Motores

4 Tiempos

Jugo de chancla
Material de estudio
Mecaniracing
 El Motor
1. EL MOTOR DE CUATRO TIEMPOS

1.1 INTRODUCCIÓN E HISTORIA

El motor de cuatro tiempos en su variante Otto es uno de los diversos tipos

de máquina destinados a convertir la energía química contenida en una
mezcla de oxígeno y combustible en energía mecánica utilizable por el
hombre. Esta le permite propulsar todo tipo de vehículos, entre los que se
encuentra la motocicleta. Es conocida la extraordinaria importancia que ha
adquirido el transporte en la sociedad actual por las innumerables ventajas
que proporciona a cada vez más segmentos de la población, y su cada vez
mayor expansión, provocada por su progresivo abaratamiento, en la que los
factores de economía de escala han sido definitivos. También es
destacable su valor estratégico ya sea en tiempos de guerra o de paz.

En general, puede decirse que el campo de aplicación de los motores de

cuatro tiempos es la propulsión de cualquier tipo de vehículo. No obstante,
no es el único en este campo. Ha de competir en las pequeñas cilindradas
con el motor de dos tiempos, que le aventaja en simplicidad y ligereza, y en
las grandes con su variante Diesel, que lo hace en economía. A pesar de
ello, puede considerarse como el más versátil, ya que es capaz de aceptar
un mayor número de aplicaciones. Desde un pequeño ciclomotor hasta un
enorme automóvil, este propulsor tiene campo de aplicación.

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El desarrollo teórico de este tipo de ciclo tiene su origen en los estudios del
fisico francés Nicolás Carnot en el pasado siglo, que fueron posteriormente
completados por su compatriota Alphonse Beau de Rochas en 1862. En un
plano práctico, sus antecedentes se encuentran en la máquina térmica de
Lenoir (Francia, 1860), en la de Otto y Langen (Alemania, 1867), y. por fin,
en aquel que se considera como el primer motor operativo de este ciclo:
el Otto (Alemania, 1876]. Este fisico fue quien finalmente perfeccionó su
funcionamiento, pudiendo considerarse los actuales como una mera
evolución del mismo. Es por eso que el estudio teórico que describe y
justifica el motor de cuatro tiempos de gasolina se conoce como "ciclo
Otto.

2. 1 Ci cl o teóri co de un motor 4t

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1.2 DESCRIPCIÓN

El motor de cuatro tiempos recibe su nombre por realizar un ciclo o perido

de trabajo completo en cuatro fases perfectamente diferenciadas que se
comentarán inmediatamente. No obstante, y para que resulten famillares,
se señalarán sus principales elementos, contenidos en la Fig.2.1: el cilindro,
en cuyo interior se mueve el émbolo o pistón. Éste lo hace entre su posición
más alta, muy próxima a la culata, y la más baja, junto al cigueñal. Estas
posiciones se denominan respectivamente “punto muerto superior” y
“punto muerto inferior”, abreviándose como P.M.S. y P.M.I. Esta
denominación se debe a que en esos puntos el pistón se detiene, o bien
para bajar después de subir, o bien al contrario. El pistón, por tanto, se
mueve de modo alternativo entre sus dos posiciones extremas, mientras
que lo que hace el cigúeñal es simplemente girar. La pieza que se encarga
de unir estos dos elementos tan dispares y de conciliar movimientos tan
distintos es la biela.

Como elementos auxliares —aunque muy importantes— se citarán la bujía y

las dos válvulas VA y VE, situadas en la culata, y cuya misión puede
compararse a la de dos pequeñas puertas que se abren y cierran según
interese. VA es la válvula de admisión por la cual entra la mezcla
convenientemente carburada. VE es la válvula de escape, que permitirá la
salida de los gases quemados una vez que éstos ya no sirven. Además, son
accionadas por sendas levas, que corresponden a las piezas de forma
ovoide en contacto con ambas. Las levas, que en el caso de motores de
más de un cilindro se agrupan en una o más árboles, son las que al girar
producen sus aperturas y cierres. Sin entrar todavia en detalles, se puede
decir que en realidad es el émbolo o pistón el que, impulsado por la presión
de los gases que arden sobre él, obliga al cigueñal a girar. Así, mediante
una transmisión adecuada, hacer la rueda de la motocicleta.

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1.3 DESCRIPCIÓN

Se describirá a continuación el ciclo teórico de un motor de cuatro tiempos

en su variante Otto, que es la que interesa. Para ello se divide el Ciclo en
cuatro fases o tiempos, que se estudian en su secuencia natural. Al
realizarlo, el pistón recorre cuatro carreras en el interior del cilindro (dos
ascendentes y dos descendentes), mientras que el cigúenal da dos vueltas
completas.

PRIMER TIEMPO: ADMISIÓN

Comienza cuando el pistón se encuentra en su posición más elevada, que,

como se ha comentado, se denomina punto muerto superior. Es en este
instante cuando la válvula de admisión VA se abre, para dejar paso a los
gases que existen en el conducto. Éstos son en realidad una mezcla de aire
y vapores de gasolina, convenientemente preparados en el carburador.
Cuando el cigúeñal ha recorrido 80 grados en su giro o, lo que es igual, un
cuarto de vuelta, el émbolo está en la mitad de su primera carrera
descendente.

