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Motores tricilindricos y bicilindricos

Indice del curso

 

Motores de tres cilindros

El automóvil de la marca Volkswagen LUPO 3L equipa un motor diesel tricilindrico de 1.2 litros de cilindrada, con bloque de aluminio y sistema de inyectores bomba, así como con turbocompresor y refrigeración del aire de sobrealimentación (intercooler).
Con el sistema de inyectores bomba se pueden alcanzar unas presiones de inyección muy altas, de hasta 2.050 bares. De ahí resulta una buena combustión del gasoil, reduciendose el consumo de combustible y las emisiones contaminantes.

El motor TDI de 1,2 ltr.es un tricilindrico en linea, basado en el motor de 4 cilindros en linea sin árbol intermediario.
Ha sido concebido para el Lupo 3L y es el primer motor diesel del Consorcio Volkswagen que tiene el bloque en fundición de aluminio.
El objetivo de su desarrollo consistió en reducir decisivamente el consumo de combustible.

Esto se ha alcanzado mediante:



Datos Técnicos
Arquitectura Motor 3 cilindros en línea
Cilindrada 1.191 cc
Diámetro/ carrera de cilindros 76,5 mm / 86,7 mm
Relación de compresión 19,5 : 1
Orden de encendido 1 - 2 - 3
Gestión del motor BOSCH EDC 15P
Combustible Gasoil
Tratamiento de los gases
de escape
Recirculación de gases de escape y catalizador
El motor cumple con el nivel de emisiones D3

 

Estructura del motor
El bloque motor es de aluminio, lleva empotradas las camisas de los cilindros que estan fabricadas en fundición gris.
Los espárragos de anclaje son versiones de acero, con las que se atornillan entre sí la culata, el bloque de aluminio y los sombreretes.
El aluminio tiene una menor resistencia que la fundición gris. Debido a las altas presiones de la combustión en un motor diesel, existiría el riesgo de que se aflojara una unión atornillada convencional de la culata en el bloque.
Por ese motivo se ha procedido a atornillar la culata con el bloque por medio de espárragos de anclaje. Con los espárragos de anclaje se consigue un flujo pasante de las fuerzas, desde la culata hasta los sombreretes de la bancada, estableciendo una unión atornillada fiable y reduciendo las tensiones en el bloque.

 

El árbol equilibrador
Asume la función de reducir oscilaciones del motor. Con motivo del funcionamiento específico del conjunto del cigüeñal se producen fuerzas debidas a los movimientos alternativos de ascenso y descenso de los pistones y las bielas, actuando estas fuerzas sobre el cigüeñal.
La configuración específica de los muñones del cigüeñal para las bielas en un motor de 3 cilindros en línea no se compensan estas inercias y causan oscilaciones.
Para conseguir una marcha suave del motor, el árbol equilibrador gira en sentido opuesto al del motor. Se acciona a través de una cadena impulsada por el cigüeñal y va fijado a un armazón tipo escalera. La cadena impulsa adicionalmente a la bomba de aceite y se tensa por medio de un tensor hidráulico para cadenas.

 

Radiador para recirculación de gases de escape
El motor posee un radiador para la recirculación de gases de escape. Va acoplado al circuito del liquido refrigerante. Debido a su refrigeración es posible recircular una mayor cantidad de gases de escape hacia la cámara de combustión. De esa forma desciende la temperatura de la combustión y se producen menores emisiones de óxidos nítricos.

Turbocompresor de geometría variable
El turbocompresor variable tiene un comportamiento de respuesta rápida a bajas revoluciones y reduce la contrapresión de los gases de escape a régimen de carga parcial. De ahí resulta un par más intenso en baja y un menor consumo de combustible.





Motor 1,4 L TDi
El motor tricilindrico 1,4 L TDi utilizado por la marca SEAT destaca principalmente por la utilización de dos técnicas pioneras en su momento.

 

El resultado final es un motor que, gracias a la sobrealimentación, a su sistema de inyección y a la gestión electrónica que lo gobierna, obtiene unas excelentes prestaciones, con un reducido consumo.
El motor de 1,4 L TDi cumple la fase EURO III de contaminación que fue de obligado cumplimiento a partir del año 2000.

