Funcionamiento del motor de combustión interna de cuatro tiempos

Primertiempo

Admisión.- Al inicio de este tiempo el pistón se encuentra en el PMS (Punto Muerto Superior). En este momento la válvula de admisión se encuentra abierta y el pistón, en su carrera o movimiento hacia abajo va creando un vacío dentro de la cámara de combustión a medida que alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), ya sea ayudado por el motor de arranque cuando ponemos en marcha el motor, o debido al propio movimiento que por inercia le proporciona el volante una vez que ya se encuentra funcionando. El vacío que crea el pistón en este tiempo, provoca que la mezcla aire-combustible que envía el carburador al múltiple de admisión penetre en la cámara de combustión del cilindro a través de la válvula de admisión abierta.

Segundotiempo

Compresión.- Una vez que el pistón alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior), el árbol de leva, que gira sincrónicamente con el cigüeñal y que ha mantenido abierta hasta este momento la válvula de admisión para permitir que la mezcla aire-combustible penetre en el cilindro, la cierra. En ese preciso momento el pistón comienza a subir comprimiendo la mezcla de aire y gasolina que se encuentra dentro del cilindro.

Tercertiempo

Explosión.- Una vez que el cilindro alcanza el PMS (Punto Muerto Superior) y la mezcla aire-combustible ha alcanzado el máximo de compresión, salta una chispa eléctrica en el electrodo de la bujía, que inflama dicha mezcla y hace que explote. La fuerza de la explosión obliga al pistón a bajar bruscamente y ese movimiento rectilíneo se transmite por medio de la biela al cigüeñal, donde se convierte en movimiento giratorio y trabajo útil.

Cuartotiempo

Escape.- El pistón, que se encuentra ahora de nuevo en el PMI después de ocurrido el tiempo de explosión, comienza a subir. El árbol de leva, que se mantiene girando sincrónicamente con el cigüeñal abre en ese momento la válvula de escape y los gases acumulados dentro del cilindro, producidos por la explosión, son arrastrados por el movimiento hacia arriba del pistón, atraviesan la válvula de escape y salen hacia la atmósfera por un tubo conectado al múltiple de escape.

De esta forma se completan los cuatro tiempos del motor, que continuarán efectuándose ininterrumpidamente en cada uno de los cilindros, hasta tanto se detenga el funcionamiento del motor.

MOTOR 2T (2 Tiempos)

El motor de dos tiempos, también denominado motor de dos ciclos, es un motor de combustión interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico (admisión, compresión, expansión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). Se diferencia del más conocido y frecuente motor de cuatro tiempos de ciclo de Otto, en el que este último realiza las cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal. Existe tanto en ciclo Otto como en ciclo Diésel.

Funcionamiento :

Fase de admisión-compresión : El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el cilindro, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se deteriore y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión.

Fase de explosión-escape : Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión de la mezcla gracias a una chispa eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de combustión impulsan con fuerza el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la biela. En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.

Lubricación :

El aceite, mezclado con la gasolina, es desprendido en el proceso de quemado del combustible. Debido a las velocidades de la mezcla, el aceite se va depositando en las paredes del cilindro, pistón y demás componentes. Este efecto es incrementado por las altas temperaturas de las piezas a lubricar. Un exceso de aceite en la mezcla implica la posibilidad de que se genere carbonilla en la cámara de explosión, y la escasez el riesgo de que se gripe el motor. Estos aceites suelen ser del tipo SAE 30, al que se le añaden aditivos como inhibidores de corrosión y otros. La mezcla de aceite y gasolina es ideal hacerla en un recipiente aparte, y una vez mezclados, verterlos al deposito.

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR WANKEL1º Admisión:La admisión de la mezcla aire-combustible comienza cuando el vértice A descubre la lumbrera de admisión, el desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara que va llenándose de aires frescos, hasta que el vértice C cierra al lumbrera.

2º Compresión:La mezcla admitida queda encerrada en la cámara de lado AC, que ahora disminuye su volumen produciéndose la compresión de los gases, Antes de llegar a la máxima compresión, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de la chispa en la o las bujías, iniciándose la combustión.

3º Explosión:El aumento de presión que produce la combustión, impulsa al rotor mientras se realiza la expansión de los gases, que se prolonga hasta que el vértice A abre la lumbrera de escape.

