MOTORES DE VARIOS CILINDROS. CLASIFICACION
La potencia de un motor depende de la cantidad de mezcla que se haga explotar en el cilindro.
Si para una determinada potencia se usa un único cilindro, este tendrá que ser de grandes dimensiones; y aunque se coloque un volante grande y pesado, no se podrán evitar las vibraciones y sacudidas provocadas por las explosiones espaciadas, por más equilibrado que esté el sistema de pistón y biela.
Si la misma potencia anterior se reparte entre varios cilindros más pequeños, la marcha del motor será más regular, porque en lugar de recibir el eje cigüeñal todo el esfuerzo motor de una sola vez en cada dos vueltas (motor a 4 tiempos), lo recibirá repartido en tantos impulsos como cilindros se hayan dispuesto para subdividir la potencia. El equilibrio de las partes móviles (bielas-pistones) podrán contrapesarse mutuamente. Por otra parte, el volante será más pequeño en dimensiones y más liviano en peso, ya que es menor su trabajo para regularizar el funcionamiento del motor.
Con las ventajas obtenidas en repartir la potencia en varios cilindros más pequeños, se hizo necesario determinar la forma de agruparlos, y el orden en que ellos deben trabajar.
Como consecuencia, los cilindros se agruparon de acuerdo con ciertas normas, que se sintetizan como sigue:
I) DOS CILINDROS
A) En linea: Eje cigüeñal con un solo brazo cigüeñal, o con dos brazos cigüeñales opuestos ( 180") en un mismo plano.
B) Opuestos: Eje cigüeñal con un solo brazo cigüeñal, o eje cigüeñal con dos brazos cigüeñales opuestos a 180', en un mismo plano.
C) En "V': Eje cigüeñal con un solo brazo cigüeñal, y los cillindros con una abertur entre 40' y 60°.
II) TRES CILINDROS
A) En linea: Unica adoptada, eje cigüeñal con tres brazos cigüeñales calados a 120' uno del otro.
III) CUATRO CILINDROS
A) En linea: Unica adoptada, eje cigüeñal con cuatro brazos cigüeñales opuestos dos a dos y en un mismo plano.
IV) SEIS CILINDROS
A) En línea: Unica adoptada, eje cigüeñal con seis brazos cigüeñales por pares, entre planos distintos formando un ángulo de 120" entre uno y otro. Por razones de mejor equilibrio, los dos brazos cigüeñales centrales en un mismo plano; los dos brazos cigüeñales extremos en otro plano a 120', y los intermedios entre los anteriores, en un tercer plano.
V) OCHO CILINDROS
A) En línea: Eje cigüeñal compuesto por dos de cuatro cilindros; es decir, uno central de cuatro, y en los extremos los medios de otro calado de 90'.
Otro: eje cigüeñal compuesto por dos cigüeñales de cuatro cilindros, extremo con extremo, calados a 90" uno del otro.
B) En "V": El ángulo formado entre los dos bloques de cilindros es variable entre 75º, 60º ó 45º. El ideal es 90', para una mayor suavidad en el andar del motor; pero resultan muy anchos.
Eje cigüeñal compuesto por un eje cigüeñal común de un motor de cuatro cilindros,o bien por un eje cigüeñal de cuatro brazos cigüeñales dispuestos en la siguiente forma: los brazos cigüeñales 1 y 4, opuestos en un mismo plano, y a 90º de estos, en otro plano, los brazos cigüeñales 2 y 3 opuestos.
VI) DOCE CILINDROS
A) En "V": Eje cigüeñal idéntico al utili zado en el seis cilindros en línea. Dos grupos de seis cilindros formando un ángulo entre 45º y 85'.
B) En "W": Eje cigüeñal con cuatro brazos cigüeñales opuestos sobre un mismo pla no. Los cilindros entre grupos de cuatro, formando entre sí ángulos de 60"; total, 120".
La numeración de los cilindros, en los motores en línea, comienza por el que está más próximo al lugar donde se podría dar manija. En los motores en "V" hubo dos tendencias: grupo derecho, números impares, y pares los izquierdos; o bien, 1-2-3-4 los izquierdos y 5-6-7-8 los derechos, siempre comenzando por el frente del motor.
Para motores de cilindros opuestos o en "W" no se fijó una norma para numerar los cilindros; por lo tanto, para evitar cualquier confusión, es conveniente en todos los casos comprobar el orden de encendido, que se explica más adelante.
