¿Cuál sería más eficiente en combustible, un motor de 3 cilindros o 4 cilindros de la misma capacidad y un ajuste similar?

Answer 1

Nota: Traté de ilustrar esto de la manera más simple posible, aquellos que no entienden los cálculos, omita esta sección.

Supuestos

• Ambos motores ofrecen la misma potencia.
• Mismo combustible
• Operado bajo idénticas condiciones de operación
• La longitud de la carrera / altura del orificio de todos los cilindros es idéntica
• No se utilizan unidades ya que el caso es hipotético, por lo que pongo la medida como “unidad”.

Fórmulas utilizadas:

Dado que la sección transversal del pistón y el cilindro son circulares.

Circunferencia de un círculo = 2 x pi xr

Área de un círculo = pi xrxr

Caso 1: motor de cuatro cilindros

La potencia de salida de cada unidad de pistón – cilindro es directamente proporcional al volumen de desplazamiento, es decir, la altura y el área de sección transversal del cilindro.

Área de sección transversal

Radio del pistón = 1 unidad (por simplicidad)

Área de sección transversal de un solo pistón = 3.14 x 12 = 3.14 unidad 2

No de cilindros = 4

Área de sección transversal de cuatro pistones = 4 x 3.14 = 12.56 unidad 2

El área de contacto entre el pistón y el cilindro se puede calcular calculando la circunferencia del pistón

Circunferencia

Circunferencia de un pistón = 2 x 3.14 x 1 = 6.28 unidades

No de cilindros = 4

Circunferencia total para los cuatro cilindros = 6.28 x 4 = 25.12 unidades

Caso 2: motor de tres cilindros

Para generar la misma potencia de salida en un motor de tres cilindros, el volumen disperso durante la fase de combustión debe ser igual al volumen dispersado por los cuatro cilindros. Como mantenemos constante la altura del orificio en ambos motores, la única variable es el radio del pistón. El nuevo radio del pistón para generar la misma potencia de salida se calcula de la siguiente manera.

Cálculo del nuevo radio del pistón

Área total de la sección transversal del motor de cuatro cilindros = Área total de la sección transversal del motor de tres cilindros

4 x pi xrxr = 3 x pi xrxr

12.56 = 3 x pi xrxr

r = pi (12.56 / 3 x 3.14)

= 1.154 unidad

Por lo tanto, el radio de cada pistón debe ser de 1.154 unidades.

Circunferencia total de los tres pistones = 3 x 2 x pi xr

= 3 x 2 x 3.14 x 1.154 = 21.74 unidades

Relación de circunferencia del pistón (contacto de superficie) en un motor de cuatro cilindros en comparación con un motor de tres cilindros = 25.12 / 21.74 = 1.16

Esto significa que el área de la superficie del pistón que toca el cilindro en un motor de cuatro cilindros será 1.16 veces más que eso en un motor de tres cilindros. Por lo tanto, un motor de cuatro cilindros necesita trabajar contra más fricción que un motor de tres cilindros en cada ciclo del motor. Además de la fricción dentro del cilindro, hay múltiples fricciones en cada interfaz de superficie, desde el cigüeñal hasta las válvulas. Por lo tanto, una cierta cantidad de potencia de salida generada por se utiliza para compensar estas pérdidas. A medida que aumenta el número de cilindros, se utiliza cada vez más energía para superar las pérdidas por fricción.

Por lo tanto, teóricamente, un motor de tres cilindros usa menos potencia para mantener el funcionamiento del motor. Por lo tanto, el motor necesita generar menos energía durante un ciclo del motor, para la misma potencia de salida. Menos energía generada significa menos combustible consumido. De este modo, el consumo de combustible en un ciclo del motor es menor y el vehículo podría dar un mejor kilometraje.

Conclusión

Además de esta visión teórica, en un escenario de la vida real, el rendimiento, la comodidad y la eficiencia del combustible de un automóvil dependen de muchos otros factores, desde la aerodinámica hasta el peso del pasajero. No hay generalización de que los tres cilindros sean eficientes en combustible y que los cuatro cilindros sean mejores para conducir. Depende de muchos otros factores, como el fabricante, el refinamiento del motor, los componentes de calidad, el rendimiento de los subsistemas, etc.

Finalmente, es una elección personal ir con un automóvil con tres cilindros o cuatro cilindros. Si alguien valora más la economía de combustible, un mejor gasto operativo y generalmente conduce en carriles rápidos, es mejor tener un motor de tres cilindros. Al mismo tiempo, si alguien está comprando el automóvil principalmente para conducir en la ciudad, comodidad de manejo y usar CA la mayor parte del tiempo, es mejor tener uno de cuatro cilindros.

Cortesía – Team-BHP

Answer 2

Pregunta como contestada …

¿Cuál sería más eficiente en combustible, un motor de 3 cilindros o 4 cilindros de la misma capacidad y un ajuste similar?

