1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y CINEMÁTICA DEL MOTOR
Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica, en el
quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o
cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal
alternativo del pistón (ver figura 4.1).
Figura 4.1 El motor de combustión interna
Este movimiento es transmitido por medio de la biela al eje principal del motor o cigüeñal, donde se
convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a los mecanismos de transmisión de potencia
(caja de velocidades, ejes, diferencial, etc.) y finalmente a las ruedas, con la potencia necesaria
para desplazar el vehículo a la velocidad deseada y con la carga que se necesite transportar.
Mediante el proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energía química contenida en
el combustible es transformada primero en energía calorífica, parte de la cual se transforma en
energía cinética (movimiento), la que a su vez se convierte en trabajo útil aplicable a las ruedas
propulsoras; la otra parte se disipa en el sistema de refrigeración y el sistema de escape, en el
accionamiento de accesorios y en perdidas por fricción.
En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustible convenientemente
dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en la actualidad con los inyectores en los
sistemas con control electrónico. Después de introducir la mezcla en el cilindro, es necesario
provocar la combustión en la cámara de del cilindro por medio de una chispa de alta tensión que la
proporciona el sistema de encendido.
4.1.1 El principio de funcionamiento de un motor de combustión interna
En un motor el pistón se encuentra ubicado dentro del cilindro, cuyas paredes le restringen el
movimiento lateral, permitiendo solamente un desplazamiento lineal alternativo entre el punto
2. muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI); a dicho desplazamiento se le denomina
carrera (ver figura 4.2).
Figura 4.2 El conjunto móvil.
Tanto el movimiento del pistón como la presión ejercida por la energía liberada en el proceso de
combustión son transmitidos por la biela al cigüeñal (ver figura 4.2). Este último es un eje
asegurado por los apoyos de bancada al bloque del motor, y con unos descentramientos en cuales
se apoyan las bielas, que son los que permiten que el movimiento lineal del pistón transmitido por
la biela se transforme en un movimiento circular del cigüeñal.
Este movimiento circular debe estar sincronizado principalmente con el sistema de encendido y con
el sistema valvular, compuesto principalmente por el conjunto de válvulas de admisión y de
escape, cuya función es la de servir de compuerta para permitir la entrada de mezcla y la salida de
gases de escape (ver figura 4.3).
Normalmente las válvulas de escape son aleadas con cromo con pequeñas adiciones de níquel,
manganeso y nitrógeno, para incrementar la resistencia a la oxidación debido a las altas
temperaturas a las que trabajan y al contacto corrosivo de los gases de escape.
3. Figura 4.3 Sistema de válvulas
4.2 EL CICLO DE FUNCIONAMIENTO TEÓRICO DE CUATRO TIEMPOS
La mayoría de los motores de combustión interna trabajan con base en un ciclo de cuatro tiempos,
cuyo principio es el ciclo termodinámico de Otto (con combustible gasolina o gas) y el ciclo
termodinámico de Diesel (con combustible A.C.P.M.). Por lo tanto, su eficiencia está basada en la
variación de la temperatura tanto en el proceso de compresión isentrópico1, como en el
calentamiento a volumen (Otto) o presión constante (Diesel).
El ciclo consiste en dos carreras ascendentes y dos carreras descendentes del pistón. Cada
carrera coincide con una fase del ciclo de trabajo (ver figura 4.4), y recibe el nombre de la acción
que se realiza en el momento, así:
Admisión Compresión
Combustión - Expansión
Escape
4. Motores de Combustión Interna – Tipos y
Funcionamiento
Según Wikipedia : Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía
mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara
de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en sí
misma, a diferencia de, por ejemplo, la máquina de vapor.
Ahora, según su funcionamiento tenemos :
*4 tiempos
*2 tiempos
*Wankel
Funcionamiento y Disposición de Motores 4 Tiempos
Un motor de 4 tiempos puede tener de uno a 48 cilindros. El cilindro es la parte principal del motor,
ya que dentro de este se produce la reacción química que trasmite potencia hacia las ruedas.
