MOTORES MONOCILINDRICOS.

Un motor es una maquina que transforma cualquier tipo de energía que se le aplique, en energía mecánica para obtener movimiento.

Es un motor térmico que transforma la energía química de la gasolina en energía mecánica para obtener movimiento, mediante un proceso térmico de funcionamiento. La gasolina mezclada con el aire en proporción conveniente, se comprime en un cilindro mediante un pistón o embolo y se hace explosionar la mezcla por medio de una chispa proporcionada por un sistema de encendido, la enorme fuerza explosiva es recibida por el pistón y se convierte en energía mecánica por el mecanismo clásico de biela-manivela (la manivela esta formada por dos brazos del cigüeñal y la muñequilla que une los mismos)

DESCRIPCION DEL MOTOR DE UN CILINDRO.

Dentro de cada cilindro (fig. 1.1), tapado por la parte alta de la culata, y ajustándose a sus paredes, se desliza arriba y abajo un pistón o embolo, que por una biela, articulada en ambos extremos se enlaza a la muñequilla o codo del cigüeñal, que es el eje de giro cuya rotación se transmite a las ruedas.

Cuando el pistón recibe por su parte alta la explosión de la mezcla aire-gasolina, se desplaza con fuerza hacia abajo y su movimiento rectilíneo se convierte, por medio de la biela en movimiento circular (giro del cigüeñal). Recíprocamente, si este gira, el pistón al enlazado por la biela tendrá que moverse arriba y abajo del cilindro. La posición mas baja del codo corresponde al punto mas bajo del recorrido del embolo, donde cambia de dirección su movimiento rectilíneo, pues si el cigüeñal sigue girando, el pistón, que antes bajaba, tendrá que subir, esta posición conjunta mas baja del codo y del pistón se llama punto muerto inferior PMI. Cuando el codo del cigüeñal esta lo mas alto posible, también el pistón esta en la parte mas elevada de su recorrido, donde cambia nuevamente de sentido su movimiento al seguir girando el cigüeñal, es el punto muerto superior PMS.

El volante es una rueda pesada, montada en el cigüeñal y que actúa en la forma que se explicara.

El cilindro (fig. 1.2) esta tapado por la parte superior con la culata, pieza que tiene dos conductos: uno de admisión, para que se introduzca la mezcla, con una o dos válvulas (válvulas de admisión) y otro de escape para evacuar los gases al exterior con una o dos válvulas (válvulas de escape), la culata lleva también un orificio en el que se introduce la bujía y la zona de las válvulas y de la bujía en la culata están situadas en un espacio cóncavo que forma la cámara de compresión o cámara de explosión, la culata tiene también unos vaciados alrededor de los asientos de válvula para que circule el agua de la refrigeración.

EL CICLO DE CUATRO TIEMPOS (A VOLUMEN CONSTANTE)

Para explicar el funcionamiento del motor, se supone que esta ya girando, bien en régimen normal o bien porque se le obliga a girar con el arranque eléctrico moviendo el volante. Para que el motor funcione por si solo es necesario que el pistón haga cuatro recorridos: dos de arriba a bajo y dos de abajo arriba; en cada uno de ellos ocurre en el interior del cilindro una operación distinta (fig. 1.3) y por eso se llama ciclo de cuatro tiempos o de Otto que fue su realizador.

PRIMER TIEMPO: ADMISION. El pistón se encuentra en el PMS y comienza a descender creando un vacio en el cilindro, cuyo espacio libre aumente a medida que desciende el pistón, la mezcla de aire gasolina proporcionada por el sistema de alimentación va llenado el cilindro a través del colector de admisión. Cuando el pistón llega al PMI se cierra la válvula. En ese tiempo el cigüeñal a girado media vuelta. Si representamos en un eje de coordenadas los valores de la presión interior (fig. 1.4), alcanzada por los gases y el volumen que ocupa el pistón desde el PMS al PMI, vemos que en ese tiempo teóricamente los gases han entrado a la presión atmosférica de 1.033 kp/cm2, debida ala presión cread por el pistón. El valor de la presión esta representado por la recta A, que se llama isobara

SEGUNDO TIEMPO: COMPRESION. El pistón sube del PMI al PMS manteniéndose las válvulas cerradas. Los gases que llenaban el cilindro van ocupando un espacio cada vez más reducido, la presión interior de los mismos se eleva, así como su temperatura, hasta ocupar el espacio de la cámara de compresión en la culata, cuando el pistón llega al PMS (fig. 1.5)

