El ciclo de un motor de 4 tiempos
Los motores de 4 tiempos son los más populares de la actualidad, casi en cualquier tipo de
vehículo, y entre las motos se han terminado imponiendo a los motores de 2 tiempos casi en
todas las disciplinas al ser más limpios y menos contaminantes. Eso sí, no hay que confundir
los tipos de motores de moto con el ciclo que usen, ya sean de 2 ó 4 tiempos.
Un motor de explosión con ciclo de 4 tiempos se compone por un cilindro, una biela, un
cigüeñal, al menos dos válvulas, una bujía y muchos otros componentes que hacen que todo
trabaje de forma coordinada. Para entender cómo es posible que una mezcla de gasolina y
aire se convierta en movimiento te explicamos uno a uno cada uno de los 4 tiempos de este tipo
de motor de combustión, o también llamado motor Otto.
Tiempo 1: Admisión
En el primer tiempo una mezcla de gasolina y aire va a entrar en la cámara de
combustión del cilindro. Para ello el pistón baja del punto superior del cilindro al inferior,
mientras que la válvula (o válvulas) de admisión se abre y deja entrar esa mezcla de gasolina y
aire al interior del cilindro, para cerrarse posteriormente.
La gasolina es combinada con aire ya que, de por sí, la gasolina sola no ardería y necesita
oxígeno para su combustión. La relación teórica es 1 gramo de gasolina por 14,8 gramos de
aire, pero depende de muchos factores, como por ejemplo de la densidad de ese aire. Por eso en
los motores modernos una sonda lambda examina los gases sobrantes de la combustión e
informa a la centralita sobre cómo ha de ser la proporción de la mezcla gasolina/aire a
suministrar por los inyectores.
Tiempo 2: Compresión
En el segundo tiempo, con el pistón en su posición más baja y la cámara de combustión llena de
gasolina y aire, la válvula de admisión se cierra y deja la cámara cerrada herméticamente. La
inercia del cigüeñal al que está unida la biela del pistón hará que el pistón vuelva a subir y
comprima así la mezcla.
La gasolina y el aire se comprimen dentro de una cámara hermética y, al reducirse de tal
manera el espacio, las moléculas chocan entre sí aumentando la temperatura de la
mezcla. La gasolina y el aire están listos para el tercer tiempo: la combustión.
Tiempo 3: Combustión
En el tercer tiempo, con el pistón en su posición más alta y comprimiendo la mezcla de gasolina
y aire, es cuando entra en acción la bujía.
Es en este preciso momento, con la mezcla comprimida y a una alta temperatura, cuando la
bujía genera una chispa que hace explotar violentamente esa mezcla. La combustión
hace empujar el pistón hacia abajo con fuerza y la biela y el cigüeñal se encargan de convertir
ese movimiento lineal del pistón, de arriba a abajo, en un movimiento giratorio.
Tiempo 4: Escape
En el cuarto tiempo, el último de este proceso y que significará la cuarta carrera del pistón
y la segunda vuelta del cigüeñal, el pistón se encuentra en su parte más baja de nuevo y
con la cámara de combustión llena de gases quemados productos de la combustión de la
gasolina y el aire.
El pistón vuelve a subir en este cuarto tiempo y al hacerlo empuja esos gases hacia arriba
para que salgan por la válvula de escape que se abre con el fin de dejarlos salir y volver a
dejar la cámara del cilindro vacía. No como durante la compresión, que permanecía cerrada.
Es ahora, con el pistón de nuevo en la parte superior cuando se inicia el ciclo de nuevo
desde el principio. El pistón volverá a bajar mientras que la válvula de admisión se abre y
deja pasar una nueva mezcla de gasolina y aire, y así una y otra vez.
El ciclo de un motor de 4 tiempos parece sencillo pero imagina que llevas tu moto a 6.000
rpm, eso significa que este ciclo sucede unas 50 veces por segundo, es decir, 50 explosiones
por segundo, lo que se traduce en 100 giros del cigüeñal por segundo. Algo que cuesta imaginar,
y más aún si imaginamos el motor de una moto deportiva girando a 14.000 revoluciones por
minuto.
El ciclo de un motor de 2 tiempos
El motor de 2 tiempos es, junto al motor de 4 tiempos, un motor de combustión interna
con un ciclo de cuatro fases de admisión, compresión, combustión y escape, como el 4 tiempos,
pero realizadas todas ellas en sólo 2 tiempos, es decir, en dos movimientos del pistón.
En un motor 2 tiempos se produce una explosión por cada vuelta de cigüeñalmientras
que en un motor 4 tiempos se produce una explosión por cada dos vueltas de cigüeñal, lo que
significa que a misma cilindrada se genera mayor potencia, pero también un mayor
consumo de combustible.
Los motores 2 tiempos han ido siendo sustituidos por los 4 tiempos dado su carácter más
contaminante y en motos sólo lo encontramos hoy día en ciclomotores de motores pequeños
y en algunas motos de enduro o motocross. Un motor 2 tiempos es más sencillo y ligero que
un 4 tiempos ya que está compuesto por menos piezas, originariamente no utiliza válvulas de
admisión y de escape, son más económicos de fabricar y requieren un menor mantenimiento,
pero su mayor régimen de giro les provoca sin embargo un mayor desgaste.
La lubricación de un motor 2 tiempos va incluida en la mezcla y junto a la gasolina y el aire se
añade aceite, de ahí que al ser quemado sea mucho menos respetuoso con el medio ambiente.
Así pues el cárter del cigüeñal está sellado ya que alberga la entrada de la mezcla y las dos caras
del pistón entran en acción, la superior para comprimir la mezcla y la inferior para provocar su
admisión al cárter. Estos son los pasos de un ciclo 2 tiempos.
