Fundamentos del Ciclo Otto: Funcionamiento Detallado y Distribución de Válvulas

El Ciclo de Cuatro Tiempos (Ciclo Otto)

El funcionamiento de los motores de combustión interna de cuatro tiempos se basa en una secuencia precisa de eventos que transforman la energía calorífica en trabajo mecánico. A continuación, se detallan las fases clave del ciclo Otto.

Fases del Ciclo Termodinámico

1. Admisión

La válvula se abre y el pistón desciende. El llenado se realiza a una presión inferior a la atmosférica debido a las pérdidas de carga en el conducto de admisión.

2. Compresión

Con las dos válvulas cerradas, el pistón asciende comprimiendo la mezcla. El encendido se produce en el punto 3, antes de que el pistón llegue al PMS (Punto Muerto Superior).

3. Combustión

Una vez iniciada la combustión en el punto 3, esta se propaga de forma muy rápida pero no instantánea. El incremento de volumen hace que la presión máxima de combustión sea inferior a la máxima (presión teórica).

4. Expansión (Carrera de Trabajo)

El pistón desciende en la carrera de trabajo. Esta carrera no es adiabática, ya que parte del calor es evacuado al sistema de refrigeración.

Proceso de Escape y Expulsión de Gases

Principio de Escape

La válvula de escape se abre en el punto 5, antes de que el pistón llegue al PMI (Punto Muerto Inferior). Es necesario porque el descenso de la presión necesita cierto tiempo durante el cual el pistón hace el recorrido.

Expulsión de los Gases

En el PMI, la presión ya ha descendido lo suficiente y el pistón sube expulsando los gases quemados.

Consideraciones Técnicas Adicionales

Relación de Compresión y Autoencendido

La relación de compresión usada en los motores Otto oscila entre 8:1 y 11:1. Para valores superiores, existe riesgo de autoencendido, ya que el gas comprimido puede superar los 500 °C.

Avance del Encendido

En la combustión de los gases se requiere un tiempo para alcanzar la máxima presión. Como consecuencia, el encendido debe iniciarse con un cierto avance respecto a la posición del PMS, con el fin de que el pistón reciba el máximo impulso inmediatamente después de pasar el PMS.

Proceso de Combustión

La inflamación de la mezcla se inicia a través de una chispa eléctrica que salta entre los electrodos de la bujía. Esta presión se aplica sobre la superficie de la cabeza del pistón en su descenso, produciéndose la expansión de los gases dentro del cilindro. En este momento se produce la transformación de energía calorífica en trabajo mecánico.

Intercambio de Gases

Comprende los procesos de admisión de la mezcla en el cilindro y expulsión de los gases quemados. Los motores Otto giran con un elevado número de revoluciones, por lo que el intercambio de gases debe realizarse en un periodo corto.

Diagrama de Distribución y Cotas

Se representan los puntos de apertura y cierre de válvulas, así como los ángulos totales que permanecen abiertas. Los ángulos o cotas de distribución se miden en grados de giro del cigüeñal respecto de los puntos muertos superior (PMS) e inferior (PMI).

Cotas de Distribución Comunes:

• AAE (Avance Apertura Escape): Antes del PMI.
• RCE (Retraso Cierre Escape): Después del PMS.
• AAA (Avance Apertura Admisión): Antes del PMS.
• RCA (Retraso Cierre Admisión): Después del PMI.