Funcionamiento Avanzado de Motores 4 Tiempos: Ciclos Reales Otto y Diésel

Ciclos Reales de Trabajo en Motores de Combustión Interna

Ciclo Real del Motor Otto de 4 Tiempos

A diferencia del ciclo teórico ideal, el ciclo real del motor Otto de 4 tiempos presenta desviaciones significativas debido a fenómenos físicos y mecánicos inherentes a su funcionamiento. A continuación, se detallan las características de cada fase:

Fase de Admisión (1-2)

• No se produce a presión constante, ya que la válvula de admisión restringe el paso del fluido.
• Debido a que la sección de paso de la válvula es menor que la del cilindro, al descender este, se provoca una depresión.
• Esta depresión resulta en que, al llegar el pistón al Punto Muerto Inferior (PMI), la presión dentro del cilindro sea menor que la atmosférica.

Fase de Compresión (2-3)

• Es una fase tan rápida que la transferencia de calor al exterior es mínima, considerándose prácticamente adiabática.
• Dado que la presión al inicio de esta fase (en PMI) es inferior a la atmosférica, al ascender el pistón hacia el Punto Muerto Superior (PMS), la presión final alcanzada será menor que la teórica esperada.

Fase de Combustión y Expansión (3-4-5)

Esta fase no se produce a volumen constante por tres motivos principales:

• Es progresiva: La combustión no se inicia instantáneamente ni ocurre justo cuando el pistón está en PMS. Se desarrolla a lo largo de un cierto ángulo de giro del cigüeñal.
• Es incompleta: La mezcla aire-combustible no es totalmente homogénea. Además, las paredes del cilindro, al estar a una temperatura más baja, pueden provocar la condensación de combustible que no será quemado.
• Hay pérdidas de calor: Durante la fase de expansión, se producen pérdidas de calor significativas a través de las paredes del cilindro. También existe una transferencia de calor hacia el sistema de refrigeración del motor.

Fase de Escape (5-2-1)

• El proceso de apertura de la válvula de escape (5-2) no ocurre a volumen constante.
• La expulsión de los gases quemados (2-1) tampoco se produce de manera isóbara, ya que la restricción al paso por la válvula de escape genera una sobrepresión.

Modificaciones de las Cotas de Distribución

Las cotas de distribución son parámetros cruciales que influyen directamente en el rendimiento y la eficiencia del motor. Su modificación permite optimizar el llenado y vaciado de los cilindros:

Avance de la Apertura de Admisión (AAA)

• La válvula se abre antes de que el pistón llegue al PMS.
• Durante este periodo, la válvula de escape también está abierta, lo que ayuda a la entrada de gases frescos, que son arrastrados por los gases quemados salientes.

Retraso del Cierre de la Admisión (RCA)

• La válvula de admisión se cierra cuando el pistón ya ha superado el PMI y ha comenzado a ascender.
• Esta estrategia mejora el llenado del cilindro al aprovechar la inercia del fluido de admisión.

Avance de la Apertura de Escape (AAE)

• La válvula de escape se abre antes de que el pistón llegue al PMI.
• De esta forma, el pistón no sufre una contrapresión significativa en su carrera de escape, lo que le permite ascender con mayor libertad.
• Aunque disminuir la carrera útil reduce el trabajo entregado, se compensa mejorando la facilidad para expulsar los gases quemados.

Retraso del Cierre del Escape (RCE)

• Trabaja conjuntamente con el Avance de la Apertura de Admisión (AAA).
• La válvula de escape se cierra después del PMS.
• La salida de los gases de escape favorece la entrada de nuevos gases, mejorando así el llenado del cilindro.
• Es importante destacar que las válvulas de admisión y escape están abiertas simultáneamente durante el ángulo de cruce o solapo.

Avance Inicial

• Es un valor fijo, preestablecido en el sistema de distribución del motor.

Avance Centrífugo

• El tiempo necesario para la combustión varía según las Revoluciones Por Minuto (RPM) del motor.
• Por lo tanto, el avance de encendido debe poder modificarse en función del régimen de giro, siendo un parámetro dinámico.

Avance por Carga

• El tiempo que tarda en producirse la combustión depende de la carga del motor.
• En consecuencia, el avance de encendido debe modificarse según varíe la depresión en el colector de admisión.

Ciclo Real de un Motor Diésel de 4 Tiempos

Las transformaciones reales en un motor Diésel son similares a las del motor Otto, pero presentan diferencias clave:

• Se alcanzan mayores presiones al final de la compresión y durante la combustión en los motores Diésel.
• La diferencia fundamental radica en la fase de combustión y en el sistema de avance: en los motores Diésel, el avance de encendido es sustituido por el avance de inyección.