Ciclo y partes de un cilindro de motor 4 tiempos :
1-Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón( el piston es una casa muy
grande) aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en
motores de encendido por compresión. La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la
de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la
válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.
2-Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de carrera inferior, la válvula de admisión se
cierra, comprimiéndose el gas contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el
5. cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y
su carrera es ascendente.
3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha
alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la
chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diesel, se
inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se autoinflama por la presión y
temperatura existentes en el interior del cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión,
esta progresa rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y
expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la que se obtiene trabajo.
En este tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas da gira, ambas válvulas se
encuentran cerradas y su carrera es descendente.
4 -Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los
gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al
llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión,
reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de 90º .
Disposicion de Cilindros en Motores 4 Tiempos :
Los motores de 4 tiempos que tienen mas de un cilindro, pueden tener varias formas de
disponerlos en el block :
*En Linea : El motor en línea normalmente disponible en configuraciones de 2 a 6 cilindros, el
motor en línea es un con todos los cilindros alineados en una misma fila, sin desplazamientos.
*En V : En él los cilindros se agrupan en dos bancadas o filas de cilindros formando una letra V
que convergen en el mismo cigüeñal. En estos motores el aire de admisión es succionado por
dentro de la V y los gases de escape expulsados por los laterales. L y R
Se usa en motores a partir de dos cilindros, sobre todo en automóviles de tracción delantera, ya
que acorta la longitud del motor a la mitad. La apertura de la V varía desde 54º o 60º hasta 90º o
110º aunque las más habituales son 90º y 60º.
*En VR : Es la misma configuracion anterior, pero el grado de apertura entre las bancadas es de
aproximadamente 15º
*Boxer / En V a 180º : El motor Boxer es el utilizado en los Volkswagen Escarabajo, Volkswagen
Kombi, el Porsche 911, y es muy usado actualmente por Subaru(en el Impreza, Legacy, etc.) y
tienen por lo general entre 4 y 6 cilindros.
6. El motor con V de 180º, de configuración muy similar al motor Boxer, es usado por algunas
ediciones especiales de Ferrari y Alfa Romeo. La diferencia básica consiste en que
ocasionalmente, los motores con V en 180º no usan un muñón largo como en el Boxer, sino que
las bielas comparten la misma posición en el cigüeñal, haciendo que mientras un pistón se acerca
al cigüeñal el otro se aleje, opuesto a lo que sucede en el Boxer en el que los pistones se alejan y
acercan al mismo tiempo. La V de 180º se usa en motores de más de 8 cilindros donde ha
resultado más efectiva, mientras que el Boxer se usa en pares con menos de 6 cilindros y por ello
se han asociado mutuamente como un mismo tipo de disposición.
*En W : Es una especie de doble V combinada en tres o cuatro bancadas de cilindros y un
cigüeñal, que data de la década de 1920, y son usadas en algunos vehículos modernos del Grupo
Volkswagen, como el Audi A8, el Volkswagen Touareg o el Volkswagen Phaeton.
Ejemplos :
Motor en linea de 4 cilindros :
Motor en V de 8 cilindros :
Motor en VR de 2 cilindros :
Motor Boxer de 4 Cilindros :
Motor en W de 8 cilindros :
Tipos de Distribucion en Motores de 4 Tiempos
Cada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a través de válvulas de cabezal o válvulas
deslizantes. Un muelle mantiene cerradas las válvulas hasta que se abren en el momento
adecuado, al actuar las levas de un árbol de levas rotatorio movido por el cigüeñal, estando el
conjunto coordinado mediante la cadena o la correa de distribución.
Tipos de Distribución
*OHV
*OHC
7. *DOHC
El sistema OHV (OverHead Valve): se distingue por tener el árbol de levas en el bloque motor y las
válvula dispuestas en la culata. La ventaja de este sistema es que la transmisión de movimiento del
cigüeñal al árbol de levas se hace directamente por medio de dos piñones o con la interposición de
un tercero, también se puede hacer por medio de una cadena de corta longitud. Lo que significa
que esta transmisión necesita un mantenimiento nulo o cada muchos km (200.000). La desventaja
viene dada por el elevado número de elementos que componen este sistema lo que trae con el
tiempo desgastes que provocan fallos en la distribución (reglaje de taques) .
