FUNCIONAMIENTO DE 4 CICLOS DE MOTORES

INSTITUCIÓN EDUCATIVA «DHIGZA-TRONIC»

QUIÉNES SOMOS

• Una institución educativa dedicados hace mas de 4 años, a formar y capacitar a profesionales en el sistema de reparación y mantenimiento de Motores Diesel .

• -Asimismo contamos con infraestructura de ultima generación, en el rubro de mecánica automotriz y con profesionales de alto nivel con tecnología moderna.

• DIRIGIDO A: Alumnos de Institutos, Profesores de Mecánica, técnicos, y Publico en general.

CÓMO FUNCIONA UN MOTOR DE 4 TIEMPOS

Un motor de combustión interna es básicamente una máquina que mezcla oxígeno con combustible gasificado. Una vez mezclados íntimamente y confinados en un espacio denominado cámara de combustión, los gases son encendidos para quemarse (combustión).Debido a su diseño, el motor, utiliza el calor generado por la combustión, como energía para producir el movimiento giratorio que conocemos. Motor a Gasolina o Alcohol

En la figura animada que aparece más abajo se puede apreciar el funcionamiento del motor de 4 tiempos.

PRIMER TIEMPO:

Admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira la mescla de aire combustible en los motores gasolina, en motor diesel, aspira aire. La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal da 180º equivale a ½ vuelta de giro del eje cigüeñal y el árbol de levas da 90º y la válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.

SEGUNDO TIEMPO:

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 cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es ascendente.

TERCER TIEMPO:

Explosión: Al no poder llegar al final de carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado, salta la chispa en la bujía provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diésel, se inyecta mediante un inyector el combustible 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 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 da 180º mientras que el árbol de levas da 280º, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

CUARTO TIEMPO:

Escape: En esta fase el pistón empuja cuidadosamente, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al final de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal da 720º y el árbol de levas da 370º y su carrera es ascendente.

EXPANSIÓN: FUERZA DE EMPUJE

 

Calor que se genera en la cámara de combustión cuando se quema la mezcla produce fuerza de expansión en los gases presentes. Esta característica expansiva de los gases es lo que ejerce la fuerza para generar el movimiento del motor.

Presión Media Efectiva, corresponde a la presión promedio que ejercen los gases durante la carrera de expansión en un motor.

EXPANSIÓN: FUERZA DE EMPUJE

Comparando dos motores iguales, aquél que es capaz de quemar apropiadamente mayor cantidad de combustible, dispone de mayor presión de expansión para impulsar los pistones. Rendimiento Volumétrico

Como el tiempo de admisión es demasiado breve, los gases de mezcla fresca dentro del cilindro nunca alcanzan el valor de la presión atmosférica. Comparando dos motores iguales, el que sea capaz de llenar en mejor forma sus cilindros será el más eficiente.Se denomina rendimiento volumétrico al porcentaje de presión de llenado de un cilindro. Por ejemplo, si la presión barométrica es de 1.000 milibares, el motor tendrá un 80% de rendimiento volumétrico cuando los gases en sus cilindros alcanzan una presión de 800 milibares, antes de comenzar la carrera de compresión. Entre dos motores iguales, el que tiene mayor rendimiento volumétrico genera más potencia puesto que dispone de mayor número de moléculas de oxígeno que le permiten quemar mayor cantidad de combustible. Los sistemas de admisión de motores para vehículos de calle, se diseñan de manera que el rendimiento volumétrico máximo se alcance a velocidades medias de alrededor de 3.000 a 4.000 RPM. Cuando el llenado de los cilindros es máximo entonces el torque es máximo. Esto último no significa que su potencia sea máxima.

FUERZA DE TORSIÓN

El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión. Para que la torsión exista se requieren 2 fuerzas (par), que se ejercen en sentido opuesto. VEl valor del par depende del radio de acción de la fuerza (brazo). La mayor o menor torsión que genera una fuerza, depende de la distancia al punto de pivote. A mayor brazo mayor par.Ver, la figura.

