Yamaha Cigüeñal Crossplane 2009 Yamaha



Diseño completamente nuevo del cigüeñal crossplane en el que se mejora la aceleración y tracción reduciendo el par inercial.

Función 

En una configuración crossplane cada una de las bielas se encuentra en un ángulo de 90° a la otra. 

Esto hace que las bielas se crucen en dos planos a 90°, de ahí el nombre de cigüeñal crossplane. 

El cigüeñal crossplane se diseñó para minimizar el par inercial creado por el motor. 

El par que siente un piloto es una combinación de dos tipos de par: el par de combustión generado directamente por el encendido del motor y el par inercial que es generado por el movimiento de las piezas (como los pistones y el cigüeñal) en el interior del motor. En una configuración crossplane ya no hay ruidos que estorben el par de combustión. Esto resulta en un par combinado (par de combustión y par inercial) que es prácticamente igual al par de combustión y que mejora el tacto del acelerador.

Antes, el cigüeñal crossplane sólo se utilizaba en motocicletas de competición, debido a la forma compleja de las bielas y piezas del cigüeñal, pero también por otros factores como fluctuaciones en la presión del par de combustión y niveles de vibraciones. Por estos motivos, la configuración asimétrica del motor no se utilizó nunca antes en las superdeportivas de 4 cilindros fabricadas en serie.

Debido a estos requerimientos especiales y para absorber las fuerzas inerciales, el nuevo cigüeñal se construyó más sólido y pesado que en los modelos R1 anteriores.

Explicación detallada:
 Par inercial primario y secundario
Comenzamos con la fuerza que genera cada pistón/cigüeñal que influye el tacto del acelerador del motor. Cada componente rotatorio genera fuerzas al acelerar y decelerar (F = m x a). Las fuerzas producidas intentan mantener la pieza en la dirección que tenía, mientras que la pieza misma es cada vez más lenta. Este efecto se llama generalmente fuerza inercial.
La fuerza inercial es la suma de la fuerza primaria total del pistón más la fuerza secundaria total del pistón.
En las siguientes dos páginas se describen detalladamente estas fuerzas.

   

      convencional a 180º                                             Crossplane a 90º

Fuerza primaria del pistón

“La fuerza primaria es la fuerza inercial generada por la masa del pistón, producida por el movimiento giratorio proyectado de la biela en la línea de la carrera y transmitido al pistón a través de la biela.” 

En otras palabras: La fuerza máxima que se produce cada 180° cuando el pistón está en el punto muerto superior (PMS) o en el punto muerto inferior (PMI) y viceversa. Cada objeto que sufre un cambio de velocidad o dirección, genera una fuerza que resiste este cambio de velocidad o dirección. En cada punto muerto, esta fuerza alcanza el máximo valor y es dirigida a lo largo de la línea de carrera y en la misma dirección en la que se movía el objeto.

En un motor de 4 cilindros en línea, siempre hay una “contrafuerza” de otro pistón que se mueve al mismo tiempo en dirección opuesta. 

Ejemplo: pistón 1 se mueve hacia abajo y al mismo tiempo se mueve el pistón 2 hacia arriba. Esto hace que el resultante de ambas fuerzas de los pistones esté en equilibrio y por lo tanto sea nulo. 

Este es el caso tanto para un cigüeñal convencional de 180° grados, como para un cigüeñal crossplane.

Cigüeñal de 180°: 

 Primaria, 4 cilindros (cigüeñal 180°):

Cuando el pistón 1 está en el PMS, el pistón 2 está en el PMI y viceversa. Cuando el pistón 4 está en el PMS, el pistón 3 está en el PMI y viceversa. En esta configuración hay dos pistones que se mueven en el mismo momento y en la misma dirección, y dos otros pistones que se mueven en exactamente el mismo momento en la dirección opuesta. Las fuerzas de ambas parejas de pistones se anulan entre si.

Cigüeñal crossplane: 

 Primaria, 4 cilindros (cigüeñal crossplane):

Cuando el pistón 1 está en el PMS, el pistón 4 está en el PMI y viceversa. Cuando el pistón 3 está en el PMS, el pistón 2 está en el PMI y viceversa. A pesar de que ahora hay diferentes parejas de pistones, el cigüeñal crossplane da el mismo resultado. En esta configuración, una fuerza de pistón anula la otra fuerza de pistón. 

