En los motores de los automóviles, ¿por qué no usamos solo un cilindro grande en lugar de varios cilindros, por lo tanto, ya no usamos el árbol de levas?

Answer 1

Hay bastantes respuestas que cubren mucho. Aunque también hay una parte muy importante en la historia que parece pasarse por alto. Vibración.

Los motores de un solo pistón no son los mejores cuando se trata de equilibrarse y, por lo tanto, se sacuden, vibran, etc. Eso hace que conducir una bicicleta con dicho motor sea incómodo, ya que toda la bicicleta vibra. Lo mismo va para el auto.

Un motor 4 recto está bastante bien equilibrado, pero aún no está perfectamente. Muchos motores de automóviles en esta configuración emplean ejes de equilibrio que disminuyen estas vibraciones, aumentando así la comodidad en la cabina, reduciendo el ruido, etc. La tendencia actual de emplear motores de 3 cilindros saca a la luz estos problemas aún más, estos motores son toda una hazaña de ingeniería y dudo que fueran posibles en tal volumen hace unas décadas.

Una regla general es “cuantos más cilindros tenga, más liso es el motor”, un V12 es más suave que un V8, un recto-6 es más suave que un recto 4. Esto se debe a que tiene más piezas espaciadas más de manera uniforme durante el ciclo, cada revolución tiene más eventos de disparo (esto está relacionado con el golpeteo del Suzuki, que tiene solo un evento cada dos rotaciones), que luego se espacian de manera más uniforme entre ellos, y así sucesivamente.

Claro, hay excepciones a esta regla, puede tener un plano V8 o un plano cruzado, donde este último es mucho más estable, vibra menos (y tiene más torque, el sonido tiene más graves), pero el cigüeñal necesita ser contrarrestado . Un cigüeñal plano no necesita contrapesos, sí necesita un eje de equilibrio, pero el peso más ligero del sistema le permite acelerar más rápido. Esto le da más potencia y también un ruido más agudo y ‘chirriante’.

Los coches de carretera ordinarios V8 en general usan un cigüeñal de plano cruzado (autos estadounidenses, BMW, Alfa Romeo, Maserati, etc.), mientras que los autos más exóticos (Ferrari, por ejemplo, mientras usan una arquitectura de motor muy similar a Alfa Romeo y Maserati, un sorprendente Un ejemplo en la lista es el Mustang GT350 (R) 2016 que utiliza un cigüeñal plano.

Enlace Wiki en crossplane (también incluye algunos datos en ejes de plano): Crossplane

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El asunto es complejo, pero en general, cuantos más cilindros tenga, más suave será el motor y el viaje en el vehículo que lo usa.

EDITAR: no puedo creer que no lo haya notado hasta ahora. Incluso con un motor de un solo pistón, si es un motor de cuatro tiempos, necesita un árbol de levas. Algo necesita impulsar las válvulas de admisión y escape y ese algo tiene que girar a la mitad de la velocidad del cigüeñal. Por lo tanto, necesita un árbol de levas.

Answer 2

Varias personas dijeron que un motor de un solo cilindro es menos eficiente. ¡INCORRECTO! La eficiencia proviene de una carrera larga en relación con el orificio, sin importar cuán grande sea el orificio. Esto se debe a que usa ese golpe largo para permitir la expansión de gases para permitir un mayor enfriamiento, y esta eliminación de energía térmica de ellos se convierte en energía cinética.

Aquí, uno de los motores diesel más grandes del mundo tiene un diámetro de 960 mm y una carrera de 2500 mm. La relación es de 1 a 2.6. ¡Cada cilindro mide 37.8 pulgadas de ancho, aproximadamente 1 metro! Su eficiencia es casi del 50%, en comparación con el 25% o el 33% de los automóviles y camiones normales. Y, sobre todo, utilizan el motor más ineficiente, un 2 tiempos. Pero, al ser diésel y de carrera larga, los cuales crean más eficiencia de combustible, en general tiene la eficiencia de un motor a reacción.

El motor diesel más grande y potente del mundo

Otro ejemplo es una gran Harley vs una pequeña bicicleta deportiva. ¿Cuál cree usted que obtiene un mejor rendimiento de combustible, un Harrley de 850 libras con dos cilindros enormes, con un desplazamiento total de 1800cc, O una bicicleta deportiva pequeña de 435 libras, con un motor de 600cc con cuatro cilindros pequeños?

Bueno, las grandes Harleys obtienen 50 y 54 mpg totalmente en stock, ¡mientras que los cohetes de la entrepierna obtienen de 35 a 45 mpg! Aquí están las acciones de Harleys que participan en el desafío de economía de combustible Craig Vetter. Es el trazo largo que lo hace. La relación de diámetro / carrera de la bicicleta deportiva es de alrededor de 1.5 a 1, mientras que la Harley es más como 0.9 a 1.

