Motor de combustión interna | Partes y funcionamiento

El motor de combustión interna es una clase de máquina que transforma energía química, proveniente de un combustible, en energía mecánica. El combustible arderá en el interior de una cámara especial de combustión. Tal como lo indica su nombre, la combustión ocurre en el interior de la máquina en sí, diferente a otras máquinas que operan con una cámara externa de combustión; por ejemplo la máquina de vapor.

Los primeros motores que trabajaron con combustión interna de gasolina y que dieron origen al motor actual se construyeron casi al mismo tiempo por Gottlieb Daimler y Karl Benz. Los intentos previos relacionados con el motor de combustión interna no poseían una fase de compresión. Empleaban una mezcla carburante (aire/combustible) que se aspiraba o soplaba internamente a lo largo de la primera fase de movimiento de todo el sistema. El uso de compresión es la diferencia más importante entre el motor de combustión interna moderno y los diseños antiguos.

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Motor de combustión interna alternante

Entre la variedad de motores de combustión interna, destacan los alternantes, conocidos ordinariamente como motor de explosión y motor diésel. En estos motores térmicos, los gases que generan la reacción exotérmica del proceso de combustión van a empujar el émbolo o pistón. Este se desplaza dentro del cilindro y hace que gire el cigüeñal, para obtener como resultado el movimiento de rotación.

El funcionamiento de este tipo de motor es cíclico y requiere sustituir los gases por una mezcla nueva de combustible y aire dentro del cilindro. Esta mezcla debe ser 16 partes de aire por cada parte de combustible. Dicho proceso de reemplazo se conoce como renovación de la carga.

Como funciona un motor de combustión interna?

El motor de combustión interna de la mayoría de los vehículos posee cuatro fases, por las cuales debe atravesar para que se realice completo el ciclo.

  1. Admisión: Baja el pistón del cilindro y aspira la mezcla de aire/combustible a través de la válvula de admisión. En este instante la válvula de salida está cerrada.
  2. Compresión: Las dos válvulas se cierran, sube el pistón y comprime la mezcla carburante.
  3. Explosión: Es aquí cuando la bujía emite una chispa en la mezcla que produce la ignición. El pistón baja y se produce el movimiento.
  4. Escape: Sube de nuevo el pistón y se abre la válvula de escape, dejando salir los gases que se producen en la explosión.

Tipos de motor de combustión interna

La clasificación más importante de los motores alternativos se basa en el tipo de combustible que emplean para la reacción de combustión, los cuales son:

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  • Motores de explosión ciclo Otto: Es el motor convencional de gasolina que funciona a cuatro tiempos. Su nombre proviene de quien lo inventó, Nikolaus August Otto. Su funcionamiento se basa en la conversión de energía química en energía mecánica a partir de la ignición producto de la mezcla carburante de aire y combustible.
  • Motores Diésel: Fueron inventados por Rudolf Diésel. Emplean como combustible gasoil (conocido mayormente como Diésel). También pueden usar una variante ecológica conocida como biodiesel. Esta clase de motor emplea compresión para el encendido en vez de una chispa.

Otras clasificaciones de los motores de combustión interna

También se pueden diferenciar las clases de motores por el tipo de ciclo trabajo que desempeñan, los cuales pueden ser:

  • Motor de 2 tiempos: El ciclo termodinámico se desarrolla en cuatro etapas: Comenzando por la admisión, después la compresión, la explosión y finalmente el escape. Todo esto se lleva a cabo en dos movimientos del pistón en forma lineal, es decir, una vuelta del cigüeñal. Estos motores no presentan válvulas y son mucho más simples y deben llevar el aceite unido al combustible en una sola mezcla.
  • Motor de 4 tiempos: En estos motores las cuatro etapas termodinámicas se realizan separadamente, por lo que hay una explosión cada dos vueltas que hace el cigüeñal. Presenta válvulas de admisión y de escape. Es el tipo de motor más empleado en los automóviles actuales.Los motores también se clasifican por la configuración que presentan, las cuales pueden ser: Lineal, en V, en H, en W, bóxer, cilindro opuesto, axial, radial y Wankel o rotativo. Estos nombres se refieren a la forma en que están colocados los cilindros, los cuales presentan distintos ángulos.

