No. 2671
¿Cuántos cilindros?

por John H. Lienhard

Hoy, ¿cuántos cilindros? La Facultad de Ingeniería de la Universidad de Houston presenta esta serie sobre las máquinas que hacen funcionar nuestra civilización y las personas cuyo ingenio las creó.

¿Cuántos cilindros debe tener el motor de un coche? La mayoría de nuestros coches tienen cuatro cilindros en fila, o cilindros en V: dos o tres a cada lado. Entonces, ¿por qué toda esta fancificación? ¿Por qué no un solo cilindro grande?

Bueno, piensa en un pistón, yendo y viniendo en un cilindro, haciendo girar un cigüeñal. Acciona brevemente un eje una vez cada dos revoluciones. Los motores de nuestros coches funcionan en ciclos de cuatro tiempos. Se produce el encendido y el pistón empuja hacia abajo. A continuación, expulsa los gases de escape al volver a subir. A continuación, aspira a una nueva mezcla de aire y gasolina en su descenso. Por último, sube, comprimiendo esa mezcla. Luego otro encendido, y el ciclo se repite.

Un motor monocilíndrico se acelera en la primera carrera; luego se ralentiza durante el resto de las dos revoluciones de un ciclo de cuatro tiempos. Eso haría que dicho motor se agitara y vibrara.

Así que necesitamos un gran volante de inercia para mantenerlo en movimiento entre los encendidos. Con más cilindros y pistones, podemos fijar la biela de cada pistón en un lugar angular diferente en el cigüeñal – entonces programamos las explosiones para que cada una de ellas haga avanzar la rotación durante las dos revoluciones. Y el volante puede ser mucho más pequeño.

Karl Benz utilizó un motor monocilíndrico en su primer coche de 1885. El motor del primer Modelo T de Ford tenía cuatro cilindros seguidos. Algunos coches de lujo de la década de 1920 tenían motores en línea de hasta ocho cilindros. Se han utilizado motores con hasta 12 o más cilindros en línea, pero principalmente en grandes motores marinos y estacionarios.

Por supuesto, la suavidad de funcionamiento es sólo un objetivo. Más cilindros dan menos peso al volante, pero también significan mayores costes de fabricación y mantenimiento. Luego está la compacidad. El Duesenberg Straight-8 era el favorito de las estrellas de cine ricas en los años 20. Pero tenía una distancia entre ejes de 12 pies. Imagina aparcar en paralelo esa bestia.

La respuesta fue el motor V-8 – dos filas de cuatro formando una V. Incluso Karl Benz experimentó con un motor V-2 después de construir su motor monocilíndrico. Una disposición en V puede incluso permitir que dos cilindros accionen un cigüeñal común, empujándolo en diferentes posiciones angulares. Y aquí aumenta la complicación: Los ingenieros han creado todo tipo de ingeniosos diseños de cigüeñal para usar con cilindros en todo tipo de posiciones: V-4, V-6, flat-4, flat-6.

Los aviones imponían diferentes limitaciones de diseño. Un motor en línea ofrece poca resistencia frontal. Los hermanos Wright utilizaron un motor de cuatro cilindros rectos, pero con un volante de inercia bastante pesado. Luego, los primeros constructores pasaron a utilizar motores de nueve cilindros que partían de un eje central. Los pistones giraban alrededor del eje y no necesitaban ni volante ni sistemas de refrigeración.

Muchas tecnologías nuevas se decantan por una forma mejor. Pero algunas encuentran más de una buena opción, y luego siguen compitiendo entre sí. Piense en los PC frente a los Mac, en la música clásica frente a la música country… piense en los cilindros en sus aparentemente interminables disposiciones.

Soy John Lienhard en la Universidad de Houston, donde nos interesamos por la forma en que funcionan las mentes inventivas.

(Tema musical)
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Todas las fotos son de J. Lienhard. Motores Toyota por cortesía de Mike Calvert Toyota, Houston, TX.

El motor Wright más antiguo que se conserva (New England Air Museum). Este es un cuatro en línea. Obsérvese que las bielas del pistón exterior están fijadas al cigüeñal a 180 grados fuera de fase con las dos interiores. Obsérvese también el pesado volante de inercia en el lado derecho de la foto.

Motor Toyota Camry Straight-4 montado lateralmente.

Los motores de nuestro ingenio son Copyright © 1988-2010 de John H. Lienhard.