2014 Craig Vetter Fuel Economy Challenge, Vintage Days

2007 Harley-Davidson FXD Dyna Superglide especificaciones e imágenes

Harley Davidson

Para ser justos, hay muchas otras cosas que hacen que un motor pequeño y de alta velocidad sea menos eficiente. Para aprovechar las altas revoluciones para obtener más potencia, necesita cosas como sincronización avanzada de válvulas, sincronización avanzada de encendido (lo que le obliga a usar combustible de alto octanaje), mucha superposición de válvulas, levas con baches (movimiento de válvula grande), carbohidratos de gran diámetro, tracto de admisión de gran diámetro, área de válvula grande (4 o 5 válvulas en lugar de 2), tubos de escape de gran diámetro y sistemas de escape largos. (También usan alta compresión, que también requiere combustible de alto octanaje).

Todas estas características de alta aceleración permiten una eficiencia volumétrica de 120% o más, y bombean un motor de 600cc a 720 cc. Pero, es el hecho de que las revoluciones se han más que duplicado, casi triplicado en algunos casos, por ejemplo, aproximadamente 16,000 en lugar de 5,000 para los thumpers, eso duplicará el poder. Esto se debe a que la potencia es el torque por rpm.

Todas estas características hacen que el motor sea HORRIBLE a bajas revoluciones. Tienen combustible y llamas que salen de los puertos de escape debido a la superposición y la sincronización avanzada. Tienen velocidades de admisión realmente lentas a bajas revoluciones debido al gran diámetro de la admisión y el escape. Pero no hay nada como 120 hp en la manivela de un pequeño motor que puedes recoger.

Echa un vistazo a este Kawasaki 2017 NINJA® ZX ™ -6R ABS

Por supuesto, hay excepciones a la regla. Tengo un cohete de entrepierna de 600cc (4 cilindros, carrera corta, gran diámetro, línea roja de 13,000 rpm) que tiene carbohidratos (no inyección de combustible) que puedo sintonizar sin una computadora. Dejé el stock de la computadora de chispa, y simplemente ajuste los carbohidratos y el escape para obtener hasta 67 mpg en verano. Pero, típicamente obtengo 61 en calles de la ciudad y autopistas lentas, y 52 en autopistas rápidas, y 50 en Texas, donde el límite de velocidad es de 80 mph. Aquí competí en el Desafío Craig Vetter.

Resultados del Desafío Vetter de la AMA Vintage Motorcycle Days 2015

Por lo general, un motor de un solo cilindro es una bestia vibrante de carrera larga, baja aceleración, bajo consumo de combustible, baja potencia pico, alta potencia en el extremo inferior. Sin embargo, hay excepciones. Ducati fabricó una bicicleta de carreras de 600cc que era un golpe, pero gracias a un contrabalanceador y un golpe corto, funcionó sin problemas, podía acelerar y generar una potencia bastante buena. El supermono.

Y los modernos V-twins de Ducati están ganando tanta potencia como los japoneses. El Panigale de 1200 cc tiene una relación de diámetro a carrera de 1.84 a 1. Eso, y los 200 cc adicionales lo ponen a la par de los cuatro japoneses que solo tienen 1000 cc. Y, en realidad es bastante viejo! Te digo, es ese golpe corto que lo hace.

Ducati 1199 – Wikipedia

Ducati 1199 Panigale – Ducati

Editar:. Gracias al comentario de Ryan Craig, recordé algo totalmente importante. Otra cosa que hace que el acelerador de baja aceleración sea más eficiente es que es básicamente lo opuesto al motor de alta aceleración y carrera corta en términos de eficiencia volumétrica. Esta baja eficiencia volumétrica aumenta la relación de expansión que mencioné (o deduje) en el primer párrafo.

Los motores de carrera larga tienen menos válvulas, menos área de válvula, menos elevación de la válvula, menos solapamiento, menos avance de la válvula, menos rpm (la velocidad del pistón limita las rpm máximas, según lo que he leído, y las carreras largas tienen una mayor velocidad del pistón para cualquier rpm dada ) y, en general, producen mucha menos potencia para un tamaño de motor determinado. Eso se debe a que no respiran tan bien y toman menos aire por golpe. Supongo que el gran motor de 1.8 litros en la Harley está produciendo aproximadamente 100 hp, mientras que un moderno japonés de 600cc genera entre 110 y 120 en la manivela.

No puedo creer que haya olvidado este efecto. Lo aprendí cuando Honda inventó un motor de doble manivela que era un 20% más eficiente. Hubo un golpe corto para la ingesta y un golpe largo para la expansión. Esto permitió una mayor expansión de los gases.

Inmediatamente me di cuenta de que se podía lograr el mismo resultado con una menor duración de la válvula de admisión, ahorrando así miles de dólares en piezas, ingeniería, construcción, etc.

Answer 3

Todavía se requeriría un árbol de levas. Incluso en motores diésel de 2 tiempos de gran diámetro, las válvulas de escape se utilizan para la sincronización. Permítanme continuar respondiendo por qué no cilindros individuales.

