Motor de cuatro tiempos - hernandezhernandezmiguel94

Historia
Los primeros motores de combustión interna alternativos de gasolina que
sentaron las bases de los que conocemos hoy fueron construidos casi a la vez
por Karl Benz y Gottlieb Daimler. Los intentos anteriores de motores de
combustión interna no tenían la fase de compresión, sino que funcionaban con
una mezcla de aire y combustible aspirada o soplada dentro durante la primera
parte del movimiento del sistema. La distinción más significativa entre los
motores de combustión interna modernos y los diseños antiguos es el uso de la
compresión.
Cámara de combustión
La cámara de combustión es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un
extremo y dentro del cual se desliza un pistón muy ajustado al cilindro. La
posición hacia dentro y hacia fuera del pistón modifica el volumen que existe
entre la cara interior del pistón y las paredes de la cámara. La cara exterior del
pistón está unida por una biela al cigüeñal, que convierte en movimiento
rotatorio el movimiento lineal del pistón. en En los motores de varios cilindros,
el cigüeñal tiene una posición de partida, llamada espiga de cigüeñal y
conectada a cada eje, con lo que la energía producida por cada cilindro se
aplica al cigüeñal en un punto determinado de la rotación. Los cigüeñales
cuentan con pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la
irregularidad del movimiento del eje. Un motor alternativo puede tener de 1 a 28
cilindros.
Motor de dos tiempos
Con un diseño adecuado puede conseguirse que un motor Otto o diesel
funcione a dos tiempos, con un tiempo de potencia cada dos fases en lugar de
cada cuatro fases. La eficiencia de este tipo de motores es menor que la de los
motores de cuatro tiempos, pero al necesitar sólo dos tiempos para realizar un
ciclo completo, producen más potencia que un motor cuatro tiempos del mismo
tamaño.
El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de
los periodos de absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte
mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un
tiempo completo. El diseño más simple de motor de dos tiempos utiliza, en
lugar de válvulas de cabezal, las válvulas deslizantes u orificios (que quedan
expuestos al desplazarse el pistón hacia atrás). En los motores de dos tiempos
la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a través del orificio de
aspiración cuando el pistón está en la posición más alejada del cabezal del
cilindro. La primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de
mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se
desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y
permitiendo que los gases salgan de la cámara.
Motor de cuatro tiempos
Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de combustión interna
alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diesel, que precisa cuatro, o en
ocasiones cinco, carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del
cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión. Estos cuatro
tiempos son:
Tiempos del ciclo
Aquí se detallan los diferentes tiempos (actividades realizadas durante el ciclo)
y sus características.

1-Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira
la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el
aire en motores de encendido por compresión. La válvula de escape
permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el
primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la válvula
de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

2-Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de carrera inferior, la
válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas contenido en la
cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el cigüeñal da 360º y
el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran
cerradas y su carrera es ascendente.

3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera
superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de
encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía,
provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores
diesel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado,
que se autoinflama por la presión y temperatura existentes en el interior
del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta
progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el
interior del cilindro y expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta
es la única fase en la que se obtiene trabajo. En este tiempo el cigüeñal
gira 180º mientras que el árbol de levas da gira, ambas válvulas se
encuentran cerradas y su carrera es descendente.

