Motores de dos y cuatro tiempos

Motores de dos y cuatro tiempos.

Pero no todo es tan fácil ni tan intuitivo, cualquier motor nos puede presentar los mismos síntomas para infinidad de averías.

Vamos a introducirnos en esta unidad en el funcionamiento básico de los motores de dos y cuatro tiempos.

1.- Introducción histórica.

Es normal que Lorenzo y María se pregunten cómo empezó la historia de uno de los inventos más maravillosos de la historia, el motor, el cual nos ha traído tanto desarrollo técnico y movilidad en el transporte.

Desde el siglo XVII hasta 1860 todas las aportaciones realizadas por los inventores de la época al automóvil se basaban en la Máquina de vapor de Watt, que basaba su funcionamiento en el principio de combustión externa, es decir, el vapor de agua necesario para mover el émbolo se producía en la caldera, elemento exterior a la producción de movimiento.

En 1860 Etienne Lenoir inventa el primer motor de dos tiempos a gas de combustión interna, que transforma la energía calorífica del combustible en energía mecánica mediante la combustión dentro del cilindro.

Más tarde en 1863 Lenoir crea el primer motor de cuatro tiempos, que fue mejorado considerablemente años más tarde (1876) por el ingeniero alemán Nikolaus August Otto del que tomarán el nombre todos los motores de explosión con movimiento alternativo de su émbolo en un ciclo de cuatro tiempos, y se denominará Motor de Otto.

2.- Motor de cuatro tiempos.

¿Conoces el ciclo de trabajo de un motor de 4 tiempos?

En los motores de explosión o encendido provocado (MEP) la transformación de la energía por combustión de la mezcla aire-combustible, se realiza en un ciclo de cuatro fases, durante las cuales el émbolo en su movimiento alternativo realiza cuatro carreras o desplazamientos lineales, transformándolas en movimiento de rotación del cigüeñal a través de un sistema mecánico biela-manivela situado entre ambos. El ciclo concluye cuando el cigüeñal ha realizado dos vueltas completas (720º).

Tomando como referencia el plano de la cabeza del pistón, los puntos donde este cambia de sentido en su movimiento alternativo se denominan, punto muerto superior (PMS) y punto muerto inferior (PMI) , la distancia recorrida por el mismo se denomina Carrera.

Los gases necesarios para efectuar la combustión, así como los gases residuales, son gestionados por válvulas que abren y cierran mediante un sistema de distribución sincronizado con el cigüeñal.

El ciclo completo consta de cuatro fases de trabajo o tiempos:

• Admisión de la mezcla de aire-combustible desde el conducto de admisión a través de la válvula de admisión.
• Compresión de la mezcla.
• Explosión/Expansión de la mezcla en combustión previamente inflamada por una chispa provocada en la bujía por el Sistema de Encendido.
• Escape de los gases residuales de la combustión a través de la válvula de escape hacia el conducto de escape.

2.1.- Combustibles.

¿Sabes qué combustibles utilizan los motores Otto?

Entre los combustibles más empleados para estos motores está la Gasolina, el GLP y el propano entre otros.

La gasolina es un derivado del petróleo que tiene una densidad de 0,71 a 0,76 Kg/l a 15 ºC y posee un alto poder calorífico, aproximadamente de 44.000 Kj/Kg. La característica más importante es su índice de Octanos, que define su poder antidetonante. Esta característica nos va a definir su resistencia a las altas temperaturas producidas en el interior del cilindro durante la compresión, evitando la autocombustión de la misma.

Cuando este fenómeno se produce se le denominará autoencendido y provoca la inflamación de la gasolina un instante antes de saltar la chispa en el encendido produciéndose una mala combustión y en algunos caso el picado de biela.

Otro combustible utilizado en los motores Otto es el GLP (Gas licuado del petróleo), formado por una mezcla de gas butano, propano y propileno. Se encuentra en estado gaseoso a presión atmosférica y es fácil de condensar. No está muy extendido pero las cualidades son parecidas a las de la gasolina.

Todo combustible utilizado en los motores de explosión necesita ser ligero y de fácil vaporización con el fin de obtener una mezcla totalmente gaseosa que favorezca la velocidad de combustión.

2.2.- Combustión de la mezcla.

[pic 1]

¿Sabes cuáles son los componentes necesarios para que se produzca la combustión de un elemento?

Para que exista una combustión siempre debe haber tres componentes indispensables:

• Combustible.
• Comburente.
• Detonante.

En el caso del motor de Otto el combustible sera gasolina, el comburente el oxígeno y el detonante la chispa producida en el encendido.

En el momento de la admisión el pistón absorbe una mezcla de aire ambiente de donde toma el oxígeno y gasolina; esta mezcla no se produce de forma aleatoria, sino que se rige por una relación llamada relación estequiométrica, la cual, combina en una proporción aproximada de 1 kg de gasolina por cada 14,7 kg de aire.

La mezcla debe ser lo más homogénea posible para obtener un mayor aprovechamiento de la combustión, la pulverización del combustible en el sistema de alimentación favorece a las moléculas de gasolina distribuirse uniformemente en el aire.