PAR DE TORSIÓN

El par o torque es un número que expresa el valor de la fuerza de torsión. Se expresa en kilos x metros. Es decir, si ejercemos una fuerza de 1 kilo con un un brazo de 1 metro el torque o par será de 1 kilo x metro (1 kilográmetro).En un motor de pistones la capacidad de ejercer fuerza de torsión es limitada. Depende de la fuerza de expansión máxima que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico es máximo y por lo tanto, se dispone de mayor temperatura para expandir los gases.El par motor también depende del largo del brazo del cigüeñal. Los motores de mayor tamaño están equipados con cigüeñal de brazo más largo. Esto les da la posibilidad de ejercer igual par de torsión con menos fuerza de expansión de los gases.

TRABAJO Y POTENCIA

La física define como trabajo el desplazamiento de un cuerpo por efecto de una fuerza. El trabajo se mide en términos numéricos, multiplicando la fuerza ejercida por la distancia recorrida. Es decir, si movemos un cuerpo con la fuerza de un kilógramo para que recorra 1 metro, estamos efectuando un trabajo de 1 kg x metro. A mayor fuerza ejercida mayor trabajo efectuado. Cuando se realiza trabajo y la trayectoria es circular, como es el caso de un motor, el cálculo del trabajo se expresa: Trabajo = Fuerza x 2¶r, donde ¶ es una constante (3,1416) y r es el radio de giro.

POTENCIA PS Y HP

La potencia es trabajo mecánico que incorpora en su valor el parámetro tiempo. Es decir, la potencia se expresa con un número que cuantifica el trabajo efectuado durante un lapso de tiempo. Mientras más rápido se realiza el trabajo la potencia que se desarrolla es mayor.

La medida original de potencia se expresa en caballos de fuerza o PS (Pferdestärke), y proviene del sistema métrico alemán.

El valor de 1 PS equivale a levantar 75 kilógramos a 1 metro de altura en 1 segundo, (75 kg x metro/segundo). Su equivalencia en el sistema de medida inglés es el HP (Horsepower). El valor de un PS se diferencia levemente del HP: 1 PS = 0.9858 HP.

1 HP es igual a levantar 1 libra a 550 pies de altura en 1 segundo. La capacidad de ejercer torque y potencia en un motor es limitada. Depende de la fuerza de expansión que logran los gases en el cilindro. El torque máximo se consigue cuando el rendimiento volumétrico (% de llenado de los cilindros) es máximo.

La potencia en términos generales, expresa la capacidad para ejecutar un trabajo en

el menor tiempo posible. Una fuente de energía que puede mover 1 kg de peso por una distancia de 1 metro en un sólo segundo es más 'potente' que otra capaz de desplazar el mismo peso en 2 segundos.

POTENCIA PS Y HP

La potencia en términos generales, expresa la capacidad para ejecutar un trabajo en el menor tiempo posible. Una fuente de energía que puede mover 1 kg de peso por una distancia de 1 metro en un sólo segundo es más 'potente' que otra capaz de desplazar el mismo peso en 2 segundos.

COMPRESIÓN DE MOTOR

La relación de compresión es el término con que se denomina a la fracción matemática que define la proporción entre el volumen de admisión y el volumen de compresión.Fórmula para Calcular la Relación de Compresión Teórica.

V1 + V2 V1

V1 = Capacidad en centímetros cúbicos de la cámara de combustión de la culata.

V2 = Capacidad del cilindro, con el pistón en su punto muerto inferior.

En general, la eficiencia térmica (capacidad para transformar calor en movimiento), y la potencia, dependen de la relación de compresión.Un motor gasta energía para comprimir los gases y aporta energía al quemar los gases. A medida que se aumenta la compresión, la diferencia entre gasto y aporte de energía crece. Es decir, a mayor compresión el motor es más eficiente.

