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Subaru FA20D

Iniciado por map, Noviembre 27, 2016, 20:30:47

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El diseño del motor bóxer no es precisamente moderno, pues fue patentado en 1896 por el ingeniero alemán Karl Friedrich Benz, sólo 10 años después que éste mismo patentara el primer automóvil.

La disposición bóxer, que posiciona sus cilindros en dos bancos de 180 grados de separación entre sí, a cada lado del cigüeñal, se ha utilizado para todo tipo de vehículos, desde aviones comerciales a motocicletas.

En el mundo del automóvil, ha sido utilizado por distintas marcas. Así, se ha utilizado desde coches tan "modestos" como el Citröen 2CV, con su bóxer de 2 cilindros:



a otros tan "extremos" como el Ferrari Testarossa y su bóxer de 12 cilindros:



Pero si hay una marca que se identifica con el motor bóxer, ésta es Subaru. Ya en la década de 1960, Subaru adoptó por completo el diseño boxer para sus motores, y desde entonces hasta hoy, sigue siendo la única configuración de motor que utiliza esta empresa.

La razón de Subaru para esto es simple: la disposición horizontal del boxer permite obtener bajos centros de gravedad con un peso contenido, lo que permite obtener una mejor estabilidad y un mejor control del vehículo.

El motor boxer (boxeador en inglés) debe su nombre a que sus pistones se acercan y se alejan, el uno del otro, en un plano horizontal, al igual que los boxeadores cuando chocan sus guantes antes de una pelea.



Uno de los beneficios de la utilización de un bóxer frente a un motor en V es que el diseño proporciona un buen equilibrio, porque cada impulso del pistón, es contrarrestado por el correspondiente movimiento del pistón del lado opuesto, siendo así uno de los motores que tienen un diseño natural de equilibrio dinámico (los otros dos son el de 6 cilindros en línea y el 12 cilindros en V).

Estos motores pueden funcionar sin problemas y libres de fuerzas de desequilibrio con un ciclo de cuatro tiempos y no requieren de un eje de equilibrio o contrapesos en el cigüeñal para equilibrar el peso de las piezas, que son necesarios en otras configuraciones del motor.

Pero eso no significa que los motores bóxer estén libres de complicaciones. Si tienen menos de seis cilindros, pueden alcanzar pequeños desequilibrios puntuales (conocido como "pequeño balanceo") que son inevitables debido a la estructura del motor. Además, tienden a producir más ruido que los motores en línea y en V y pueden llegar a requerir un mayor volante de inercia.

El motor FA20D de Subaru

Desarrollado a partir del motor FB, el mayor objetivo que se marcó Subaru en el desarrollo del FA (el 20 viene de que es de 2.0 litros) fue el de reducir el peso del motor manteniendo la durabilidad del mismo. A pesar de compartir una plataforma común con el FB, se diferencia en el bloque, bielas y pistones.



El último motor bóxer de 2000 cc. de Subaru no es el más potente que ha construido, pero es especial.

Como era de esperar, el motor es un batiburrillo de tecnologías de Subaru y Toyota. Aunque, a primera vista, el FA20D (4U-GSE en la codificación que usa Toyota) parece ser típicamente Subaru, su configuración cuadrada es mucho más propia de Toyota. Se rumorea además, que sus culatas fueron desarrollados por Yamaha, que no es ajeno al desarrollo de culatas para  Toyota.

El FA20D fue diseñado y construido específicamente para el BRZ / GT86. Para ayudar a lograr el tipo de manejo y control que sus creadores buscaban, el FA20D se hizo más compacto que los anteriores motores bóxer de cuatro cilindros de Subaru mediante el desarrollo de un colector de admisión más corto y un cárter de aceite menos profundo.

En el corazón del FA20D hay un bloque de aluminio y unas culatas que, junto con todos sus componentes internos (entre los que destaca un doble árbol de levas en cabeza accionado por cadena) dan como resultado una impresionante relación de compresión de 12,5:1, que le permiten obtener un brillante resultado específico de 100 CV por litro.

El FA20D es un motor cuadrado. Quiere esto decir que la relación entre su carrera (86mm) y su diámetro (86mm) es uno (vamos, que son iguales). Esto le permite alcanzar un elevando número de rpm. pero sin sacrificar una correcta disipación de calor.

