Mecánica: Motor 4 Tiempos

 

Extractado con fines informativos, de medios impresos varios y páginas web para www.carrosyclasicos.com

Redacción www.carrosyclasicoscom

Como ninguno de los dos sabía del otro y menos de la patente, y debido a que solamente, a raiz de la fabricación de estos motores en ambos países se hizo pública la dualidad, hubo un pleito. De Rochas ganó una buena cantidad de dinero, pero la fama se quedó con Otto, es por esta razón que el principio termodinámico del motor de cuatro tiempos se llama aún “ciclo de Otto”.

En los motores de movimiento alternativo, las posiciones extremas de los pistones se llaman “punto muerto superior” y “punto muerto inferior” llamados el primero PMS y el segundo PMI.

Un motor de cuatro tiempos comienza su carrera en PMS. Al comenzar su movimiento hacia abajo, se abre en la parte superior del cilindro una válvula de admisión que da paso al vapor de gasolina mezclado con aire. Cuando el pistón llega a PMI ha succionado la cantidad exacta de mezcla de combustible. Este primer movimiento se llama “tiempo de admisión”

En el segundo movimiento, en sentido contrario al primero, es decir hacia arriba, la válvula de admisión está cerrada, mientras el pistón comprime la mezcla de combustible de forma que esta se hace de fácil encendido. A este movimiento se le llama “tiempo de compresión”. Cuando el pistón se acerca a PMS, entre los electrodos de la bujía, salta una chispa eléctrica que enciende el vapor comprimido o mezcla de combustible comprimida, en la parte superior del cilindro.

La combustión resultante en la que la mezcla puede llegar a una temperatura de 2.000°C y ejercer una fuerza de 2 toneladas, empuja al pistón hacía abajo. A este tercer movimiento se le llama “tiempo de explosión”.

Por último, cuando el pistón llega a PMI, al fondo del cilindro se ha agotado la fuerza de la combustión y es aquí cuando los desechos de la combustión (gas carbónico) son expulsados por el tubo de escape, cuando se abre una segunda la válvula de escape, situada en la parte superior del cilindro siendo este el cuarto movimiento llamado “tiempo de escape” (Figura 1).

 

FIGURA 1

Básicamente esta es la teoría de un motor de cuatro tiempos, pero en la práctica no se sigue tan exactamente, ya que las fases no están tan separadas como se ve en la teoría.

Un motor genera su máximo de energía, si la combustión alcanza su mayor fuerza cuando el pistón está en el punto extremo de su recorrido hacía arriba. Esta combustión no es instantánea en toda la mezcla ya que comienza en la más próxima a la bujía y se extiende, en forma de abanico, hasta que arde totalmente. El encendido debe ocurrir una fracción de segundo (unos pocos grados de giro del cigüeñal) antes de que el pistón llegue a PMS.

De igual forma hay un retraso entre el instante en que se abre la válvula de escape y aquel en que el vapor de desecho puede atravesarla totalmente a la máxima presión.

Por ello, se hace a menudo, que las válvulas se abran unos grados antes (avance a la apertura) o se cierren unos grados después (retraso al cierre), con lo que se consigue un aumento en el rendimiento del motor. Estos intervalos son fracciones ínfimas de segundos, porque el pistón se mueve hacía arriba y hacía abajo aproximadamente unas 1.000 veces por minuto con lo cual cada movimiento, de PMI a PMS o viceversa se ejecuta en aproximadamente 0.06 segundos.

Los diseñadores y constructores de estos motores para automóviles, fijan el avance a la apertura y el retraso al cierre, para cada tipo de motor, en un diagrama de sincronización de válvulas, llamados traslapo solapo o cruzado. Cuanto más rápido ha de funcionar el motor, mayor será el cruzado de las válvulas. Aunque el pistón debe hacer cuatro movimientos, para completar un ciclo de trabajo, la forma del cigüeñal nos hace ver que cada pistón solo puede describir dos tiempos (uno hacia arriba y uno hacia abajo) por cada revolución del propio cigüeñal. Es decir, que cada pistón solo puede aplicar fuerza sobre el cigüeñal una vez cada cuatro tiempos o cada dos revoluciones.

Es factible mantener la inercia giratoria del cigüeñal entre cada tiempo de explosión por medio de un volante o mecanismo similar y por consiguiente también es posible construir un motor de cuatro tiempos de un solo cilindro.

Los motores de encendido por chispa como los de encendido por compresión, comprimen la mezcla de combustible antes de la ignición. Esto, además de aumentar la temperatura del combustible, ayuda a que sea completa la combustión, lo que redunda en el aumento de la presión y por consiguiente la energía liberada.

La relación de compresión de la mezcla, es el grado en que se comprime la mezcla de combustible y se calcula dividiendo el volumen de desplazamiento del pistón por el volumen de la cámara de compresión. Es decir, se divide el volumen que tiene capacidad de desplazar el pistón desde PMS a PMI por el volumen que queda en el cilindro (cámara de combustión) por encima de PMS.

Por ejemplo: un cilindro con un volumen de desplazamiento de 100 c.c. y una cámara de combustión de 10 c.c. tendrá una relación de compresión de 10:1. Los motores diesel tienen una relación de compresión 20:1. Cuanto mayor es la relación de compresión de un cilindro mayor será su fuerza motriz..

En un motor de alta compresión, para aprovechar enteramente su rendimiento, la sincronización de válvulas se dispone de tal forma que tenga la mayor eficacia a gran velocidad, por lo cual su fuerza motriz a baja velocidad puede ser escasa. Necesita también combustible de graduación alta, porque su más alta temperatura y presión puede hacer que el combustible de grado más bajo haga explosión, en vez de arder o quemarse rápidamente. Este efecto se denomina “detonación” y es altamente peligroso para un motor.

FIGURA 2

Algunas gasolinas tienen resistencia más alta a la detonación, es decir lo que nosotros conocemos como grado de octano. Tanto más alto es el grado de octanaje mayor es su resistencia a la denotación. El número de octano de una gasolina puede aumentarse agregándole ciertos compuestos de plomo. Mediante el uso de esta gasolina de alto grado de octanaje y por ende de contenido elevado de plomo, puede evitarse la detonación en automóviles de compresión hasta 11:1.

Hasta el año 1970, especialmente en los Estados Unidos existía una carrera desmedida de los productores de automóviles por conseguir el motor de mayor potencia, competencia que acabo con las leyes expedidas mundialmente, con respecto a gases de escape, ya que los motores de compresión elevada, que eran la última moda, tienden a producir mayor cantidad de ciertos contaminantes, especialmente los óxidos de nitrógeno. Es así como se limitó la compresión no superior a 8:1 para los Estados Unidos y 9:1 para Europa, debido a los límites de contenido de plomo de los gases de escape.

Visto 5209 veces