En esta página se van a explicar los conceptos básicos sobre los motores de combustión interna (MCI) para tener una noción sobre estos.
Los motores de combustión interna o de explosión son un tipo de motor térmico y
los motores térmicos son máquinas térmicas que transforman el calor en trabajo mecánico aprovechando el gradiente de temperatura que genera la fuente de calor.
Según la clasificación del tipo fuente de calor y cómo se relaciona esta fuente de calor con el elemento que hace funcionar la máquina térmica se calsifican en:
1. Máquina Térmica Interna
2. Máquina Térmica Externa
La diferencia entre ambas es que en las máquinas térmicas externas la fuente de calor está separada del elemento que hace funcionar al mecanismo de la máquina,
es decir la fuente de calor está fuera de la máquina. Un ejemplo de estos son las máquinas de vapor donde la fuente de calor (combustión) está separada del gas/vapor que acciona el motor/máquina.
Mientras que en las máquinas o motores de combustión interna, la quema(combustión) del combustible se da dentro del propio motor y los gases generados en esa combustión se aprovechan para la generación de la energía mecánica.
Esta introducción a los MCI se centra en los motores de combustión interna alternativos.
Este apellido "alternativos", hace referencia a que la transmisión del trabajo (transformación de energía térmica en energía mecánica) se realiza mediante el desplazamiento lineal de un émbolo.
Esta distinción es necesaria ya que también hay motores de combustión interna rotativos (motores Wankel).
Independedientemente del tipo de motor de combustión interna (diésel o gasolina), los MCI tienen unos componentes o piezas en común. Algunas de estos componentes y más importantes son:
-Bloque motor:Es la parte principal (el esqueleto) del motor y determinante al fijar la cilindrada del motor, ya que en su interior están alojados los cilindros, lugar donde los pistones realizan el movimiento alternativo.
-Pistones: Se refiere al conjunto cabeza del pistón-biela. La cabeza del pistón está fabricada en una única pieza y tiene diferentes geometrías para modificar el flujo de los gases y con ello el rendimiento del motor, al realizar la compresión de los gases. Se encarga de transformar la energía térmica del combustible en un movimiento vertical alternativo (a través de la combustión de los gases).
-Cigüeñal: Es la manivela del conjunto pistón-biela-manivela. Es un eje acodado con contrapesos que sincroniza el movimiento de los pistones y transforma el movimiento vertical alternativo, que se transmite a través de las bielas, en un movimiento circular. Este movimiento ciruclar se transmite a otras partes del motor a traves de una correa o cadena.
-Cárter: Está situado en la parte inferior del motor y es una cuba donde se deposita el aceite que mantiene lubricado y refrigerado los distintos componentes del motor.
-Culata: Está situada en la parte superior del motor y es la pieza que asegura el cierre de los cilindros además de ser el lugar donde se localizan otros elementos del motor como las válvulas de admisión y escape, árbol de levas y balancines que controlan la apertrua de esas válvulas, etc.
Exiten distintos tipos de motores de combustión interna los cuales pueden ser clasificados de distintas maneras según:
El proceso de combustión
-MEP: Motor de Encendido Provocado
-MEC: Motor de Encendido por Compresión
El modo de realizar el ciclo combustión
-Proceso de cuatro tiempos
-Proceso de dos tiempos
El tipo de refrigeración
-Refrigeración por aire
-Refrigeración por agua
El número y disposición de los cilindros
-Línea
-Uve
-Compuestos
La presión de admisión
-Aspiración natural o atmosféricos
-Aspiración forzada o sobrealimentados
Motor de Encendido Provocado (MEP): También reciben el nobre de Motor Otto, de explosión o de encendido por chispa y son los comunmente denominados Motor Gasolina. En estos motores se tiene una mezcla aire-combustible, normalmente homogénea, al final de la compresión y la combustión se inicia por una chispa generada por la bujía.
Motor de Encendido por Compresión (MEC): En estos motores también llamados Motor Diesel, el fluido que se admite a los pistones por la válvula de admisión normalmente es aire y se comprime fuertemente. Esto hace que aumente su presión y temperatura, lo cual garantiza la autoinflamación del combustible que se inyecta a través de los inyectores.
El funcionamiento de los motores de combustión interna se puede dividir en 4 etapas o fases (Admisión, Compresión, Explosión y Escape) y en función de como se hagan estas fases se puede distinguir entre motores de 4 y 2 tiempos.