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Tiempo 1: ADMISIÓN - COMPRESIÓN
En un motor 2 tiempos es el propio pistón el que, con su movimiento, abre la admisión
de la mezcla, a la altura del cárter, y el escape de los gases quemados, a la altura de la
cámara de combustión.
La admisión y la compresión se realizan al mismo tiempo. En el tiempo 1 el pistón va
de abajo a arriba, es decir, desde el cárter hacia la culata. En su desplazamiento succiona
la mezcla de gasolina, aire y aceite en su parte inferior, mientras que simultáneamente se
encarga de comprimir la mezcla de la admisión anterior en la parte superior.
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Tiempo 2: COMBUSTIÓN - ESCAPE
El segundo tiempo comienza con el pistón situado en su punto muerto superior,
comprimiendo al máximo la mezcla de gasolina, aire y aceite, lo que hace chocar sus
moléculas más rápidamente y aumentar considerablemente la temperatura de la mezcla.
Es en ese momento cuando la bujía genera una chispa que incendia la
mezclaprovocando su combustión. Esta explosión hace mover violentamente el pistón
hacia abajo, transmitiendo el movimiento al cigüeñal a través de la biela, y con ese
movimiento deja abierto el escape por donde son liberados los gases recién quemados.
Pero hay más, en ese movimiento descendiente el pistón empuja la mezcla nueva que
había entrado en su anterior subida, y al bajar transfiere la mezcla del cárter a la
cámara de combustión, preparando así el proceso para volver a comenzar de nuevo
en el primer tiempo anteriormente descrito.
Sistema de alimentación
El sistema de alimentación de combustible de un motor Otto consta de un depósito, una bomba de combustible y un
dispositivo dosificador de combustible que vaporiza o atomiza el combustible desde el estado líquido, en las proporciones
correctas para poder ser quemado. Se llama carburador al dispositivo que hasta ahora venía siendo utilizado con este fin
en los motores Otto. Ahora los sistemas de inyección de combustible lo han sustituido por completo por motivos
medioambientales. Su mayor precisión en la dosificación de combustible inyectado reduce las emisiones de CO2, y
asegura una mezcla más estable. En los motores diésel se dosifica el combustible gasoil de manera no proporcional al
aire que entra, sino en función del mando de aceleración y el régimen motor (mecanismo de regulación) mediante una
bomba inyectora de combustible.
En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se lleva a los cilindros a través de un tubo ramificado
llamado colector de admisión. La mayor parte de los motores cuentan con un colector de escape o de expulsión, que
transporta fuera del vehículo y amortigua el ruido de los gases producidos en la combustión.
Sistema de distribución
Cada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a través de válvulas de cabezal o válvulas deslizantes. Un muelle
mantiene cerradas las válvulas hasta que se abren en el momento adecuado, al actuar las levas de un árbol de levas
rotatorio movido por el cigüeñal, estando el conjunto coordinado mediante la cadena o la correa de distribución. Ha
habido otros diversos sistemas de distribución, entre ellos la distribución por camisa corredera (sleeve-valve)
Encendido
Dicho impulso está sincronizado con la etapa de compresión de cada uno de los cilindros; el impulso se lleva al cilindro
correspondiente (aquel que está comprimido en ese momento) utilizando un distribuidor rotativo y unos cables de grafito
que dirigen la descarga de alto voltaje a la bujía. El dispositivo que produce la ignición es la bujía, que, fijada en cada
cilindro, dispone de dos electrodos separados unas décimas de milímetro, entre los cuales el impulso eléctrico produce
una chispa, que inflama el combustible. Los motores necesitan una forma de iniciar la ignición del combustible dentro del
cilindro. En los motores Otto, el sistema de ignición consiste en un componente llamado bobina de encendido, que es un
auto-transformador de alto voltaje al que está conectado un conmutador que interrumpe la corriente del primario para que
se induzca un impulso eléctrico de alto voltaje en el secundario.
Si la bobina está en mal estado se sobre calienta; esto produce pérdida de energía, aminora la chispa de las bujías y
causa fallos en el sistema de encendido del automóvil.
Refrigeración
Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún tipo de sistema de refrigeración.
Algunos motores estacionarios de automóviles y de aviones, y los motores fueraborda, se refrigeran con aire. Los
cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de láminas de metal que emiten
el calor producido dentro del cilindro. En otros motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se
encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se hace circular mediante una bomba. El agua
se refrigera al pasar por las láminas de un radiador. Es importante que el líquido que se usa para enfriar el motor no sea
agua común y corriente porque los motores de combustión trabajan regularmente a temperaturas más altas que la
temperatura de ebullición del agua. Esto provoca una alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en
los empaques y sellos de agua, así como en el radiador; se usa un refrigerante, pues no hierve a la misma temperatura
que el agua, sino a más alta temperatura, y que tampoco se congela a temperaturas muy bajas.
Otra razón por la cual se debe usar un refrigerante es que éste no produce sarro ni sedimentos que se adhieran a las
paredes del motor y del radiador formando una capa aislante que disminuiría la capacidad de enfriamiento del sistema.
En los motores navales se utiliza agua del mar para la refrigeración.
Sistemas de lubricación.
Son los distintos métodos de distribuir el aceite por las piezas del motor. Consiste en hacer llegar
una película de aceite lubricante a cada una de las superficies de las piezas que están en moviendo
entre sí, para evitar fundamentalmente desgaste excesivos y prematuros disminuyendo así la vida
útil del motor de combustión interna.