La cilindrada no la determina solo el número de cilindros. Su diámetro y la distancia recorrida por los pistones son igual de importantes. Imagen ilustrativa.
Por qué los motores tienen cilindros de tamaños distintos y por qué 500 cm³ es una referencia frecuente
Un motor de 2,0 litros con cuatro cilindros y uno de 3,0 litros con seis cilindros pueden usar cilindros casi idénticos. En ambos casos, la cilindrada unitaria es de unos 500 cm³. Al mismo tiempo, un motor de 2,0 litros puede tener seis cilindros más pequeños, y un V8 de 4,0 litros vuelve a situarse en unos 500 cm³ por cada cilindro.
Los fabricantes no eligen estas dimensiones según una sola regla. Hay que conciliar la combustión, el régimen máximo, las pérdidas por fricción, la refrigeración, las vibraciones, el coste y el espacio disponible bajo el capó. Por eso dos motores con la misma cilindrada total pueden tener un carácter y una construcción muy distintos.
Una precisión importante: en un motor de automóvil convencional, los cilindros tienen el mismo tamaño entre sí. Las diferencias de las que hablamos aparecen de un motor a otro, no entre los cilindros de la misma unidad.
Cómo se calcula el tamaño de un cilindro
El volumen útil de un cilindro lo determinan el diámetro interior (alezaje) y la carrera del pistón, la distancia entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior. La fórmula es:
volumen de un cilindro = π × (diámetro / 2)² × carrera
El resultado se multiplica por el número de cilindros para obtener la cilindrada total. La cámara que queda por encima del pistón en el punto muerto superior no entra en la cilindrada; cuenta para el cálculo de la relación de compresión.
Esa es la razón por la que la simple etiqueta «motor de 2,0 litros» dice demasiado poco sobre la geometría. La misma cilindrada puede obtenerse con un diámetro mayor y una carrera más corta o con un cilindro más estrecho y una carrera más larga.
Por qué aparece tan a menudo unos 500 cm³ por cilindro
En la industria del automóvil moderna, un volumen cercano a 500 cm³ para cada cilindro es un compromiso usado con frecuencia, no un límite físico. BMW construyó su familia modular de motores en torno a esta referencia: tres cilindros para 1,5 litros, cuatro para 2,0 litros y seis para 3,0 litros.
Los datos técnicos de BMW muestran esta relación de forma concreta. El motor B48 de 1.998 cm³ tiene cuatro cilindros y el B58 de 2.998 cm³ tiene seis. Ambos usan un diámetro de 82 mm y una carrera de 94,6 mm. La cilindrada unitaria es así de unos 499,5 y 499,7 cm³, respectivamente.
La estandarización aporta ventajas industriales. El fabricante puede utilizar procesos, componentes e interfaces similares para motores con potencias y dimensiones distintas. El desarrollo y la producción se simplifican, y una familia puede cubrir desde un hatchback compacto hasta un SUV o una berlina de prestaciones.
La referencia de 500 cm³ no es, sin embargo, universal. El motor Fiat TwinAir de 875 cm³ tiene dos cilindros de unos 437,5 cm³ cada uno, con diámetro de 80,5 mm y carrera de 86 mm. La elección permitió obtener una unidad compacta, pero impuso soluciones para el control de las vibraciones propias de un motor de dos cilindros.
Cilindros más pequeños: régimen y combustión rápida, pero más piezas
Para la misma cilindrada total, un número mayor de cilindros significa pistones más pequeños. Su masa puede reducirse y la distancia que la llama debe recorrer en la cámara de combustión es más corta. Estas características pueden ayudar a un motor a subir de régimen y a funcionar con más suavidad, porque los impulsos de combustión aparecen más a menudo.
También hay costes. Más cilindros exigen más pistones, bielas, válvulas, inyectores y bujías. Aumentan la superficie total por la que se pierde calor, la fricción mecánica, el peso y la complejidad. Un motor de seis u ocho cilindros es, en general, más caro de fabricar que uno de tres o cuatro cilindros de cilindrada total comparable.
