Mecánica de Motores: Ciclos y Partes Esenciales

El Ciclo de Cuatro Tiempos y sus Componentes Fundamentales

El Ciclo de Combustión Interna

El funcionamiento de un motor de combustión interna se basa en un ciclo repetitivo de cuatro tiempos, que permite la transformación de la energía química del combustible en energía mecánica. A continuación, se detallan cada una de estas fases y los componentes principales que intervienen:

1er Tiempo: Admisión

Con el pistón ubicado en el punto muerto superior (PMS), se produce la apertura de la válvula de admisión. Simultáneamente, el pistón inicia su descenso, generando un vacío dentro del cilindro. Este vacío aspira la mezcla de aire y combustible (típicamente en una proporción de 15 partes de aire por 1 de combustible) a través de la válvula de admisión. Durante este tiempo, la válvula de escape permanece cerrada. Al alcanzar el pistón el punto muerto inferior (PMI), el cilindro se habrá llenado de combustible. El movimiento del pistón provoca que el cigüeñal complete media vuelta.

2do Tiempo: Compresión

Una vez que el pistón ha llegado al punto muerto inferior (PMI), la válvula de admisión se cierra. El pistón comienza su ascenso, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. La compresión alcanza su punto máximo cuando el pistón llega al PMS. En este punto, el cigüeñal habrá completado una vuelta entera. Ambas válvulas (admisión y escape) permanecen cerradas para evitar la fuga de la mezcla comprimida.

3er Tiempo: Explosión (Combustión/Expansión)

Cuando la mezcla se encuentra en su estado de máxima compresión, la bujía genera una chispa eléctrica. Esta chispa inicia la combustión de la mezcla, provocando una explosión controlada. La fuerza generada por esta explosión empuja el pistón hacia abajo con gran energía, haciendo girar el cigüeñal otra media vuelta. Las válvulas continúan cerradas durante esta fase.

4to Tiempo: Escape

Al llegar el pistón nuevamente al punto muerto inferior (PMI), se abre la válvula de escape. Esta apertura permite la salida de los gases quemados y residuales del cilindro. Una vez que los gases han sido expulsados, la cámara del cilindro queda vacía, lista para iniciar un nuevo ciclo de combustión. El movimiento del pistón en esta fase también contribuye a la rotación del cigüeñal.

Componentes Clave del Motor

Block de Cilindros

Es la estructura principal que soporta y aloja el conjunto de piezas móviles del motor. Cuenta con conductos internos para la circulación del líquido refrigerante, esencial para disipar el calor generado por las explosiones. Alberga las cavidades cilíndricas donde se desplazan los pistones.

Cilindros o Camisas

Son las cavidades dentro del block donde se produce el proceso de combustión y donde los pistones realizan su movimiento alternativo.

Pistones

Reciben directamente el impacto de la combustión. Su ajuste preciso con las paredes del cilindro es crucial para mantener la compresión. Este sellado se logra mediante los aros de pistón, que se alojan en canaletas específicas del pistón y aseguran la estanqueidad entre el pistón y la pared del cilindro.

Aros de Pistón

Son anillos de acero, con un diámetro ligeramente superior al del cilindro, que actúan como resortes. Su función es rascar las paredes del cilindro y mantener el sellado necesario para la compresión.

Cigüeñal

Es el encargado de convertir el movimiento lineal alternativo de los pistones en un movimiento rotatorio continuo. Está sometido a importantes esfuerzos de tracción, compresión, torsión y flexión. Se compone de cigüeñas y muñones, sobre los cuales giran los cojinetes de biela y bancada.

Cojinetes

Piezas con forma de media luna que se interponen entre las partes móviles para reducir el desgaste. Los cojinetes de biela son más estrechos que los cojinetes de bancada.

Biela

Conecta el pistón con el cigüeñal. Se divide en tres partes: el pie (que se une al pistón mediante el bulón), el cuerpo y la cabeza (que gira sobre el codo del cigüeñal).

Pernos del Pistón (Bulón)

Elemento que une el pistón con la biela, permitiendo el giro del pie de la biela. Su superficie es muy lisa para minimizar el desgaste.

Cárter

Es la carcasa inferior del motor que envuelve componentes como el cigüeñal y las bielas. Actúa como depósito de aceite lubricante. Se sella con una junta para evitar fugas y dispone de un tapón para facilitar el cambio de aceite.

Árbol de Levas

Eje sobre el que se montan las levas, dispuestas generalmente de a dos por cilindro: una para la admisión y otra para el escape. Su movimiento es transmitido por cadenas o engranajes desde el cigüeñal.

Botadores

Se apoyan sobre las levas y transmiten su movimiento para abrir y cerrar las válvulas. Pueden incluir un sistema de ajuste para regular la luz entre la leva y la válvula.

Válvulas

Son las encargadas de permitir la entrada de la mezcla (admisión) y la salida de los gases quemados (escape) del cilindro. Sellan herméticamente contra la tapa de cilindros. Poseen un vástago que se desliza en un alojamiento llamado guía de válvulas.

Resortes de Válvulas

Aseguran el cierre rápido y efectivo de las válvulas en el momento en que la leva deja de actuar sobre el botador.

Volante de Motor

Es una rueda pesada montada en el extremo del cigüeñal. Su función es regular la marcha del motor, almacenando energía cinética durante los tiempos de expansión y liberándola durante los otros tiempos, suavizando así la rotación. Recibe el movimiento del motor de arranque para iniciar el giro del cigüeñal.