Subaru también ha introducido su AVCS (Sistema de Control Activo de Válvulas), que cuenta con sincronización variable de válvulas en sus levas de admisión y escape. AVCS es parcialmente responsable de la curva de par del motor y de las amplias capacidades para alcanzar un número de revoluciones elevado, hasta situar la "línea roja" en 7.400 rpm.

La tecnología de distribución variable de Subaru, utiliza la presión hidráulica para manipular la sincronización de válvulas de acuerdo a la carga del motor. A diferencia de los motores de Subaru anteriores, los sensores y solenoides del sistema AVCS del FA20D se posicionan de una manera diferente. Los nuevos árboles de levas accionados por cadena permiten utilizar un mecanismo más pequeño y un diseño que es, en general, mucho más resistente, en comparación con sus predecesores.

Toyota, por su parte, es el responsable del sistema de inyección D-4S, sistema poco ortodoxo pero efectivo, de inyección de combustible, que es una combinación de la inyección directa y las tecnologías de inyección más convencionales, y que deriva del D-4, el sistema de inyección directa de la compañía, que debutó en Japón a mediados de los años 90.

D-4S es un sistema de inyección que funciona como cualquier otro sistema de inyección directa (2), rociando el combustible directamente en las cámaras de combustión en lugar de "aguas arriba", ayudando además enfriar los cilindros y crear una combustión más eficiente. Pero 4S-D también trabaja, a diferencia de cualquier otro sistema de inyección directa, con una configuración de inyección convencional (1).



Mientras que el lado de inyección directa permite una alta relación de compresión sin las consecuencias de la detonación, "aguas arriba" y trabajando en paralelo con el sistema de inyección directa, cuatro denso-inyectores de 205 cc. por minuto ayudan a promover una combustión completa y son cruciales para arranque en frío.

https://www.youtube.com/v/zc8aUxBZlsU

Para que el sistema de inyección de combustible combinado  funcione correctamente se utiliza una bomba mecánica de combustible de alta presión. Una bomba de combustible en el tanque más convencional también se utiliza para transferir combustible desde el tanque a la bomba mecánica.

Este sistema híbrido de inyección de combustible de no es simple, pero permite equilibrar el nivel de las emisiones en comparación con la potencia obtenida.

Por otro lado, un total de ocho inyectores de combustible en un motor de 200 CV. de cuatro cilindros garantiza la capacidad del motor para proporcionar suficiente combustible en cualquier situación.

ESPECIFICACIONES:


ModeloFA20D
Tipo4 cilindros horizontalmente opuestos (bóxer)
Cilindrada (cm³)1.998 cc.
Diámetro del pistón86 mm.
Carrera del pistón86 mm.
Relación de compresión12.5:1
Alimentación   Inyección D-4S mixta (directa e indirecta)
DistribuciónDoble árbol de Levas a la cabeza, 16 válvulas DOHC
Potencia máxima (medido en banco)200 CV. (147 Kw.) a 7.000 rpm.
Par máximo (medido en banco)205 Nm. (20,9 Kgm.) entre 6.400-6.600 rpm.
Régimen máximo7.400 rpm.

Curva de potencia y par (medida en rodillos):




Jean Korneille

Hola map,

un detalle: el Testarossa es un boxer o un motor flat-12 pero no boxer? Lo digo porque el 512BB, a pesar de llamarse Berlinetta Boxer, no era boxer, era un motor à 180°...

Saludos y gracias por estos interesantes posts.

map

#4
Cita de: Jean Korneille en Octubre 08, 2017, 10:25:12
un detalle: el Testarossa es un boxer o un motor flat-12 pero no boxer? Lo digo porque el 512BB, a pesar de llamarse Berlinetta Boxer, no era boxer, era un motor à 180°...

Eso es hilar muy fino ... :)

Para mi un motor boxer es un motor a 180º ... que los cilindros estén enfrentados o no ya es una licencia del diseñador. Entiendo que afectará a los equilibrios del motor y las oscilaciones que pueda generar ... pero vamos ... para mi no deja de ser un boxer (aunque seguro que siempre hay algún "purista" que dirá que si los cilindros no están enfrentados no es un boxer ... :) )


Jean Korneille

jeje si, pero es que a partir de tu post, me puse a buscar qué motores eran 180° pero sin los pistones enfrentados y encontré lo del 512BB.
Nada, llamémosles boxer a todos.

