Muchos cilindros, una marcha suave

Un motor de un solo cilindro entrega un empujón cada 720° y luego nada durante dos vueltas completas. Es simple, pero vibra: el par en el cigüeñal pasa de un pico alto a cero e incluso a negativo, y la inercia del movimiento vertical del pistón hace vibrar todo el motor. Las volantes grandes ayudan, pero hay una mejor solución: más cilindros, encendiendo por turnos.

Con n cilindros encendiendo uniformemente, una carrera de potencia comienza cada 720° / n:

• 1 cilindro: cada 720°
• 2 cilindros: cada 360°
• 4 cilindros: cada 180°
• 6 cilindros: cada 120°
• 8 cilindros: cada 90°

En un 4 en línea, una carrera de potencia termina justo cuando comienza la siguiente, por lo que el cigüeñal siempre recibe un empujón. El par ondula mucho menos que en un motor monocilíndrico.

En un 4 en línea, los contrapesos del cigüeñal se configuran en pares: los pistones 1 y 4 se mueven juntos, y los pistones 2 y 3 se mueven juntos, medio giro fuera de fase. Cuando el par está en la parte superior, uno de los dos está terminando la compresión (a punto de encenderse) mientras su compañero está terminando el escape (a punto de tomar aire fresco), por lo que los dos siempre están a medio ciclo de distancia. Dos órdenes de encendido son comunes: 1-3-4-2 (el más habitual) y 1-2-4-3. Ambos encienden un cilindro cada 180°, y un cilindro nunca enciende justo después de su vecino inmediato, lo que reduce la tensión en el cigüeñal y equilibra el flujo de gases en el conducto de admisión.

El encendido uniforme no es toda la historia. Un 4 en línea básico aún tiene una pequeña vibración residual al doble de la velocidad del motor porque los pistones no se mueven simétricamente hacia arriba y hacia abajo; los motores 4 en línea más grandes a menudo agregan ejes de balanceo para cancelarla. Un 6 en línea que enciende cada 120° es naturalmente muy suave, por lo que ha sido muy apreciado durante mucho tiempo, mientras que un V8 enciende cada 90° con sus contrapesos dispuestos para equilibrarse.

¿Más cilindros significa más potencia? No por sí solos. La potencia proviene de la cantidad de aire y combustible que el motor quema cada segundo, lo cual depende de su cilindrada, su velocidad y de lo duro que trabaja cada ciclo. Para un motor de cuatro tiempos, P = p × V_d × N / 2, donde p es la presión media efectiva (la presión constante que realizaría el mismo trabajo que la real), V_d la cilindrada total y N las rotaciones por segundo. Para un motor de 2,0 litros con p ≈ 1,0 MPa a 100 rev/s (6 000 rpm): P = 1,0×10⁶ × 0,002 × 100 / 2 = 100 kW. Si repartes los mismos 2,0 litros en seis u ocho cilindros, la potencia es aproximadamente la misma; obtienes suavidad y un sonido diferente, no potencia extra.

Un turbocompresor fuerza más aire hacia dentro, aumentando p y, por tanto, la potencia de la misma cilindrada, por lo que los motores pequeños modernos pueden ser potentes.