Datos Técnicos
Tipo de motor Motor de 3 cilindros en línea
Cilindrada 1422cc
Carrera / diám. Cilindros 95,5 mm / 79,5 mm
Relación de compresión 19,5 : 1
Alimentación Inyección directa con turbocompresor
Gestión del motor Bosch EDC 15 P
Combustible Gasoil de 49 CZ
Orden de encendido 1-2-3
Fase de contaminación EURO III
Peso 126 kg


Bloque de cilindros
El motor TDi de 1,4 L con sistema de inyector-bomba ha sido desarrollado sobre la base del motor TDi de 1,9 L / 81 kW, sin árbol intermediario.
Con respecto al motor TDi de 1,9 L de 4 cilindros, se diferencia principalmente en el sistema de inyección y en la eliminación de un cilindro, lo que ha permitido reducir la cilindrada a 1422 cc.
En el bloque motor es de destacar su reducido peso, que se ha logrado disminuyendo el grosor de las paredes.
Para evitar posibles deformaciones se ha reforzado el bloque utilizando diferentes técnicas, como son los sombreretes de cigüeñal con cuñas laterales y el zunchado del bloque, es decir, la integración de nervios de refuerzo en las paredes del mismo.
Otra novedad a destacar es la integración de un soporte atornillado a la parte inferior del bloque y en el que se encuentran un árbol equilibrador y la bomba de aceite.

Cigüeñal
El cigüeñal es de nuevo diseño debido a la variación del número de cilindros del motor. Los codos de las muñequillas van desfasados 120º entre ellos.
Los contrapesos del cigüeñal tienen una vital importancia para conseguir un movimiento acompasado del motor y lograr disminuir las vibraciones. Existen contrapesos únicamente en los laterales de las muñequillas de los cilindros 1 y 3.
Un piñón dentado está montado en el cigüeñal para el accionamiento de la bomba de aceite y el árbol equilibrador. También se encuentra atornillada al cigüeñal la corona generatriz para el transmisor de régimen.

 

En el siguiente gráfico se representan las diferentes fases en que se encuentran los cilindros cada 120º de giro del cigüeñal.

 

Pistones y bielas trapeciales
Debido a las altas presiones que se generan en la combustión en el sistema con inyector bomba, la unión entre el apoyo del bulón en el pistón y en el pie de la biela tienen una geometría trapecial.
La principal ventaja entre una unión convencional paralela y una unión de geometría trapecial reside en el aumento de la superficie de apoyo.
Debido a esta particularidad, las fuerzas generadas en la combustión se reparten sobre una mayor superficie, representando una menor carga para el bulón y la biela.
Los pistones de los cilindros 1 y 2 son idénticos, mientras el tercero es diferente debido a la desigual disposición de los rebajes efectuados en los mismos para salvar el paso de las válvulas.

 

Arbol de equilibrado
En la parte inferior del bloque motor se encuentra atornillado un soporte en el que se sustentan el árbol equilibrador, la bomba de aceite y el tensor hidráulico de la cadena que los acciona.
La bomba de aceite está atornillada al soporte, estando mecanizado en su interior un canal para el paso de aceite desde la bomba hacia el bloque motor. Para el correcto trabajo de los apoyos del árbol equilibrador y del tensor hidráulico de la cadena, se lubrifican con aceite ya filtrado, el cual proviene del bloque y es conducido a través de conductos mecanizados en el soporte.
La cadena es impulsada por el piñón del cigüeñal, y transmite el movimiento hacia la bomba de aceite, el árbol equilibrador y un piñón de reenvío.
Un protector de plástico atornillado al soporte tiene la misión de evitar el espumado de aceite que se produciría por el giro del árbol equilibrador y de la cadena.

 

Debido a los movimientos alternativos de ascenso y descenso de los pistones y las bielas, se generan fuerzas de inercia en los puntos muertos superior e inferior. Estas fuerzas actúan a través de brazos de
palanca de diferente longitud con respecto al centro del cigüeñal y generan momentos de fuerza, que provocan movimientos oscilantes en el motor.
El árbol equilibrador tiene como misión compensar las fuerzas de inercia de las masas en movimiento, eliminando los momentos de fuerza.
Para ello el árbol equilibrador gira a la misma velocidad y en sentido inverso al cigüeñal, generando pares opuestos y de igual magnitud a los producidos por los pistones y la biela. Es decir, reduce las oscilaciones logrando un funcionamiento más suave de la mecánica.

Es de vital importancia para su correcto trabajo que el giro del cigüeñal y del árbol equilibrador estén sincronizados. Al realizar el montaje del árbol hay que tener siempre en cuenta las marcas existentes en el cigüeñal, en el árbol y en la cadena (los eslabones son de diferente color).


La Culata
La culata es de nuevo diseño, debido a que ahora alberga a los inyectores bomba y además el accionamiento de los mismos que corre a cargo del árbol de levas.
La integración de los inyectores bomba en la culata ha conllevado la incorporación de los siguientes elementos:

El árbol de levas incorpora semicojinetes en los apoyos, lo que ha permitido la utilización de materiales adecuados a las elevadas solicitaciones a las que están sometidos. Los sombreretes llevan mecanizados los apoyos para el eje de balancines y los conductos para la lubricación de los semicojinetes y del propio eje de balancines.
Debido al número de elementos que se encuentran en la culata y todos ellos lubricados, los conductos de subida y bajada de aceite han sido dimensionados para permitir la circulación de una gran cantidad de aceite.