TERCER TIEMPO: EXPLOSION. Cuando los gases comprimidos en la cámara de compresión, con el pistón en el PMS, salta una chispa en la bujía que produce la explosión de la mezcla teóricamente instantánea, que empuja el pistón hacia abajo, transmitiéndose por la biela un fuerte giro al cigüeñal, que a su vez recibe el volante, almacenando una energía que después devolverá en los tiempos muertos de escape, admisión y compresión. Las válvulas han permanecido cerradas, se ha producido una carrera motriz, un tiempo efectivo, los otros tres son de preparación y el cigüeñal a dado otra media vuelta. (fig. 1.6)

La presión interior de los gases se ha elevado con la explosión a 50-60kp/cm2 de forma instantánea, teóricamente, cuando el pistón se encuentra en el PMS, se dice que este ciclo es a VOLUMEN CONSTANTE, porque se produce la explosión con el pistón en el PMS sin que e se cree mas presión cuando el pistón baja, es como un golpetazo que recibe el mismo. El ciclo diesel es distinto como luego se vera.

El pistón desciende hasta el PMI produciéndose una expansión adiabática, las dos válvulas se mantienen cerradas y al final, la presión tiene un valor P, hasta que se abre la válvula de escape y se iguala con la atmosférica.

CUARTO TIEMPO: ESCAPE. Estando en pistón en el PMI se abre la válvula de escape, baja la presión interior del cilindro de P a Pa presión atmosférica, el pistón sube empujando los gases hacia la salida conservándose el valor de la presión. La línea E, isobara, representa el tiempo de escape, el cigüeñal a dado otra media vuelta. (fig. 1.7)

En el PMS se cierra la válvula de escape y vuelve a empezar el ciclo. La superficie S del diagrama indicador da idea del trabajo desarrollado por el motor, cuanto mayor sea la superficie, mayor trabajo se ha realizado y mas potencia del motor habremos obtenido. El cigüeñal ha dado dos vueltas en el ciclo y hemos obtenido una explosión o carrera motriz útil habiendo tres tiempos auxiliares de preparación.

CICLO PRÁCTICO.

El comportamiento de un motor durante sus fases o tiempos de trabajo no se realiza con la exactitud del ciclo teórico expuesto, hay unos factores que hacen que el trabajo desarrollado por el ciclo teórico descrito sea menor, la mezcla no entra en el cilindro de forma instantánea, el llenado no es perfecto a la presión atmosférica, hay perdidas de calor y no se consiguen las presiones teóricas expuestas, son ligeramente inferiores, la superficie útil del diagrama indicador en el ciclo practico es inferior a la del ciclo teórico.

Para mejorar el rendimiento del motor las válvulas de admisión y escape no se abren y cierran en los puntos muertos superior e inferior, se modifican sus tiempos de apertura y cierre, ala explosión no es instantánea, tarda un cierto tiempo en producirse, muy pequeño, pero las grandes velocidades que adquiere el pistón en su movimiento hace que sea preciso modificar el momento en que se produce la chispa de encendido.

Todo ello contribuye a que en la práctica el motor de explosión funcione de la siguiente forma.

PRIMER TIEMPO; ADMISION. Durante este tiempo el llenado del cilindro, no se produce ala presión atmosférica, sino con un valor menor. Por muy bien que se ajusten los segmentos en el cilindro el vacio que produce el pistón no es perfecto, siempre hay perdidas; además el recorrido de los gases esta sujeto a roses en las paredes del colector de admisión, que hacen que el llenado no sea perfecto y que la presión interior del cilindro este por debajo de la atmosférica.

Para remediar en parte esas perdidas, la válvula de admisión, se abre entes de que el pistón llegue al PMS (AAA), unos 20º aproximados, de promedio de giro del cigüeñal, cuando ya finalizaba el tiempo de escape, dependiendo del tipo de motor, la mezcla así comienza a entrar antes en el cilindro. Esta cota en algunos motores no existe.

En general en todos los motores que exista retraso al cierre de la admisión RCA: la válvula de admisión se cierra después de que el pistón pase por el PMI. Durante la carrera descendente del pistón los gases siguen entrando y la inercia adquirida por los mismos hace que se siga llenando el cilindro aun después de que el pistón pase por el PMI, manteniendo la válvula de admisión abierta. Se relacionan unos ejemplos de motores actuales con las cotas dadas por el fabricante de las válvulas de admisión, en las que se aprecia la innovación que supone, con respecto a motores más antiguos, el comentado RAA (retraso a la apertura de admisión)

En la figura 1.8 se representa el valor de la presión interna de los gases según la posición del pistón. Se abre la válvula de admisión 5ºdespues de que el pistón pase por el PMS los gases contenidos en el colector de admisión entran cuando el pistón ha empezado a bajar, creando una depresión tal que el abrir la válvula se acelera la entrada de gases. Existe un RCA de 25º, la inercia adquirida por los gases hace que sigan entrando al cilindro aun cuando el pistón sube haciendo ya compresión.

