Funcionamiento del motor Otto: ciclo de cuatro tiempos, componentes y tipos de inyección

Características Generales del Motor Otto

El motor Otto es un motor de combustión interna que consume una mezcla de aire y gasolina. Tiene un sistema de encendido eléctrico donde la chispa inflama la mezcla que se encuentra en la cámara de combustión. La admisión de la mezcla y la expulsión de los gases quemados se controlan por las válvulas.

Ciclo de Funcionamiento (Ciclo Otto)

El ciclo de funcionamiento del motor Otto consta de cuatro fases o tiempos:

• Admisión de una mezcla de aire y combustible.
• Compresión de la misma.
• Encendido, combustión y expansión.
• Escape de los gases quemados.

Los Cuatro Tiempos del Ciclo Teórico

1º Tiempo: Admisión

En el PMS (Punto Muerto Superior) se abre la válvula de admisión y el pistón desciende. El cilindro aumenta su volumen y entra la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al PMI (Punto Muerto Inferior), se cierra la válvula de admisión y el cilindro queda lleno de mezcla.

2º Tiempo: Compresión

Las válvulas de admisión y escape están cerradas. El pistón asciende desde el PMI. Cuando llega al PMS, la mezcla queda comprimida en la cámara de combustión, alcanzando una presión de entre 10 a 15 bar.

3º Tiempo: Expansión (Combustión)

En el PMS, la bujía da la chispa que inflama la mezcla. La combustión produce un aumento de la temperatura, apareciendo una alta presión que se aplica sobre la cabeza del pistón, que desciende desde el PMS al PMI, transformándose así la energía calorífica liberada en la combustión en energía mecánica.

4º Tiempo: Escape

En el PMI, los gases se han expandido, pero aún queda presión. La válvula de escape se abre y los gases quemados salen. La presión y temperatura bajan hasta igualarse con el exterior. El pistón asciende. Cuando llega al PMS, ha expulsado todos los gases quemados y la válvula de escape se cierra.

Conceptos Clave

Encendido y Avance de Encendido (AAE)

La combustión se inicia al final de la compresión por el salto de una chispa eléctrica en la bujía que proporciona el sistema de encendido. Esto ocurre un momento antes de que el pistón llegue al Punto Muerto Superior (PMS). Esto se conoce como avance de encendido y es necesario para compensar el tiempo de llama que tarda en propagarse y generar una alta presión. Se requiere un tiempo para alcanzar la máxima presión; el encendido debe iniciarse con cierto avance respecto a la posición del PMS del pistón para que reciba el máximo impulso después de pasar el PMS. A medida que aumenta la velocidad del pistón, el encendido se produce con mayor antelación.

Relación de Compresión

Cuando el pistón llega al PMI, el gas ocupa todo el volumen del interior del cilindro. Cuando el pistón se sitúa en el PMS, el gas se comprime ocupando el volumen de la cámara de combustión. La relación que hay entre estos dos volúmenes se llama relación de compresión y depende de la presión y temperatura final de compresión.

Cruce de Válvulas

El cruce de válvulas se produce entre el AAA (Avance a la Apertura de Admisión) y el RCE (Retraso al Cierre de Escape). Al final del escape, los gases que han adquirido inercia continúan saliendo, pero el pistón decelera rápido al llegar al PMS.

Diferencias entre Ciclo Teórico y Práctico

El ciclo real difiere del teórico debido a diversas pérdidas:

• Pérdidas de calor.
• Pérdidas por bombeo.
• Pérdidas de tiempo en la combustión.
• Pérdidas de carga en el cilindro.
• Pérdidas por el AAE (Avance de Encendido).

Tipos de Inyección en Motores Otto

Los motores Otto trabajan típicamente con una mezcla estequiométrica de 14,7 partes de aire por cada parte de combustible.

Inyección Indirecta

El combustible se inyecta delante de la válvula de admisión, a una presión de 3 a 3.5 bares, y se mezcla con el aire que está pasando por el tubo de admisión.

Inyección Directa

La inyección directa en los motores Otto la emplean muchos fabricantes porque permite trabajar con carga estratificada y mezcla pobre. Este método reduce el consumo.