UNIDAD N°03

Fundamentos de los motores poli cilíndricos

POLICILÍNDRICO (Motor) - Definición - Significado

Se designa así todo motor alternativo volumétrico en el cual existen varios elementos que realizan los cambios de volumen necesarios para efectuar el ciclo de funcionamiento.

El motor alternativo de combustión interna, surgido como monocilíndrico, fue desarrollado casi inmediatamente en versión bicilíndrica por Daimler, y ya en 1895 se construían motores de 4 cilindros en línea.

Los problemas que frenaban la producción de motores policilíndricos eran los comunes a la tecnología mecánica, es decir, dificultades para obtener fundiciones complejas y para la mecanización de cigüeñales de notable longitud y con un número de muñequillas considerable. Así, apenas lo permitieron las técnicas, el desarrollo del motor policilíndrico fue muy rápido y ya en 1910 se habían construido, aunque no para uso automovilístico, motores de hasta 24 cilindros.

Las ventajas de un motor policilíndrico respecto a las de uno monocilíndrico están relacionadas con un mayor fraccionamiento de la cilindrada: reducción de la cilindrada unitaria, mejora del rendimiento termodinámico y posibilidad de girar a regímenes más elevados.

Desde el punto de vista del funcionamiento, un motor policilíndrico necesita un volante más pequeño y ligero, y tiene una mayor regularidad de funcionamiento por la presencia de más explosiones por cada ciclo completo; por el mismo motivo se facilita el arranque, puesto que es menor el esfuerzo necesario para efectuar la compresión (el trabajo requerido para la compresión en un motor monocilíndrico es casi igual al necesario para efectuar al mismo tiempo la compresión en todos los cilindros de un motor policilíndrico de cilindrada equivalente).

Los motores policilíndricos se distinguen por la posición de los cilindros. En la disposición en línea, los pistones están uno junto al otro unidos a un solo cigüeñal; dicha disposición es la más sencilla, pero implica notables valores de peso y de longitud para todo el grupo; además, desde el punto de vista mecánico se presentan todos los problemas relacionados con los apoyos del cigüeñal y con las dimensiones del mismo, sujeto a solicitaciones de torsión progresivas hacia el volante y que, en el caso de un motor de más de 4 cilindros, a causa de su longitud se presta a que surjan problemas de vibraciones y resonancias de torsión y de flexión. Estos inconvenientes son eliminados parcialmente colocando los pistones en V sobre 2-3 bancadas (en este último caso se llaman motores en W), en los que, por otra parte, existen complicaciones respecto al acoplamiento biela-manivela. El motor policilíndrico en estrella ha encontrado aplicación en el automóvil sólo esporádicamente y en casos aislados (por ejemplo, en la berlina OPES Ninfea y en el modelo Trossi-Monaco de competición), tanto por sus notables dimensiones frontales, como por los complejos problemas de lubricación de tales motores.

Un tipo especial de motor policilíndrico es el denominado en H (por ejemplo, el motor de 16 cilindros BRM para el coche de Fórmula 1 de los años 1966-1967); en la práctica, dicha disposición corresponde a 2 cilindros opuestos cuyos cigüeñales, sin volante, están unidos mediante engranajes a un único árbol de salida; la toma de fuerza se encuentra generalmente en el centro de los 2 cigüeñales, de manera que se reduzcan las fuerzas de torsión.

La elección del número, además de la disposición de los cilindros, se basa en consideraciones de 2 tipos diferentes: la obtención de determinadas condiciones teóricas y funcionales (equilibrado, equidistancia de las explosiones, máxima regularidad de funcionamiento) y, al mismo tiempo, la consecución de determinadas exigencias prácticas (economía, compacidad, sencillez de construcción); a todo esto debe añadirse el condicionamiento determinado por los reglamentos fiscales que, en ciertos países, gravan, además de la cilindrada, su fraccionamiento.

Por este motivo, es posible encontrar tanto motores policilíndricos con un número de disposición de los cilindros teóricamente exactos (3, 4, 6, 8 cilindros en línea, 4 cilindros boxer, 6 cilindros en V de 120°, así como 8 cilindros en V y 12 cilindros en V de 60° o boxer) como motores policilíndricos con estructuras que, si no son teóricamente correctas, responden mejor a otros requisitos también importantes (4 cilindros en V estrecha, 5 cilindros en línea, 6 cilindros en V de 90°, etc.). Un ejemplo característico de estos últimos es el motor Diesel Mercedes de 3 1 del año 1974, que adopta el esquema de 5 cilindros en línea, siguiendo criterios de economía, como el aprovechamiento de piezas y de mecanizaciones comunes con otros propulsores.