Equilibrio del motor : tiene mucha vibración y necesita múltiples ejes equilibradores para equilibrar todo. Un multicilindro ayuda a equilibrarse

Fluctuaciones de par : si solo tiene un golpe de poder cada 2 revoluciones, necesita un gran volante y eso agrega masa. Además, la inercia total también requería motores de arranque más grandes.

Volumen del paquete : un multicilindro tiene dimensiones más pequeñas para la potencia producida que un motor de un solo cilindro mucho más grande

Velocidad del motor : menor la masa recíproca: el motor puede funcionar a velocidades más altas

Lo anterior ha sido discutido bastante bien por muchas personas en este hilo. Espero poder arrojar algo de luz sobre lo siguiente.

Golpe de gasolina : cuando se trata de diámetros de diámetro interior más altos con el mismo volumen de barrido efectivo, la distancia desde la bujía aumenta y la tendencia a golpear es mucho mayor.

En TDC, la cámara de combustión también está expuesta a un área de superficie más alta que aumenta la transferencia de calor a las paredes del cilindro y reduce la eficiencia.

Esta es una de las principales limitaciones para los motores de gasolina de un cilindro.

Diesels: un motor monocilíndrico de gran diámetro daría un rendimiento muy bueno (menor transferencia de calor a la pared, menores niveles de fricción). El peso sería aún mayor debido a las presiones máximas alcanzadas y, por lo tanto, no lo encontrará en automóviles.

Eficiencia volumétrica : la cantidad de aire que ingresa a un cilindro determina la cantidad de potencia que puede proporcionar un motor. La turboalimentación es lo que le da al motor ahora un mejor rendimiento y eficiencia de combustible. Se utiliza el calor residual y los motores pueden reducirse su tamaño (reduciendo la fricción) con los mismos niveles de potencia.

La turboalimentación de un motor de un solo cilindro es extremadamente difícil ya que el turbocompresor centrífugo regular necesita un flujo uniforme de gases de escape que sea factible en un multicilindro. Los pulsos de presión en el escape no funcionarán al comprimir el aire suavemente y, por lo tanto, solo necesita sobrecargar un motor de un solo cilindro para lograr un bmep similar al de un multicilindro.

Creo en la reducción de personal, pero no creo que los cilindros individuales sean una respuesta.

Answer 4

En primer lugar, un motor de un solo cilindro (cuatro tiempos) todavía necesita un árbol de levas. El árbol de levas controla la apertura y el cierre de las válvulas del cilindro del motor en el punto correcto del ciclo del motor, e incluso si solo tiene un cilindro, ¡ese cilindro todavía tiene válvulas que necesitan abrirse y cerrarse en sincronía!

Sin embargo, hay buenas razones para usar motores de múltiples cilindros. En parte golpeas el clavo en la cabeza con tu comentario de seguimiento, que es una fuente de alimentación constante. En un motor de cuatro tiempos (que es lo que tienen todos los autos modernos), cualquier cilindro individual solo produce energía en uno de sus cuatro tiempos (tiene que (1) aspirar aire y gas, (2) exprimir el aire y gas, (3) enciéndalo (que es la carrera de potencia) y luego (4) sáquelo del escape) En otras palabras, cada cilindro solo está “empujando” el automóvil una cuarta parte del tiempo.

Casi todos los automóviles de consumo en estos días (es decir, todos los automóviles que no son de “rendimiento”) tienen un motor de cuatro cilindros. Si calibra los cilindros para que estén a una carrera uno del otro, entonces siempre tiene un cilindro en su carrera de potencia, por lo que siempre hay potencia proveniente del motor. Esto ayuda a suavizar los efectos de cosas incidentales como la falla ocasional de disparo, y agrega algo de contingencia: si uno de sus cuatro cilindros deja de funcionar (digamos que la bujía muere), los tres restantes proporcionarán suficiente potencia para seguir funcionando, aunque el poder caerá. Si su único y * solo * cilindro deja de funcionar …

También hay algunas otras consideraciones. Si compara los motores de uno y cuatro cilindros con el mismo desplazamiento general, el monocilíndrico tendrá algunas piezas móviles realmente grandes y gruesas, mientras que el cuatro cilindros tendrá muchas piezas móviles más pequeñas. El enorme pistón que necesita en un gran motor de un solo cilindro genera una gran cantidad de “sacudidas” a medida que se mueve, particularmente a medida que aumenta la velocidad de revoluciones del motor, lo que disminuye la comodidad. Los múltiples pistones más pequeños en el motor de cuatro cilindros generan mucha menos vibración. La vibración del motor en mi motocicleta de un solo cilindro de 650cc se vuelve bastante incómoda por encima de 50 mph: odiaría imaginar cuánto sacudiría un motor de automóvil de un solo cilindro de 1.5L.