4º Escape:Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cámara hasta completar el proceso cuando el vértice C rebasa la lumbrera de escape. La eficacia del intercambio de gases depende de la posición de las lumbreras.

ELEMENTOS FIJOS Y MOVILES DEL MOTOR

 Las piezas fijas son: culata, bloque y cárter, múltiple de admisión. Múltiple de escape,tapa

de balancines

La culata

La culata es una pieza de hierro fundido, puede tener diversas formas según la concepción

del motor, recubriendo un cilindro, un grupo de cilindros o todos los cilindros. Es casi

siempre desmontable, se fija por medio de unos tornillos con tuercas a la parte plana

superior del bloque. Entre sus características fundamentales, debe ser de un material

resistente a la presión de los gases, debe poseer una buena conductividad térmica, debe

ser resistente a la corrosión, debe presentar unas paredes de la cámara de combustión sin

irregularidades para evitar los puntos calientes y los riesgos de autoencendido, tener un

punto de dilatación igual al del bloque y tener los ductos de admisión y escape cortos y

lisos para no frenar el paso de los gases.

En la culata se instalan las válvulas de admisión y de escape, también los elementos de

inyección y encendido. La culata en conjunto con el bloque deben brindar estanqueidad

evitando el paso de la refrigeración hacia el aceite y viceversa; para ello se interpone entre

los dos una junta de amianto recubierta por dos placas de acero, cobre o materiales

similares que hace impermeable la unión, una junta de culata defectuosa puede causar

fugas de gases y de agua del sistema de refrigeración generando un deterioro en el motor.

Para ello existen dos métodos de apriete, en cruz y en caracol angular iniciando desde los

tornillos centrales, se debe ajustar de acuerdo al par de apriete de cada motor establecido

por el fabricante.

La culata recibe los colectores de admisión y escape.  A través de los cuales se recibe la

mezcla aire combustible y se eliminan los gases de escape. El colector de

admisión se caracteriza por su perfecto diseño en cuanto a longitud y diámetro que hace

que la mezcla llegue sin pérdida de carga a los cilindros. El colector de escape se fabrica

en hierro fundido para soportar altas temperaturas y presiones durante la salida de escape.

El bloque

Es el cuerpo principal del motor, ubicado entre la culata y el cárter, es de hierro fundido,

aluminio o de aleación especial de antimonio, es el encargado de alojar los elementos

móviles del motor como cigüeñal, cilindros, pistones, anillos y bielas. Debe ser rígido,

soportar la fuerza generada por la combustión,  resistente a la corrosión y  permite evacuar

el calor.

En el bloque están ubicados los cilindros con sus respectivas camisas. La cantidad de

cilindros que puede tener un vehículo varía, así como la disposición en el bloque. Existen

vehículos que tienen tres, cuatro, cinco, seis, ocho, doce y dieciséis cilindros.

El bloque debe ser rígido, liviano o de poca dimensión de acuerdo con la potencia que se

requiera. También puede variar dependiendo de cómo se vayan a colocar los pistones, en

línea, en v u opuestos. También se pueden clasificar dependiendo del diseño de la camisa,

que puede ser fija (camisa seca) o desmontable (camisa húmeda)

El bloque de motor está relacionado con el tipo de motor, su diseño nos marca si es 4 o  6

cilindros, si es en línea o en v  o si es horizontal en bóxer. De acuerdo a la disposición del

árbol de levas, si va en el bloque o en la culata.

El parámetro fundamental del bloqu, es el cálculo de las  medidas y tolerancias de sus

componentes internos. Es objeto de fricción y desgaste a lo largo de su recorrido. Estas

mediciones se pueden obtener en los manuales técnicos de cada motor.

El cárter

El cárter es la parte del motor más imprescindible, la función básica del cárter es aislar del

exterior el bloque del motor que aloja el cigüeñal, el pistón y la biela. Pero la función

principal del cárter es la de alojar el aceite de lubricación del motor.

El cárter se compone de dos partes:

Carter superior: está en contacto con el conjunto cigüeñal cilindros,

integra los casquetes de bancada (son los apoyos del cigüeñal). El cárter

superior debe poseer rigidez, ya que recibe la fuerza de los cilindros y el

cigüeñal.