SEGUNDO TIEMPO: COMPRESION. Igual en el ciclo teórico y práctico, los gases son reducidos a la cámara de compresión. Las pérdidas de calor que se producen hacen que la presión interior disminuya con respecto al ciclo teórico, alcanzándose valores de 9kp/cm2 a 10 kp/cm2 (fig. 1.9)

TERCER TIEMPO: EXPLOSION. La chispa de encendido salta antes de que el pistón llegue al PMS del tiempo de compresión. Hay que considerar que la explosión no es instantánea, tarda un cierto tiempo. Al saltar la chispa se explosionan las capas de mezcla mas próximas a la bujía, el frente de la llama avanza hacia las capas mas alejadas. Con el objeto de que la expansión de los gases se aproveche el máximo, se hace saltar la chispa unos grados de giro antes de que el pistón llegue al PMS, así mientras se comunica la explosión a toda la mezcla, el pistón se sitúa en el PMS empezando a bajar, momento ideal para recibir la onda expansiva. (fig. 1.10)

CUARTO TIEMPO. ESCAPE. Es general en todos los motores un cierto avance a la apertura del escape (AAE), del orden de 18º a 37º, es tendencia actual avanzar el cierre del escape (ACE), con lo que se disminuye o se evita el giro de solape. (Las dos válvulas abiertas al mismo tiempo), que se producía con la cota de (RCE), que existía y aun existe en los motores menos actuales, se citan algunos ejemplos de motores actuales con las cotas de reglaje en las válvulas, de escape y su comparación con las válvulas de admisión. (fig. 1.11)

En el primer caso hay dos de solape: la válvula de escape se cierra 3º antes del PMS, y la admisión se abre 5º antes del PMS, luego están dos de giro del cigüeñal abiertas, en el segundo caso no coinciden, no hay solape.

TRASLAPO O SOLAPE.

Tiene esta denominación el tiempo que transcurre estando abiertas las válvulas de admisión y escape de un cilindro, expresado en grados de giro del cigüeñal, en la actualidad es poco frecuente, era producido por la conveniencia de aumentar los tiempos de apertura de las válvulas, citadas para mejorar el llenado y barrido de los gases. En la actualidad y como se puede ver en los ejemplos anteriormente expuestos, no existe el solapo, los fabricantes no creen conveniente que las dos válvulas permanezcan abiertas a la vez, los avances alcanzados en el estudio de la circulación de los gases en los conductos de admisión y escape, ha permitido optimizar el diseño de los mismos haciendo que la “respiración” del motor sea mas intensa, sin que exista peligro de que halla una comunicación de gases frescos con los gases quemados que disminuya la potencia del motor. En al fig. 1.12 se detalla el ciclo practico para un motor con las cotas del primer ejemplo anterior puesto RAA 16º y RCA 25º, AEE 28ºy ACE 19º.

Las cotas se pueden marcar en el volante del motor, que para uno que gire a derechas, como es normal, desde la posición del volante el giro se ve a izquierdas y sobre el, se ha dividido la circunferencia exterior en grados de giro, en el interior se ha pintado el arco de giro correspondiente a cada tiempo con los instantes de apertura y cierre de las válvulas. En el detalle 1 se expresa la posición del embolo (no a escala) cuando se abre la válvula de admisión, 16º después del PMS pasa el pistón por el PMI, y se cierra la válvula, 25º de retraso (detalle 2), a admisión a durado 180º -16º+25º=189º marcados en el interior desde RAA hasta RCA, luego viene la compresión (detalle 3), y la explosión, cuando faltan

28º para que el pistón llegue al PMI, se abre la válvula de escape (detalle 4), y se cierra 19º antes de que el pistón llegue al PMS(detalle 5). El escape a durado 180º+28º-19º= 189º, en el detalle 6 se ven comparadas gráficamente las duraciones de cada tiempo del ciclo y se observa que desde el cierre de la válvula de escape hasta la apertura de la válvula de admisión hay un ángulo de 45º, no hay solape, durante ese ángulo de giro del cigüeñal, las dos válvulas están cerradas. La tendencia actual es semejante, en todos los motores, no se pierden por el escape gases frescos ni se mezclan con los quemados, existe una respiración del motor sin contaminación.

ELEMENTOS QUE COMPONEN EL MOTOR:

En un motor de automóvil, se pueden distinguir, para su estudio, los elementos fijos o estáticos necesarios para su funcionamiento, (Carter, cilindros, culata y colectores), y los elementos móviles o dinámicos, que durante el funcionamiento del mismo, están sometidos a altas temperaturas, y grandes esfuerzos (pistón, biela, cigüeñal, volante motor y dámper.

