Están ahí, dentro de los motores de combustión interna, tanto en los vehículos de de gasolina, diesel, biocombustible, e incluso en los de hidrógeno. Son los cilindros de un motor, una parte fundamental que interfiere directamente en el consumo y en el rendimiento, y que, en ocasiones, son los grandes olvidados. Aquí podrás aprender todo lo que necesitas saber sobre ellos, y conocer más de cerca lo que hay dentro del motor de tu coche o moto.
Para qué sirven los cilindros de un motor
¿Qué es un cilindro?
Los cilindros son los espacios que se ahuecan en el bloque del motor y donde irán alojados los pistones del motor para ser propulsados por las detonaciones o combustiones del combustible empleado. Además del combustible también entra aire para la mezcla y, en algunos motores, la mezcla es de gasolina y aceite, como el caso de algunas motos, aparatos agrícolas con motor, etc.
Los pistones se mueven libremente arriba y abajo dentro del cilindro, y los cabezales de los cilindros no llegan a rozar con los pistones. Además, llevan unos anillos alrededor para garantizar la estanqueidad que tampoco hacen contacto con las paredes de los cilindros por su cara interna. Son levemente más pequeños y una capa de lubricante se interpone entre ambas partes. Esto mejora la eficiencia, reduciendo la temperatura y pérdida de rendimiento por rozamiento.
Historia de los cilindros del coche
Los primeros motores de automóviles nació con un solo cilindro, un motor muy simple que se situaba entre la bancada del motor y la culata. El primero en incluir más de un cilindro fue el modelo bicilíndro de Benz de 1897, con una potencia de 6 CV.
En 1907 aparecerían los primeros motores con más cilindros, concretamente con 6 de ellos en línea, para satisfacer las mayores necesidades de potencia. Al finalizar la I Guerra Mundial, se comenzaron a utilizar motores de 8 cilindros que antes se habían empleado en coches de carreras.
Y entre 1927 y 1928 llegarían los primeros motores con los cilindros en un único bloque motor, así como los primeros motores de 8 y 12 cilindros en distribución V.
Función de un cilindro
La función principal de un cilindro es servir de cavidad para la combustión y de guía para el pistón. Además de ello, sirve como cuerpo en el que se garantiza la estanqueidad de los gases y contención de la explosiones.
Son parte fundamental de los motores, y representan el núcleo de los motores de combustión. De hecho, el resto de partes del motor se unen a este bloque motor central.
También se puede decir que los cilindros de un coche tienen funciones mecánicas y térmicas:
- Mecánicas: hacen referencia a la presión que ejercen los gases dentro del cilindro.
- Térmicas: sobre las temperaturas variables en el ciclo.
Tipos de cilindros
Los cilindros no actúan solos, cuentan con multitud de partes alrededor, con las válvulas de admisión y escape, el árbol de levas para el accionamiento sincronizado de las válvulas, la bujía si es de gasolina, el inyector en el caso de ser de inyección, el pistón, la biela y el cigüeñal, así como las propias partes del cuerpo del cilindro, como la cabeza del cilindro, la cámara de combustión con su punto muerto superior e inferior que determinan la cilindrada, las zonas huecas a través del cuerpo por donde circula el refrigerante, etc.
En cuanto a los tipos, hay variaciones en función de ciertos parámetros, como por ejemplo la disposición que detallaremos en los próximos apartados, o su volumen, es decir, la cilindrada. Mientras más grande, mayor es la cilindrada y prestaciones del motor, aunque en la actualidad se han implementado algunas técnicas para conseguir mayor rendimiento sin tener que aumentar necesariamente la cilindrada, como puede ser el turbo.
Se pueden catalogar también en función de su construcción, ya que los bloques de cilindros pueden ser:
- Abiertos: se fabrican en dos piezas, un bloque superior y otro inferior con el cárter, unidos por una junta.