Fuerza secundaria del pistón

“La fuerza secundaria es la fuerza inercial generada por la masa del pistón debido al movimiento proyectado hacia adentro y afuera de la biela giratoria, perpendicular (horizontal) al movimiento en línea de la carrera transmitido al pistón a través de la biela inclinada.”
En otras palabras: La biela se aparta de la línea de carrera cuando se mueve del PMS hasta los 90° y luego empieza a acercarse a la línea de carrera de los 90° hasta el PMI. Este movimiento de la biela se repite del PMI al PMI; La biela se aparta de la línea de carrera del PMI hasta los 270°, y de los 270° hasta el PMI se acerca a la línea de carrera. La fuerza secundaria alcanza el valor máximo en el momento que el pistón deja de moverse.
Las fuerzas secundarias del pistón generadas por este movimiento secundario se producen en otra posición de la biela que con las fuerzas primarias del pistón. La sincronización del momento en que ha de producirse cada fuerza secundaria de pistón es muy importante si comparamos las diferentes configuraciones de cigüeñales de 4 cilindros en línea.

Cigüeñal de 180°:
 Secundaria, 4 cilindros (cigüeñal 180°):
En esta configuración de cigüeñal, todos los 4 pistones generan la fuerza secundaria en el mismo momento y en la misma dirección. 2 pistones se mueven del PMS hacia los 90° y los otros 2 pistones se mueven del PMI hacia los 270°. Esto resulta en una acumulación de todas las fuerzas, porque todas las fuerzas están dirigidas en la misma dirección. Esta es la fuerza secundaria total de esta configuración del cigüeñal de 180°.

Cigüeñal crossplane:
 Secundaria, 4 cilindros (cigüeñal crossplane):
En esta configuración de cigüeñal los 4 pistones se encuentran en cuatro posiciones diferentes el uno del otro.
Dos pistones empiezan a moverse hacia abajo y dos pistones empiezan a moverse hacia arriba.
Pistón 1 está en el PMS y se mueve hacia los 90°, mientras que el pistón 4 está en el PMI y se mueve hacia los 270°. Ambos pistones generan una fuerza dirigida hacia arriba (movimiento de la biela hacia afuera) PERO pistón 2 está a 270° y se mueve hacia el PMS, mientras que el pistón 3 está a 270° y se mueve al PMI. Ambos pistones generan una fuerza dirigida hacia abajo (movimiento hacia adentro de la biela).
Esto significa que los pistones 1 y 4 forman una pareja con una fuerza ascendente y que los pistones 2 y 3 tienen una fuerza descendente.
Las fuerzas ascendentes quedan anuladas por las fuerzas descendentes.
Esto significa que el cigüeñal no tiene una fuerza secundaria.

Conclusión.

En la configuración crossplane, la fuerza inercial (= par inercial) es prácticamente nula. (Siempre permanece un poco de ruido debido a la flexión y torsión del cigüeñal, causado por la absorción de la fuerza inercial). Es decir, lo que queda es un par de combustión 'puro’. El tacto del acelerador es en realidad el tacto del par de combustión. En el cigüeñal crossplane, el par de combustión ya no es anulado por el par inercial. Esto da al conductor la sensación de un control directo sobre la rueda trasera sin ninguna interferencia, mejorando así las sensaciones de pilotaje.

Orden de encendido .

La nueva configuración del cigüeñal resulta en un nuevo orden de encendido. 

Esta configuración crossplane permite el orden de encendido más suave posible. 

El nuevo orden de encendido resulta en una nueva secuencia de combustión: 1-3-2-4, 

con los siguientes intervalos: 270° 180° 90° 180°. 

Es decir, es un motor de encendido ‘irregular’ en comparación con un motor normal de 4 cilindros con intervalos de encendido de 180° 180° 180° 180°.

Configuración de escape .

El orden de encendido también influye la configuración de escape. En un motor crossplane, las fluctuaciones del gas son más extremas y la presión máxima del gas es mayor que en un motor de encendido corriente. 

Esto significa que el sistema de escape ha de ser más ‘abierto’. Los silenciadores convencionales de 3 cámaras (como en la R1 anterior) crean demasiada resistencia en el flujo de aire, por eso se aplicó en la R1 crossplane una configuración de escape ‘monocámara’, que se conoce de las carreras. 

Para mantener el nivel sonoro por debajo de las normativas sobre ruido, se tuvo que aumentar el volumen del silenciador a un tamaño más grande que en configuraciones con 3 cámaras. 

El diseño monocámara adoptado con el flujo de gas ‘libre’ permite un excelente rendimiento y crea, además, un ruido único y potente. 

Los silenciadores ligeros de titanio están ubicados debajo del asiento, a diferencia de la R6, que tenía los silenciadores debajo del motor. Se eligió esta solución porque el tubo de escape debe tener cierta longitud para poder cumplir las características de par y porque se necesitaba espacio para incorporar el nuevo sistema de suspensión trasera 'tipo M1’ de la R1. Este sistema de suspensión se desarrolló para poder cumplir con las nuevas características del motor y para mejorar la tracción en las curvas.