V8 a 90 grados, ¿qué implica el ángulo de bancada en un motor?

Un motor de combustión interna es algo así como una bomba que detona de manera controlada. No en vano, en el interior del mismo se suceden miles de explosiones por minuto que, correctamente canalizadas, permiten mover toneladas de peso a gran velocidad. Por eso, y para que la mecánica pueda funcionar correctamente y tenga una vida útil lo más larga posible, las fuerzas generadas por estas explosiones también se deben compensar.

La gran mayoría de motores comunes con más de cinco cilindros adoptan una configuración en V, a saber: V6, V8, V10, V12… aunque también W12, W16 y hasta H16. Éstos los dejaremos para más adelante, hoy hablamos de la V, que hace referencia a la disposición de las dos bancadas de cilindros vistas desde delante, una disposición que puede ser más abierta o más cerrada y cuyo ángulo es crucial para un funcionamiento óptimo del motor sin vibraciones que. a la larga pueden llegar a destrozarlo.

Internamente, en un motor tienen origen tres fuerzas que deben ser compensadas: una de ellas es la que genera la explosión y que desplaza el pistón verticalmente. La segunda es la fuerza centrífuga creada por la rotación de las bielas sobre el eje del cigüeñal. Y finalmente está la fuerza de inercia que mueve el pistón en las tres fases restantes del motor de combustión interna. Esto ocurre en cada cilindro, por lo que si lo multiplicamos por el número de cilindros da como resultado un compendio de fuerzas en distintas direcciones que, de no estar bien equilibradas, pueden llegar a destrozar el motor internamente debido a vibraciones y desgastes.

Las dos primeras fuerzas se pueden compensar a través de la propia configuración de funcionamiento. Es decir, que los cilindros de una bancada se muevan en una fase completamente opuesta a los de la otra. De esta manera, cada cilindro se compensa con su homólogo en la otra bancada. A ello contribuyen los contrapesos con los que cuenta el propio cigüeñal, precisamente en busca del equilibrio, aunque esto añada peso e inercias al motor.

LA FÓRMULA MÁGICA

Para la tercera de las fuerzas, la generada por la propia explosión, es donde entra en juego el ángulo de inclinación entre bancadas. En un motor de cuatro tiempos, el utilizado por la práctica totalidad de coches, la explosión en un cilindro ocurre exactamente cada dos vueltas del cigüeñal. Es decir, cada 720 grados. Si dividimos esta cifra entre el número de cilindros de nuestro motor obtendremos un valor en grados correspondiente a la inclinación entre bancadas necesaria para una distribución uniforme en el tiempo del ciclo de explosión.

• Cuatro cilindros

Pongamos como ejemplo el tipo de motor más sencillo y común en la actualidad –al menos por ahora–, con cuatro cilindros. Si aplicamos la fórmula anterior obtenemos que el ángulo óptimo entre bancadas es de 180 grados, es decir, una línea recta y una explosión cada media vuelta del cigüeñal. Por ello, la mejor distribución para un correcto equilibrado de fuerzas en un motor de cuatro cilindros es colocarlos en línea.

Por supuesto que puede haber variantes equivalentes que igualmente estarían equilibradas, como por ejemplo un motor V4 a 90 grados, que tendría una distribución de explosión cada cuarto de vuelta del cigüeñal –es obvio decir que 90º es la mitad de 180º–. Éstos permiten utilizar un cigüeñal más corto y en definitiva resulta en un motor más compacto y más rígido. El problema reside en que un motor en V necesita de dos culatas, dos árboles de levas y dos colectores, lo que supone un sobrecoste con respecto a la configuración en línea. Es por eso que los motores en V se reservan para las mecánicas de motos de alta cilindrada, y lo mismo pasa con los coches.

Uno de los últimos ejemplos de este tipo de motores –los motores de cuatro cilindros en V de pequeña cilindrada– en un automóvil fue el del Porsche 919 Hybrid de la categoría LMP1, cuyo V4 de gasolina y 2 litros desarrollaba 720 caballos y contribuyó a su victoria en las míticas 24 Horas de Le Mans en tres ocasiones.