- Cerrados: se fabrica en una sola pieza, sujetando al cigüeñal con casquillos de bancada.
Y según los conductos de refrigeración también podemos tener varios tipos, como:
- Open deck, cuando los conductos por donde fluye el refrigerante rodean a los cilindros.
- Close deck: no dan la vuelta al cilindro, sino que simplemente pasan paralelamente a él a través del bloque motor.
Disposición de los cilindros
Los cilindros de un coche o cualquier otro vehículo, pueden posicionarse de varias formas, comprendiendo arquitecturas de motor con características muy diferentes. La forma de posicionarlos no solo afecta al rendimiento, también a otros aspectos como el sonido, las vibraciones, etc. Aquí tienes algunas de las formas de posicionarlos más fundamentales:
En línea
En este tipo de arquitectura en línea, los cilindros del coche se sitúan en una distribución elemental, con las diferentes cavidades formando una línea en el bloque motor. Es la distribución más común y de complejidad baja, distribución sencilla y económica de instalar. Su sencillez también hace que sean menos propensos a tener problemas mecánicos.
En la actualidad existen multitud de vehículos con este tipo motores en línea, desde 2 cilindros hasta 6 de ellos. Esta distribución da algunas ventajas y desventajas destacables:
- Ventajas:
- Simple y fiable.
- Económico en cuanto a su fabricación.
- Anchura estrecha.
- Desventajas:
- Necesitan mayor espacio longitudinal para su instalación.
- Dificulta la refrigeración de los cilindros con aire, especialmente en los traseros.
En V
Una distribución en V es también habitual en coches de mayor rendimiento o los de competición. En este caso, los cilindros se ponen en filas formando una V, convergiendo cada fila en el mismo cigüeñal. Puede haber varios cilindros, como los V8, V10, V12, etc., pero lo más habitual es una configuración V6.
Entre las ventajas y desventajas de los cilindros en V están:
- Ventajas:
- Equilibrio de masas en el interior del motor porque las fuerzas actúan en dos direcciones diferentes.
- Trabajan con gran suavidad.
- Son capaces de aprovechar mejor el espacio del interior del bloque motor, por lo que son más compactos.
- Permite crear motores de mayor cilindrada y cilindros más próximos, y con capacidad para un par motor elevado en regímenes de revoluciones bajos.
- Desventajas:
- El peso del bloque motor es mayor frente a uno en línea.
- Fabricar estos motores con cilindros en V es más costoso.
- Las reparaciones también son más complicadas y también su mantenimiento.
En W
Para conseguir mayores cilindradas pueden, en raras ocasiones, haber motores con distribución en W, con dos filas de cilindros en V enfrentadas. Sus características son similares a los en V, aunque más voluminosos, caros y complejos. También existen variantes con una fila central de cilindros y dos a los laterales, en V…
En Cuadrado
Otros motores poco convencionales son los cuadrados, como los INNengine. Unos motores donde el diámetro del pistón es igual a la longitud de la carrera. Es decir, la relación es 1:1, consiguiendo motores con altas revoluciones.
Opuestos o Boxer
Otra disposición que también se monta en muchos vehículos de calle es la del motor con cilindros opuestos o motor boxer. Este tipo de motor admite varias formas de posicionarlo, como los que se ubican horziontalmente o en V a 180º.
Los motores boxers enfrentan los cilindros de tal forma que los pistones opuestos realizan su carrera de forma simultánea, es decir, ambos llegan al mismo tiempo a un punto muerto superior e inferior. Esto se debe a que cada biela se conecta a su propia muñequilla del cigüeñal.
Las principales ventajas y desventajas de un motor tipo boxer son:
- Ventajas:
- El movimiento del pistón al estar compensado por su opuesto, equilibra fuerzas, ofreciendo un motor con mucha suavidad.
- Altura del motor es menor y baja el centro de gravedad, beneficiando la estabilidad.
- Permite una buena refrigeración y su diseño no es complejo.
