatro tiempos de cuatro cilindros o menos, la falta de superposición en las carreras de potencia da como resultado una entrega pulsante de torque al volante , lo que causa una vibración torsional a lo largo del eje del cigüeñal. [6] Dicha vibración, si es excesiva, se puede minimizar utilizando un amortiguador armónico .
El orden de encendido típico de un motor boxer de cuatro cilindros es que la fila izquierda de cilindros se encienda una tras otra, seguida por la fila derecha de cilindros (o viceversa), con un intervalo de encendido uniforme de 180 grados. Tradicionalmente, los escapes de los dos cilindros de cada fila se fusionaban, y los pulsos de escape desiguales resultantes causaban un sonido de escape característico de "burbujeo de cuatro cilindros planos".
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 encendido desfasado de 360 grados, para optimizar los pulsos de escape . [7] [8] [9] Esta configuración requiere colectores de escape largos, para emparejar los cilindros en bancos opuestos, y da como resultado un sonido de escape menos distintivo.
En 1900, Benz & Cie produjo el primer motor de cuatro cilindros planos , basado en el motor bicilíndrico plano "contra" de Benz de 1897. [ cita requerida ] Este motor se utilizó en los coches de carreras Benz, producía 20 CV (15 kW), tenía una cilindrada de 5,4 L (330 pulgadas cúbicas) y fue diseñado por Georg Diehl.
En 1901, la empresa londinense Wilson-Pilcher presentó su primer automóvil, que estaba propulsado por un motor bóxer de cuatro cilindros. Este motor estaba montado longitudinalmente en el chasis, refrigerado por agua, producía 9 CV (7 kW) y tenía una cilindrada de 2,4 L (146 pulgadas cúbicas). Inusual para su época, el diámetro y la carrera eran iguales, siendo cada uno de ellos de 95 mm (3,7 pulgadas).
En 1902, el automóvil Buffum estaba equipado con motores de cuatro cilindros opuestos que desarrollaban 16 caballos de fuerza. Herbert H. Buffum produjo un automóvil estadounidense llamado Buffum en Abington, Massachusetts, entre 1903 y 1907. [10]
El Tatra 30 de 1926, que ya había fabricado motores bóxer, fue el primer modelo de la empresa checa equipado con un motor bóxer de cuatro cilindros. Tatra fabricó varios modelos con motor bóxer de cuatro cilindros durante los años 1920 y 1930.
El Tatra T97 de 1936 fue pionero en el diseño de chasis de columna vertebral con motor trasero, refrigeración por aire y cuatro cilindros planos (utilizado más tarde por el Volkswagen Beetle ) y, al mismo tiempo, aunque sin relación, llegó el Steyr 50 de Austria, con un motor boxer 4 delantero y tracción trasera. También en 1936, la empresa inglesa Jowett amplió su gama de modelos de motores de dos cilindros planos a motores de cuatro cilindros planos. La producción de motores de cuatro cilindros planos de Jowett continuó hasta 1954, cuando finalizaron la producción de los modelos sedán Jowett Javelin y deportivos Jowett Jupiter .
El motor bóxer de cuatro cilindros de mayor producción es el motor refrigerado por aire de Volkswagen , que se fabricó desde 1938 hasta 2006 y se utilizó principalmente en el Volkswagen Beetle con motor trasero de 1938-2003 y en el Volkswagen Transporter de 1950-1983 . [11] Este motor refrigerado por aire fue diseñado por Porsche y también se utilizó 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 1984, para cumplir con las regulaciones de emisiones de escape, se introdujo una versión refrigerada por agua llamada Volkswagen Wasserboxer en el Volkswagen Transporter (T3)
Durante las décadas de 1960 y 1970, varios fabricantes produjeron motores flat-four, incluidos el Citroën flat-four refrigerado por aire , el Alfa Romeo flat-four refrigerado por agua , el Lancia flat-four refrigerado por agua y el Subaru EA refrigerado por agua .
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 de 800 cc de Alec Issigonis en 1947 originalmente destinado al 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.
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En el año 2000, la mayoría de los fabricantes habían reemplazado los motores de cuatro cilindros por motores de cuatro cilindros en línea. Una notable excepción es Subaru, con el motor Subaru EJ refrigerado por agua disponible en forma turboalimentada en el sedán deportivo Subaru WRX y su homólogo World Rally Car . La adopción de la tracción total por parte de Subaru fue un factor a la hora de conservar el motor de cuatro cilindros, ya que la menor longitud de este motor ayuda a encajar los componentes de tracción total en el chasis. [12] Aunque es más caro que un motor de cuatro cilindros en línea, el motor de cuatro cilindros le permite a Subaru construir un vehículo con tracción total con un pequeño coste adicional en comparación con la tracción en dos ruedas. [12]
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"). [13] Este motor está refrigerado por agua, tiene inyección directa de gasolina , produce 147 kW (197 CV) y tiene una cilindrada de 2,0 L (122 pulgadas cúbicas).
El Porsche Boxster/Cayman (982) 2016 , un deportivo con motor central, pasó de un motor bóxer de seis cilindros atmosférico a un motor bóxer de cuatro cilindros turboalimentado, el primer bóxer de cuatro cilindros de Porsche desde mediados de los años 1970. Este motor se fabrica en cilindradas de 2,0 a 2,5 L (122 a 153 pulgadas cúbicas) y produce hasta 365 CV (272 kW). [14] Varios críticos criticaron al Boxster/Cayman por un sonido de motor poco inspirador. [15] [16] [17]
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 planos en motocicletas con transmisión por eje :
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 los aviones radiocontrolados , empresas como OS Engines producen motores de cuatro cilindros planos con cilindradas de 40 a 50 cc (2,4 a 3,1 pulgadas cúbicas) .
Un notable motor aeronáutico de cuatro cilindros planos reciente es el D-Motor belga LF26 con válvulas laterales . [20] Aunque el formato de válvulas laterales ha sido abandonado hace tiempo para la mayoría de las aplicaciones automotrices porque su cámara de combustión es un obstáculo para las altas revoluciones del motor , el D-Motor enormemente cuadrado (1.295:1) es un motor aeronáutico muy simple, de bajas revoluciones, compacto, confiable y liviano (sin la pesada complicación del mecanismo de válvulas ohv ) [21]
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