RELACIÓN DE COMPRESIÓN EFECTIVA

Para calcular el valor real de la relación, el volumen del cilindro requiere ser medido, no con su pistón en punto muerto inferior, sino que a partir de la posición que tiene cuando termina el cierre de la válvula de admisión.

Presión de Cilindro La presión de un cilindro se mide con un manómetro de presión

(compresímetro), y es necesario tomar una muestra de ella para conocer el grado de estanqueidad (sello) de los cilindros. Como esta presión se mide a muy bajas revoluciones y con el motor frío, no se puede considerar como método de diagnóstico definitivo. Sin embargo, esta medición determina con precisión la diferencia de estanqueidad entre cilindros. Cubicación de Motor

Los motores de competencia requieren de una relación de compresión específica. Para comprobarla se miden los volúmenes mendiante la cubicación.

UTILIZACIÓN DEL CALOR

La gasolina es la fuente de energía primaria de un motor. Quemarla significa generar la fuerza suficiente para mover partes móviles y además entregar un excedente para fuerza de giro.

EFICIENCIA TÉRMICA DE MOTOR

Un motor de pistones, alimentado con gasolina, no es capaz de alcanzar 100% de eficiencia térmica. Es decir, no puede aprovechar todo el calor generado por la combustión para transformarlo en fuerza motriz. Los motores de combustión interna a gasolina son derrochadores, su eficiencia térmica es bastante pobre. Alrededor de 30% de la energía calórica que disponen, la transforman en movimiento y la otra parte la disipan (pérdida), hacia la atmósfera. Su popularidad se basa en la agilidad de aceleración que presentan, a diferencia de otros tipos como el diesel, que arrojan mejor eficiencia térmica pero son más lentos.

RENDIMIENTO CALÓRICO

No todos desperdician igual cantidad de calor durante su funcionamiento. Comparando motores de características iguales, se considera más eficiente a aquel que utilice mejor porcentaje de calor para producir fuerza motriz. Variadas son las razones por la cual un motor puede cambiar su eficiencia térmica. Como ejemplo podemos mencionar un motor que está siendo refrigerado en exceso. Es decir, su sistema de refrigeración no es el apropiado ya que retira mayor calor que el adecuado. Como consecuencia de esto el conjunto opera a temperaturas menores y su fuerza motriz decae.

EL MOTOR ATMOSFÉRICO

Para la alimentación de motor de pistones, se utiliza la presión atmosférica. Es decir, a medida que el pistón se desplaza en carrera de admisión, la presión atmosférica empuja el aire mezclado con gasolina hacia el interior del cilindro para llenar el espacio generado. La velocidad que alcanza el gas para llenar el cilindro depende absolutamente de la presión atmosférica. Si la presión atmosférica es mayor, la fuerza con que será empujado el gas hacia el interior del cilindro también será mayor.

AIRE Y PRESIÓN ATMOFÉRICA

El aire atmosférico se compone de 78% de Nitrógeno, 21% de Oxígeno y concentraciones menores de dióxido de carbono, argón, neón, helio, criptón, xenón, hidrógeno, metano, óxido nitroso, ozono y vapor de agua. Cuando la presión atmosférica es mayor entonces el número de moléculas de oxígeno contenidas, por ejemplo en un litro, también es mayor. La mayor concentración de oxígeno por unidad de volumen permite quemar más combustible a la vez, por lo cual el motor aumenta su rendimiento volumétrico, genera más fuerza motriz y desarrolla mayor potencia.

SOBREALIMENTACIÓN DE MOTOR

El motor de pistones también funciona con presiones superiores a la atmosférica. Para lograr mayor rendimiento volumétrico la alimentación de motor se puede realizar con un turbocargador. Este equipo empuja el aire de alimentación con una fuerza superior a la presión atmosférica. Como consecuencia se obtiene un motor capaz de quemar más gasolina, desarrollar más potencia y alcanzar mayor número de revoluciones.