4 -Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su
movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través
de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto
máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la
de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º
y el árbol de 90º .
Motor de gasolina de dos tiempos
Los motores de dos tiempos de gasolina, generalmente son de carter seco, y
encuentran su mayor campo de aplicación en las pequeñas potencias:
motocicletas, máquinas manuales a gasolina (sopladores, fumigadoras, moto
sierras etc.), y en los pequeños motores de aeromodelismo y similares.
En general su rendimiento térmico es menor que el de los motores de cuatro
tiempos.
Veamos como es el principio de trabajo de estos motores.
Durante la carrera ascendente del pistón,
se comprime la mezcla de aire y gasolina,
previamente introducida en el cilindro. Al
mismo tiempo y debido al movimiento del
pistón, se produce vacío en el carter del
motor, obligando a entrar mezcla nueva de
aire y gasolina procedente del carburador,
por un conducto provisto de un válvula de
apertura por la propia succión. De manera
entonces, que durante esta carrera
ascendente se producen dos atapas del
ciclo
de
trabajo,
es
decir:
1.Compresión
2.Admisión
Una vez que el pistón llega al punto
muerto superior, tendremos la mezcla
completamente comprimida, y lista para la
aparición de la chispa en la bujía, y
además, el carter o carcasa del motor
lleno con mezcla fresca procedente del
carburador.
Como en todo motor de pistones, en ese
momento se produce el salto de la chispa
en la bujía y se inflama la mezcla,
produciendo la carrera descendente del
pistón y generando trabajo.
Cuando el pistón realiza su carrera de
descenso, impulsado por la fuerza de los
gases de la combustión, y estos han
perdido ya suficiente energía, el propio
pistón descubre un agujero lateral conocido
como lumbrera que comunica al exterior.
La presión remanente aun en los gases,
hace que estos escapen del cilindro.
Al
mismo
tiempo,
el
movimiento
descendente del pistón, comprime la
mezcla fresca de aire y gasolina del carter (
la válvula se ha cerrado) elevando allí la
presión.
Con
el
consecuente
movimiento
descendente, el pistón termina por
descubrir otra lumbrera inferior, que
comunica con el carter, y permite la
entrada de la mezcla fresca comprimida al
interior del cilindro, para comenzar un
nuevo ciclo de compresión-admisión.
Motor de gasolina de cuatro tiempos
El ciclo de trabajo para un motor de cuatro tiempos es como sigue:
Carrera de admisión
Motor de gasolina
Durante la carrera de descenso del pistón, se abre
una válvula conocida como válvula de admisión (la de
la izquierda) y entra al cilindro (según indican las
flechas) la mezcla de aire y gasolina atomizada
(previamente elaborada en el carburador o por la
inyección), debido al vacío resultante. La otra
válvula o válvula de escape (la de la derecha)
permanece
cerrada.
Cuando el pistón llega a su punto mas bajo, conocido
como punto muerto inferior todo el cilindro está lleno
de la mezcla combustible y el pistón comenzará a
subir.
Carrera de compresión
Motor de gasolina
En el momento en que el pistón sube, se cierra la
válvula de admisión y la de escape permanece
cerrada, por lo que se produce la compresión de la
mezcla de aire y combustible. Esta parte del ciclo se
conoce como carrera de compresión, durante ella y
debido al aumento de presión, el aire se calienta, la
gasolina se evapora y mezcla íntimamente con el aire,
quedando preparada para el encendido, que se
produce cuando el pistón alcanza una posición muy
próxima al punto mas alto conocido como punto
muerto
superior.
Este encendido se produce debido al salto de una
chispa eléctrica en la bujía (en el centro), muy bien
sincronizada
en
el
momento
preciso.
La inflamación de la mezcla produce un aumento
brusco de la presión que empuja el pistón hacia abajo
para producir la fuerza de trabajo del motor.
Carrera de trabajo
La gran presión de los gases, al quemarse el
combustible hace descender el pistón con gran fuerza
y es en este momento que el motor puede producir
trabajo útil capaz de mover una carga, en este caso el
automóvil.
Cerca del punto muerto inferior los gases se han
enfriado un poco y perdido parte de la presión por lo
que ya no son útiles para realizar el trabajo, en ese
momento se abre la válvula de escape y comienza la
última
parte
del
ciclo.
Esta parte del ciclo es idéntica para los motores de
gasolina y Diesel.
Carrera de escape
El movimiento ascendente del pistón limpia el cilindro
de los gases quemados que salen a través de la
válvula de escape (según las flechas) mientras la
válvula
de
admisión
permanece
cerrada.
Cuando llega al punto muerto superior y el cilindro
está limpio, empieza un nuevo descenso y se
comienza un nuevo ciclo de admisión para perpetuar
el
movimiento
del
motor.
Esta parte del ciclo es idéntica para los motores de
gasolina y Diesel.
En resumen, pera completar un ciclo de trabajo, el cigüeñal a dado dos vueltas
y se han completado cuatro carreras que son de admisión, de compresión, de
trabajo y de escape, por tal motivo, este tipo de motor es conocido como de
cuatro
tiempos.
En el caso de los motores con más de un pistón, todos están acoplados a un
mismo cigüeñal con diferente posición y funcionan muy bien sincronizados.
Para ilustrar un motor real baja este vídeo de 1Mb de un motor de gasolina.
Lo descrito hasta aquí corresponde solo al mecanismo básico donde se
produce el proceso termodinámico de producción de potencia, no obstante para
garantizar el funcionamiento en general del motor se necesitan de otros
sistemas en él, que completan todas sus necesidades, estos son:
1.- Sistema de alimentación y escape
2.- Sistema de lubricación
3.- Sistema de enfriamiento
4.- Sistema de encendido
5.- Sistema de arranque y generación de electricidad.