Configuración del motor - Engine configuration

La configuración del motor describe los principios operativos fundamentales por los que se clasifican los motores de combustión interna .

Los motores de pistón a menudo se clasifican por su disposición de cilindros, válvulas y árboles de levas. Los motores Wankel a menudo se clasifican por la cantidad de rotores presentes. Los motores de turbina de gas a menudo se clasifican en turborreactores, turboventiladores, turbopropulsores y turboejes.

Tipos de diseños de cilindros

Motores monocilíndricos

Motores rectos / en línea

Los motores rectos, también conocidos como motores en línea, tienen todos los cilindros alineados en una fila a lo largo del cigüeñal sin compensación. Cuando un motor recto se monta en ángulo, a veces se le llama "motor inclinado". Los tipos de motores rectos incluyen:

Motores en V

Los motores en V, también conocidos como motores en V, tienen los cilindros alineados en dos planos separados o 'bancos', de modo que parecen estar en una "V" cuando se ven a lo largo del eje del cigüeñal. Los tipos de motores en V incluyen:

Motores planos

Los motores planos, también conocidos como motores "horizontalmente opuestos" o "boxer", tienen los cilindros dispuestos en dos bancos a cada lado de un solo cigüeñal. Los tipos de motores planos incluyen:

• plano-dos , comúnmente llamado "plano-gemelo"
• piso de cuatro
• seis planos
• piso de ocho
• piso-doce

Motores de pistones opuestos

Un motor de pistones opuestos es como un motor plano / bóxer en el sentido de que los pares de pistones son coaxiales, pero en lugar de compartir un cigüeñal, comparten una sola cámara de combustión por par de pistones. La configuración del cigüeñal varía entre los diseños de motores opuestos. Un diseño tiene un motor plano / boxer en su centro y agrega un pistón opuesto adicional a cada extremo, por lo que hay dos pistones por cilindro en cada lado.

Motores W

Los motores W tienen los cilindros en una configuración en la que los bancos de cilindros se asemejan a la letra W, de la misma manera que los de un motor V se parecen a la letra V. Los tipos de motores W incluyen:

• W3
• W8
• S12
• S16
• S18

Motores X

Un motor X es esencialmente dos motores V unidos por un cigüeñal común. La mayoría de estos eran motores V-12 existentes convertidos en una configuración X-24.

Motores U

Los motores U constan de dos motores rectos separados (completos con cigüeñales separados) unidos por engranajes o cadenas. La mayoría de los motores U tienen cuatro cilindros (es decir, dos motores rectos y dos combinados), como motores cuadrados de cuatro y motores gemelos en tándem.

Motores H

Al igual que los motores U, los motores H constan de dos motores planos separados unidos por engranajes o cadenas. Los motores H se han fabricado con entre 4 y 24 cilindros.

Motor tipo K horizontal

Configuración de motor horizontal tipo K propuesta y analizada por Rushiraj Kadge . Este motor cuenta con los siguientes beneficios:

Mejor equilibrado. Esto significa que se puede extraer más energía de la configuración horizontal K. La configuración propuesta tiene las menores pérdidas por fricción. La altura del CG de la configuración propuesta es menor, lo que indica una mayor estabilidad. La masa de la configuración propuesta es menor con el mismo número de masas oscilantes y giratorias. Esto se debe a la longitud reducida del cigüeñal. Si se supone que la potencia es constante, entonces la relación potencia / peso de la configuración propuesta es mayor.

Motores radiales

Un motor radial tiene un solo cigüeñal con cilindros dispuestos en forma de estrella plana alrededor del mismo punto del cigüeñal. Esta configuración se usó comúnmente con 5 cilindros refrigerados por aire en aviones.

Motores delta

Un motor Delta tiene tres (o sus múltiples) cilindros que tienen pistones opuestos, alineados en tres planos separados o "bancos", de modo que parecen estar en un Δ cuando se ven a lo largo del eje del eje principal. Un ejemplo notable de este tipo de diseño es el Napier Deltic .

Otros diseños

Las configuraciones menos comunes incluyen el motor Swashplate con el motor K-Cycle en el que los pares de pistones están en una configuración opuesta compartiendo un cilindro y una cámara de combustión.

Valvulas

La mayoría de los motores de cuatro tiempos tienen válvulas de asiento , aunque algunos motores de aviones tienen válvulas de manguito . Las válvulas pueden estar ubicadas en el bloque de cilindros ( válvulas laterales ) o en la culata de cilindros ( válvulas en cabeza ). Los motores modernos son invariablemente de este último diseño. Puede haber dos, tres, cuatro o cinco válvulas por cilindro, con las válvulas de admisión superando en número a las válvulas de escape en caso de un número impar. Los motores de interferencia son aquellos en los que una válvula podría colisionar con un pistón si la sincronización de la válvula fuera incorrecta.