El sistema OHC (OverHead Cam): se distingue por tener el árbol de levas en la culata lo mismo
que las válvulas. Es el sistema utilizado hoy en día en todos los coches a diferencia del OHV que
se dejo de utilizar al final de la década de los años 80 y principio de los 90. La ventaja de este
sistema es que se reduce el número de elementos entre el árbol de levas y la válvula por lo que la
apertura y cierre de las válvulas es más preciso. Tiene la desventaja de complicar la transmisión de
movimiento del cigüeñal al árbol de levas, ya que, se necesitan correas o cadenas de distribución
más largas que con los km. tienen más desgaste por lo que necesitan más mantenimiento.
Hay una variante del sistema OHC, el DOHC la D significa Double es decir doble árbol de levas,
utilizado sobre todo en motores con 3, 4 y 5 válvulas por cilindro.
Sistema de alimentación
Carburador de Automóvil.
El sistema de alimentación de combustible de un motor Otto consta de un depósito, una bomba de
combustible y un dispositivo dosificador de combustible . que vaporiza o atomiza el combustible
desde el estado líquido, en las proporciones correctas para poder ser quemado. Se llama
carburador al dispositivo que hasta ahora venía siendo utilizado con este fin en los motores Otto.
Ahora los sistemas de inyección de combustible lo han sustituido por completo por motivos
medioambientales. Su mayor precisión en el dosaje de combustible inyectado reduce las emisiones
de CO2, y aseguran una mezcla más estable. En los motores diésel se dosifica el combustible
gasoil de manera no proporcional al aire que entra, sino en función del mando de aceleración y el
régimen motor mediante una bomba inyectora de combustible.
En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se lleva los cilindros a través de un
tubo ramificado llamado colector de admisión. La mayor parte de los motores cuentan con un
colector de escape o de expulsión, que transporta fuera del vehículo y amortigua el ruido de los
gases producidos en la combustión.
8. Encendido
Sistema de encendido clásico por platinos (ruptor) y distribuidor, de un motor de 4 cilindros.
Los motores necesitan una forma de iniciar la ignición del combustible dentro del cilindro. En los
motores Otto, el sistema de ignición consiste en un componente llamado bobina de encendido, que
es un auto-transformador de alto voltaje al que está conectado un conmutador que interrumpe la
corriente del primario para que se induzca un impulso eléctrico de alto voltaje en el secundario.
Dicho impulso está sincronizado con la etapa de compresión de cada uno de los cilindros; el
impulso se lleva al cilindro correspondiente (aquel que está comprimido en ese momento)
utilizando un distribuidor rotativo y unos cables de grafito que dirigen la descarga de alto voltaje a
la bujía. El dispositivo que produce la ignición es la bujía que, fijado en cada cilindro, dispone de
dos electrodos separados unos milímetros, entre los cuales el impulso eléctrico produce una
chispa, que inflama el combustible.
Si la bobina está en mal estado se sobrecalienta; esto produce pérdida de energía, aminora la
chispa de las bujías y causa fallos en el sistema de encendido del automóvil.
Refrigeración
Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún tipo de sistema
de refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles y de aviones y los motores
fueraborda se refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en
el exterior con un conjunto de láminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro.
En otros motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se encuentran
dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se hace circular mediante una bomba.
El agua se refrigera al pasar por las láminas de un radiador. Es importante que el líquido que se
usa para enfriar el motor no sea agua común y corriente porque los motores de combustión
trabajan regularmente a temperaturas más altas que la temperatura de ebullición del agua. Esto
provoca una alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques y
sellos de agua así como en el radiador; se usa un refrigerante, pues no hierve a la misma
temperatura que el agua, sino a más alta temperatura, y que tampoco se congela a temperaturas
muy bajas.