EL CILINDRO. En su interior se producen los cuatro tiempos del ciclo y dentro de el se desliza el pistón con movimiento alternativo entre el PMS e el PMI, por lo que las paredes del cilindro, tienen un acabado cuidado, el acabado final de un cilindro en la pared que roza con el pistón, debe ser cuidado pero sin llegar a tener un pulimiento espejo, en la actualidad los cilindros se dejan con un “rayado” final en el pulimiento, para que las paredes retengan las partículas de aceite, necesarias para una buena lubricación. Las maquinas pulidoras que dan el último acabado, dejan hecho este rayado.

En los motores de varios cilindros es conveniente fundirlos todos en una sola pieza, llamada bloque. Cuando el tamaño de los cilindros es muy grande, suelen fundirse de dos en dos para mayor facilidad de fabricación, cosa que ocurre principalmente en algunos motores para camión. El material empleado para su construcción, es la fundición (hierro y carbono en una proporción de C superior al 1.8%)

En las oquedades del bloque del motor destinadas a los cilindros, se insertan unas camisas o forros de fundición aleada, que forman realmente el cilindro y su exterior, forman unos con otros las cámaras, de agua (fig. 1.13), se llaman camisas “húmedas” por estar en contacto con el agua de la refrigeración.

FUNCIONAMIENTO DE MOTORES

MOTORES DE CUATRO CILINDROS.

El cigüeñal de un motor de cuatro cilindros en línea (o sea unos a continuación de otros), para el mejor equilibrio de los órganos en movimiento, tiene siempre la forma de la figura 1.39, es decir, con los codos correspondientes a los cilindros extremos en la misma posición relativa, e igualmente con la de los cilindros centrales. El cigüeñal representado gira sobre cinco apoyos o cojinetes, intercalado uno entre cada dos cilindros, con lo que el cigüeñal trabaja rápidamente apoyado y puede soportar mayores esfuerzos.

En los motores de cuatro cilindros, las muñequillas del cigüeñal están dispuestas, en ángulo de 180º, de tal manera que numerados los cilindros, de delante a atrás; cuando los pistones de los cilindros, 1 y 4 están en los PMS, los de los 2 y 3 se encuentran en los PMI en la media vuelta siguiente, del cigüeñal ocurrirá la inversa.

Si el pistón de un cilindro esta en el PMS, al trabajar tiene que hacer una admisión o una explosión, el que esta en el PMI, por fuerza al subir ha de efectuar una compresión o una escape. Durante la media vuelta del cigüeñal, cada cilindro esta realizando un tiempo distinto del ciclo, y en cuatro medias vueltas, o sea, en dos vueltas del cigüeñal, se ha realizado los cuatro ti9empos en cada uno de los cuatro cilindros.

Si el pistón 1 esta en el PMI después de la primera vuelta del cigüeñal, habrá ejecutado una admisión o una explosión; si ha sido explosión, el 4, que ha bajado también, habrá hecho la admisión. Al mismo tiempo, el 2 ha subido, por lo que habrá efectuado una compresión o un escape; si ha sido escape, el 3 tendrá que haber hecho la compresión. El trabajo simultaneo de los cilindros en esta primera media vuelta se detallen la figura 1.40; el pistón 1 ha bajado por el impulso recibido con la explosión de la mezcla en el interior de su cilindro, ambas válvulas están cerradas; el pistón 2 sube expulsando los gases quemados procedentes de la explosión ocurrida en ese cilindro durante la anterior media vuelta; su válvula de escape esta abierta. El pistón 3 ha subido comprimiendo la mezcla, que queda preparada para la explosión de la media vuelta siguiente; el pistón 4, al bajar, succiona, por su válvula de admisión, que esta abierta, la mezcla de aire y gasolina que prepara el carburador.

En la media vuelta inmediata, cada cilindro estará en el tiempo siguiente de su ciclo, (fig. 1.41); y así en las medias vueltas sucesivas, como puede seguirse en la figura 1.42para la tercera media vuelta, y en la figura 1.43

El orden en que tienen lugar los tiempos, del mismo nombre es, como se ve 1-3-4-2. El cigüeñal no deja de recibir explosiones durante su giro; en la primera media vuelta, la del cilindro 1; luego la el 3, 4 y 2, para volver a recibir la del 1 etc. Pero las explosiones, aunque seguidas, empiezan y terminan en los puntos muertos del cigüeñal, y por ello el motor de cuatro cilindros, necesita de una precisable volante para que esos puntos muertos sean vencidos a la misma velocidad que los demás en su giro.

