Ciclo de Otto y Motores de Combustión: Funcionamiento y Características
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Ciclo de Otto
Primer tiempo: Admisión (0-1). Baja el pistón, se abre la válvula de admisión y entra por aspiración la mezcla carburante de combustible y aire en el cilindro.
Segundo tiempo: Comprensión (1-2). Sube el pistón, se cierran las dos válvulas y se comprime adiabáticamente la mezcla carburante.
Tercer tiempo: Explosión (2-3 y 3-4). Al alcanzar la mezcla la máxima compresión, salta la chispa en la bujía, explota la mezcla carburante y lanza el pistón hacia abajo. Las válvulas continúan cerradas.
Cuarto tiempo: Escape (4-1 y 1-0). Se abre la válvula de escape y el pistón, al subir, expulsa los gases quemados procedentes de la explosión de la mezcla. Idealmente, podemos suponer que existe un descenso brusco de presión y de temperatura a volumen constante.
Puntos Muertos
Son aquellos puntos de la carrera del pistón en que éste se mueve por inercia, sin recibir impulso alguno por parte del motor, pero sí lo recibirá de otros cilindros; son dos: el punto muerto superior (PMS) y el inferior (PMI).
Grado o Relación de Compresión
Es el cociente entre el volumen libre del cilindro en el PMS (V1) y en el PMI (V2).
Cilindrada
Es la diferencia entre el volumen libre del cilindro en el PMS y en el PMI.
Carrera
Es la distancia entre el PMS y el PMI.
Motores de Explosión de Dos Tiempos
Como un intento de duplicar la potencia por cada cilindro, se diseñaron motores que recorren todo el ciclo en solo dos carreras del émbolo. Son motores mucho más sencillos que los de cuatro tiempos, pues carecen de válvulas y levas, y la admisión y salida de gases se realiza a través de las lumbreras, que son unos orificios situados en la pared del cilindro y que son cerrados y descubiertos por el propio pistón a lo largo de su recorrido.
Primer Tiempo
Cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior, se produce la inflamación de la mezcla. Los gases de la combustión se expanden hasta que el movimiento del pistón deja al descubierto la lumbrera de escape, por donde salen al exterior a causa de la presión. A medida que el pistón sigue bajando, comprime el fluido de trabajo del cárter y al final abre la lumbrera de transferencia, por donde pasa el fluido barriendo los gases de combustión hacia la lumbrera de escape.
Segundo Tiempo
El pistón comienza su movimiento de ascenso desde el punto muerto inferior, completando el barrido y la admisión, hasta que llega un momento en que cierra las lumbreras de admisión y escape, comenzando la compresión del gas, que se completa cuando el pistón alcanza el punto muerto superior, instante en el que se quema el combustible. La lumbrera de admisión queda abierta y a través de ella penetra fluido en el cilindro.
Aplicaciones de los Motores de Dos Tiempos
Este motor se emplea en pequeñas motocicletas, en lanchas y en grandes barcos. Sin embargo, necesita un compresor de los gases de entrada, de manera que parte de la mezcla entrante saldrá por el tubo de escape, o bien parte de los productos de combustión quedarán retenidos en el cilindro. La potencia máxima no queda duplicada como cabría suponer. El rendimiento mecánico de este motor es menor que el de cuatro tiempos y experimenta aún mayor desgaste en el transcurso de su funcionamiento.
Motores de Combustión (MEC) de Encendido por Compresión o Motores Diesel
El rendimiento del ciclo de Otto, que sirve de base al funcionamiento de los motores de explosión, viene limitado por la relación de compresión a la cual se produce la autoignición; sin embargo, si se comprime solamente aire y tras la compresión se introduce un combustible adecuado, se pueden obtener rendimientos más altos. Éste es el fundamento de los motores diesel, en los que, si la compresión es elevada, se produce una autoignición, teniendo lugar en vez de la explosión una combustión progresiva.
Los motores diesel se emplean extensamente en la actualidad a causa de su elevado rendimiento y por la utilización de combustibles más baratos. Presentan el inconveniente de la detonación; el gasóleo ha de inflamarse en el mismo instante en que se inyecta en el cilindro, pues de no ser así, la combustión sería demasiado rápida y originaría un aumento de presión que daría lugar a una detonación audible.