Además, por la misma razón, más cilindros permiten que el motor acelere más: las piezas móviles individuales son más pequeñas y livianas. Las líneas rojas simples de 650cc antes mencionadas a alrededor de 7,000 RPM, y suena doloroso por encima de las 5,000 RPM. Eso limita seriamente la flexibilidad del motor, lo cual está bien para una motocicleta que es pequeña y liviana, pero terrible para un automóvil.

Answer 5

Creo que la respuesta tuvo que ver con cómo los fabricantes de automóviles abordaron la necesidad de más potencia en el desarrollo inicial del automóvil.

Al principio, las eficiencias eran muy bajas y la potencia producida por un solo cilindro era muy pequeña. En lugar de construir un cilindro más grande (y aún ineficiente), simplemente agregaron más cilindros. 4 cilindros condujeron a 8 y finalmente a 16.

Durante los últimos 50 años, los motores de los automóviles han producido progresivamente más potencia con menos desplazamiento, de modo que los motores de 16 cilindros son bastante raros. Incluso el venerable V8 está siendo reemplazado por V6 y motores turboalimentados de 4 cilindros. Algunos autos pequeños ahora tienen motores de 3 cilindros. Entonces su pregunta es justa … ¿por qué no solo tener un cilindro grande?

Con la tecnología moderna y el equilibrio de precisión, es factible que veamos un automóvil de 1 cilindro algún día, tan pronto como se puedan extraer aproximadamente 100 hp de ese cilindro. Por cierto, tengo una motocicleta de un cilindro, una bicicleta deportiva CBR 250, y no se parece en nada a la bicicleta de los 80 mencionada anteriormente. Acelera suavemente a 9,000 rpm y gracias a una transmisión de 6 velocidades se acercará a 100 mph y rápidamente. Hemos recorrido un largo camino desde el golpe.

Answer 6

Los primeros motores de automóviles solían ser cilindros individuales. Pero las ventajas de los cilindros múltiples pronto se hicieron evidentes debido a la relación entre potencia y peso. La potencia se puede aumentar aumentando el área del pistón expuesto. Si duplica el diámetro, duplica el empuje. Desafortunadamente, la masa del pistón aumenta en el cubo del diámetro, por lo que la masa del pistón se triplica. Múltiples pistones permiten aumentar el área de la cabeza del pistón al tiempo que minimizan el peso total del pistón, lo que permite mayores rpm.
Los beneficios adicionales son la capacidad de oponerse a múltiples cilindros para equilibrar fuerzas como los cilindros gemelos opuestos horizontalmente en un motor de motocicleta BMW Boxer. Un motor de funcionamiento muy suave en comparación con V-Twins o arreglos gemelos paralelos.
Un solo cilindro grande desarrollará más torque de extremo bajo que múltiples cilindros más pequeños de la sección transversal total pequeña, por lo que a menudo se prefieren donde la potencia de extremo bajo y las rpm bajas hacen el trabajo. También son más simples y más baratos de fabricar.
Entonces la respuesta es que los motores de un solo cilindro son siempre mejores, excepto cuando no lo son

Answer 7

Suponiendo que está hablando de motores de cuatro tiempos, ya que los motores de dos tiempos no tienen árboles de levas. Sospecho que esta pregunta surge de haber visto un motor de dos tiempos de un cilindro, pero la falta de levas no está relacionada con la cantidad de cilindros.

Los motores de un cilindro son físicamente más pequeños que los motores de varios cilindros del mismo desplazamiento. Y generalmente también producen más torque. El tamaño más pequeño podría permitir un embalaje más aerodinámico y más espacio interior. ¿El par más alto podría hacer un sistema de carga más eficiente en combustible para automóviles híbridos …?

No son significativamente más livianos, porque requieren sistemas de equilibrio y todo tiene que construirse más pesado ya que constantemente están tratando de sacudirse.

Son mucho menos eficientes. Hasta cierto punto, más cilindros con circunferencia más pequeña conduce a una mayor eficiencia porque hay un aumento correspondiente en el área de la válvula. Así es como el V-8 se hizo tan popular: aproximadamente la misma longitud que un L4, más cilindros y válvulas más pequeñas pero más numerosas que un cilindro de 4 o 6 cilindros del mismo desplazamiento, y no demasiado caro para un automóvil asequible. 12 cilindros son mejores, pero los motores de 12 cilindros cuestan mucho (más piezas), por eso solo los vemos en autos caros.

Los motores de un cilindro solo producen potencia en cualquier otra rotación del cigüeñal, por lo que solo producen trabajo la mitad del tiempo.

Y aún necesitarías un árbol de levas, probablemente. Algo tiene que mantener las válvulas sincronizadas con el ciclo de combustión, independientemente de cuántos cilindros tenga. Supongo que podría usar computadoras y algún tipo de sistema neumático o hidráulico para abrir y cerrar válvulas, pero podría hacerlo con cualquier cantidad de cilindros si pudiera hacerlo funcionar.

