Un motor de cuatro cilindros en línea (también conocido como motor de 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 de cuatro cilindros de los automóviles utilizan un diseño de cuatro cilindros en línea [1] : pp. 13–16 (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 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 lo denomina " slant-four" .
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 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 carrera de potencia en determinados momentos. En comparación con un motor V4 o un motor bóxer de cuatro cilindros , un motor de cuatro cilindros en línea solo tiene una culata , lo que reduce la complejidad y el coste 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 4½ Litre de 1927 a 1931 .
Los motores diésel se han producido en cilindradas mayores, 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 del vehículo de entre 7,5 y 18 toneladas suelen utilizar motores diésel de cuatro cilindros en línea con cilindradas de alrededor de 5 litros. [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] Se encuentran cilindradas mayores en motores de locomotoras, marinos y estacionarios.
La cilindrada también puede ser muy pequeña, como ocurre en los coches kei que se venden en Japón. Varios de estos motores tenían cuatro cilindros en una época en la que la normativa dictaba una cilindrada máxima de 550 cc; actualmente, el tamaño máximo es de 660 cc.
Los motores de cuatro cilindros en línea con la configuración preferida del cigüeñal tienen un equilibrio primario perfecto . [1] : p. 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 (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 causa una vibración ascendente y descendente 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 tiempos en línea debido a que los dos pistones siempre se mueven juntos.
La fuerza de este desequilibrio está determinada por la masa reciprocante, 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 huecos 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 con más de cuatro cilindros.
En ocasiones se utiliza un sistema de eje de equilibrio para reducir las vibraciones creadas por un motor de cuatro cilindros en línea, sobre todo en motores de mayor cilindrada. 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. Entre los ejemplos de motores relativamente grandes sin ejes de equilibrio se 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 litros y el motor GM Iron Duke de 2,5 litros . 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 de 1990, sin embargo, estos 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 que se utilizan en los automóviles tienen una cilindrada de 1,5 a 2,5 l (92 a 153 pulgadas cúbicas). El motor de cuatro cilindros en línea más pequeño de un automóvil se utilizó en el camión kei Honda T360 de 1963 a 1967 y tiene una cilindrada de 356 cc (21,7 pulgadas cúbicas), mientras que el motor de cuatro cilindros en línea de mayor producción en serie es el motor diésel Mitsubishi 4M41 de 1999 a 2019 que se utilizó en el Mitsubishi Pajero y tiene una cilindrada de 3,2 l (195 pulgadas cúbicas). [15] [16]
Los motores de cuatro cilindros en línea más importantes incluyen:
Muchos de los primeros coches de carreras utilizaban motores de cuatro cilindros en línea, pero el motor Peugeot que ganó las 500 Millas de Indianápolis de 1913 fue un motor muy influyente. Diseñado por Ernest Henry , este motor tenía árboles de levas dobles en cabeza (DOHC) con cuatro válvulas por cilindro, un diseño que se convertiría en el estándar hasta hoy para los motores de cuatro cilindros en línea de competición. [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 entre 1971 y 1976. [19] : págs. 182–185
Muchos de los coches producidos para la categoría de carreras de coches de Gran Premio de voiturette anteriores a la Segunda Guerra Mundial utilizaban diseños de motor de cuatro cilindros en línea. Los motores sobrealimentados de 1,5 L se utilizaron en coches como el Maserati 4CL y varios modelos de English Racing Automobiles (ERA). Estos motores resucitaron después de la guerra y formaron la base de lo que luego se convertiría en la Fórmula Uno , aunque los Alfetta sobrealimentados de ocho cilindros en línea 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 fue diseñado 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] : pp. 78–81, 86–89 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 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. [19] : págs. 130–133
En la Fórmula 1, la década de 1980 estuvo dominada por los coches turboalimentados de 1.500 cc. El motor BMW M12/13 se destacó en esa época por sus altas presiones de sobrealimentación y su rendimiento. El bloque de hierro fundido se basaba en un bloque de coche de carretera estándar y propulsó los coches de Fórmula 1 de Brabham, Arrows y Benetton y ganó el campeonato mundial en 1983. Se decía que la versión de 1986 del motor producía unos 1.300 CV (969 kW) en la versión de clasificación. [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] El FN Four tenía su motor montado en posición vertical con el cigüeñal longitudinal . Otros fabricantes que utilizaron este diseño fueron Pierce , Henderson , Ace , Cleveland e Indian en los Estados Unidos, Nimbus en Dinamarca, Windhoff en Alemania y Wilkinson en el Reino Unido. [22]
La primera motocicleta de 4 cilindros con bastidor transversal fue la Gilera 500 Rondine de 1939 , que también tenía árboles de levas dobles en cabeza, sobrealimentador de inducción forzada y estaba refrigerada por líquido . [23] Los motores de motocicletas de cuatro cilindros en línea modernos se hicieron populares por primera vez con la CB750 SOHC de Honda presentada en 1969, y otras 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 cruiser , el cuatro en línea es la configuración más común debido a su relación rendimiento-costo relativamente alta. [ cita requerida ] Todos los principales fabricantes de motocicletas japoneses ofrecen motocicletas con motores de cuatro cilindros en línea, al igual que MV Agusta y BMW . Las motocicletas de cuatro cilindros en línea anteriores de BMW se montaban horizontalmente a lo largo del bastidor, pero todas las motocicletas BMW de cuatro cilindros actuales tienen motores transversales . La moderna empresa Triumph ha ofrecido motocicletas con motor de cuatro cilindros en línea, aunque se dejaron de fabricar en favor de los modelos de tres cilindros .
La Yamaha R1 2009 tiene un motor de cuatro cilindros en línea que no enciende a intervalos regulares 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 equilibrio secundario , lo que es particularmente beneficioso en el rango de rpm más alto, y la teoría del " orden de encendido de gran explosión " 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 se utilizan en MotoGP por los equipos Suzuki (desde 2015 ) y Yamaha (desde 2002 ). En 2010 , cuando se introdujo la clase de cuatro tiempos de Moto2, los motores para la clase eran un motor de cuatro cilindros en línea de 600 cc (36,6 pulgadas cúbicas) fabricado por Honda basado en la CBR600RR con una potencia máxima de 110 kW (150 CV). A partir de 2019 , los motores fueron reemplazados por un motor triple Triumph de 765 cc (46,7 pulgadas cúbicas) .
Los motores de cuatro en línea también se utilizan en vehículos comerciales ligeros como el Karsan Jest y el Mercedes-Benz Sprinter .
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