Carter inferior: es la parte inferior del cárter, está fijado mediante

tornillos al cárter superior. Contiene el aceite que es aspirado por la

bomba y que va a lubricar todas las piezas del motor.

El cárter se fija al bloque mediante unos tornillos para dar mayor estanqueidad, se

interpone una junta de corcho, de algunos materiales sintéticos o también se usan masillas

que se endurecen con el contacto con el aire. En la parte inferior se tiene un tapón

generalmente roscado que permite el drenaje del aceite, este tapón tiene una arandela de

caucho o de cobre que se sustituye en cada cambio de aceite.

Estas son las partes básicas que conforman el motor y su funcionamiento nos permitirá

asociar mejor todos los elementos que lo conforman, son los encargados de alojar las

partes móviles y de que estas cumplan su funcionamiento de una forma sistemática y

eficiente.

Múltiple de admisión.

La longitud, forma y diámetro de los conductos que forman el múltiple de admisión son el resultado de un meticuloso trabajo de experimentación que tiene como objetivo obtener el mejor llenado del cilindro por lo que su modificación nunca se recomienda. Aunque parezca simple, no lo es tanto, estos conductos corresponden a un sistema ínter-dependiente y no a la unión de simples piezas, todos ellos hacen un trabajo conjunto que en muchos casos y en determinadas condiciones de funcionamiento, logran llenar el cilindro a presiones mayores que la atmosférica, especialmente en los llamados múltiples de resonancia, donde las ondas de presión generados

Figura 1.

por el cierre de unas válvulas de admisión llegan a otras, creando una sobre presión que favorece en mucho el llenado del otro cilindro. Estos múltiples de resonancia producen una suerte se sobrealimentación del motor.

La imagen de la figura 1 representa un simple sistema de admisión y limpieza de aire.

Este es un sistema sin gran complejidad, en él, el aire del exterior entra directamente al filtro acoplado en la parte superior del carburador, debajo de este último está el múltiple de admisión que se acopla al motor lateralmente, justo en la entrada del conducto que existe embebido en el bloque del motor que conduce a la válvula de admisión. Las flechas desde el exterior representan el flujo de aire.

Es común que desde el filtro hasta el exterior exista otro conducto que puede perseguir dos objetivos:

1.- Obtener el aire mas frío lejos del calentamiento redundante del volumen alrededor del motor.

2.- Darle mayor altura a la entrada del aire fresco, ya que el aire, mientras mas cerca del suelo contiene mas polvo.

Las imágenes que siguen (figuras de la 2 a la 4), corresponden a diferentes múltiples de admisión, puede observarse que van desde simples conductos hasta complejos sistemas de tubos.

El múltiple de escape.Esta pieza es algo mas que un conjunto de conductos que hacen converger los gases quemados a un tubo único dotado de un platillo de acople donde se une el tubo de escape. Lo primero que debe cumplir el múltiple de escape es tener suficiente resistencia a la corrosión para ser duradero a las altas temperaturas de funcionamiento, lo que generalmente se logra con un proceso de aluminación, silicación, cromización o la combinación de estos procesos sobre un tubo de acero, o bien utilizando hierro fundido aleado, además debe impedir un elevado enfriamiento de los gases calientes, por eso, es común que sean de paredes metálicas gruesas. Mas adelante cuando tratemos las partes del tubo de escape veremos porqué es importante conservar la temperatura de la mezcla quemada.

La forma y longitud de los tubos del múltiple de escape pueden jugar un papel notable a la hora de favorecer la limpieza del cilindro, y su diseño en particular está relacionado con las características del motor.

Cuando se abre la válvula de escape, los gases en el interior del cilindro aun están a elevada presión, por lo que se expanden en forma de una ondamecánica de choque dentro del espacio mas amplio del tubo al que desembocan, esta onda mecánica debe viajar por los tubos que componen el múltiple de escape con libertad, si durante su trayectoria, la onda de expansión tropieza contra una superficie, por ejemplo con un codo muy

pronunciado, puede rebotar en él (reflexión) y tomar un movimiento en reversa que se opone al libre paso del resto de los gases, por lo que el cilindro no se limpiará adecuadamente. Incluso, si se da el caso, la onda de retorno puede llegar a la válvula de escape abierta cuando el pistón está casi en el punto muerto superior y ya no realiza empuje de los gases, con la consecuencia de que entran gases quemados por esa válvula a alimentar la cámara de combustión. No hay que explicar que esto es muy nocivo para la eficiencia del motor.

