Principios Operativos y Componentes Esenciales de Motores de Combustión Interna

Diagrama de Trabajo del Motor

Las relaciones entre la presión y el volumen existentes en las cámaras de los cilindros durante las diferentes fases de admisión, compresión, combustión, expansión y escape.

Ciclo de Trabajo del Motor Otto

El ciclo Otto describe el funcionamiento de los motores de gasolina, caracterizado por sus cuatro fases principales:

Fase de Admisión (Isobara)

Se abre la válvula de admisión y el pistón desciende de PMS (Punto Muerto Superior) a PMI (Punto Muerto Inferior), momento en el que la válvula de admisión se cierra. Durante esta fase, la presión es constante.

Fase de Compresión (Adiabática)

Ambas válvulas se encuentran cerradas, por lo que el cilindro, al ascender de PMI a PMS, comprime el fluido, reduciendo significativamente el volumen hasta V_cc. Durante esta fase, el calor es constante (no hay intercambio de calor con el exterior).

Fase de Combustión (Isócora) y Expansión (Adiabática)

Con el cilindro en PMS, surge la chispa de la bujía, que inflama la mezcla y produce la combustión, lo que aumenta considerablemente la temperatura. Como el volumen no varía, aumenta la presión (volumen constante). Tras la combustión, tiene lugar la expansión de los gases quemados, donde el pistón es empujado por estos desde PMS a PMI. La expansión implica un aumento del volumen y un descenso de la presión.

Fase de Escape

Se realiza en dos etapas:

• En la primera, se abre la válvula de escape, igualándose la presión con la atmosférica (isócora, volumen constante).
• En la segunda, el pistón asciende a PMS, arrastrando los gases de combustión y empujándolos al circuito de escape. En el momento en que el pistón llega a PMS, se cierra la válvula de escape (isobara, presión constante).

Ciclo de Trabajo del Motor Diésel

El ciclo Diésel, similar al Otto, presenta diferencias clave en la fase de combustión y compresión:

Fase de Admisión (Isobara)

Se abre la válvula de admisión y el pistón desciende. Cuando llega a PMS, se cierra la válvula.

Fase de Compresión

Esta fase consta de dos partes:

• Cuando el pistón asciende, ambas válvulas están cerradas (adiabática).
• La segunda parte es el momento en el que se inyecta el combustible (isobara, presión constante).

Fase de Expansión (Adiabática)

El pistón es empujado al PMI, aumentando el volumen y disminuyendo la presión.

Fase de Escape

Se realiza en dos etapas:

• En la primera, se abre la válvula de escape, igualándose la presión con la atmosférica (isócora, volumen constante).
• En la segunda, el pistón asciende a PMS, arrastrando los gases de combustión y empujándolos al circuito de escape. En el momento en que el pistón llega a PMS, se cierra la válvula de escape (isobara, presión constante).

Avance de Encendido

Para optimizar el rendimiento del motor, la explosión no es instantánea. Se produce en el momento en que la bujía recibe la señal del distribuidor para hacer saltar la chispa, que es justo antes de que el pistón llegue al PMS en su carrera ascendente de la compresión.

Transformación de Energía Calorífica en Trabajo

La fuerza generada por la explosión del combustible se transmite a la cabeza del pistón, creando una presión sobre ella que desplaza al pistón hacia su PMI. Este desplazamiento origina un trabajo que se transforma en par a la salida del cigüeñal debido al mecanismo biela-manivela.

Factores que Determinan la Potencia del Motor

• Cilindrada
• Número de cilindros
• Relación de compresión
• Carrera

Clasificación del Motor

• Grupos Estructurales

  Bloque, culata, cárter.

• Tren Alternativo

  Pistón, biela, cigüeñal.

• Distribución

  Árbol de levas, válvulas, árbol de balancines.

• Sistemas Auxiliares

  Lubricación, refrigeración, conductos de admisión y escape, sistemas de alimentación de combustible, sistemas de encendido.

Cotas de Distribución

Las cotas de distribución son cruciales para mejorar el llenado y favorecer el intercambio de gases de la combustión.

Las establece el árbol de levas, marcando los puntos de aperturas y cierres de las válvulas respecto de los puntos PMS y PMI.

Ventajas de OHC sobre OHV

El accionamiento de las válvulas es más directo, se reducen las inercias, por lo que se mejora el rendimiento a altas revoluciones sin perjudicar el diagrama de la distribución. Además, mejora el llenado del cilindro.

Movimiento OHV (Overhead Valve)

Cada una de las levas en un motor de este tipo, en su giro, ataca a un taqué-empujador que mueve una varilla, en cuyo extremo opuesto se acciona un balancín. El otro extremo del balancín incide sobre la cola de la válvula, abriéndola.