Esta relación puede variar dependiendo de las necesidades del motor:

• Mezcla rica, 12,5/1 (kg aire/kg gasolina), en casos de máxima potencia.
• Mezcla pobre, 18/1 (kg aire/kg gasolina), en casos de máximo rendimiento.

Solo nos falta el detonante para conseguir una combustión. En nuestro caso será la bujía la que provoca una chispa eléctrica en la cabeza del pistón al final del camino en su recorrido hacia el PMS dando tiempo a la combustión completa de la mezcla.

3.- Constitución básica del motor Otto.

Podemos diferenciar dos tipos los elementos, dinámicos y estáticos, dependiendo de su función dentro del motor:

• Elementos dinámicos, serán todos los elementos que se encuentran en movimiento durante el funcionamiento del motor y entre ellos podemos encontrar:

• biela;
• pistón;
• cigüeñal;
• volante de inercia;
• válvulas;
• árbol de levas;
• etc.

• Elementos estáticos, serán todos los elementos que forman la estructura del motor y entre ellos se encuentran:

• bloque motor;
• culata;
• colector de admisión;
• colector de escape;
• juntas;
• cilindros;
• cárter;
• etc.

3.1.- Bloque motor.

Como bien sabes, el cuerpo del motor es uno de los elementos estáticos más importantes y se le denomina Bloque motor, constituye el cuerpo estructural donde se alojan y sujetan todos los demás elementos constructivos del motor, recibiendo de ellos grandes esfuerzos y temperaturas elevadas, por lo que una de sus características más notoria es su rigidez, además de poseer una buena conductividad térmica con el fin de evacuar dicho calor. Otra característica es la resistencia a la corrosión de los agentes químicos que circulan por su interior. Por lo general está fabricado en hierro fundido con grafito laminar y también podemos encontrar algunos de aleaciones de aluminio.

Gracias a estas composiciones si el bloque no ha sufrido ninguna rotura ofrece la posibilidad de ser reutilizado en motores reconstruidos.

Veamos cuáles son las partes que se diferencian en su estructura:

• Superior: es la parte que recibe la culata y tiene mecanizados unas oquedades donde se atornilla y ajusta la misma.
• Inferior: en su parte inferior encontraremos unos alojamientos llamados bancadas para acoger el cigüeñal.
• Lateral: en los laterales encontraremos tuercas mecanizadas para acoger los soportes que unirán el motor con el chasis.
• Interior: su interior está minado de conductos por los que circula el líquido refrigerante y el aceite de engrase. Las partes más importantes están en su interior, siendo éstas unas oquedades en las que se alojan los cilindros, elementos fundamentales en el funcionamiento del motor.

3.1.1.- Clasificación de los bloques.

Debes saber que los bloques se diferencian unos de otros y que pueden clasificarse según varias características.

• Según la refrigeración del motor:

• En los motores refrigerados por agua, el bloque lleva en su interior unos conductos que rodean los cilindros permitiendo la circulación de líquido refrigerante y estos a su vez están comunicados por la parte superior con la culata.
• En los motores refrigerados por aire, el bloque se fábrica normalmente con cilindros independientes permitiendo así la circulación del aire entre ellos para una mejor refrigeración, en la parte exterior del bloque se mecanizan unas aletas que favorecen la evacuación del calor aumentando la superficie radiante en contacto con el aire.

• Según la formación del los cilindros dentro del bloque:

• Bloque integral, los cilindros van mecanizados en el interior del mismo bloque. Durante la fundición se elaboran unos huecos en bruto y posteriormente se rectifican a la medida exigida por el fabricante. Los cilindros tienen un contacto directo con el líquido refrigerante obteniendo una mejor evacuación del calor, de ahí que sea uno de los bloque más usados en la actualidad.

• Bloque con camisas, en los huecos de fabricación se instalan unos cilindros postizos llamados camisas. Vamos a encontrar dos tipos de instalación de las camisas:

• Camisas secas, tras la fundición del bloque se quedan los huecos en bruto pero en este caso no se mecanizan para recibir al pistón sino que se preparan para recibir un forro interior, fabricados en un material más resistente al desgaste que el del bloque, el cual, se instala a presión asegurando un buen contacto con las paredes del bloque para facilitar la transmisión de calor hacia el líquido refrigerante.
• Camisas húmedas, este bloque es totalmente hueco y la camisa postiza es la que forma el cilindro y cierra la cámara de agua del circuito de refrigeración quedando en contacto directo el líquido y el cilindro. Estas camisas forman unos cilindros de fácil desmontaje con dos puntos de apoyo sobre el bloque uno superior normalmente sobre un anillo de cobre cerrando circuito a la culata y otro punto inferior ajustado sobre una junta tórica que independiza el cárter inferior del lubricante.[pic 2]

3.2.- Cilindro.

¿Dudas cuándo debes llamarlo cilindro o llamarlo camisa?

No hay motivos por los que dudar, pues solo es necesario aclarar algunos conceptos sobre cuándo se le llama camisa y cuándo no. Pero antes sería conveniente hacer una breve explicación de lo que es el cilindro en sí.

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