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En este momento la fase de admisión se está efectuando y el efecto que
hace entrar la mezcla en el interior del cilindro es el vacio dejado tras de sí
por el pistón al bajar. Algo similar a lo que sucede cuando se carga una
jeringa con agua, el vacío que va dejando al aumentar el volumen
disponible es ocupado por la mezcla gaseosa. Este tiempo continúa hasta
que llega al punto más bajo o punto muerto inferior, momento en que el
cigúeñal ha completado media vuelta. Entonces se cierra la válvula de
admisión VA, ya que, si no lo hiciera, se empezaría a expulsar parte de la
mezcla previamente admitida. Durante todo este primer tiempo la válvula
de escape VE ha permanevido cerrada.

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SEGUNDO TIEMPO: COMPRESIÓN

Comienza en el punto muerto inferior en que terminó la fase anterior, con

ambas válvulas cerradas. A partir de aquí el émbolo comienza su primera
carrera ascendente, durante la cual va comprimiendo la mezcla que se
admitió en el tiempo anterior. Esta compresión va aumentando la
temperatura y presión de la citada mezcla fresca, preparándola para que se
produzca su explosión. Los valores de presión y temperatura se hacen
máximos cuando el tiempo de compresión llega a su fin, al llegar el pistón
al P.M.S., quedando así la mezcla en situación ideal para estallar en el
tiempo posterior, que es conocido como combustión, trabajo o explosión.
Se considera por tanto como una fase de preparación, siendo de vital
importancia para conseguir un adecuado rendimiento en la combustión.

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TERCER TIEMPO: COMBUSTIÓN

Una vez finalizada la compresión, en el momento en que el pistón llega al

P.M.S., en la bujía salta una chispa que produce la inmediata combustión
de la mezcla airecombustible. Como consecuencia de ello, el pistón es
impulsado hacia el P.M.I., haciendo girar al cigúeñal. Es la única carrera
motriz (en la que se produce movimiento), siendo por tanto la más
importante del ciclo. El pistón a mitad de su segunda carrera descendente
del ciclo. Durante este tiempo se libera toda la energía química contenida
en la mezcla en forma de calor, lo cual eleva extraordinariamente la presión
del gas resultante, e impulsa con gran fuerza el pistón hacia el punto
muerto inferior. Este tiempo anteriormente se denominaba "Explosión”,
pero el avance de la técnica ha probado que la velocidad de la reacción que
tiene lugar en el motor no alcanza la velocidad de las denominadas
“explosiones”, y. por tanto, su denominación exacta es "combustión".

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CUARTO TIEMPO: ESCAPE

A partir de ese momento, y con objeto de preparar el motor para la

realiación del siguiente ciclo, se abre la válvula de escape VE. Esto permite
que el émbolo, en su segunda y última carrera ascendente, empuje a los
gases procedentes de la combustión para que abandonen el cilindro a
través de ella y del tubo de escape.El motor se sitúa entonces en una
posición para emprender de nuevo todo el proceso,que comenzaría con un
nuevo tiempo de admisión.

1 . 4 D I S P O S I C I Ó N D E L O S E L E M E N T O S D E U N M O T O R

REAL

En la figura 2.2 se observa cómo se disponen en la práctica los elementos

de que se compone el motor. Se advierte cómo el cilindro C, suele ir
encastrado en el interior de un bloque de fundición o aleación Q, que lo
sitúa perfectamente alineado respecto de las restantes piezas. A veces el
bloque va rodeado de aletas L, cuyo fin es facilitar la refrigeración con el
aire de la marcha, cuestión de vital importancia para el correcto
funcionamiento del conjunto. Más abajo aparecen los cárteres superior RS
e inferior RI, que tienen la misión de albergar en su interior el cigúeñal G en
su continuo giro. En la parte superior de la figura destaca la culata K, que
soporta gran número de elementos adicionales. Antes de relacionarlos, son
de destacar los espárragos S, que se encargan de mantener unidos entre sí,
de forma rígida aunque desmontable, el conjunto culata-bloque-cárteres (K-
O-RS-Al). Son generalmente de un grosor apreciable, dado que han de
contener las elevadas fuerzas de explosión de los gases en el interior del
motor, pudiendo ser pasantes de abajo a arriba o estar roscados en su
base a uno de los cárteres.

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2. 2 El ementos de un motor 4t

En la culata K, se observa la bujía J, que será la que produzca la chispa en

el momento oportuno. Aparecen también las válvulas de admisión VA y
escape VE. Estas están mandadas en su cierre por los muelles M, senillos o
dobles, que no aparecían en la descripción anterior de la Fig.2.1. De su
apertura se encargan las levas LA y LE, que pueden pertenecer al mismo o
distintos árboles de levas. Además, existen elementos intermedios entre
cada válvula y su leva, como unos sencillos vasos invertidos o los
corrientes balancines. El árbol de levas recibe su giro del ciguejeñal por
medio de una cadena a través de uno o más piñones intermedios o incluso
de una correa dentada, en ciertos motores de concepción más maderna.
Entre bloque y culata se observa la junta de culata X, que mantiene
perfectamente la estanqueidad necesaria, imprescindible para el correcto
funcionamiento del motor. Igualmente sucedera entre bloque y cárter
superior y entre este último y el cárter inferior. hay que tener en cuenta que
las piezas en movimiento necesitan de una lubricación continua de la que
se encargan aceites de alta calidad. Si las distintas cámaras que
componen el motor no fuesen completamente estancas, el aceite se
escaparía por las uniones que existen entre ellas, ocasionando breve el
deterioro y destrucción del motor por falta de lubricante, además de
numerosos contratiempos y suciedad.

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