Funcionamiento Integral del Motor Diésel de Cuatro Tiempos

Introducción al Motor Diésel

Los motores diésel, al igual que los de explosión (ciclo Otto), son motores alternativos endotérmicos de combustión interna. Esto significa que transforman la energía química del combustible en calor en el interior del cilindro. Una característica distintiva de los motores diésel es que solo comprimen aire, lo que permite una relación de compresión significativamente mayor. El combustible es introducido a una presión muy elevada durante el tiempo de trabajo para producir la combustión, por lo que son conocidos como motores de encendido por compresión.

Diferencia Clave entre Motor Diésel y Motor Otto

La principal diferencia entre un motor de ciclo diésel y un motor de ciclo Otto radica en la admisión. Mientras que en el diésel el aire y el combustible entran por separado en el cilindro, en el Otto se produce una admisión conjunta de la mezcla aire-combustible.

Fases del Motor Diésel de Cuatro Tiempos

El ciclo teórico de un motor diésel de cuatro tiempos implica que su pistón realiza cuatro carreras principales:

• Admisión
• Compresión
• Trabajo (o Expansión)
• Escape

A continuación, se detallan las fases específicas de un motor diésel de 4 tiempos:

• Admisión de aire en el cilindro
• Compresión del aire en la cámara de compresión
• Inyección de combustible a alta presión
• Expansión de los gases quemados en el interior del cilindro
• Descarga espontánea de los gases quemados
• Expulsión de los gases quemados por el empuje del pistón

Descripción Detallada de las Carreras

1. Admisión (ADM)

El pistón se desplaza del Punto Muerto Superior (PMS) al Punto Muerto Inferior (PMI). Durante este movimiento, la válvula de admisión se abre y el aire filtrado entra en el cilindro, llenándolo completamente. Esta fase se desarrolla a presión atmosférica.

2. Compresión (COMP)

La válvula de admisión se cierra y el pistón se desplaza del PMI al PMS. El aire se comprime en la cámara de combustión, alcanzando temperaturas elevadas (aproximadamente 700º-800º C) y alta presión debido a la alta relación de compresión. Durante este tiempo, se considera que se produce una pérdida de calor.

3. Trabajo (TRA) o Expansión

Con ambas válvulas cerradas, el pistón se desplaza del PMS al PMI. Esta carrera se divide en tres etapas fundamentales:

Inyección

Cuando el pistón llega al PMS, el inyector se abre y el combustible pulverizado entra a alta presión en la cámara de combustión. El inyector es un mecanismo que recibe el combustible a alta presión y lo inyecta en la cámara de compresión de forma perfectamente dosificada y pulverizada.

Combustión

El encendido se produce espontáneamente al entrar el combustible en contacto con el aire comprimido, que ya posee una temperatura superior. La combustión se facilita a través del inyector, quemándose al entrar en contacto con el aire, y la presión se mantiene constante durante este proceso.

Expansión

Los gases a presión generados por la combustión se expanden y empujan el pistón, desplazándolo y generando el trabajo mecánico del motor.

4. Escape (ESC)

Con la válvula de escape abierta, el pistón se desplaza desde el PMI al PMS. Los gases quemados en el interior del cilindro, que se encuentran sometidos a presión, salen rápidamente del cilindro hasta alcanzar una presión semejante a la atmosférica. Esta carrera se produce en su totalidad a la presión atmosférica, y el desplazamiento del pistón hasta el PMS asegura el barrido de gases.

Consideraciones Adicionales del Motor Diésel

Cruce de Válvulas

El cruce de válvulas en un motor diésel puede ser mayor que en un motor Otto. Esto se debe a que en los diésel la admisión solo introduce aire en el cilindro, por lo tanto, no resulta problemático que una parte del aire introducido sea expulsado por la válvula de escape. Esto, de hecho, contribuye a un mejor barrido de los gases quemados. El resto de las cotas de la distribución son muy parecidas a las de los motores de gasolina.

Arranque en Frío: Bujías de Incandescencia

Para que un motor diésel arranque, especialmente cuando está frío, se necesitan bujías de incandescencia o calentadores. Estos componentes calientan la cámara de combustión mediante un filamento que genera la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura del aire cuando el motor está frío, facilitando así el inicio de la combustión.

Sistema de Distribución

El sistema de distribución debe estar en perfecto sincronismo con el cigüeñal para asegurar el correcto funcionamiento del motor.

Diagramas de Trabajo

Diagrama Teórico

El diagrama teórico representa las fases ideales del ciclo:

• ADM (F-A): El cilindro se llena de aire, ocupando todo el volumen. Esta fase se desarrolla a presión atmosférica.
• COMPRESIÓN (A-B): Se comprime el aire en el interior del cilindro, alcanzando alta presión debido a la alta relación de compresión. Este tiempo se considera que hay pérdida de calor.
• INY (B-C): En el punto B, el combustible se introduce en el cilindro finamente pulverizado y a alta presión, iniciándose la combustión de la mezcla con aporte de calor a volumen constante.
• EXP (C-E): Se produce el desplazamiento del pistón a presión constante. Aunque el volumen aumenta, también lo hace la temperatura, ya que la inyección no termina en el PMS. Por lo tanto, la presión se mantiene y luego desciende progresivamente al aumentar el volumen.
• ESCAPE ESPONTÁNEO: Los gases quemados salen al exterior en el momento en que la válvula de escape se abre, ya que la presión en el interior de la cámara es muy superior a la atmosférica.
• Escape: Con el desplazamiento del pistón hasta el PMS, tiene lugar el barrido de gases. Esta carrera se produce en su totalidad a la presión atmosférica.

Diagrama Real de Trabajo

El diagrama real de trabajo considera las condiciones operativas y las pérdidas, y sus fases principales son:

• Compresión de aire
• Inyección
• Expansión del fluido
• Apertura de escape y expulsión de gases

Picado del Motor

El fenómeno del picado ocurre cuando el motor está frío a bajas revoluciones, como sucede al ralentí. En estas condiciones, el tiempo de retardo de la combustión aumenta, lo que puede generar un sonido característico y un funcionamiento irregular.