Un motor de cuatro cilindros en línea (también llamado cuatro en línea ) es un motor de pistón de cuatro cilindros donde los cilindros están dispuestos en línea a lo largo de un cigüeñal común.
La mayoría de los motores de cuatro cilindros para automóviles utilizan un diseño de cuatro cilindros en línea [1] : págs. 13 a 16 (con la excepción de los motores de cuatro cilindros planos producidos por Subaru y Porsche) [2] y el diseño también es muy común en motocicletas y otras maquinarias. 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%. [3] [4] Para el año modelo 2020, la proporción de vehículos ligeros había aumentado al 59%. [5]
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 donde no se produce ninguna carrera de potencia en ciertos momentos. En comparación con un motor V4 o un motor de cuatro cilindros en línea , un motor de cuatro cilindros en línea solo tiene una culata , lo que reduce la complejidad y el costo de producción.
Los motores de gasolina de cuatro cilindros en línea utilizados 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 a 1931 .
Se han producido motores diésel de mayor cilindrada, como un motor Mitsubishi turboalimentado de 3,2 L (utilizado 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 una cilindrada de alrededor de 5 litros. [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Los desplazamientos más grandes se encuentran en motores de locomotoras, marinos y estacionarios.
El desplazamiento también puede ser muy pequeño, como ocurre en los coches kei vendidos en Japón. Varios de estos motores tenían cuatro cilindros en una época en la que la normativa dictaba una cilindrada máxima de 550 cc; el tamaño máximo es actualmente de 660 cc.
Los motores de cuatro cilindros en línea con la configuración de cigüeñal preferida tienen un equilibrio primario perfecto . [1] : pág. 12 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 (debido a que 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 en todos los motores de pistón, pero el efecto es particularmente fuerte en los cuatro tiempos en línea debido a que los dos pistones siempre se mueven juntos.
La fuerza de este desequilibrio está determinada por la masa alternativa, 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 carreras utilizan bielas largas. Sin embargo, el efecto crece cuadráticamente con la velocidad del motor (rpm).
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 produce más vibraciones que los motores de más de cuatro cilindros.
A veces se utiliza 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 mayores. 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. [1] : págs. 42–44 Este sistema fue patentado por Mitsubishi Motors en la década de 1970 y desde entonces ha sido utilizado bajo licencia por varias otras empresas. [13] [14]
Sin embargo, no todos los motores de cuatro cilindros en línea de gran cilindrada han utilizado ejes de equilibrio. 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 Modelo 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 entre los años 1950 y 1990; sin embargo, eran motores de revoluciones relativamente bajas, lo que reduce la necesidad de un sistema de eje de equilibrio. [1] : págs. 40–44
La mayoría de los motores de cuatro cilindros en línea modernos utilizados en 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 el camión Honda T360 kei de 1963-1967 y tiene una cilindrada de 356 cc (21,7 pulgadas cúbicas), mientras que el motor de automóvil de cuatro cilindros en línea más grande producido en masa es el Mitsubishi 4M41 diésel de 1999-2019. Motor que se utilizó en el Mitsubishi Pajero y tiene una cilindrada de 3,2 L (195 pulgadas cúbicas). [15] [16]
Los motores de automóviles de cuatro cilindros en línea importantes incluyen:
Muchos de los primeros coches de carreras utilizaban 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, una disposición que se convertiría en el estándar hasta hoy para los motores de carreras de cuatro en línea. [19] : págs. 14-17
Entre los motores inspirados en el diseño de Peugeot se encontraba el motor Miller , que fue un motor de carreras exitoso 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 de 1971 a 1976. [19] : págs.
Muchos automóviles producidos para la categoría de carreras de automovilismo Grand Prix voiturette antes de la Segunda Guerra Mundial utilizaban diseños de motores de cuatro en línea. Los motores sobrealimentados de 1,5 L se incorporaron 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 de ocho cilindros en línea sobrealimentados dominarían los primeros años de la F1.
Otro motor que jugó 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. [19] : págs. 78–81, 86–89 Para carreras de autos deportivos , La capacidad se incrementó hasta 3,4 L para el Ferrari 860 Monza.
El motor Coventry Climax de cuatro cilindros en línea también fue un motor de carreras de gran éxito, 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 2.495 cc que ganó el campeonato de Fórmula Uno con el chasis de Cooper en 1959 y 1960. [19] : págs.
En la Fórmula Uno, la década de 1980 estuvo dominada por los coches turboalimentados de 1.500 cc. El motor BMW M12/13 se destacó en la época por sus altas presiones de sobrealimentación y su rendimiento. El bloque de hierro fundido se basó en un bloque de coche de carretera estándar y propulsó los coches de F1 de Brabham, Arrows y Benetton y ganó el campeonato mundial en 1983. Se decía que la versión de 1986 del motor producía alrededor de 1.300 caballos de fuerza (969 kW) en la clasificación. recortar. [20]
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. [21] La FN Four tenía el motor montado en posición vertical con el cigüeñal longitudinal . Otros fabricantes que utilizaron este diseño fueron Pierce , Henderson , Ace , Cleveland e Indian en Estados Unidos, Nimbus en Dinamarca, Windhoff en Alemania y Wilkinson en el Reino Unido. [22]
La primera motocicleta de 4 cilindros con chasis transversal fue la Gilera 500 Rondine de carreras de 1939 , también tenía doble árbol de levas en cabeza, sobrealimentador de inducción forzada y estaba refrigerada por líquido . [23] Los motores modernos de motocicletas de cuatro cilindros en línea se hicieron populares por primera vez con el SOHC CB750 de Honda introducido en 1969, y otros 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 , la configuración de cuatro cilindros en línea es la más común debido a su relación rendimiento-costo relativamente alta. [ cita necesaria ] Todos los principales fabricantes japoneses de motocicletas ofrecen motocicletas con motores de cuatro en línea, al igual que MV Agusta y BMW . Las anteriores motocicletas de cuatro cilindros en línea de BMW se montaban horizontalmente a lo largo del bastidor, pero todas las motocicletas BMW de cuatro cilindros actuales tienen motores transversales . La moderna compañía Triumph ha ofrecido motocicletas con cuatro motores en línea, aunque fueron descontinuadas en favor de las triples .
La Yamaha R1 2009 tiene un motor de cuatro cilindros en línea que no arranca en intervalos pares de 180°. En su lugar, utiliza un cigüeñal en cruz que evita que los pistones alcancen simultáneamente el punto muerto superior. Esto da como resultado un mejor equilibrio secundario , lo cual es particularmente beneficioso en el rango de revoluciones más alto, y la teoría del " orden de disparo big bang " 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 motores de cuatro cilindros en línea también son utilizados en MotoGP por los equipos Suzuki (desde 2015 ) y Yamaha (desde 2002 ). En 2010 , cuando se introdujo la clase Moto2 de cuatro tiempos, los motores de la clase eran un motor de cuatro en línea de 600 cc (36,6 pulgadas cúbicas) 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) .
Los motores de cuatro líneas también se utilizan en vehículos comerciales ligeros como el Karsan Jest y el Mercedes-Benz Sprinter .
Medios relacionados con motores Straight-4 en Wikimedia Commons