Si en la figura 1.40 el cilindro 2 estuviera durante la primera media vuelta, en compresión, en lugar de estar ene escape como se puso, resultaría el orden de trabajo 1-2-4-3, ya muy poco usado, la practica ha demostrado que el llenado de los cilindros extremos 1 y 4, se efectúa mejor con el orden 1-3-4-2, a causa del mas conveniente sentido de las corrientes de gases en el colector de admisión.

MOTORES DE CINCO CILINDROS.

Aunque no sea una disposición muy empleada, algunos fabricantes europeos como Mercedez, Audi, y Volkswagen, han empezado a usarla tanto en motores de gasolina. Cuando se alcanzan cilindradas de 2000cc, los cuatro cilindros empiezan a quedarse cortos, por lo que se plantea la necesidad de aumentar el número de cilindros, para lograr un mejor reparto de esfuerzos en el cigüeñal.

Al pasar a cinco cilindros en lugar de seis, no es por ninguna razón técnica sino por que supone un ahorro en la fabricación del motor (tiene menos piezas), además supone menor peso y, lo que es mas importante, menor longitud del bloque motor que permitirá colocarlo mas fácilmente al diseñador en el comportamiento del motor. Un inconveniente es que su equilibrado no es tan bueno como el de seis cilindros.

Dado que cada dos vueltas del cigüeñal se realiza el ciclo completo, en este caso los codos del cigüeñal, estarán desfasados 144º. En la figura 1.44 se representa el cigüeñal de un motor de cinco cilindros en sentido longitudinal, alzada A, y visto por la parte de la polea del mismo, vista de perfil B suponiendo una colocación de codos como se ve en la figura B y en sentido de giro a derechas, como es normal en los motores y partiendo de la posición del cilindro no 1 en el PMS se realiza el siguiente ciclo representado en el cuadro de trabajo.

En la 1º media vuelta, 180º del giro del cigüeñal, el cilindro numero 1 realiza el recorrido del PMS al PMI haciendo el tiempo de explosión. El cilindro numero 2, desfasado con el 1 72º, bajara haciendo 108º de admisión y 72º de compresión. El cilindro numero 3 bajara realizando 36º de explosión y subirá después haciendo 144º de escape para completar los 180º. El cilindro numero 4 subirá haciendo 144º de compresión hasta el PMS terminando la primera media vuelta con 36º de explosión, para completar 180º. El cilindro numero 5 sube terminando 72º de escape, hasta el PMS, para después realizar 108º de admisión, hasta terminar los 180º de giro de la primera vuelta del cigüeñal.

La 1º media vuelta esta representada en el diagrama C de la figura. Se ha dividido los 180º en cuadros de 36º cada uno, cinco cuadros por tiempo, que es el desfase que existe entre los 180º del giro del cigüeñal que dura cada tiempo y los 144º de ángulo de situación de los codos.

En la segunda media vuelta se ve en el cuadro de trabajo que en el cilindro número 1 realiza el escape. El cilindro numero 2 completa los tres cuadros que le faltaban para terminar la compresión y termina con dos cuadros de explosión.

MOTORES DE SEIS CILINDROS:

En la figura 1.45, detalle 1, se ve el aspecto de un cigüeñal para un motor de seis cilindros, en su forma más corriente, con las bielas y pistones, y su situación relativa en el interior del motor. Los cilindros forman un solo bloque, atacando los émbolos a un mismo cigüeñal, con las muñequillas dispuestas, en ángulo de 120º, produciéndose en cada ciclo seis fuerzas motrices. Los pistones de los cilindros, 1y 6 ocupan la misma posición e igual ocurre con los grupos 2-5 y 3-4. Cada grupo, (1-6, 2-5, 3-4), esta dispuesto a un tercio de vuelta, del siguiente, para determinar un orden de encendido es fundamental la posición que ocupen los codos del cigüeñal, pues variando la forma de este, podrían obtenerse varios ordenes de explosiones.

El trabajo simultaneo de los seis cilindros, se aprecia en el detalle 2 de la misma figura (no se dibujan las válvulas para mayor sencillez), el 4 acaba de hacer explosión, el 1 la empieza en la posición de la figura. Al tercio de vuelta siguiente, habrán llegado al PMS, los pitones 2 y 5; cuando empiecen a bajar, uno de los dos lo hará en explosión, y como el 5 estaba en compresión, este será el que realice la carrera de trabajo, mientras que el 2, que estaba en escape, hará la admisión. Al tercio de vuelta siguiente, estará en el PMS los pistones 3 y 4; como en el cilindro 4 ocurrió la explosión en la vuelta anterior, ahora será en el 3, y así sucesivamente.

Las operaciones en cada cilindro, a medida que gira el motor, se puede seguir fácilmente, viendo en el detalle 3, a cada tercio de vuelta, que codos del cigüeñal se

presentan en el PMS y que tiempo del ciclo realizaba cada cilindro. El orden de explosiones resultante es 1-5-3-6-2-4, que es, prácticamente el único empleado.

