CICLOS TEÓRICOS Y REALES DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

Primera parte.- CICLOS TEÓRICOS Y REALES DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

1.1.- Definiciones

Punto muerto superior (P. M. S.) - Posición del pistón más cercana a la cabeza del cilindro.

Punto muerto inferior (P. M. I.) - Posición del pistón más lejana de la cabeza del cilindro.

Diámetro o calibre (D). Diámetro interior del cilindro. Medido generalmente en mm.

Carrera (s). Distancia entre el P.M.S. y el P.M.I., igual, salvo en raras ocasiones, al doble del radio de manivela del cigüeñal.

Volumen total del cilindro (V1): Volumen comprendido entre la cabeza o culata y el pistón cuando este está en el P.M.I., medido generalmente en cm3 o en litros.

Volumen de la cámara de combustión o volumen de espacio libre (V2): Volumen comprendido entre la cabeza y el pistón cuando este está en el P.M.S. medido generalmente en cm3 o en litros

Volumen desplazado por el pistón o cilindrada unitaria (V1 – V2): Volumen generado por el pistón en movimiento desde el P.M.S. al P.M.I. medido generalmente en cm3 o en litros

Relación volumétrica de comprensión (): relación entre el volumen total del cilindro V1 y el volumen de la cámara de combustión V2,. Generalmente se la llama simplemente relación de comprensión:

z= Número de cilindros

1.2. Ciclo operativo de 4 tiempos

Por ciclo operativo entendemos la sucesión de operaciones, o fases, que el fluido activo cumple en el cilindro y repite periódicamente.

Los motores alternativos son de 4 tiempos cuando el ciclo se cumple con 4 carreras del pistón y de 2 tiempos cuando el ciclo se cumple sólo con dos carreras del pistón. Esto significa que los motores de 4 tiempos completan un ciclo cada dos revoluciones del cigüeñal y los de 2 tiempos uno cada revolución. Las 4 fases del ciclo de 4 tiempos son:

a) Admisión de la carga al cilindro.

b) Compresión de la carga.

c) Combustión y expansión.

d) Expulsión o escape de los productos de la combustión.

Cada fase corresponde aproximadamente a una carrera del pistón.

Fig. 1.1. Fases de un motor de 4 tiempos.

a) Admisión. - El pistón en la carrera hacia el P.M.I. crea una aspiración del fluido hacia el cilindro. En la cámara de combustión se abre en el momento oportuno la válvula de aspiración para permitir la entrada del aire o de la mezcla gaseosa combustible. La válvula comienza a abrirse antes del inicio de la carrera y se cierra después que la carrera se ha completado.

b) Compresión - Cerrada la válvula de admisión, durante la carrera de regreso del pistón la carga es comprimida en la cámara de combustión hasta un valor máximo que se alcanza en el P.M.S. En ese momento el volumen de la carga se ha reducido a una fracción del volumen que tenía al comienzo de la carrera; esta fracción es el valor inverso de la relación volumétrica de comprensión.

c) Combustión y expansión. - Poco antes del fin de la carrera de compresión se produce el encendido de la mezcla por medio de una chispa eléctrica, o bien el encendido espontáneo del combustible inyectado en la cámara de combustión, con el consiguiente repentino aumento de temperatura y de presión causado por el calor de la combustión. El valor alcanzado por la presión después del encendido es unas 2 a 4 veces superior al que se tenía inicialmente, por lo que el pistón es empujado hacia el P.M.I. Antes que la carrera de trabajo se haya completado comienza a abrirse la válvula de escape y los gases quemados. que aun están a una cierta presión, comienzan a salir del cilindro.

d) Escape. - Durante su carrera de regreso hacia el P.M.S. el pistón expulsa los gases quemados a través de la válvula de escape. Al final de la carrera, o poco después, se vuelve a cerrar la válvula de escape; mientras tanto se ha abierto nuevamente la de admisión y comienza un nuevo ciclo para continuar repitiéndose regularmente.

1.3. Ciclo operativo de 2 tiempos

En los motores de 2 tiempos el ciclo operativo se completa en dos carreras, por lo que la introducción del fluido de trabajo en el cilindro tiene lugar durante una fracción de la carrera de trabajo. Para que esto se produzca es necesario que el fluido se comprima previamente, de modo que pueda entrar en el cilindro mientras la descarga de los gases quemados se efectúa por su propia presión. En el ejemplo de la figura la compresión previa del fluido que entra por la abertura B se produce en la cámara del cigüeñal (cárter) por obra del pistón que funciona como bomba por el lado inferior. La figura muestra cómo la distribución del fluido de trabajo puede hacerse, sin necesidad de válvulas, mediante el mismo pistón que abre y cierra, durante sus carreras, unas lumbreras de admisión y de escape. Muchos motores de 2 tiempos están en cambio provistos de una válvula de admisión automática interpuesta entre el carburador y la base.

a) El primer tiempo corresponde a la carrera de trabajo. Esta comienza con el encendido y la combustión y prosigue con la expansión hasta cuando el pistón abre la lumbrera de escape.

Fig. 1.2. Fases de un motor de 2 tiempos.

Los gases quemados comienzan en este punto a salir por A a causa de su aún elevada presión, creando en la masa fluida una corriente dirigida hacia la salida: inmediatamente después se abre también la lumbrera de admisión C y

el fluido de trabajo, empujado por la presión que adquirió en la cámara del cigüeñal, y además aspirado por la corriente de gases quemados que sale por A, entra en el cilindro. Se inicia así la fase de barrido y admisión, que ocupa el resto de la carrera.

b) El segundo tiempo corresponde a la carrera de retorno del pistón al P.M.S. Durante el primer tramo de la carrera, es decir, hasta cuando se cierra el paso C se completa la fase de barrido y admisión, durante el segundo se realiza la fase de compresión.

Antes de completar la carrera, el borde

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