La gran mayoría de los vehículos (turismos y vehículos comerciales) que se venden hoy en día están equipados con motores de combustión interna. En este artículo vamos a describir cómo funciona un motor de combustión interna de cuatro tiempos.
Un motor de combustión interna se clasifica como motor térmico. Se llama interna porque la combustión de la mezcla de aire y combustible ocurre dentro del motor, en una cámara de combustión, y algunos de los gases quemados forman parte del nuevo ciclo de combustión.
Básicamente, un motor de combustión interna transforma la energía térmica de la mezcla de aire y combustible en combustión en energía mecánica. Se llama 4 tiempos porque se necesitan 4 tiempos para que el pistón ejecute un ciclo de combustión completo. El nombre completo de un motor que impulsa un automóvil de pasajeros es: Motor de combustión interna de pistón de 4 tiempos, abreviado ICE (Motor de Combustión Interna).
Ahora examinemos cuáles son los componentes principales de un HIELO.
Imagen: Piezas del motor de combustión interna (DOHC) |
Leyenda:
TDC – Centro muerto superior BDC – Centro muerto inferior |
La culata de cilindro(8) generalmente contiene el árbol de levas, válvulas, cubos de válvulas, resortes de retorno de válvulas, bujías / bujías incandescentes e inyectores (para motores de inyección). A través de la culata fluye el líquido refrigerante del motor.
Dentro del bloque motor (12) podemos encontrar el pistón, la biela y el cigüeñal. En cuanto a la culata, a través del bloque del motor fluye el refrigerante para ayudar a controlar la temperatura del motor.
El pistón se mueve dentro del cilindro de BDC a TDC. La cámara de combustión es el volumen creado entre el pistón, la culata y el bloque del motor cuando el pistón está cerca de la CCT.
En la Figura 1 podemos examinar el conjunto completo de componentes mecánicos de un HIELO. Algunos de los componentes son fijos (por ejemplo, culata, bloque de cilindros) y algunos de ellos están en movimiento. En la siguiente figura, veremos la parte móvil principal de un HIELO, que transforma la presión del gas dentro del cilindro en potencia mecánica.
Imagen: Piezas móviles del motor de combustión interna
Leyenda:
- piñón del árbol de levas
- pistón
- cigüeñal
- biela
- válvula
- cubo de válvula
- árbol de levas
La rotación de la el árbol de levas está sincronizado con la rotación del cigüeñal a través de una correa dentada o cadena. La posición de las válvulas de admisión y de escape debe sincronizarse con precisión con la posición del pistón, para permitir que los ciclos de combustión tengan lugar en consecuencia.
Un ciclo completo de motor para un HIELO de 4 tiempos tiene las siguientes fases (carreras):
- admisión
- compresión
- potencia (expansión)
- escape
Una carrera es el movimiento del pistón entre los dos centros muertos (inferior y superior).
Ahora, que sabemos cuáles son los componentes de un HIELO, podemos examinar lo que está sucediendo en cada carrera del ciclo del motor. En la siguiente tabla, verá la posición del pistón al comienzo de cada carrera y los detalles sobre los eventos que tienen lugar en el cilindro.
Stroke 1 – INGESTA
Carrera de admisión del motor de combustión interna |
Al comienzo de la carrera de admisión, el pistón está cerca de la CCT. Se abre la válvula de admisión, el pistón comienza a moverse hacia el BDC. El aire (o la mezcla de aire y combustible) se introduce en el cilindro. Esta carrera se llama ADMISIÓN porque se toma aire fresco/mezcla en el motor. La carrera de admisión termina cuando el pistón está en el BDC.
Durante la carrera de admisión, el motor consume energía (el cigüeñal está girando debido a la inercia de los componentes). |
Carrera 2-COMPRESIÓN
Carrera de compresión del motor de combustión interna |
La carrera de compresión comienza con el pistón en BDC, después de que la carrera de admisión haya terminado. Durante la carrera de compresión, ambas válvulas de admisión y escape están cerradas, y el motor se mueve hacia el PMS. Con ambas válvulas cerradas, el aire / mezcla se comprime, alcanzando la presión máxima cuando el pistón está cerca de la CCT.
Antes de que el pistón alcance el TDC (pero muy cerca de él), durante la carrera de compresión:
Durante la carrera de compresión, el motor consume energía (el cigüeñal está girando debido a la inercia de los componentes), más que la carrera de admisión. |
Carrera 3-POTENCIA
Carrera de potencia del motor de combustión interna |
La carrera de potencia comienza con el pistón en TDC. Ambas válvulas, de admisión y de escape, siguen cerradas. La combustión de la mezcla de aire y combustible comenzó al final de la carrera de compresión, lo que causa un aumento significativo de la presión dentro del cilindro. La presión dentro del cilindro empuja el pistón hacia abajo, hacia el BDC.
Solo durante la carrera de potencia, el motor produce energía. |
Carrera 4-ESCAPE
Carrera de escape del motor de combustión interna |
La carrera de escape comienza con el pistón en el BDC, una vez finalizada la carrera de potencia. Durante esta carrera, la válvula de escape está abierta. El movimiento del pistón desde el BDC hacia el TDC empuja la mayoría de los gases de escape fuera del cilindro, hacia los tubos de escape.
Durante la carrera de escape, el motor consume energía (el cigüeñal está girando debido a la inercia de los componentes). |
Como puede ver, para tener un ciclo completo de combustión (motor), el pistón tiene que realizar 4 golpes. Esto significa que un ciclo del motor requiere dos rotaciones completas del cigüeñal (720°).
La única carrera que produce par (energía) es la carrera de potencia, todos los demás consumen energía.
El movimiento lineal del pistón se transforma en movimiento de rotación del cigüeñal a través de la biela.
Para una mejor comprensión, estamos resumiendo la posición inicial del pistón, la posición de la válvula y el balance de energía para cada carrera.
| orden de trazos | Trazo nombre | Pistón a la posición inicial | válvula de Admisión de estado | válvula de Escape de estado | balance de Energía |
| 1 | La ingesta | TDC | Abrir | Cerrado | Consume |
| 2 | la Compresión | BDC | Cerrado | Cerrado | Consume |
| 3 | Potencia | TDC | Cerrado | Cerrado | Produce |
| 4 | Escape | BDC | Cerrado | Abierto | Consume |
En la siguiente animación se puede ver claramente cómo funciona el motor de combustión interna. Preste atención a la posición del pistón, la posición de la válvula, el momento en que se produce el encendido y la sucesión de los golpes.
Animación del motor de combustión interna