Arboles de levas

Las válvulas de asiento se abren mediante un árbol de levas que gira a la mitad de la velocidad del cigüeñal. Puede ser una cadena, un engranaje o una correa dentada accionada desde el cigüeñal y puede estar ubicada en el cárter (donde puede servir a uno o más bancos de cilindros) o en la culata.

Si el árbol de levas está ubicado en el cárter, se requerirá un tren de válvulas de varillas de empuje y balancines para operar las válvulas en cabeza. Mecánicamente más simples son las válvulas laterales , en las que los vástagos de las válvulas descansan directamente sobre el árbol de levas. Sin embargo, esto genera un flujo de gas deficiente dentro de la culata de cilindros, así como problemas de calor y cayeron en desgracia para el uso en automóviles, ver motor de cabeza plana .

La mayoría de los motores de automóviles modernos colocan el árbol de levas en la culata de cilindros en un diseño de árbol de levas en cabeza (OHC). Puede haber uno o dos árboles de levas en la culata; un diseño de árbol de levas único se denomina árbol de levas en cabeza simple (SOHC). Un diseño con dos árboles de levas por culata se denomina doble árbol de levas en cabeza (DOHC). Tenga en cuenta que los árboles de levas se cuentan por culata, por lo que un motor V con un árbol de levas en cada una de sus culatas de dos cilindros sigue siendo un diseño SOHC, y un motor V con dos árboles de levas por culata es DOHC, o informalmente un "quad cam " motor.

Con árboles de levas en cabeza, el tren de válvulas será más corto y ligero, ya que no se requieren varillas de empuje. Algunos diseños de árboles de levas en cabeza todavía tienen balancines ; esto facilita el ajuste de las holguras mecánicas.

Un diseño de cuatro válvulas por cilindro generalmente tiene dos válvulas de admisión y dos de escape, lo que requiere dos árboles de levas por banco de cilindros. Si hay dos árboles de levas en la culata de cilindros, las levas a veces pueden apoyarse directamente en los seguidores de leva en los vástagos de las válvulas (empujadores). Los seguidores de levas ayudan en la reducción del ruido, la vibración amortiguada, la absorción de impactos y el transporte de cargas axiales. Esta última disposición es la más libre de inercia, permite los flujos de gas más libres de obstáculos en el motor y es la disposición habitual para motores de automóviles de alto rendimiento. También permite ubicar la bujía en el centro de la culata, lo que promueve mejores características de combustión. Más allá de un cierto número de válvulas, el área efectiva cubierta disminuye , por lo que cuatro es el número más común. Un número impar de válvulas significa necesariamente que el lado de admisión o escape debe tener una válvula más. En la práctica, se trata invariablemente de las válvulas de admisión; incluso en los diseños de cabezales pares, las válvulas de admisión suelen ser más grandes que las de escape.

Los motores muy grandes (por ejemplo, motores marinos ) pueden tener árboles de levas adicionales o lóbulos adicionales en el árbol de levas para permitir que el motor funcione en cualquier dirección. Además, se pueden utilizar otras manipulaciones de válvulas, por ejemplo, para el frenado del motor, como en un freno Jake .

Una desventaja de las levas en cabeza es que se necesita una cadena (o correa) mucho más larga para impulsar las levas que con un árbol de levas ubicado en el bloque de cilindros, generalmente también se necesita un tensor. Una rotura en la correa puede destruir el motor si los pistones tocan las válvulas abiertas en el punto muerto superior .

Motores Wankel (rotativos)

Los motores Wankel (a veces llamados 'motores rotativos') se pueden clasificar según el número de rotores presentes. La mayoría de los motores Wankel de producción tienen dos rotores, sin embargo también se han producido motores con uno, tres y cuatro rotores. Los motores Wankel también se pueden clasificar en función de si son de aspiración natural o turboalimentados .

La mayoría de los motores Wankel funcionan con gasolina, sin embargo, se han investigado prototipos de motores que funcionan con diésel e hidrógeno.

Motores de turbina de gas

Los motores de turbina de gas, que se utilizan principalmente para aviones, generalmente se dividen en las siguientes categorías:

• Turborreactor , los gases viajan a través de una boquilla propulsora
• Turbofan , los gases viajan a través de un ventilador con conductos.
• Turbohélice , los gases viajan a través de una hélice no conducida, generalmente con paso variable.
• Turboshaft , una turbina de gas optimizada para producir par mecánico en lugar de empuje

Referencias