Los motores con pocos cilindros reducen el número de componentes y pueden ser más compactos. No son automáticamente más eficientes en cualquier régimen: las vibraciones, la gran carga exigida a cada cilindro y la calibración del sistema turbo influyen en el resultado final.
Qué cambian el diámetro y la carrera del pistón
Un motor se llama a menudo «supercuadrado» si el diámetro es mayor que la carrera. Los pistones recorren una distancia más corta en cada revolución y la culata ofrece más espacio para válvulas grandes. La solución es frecuente en motores que deben alcanzar regímenes elevados.
En un motor de carrera larga, el diámetro es menor que la distancia recorrida por el pistón. La cámara de combustión puede tener una superficie más reducida en relación con el volumen, lo que limita parte de las pérdidas térmicas. Por otro lado, la velocidad media del pistón aumenta al mismo régimen y las solicitaciones mecánicas limitan el régimen máximo.
No se sigue que un motor de carrera larga produzca automáticamente más par o que uno de gran diámetro produzca automáticamente más potencia. La sobrealimentación, la presión en el cilindro, la distribución, la admisión, el escape y la gestión electrónica pueden cambiar de forma radical las prestaciones. La geometría es solo una de las variables.
Por qué no se agrandan los cilindros sin límite
Un cilindro muy grande plantea problemas de combustión y de resistencia mecánica. La llama debe atravesar una distancia mayor, aumenta el riesgo de una combustión irregular y el pistón y la biela se vuelven más pesados. Las fuerzas aplicadas al pistón y las vibraciones pueden exigir un bloque y un cigüeñal más robustos.
En el extremo opuesto, dividir la cilindrada en muchísimos cilindros pequeños aumenta el número de piezas y las pérdidas por fricción. El fabricante busca el punto en el que el motor entrega la potencia y el refinamiento deseados sin costes, dimensiones o pérdidas innecesarias.
El turbocompresor ha cambiado este equilibrio. Un motor de cilindrada menor puede introducir más aire en los cilindros y producir la potencia que, en el pasado, exigía una unidad atmosférica más grande. Aun así, la presión adicional aumenta la carga térmica y mecánica, de modo que los materiales, la refrigeración y la calibración se vuelven decisivos.
Qué puede saber un comprador a partir de estas cifras
La cilindrada y el número de cilindros no bastan para anticipar el consumo o la fiabilidad. El diámetro y la carrera explican una parte del carácter del motor, pero no sustituyen los datos de par, de la franja de régimen, de la masa del coche, de la transmisión y del consumo medido.
Para el comprador, la diferencia se nota sobre todo en la respuesta al acelerador, las vibraciones, el sonido y el modo en que el motor entrega el par. Dos unidades de 2,0 litros pueden tener la misma cilindrada unitaria y comportarse de forma muy distinta si una es diésel, la otra funciona con gasolina y la presión de sobrealimentación y la relación de compresión son diferentes.
Preguntas frecuentes
¿Pueden tener tamaños distintos los cilindros del mismo motor?
En un motor de automóvil convencional, no. Los cilindros tienen el mismo diámetro y la misma carrera. Existen proyectos experimentales y otros tipos de motores, pero no representan la construcción habitual de los turismos.
¿Un cilindro más grande produce siempre más potencia?
No. El mayor volumen permite introducir una cantidad mayor de aire y combustible, pero la potencia depende también del régimen, de la presión de sobrealimentación, de la eficiencia de la combustión y de numerosos otros elementos.
¿Por qué muchos motores tienen unos 500 cm³ por cilindro?
Es un compromiso útil entre combustión, pérdidas térmicas, masa, fricción y costes. Para las familias modulares, permite construir motores de 1,5, 2,0 y 3,0 litros a partir de módulos similares.
¿El diámetro grande es mejor que una carrera larga?
No hay una variante mejor en todas las situaciones. El diámetro grande favorece válvulas mayores y regímenes elevados, y la carrera larga puede ayudar a la eficiencia térmica, pero aumenta la velocidad del pistón al mismo régimen.
