Motores de tres cilindros

En la actualidad el downsizing de los motores es una realidad, los altos precios de la gasolina, evitar la contaminación ambiental y mejorar el consumo de combustible es un punto al que las marcas le apuntan.

Motores tricilíndricos quien lo dijera, pero definir la cantidad de pistones no es lo único que se necesita para reducir el consumo de combustible o las emisiones contaminantes, el diseño va mucho mas allá.

Estructura del motor

No es solo construir un motor con menos pistones y ya, todo está pensado y diseñado para lograr un motor eficiente en consumo y emisiones y que a su vez no sea ruidoso, no presente vibraciones y que logre desarrollar una potencia adecuada para la carrocería del automóvil que va a propulsar.

Bloque de  cilindros motor

En el bloque de motor de los motores de tres cilindros se destaca su peso reducido, que se logra al reducir el grosor de las paredes. Pero esto podría generar inconvenientes por lo cual se refuerza con diferentes técnicas como sombreretes de cigüeñal, cuñas laterales y la integración de nervios de refuerzo en las paredes del mismo. Para robustecer aún más el motor se incorpora también un soporte atornillado a la parte inferior del bloque y en el que se encuentran un árbol equilibrador y la bomba de aceite.

Cigüeñal

El cigüeñal también tiene diseño, debido a la variación en la cantidad de cilindros. Los codos de las muñequillas van desfasados 120º entre ellos. Los contrapesos del cigüeñal tienen una vital importancia para conseguir un movimiento acompasado del motor y lograr disminuir las vibraciones. Existen contrapesos únicamente en los laterales de las muñequillas de los cilindros 1 y 3. Un piñón dentado está montado en el cigüeñal para el accionamiento de la bomba de aceite y el árbol equilibrador. También se encuentra atornillada al cigüeñal la corona generatriz para el transmisor de régimen.

Pistones y bielas trapeciales

La forma de los pistones y las bielas influye en la resistencia de los mismos, en temas de diseño llegaron al punto de definir que deben tener forma trapecial, para soportar las altas presiones que se generan en la combustión. La ventaja principal es que se aumenta la superficie de apoyo.

Las fuerzas que se generan en la combustión se reparten sobre una superficie mayor, reduciendo la carga para el bulón y la biela.

En cuanto a los pistones de los cilindros generalmente dos son idénticos, mientras el tercero es diferente debido a la disposición desigual; en algunos motores es el pistón central (2) en otros es el numero tres (3).

Árbol equilibrador

Teniendo en cuenta el funcionamiento del cigüeñal se producen fuerzas alternativas de ascenso y descenso. La configuración específica de los muñones del cigüeñal para las bielas en un motor de 3 cilindros en línea no se compensan estas inercias y causan oscilaciones. Por tanto se utiliza un árbol equilibrador para reducirlas.

Para conseguir una marcha suave del motor, el árbol equilibrador gira en sentido opuesto al del motor. Se acciona a través de una cadena impulsada por el cigüeñal y va fijado a un armazón de tipo escalera. La cadena impulsa adicionalmente a la bomba de aceite y se tensa por medio de un tensor hidráulico para cadenas.

Árbol de equilibrado

Debido a los movimientos alternativos de ascenso y descenso de los pistones y las bielas, se generan fuerzas de inercia en los puntos muertos superior e inferior. Estas fuerzas actúan a través de brazos de palanca de diferente longitud con respecto al centro del cigüeñal y generan momentos de fuerza, que provocan movimientos oscilantes en el motor.

El árbol equilibrador tiene como misión compensar las fuerzas de inercia de las masas en movimiento, eliminando los momentos de fuerza.

Para ello el árbol equilibrador gira a la misma velocidad y en sentido inverso al cigüeñal, generando pares opuestos y de igual magnitud a los producidos por los pistones y la biela. Es decir, reduce las oscilaciones logrando un funcionamiento más suave de la mecánica.

La culata

La culata tiene un diseño diferente ya que alberga a los inyectores bomba, además el accionamiento de estos corre por cuenta del árbol de levas.

El árbol de levas incorpora semicojinetes en los apoyos, lo que ha permitido la utilización de materiales adecuados a las elevadas solicitaciones a las que están sometidos. Los sombreretes llevan mecanizados los apoyos para el eje de balancines y los conductos para la lubricación de los semicojinetes y del propio eje de balancines.

Debido al número de elementos que se encuentran en la culata y todos ellos lubricados, los conductos de subida y bajada de aceite han sido dimensionados para permitir la circulación de una gran cantidad de aceite.

 Radiador para recirculación de gases de escape

El motor posee un radiador para la recirculación de gases de escape. Va acoplado al circuito del líquido refrigerante. Gracias a éste es posible recircular una mayor cantidad de gases de escape hacia la cámara de combustión. De esa forma desciende la temperatura de la combustión y se reducen las emisiones de óxidos nítricos.

Turbocompresor de geometría variable

El turbo de geometría variable tiene un comportamiento de respuesta rápida a bajas revoluciones y reduce la contrapresión de los gases de escape a régimen de carga parcial. De ahí resulta un par más intenso en baja y un menor consumo de combustible.

Inconvenientes

El inconveniente del motor de 3 cilindros es que genera muchas vibraciones y tienen una sonoridad más alta y poco agradable en la conducción. Los fabricantes han trabajado a fondo para eliminar estos efectos indeseados.

Una forma es utilizar un eje accionado por piñón que gira en sentido contrario para eliminar las vibraciones. Otra forma es desequilibrar a propósito el volante del motor y la polea del cigüeñal para contrarrestar las sacudidas naturales del motor. Utilizan además un sistema de distribución por correa en baño de aceite (bajo nivel de ruido) junto con elementos aislantes y neutralizantes de vibraciones.

Ejemplos

Motor 1,4 L TDi

Motor TDi

Motor Ford EcoBoost 1.0 Lts, 3 cilindros

Ford ecoboost

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