Answer 8

Ninguna de las respuestas aborda adecuadamente la razón real. Y la verdadera razón es considerar el elefante y la hormiga.

¿Qué tan alto puede saltar un elefante? No puede saltar en absoluto lo correcto. ¿Cuánto puede levantar? Bueno, un elefante de 5 toneladas podría levantar media tonelada, o una décima parte de su peso corporal.

¿Qué tal una hormiga? O incluso un gato doméstico puede saltar varias veces la longitud de su cuerpo. Es mejor que un jugador profesional de baloncesto en este sentido, los saltos de 6 pies no son un problema incluso para un pequeño gato de 1 pie de largo. ¿Qué tal una hormiga? Puede levantar más de 5,000 veces su peso corporal.

¡Que esta pasando! ¿Por qué es esto? Es el simple problema de la geometría. Verá que la cantidad de resistencia estructural de un objeto es proporcional al área. Eso va como un cuadrado de la longitud de algo. Pero el peso de un objeto aumenta como el volumen. Y eso sube como un cubo. ¡Sencillo! Supongamos que tiene 10 millones de hormigas (que por cierto pesarían aproximadamente tanto como un elefante). Estos 10 millones de hormigas podrían levantar más de 8,000 toneladas. El pobre elefante solo podía levantar media tonelada más o menos.

Eso es lo que está pasando. Cuanto más grande sea el pistón que diseñe, menos potencia por peso puede obtener. Esto no tiene nada que ver con la ciencia de los materiales o la ingeniería, es un simple hecho de geometría. Si nos fijamos en los motores de camiones semi que utilizan este tipo de principio, son increíblemente masivos y por eso son irónicamente muy delicados. No puede acelerar un motor de camión semi a más de 3,000 rpm porque simplemente explotaría. La cantidad de potencia que obtiene por peso del motor es mucho menor que el motor de un automóvil porque utiliza cilindros tan grandes.

Entonces, sí, podría usar un solo cilindro, el problema es que si quisiera obtener la misma cantidad de energía en un automóvil de un solo cilindro que su automóvil típico de 3 litros y 4 cilindros, necesitaría alrededor de 6 o 7 litros. El motor sería el doble de grande, aceleraría mucho más bajo, por otro lado, sería excelente fuera de línea con un buen par. Los problemas con la vibración se pueden resolver con un contrapeso masivo (agregando aún más peso).

Al final todo se reduce a peso. Estás hablando de subir el motor del automóvil a un peso de alrededor de media tonelada. Es demasiado peso extra para un automóvil. Es por eso que los fabricantes de automóviles no han bajado a dos cilindros de tres. El motor comienza a crecer cuando lo haces demasiado pequeño.

Answer 9

¡Los motores grandes de un cilindro son ruidosos y de revoluciones lentas que vibran como el infierno!

El motor de automóvil promedio es de aproximadamente 1,600 a 2,500cc. Un motor monocilíndrico de 1.600 cc sería una cosa horrible, el automóvil en el que estaba equipado rebotaría hacia arriba y hacia abajo cuando el cilindro golpeara.

Sería como conducir un camión volquete y respondería (rev) como una mezcladora de cemento. Los motores grandes de un solo cilindro necesitan enormes volantes, ya que solo hay una carrera de potencia cada 2 revoluciones. (Los motores de varios cilindros ‘suavizan’ la entrega de potencia al tener más golpes de potencia por revolución).

¡Una versión de 2.5 litros sería aún peor!

Ferrari (¡de todas las personas!) Produjo un motor de gasolina de 2 cilindros con una cilindrada de 2.500 cc durante los años 50 como un experimento para competir, con la idea de que sería simple y compacto. Los problemas con las vibraciones MASIVAS no se pudieron superar y simplemente no revivieron.

¿Todavía se necesitará un árbol de levas, a menos que esté proponiendo un gran motor de dos tiempos?

¡Los pequeños trabajos de 50cc y 2 tiempos producen suficiente ruido y contaminación como están!

Answer 10

Hay muchos motores viejos con un solo cilindro. A veces puedes verlos en exhibición en exhibiciones de autos y similares. El problema central es que su generación de energía es muy desigual, solo genera energía a partir de la combustión en una de cada dos o cuatro revoluciones, dependiendo del diseño. Para mantener el cigüeñal girando a través de las partes del ciclo que no generan energía, necesitan un volante mucho más grande, lo que hace que el vehículo en general sea significativamente más pesado y de menor rendimiento.

De hecho, he visto algunos tractores viejos de un solo cilindro en uso activo, pero pueden aprovechar el volante grande y pesado tanto para el peso para mejorar la tracción como para duplicarlo como una polea de toma de fuerza (PTO) para equipos agrícolas.

También es probable que existan desafíos en un cilindro muy grande con la velocidad de propagación de la llama, desde la bujía hasta los bordes del cilindro, en la cantidad de tiempo permitido para el ciclo de combustión.

