Evolución y Funcionamiento del Motor de Combustión Interna

Historia del Motor de Combustión Interna

Primeros Desarrollos

El primer motor de combustión interna fue construido por el francés Etienne Lenoir en 1860. En 1876, Nikolaus Otto mejoró este diseño y creó el primer motor de 4 tiempos. Dugald Clerk construyó el primer motor de 2 tiempos en 1878, y en 1885 Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach fabricaron la primera motocicleta.

Karl Benz construyó el primer automóvil de 3 ruedas en 1886, y ese mismo año puso un motor de 2 tiempos a un coche de 4 ruedas. Rudolf Diesel inventó el motor diesel en 1892, y el primero se construyó en 1897. En 1904, se fabricó en Barcelona el primer automóvil de la marca Hispano-Suiza con 4 cilindros y 20 CV.

Avances Posteriores

Felix Wankel probó su motor de pistón rotativo en 1957, y en 1997 Toyota comercializó su primer motor híbrido, el Prius.

El Motor Térmico de Combustión Interna

Un motor térmico de combustión interna debe reunir las siguientes cualidades:

• Buen rendimiento
• Bajo consumo con relación a la potencia
• Gases de escape poco contaminantes
• Fiabilidad y durabilidad
• Bajo coste de fabricación y mantenimiento

Motores por Ciclo

Los motores de combustión interna se clasifican según su ciclo de funcionamiento:

Motor de 4 Tiempos (Ciclo Otto)

• Consume mezcla aire-gasolina
• Se inflama por chispa
• Soporta presiones moderadas
• Máxima potencia entre 5000 y 7000 rpm
• Volumen entre 250 y 500 cm³

Motor Diesel

• La mezcla se realiza en la cámara y se inflama al inyectar el diesel sobre el aire calentado por la compresión

Diesel Lento

• Entre 900 y 2000 rpm
• Volumen de hasta 2 l
• Se montan en camiones, buses, locomotoras, barcos y maquinaria pesada

Diesel Rápido

• Superan las 5000 rpm
• Volumen unitario entre 400 y 600 cm³
• Automóviles y vehículos ligeros

Motor Wankel

• El movimiento rotativo se genera directamente en un pistón de sección triangular que gira dentro de una carcasa formando tres cámaras
• Tiene lumbreras, no usa válvulas

Elementos del Motor

Elementos Fijos

• Bloque motor
• Culata
• Junta
• Tapa superior
• Cárter de aceite

Tren Alternativo

• Cigüeñal
• Volante motor
• Bielas
• Pistones

Distribución

• Válvulas
• Árbol de levas
• Correa o cadena de distribución

Refrigeración

• Bomba de líquido refrigerante y circuito

Lubricación

• Bomba de aceite y circuito

Motor Otto

Combustible y Combustión

El motor Otto usa gasolina, una sustancia muy volátil. El índice de octanaje de la gasolina indica la temperatura a la que puede alcanzar cuando se comprime sin que autoencienda. La mezcla ideal es de 1 kg de gasolina por 14,7 kg de aire.

La chispa salta momentos antes del PMS (Punto Muerto Superior) en el ciclo de 4 tiempos.

Cálculos de Volumen y Relación de Compresión

Vu = (π×D²)/4 × L

Rc= Vu+Vc/ Vc

Ciclos Termodinámicos

• Isócora
• Isobárica
• Adiabática
• Isoterma

Ciclo Práctico

El ciclo práctico del motor Otto incluye:

• Avance encendido
• Avance apertura escape

Pérdidas

• Pérdidas por bombeo en admisión y escape
• Pérdidas de carga en cilindro
• Pérdidas de calor al sistema de refrigeración
• Pérdidas de tiempo en la combustión
• Pérdidas por AAE (Avance Apertura Escape)

Compresión y Combustión

Cuanto mayor sea la compresión, mayor será el rendimiento. La inyección indirecta tiene una relación de compresión de 8/1 a 10/1, mientras que la inyección directa tiene una relación de 10/1 a 14/1.

El avance de encendido (AE) se produce entre 5 y 40 grados antes del PMS, dependiendo de la velocidad de giro. La explosión ocurre a unos 2000 grados y 40 bares de presión.

Diagrama de Distribución

El diagrama de distribución muestra los tiempos de apertura y cierre de las válvulas:

• Avance encendido
• Avance apertura escape antes del PMI
• Retraso cierre escape después del PMS
• Avance apertura admisión antes del PMS
• Retraso cierre admisión después del PMI

Motor Otto de Inyección Directa

En motores de inyección directa, el combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión.

Para cargas altas, se puede inyectar en dos fases: parte del combustible se suministra en admisión y parte en compresión.

Ventajas

• Reduce el consumo de combustible entre el 15 y el 20%
• Aumenta la relación de compresión entre 2 y 3 puntos, aumentando el rendimiento térmico
• Combinada con la sobrealimentación, consigue altos valores de par desde bajas revoluciones