Suponiendo una colocación de codos como se ve en el detalle y un sentido de giro a derechas, partiendo de la posición de los cilindros 1 y 6 en el PMS se realiza el siguiente ciclo representado en el cuadro de trabajo 4 figura 1.15.

En la primera media vuelta, 180º del giro del cigüeñal, los cilindros numero 1 y 6 realizan el recorrido del PMS al PMI haciendo el tiempo de explosión, el 1, y admisión, el 6. Los cilindros 2 y 5 suben durante 120º de giro del cigüeñal realizando escape el 2, y compresión el 5, hasta el PMS; terminan 60º de giro, hasta los 180º, hasta los 180º, haciendo admisión el 2 y explosión el 5. Los cilindros 3 y 4 bajan realizando 60ºde giro del cigüeñal hasta el PMI haciendo los tiempos de admisión el 3 y explosión el 4; completando los 120º subiendo y realizando los tiempos siguientes, de compresión el 3 y escape el 4.

La primera media vuelta, esta representada en el diagrama de trabajo en la figura 1.45, detalle 4. Se han dividido los 180º en cuadros de 60º cada uno, tres cuadros por tiempo, que es el desfase que existe entre los 180º de giro del cigüeñal que dura cada tiempo y los 120º de ángulo de situación de los codos.

En la segunda media vuelta, se ve el cuadro de trabajo, 4, que los cilindros 1 y 6 realizan los tiempos siguientes: escape el 1, compresión el 6, los cilindros 2 y 5 hacen 120º de admisión, el 2, y de explosión el 5, completando el tercer cuadro con 60º de compresión el 2y escape el 5. Los cilindros 3 y 4 comienzan la segunda media vuelta con 60º de compresión el 3, y escape el 4. Un cuadro, para seguir realizando los 120º siguientes, explosión el 3 y admisión el 4.

En la tercera y cuarta media vuelta, cada cilindro completa los tres cuadros de 60º de los tiempos correspondientes, como se ve en el diagrama, habiéndose obtenido un orden de explosiones de 1-5-3-6-2-4.

Las explosiones se superponen de forma que 60º antes de la terminación de la explosión en el numero1, comienza la explosión en el numero5, y así ocurre lo mismo con el cilindro3, y con el 6, el 2 y el 4. El cigüeñal esta recibiendo impulsos de la explosión prácticamente de forma constante en toda su longitud.

En dos vueltas del cigüeñal a habido seis explosiones que han empezado cada 120º de giro del mismo, como la explosión dura 180º, se ve que hay una superposición de 60º en la ejecución de las mismas. El volante del motor puede ser más pequeño, no necesita almacenar tanta energía como en los motores de menos cilindros.

MOTORES DE OCHO CILINDROS.

Repartiendo la potencia del motor entre ocho cilindros, todavía se consigue más regularidad en el giro que con los motores anteriores. Para una misma potencia, la fuerza de cada explosión en el de ocho cilindros será menor que en los de cuatro, cinco o seis, y en cambio serán más seguidas porque en cada dos vueltas del cigüeñal habrá ocho explosiones.

La disposición de los cilindros en línea (fig. 1.46), es decir, seguidos, uno a continuación del otro, se utiliza en algunos vehículos pesados y en algunos turismos de altas prestaciones y caros, son motores que de forma longitudinal ocupan mucho espacio, requieren además un cigüeñal muy largo y robusto difícil de equilibrar, los cigüeñales empleados son del tipo “2,4,2”, como un cigüeñal de un cuatro cilindros entre las dos mitades del otro, con los codos del primero (pistones 3-4-5-6) en ángulo recto con las dos mitades del segundo (1-2 y 7-8).

En la figura 1.46 detalle A se representa un cigüeñal de un motor de ocho cilindros en línea visto desde la polea del cigüeñal, de perfil. Suponiendo una colocación de codos expresada y un sentido de giro a derechas, como es normal, partiendo de la posición de los cilindros 1 y 8 en el PMS, se realiza el siguiente ciclo representado en el cuadro de trabajo B en la figura 1.46.

En la primera media vuelta, 180º del giro del cigüeñal, los cilindros 1 y 8 realizan el recorrido del PMS al PMI haciendo el tiempo de explosión, el 1 y admisión el 8. Los cilindros 2 y 7 suben realizando compresión el 2 y escape el 7. Los cilindros 3 y 6, realizan 90º de giro del cigüeñal subiendo, haciendo escape el 3 y compresión el 6, completan los 180º haciendo admisión el 3 y explosión el 6. Los cilindros 4 y 5, durante 90º de giro del cigüeñal, hacen los tiempos de explosión el 4 y admisión el 5, completan los 180ºde giro con el escape el 4 y compresión el 5.