Answer 11

Si solo aumenta la escala de un motor de pistón, el volumen de gases que necesita para empujar cada ciclo aumenta a medida que aumenta el cuadrado del factor de escala. Entonces, por ejemplo, si duplica el tamaño, el volumen aumenta en un factor 8. El motor Suzuki L650 aumentaría de 650cc a 3800cc, que es un motor de automóvil de tamaño razonable. PERO el área disponible para empujar el gas hacia adentro solo se escala como un cuadrado, un factor de 4. Por lo tanto, el área por unidad de volumen cae en un factor de 2. Empujar los gases hacia adentro y hacia afuera es lo que limita la velocidad máxima de un motor de pistón , por lo que las rpm máximas del motor solo serían la mitad que las del L650, aproximadamente 3000 rpm. Por lo tanto, el motor solo produciría alrededor de 4 veces más potencia, 120 CV, que es bastante débil para un motor tan grande. Estaría bien para un tractor o un motor de bomba estacionaria, pero no para un automóvil. También vibraría mucho. Se podrían agregar equilibradores, pero todavía se sacudiría mucho simplemente debido a los grandes pulsos de energía espaciados. Por eso los motores de los automóviles cuentan con más cilindros: les permite generar más potencia y ser más suaves.

El tamaño del motor no tiene nada que ver con si necesita un árbol de levas. Mi BSA Gold Star, un single de 500cc, tiene dos árboles de levas.

Answer 12

Hay muy pocas opciones disponibles para extraer el árbol de levas de un motor.

uno es ir con un motor de dos tiempos, que no son conocidos por su economía de combustible. queman petróleo, fuman, invariablemente escupen combustible no quemado del escape. Una variación es el diesel de dos tiempos, que utiliza un árbol de levas. También utiliza un soplador de aire de algún tipo para purgar el cilindro de todos los subproductos de escape. pueden salirse con la suya ya que el combustible se enciende cuando se inyecta en el cilindro, por el calor del aire comprimido rápidamente en un volumen muy pequeño.

luego está el motor rotativo … que también tiene problemas que hasta ahora han demostrado ser insuperables, tanto en economía de combustible como en eficiencia. desafortunadamente, la cámara de combustión del motor rotativo tiene una forma muy mala para lograr la eficiencia de la combustión. También es muy difícil hacer sellos que funcionen eficientemente, mientras que los anillos de un motor de pistón son muy simples de hacer y funcionan de manera efectiva, la presión de combustión en realidad aumenta su capacidad de sellado.

luego, finalmente, usando válvulas de manga. esto todavía requiere algún tipo de “árbol de levas”, pero ya no tiene que comprimir los resortes de las válvulas ni abrir las válvulas de “asiento”. simplemente tiene que girar o hacer que las paredes del cilindro se correspondan para que los puertos cortados en los lados se puedan abrir en los momentos correctos.

La válvula de manga se usó en muchos motores anteriores, (principalmente en aviones), pero lamentablemente, se ha dejado de usar en los tiempos modernos. El único motor comercial disponible (que yo sepa) en la actualidad es el RCV, y luego solo para uso en modelos de aviones.

De cualquier manera, independientemente de la cantidad de cilindros, virtualmente todos los motores requieren algún tipo de árbol de levas.

Los cilindros múltiples funcionan mucho más suavemente que los cilindros individuales. es relativamente fácil equilibrar múltiples cilindros, mientras que los cilindros individuales son inherentemente no equilibrados.

Answer 13

Aún necesitará una cámara a menos que también esté cambiando el tipo básico de operación del motor, como pasar de 4 a 2 ciclos o algún arreglo especial que no haya indicado en la pregunta. No sé qué quieres decir con flujo no uniforme en relación con esto.

Una razón para los cilindros múltiples es la suavidad de la operación. Esto se mejora con múltiples cilindros por múltiples razones, incluido el espaciado de los eventos de una vez por revolución a varios.

Otra razón es la potencia de salida. En la configuración convencional de pistón y manivela, que supongo que mantendrá. La longitud de carrera más corta de múltiples cilindros frente a uno solo del mismo desplazamiento permite velocidades de ciclo (rpm) más altas dentro de los límites mecánicos del conjunto, principalmente los límites prácticos de la velocidad del pistón y la tensión en las bielas; excederlos resultará en la ruptura de cosas en el motor. No puede hacer un pistón muy grande con una carrera muy corta, ya sea por una serie de razones, incluida la dinámica del evento de encendido y la mecánica práctica.

Answer 14

Uno de los principales problemas será el equilibrio del motor .

Con una masa tan grande moviéndose a aceleraciones tan altas, las fuerzas desequilibradas en los motores serán muy altas.

Mas masas desequilibradas = Más vibración y tensión en los componentes.

Para equilibrar esas fuerzas, necesitará agregar fuerzas contrarias (peso de equilibrio).