 

Para generar una presión de inyección de hasta 2000 bares, los inyectores bomba necesitan de elevadas fuerzas de empuje. Estas fuerzas representan altas solicitaciones para los componentes del mando de la correa de distribución.
Por ese motivo se han implantado las siguientes medidas, destinadas a aliviar las cargas de la correa de distribución:




Motor Ford EcoBoost 1.0 Lts, 3 cilindros
Se trata de un motor de 1.0 Lts de cilindrada, con tres cilindros y dos formatos de potencia -100 y 125 CV- y dos cajas de cambio –manual de 5 y 6 marchas, respectivamente- que ofrece los mejores consumos de su clase.

El motor de 1.0 litros ofrece una serie de innovadoras soluciones de eficiencia energética:

 

Para conseguir sus prestaciones, cuenta con un turbocompresor más pequeño capaz de girar mucho más deprisa (hasta 248.000 revoluciones por minuto), lo que en términos técnicos se denomina “turbocompresores de baja inercia”, que además son muy rápidos de respuesta cuando se acelera a bajas revoluciones. Tiene además la ventaja de consumir menos, porque un turbo convencional a alto régimen inyectaría más cantidad de combustible del necesario para la combustión con el objetivo de refrigerar los gases de escape y proteger el motor. Esa misma función, en el caso del EcoBoost, se realiza mediante un sistema de refrigeración por agua.

 

La inyección directa optimiza la mezcla y asegura un consumo eficiente. La distribución variable permite una gran flexibilidad de uso para mejorar la eficacia del motor en cualquier condición.

 

Ventajas del motor Ford EcoBoost
La primera es el menor consumo, cuyas cifras acabamos de citar. A continuación, el hecho de que el motor se caliente antes, con lo que alcanza pronto la eficiencia térmica necesaria para consumir lo justo (un motor en frío consume más); en tercer lugar, su peso reducido: mejora las prestaciones (entre un 15 y un 20 por ciento) y la dinámica del coche, y permite en principio el uso de neumáticos más pequeños. Sus niveles de potencia son comparables a los de motores convencionales de hasta un cincuenta por ciento más de cilindrada, aunque el equipo que lo ha desarrollado se ha centrado en obtener una respuesta rápida y par a bajas revoluciones, más que en dar cifras altas de potencia máxima.

El inconveniente del motor de 3 cilindros como es el de generar muchas vibraciones y tienen una sonoridad más alta y “desagradable” en la conducción. El equipo técnico de Ford ha trabajado a fondo para eliminar estos efectos indeseados. Por un lado, han desequilibrado a propósito el volante motor y la polea del cigüeñal para contrarrestar las sacudidas naturales de un motor de este tipo. Utilizan además un sistema de distribución por correa en baño de aceite (bajo nivel de ruido) junto con elementos aislantes y neutralizantes de vibraciones.

 

Motor bicilindrico Twinair de FIAT
Según Fiat, la utilización de sólo dos cilindros se debe a tres motivos: mayor eficiencia, menor tamaño y menor precio de fabricación. En una comparación con motores de tres y cuatro cilindros (de iguales prestaciones y cilindrada media), afirma que las pérdidas por calor de bicilíndrico son del 67,2% frente al 69,3 del de tres y 71,7 del de cuatro. El tamaño es un 23% menor respecto al tetracilíndrico.

El movimiento de los dos cilíndros es el mismo. Suben y bajan a la vez. Mientras uno está en fase de admisión, el otro está en la de explosión, impulsando al cigüeñal. Cuando uno está en compresión, el otro lo está en escape. De este modo las explosiones se reproducen en ciclos de 360º (sino serían en periodos irregulares).

 

Un inconveniente de los motores de tres y dos cilindros son las vibraciones que transmiten. Fiat utiliza en este motor un eje contrarrotante accionado por piñón para eliminar las de segundo orden. Y dice que, de este modo, las vibraciones del nuevo motor son «al menos equivalentes a las de un motor 4 cilindros de iguales prestaciones pero con una tímbrica característica». En la práctica, si se acelera por debajo de 2.000 rpm se notan las vibraciones del motor especialmente en el volante y los pedales. A mayor régimen esas vibraciones desaparecen casi por completo. En la figura inferior podemos ver un árbol equilibrador instalado en el motor.

 

 

Motor bicilindrico para una Maxiscooter de BMW
Este motor esta instalado en una motocicleta. Se trata de un propulsor de dos cilindros en línea refrigerado por agua y con sistema de inyección electrónica. Cuenta con una cilindrada de 647 cc y desarrolla una potencia de 60 CV a 7.500 rpm y un par máximo de 66 Nm a 6.000 vueltas. El límite de giro se sitúa en 8.500 rpm.

 

 





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