Entre los motores policilíndricos, los grandes motores lentos para uso marino constituyen una categoría aparte; en este caso, cada cilindro representa una unidad de potencia independiente, por lo que el número de cilindros del motor completo depende sólo de la potencia de cada elemento y de la total requerida.

 

DINÁMICA DE MOTORES

Se entiende por motor monocilíndrico un motor formado solamente por un cilindro, en cuyo interior se desarrollan los procesos que llamamos admisión del aire o mezcla explosiva, según sea diesel o gasolina, compresión de la misma, explosión o combustión con el desarrollo consiguiente de la fuerza motriz en su carrera de trabajo, y escape o expulsión de los gases quemados, dando inicio un nuevo ciclo de funcionamiento.

Por motor policilíndrico se entiende aquél que está formado por dos o más  cilindros situados en uno o más bloques unidos entre sí, y cuyas bielas atacan a un solo eje motriz o cigüeñal.

Esta disposición policilíndrica tiene por misión aumentar la potencia, suavizar el giro del cigüeñal y anular  los tiempos muertos del mismo a la vez que se compensan los momentos de inercia, y desequilibrios debido a las sucesivas explosiones, al repartir adecuadamente las masas en movimiento de los grupos pistón-biela y manivelas del cigüeñal.  

- Ventajas del motor policilíndrico. Para una misma cilindrada de motor, al repartirse ésta sobre varios cilindros, las cargas térmicas y mecánicas que actúan sobre los émbolos son menores, lo que origina un impulso más suave sobre los mismos. Además, como el esfuerzo en los émbolos es menor, las características constructivas de los órganos en movimiento son más ligeras, lo que hace que la velocidad de desplazamiento sea mayor porque disminuye el esfuerzo de inercia en los tiempos muertos de funcionamiento.

Los momentos de giro en el cigüeñal son más suaves y la velocidad de rotación más uniforme, ya que en cada ciclo de funcionamiento se producen tantos impulsos motrices como cilindros tiene el motor. De esta forma se compensan los tiempos muertos del ciclo y se necesita, por tanto, un volante de inercia más reducido.

- Inconvenientes del motor policilíndrico. En un motor monocilíndrico de cuatro tiempos, a cada ciclo completo le corresponde dos vueltas de cigüeñal y durante el ciclo se produce un solo impulso motor. Por consiguiente, se necesita un volante de inercia muy voluminoso para compensar los otros tres tiempos muertos del ciclo.

Sin embargo, en un motor de cuatro cilindros de cuatro tiempos, en cada ciclo de funcionamiento se producen cuatro impulsos motores, uno por cada media vuelta del cigüeñal, lo que hace que el giro sea más uniforme y equilibrado. No se necesita, por tanto, un volante de inercia tan pesado para compensar los movimientos improductivos.

Como contrapartida, los motores policilíndricos tienen el inconveniente de emplear mayor número de elementos en movimiento, lo que complica la construcción del motor, lo encarece y aumenta la posibilidad de averías.

Agrupación de los cilindros. La escala constructiva corresponde al número de cilindros empleados por los constructores de vehículos es de 2 a 12 cilindros, los cuales, según su disposición en el motor, reciben el nombre genérico de:

- Motores con cilindros en línea.

- Motores con cilindros en V.

- Motores con cilindros horizontales y opuestos.

En cualquiera de las tres disposiciones adoptadas se emplean generalmente un número par de cilindros, distribuyéndose los puntos de ataque sobre el cigüeñal con un desfase en grados simétrico respecto al círculo de giro que describen en cada ciclo de funcionamiento.

El número impar de cilindros sobre un solo bloque se empieza a aceptar en automoción, sobre todo en motores de cinco cilindros, ya que éstos presentan todas las ventajas de un motor de seis cilindros ocupando el espacio de uno de cuatro cilindros, lo que supone poder instalarlo en posición transversal dentro del habitáculo motor, lo que no podríamos hacer con uno de seis cilindros.

También este número impar de cilindros tiene gran aceptación para motores con distribución en estrella utilizada exclusivamente en motores de aviación.

- Motores con cilindros en línea. Éstos están dispuestos en un solo bloque, en posición vertical (a veces también horizontal) y uno a continuación del otro. Esta disposición es válida para motores de 2 a 8 cilindros. Los más generalizados son los de cuatro cilindros en línea para vehículos de turismo a gasolina y los de 4 y 6 cilindros en diesel.