En los motores de 4 tiempos se realizan 4 carreras del émbolo (pistón) para realizar un ciclo completo:
-Carrera de Admisión: El émbolo se mueve desde el Punto Muerto Superior (PMS), que es el punto superior del cilindro, hasta el Punto Muerto Inferior (PMI), que es el punto inferior del cilindro. En este movimiento la válvula de admisión está abierta, el cigüeñal gira 180º y se crea una depresión (vacío) en el interior del cilindro permitiendo la entrada del aire o de la mezcla.
-Carrera de Compresión: El émbolo se mueve desde el PMI hasta el PMS girando el cigüeñal otros 180º. Durante este proceso las válvulas (admisión y escape) están cerradas y la presión y temperatura de la mezcla (aire y cumbustible) aumenta.
-Carrera de Explosión-Expansión: Se genera la explosión de la mezcla, por una chispa en los MEP y por la alta presión y temperatura en los MEC, de modo que aumenta la temperatura y presión de los gases durante la combustión. Después se produce la expansión de estos gases junto con una disminución de la presión y temperatura. El émbolo se mueve desde el PMS hasta el PMI, girando el cigüeñal 180º, mientras las válvulas permancen cerradas. Esta carrera es la única de las 4 que es una carrera motriz, es decir, que genera movimiento.
-Carrera de Escape: El émbolo se mueve del PMI al PMS girando el cigüeñal otros 180º mientras la válvula de escape está abierta, haciendo que los gases producidos en la explosión salgan empujados por la subida del pistón y la presión de estos.
Los motores de 2 tiempos tienen las mismas fases que los de 4 tiempos, pero el "ciclo" completo se realiza en 2 carreas del émbolo mientras que el cigüeñal da solo una revolución, a diferencia de en los de 4 que da 2 revoluciones. Antes de explicar el ciclo de 2 tiempos, es necesario introducir los siguientes conceptos y explicaciones:
En los motores de 2 tiempo hay dos tipos principales, los de barrido por carter (motores pequeños) y los de barrido independiente (motores grandes) en los cuales el proceso de barrido se realiza con un equipo auxiliar. La explicación se centra en los de barrido por carter:
-Carter: Es el receptáculo que contiene el cigüeñal.
-Barrido: Es el proceso de renovación de carga en el cual se trata de desalojar los productos quemados con un fluido a presión que proviene de la admisión en las proximidades del PMI. Esto se realiza mediante lumbreras que se tapan y destapan con el movimiento del émbolo. Para realizar el barrido están abiertas simultaneamente las lumbreras de admisión y escape.
-Lumbreras: A diferencia de los motores de 4 tiempos, los de 2 tiempos por norma general no tienen válvulas de admisión y escape, y en su lugar tienen lumbreras que son agujeros en las paredes del cilindro y que su apertura y cierre lo realiza el pistón en su movimiento. Hay 3 tipos:
-Lumbrera de Escape
-Lumbrera de Admisión: En los de barrido por carter se llaman lumbreras de transferencia o transfers.
-Lumbreras de Admisión al Carter: Estas están en los motores de barrido por carter.
Ciclo de 2 tiempos:
-1ª Carrera: El émbolo se mueve del PMI hasta el PMS y en los primeros 55º-90º de giro del cigüeñal se está produciendo el barrido. Seguido se produce la compresión del fluido y aproximadamente 60º antes de que el PMS, se abre la lumbrea de admisión al cárter.
-2ª Carrera: El émbolo se mueve del PMS al PMI y lo primero que se produce es la combustión y posterior expansión. Aproximadamente 60º después del PMS se tapa la lumbrea de admisión al carter. Entre los 90º-55º antes del PMI se abre la lumrera de escape y se produce el escape espontáneo de los gases a presión y de 5º a 15º después, se abre la lumbrera de admisión (transferencia/transfer) y se inicia el barrido, empujando la mezcla fresca a los gases quemados. Esto último lo que trata de hacer es empujar a los productos quemados con un fluido a presión que proviene de la admisión en las proximidades del PMI.
En línea: Están limitados por la longitud máxima y las vibraciones torsionales. Pueden tener la siguiente cantidad de cilindros: 2,3,4,5,6,8,10,12
En uve (V): Son más cortos que los de línea para la misma cilindrada. Su cantidad de cilindros son: 2,4,6,8,12,16
Opuestos o boxer: Son los menos altos y por lo tanto su centro de gravedad es más bajo y tienen una mejor respuesta a las vibraciones. Su cantidad de cilindros es: 2,4,6,12
A continuación, se muestra la curva par generado según el régimen de vueltas de un motor ensayado en el laboratorio de la ETSIIT.
Como se puede observar el par aumenta según disminuye las revoluciones del motor.