Motores de Combustión Interna: Funcionamiento y Parámetros Clave

Parámetros Básicos en Motores de Combustión

Definiciones:

• Diámetro (D): Diámetro del cilindro en milímetros (mm).
• Carrera (S): Distancia que recorre el pistón entre el Punto Muerto Inferior (PMI) y el Punto Muerto Superior (PMS), en milímetros (mm).
• Área del pistón (Ap): Se expresa en milímetros cuadrados (mm²).
• Volumen desplazado/unitario (Vu): Volumen del cilindro cuya base es el área del pistón (Ap) y su altura la carrera (S). Se expresa en centímetros cúbicos (cm³).
• Volumen de la cámara de combustión (Vcc): Volumen cuando el pistón está en el PMS. Se expresa en centímetros cúbicos (cm³).
• Relación de compresión (r): Relación entre el volumen disponible cuando el pistón está en el PMI y el volumen disponible cuando está en el PMS.
• Número de cilindros.
• Cilindrada total (Vt): Es el volumen desplazado/unitario en todos los cilindros. Se expresa en centímetros cúbicos (cm³).

Tipos de Motores Según Relación Carrera-Diámetro (S/D)

• Si D > S o S/D < 1: Motor supercuadrado (común en motocicletas, poco par, altas revoluciones).
• Si D = S o S/D = 1: Motor cuadrado (común en motores de gasolina).
• Si D < S o S/D > 1: Motor alargado (común en motores diésel, más lento, mayor par).

Ciclo Teórico de un Motor Otto de 4 Tiempos

1. Fase de admisión (1-2): El pistón se encuentra en el PMS. Se abre la válvula de admisión y el pistón baja hasta el PMI, llenando el cilindro con la mezcla de aire y combustible. La válvula de admisión se cierra. Esta es una transformación isóbara, ya que la presión se mantiene constante (presión atmosférica). El cigüeñal ha girado 180º.
2. Fase de compresión (2-3): El pistón sube desde el PMI hasta el PMS, comprimiendo la mezcla. Las válvulas permanecen cerradas. Esta es una compresión adiabática, ya que no hay transferencia de calor. El cigüeñal completa una vuelta (360º).
3. Fase de combustión y expansión (3-4-5): Con el pistón en el PMS, la bujía genera una chispa que inflama la mezcla. La combustión se produce a volumen constante (transformación isócora, 3-4), aumentando la presión y la temperatura. Los gases de la combustión se expanden, empujando el pistón hacia el PMI (4-5). Al final de esta fase, el cigüeñal ha girado 540º. Este es el único tiempo en el que el motor entrega trabajo.
4. Fase de escape (5-2-1): El pistón está en el PMI. Se abre la válvula de escape (5-2), permitiendo que la presión del cilindro se iguale a la atmosférica (transformación isócora). El pistón sube hasta el PMS (2-1), expulsando los gases quemados a través de la válvula de escape, que permanece abierta. Este proceso ocurre a presión constante (transformación isóbara). Al final, el cigüeñal ha girado 720º (dos vueltas completas).

Ciclo Teórico de un Motor Diésel de 4 Tiempos

1. Fase de admisión (1-2): Similar al motor Otto, pero solo entra aire en el cilindro.
2. Fase de compresión (2-3): Transformación adiabática. Se comprime solo aire, pero la relación de compresión es mayor que en los motores Otto. Esto eleva la presión y la temperatura del aire a más de 500ºC, lo suficiente para que el combustible se autoinflame.
3. Fase de combustión y expansión (3-4-5): Con el pistón en el PMS y el aire a alta temperatura, se inyecta el combustible. Este se autoinflama al entrar en contacto con el aire caliente. La inyección de combustible continúa durante la expansión, y la combustión también (3-4). Una vez finalizada la inyección y la combustión, comienza la fase de expansión adiabática (4-5) hasta que el pistón llega al PMI. Este es el único tiempo en el que el motor entrega trabajo.
4. Fase de escape (5-2-1): Similar al motor Otto.