Por lo tanto, los pesos del motor en general se dispararán.

En el caso de motores con más de un pistón, la disposición de sus golpes puede equilibrar parte de estas fuerzas de inercia, por lo tanto, el equilibrio del motor no se convierte en un problema importante.

TAMBIÉN para soportar cargas tan concentradas, los rodamientos, casquillos, pasadores y áreas de concentración stess tienen que ser mucho más fuertes.

Answer 15

Podemos comparar un L4, 4 cilindros 1400cc con un hipotético C1, 1 cilindro 1400cc. El C1 será, por lo tanto, un motor de gran diámetro. Supongamos que pueden entregar 100 CV (75 kW), el L4, 160 Nm de máx. par y el cilindro único, 300 Nm de par. El L4 hará un par máximo de 40 Nm por cilindro, que es 7.5 veces menos que el C1. Eso significa que con el par máximo, la fuerza generada por el cilindro simple C1 es 7.5 veces mayor. Si el C1 tuviera el mismo par (120 Nm), todavía tendría un par 4 veces mayor por cilindro. Cuanto mayor es la fuerza, mayor es la vibración y el ruido del motor. El motor C1 no solo vibrará, sino que hará temblar todo el vehículo, aunque en un camión grande probablemente sería aceptable. Como el cilindro simple produce más vibración, tendrá que funcionar a menos rpm. Podría hacer 75kW con [correo electrónico protegido] (la potencia máxima generalmente no se alcanza con el par máximo sino con un par más bajo) mientras que el L4 podría hacer la potencia máxima con [correo electrónico protegido]

Por lo general, para la misma potencia, un par más bajo, altas rpm es más sensible y funciona mejor que un par alto y bajas rpm.

El cilindro simple también será más difícil de equilibrar, mientras que el L4 puede hacer los golpes de potencia un cilindro a la vez. Esta es probablemente la ventaja más importante, ya que el motor tendrá menos tiempo sin empuje del cilindro y podrá entregar la potencia más suave.

Dado que el L4 funciona más suavemente, puede permitirse aumentar la longitud de la carrera (esto reducirá las rpm máximas), lo que reduce el consumo de combustible. Un golpe corto significa que el cilindro libera el aire antes cuando todavía hay suficiente presión en el interior que puede usarse para impulsar el vehículo.

La desventaja de las altas rpm es que tienen más desgaste y pueden requerir una caja de cambios más grande.

Answer 16

Muchas respuestas cubren esta pregunta, pero sospecho que una de las principales razones por las que no vemos motores de un cilindro se debe al concepto básico de fuerza de la física. Los 4 cilindros, V6, V8, W12, etc., aplican el uso de contrapeso en el cigüeñal para reducir el movimiento vertical del motor, mientras maximizan la fuerza aplicada al tren de transmisión como par. En un motor de 4 cilindros cuando dos pistones se mueven hacia abajo, dos pistones deben moverse hacia arriba; generando una fuerza de igual tamaño en direcciones opuestas. Si tuvieras un motor con un solo cilindro, probablemente se movería hacia arriba y hacia abajo (mucho) más que los motores tradicionales, causando demasiado estrés en los montajes y las conexiones externas. En poco tiempo, tendría un motor que se desgarraría.

Answer 17

Para mí es una serie de razones. Primero, nuestro automóvil tiene motores 4Stoke, lo que significa que nuestro pistón sube y baja 4 veces para que se dispare una vez. Esto significa que hay un ciclo activo (carrera de potencia) y 3 ciclos pasivos (carrera de admisión, compresión y escape). Comenzando con la carrera de potencia solo con fines ilustrativos, nuestra velocidad aumenta drásticamente. Estado pistón se empuja hacia abajo. Ese impulso comienza a reducirse tan pronto como se gasta el poder de la combustión. Eso estará en algún lugar cerca del fondo. Luego, el pistón está inactivo empujando los gases de escape hacia afuera de la válvula de escape ahora abierta, gastando así la energía cinética (energía cinética rotacional en el cigüeñal). Después de la carrera de escape, el pistón se mueve hacia abajo con la válvula de admisión abierta, lo que absorbe aire en el cilindro. Eso también gasta la energía sustancialmente ya que el aire frío de la admisión es más denso y, por lo tanto, pesado. Luego, el pistón sube con todas las válvulas cerradas, comprimiendo el aire en una proporción superior a 10: 1 en vehículos modernos. Eso agota aún más la energía y reduce aún más la energía cinética rotacional.

Ahora, si es solo un cilindro, el pistón es tan lento en el mejor de los casos antes de nuestra próxima carrera de potencia. Entonces hay una explosión de energía nuevamente. Por lo tanto, nuestro motor se dispara en oleadas violentas (ruidosas y temblorosas). Tenemos un motor áspero en el mejor de los casos y lo más probable es que el motor no se prende.

