Motor de ciclo cuatro tiempos

     
Ciclo de cuatro tiempos

Un motor de cuatro tiempos es un motor de combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel, que precisa cuatro carreras del pistón o émbolo (dos vueltas completas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico de combustión. Estos cuatro tiempos son: admisión, compresión, combustión o explosión y escape.

Si es necesario un reemplazo no programado de las bujías, use solo las bujías recomendadas para el motor .
Ciclo de cuatro tiempos
Motor de cuatro tiempos.
Esto evitará fallos del motor, una disminución de su potencia, un deterioro de la respuesta del acelerador, un aumento del contenido de sustancias nocivas en los gases de escape y la interferencia con la recepción de radio. Características especialmente importantes de las velas: el número de electrodos, el número de brillo, en algunos casos la capacidad de no interferir con la recepción de radio.

El funcionamiento normal de las bujías es una de las condiciones más importantes para el funcionamiento eficiente del motor. Instale únicamente bujías especificadas de fábrica en el motor. Las bujías rara vez se limpian cuando el motor está en buenas condiciones de funcionamiento.

En 1861, el alemán Otto experimentó con su primer motor a gas de 4 tiempos que tuvo que abandonar debido a dificultades técnicas. En 1867 los alemanes Otto y Langen idearon un motor de gasolina de 4 tiempos, con la ignición de la mezcla comprimida, que presentaron el año siguiente en París. El gran acierto de Otto fue provocar la chispa en la mezcla comprimida en lugar de solo aspirada, lo que aumentó tanto la eficiencia como el rendimiento del motor.

Aquí se detallan los diferentes tiempos (actividades realizadas durante el ciclo) y sus características.
Ciclo teórico de un motor de combustión interna.
Ciclo teórico de un motor de combustión interna.
1. Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del pistón aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado (MEP) o el aire en motores de encendido por compresión (MEC). La válvula de escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º. La válvula de admisión se encuentra abierta y la carrera que realiza el pistón es descendente.

2. Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de la 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.

3. Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras que en los motores diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, 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 y la presión 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 gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es descendente.

4. Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja, en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través de la válvula de escape que permanece abierta. Al llegar al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas gira 90º.

¿Qué son traslapo o Solape?

     
¿Qué es traslapo o 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 pocas palabras el empalme valvular, es el momento en que la válvula de escape todavía no cierra del todo, pero la válvula de admisión ya comenzó su apertura, por unos instantes, las dos válvulas están abiertas (aunque sea solo un poco).

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 más intensa, sin que exista peligro de que haya una comunicación de gases frescos con los gases quemados que disminuya la potencia del motor. En la fig. 1.12
traslapo o Solape
Gráfico de ciclo real de cuatro tiempos.
Gráfico de ciclo real de cuatro tiempos.
Se detalla el ciclo práctico para un motor con las cotas del primer ejemplo anterior puesto: RAA16º Y RCA 25º. ME 28º y ACE 19°. 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 él, se 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 émbolo (no a escala) cuando se abre la válvula de Admisión, 16° después del PMS ha pasa el pistón por el PMI, y se cierra la válvula, 25° de retraso (detalle 2). Admisión ha durado 180°-16° +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 la durado 180+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. a 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".

Motor de cuatro tiempos | a volumen constante

     
El ciclo de cuatro tiempos | a volumen constante
El ciclo de cuatro tiempos

Para que el motor funcione por sí solo es necesario que el pistón haga alternativamente cuatro recorridos: dos de arriba y dos de abajo arriba. En cada uno de ellos ocurre en el interior del cilindro una operación distinta, que se ilustra en la figura. Y por eso se llama ciclo de cuatro tiempos o de ciclo otto, que fue su realizador. Para comprender esas cuatro fases suponemos el motor girando.
El motor Otto es un motor alternativo. Esto quiere decir de que se trata de un sistema pistón-cilindro con válvulas de admisión y válvulas de escape.
Motor de ciclo otto de cuatro tiempos.
Motor de ciclo otto de cuatro tiempos.