Motor térmico del Porsche 919 Hybrid ganador de Le Mans

De la misma manera, un motor bóxer de cuatro cilindros está igualmente bien balanceado, pero en su caso, los cilindros opuestos se encuentran en la misma etapa del ciclo de explosionado para poder compensarse. Su configuración plana permite bajar el centro de gravedad del vehículo, lo que viene muy bien caso de modelos deportivos o de competición; nuevamente, la necesidad de culatas y árboles de levas por partida doble los hace más caros que sus homólogos con los cilindros en línea, por lo que no es una configuración escogida comúnmente. Mencionar, por último, que no hay que confundir los motores bóxer con los de V a 180 grados, aunque éstos últimos sean muy poco comunes. En los cilindros opuestos de la configuración de V a 180 grados comparten el mismo codo de cigüeñal, mientras que en los bóxer cada uno cuenta con el suyo propio.

• Seis cilindros

Éste caso es un poco especial. Estos motores son esencialmente dos bloques de tres cilindros unidos, configuración que debido a su número impar los hace difícilmente compensables por sí solos. En el caso de montar un seis cilindros en línea, las fuerzas se pueden compensar si se usa un cigüeñal especial con los codos orientados a 120 grados, y lo mismo ocurre con su configuración bóxer –como el Porsche 911–. Pero, ¿qué pasa si se quiere un motor más compacto, un V6? La fórmula nos dicta que el ángulo entre bancadas debe de ser 120 grados, pero esta configuración no lo hace óptimo en términos de espacio, por ello se opta por separarlos en un ángulo de 60 grados. De esta manera se consigue compensar las fuerzas de la explosión, pero no del todo las centrífugas y las de inercia, por lo que este tipo de motores deben utilizar unos ejes de equilibrado adicionales para anular estas vibraciones. El Nissan GT-R, por ejemplo, es baluarte de esta configuración.

No obstante, muchos fabricantes a lo largo de la historia han creado sus motores V6 a partir de mecánicas V8 existentes como en el caso del Alfa Romeo Giulia Quadrifoglio. Éstos cuentan con un ángulo óptimo de 90 grados, lo cual no los hace, en principio, nada adecuados para la configuración de seis cilindros. ¿Cómo lo consiguen? Para este caso se hace necesario un cigüeñal especial con los codos, compartidos por los cilindros opuestos, desfasados un ángulo de 30 grados. De esta manera, se logra de nuevo un intervalo entre explosiones de 120 grados.

Detalle de un cigüeñal de motor V6 a 90 grados, con el desfase de 30 grados

Por último queda comentar el caso de los VR6, famosos por el Grupo VAG. La particularidad de éstos es que forman una V muy cerrada, con ángulos de 10,6 grados y 15 grados, de manera que en términos generales se parecen mucho a una configuración en línea y permiten utilizar una sola culata. De esta manera se obtiene un seis cilindros lo suficientemente compacto para montarse en el vano motor de un vehículo con mecánica de cuatro cilindros en posición transversal, como es el Golf.

• Ocho cilindros

Con los motores V8, aplicamos la fórmula y obtenemos un resultado de ángulo óptimo de 90 grados. Los diseñan así casi todos los fabricantes que cuentan con un motor de 8 cilindros en sus filas. No obstante, dentro de los V8 hay dos variantes según el tipo de diferencial utilizado: el de cigüeñal cruzado y el de cigüeñal plano. En este artículo explicamos las diferencias entre estos dos tipos de V8 y las características que les otorga ese carácter tan distinto.

Podríamos seguir así hasta abarcar todas las arquitecturas de motores, pero con los expuestos cubrimos la inmensa mayoría de las mecánicas del mercado y queda explicado el porqué de la inclinación de los motores, principios aplicables al resto de motorizaciones por encima de los ocho cilindros.