- El equilibrio dinámico del motor es otro factor a tener en cuenta, sin necesidad de contrapesos en el cigüeñal.
- Desventajas:
- Costes de fabricación más elevados por su mayor número de piezas.
- Anchura del motor notablemente mayor.
Número de cilindros de un motor
Existen motores de un número variado de cilindros, desde los monocilindro, hasta los 8 o más cilindros, como los de 10, o 12. Sin embargo, en los motores de los coches de calle, tanto todocaminos, como deportivos, o utilitarios, las configuraciones más populares son:
- 4 cilindros (1-3-4-2, 1-2-4-3, 1-3-2-4): consumen menos combustible (aunque si están turboaliementados podrían tener mayor consumo) y son más simples, menos pesados.
- 6 cilindros (1-5-3-6-2-4, 1-6-5-4-3-2, 1-2-3-4-5-6, 1-4-2-5-3-6 ): son algo más pesados al tener más cilindros, y suelen consumir más.
- 8 cilindros (1-8-4-3-6-5-7-2, 1-8-7-2-6-5-4-3, 1-3-7-2-6-5-4-8, 1-5-4-8-7-2-6-3, 1-6-2-5-8-3-7-4, 1-8-7-3-6-5-4-2, 1-5-4-2-6-3-7-8, 1-5-6-3-4-2-7-8, 1-5-3-7-4-8-2-6, 1-5-4-8-6-3-7-2): al igual que los de 6 cilindros, también suelen tener mayor consumo en igualdad de condiciones y son más pesados.
Aunque parezca extraño, también existen motores con un número impar de cilindros, más allá de los monocilindro, como es el caso de los motores de 3 cilindros (1-2-3). Estos motores destacan por su consumo, y cuentan con menos masa. Pero hay más:
- Ventajas de un motor tricilíndrico:
- Tamaño de motor más reducido, al igual que su peso.
- Cantidad de aceite y agua para la refrigeración inferior, por lo que significa menos gasto de mantenimiento.
- Seguridad pasiva, al tener menos masa en caso de accidente reducirá las posibilidades de intrusión en el habitáculo.
- Reducción del consumo de combustible.
- Buen rendimiento térmico pese a sus pequeñas cilindradas.
- Desventajas de un motor tricilíndrico:
- Motores más rudos y con más vibraciones.
- Potencia limitada por su cilindrada, que suelen estar limitados a unos 1500 cc.
- Motores sobrealimentados con menor fiabilidad, ya que están condicionados por la vida del turbo y del sistema de inyección.
También existen otras configuraciones impares, como la de 5 (1-2-4-5-3) y 7 (1-3-5-7-2-4-6), así como pares más habituales en superdeportivos o coches de carreras como las de 10 (1-10-9-4-3-6-5-8-7-2, 1-6-5-10-2-7-3-8-4-9 ), 12 (1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10), o 16 (1-12-8-11-7-14-5-16-4-15-3-10-6-9-2-13).
Motores sin cilindros
Por último, también existen los denominados motores rotativos o tipo Wankel, que son motores de combustión que han empleado algunos fabricantes en sus modelos como Mazda, y que carecen de cilindros y pistones. para sustituirlos emplean un rotor que gira para realizar los cuatro tiempos en distintas zonas de un estátor o bloque.
Los motores Wankel tienen ventajas y desventajas como:
- Ventajas:
- Menos piezas móviles y mayor fiabilidad.
- Costes bajos.
- Suavidad de marcha porque todas las piezas rotan en un mismo sentido.
- Menor desgaste al rotar 1/3 de la velocidad del eje.
- Menos pesados y más compactos.
- Desventajas:
- Mayores costes de mantenimiento.
- Emisiones más elevadas.
- Mayor consumo en relación a la potencia.
- La sincronización entre los distintos componentes debe ser perfecta.
- Como los de 2T, los Wankel tienen menor capacidad de freno motor.