DETERMINACION DEL ORDEN DE TRABAJO DE LOS CILINDROS
Para comprender mejor el trabajo de conjunto de los diversos cilindros de un motor, representaremos convencionalmente el trabajo de cada cilindro mediante
una franja horizontal dividida en cuatro fracciones iguales, cada una de
las cuales equivale a medía vuelta del eje cigüeñal, y que representan
los cuatro tiempos del ciclo.
La fracción negra de la franja representa siempre la media vuelta de expansión; es decir, la única media vuelta para la cnal cada cilindro produce un impulso positivo o trabajo o expansión de la mezcla quemada.
A) Motor de dos cilindros en línea, eje cigüeñal con un solo brazo cigüeñal.
En la figura 49 vemos que los pistones suben y bajan al mismo tiempo. En la carrera descendente, mientras un pistón trabaja por expansión, el otro aspira la mezcla.
Las explosiones se suceden cada 360º, es decir que se obtiene una carrera de expansión por cada vuelta del eje cigüeñal.
B) Motor de dos cilindros en línea., eje cigüeñal con dos brazos cigüeñales opuestos a 180º
En la figura 50 podemos observar que cuando el pistón No 1 está en el P.M.S., el N° 2 se encuentra en P.M.I.
Con esta forma de eje cigüeñal, las explosiones se suceden en forma poco regular, como puede verse en el respectivo cuadrado. Du rante una vuelta de eje cigüeñal hay dos impulsos motores, y ninguno en la vuelta siguiente.
C) Motor de dos cilindros opuestos, eje cigüeñal con dos brazos cigüeñales opuestos a 180º
Esta disposición (fig. 51) es la que más ventajas ofrece, en lo que respecta a uniformidad de marcha y equilibrio de las masas en movimiento.
Los dos pistones suben y bajan al mismo tiempo, de modo que la distribución de las fases es tal que puede obtenerse una expansión por cada vuelta del eje cigüeñal.
Las explosiones se suceden, pues a intervalos iguales. Actualmente, este es el tipo de motor que se está usando.
D) Motores de dos cilindros en "V".
Las dos bielas van montadas sobre un solo brazo cigüeñal.
En la figura 52 podemos ver que cuando el pistón N'' 1está en el P.M.S., al eje cigüeñal le falta recorrer un ángulo de 50", igual al formado por los dos cilindros, para que el pistón N°2 llegue, a su vez, al P.M.S.
Si suponemos al cilindro No 1 listo a ini ciar el tiempo de expansión, el cilindro N°2 debe estar terminando, por ejemplo, el escape.
Es evidente, pues, que en el cilindro N° 1 las fases comienzan, en el caso de la figura, 50 antes que en el cilindro N° 2. Ello significa que en estos motores los tiempos se rea lizan desfasados en un ángulo igual al que forman los cilindros entre sí.
En el cuadro puede observarse que entre el principio de la expansión en el primer ci lindro y la del segundo, media un ángulo de 410° o sea una vuelta, más el ángulo entre los dos cilindros--, mientras que esta y la que se repite en el cilindro N° 1se tiene solamente una vuelta, menos el ángulo entre cilindros, o sean 310°.
De lo expuesto se desprende que cuando menor sea el ángulo formado por los dos cilindros, tanto más uniforme será la marcha del motor. En la práctica este ángulo oscila alrededor de los 50º.
E) Motores de tres cilindros en línea
El eje cigüeñal del motor de tres cilindros ( fig. 53) está formado por tres brazos cigüeñales calados a 120º entre sí, con el objeto de obtener explosiones a intervalos regulares.
Como en los tres cilindros todo el ciclo de funcionamiento debe realizarse en las mismas dos vueltas del eje cigüeñal (720º), es evi dente que entre una y otra explosión debe
transcurrir un intervalo de 720 : 3 = 240º.
Con esta disposición, cuando el brazo cigüeñal correspondiente al cilindro N° 1 llega a la posición de P.M.S., al brazo cigüeñal del cilindro N° 3 le faltan 60º para llegar al P.M.I., mientras que el brazo cigüeñal del cilindro N° 2 ha pasado ese punto en otros 60º.
Observando el cuadro, puede comprobarse que en las dos vueltas del eje cigüeñal hay tres expansiones o impulsos motrices, separados entre sí por intervalos de 60º.
El orden de trabajo es 1-3-2.
F) Motores de cuatro cilindros en línea
El eje cigüeñal generalmente adoptado es el de la figura 54, en el que los brazos cigüeñales se encuentran todos en un mismo plano y calados a 180°, dos a dos, lo que permite obtener ventajas en su fabricación, y un equilibrio satisfactorio de las masas en movimiento.
Con el motor de cuatro cilindros en línea ya es posible obtener una explosión cada 180º; es decir, cada media vuelta del eje cigüeñal.
