¿Por qué los motores tienen más de un cilindro?

Este es un tractor Landini de “cabeza caliente” de 1934 vintage:

Tiene un motor de un solo cilindro, se puede ver claramente la cabeza que sobresale debajo de la rejilla del radiador. La capacidad de los distintos modelos oscilaba entre 4,3 y 14,3 litros. La carrera del pistón varió entre 190 y 270 mm y el diámetro del cilindro varió entre 170 y 260 mm. Estos eran enormes cilindros, tenían una gran biela y una biela enorme. Claramente, las revoluciones máximas fueron extremadamente bajas y oscilaron entre 500 y 950 RPM. Muchos motores modernos están inactivos a esta velocidad de revoluciones.

Este tipo de motor era enorme, pesado y tenía muy poca potencia. También vibró mucho. Pero todo esto estaba bien para un tractor agrícola, siempre y cuando se igualara con la fiabilidad absoluta en cualquier condición previsible, y la capacidad de utilizar una gama de combustibles que van desde el combustible diesel adecuado hasta el queroseno e incluso el aceite de colza.

Cuando los motores de combustión interna se usaron para diferentes aplicaciones, surgieron una serie de problemas que hicieron menos conveniente el uso de motores de un solo cilindro.

  1. vibraciones: la masa recíproca del pistón genera vibraciones. Cuanto más grande es el pistón, más rápido se desplaza hacia arriba y hacia abajo en el cilindro y cuanto mayor sea la distancia que debe recorrer (carrera), mayor será la intensidad de las vibraciones. La solución es dividir la capacidad del motor en varios cilindros, de modo que los pistones más pequeños se desplacen sobre orificios más cortos. Y al escalonar las bielas con precisión, puede hacer que un pistón viaje hacia arriba, mientras que otro viaje hacia abajo, y cancelar (casi) todas las vibraciones.
  2. uniformidad de la combustión: para tener un uso eficiente del combustible y, por lo tanto, suministrar la energía del combustible al cigüeñal, la combustión debe ser rápida y completa. En un cilindro muy grande, es difícil alcanzar una combustión completa en el poco tiempo disponible, ya que el “frente de combustión” que comienza desde la bujía (en un motor de chispa) o desde la cámara de alta turbulencia (en un motor Diesel ) viaja a una velocidad finita y puede que no haya llegado a los extremos de la cámara de combustión cuando el pistón ha alcanzado su punto muerto inferior y comienza a subir nuevamente. Cualquier combustión después de este momento (en realidad, incluso un poco antes) es perjudicial. Dividir una gran cámara de combustión en muchas más pequeñas es una forma de permitir que un motor alcance mayores revoluciones manteniendo una buena eficiencia
  3. forma: un motor multicilindro tiene una forma vagamente rectangular, lo que facilita su colocación debajo de un capó (en un automóvil) o en un carenado aerodinámico (en un avión). Un motor de un solo cilindro es un artilugio bastante rebelde con una gran parte redonda (la carcasa del cigüeñal) y una cosa sobresaliente (el conjunto del cilindro y la cabeza) que hace que sea muy difícil de encerrar.

El Moto Guzzi Falcone tenía un motor horizontal único de 500 cc. No es fácil encajar en un marco triangular.

Resumiendo: los motores multicilindros vibran menos, son más eficientes a altas revoluciones (y, por lo tanto, más potentes) y son más fáciles de encerrar que los motores monocilíndricos de la misma capacidad. En aplicaciones aeronáuticas, la reducción de las vibraciones es muy importante porque permite reducir drásticamente el peso de los soportes del motor.

Los únicos inconvenientes de los motores de múltiples cilindros son que tienen menos par de baja velocidad y son más pesados ​​(dada la misma capacidad) que los motores de un solo cilindro. Esta es la razón por la cual los motores de un solo cilindro siguen siendo favorecidos en las motocicletas todoterreno que requieren ser muy ligeras y proporcionar un par de revoluciones bajo.

Tiene algo que ver con equilibrar el motor. En los motores IC, la potencia se produce en pulsos. Los pulsos producidos son uno por cilindro por ciclo. Más cilindros más pulsos se producen por ciclo. Al elegir el orden de encendido adecuado, los pulsos se pueden distribuir uniformemente a lo largo del ciclo y las fluctuaciones de velocidad a lo largo del ciclo se minimizan, reduciendo las vibraciones del motor y permitiendo que el diseñador reduzca el tamaño del volante.

Existen muchos motores de un cilindro, se sabe que las cortadoras de césped, las batidoras, las motos más pequeñas (<250cc en general), etc. vienen con un solo cilindro. Usualmente operaban a RPM más bajas, pero tienen un buen llenado del cilindro y hacen un par relativamente bueno.