Observe el múltiple de escape hecho por soldadura de un motor de cuatro cilindros mostrado en la figura 4, en él se deben destacar las características siguientes:

1.- Todas las bocas de unión a los cilindros están montadas en una pieza común, lo que le permite a través de pernos acoplarse de manera segura y apretada al motor.

2.- Todos los codos de los tubos son de curvatura alargada para facilitar el flujo de las ondas de presión sin rebote.

3.- Los tubos convergen dos a dos en una "Y" hasta terminar en el tubo final de salida.

4.- Los diámetros de los tubos crecen a medida que se acoplan mas de ellos, la segunda sección después de la primera "Y" es de diámetro más grande que los tubos que entran a la "Y", lo mismo sucede en la segunda convergencia. Esto se debe a que mas de un cilindro puede estar aportando volumen de flujo al conducto y por tanto se necesita mas diámetro para reducir las pérdidas por rozamiento.

5.- Finalmente termina en un platillo con orificios para pernos a fin de acoplarse al tubo de escape.

Figura 4. Múltiple de escape deun motor moderno.

SISTEMAS DE LUBRICACIÓN DEL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA

Funcionamiento.-

Este sistema es el que mantiene lubricadas todas las partes móviles de un motor, a la vez que sirve como medio refrigerante.Tiene importancia porque mantiene en movimiento mecanismos con elementos que friccionan entre sí, que de otro modo se engranarían, agravándose este fenómeno con la alta temperatura reinante en el interior del motor.La función es la de permitir la creación de una cuña de aceite lubricante en las partes móviles, evitando el contacto metal con metal, además produce la refrigeración de las partes con alta temperatura al intercambiar calor con el medio ambiente cuando circula por zonas de temperatura más baja o  pasa a través de un radiador de aceite.Consta básicamente de una bomba de circulación, un regulador de presión, un filtro de aceite, un radiador de aceite y conductos internos y externos por donde circula.

El funcionamiento es el siguiente: un bomba, generalmente de engranajes, toma el aceite del depósito del motor, usualmente el carter, y lo envía al filtro a una presión regulada, se distribuye a través de conductos interiores y exteriores del motor a las partes móviles que va a lubricar y/o enfriar, luego pasa por el radiador donde se extrae parte del calor absorbido y retorna al depósito o carter del motor, para reiniciar el ciclo.

Para el correcto funcionamiento de este sistema se debe inspeccionar visualmente para detectar fugas, y  presiones y temperaturas anormales de fluido (aceite) de lubricación.

Los controles al sistema pueden realizarse visualmente midiendo con la varilla de medición el nivel de aceite para controlar el consumo o detectar pérdidas y mediante instrumentos como son los manómetros de presión y los termómetros controlar las condiciones del aceite y del circuito y a la vez el funcionamiento del motor.

Las fallas del sistema básicamente son falta de nivel de aceite por pérdidas o consumos elevados, alta temperatura del aceite por mal estado del sistema de refrigeración del aceite o mal funcionamiento del motor, baja presión de aceite por bajo nivel o degradación del aceite, falla de la bomba de circulación, falla del regulador de presión o incremento en los huelgos de las partes móviles del motor por desgaste. 

Las reparaciones del circuito, en la práctica se basan principalmente en la limpieza de los componentes del circuito y aletas del radiador de aceite, reemplazo de los filtros y cambios periódicos del aceite, antes de su degradación total. Las reparaciones mayores se limitan al reemplazo de los componentes dañados del circuito, los cuales en su mayoría son elementos estáticos y solamente la bomba de circulación es susceptible de roturas por tener partes en movimiento. Fundamentalmente, al trabajar en este sistema se debe tener la precaución de que el mismo no se encuentre bajo presión y que el aceite se haya enfriado lo suficiente para que un contacto con él no produzca una quemadura. Para el cuidado del medio ambiente, se debe tener la precaución de recolectar todos los drenajes de aceite evitando derrames y disponerlo adecuadamente