Hay dos consideraciones asociadas con esta pregunta: la eficiencia del combustible del motor, medida típicamente como BSFC (consumo de combustible específico del freno) y la eficiencia del combustible del vehículo con cualquiera de estos dos motores hipotéticos, medidos en una unidad de kilómetros por litro más conocida. Y cualquiera que haya trabajado en la combinación del tren motriz jurará que esos dos no necesariamente se implican entre sí.

La primera consideración …

Si la capacidad (generalmente entendida como desplazamiento o volumen barrido en cc, litros, pulgada cúbica, etc.) es la misma, la versión de 3 cilindros obviamente tendrá un diámetro mayor por cilindro. Esto generalmente se compensa con una menor pérdida de bombeo debido a un cilindro menos. No, el volumen bombeado sería el mismo, pero las restricciones (válvulas) serán menores.

Si la potencia y la salida de par son iguales (generalmente el valor promedio de cada cilindro durante un ciclo o dos revoluciones del cigüeñal para motores de 4 tiempos multiplicado por el número de cilindros), las presiones máximas del motor de 3 cilindros deben ser mayores. Eso significa que las temperaturas también serían más altas. Más que el valor máximo, el rango más amplio matará su diseño de anillo de pistón. Todas las ganancias que tenga debido a la menor superficie de contacto se erosionarán, ya que la precarga en los anillos tendrá que ser mayor para evitar la purga a temperaturas más altas.

Todo esto significará que el BSFC de 3-cyl sería ligeramente más pobre que el de 4-cyl.

Dejemos allí los factores del nivel del motor o, de lo contrario, excederé el límite de texto.

Llegando a la segunda consideración: la eficiencia del combustible del vehículo …

El tamaño del bloque del motor y sería bastante similar al del peso (descuidando las presiones más altas en el cilindro en 3 cilindros). Un inyector, un conjunto de válvulas y una bujía (o posiblemente una bujía incandescente para diésel) menos en 3 cilindros. Pero luego está la cuestión de equilibrar el ‘golpe de martillo’ lineal, los torsionales del ciclo y la excentricidad del cigüeñal. Por lo tanto, lo más probable es que necesite un eje equilibrador en el 3-cil. Eso ciertamente superaría la ventaja de la gasolina e incluso el diesel. Luego agregue un volante más pesado para 3 cilindros como amortiguador de torsión. Entonces, muy probablemente, la versión de 3 cilindros pesará significativamente más. Eso es más masa del vehículo, lo que significa más resistencia a la rodadura y más pérdidas por inercia en la aceleración.

La carga térmica en el radiador sería mayor (recuerde presiones más altas en el cilindro que darían como resultado temperaturas más altas). Esto comenzará a arruinar la aerodinámica delantera, así como a agregar carga de la bomba de enfriamiento en el motor.

Lo mejor de los volantes no amortigua todas las oscilaciones. Por lo tanto, la transmisión de 3 cilindros tendrá que ser reforzada: más peso a menos que emplee algunos materiales exóticos o deje que la transmisión falle antes de tiempo.

Todo esto tendrá un efecto adverso en la eficiencia del combustible del vehículo. Nuevamente, vamos a acortar por simplicidad.

Por lo tanto, agregar ambos efectos, BSFC y km por litro, parece que la versión de 3 cilindros es una mala idea.

Entonces, ¿por qué vemos tantos motores de 3 cilindros, particularmente en India? Esto se debe a que no son equivalentes a algunos diseños de 4 cilindros, sino que son versiones reducidas de algunos motores de 4 cilindros probados. Más sobre eso en otra pregunta específica.

Answer 3

Hay varios buenos puntos de vista para la eficiencia del combustible en el contexto del motor a continuación.

Otro punto de vista aún no considerado:

El motor aparte de uno de los otros contribuyentes a la economía de combustible es el área frontal del vehículo.

Si suponemos en el diseño transversal del motor, que el bloque del motor del cilindro 3 es más corto que el del cilindro 4, y suponemos que el vehículo solo se ofrece con el motor de 3 cilindros, el fabricante podría diseñar un vehículo más estrecho. Si el vehículo es más angosto, tendrá un área frontal más pequeña que un vehículo más ancho y, por lo tanto, el cilindro 3 contribuirá a una mejor economía de combustible.

Answer 4

La eficiencia del combustible es el resultado de muchos factores que contribuyen … No solo la cantidad de cilindros.

Entonces es difícil decir cuál.

Pero una cosa es segura de que un motor de 4 cilindros funcionaría mucho más suavemente sin apenas vibraciones, traqueteo o asperezas. Más cilindros, menos son las cosas necesarias para ser diseñados para superar los golpes y vibraciones que se generan durante el Power Stroke en un motor típico de 4 tiempos.

Answer 5

Para vehículos idénticos, el motor de cilindro de 3 puertos ofrecería más kilometraje. También le daría más vibraciones a menos que las vibraciones del motor se hayan sofocado adecuadamente. Un motor de 4 cilindros es estable y zumba dulcemente sin vibraciones.