Para resolver este problema, empleamos múltiples cilindros para que haya un ángulo de separación entre los alimentadores de potencia a medida que los cilindros se turnan para disparar. Resolvemos aún más el problema empleando un volante. El flywhee es tan pesado que es difícil de girar y también difícil de detener cuando está en movimiento. Su suaviza todo.

• Comúnmente teníamos motores de un cilindro como ciclos de dos tiempos porque el ciclo tiene la mitad de los altibajos del pistón, automáticamente menos reducción de rpm entre los golpes de potencia. Es por eso que solo teníamos motores de un cilindro como ciclos principalmente de 2 tiempos. Las bicicletas con motores de varios cilindros son en su mayoría ciclos de 4 tiempos.
• La segunda razón es acerca de la aerodinámica, si tenemos un cilindro grande, su altura será mayor que, por ejemplo, 4 cilindros de cc combinados similares. Entonces es imposible tener un vehículo con una nariz delantera más baja para fines aerodinámicos. Esta es la misma razón también para emplear múltiples válvulas en lugar de una válvula grande

Answer 18

La respuesta es poder. Lo que limita la potencia es qué tan rápido puede girar el motor. cuanto más rápido puede girar, más aire puede aspirar, por lo que más mezcla de aire / combustible puede quemar.

El límite de lo rápido que puede girar un motor es el límite de resistencia que tienen los materiales utilizados en el motor. En cualquier motor, el pistón tiene que acelerar de cero a máximo y luego volver a cero cada vez que sube, y cada vez que baja.

Un motor de un solo cilindro que funciona a 7000 rpm tiene su pistón acelerando y desacelerando 14000 veces por minuto y obtienes una carrera de potencia cada dos revoluciones

Un motor de cuatro cilindros del mismo tamaño tiene cuatro pistones, cada uno un cuarto del tamaño del único, mucho menos peso, inercia, etc., y cada pistón está bombeando 1/4 del gas, pero está obteniendo esencialmente dos pulsos de disparo. sobre una revolución de la manivela.

Para mantener en funcionamiento un gran single, necesita un volante pesado para mantenerlo funcionando a través de la revolución de escape ‘muerto’ /

Por lo tanto, no podemos acelerar tanto, así que no podemos bombear tanto combustible aéreo y no aumenta la velocidad tan rápido como hay un gran volante

Aquí hay un motor Honda de 6 cilindros y 350 cc de 1965 que producía 70 CV a 18000 rpm.

Y aquí hay un KTM duke 690 2017, uno de los singles más potentes, produce 70 CV a 7500 rpm.

Los pequeños pistones en el Honda 350 de 50 años permiten que el motor gire tan rápido que puede bombear el mismo aire, por lo que puede hacer la misma potencia que el KTM de 60 años más joven de DOUBLE la capacidad …

Answer 19

Me limitaré a responder: por qué no “generalmente” encontramos un automóvil con 1 cilindro grande (digamos 2.0 L). También estoy manteniendo esta discusión sobre los motores de 4 tiempos.

En un motor de 4 tiempos, se ejerce fuerza sobre la cabeza del pistón durante el Power Stroke. Esta fuerza empuja el pistón hacia abajo, lo que a su vez provoca un movimiento de rotación y, por lo tanto, el par. La duración es de 180 grados y esto sucede cada 720 grados de rotación.

Entonces, de una rotación de 720 grados, tenemos una explosión de torque por 180 grados (digamos 1000 Nm) y nada por el resto de la duración. El tamaño del volante para suavizar el par aumenta.

Si tenemos múltiples cilindros (digamos 4), entonces tenemos 4 ráfagas de torque (250 Nm cada una) durante la misma rotación de 720 grados. Estas 4 ráfagas son secuenciales (ocurren una tras otra) de modo que la distribución del par es uniforme durante 720 grados. Ahora podemos imaginar el tamaño del volante requerido para suavizar esto.

Las imágenes no están a escala. pero espero que transmita el pensamiento.

En un automóvil (sentido general) buscamos una conducción suave y el tamaño del empaque sí importa 🙂

Answer 20

Incluso mientras usa un solo motor de cilindro “grande”, necesitará árboles de levas. Los árboles de levas se utilizan para abrir y cerrar las válvulas de escape y entrada que permiten la entrada de combustible y la salida de gases de escape. Entonces, en esencia, ningún motor, ya sea un solo cilindro o uno múltiple, puede funcionar sin un árbol de levas.

En cuanto a por qué no se usa un solo cilindro grande en los automóviles es porque un cilindro grande requeriría componentes más pesados ​​y más fuertes para manejar toda esa energía que se expande sobre un solo cilindro. Además, hay vibraciones, tendrá que volver a agregar Balancer Shafts para aumentar el peso y los costos.

Por lo tanto, usar un solo cilindro grande es poco práctico, es por eso que los motores de los automóviles tienen bancos de cilindros pequeños con componentes más livianos y baratos.