La primera media vuelta esta representada en el diagrama de trabajo B, se han dividido los 180º de giro en cuadros de 90º cada uno, dos cuadros por tiempo, que es el desfase que existe entre los 180º de giro del cigüeñal que dura cada tiempo y los 90º de ángulo de situación de los codos.

En las siguientes medias vueltas, cada cilindro realiza dos cuadros, 180º de giro, del tiempo que a cada uno le corresponde, como se ve en el diagrama.

Las explosiones se superponen de forma que 90º antes de que termine el tiempo que esta realizando un cilindro, comienza la explosión en el otro según el orden expresado. El cigüeñal recibe explosiones cada 90º de giro en toda su longitud.

En dos vueltas del cigüeñal ha habido ocho explosiones, el orden de explosiones obtenido es 1-6-2-5-8-3-7-4; se consigue una marcha muy regular que no necesita un volante voluminoso para el almacenamiento de energía, este puede ser más pequeño que el de los motores de menos cilindros. En cada motor y según el sentido de giro, el orden de explosiones es el mismo que el de las admisiones, compresiones y escapes, viendo como se abren o cierran las válvulas en un motor se puede saber el orden, en el montaje del mismo o bien girando el cigüeñal despacio observando las válvulas, cuando este el motor puesto en el vehículo.

TIPOS POR SU ARQUITECTURA.

El área ocupada por el motor, de cara a disponer mayor espacio en el habitáculo, y la simplicidad de sus formas, para que las tareas de mantenimiento sean mas fáciles y económicas, obligan a los constructores a adoptar diferentes disposiciones hoy en día corrientes, y que hacen denominar a los motores, atendiendo en su arquitectura en:

Motores con cilindros en línea, longitudinal o transversalmente colocado. Motores con cilindros en V. Motores con cilindros horizontales y opuestos.

Motores en línea:

Es la configuración más corriente, bien sea puesta de forma longitudinal o transversal, dependiendo esta del número de cilindros, de la cilindrada del motor, y del espacio disponible. Los cilindros están dispuestos en un solo bloque, verticalmente en un mismo plano, y uno a continuación del otro. El conjunto se coloca en el vehículo, vertical o inclinado cuando el motor es transversal, para disminuir alturas. Es el montaje habitual de los motores de 2, 3,4 y 5 cilindros, y en ocasiones también para los motores de 6 cilindros. Esta disposición permite gran accesibilidad a los diferentes órganos anexos, aunque la mayor longitud del motor y por consiguiente del cigüeñal, supone un gran inconveniente.

Motores en V

En este caso los cilindros se disponen en dos bloques, uno al lado de otro, formando normalmente un ángulo entre si de 60º, 90º o 120º, y usando un solo cigüeñal común a ambos bloques. Este sistema ha sido el usado siempre para los motores de 12 y 16 cilindros, en los que la colocación en línea daría como resultado un motor exageradamente largo, con grandes inconvenientes de construcción y colocación, pues ocuparían mucho espacio a lo largo del vehículo, y los largos cigüeñales habrían de ser enormemente robustos para resistir bien las vibraciones torsionales. Tales inconvenientes también se presentaban con los ocho cilindros en línea, produciéndose el último de estos en el año de 1954, al ponerse de moda después de la segunda guerra mundial los “ocho cilindros en V”

En la figura 1.47 se ve la forma exterior de un motor de ocho y seis cilindros en V, compuesto por dos bloques de cuatro en el primer caso, diseñando en su interior la colocación relativa de pistones y bielas sobre el único cigüeñal. Cada dos bielas formando V atacan al mismo codo, como se ve para los cilindros seccionados, resultando un motor apenas más largo que el de la mitad del número de cilindros. La sujeción de las bielas parejas al cigüeñal se hace por alguno de los tres procedimientos de la figura 1.48.

El detalle 1, se articula una de las bielas a la cabeza de la otra, llamada maestra.

En 2, una biela tienen su cabeza entre las dos ramas, en horquilla, de la cabeza de la otra biela.

En 3 se representa el sistema corriente , muy usado, de colocar sencillamente una biela al lado de la otra, como también se ve en la figura 1.49, que muestra el cigüeñal y bielas de un ocho cilindros en V. las masas o contrapesos que lleva el cigüeñal regularizan su giro, compensando el movimiento alternativo de los pistones y las bielas. La colocación de estas, una al lado de la otra, obliga a desplazar los bloques entre si, al lo largo del cigüeñal, una longitud igual a la anchura de la cabeza de la biela, y en este pequeño detalle se diferencian estos motores de los pocos que usan sistemas de horquilla o maestra.