Otra razón por la cual se debe usar un refrigerante es que éste no produce sarro ni sedimentos que
se adhieran a las paredes del motor y del radiador formando una capa aislante que disminuirá la
capacidad de enfriamiento del sistema. En los motores navales se utiliza agua del mar para la
refrigeración.
Sistema de arranque
Motor de Arranque.
Al contrario que los motores y las turbinas de vapor, los motores de combustión interna no
producen un par de fuerzas cuando arrancan (véase Momento de fuerza), lo que implica que debe
provocarse el movimiento del cigüeñal para que se pueda iniciar el ciclo. Los motores de
automoción utilizan un motor eléctrico (el motor de arranque) conectado al cigüeñal por un
9. embrague automático que se desacopla en cuanto arranca el motor. Por otro lado, algunos
motores pequeños se arrancan a mano girando el cigüeñal con una cadena o tirando de una
cuerda que se enrolla alrededor del volante del cigüeñal.
Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que aceleran el volante
manualmente o con un motor eléctrico hasta que tiene la velocidad suficiente como para mover el
cigüeñal. Ciertos motores grandes utilizan iniciadores explosivos que, mediante la explosión de un
cartucho mueven una turbina acoplada al motor y proporcionan el oxígeno necesario para
alimentar las cámaras de combustión en los primeros movimientos. Los iniciadores de inercia y los
explosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones.
Funcionamiento y Disposición de Motores 2 Tiempos
El motor de dos tiempos, también denominado motor de dos ciclos, es un motor de combustión
interna que realiza las cuatro etapas del ciclo termodinámico (admisión, compresión, expansión y
escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). Se diferencia del más
conocido y frecuente motor de cuatro tiempos de ciclo de Otto, en el que este último realiza las
cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal. Existe tanto en ciclo Otto como en ciclo Diesel.
Fase de admisión-compresión
El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja
abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión en el
Carter, la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la lumbrera. Para que
esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se deteriore y
la culata se mantenga estable en los procesos de combustión.
Fase de explosión-escape
Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se provoca la combustión
de la mezcla gracias a una chispa eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de
combustión impulsa con fuerza el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la
biela.
En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases
de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del
cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra
la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo.
Los motores de 2 tiempos pueden ser de uno a 4 cilindros, y las disposiciones de estos en el block
pueden ser iguales a los motores de 4 tiempos.
Funcionamiento y Disposición de Motores Wankel
El motor Wankel es un tipo de motor de combustión interna, inventado por Felix Wankel, que utiliza
rotores en vez de los pistones de los motores alternativos.
10. Un motor rotativo o Wankel, en honor a su creador el Dr. Felix Wankel, es un motor de combustión
interna que funciona de una manera completamente diferente de los motores alternativos.
En un motor alternativo; en el mismo volumen (mililitros) se efectúan sucesivamente 4 diferentes
trabajos —admisión, compresión, combustión y escape. En un motor Wankel se desarrollan los
mismos 4 tiempos pero en lugares distintos de la carcasa o bloque; con el pistón moviéndose
continuamente de uno a otro. Más concretamente, el cilindro es una cavidad con forma de 8,
dentro de la cual se encuentra un rotor triangular que realiza un giro de centro variable. Este pistón
comunica su movimiento rotatorio a un cigüeñal que se encuentra en su interior, y que gira ya con
un centro único.
Al igual que un motor de pistones, el rotativo emplea la presión creada por la combustión de la
mezcla aire-combustible. La diferencia radica en que esta presión está contenida en la cámara
formada por una parte del recinto y sellada por uno de los lados del rotor triangular, que en este
tipo de motores reemplaza a los pistones.
El rotor sigue un recorrido en el que mantiene sus 3 vértices en contacto con el "freno", delimitando
así tres compartimentos separados de mezcla. A medida que el rotor gira dentro de la cámara,
cada uno de los 3 volúmenes se expande y contraen alternativamente; es esta expansión-
contracción la que succiona el aire y el combustible hacia el motor, comprime la mezcla, extrae su
energía expansiva y la expele hacia el escape.