Oscar

Hola!! Muy bueno todo lo que compartís. Soy mecánico de avión y, bueno "algo" entiendo de todo esto. Os dejo explicación, es de internet, yo no me expreso tan bien ;), y foto para que veáis la diferencia. Todos son en oposición pero la diferencia entre bóxer y en V a 180º radica en la posición de las bielas en el cigüeñal. En el V a 180º los cilindros opuestos van cogidos al mismo muñón del cigüeñal lo que hace que cuando uno se aleja el otro se acerca, y si os fijáis, en el nuestro van cogidos en diferente muñón con lo que los cilindros se acercan o se alejan a la vez. Esta posición hace que los motores bóxer no necesiten árboles de equilibrado como sí necesitan los V a 180º. Otra curiosidad, se llaman motores bóxer porque el movimiento que hacen los cilindros al moverse se parece al que hace un boxeador cuando lanza sus puños alternativamente. Bueno que me enrollo os dejo la explicación de internet.
Un saludo.


Cilindros en oposición

Existen tres tipos diferentes de motores con cilindros en oposición, comúnmente referidos al término en inglés flat-cylinder engine:
1.el motor bóxer, también conocido como el motor de cilindros horizontalmente opuestos
2.la V de 180º.
3.En aviación --Motor aeronáutico--se emplean motores de cilindros opuestos, pero desfasados y se busca que el fallo de un cilindro genere las menores vibraciones posibles.

Se tiende a hablar indistintamente de estos tipos de motor con cilindros en oposición o a confundirlos entre si. En Alemania, el término boxermotor es un grupo en el que el motor boxer y el motor con V en 180º se toman como una misma disposición.


Diagrama de cilindros en oposición de un motor boxer, patentado por primera vez por Karl Benz en 1896.El motor boxer, o motor de cilindros horizontalmente opuestos, es el utilizado en los Volkswagen Escarabajo, Volkswagen Kombi, el Porsche 911, y es muy usado actualmente por Subaru (en el Impreza, Legacy, etc.) y tienen por lo general entre 4 y 6 cilindros.
El motor con V de 180º, de configuración muy similar al motor boxer, es usado por algunas ediciones especiales de Ferrari y Alfa Romeo.

En los motores con cilindros horizontalmente opuestos (los que se usan comúnmente en aviación), el orden de encendido se ha distribuido de forma tal que los pistones en oposición no comparten la misma posición en el cigüeñal y todos están a destiempo: en el motor Boxer los pistones se alejan y acercan al tiempo del cigüeñal, y en la V de 180º los pistones confrontados se alejan a medida que el otro se acerca al cigüeñal.

La diferencia básica consiste en que ocasionalmente, los motores con V en 180º no usan un muñón largo como en el boxer, sino que las bielas comparten la misma posición en el cigüeñal, haciendo que mientras un pistón se acerca al cigüeñal el otro se aleje, opuesto a lo que sucede en el Boxer en el que los pistones se alejan y acercan al mismo tiempo. La V de 180º se usa en motores de más de 8 cilindros donde ha resultado más efectiva, mientras que el boxer se usa en pares con menos de 6 cilindros y por ello se han asociado mutuamente como un mismo tipo de disposición


map

Pues a partir de ahora, para ser más preciso, hablaré de motores planos, que son los que presentan un centro de gravedad más bajo y en el caso de nuestro coche, creo que es lo realmente diferenciador.

La geometría del cigüeñal, la posición de los pistones marcada por ésta, la distribución acorde a esa geometría, seguro que en unos casos ofrece más ventajas que otros, pero en nuestro caso no creo que sea lo mas relevante.

Gracias por la aclaración, Óscar.

map


erickutxo

Cita de: map en Octubre 22, 2018, 12:21:18
Interesante ...

TOMEI POWERED Dissects the FA20

La verdad es que si, una revisión en profundidad, donde las haya.

celica

Así es...lo leí en su momento (mientras esperaba que construyeran mi BRZ) y es una pasada...te pone palote! jajaja

fulgor

La cantidad de inglés mecánico que he aprendido! Jajaja



AGL

 ;)
Joya mecánica sin duda!!!

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