lunes, 24 de agosto de 2009

LOS CUATRO TIEMPOS DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA



En todo motor de movimiento alternativo, las dos posiciones extremas entre las que se puede mover un pistón se llama “punto muerto superior” (PMS) y “punto muerto inferior” (PMI). En el motor de cuatro tiempos (abajo), cada pistón comienza su carrera en el PMS. Al iniciar su primer 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. Para cuando el pistón liega al PMI ha succionado la cantidad precisa de este combustible. Por consiguiente, este primer movimiento se llama tiempo de admisión. 

Durante el segundo tiempo —hacia arriba—, la válvula de admisión esta cerrada, mientras el pistón comprime la mezcla combustible de forma que ésta se hace de fácil ignición. En consecuencia, este tiempo se llama tiempo de compresión. 

Cuando el pistón se acerca al PMS, entre los electrodos de la bujía salta una chispa eléctrica que enciende el vapor comprimido en la parte superior del cilindro. La combustión resultante, en la que la temperatura de la mezcla puede llegar a los 2.000°C y la fuerza hasta 2 toneladas, empuja al pistón hacia abajo. Es el tiempo de explosión. 

Para cuando el pistón llega de nuevo al fondo del cilindro, se ha agotado la fuerza de la combustión. Resta sólo permitir que los productos de desecho de la combustión pasen al sistema de escape, y de él a la atmósfera. En este punto, pues, se abre en el cilindro una segunda válvula, la válvula de escape. Con esto, el pistón, en su cuarto tiempo, o tiempo de escape, expulsa los gases a través de la parte superior del cilindro. 

Ésta es la teoría del ciclo de cuatro tiempos, pero en la práctica, las diferentes fases no están tan netamente separadas como sugiere la teoría. Por ejemplo, el motor generará un máximo de energía si la combustión alcanza su mayor fuerza cuando el pistón está en el punto extremo de su recorrido hacia arriba (PMS). Pero la combustión no es instantánea, sino que comienza en la parte de la mezcla que está más próxima a la bujía y se extiende en forma de abanico hasta que arde toda. Para permitir este retraso, el encendido debe ocurrir una fracción de segundo -o unos pocos grados de giro del cigüeñal- antes de que el pistón llegue al PMS. 

De la misma forma, hay un retraso entre el instante en que se abre una válvula y aquél en que el vapor combustible o el gas de escape puede atravesarla a la máxima presión. Por ello se hace a menudo que las válvulas se abran unos pocos grados antes (avance a la apertura) o se cierren unos pocos grados después (retraso al cierre), con lo que se consigue que aumente el rendimiento del motor. Estos intervalos son, por supuesto, fracciones mínimas de segundo, porque incluso en marcha al ralentí, el pistón de un coche común se mueve hacia arriba o hacia abajo unas 1.000 veces por minuto. 

Los constructores de automóviles fijan el avance a la apertura y el retraso al cierre (que, unidos, se llaman “solapo” o “cruzado” de las válvulas) para cada tipo de motor, y lo hacen en un diagrama de sincronización de las válvulas. Generalmente, cuanto más rápido ha de funcionar un motor, tanto 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 sólo puede describir dos tiempos -uno hacia arriba y otro hacia abajo- por cada revolución del propio cigüeñal. Es decir, que cada pistón sólo puede aplicar fuerza sobre el cigüeñal una vez cada cuatro tiempos o dos revoluciones. 

Es perfectamente 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.

Punto muerto superior (PMS): es cuando el pistón en su movimiento alternativo alcanza la punto máximo de altura antes de empezar a bajar.
Punto muerto inferior (PMI): es cuando el pistón en su movimiento alternativo alcanza el punto máximo inferior antes de empezar a subir.
Diámetro o calibre (D): Diámetro interior del cilindro (en mm.)
Carrera (C): Distancia entre el PMS y el PMI (en mm).
Cilindrada unitaria (V): es el volumen que desplaza el pistón del PMI al PMS.
Volumen de la cámara de combustión (v): Volumen comprendido entre la cabeza del pistón en PMS y la culata.



  

Relación de compresión (Rc): Relación entre la suma de volúmenes (V + v) y el volumen de la cámara de combustión. Este dato se expresa en el formato ejemplo: 10,5/1. La relación de compresión (Rc) es un dato que nos lo da el fabricante no así el volumen de la cámara de combustión (v) que lo podemos calcular por medio de la formula de la (Rc).

La Rc para motores gasolina viene a ser del orden de 10/1. Con motores turboalimentados desciende este valor.
La Rc para motores diesel viene a ser del orden de 20/1.

Calculo de un ejemplo real: Volkswagen Passat 1.9 TDi.
Diámetro por carrera (mm)= 79,5 x 95,5.
Cilindrada= 1896 cc.
Relación de compresión= 19,5 : 1.


Calculo de la cilindrada a partir del diámetro y el calibre.



 

Calculo del volumen de la cámara de combustión (v) a partir de la relación de compresión (Rc).


 



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