PRIMER TIEMPO: ADMISIÓN


Primer tiempo ingreso de aire atmosférico.
Primer tiempo ingreso de aire atmosférico.
El pistón se encuentra en el PMS y comienza a descender creando un vacío en el cilindro, cuyo espacio libre aumenta a medida que desciende el pistón. La mezcla de aire-gasolina proporcionada por el sistema de alimentación a través de colector de admisión y de válvula de admisión va llenando ese vacío que se produce en el cilindro. Cuando el pistón llega al PMI se cierra la válvula de admisión. En este tiempo el cigüeñal ha girado media vuelta. Si representamos en un eje de coordenadas los valores de la presión interior del cilindro alcanzada por los gases y el volumen que ocupa el pistón desde el PMS al PMI, vemos que en este tiempo teóricamente los gases han entrado a la presión atmosférica de 1.033Kg/cm², debido a la presión está representado por la recta A, que se llama isobara.

SEGUNDO TIEMPO: COMPRESIÓN


Segundo tiempo compresión de aire.
Segundo tiempo compresión de aire.
El pistón sube del PMI al PMS, manteniéndose las válvulas cerraras. Los gases que llenaron al interior del cilindro se comprimen y se disponen de un espacio cada vez mas reducido, lo que hace la presión interior y la temperatura de los mismos se eleve. Cuando el pistón llega al PMS esos gases ocupan el espacio de la cámara de compresión en la culata a una presión de 11kg/cm² aproximadamente (Según los tipos de motor).

Se ha producido una compresión adiabática C2, es decir, que el interior y el exterior de ese recinto acotado no se puede producir intercambio de calor. La temperatura de los gases se ha elevado. El cigüeñal ha girado otra media vuelta.

TERCER TIEMPO: EXPLOSIÓN


Tercer tiempo explosión de la mezcla aire-gasolina
Tercer tiempo explosión de la mezcla aire-gasolina.
Los gases están comprimidos en a cámara de compresión y con el pistón en el PMS salta una chispa en la bujía que produce la explosión (Teóricamente instantánea) de la mezcla; una explosión que empuja al pistón hacia abajo, transmitiéndose a través de la biela un fuerte giro al cigüeñal, giro que a su vez recibe el volante, almacenando una energía que después devolverá en los tiempos muertos de escape, admisión y compresión. En esta fase, las válvulas han permanecido cerradas. Se a producido una carrera motriz, un tiempo efectivo, el único que produce energía para que el cigüeñal gire otra media vuelta. Los otros tres tipos son preparatorios de éste. De los cuatro tiempos, sólo el de explosión produce energía.

La presión interior de los gases comprimidos se ha elevado con la explosión, teóricamente y de forma instantánea a 50 a 60 Kp/cm² cuando el pistón se encuentra en el PMS. Se dice que esto ciclo es a “volumen constante” por que se produce la explosión con el pistón en el PMS, sin que se cree más presión cuando el pistón baja; es como un golpetazo que recibe el mismo. El ciclo diésel es distinto a la de motor de ciclo otto.

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

CUARTO TIEMPO: ESCAPE


Cuarto tiempo expulsión de gases quemados
Cuarto tiempo expulsión de gases quemados.
Con el pistón en el PMI se abre la válvula de escape y se reduce la presión interior del cilindro de P a P presión atmosférica. El pistón sube empujando los gases quemados hacia la salida del múltiple de escape, conservándose el valor de la presión. El cigüeñal ha dado otra media vuelta. En el tiempo de escape, pues, se vacía la cámara de combustión dando la salida de los gases residuales que originó la explosión de la mezcla aire/combustible. En el PMS se cierra la válvula de escape y vuelve ha empezar el ciclo. La superficie S del diagrama da idea del trabajo desarrollado por el motor: cuando mayor sea mayor la superficie, mayor trabajo se ha realizado y más potencia erogará el motor. Línea E, isobara representa el tiempo de escape. El cigüeñal ha dado dos vueltas en el ciclo y hemos obtenido sólo una explosión o carrera motriz útil.