Análisis de un proyecto de motor de carreras 4T para kart – TKART

¿QUÉ ES?

¿COMO FUNCIONA?

EN LA PRÁCTICA

Hablar del motor del kart siempre es fascinante. El tema no es sencillo y se abre un abanico infinito de posibles profundizaciones, pero, quizás por eso precisamente, cada nuevo análisis puede servir, también a quien de motores cree saberlo todo, para aprender algo nuevo.
Casi siempre, los artículos relacionados con los motores empiezan con el análisis de un producto o con la descripción de un aspecto de su funcionamiento. Esta vez, para intentar darle un enfoque distinto, empezamos por el proyecto de un motor que no ha sido nunca fabricado.
Se trata del modelo de un 4 tiempos con una distribución por cascada de engranajes y balancines tipo dedo. Características que se saltan los reglamentos, pero que representan un pretexto para el análisis y la reflexión particularmente interesante.

Tampoco la potencia es reglamentaria, dado que la configuración presentada en el análisis va más allá, intencionalmente, con el objetivo de superar la potencia específica de 200 cv/litro.
Claramente, en el marco de este artículo no se puede, y no se pretende, presentar el diseño detallado de un producto acabado: ¡sería absurdo pensarlo siquiera, teniendo en cuenta la complejidad del tema! A pesar de las limitaciones del enfoque, sin embargo, analizar el proyecto de un posible motor, en vez de un producto acabado, permite empezar a entender cuántos y cuáles son los aspectos que un diseñador/fabricante debe sopesar en su trabajo, cuáles son los problemas que hay que afrontar y cuáles las posibles decisiones que tomar, inevitablemente, encaminando el proyecto en su conjunto hacia determinadas características en lugar de otras.

El proyecto, desde el principio, requiere algo de flexibilidad por lo que respecta a algunas de las soluciones adoptadas, un aspecto esencial para poder “afinar el tiro” en fase de desarrollo

Algunas vistas generales del motor colocado en el chasis del kart

¿QUÉ ES?

¿COMO FUNCIONA?

EN LA PRÁCTICA

JUNTA DE CULATA

Observando los diseños del proyecto, se notan unas pequeñas marcas “fresadas” en los cilindros: sirven para evitar la interferencia de las válvulas, dotadas de un diámetro muy amplio. Entre los cilindros (diseñados sólo de manera esquemática), se ha previsto una ventana de conexión que atenúe las compresiones y descompresiones debidas al bombeo de los pistones, que crearían una fricción de frenado innecesaria

BALANCÍN

El balancín tipo dedo tiene un diseño en forma de “S”, necesario para impedir que se produzca una interferencia geométrica con la llave de las bujías.

MUELLES

Si los muelles cónicos, incluidos inicialmente en el proyecto, no produjeran los resultados esperados, se ha previsto una solución más “pesada” con muelles dobles, uno interno y otro externo, que se rozan. Se ha observado, de hecho, que el muelle interno, entrando levemente en contacto con las espirales del externo, contribuye a atenuar las resonancias. En cambio, claro está, se produce una mayor fricción de distribución y, en consecuencia, es más difícil alcanzar las revoluciones necesarias cuando el motor se halla por debajo del par.

RODAMIENTOS

Los árboles de levas están soportados sólo en los dos extremos por cojinetes de bolas: esto es posible también gracias a la reducida anchura del motor. En cualquier caso, en el mercado existen rodamientos fabricados en dos mitades, los cuales, colocados en el centro del árbol, impedirían las deformaciones del mismo: una solución a tener en cuenta sólo cuando se dé este caso.

ENGRANAJES

Su configuración “en cascada” permite mantener el encaje adecuado de los diámetros primitivos de los engranajes, incluso en caso de que se hicieran necesarias variaciones como, por ejemplo, la de la elevación de la culata

El diseño de este motor 4 T muestra una geometría en los conductos y una inclinación de las válvulas con ángulos típicos de la “fórmula uno”. Los ejes de levas giran en cojinetes de bolas; los balancines tipo dedo, en jaulas de rodillos. La bujía es de rosca M10: un modelo más grande habría ocupado, sin necesidad, espacio útil para las válvulas. La decisión de utilizar mandos de balancín tipo dedo supone un compromiso técnico entre carrera/puesta en fase, alcanzado tras numerosos exámenes. Además, esta solución va encaminada a reducir todo lo posible las masas alternas que generan fuerzas de inercia con valores elevados. Como ya hemos dicho, el proyecto apunta a obtener la máxima potencia del motor y, por tanto, el número de revoluciones será elevado: por esto se han reducido todo lo posible las masas en movimiento: el vástago de las válvulas tiene un diámetro de 4 mm. Lamentablemente, dada la increíble inclinación de los conductos, las válvulas son muy largas, aunque están bien guiadas.
También la decisión de utilizar muelles cónicos, con un diámetro menor hacia arriba, permite tener un “empujador” de tamaño reducido y, por tanto, una menor inercia global , una ventaja para poder alcanzar niveles elevados de revoluciones/min. La posibilidad de utilizar el titanio (prohibido en los reglamentos) habría permitido una mejora adicional de las prestaciones. Es también fruto de prolongados estudios la forma de la cámara de combustión, che permite tener una elevada relación de compresión (alrededor de 14:1 teórica).

DISEÑAR UN MOTOR DE CARRERAS 4T PARA KART