Los impulsos motrices o expansiones se suceden ya sin intervalos entre si.
El motor de cuatro cilindros en línea es, pues, el primero en el cual el arrastre es continuo.
Cuando los pistones 1y 4 están en P.M.S., los pistones 2 y 3 están en P.M.I.
En cada media vuelta del eje cigüeñal hay siempre un cilindro en expansión.
El orden de trabajo es 1-2-4-3.
En la figura 55 podemos observar que con el mismo tipo de eje cigüeñal, en un motor de cuatro cilindros en línea, el orden de trabajo también puede ser 1-3-4-2.
G) Motores de seis cilindros en línea
El motor de seis cilindros en línea (fig. 56) puede ser considerado como el acoplamiento de dos motores de tres cilindros en línea.
Los seis brazos cigüeñales se disponen por pares, formando un ángulo de 120° entre uno y otro par.
Las explosiones se suceden cada 120°. El intervalo entre ellas es, pues, menor que la duración del impulso motor o expansión ( 180°) ; de manera que cuando un cilindro comienza la expansión, aún no ha terminado la carrera de expansión del cilindro que lo hizo antes (ver cuadro). Durante 60º se superponen las expansiones de dos cilindros.
Por razones de mejor equilibrio, los dos brazos cigüeñales centrales (cilindros 3 y 4) están siempre en el mismo plano; los brazos cigüeñales de los cilindros 2 y 5, en otro plano, y los brazos cigüeñales extremos, en otro plano (cilindros 1 y 6).
Si mirando el eje cigüeñal de frente y con los brazos cigüeñales 1 y 6 en P.M.S., los brazos cigüeñales 2 y 5 quedan a la izquierda, y los 3 y 4, a la derecha, tal como lo muestra la figura, se dice que el eje cigüeñal es de giro derecho. Esta disposición es la más adoptada en los motores de seis cilindros.
El orden de trabajo debe ser tal que se produzca alternadamente una explosión en el grupo de los tres cilindros delanteros (1-2-3) y otro en el trasero (4-5-6), con el objeto de obtener una mayor uniformidad en la marcha.
Pueden adoptarse, para este tipo de eje cigüeñal, dos órdenes de trabajo distintos, a saber:
1-5-3-6-2-4, o 1-4-2-6-3-5,
Cualquiera de Jos dos órdenes mencionados es satisfactorio; pero se usa preferentemente el primero, porque con él se obtiene una mejor distribución de los esfuerzos sobre el eje cigüeñal.
H) Motores de oeho cilindros en línea
En estos motores pueden usarse distintas formas de eje cigüeñal; pero la generalmente adoptada es aquella en que el eje cigüeñal se construye como si fuera un eje cigüeñal de cuatro cilíndros colocado entre las mitades de otro eje cigüeñal de cuatro cilindros desplazado en 90", como lo indica la figura 57.
Hay
una explosión cada 720°: 8 =90° de rotación del eje cigüeñal; es decir,
cada cuarto de vuelta, de donde se deduce que durante 90° hay siempre
dos cilindros trabajando,
El par motor es mucho más regular
que en los otros motores de menor número de cilindros,
obteniéndose, por tal causa, una marcha más suave y uniforme.
El
orden de trabajo indicado en el cuadro es el generalmente adoptado en
los motores de este tipo, y las explosiones se suceden así: 1-6-2-5-8-3-7-4.
I) Motores de ocho cilindros en "V"
Los motores de ocho cilindros empleados en aviación y automóviles, están constituidos por dos motores de cuatro cilindros, enlos cuales los planos que pasan por los ejes de los cuatro cilindros que
constituyen cada uno de dichos dos motores, forman entre sí un ángulo
de 60°-90°. Su eje cígüeñal, en cuanto a la forma, es similar a la de
uno de cuatro cilindros; solamente que cada brazo cigüeñal es un poco
más ancho, pues en cada uno de ellos van articuladas dos bielas.
Los brazos cigüeñales van distribuidos a 90°, en la forma que indica la figura 58, pues es el único tipo de eje cigüeñal que permite construir motores perfectamente equilibrados, por lo cual se lo prefiere actualmente.
En la figura 58 tenemos el cuadro del orden de trabajo de un motor de ocho cilindros en "V", donde el bloque de la izquierda está constituido por los cilindros 1-2-3-4, y el de la derecha, por los 5-6-7-8. De esta disposición se obtiene el siguiente orden de trabajo: 1-5-4-8-6-3-7-2.
FUENTE:
Maq 306 Motores a Explosión Capítulo 6 Determinación del Orden de Trabajo