En la figura 1.50 se diseña en esquema la organización de un ocho cilindros en V. los cilindros de ambos bloques quedan enfrente unos de otros, y las bielas de cada pareja atacan al mismo codo del cigüeñal. Observe que este no tiene sus cuatro codos en un mismo plano, como si fuera para un motor de cuatro cilindros, si no que los dos del medio están en ángulo recto con los extremos, esto conviene para compensar el mismo ángulo que forman los cilindros (bloques a 90º), de modo que las explosiones tengan lugar sensiblemente a cada cuarto de vuelta.

La numeración usada, normalmente se explica en la misma figura: visto el motor desde el asiento del conductor se numeran los cilindros del bloque izquierdo con los números impares 1,3,5,7 de delante a atrás, y los derechos con los pares 2,4,6,8 aquí no hay un orden de explosiones que tengan en uso general, sino que son dos los mas empleados actualmente; la mayoría usa el 1-8-4-3-6-5-7-2, mientras que el 1-8-7-3-6-5-4-2 (que permuta el 4 por el 7) es el adoptado por buick, oldsmobile y algunos modelos pequeños de Ford y mercurio.

En los catálogos y libros de mantenimiento no siempre se da el orden de explosiones que acaba de exponerse; pero, es por que los fabricantes numeran los cilindros de distinto modo al indicado en la figura. Teniendo esto en cuenta, el orden de explosiones resultante es equivalente al indicado aquí.

Motores horizontales opuestos.

Esta disposición resulta adecuada para que los cilindros sean enfriados directamente por una corriente de aire, sin necesidad de la clásica recirculación de agua como intermediaria; se utiliza para reducir la altura del motor y bajar el centro de gravedad. Todos los nombres citados a continuación tienen refrigeración por aire. Hay uno, de cuatro cilindros opuestos, el lancia flavia que usa enfriamiento por agua.

Primero panhanrd y después Citroën en su 2CV, Dyane y Visa, han hecho uso del motor de dos cilindros horizontales opuestos. La figura 1.51muestra como el cigüeñal tiene los dos codos, de modo que ambas biela se muevan, juntando y separando los pistones 1 y 2; cuando el 1 hace la admisión; el dos hará la explosión, hay una explosión por cada vuelta del cigüeñal, el movimiento de los émbolos, a la vez hacia adentro, y luego los dos hacia afuera, es perfectamente equilibrado por los contrapesos situados apuestamente a los correspondientes codos.

Con cuatro cilindros horizontales opuestos se ha hecho mundialmente conocido el Volkswagen, y la misma disposición tienen los porsche, la disposición de codos que permite el espaciamiento de las explosiones a una por cada media vuelta del cigüeñal, con el mejor equilibrio de la piezas en movimiento, es el de las figuras 1.52, 1.53, resultando el orden de trabajo 1-4-3-2 con el sistema de numeración señalado.

Con seis cilindros horizontales opuestos existe un motor que se instala en el corvair de chevrolet

CALCULOS TECNICOS.

Cilindrada.

La cilindrada de un motor de un cilindro es el volumen o espacio “V” que queda comprendiendo entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior, del recorrido del pistón; o sea, que es lo que respira el motor

En los motores de varios cilindros, por ser todos iguales, se obtiene multiplicando la de uno por el número de ellos. Se expresa en litros u centímetros cúbicos (cc),

La carrera del pistón (recorrido desde el PMS al PMI) y el calibre (diámetro del cilindro) se mide en milímetros.

Si la carrera es igual al calibre, se dice que el motor es cuadrado, si es inferior se dice que es supercuadrado y si es superior se dice alargado.

La tendencia es construir motores con mayor calibre de carrera, motores súper cuadrados, se evita el hacer motores con gran altura; las medidas del diámetro del cilindro y la carrera del pistón suelen ser muy próximas y a veces iguales motores cuadrados, y para determinar el calibre de un cilindro se tiene en cuanta el coeficiente de dilatación del pistón, entre otros aspectos, un diámetro elevado del pistón necesitaría un ajuste en el cilindro con mayor holgura en frio que otro de menor diámetro.

Por otra parte la “masa” del pistón no conviene que aumente demasiado, las actuales velocidades de giro de los motores trae consigo una gran velocidad lineal del pistón hacia arriba y hacia abajo, velocidad además variable, pasando de cero en los puntos muertos superior e inferior a una velocidad máxima hacia la mitad de la carrera, tanto mayor cuanto mas deprisa gira el motor.

En la figura 1.66 se dibuja el pistón situado en el PMS del cilindro con el codo del cigüeñal en prolongación con la biela. La carrera del pistón es igual a dos veces la longitud del codo del cigüeñal, la distancia 1-0, es la longitud del codo, media carrera.