El motor de combustión interna de 4 tiempos

Quién inventó el motor de combustión interna

El primer inventor, hacia 1862, fue el francés Alphonse Beau de Rochas. El segundo, hacia 1875, fue el alemán doctor Nikolaus August Otto. Como ninguno de ellos sabía de la patente del otro hasta que se fabricaron motores en ambos países, hubo un pleito. De Rochas ganó cierta suma de dinero, pero Otto se quedó con la fama: el principio termodinámico del motor de cuatro tiempos se llama aún ciclo de Otto.

Características de los motores térmicos

Hay unos conceptos que debemos conocer en el motor de combustión interna, las dos posiciones extremas del pistón se denominan (PMI-Punto Muerto Inferior) cuando el pistón está en la parte inferior del cilindro y (PMS-Punto Muerto Superior) cuando el pistón está en la parte superior.

El recorrido que realiza el pistón dentro del cilindro se denomina “carrera”, el diseño de los motores  y sus características varían teniendo en cuenta la carrera y el diámetro del pistón. Así pues teniendo en cuenta las dimensiones de la carrera por el diámetro del pistón va a cambiar las características del motor, de acuerdo a estos se habla de tres disposiciones de motor:

  • Motor supercuadrado: el diámetro del pistón es mayor a la longitud de la carrera. Son utilizados para vehículos de gasolina muy revolucionados. Usado por los autos de competencia o de carreras.
  • Motor cuadrado: el diámetro del pistón es igual a la longitud de la carrera. La relación entre la carrera y el diámetro es 1:1. Las revoluciones alcanzadas por este tipo de motores son mayores que en los alargados, se usa en los autos de calle o de serie.
  • Motor alargado: el diámetro del pistón es menor a la longitud de la carrera. Estos motores no alcanzan revoluciones demasiado altas. En la actualidad son más usados para motores diésel que para motores de gasolina, el movimiento que genera al ser más larga la carrera genera mayor fuerza o torque.

motor camara

Cilindraje unitario: es el volumen de desplazamiento del pistón, desde PMI hasta PMS.

La cilindrada total de un motor térmico se calcula a partir de la cilindrada de cada uno de sus cilindros. La cilindrada unitaria (Vu) es el volumen de un solo cilindro:

cilindrada

Cilindraje total: una vez calculada la cilindrada unitaria, se calcula la cilindrada total (Vt) del motor. Para ello, se multiplica el volumen de un cilindro por el número de cilindros:

cilindrada total

Las herramientas utilizadas para medir los cilindros son las siguientes:

  • La sonda de un calibre, que se usa para medir la carrera.
  • Las orejetas de un calibre, utilizadas para medir el diámetro de forma aproximada.
  • Un micrómetro de interiores o un alexómetro, y un micrómetro de exteriores para medir el diámetro de forma exacta.

Estas medidas se realizan en milímetros (mm), aunque para el volumen se emplea el centímetro cúbico (cm3) o el litro (l).

Volumen de cámara: es el volumen comprendido entre la cabeza del pistón en PMS y la culata.

Relación de compresión: La relación de compresión es un número que indica la cantidad de veces que es mayor el volumen que ocupa la mezcla al final de la admisión (pistón en PMI), respecto al volumen al final de la compresión (pistón en PMS). Esta definición se resume en la siguiente fórmula:

rcgrc

 

Funcionamiento

La relación que existe entre los mecanismos en conjunto con la reacción química y el ciclo térmico de Otto, son los factores que conllevan a la transformación de la energía química en energía mecánica. La mezcla aire combustible reacciona con la chispa generando un movimiento rectilíneo en el pistón,  que es transformado en un movimiento circular en el cigüeñal

El ciclo teórico de Otto consta de cuatro tiempos (admisión, compresión, expansión y escape) y  el proceso se inicia con la mezcla homogénea de aire combustible que ingresa ya sea por el carburador, o el cuerpo de aceleración. La mezcla obtenida se inicia por un sistema de encendido eléctrico generador por la bujía, el cual se realiza de forma temporizada o controlada.

  1. Admisión: el pistón se encuentra en el punto muerto superior, la válvula de admisión se abre dejando ingresar la mezcla aire combustible,  la cual es aspirada por el pistón que va en movimiento descendente hasta punto muerto inferior.
  2. Compresión: el pistón asciende desde el pmi hasta el pms, comprimiendo la mezcla; las válvulas permanecen cerradas. En el punto muerto superior, salta la chispa de la bujía, iniciando la mezcla aire combustible a un volumen constante.
  3. Expansión: el aumento de la presión genera un aumento de la temperatura que empuja el pistón hacia abajo transmitiéndose de la biela al cigüeñal una gran fuerza que se emplea para realizar los otros tres tiempos, las dos válvulas se encuentran cerradas.
  4. Escape: en el tiempo de escape, el pistón se encuentra en punto muerto inferior, se abre la válvula de escape y el pistón al subir deja salir los gases quemados al exterior por la tubería de escape, comenzando nuevamente el ciclo.

El conjunto de las operaciones (admisión, compresión, expansión y escape) se denomina ciclo de cuatro tiempos. Cada tiempo del motor corresponde a media vuelta, cuatro medias vueltas  equivalen a dos vueltas de cigüeñal.

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