Estructura del motor de combustión interna

Los motores que emplean gasolina y los motores diésel poseen elementos básicos similares (cigüeñal, bloque, biela, culata, válvulas, pistón) y otros que son propios de cada modelo (bomba de inyección de alta presión en Diésel o el carburador en los de gasolina).

En el caso de los motores de cuatro tiempos (4T), es usual clasificarlos de acuerdo al tipo de sistema de distribución que poseen. Se encuentran los SV, OHV, SOHC, DOHC, haciendo referencia a la ubicación del árbol de levas o los árboles de levas.

Cámara de combustión

Se trata de un cilindro que comúnmente es fijo, está cerrado por uno de sus extremos y en su interior se desliza el pistón que se ajusta perfectamente al cilindro. La posición que adopte, hacia afuera o dentro del pistón, modifica el volumen que hay entre las paredes de la cámara y la parte interna del pistón. La cara externa del pistón se encuentra unida al cigüeñal por una biela, convirtiendo el movimiento giratorio en movimiento rectilíneo del pistón.

Sistema de alimentación

En el caso de los motores Otto, el sistema de alimentación está compuesto por el depósito, la bomba de combustible y el depósito que dosifica el combustible. Ese último atomiza el combustible partiendo del estado líquido y en proposición correcta para que sea quemado.

Motores Otto: Hasta hace poco tiempo, el carburador era la pieza mecánica que desempeñaba este papel de alimentación en motores Otto. Sin embargo, actualmente el sistema de inyección ha sustituido al carburador por razones medioambientales. La precisión en la dosificación de combustible por medio de inyectores disminuye la emisión de CO2 y promete que la mezcla sea más estable.

Motores Diésel: En el caso de los motores Diésel, el gasoil no es dosificado de forma proporcional al aire que ingresa, sino de acuerdo con el mando del acelerador y al régimen motor, por medio de una bomba que inyecta combustible.

Si se trata de motores con varios cilindros, el combustible atomizado se dirige a los cilindros por medio del colector de admisión, una especie de tubo ramificado. Casi todos los motores tienen un colector de expulsión o de escape, que lleva fuera los gases y amortigua el ruido que estos generan en la combustión.

Sistema de distribución

El sistema de distribución es el encargado de regular la entrada de carburante y la salida de los gases producto de la ignición. Un motor en su funcionamiento toma el combustible y después expulsa gases por medio de las válvulas deslizantes o de cabezal. Un muelle es el que mantiene las válvulas cerradas hasta que abren en el tiempo indicado.

Lo anterior ocurre por la acción del árbol de levas que se mueve por el cigüeñal, estando todo coordinado por medio de la correa o la cadena de distribución. Se han ideado distintos tipos de sistemas de distribución, entre ellos, uno de los más conocidos es el de camisa corredera o sleeve-valve.

Encendido

Para que un motor de combustión interna funcione requiere que se inicie la inflamación del combustible en el interior del cilindro. En motores tipo Otto este sistema de combustión implica la acción de la bobina de encendido. Esta es un auto-transformador para alto voltaje conectado a un conmutador. La bobina obstaculiza la corriente para inducir electricidad de alto voltaje.

Este impulso eléctrico se encuentra sincronizado con la fase de compresión de cada cilindro. El impulso es llevado al cilindro que corresponde (el que se encuentra comprimido) por medio de un distribuidor rotativo y un cableado de grafito que dirigen el alto voltaje hasta la bujía. El elemento encargado de producir la combustión es la bujía que está fija al cilindro y posee dos electrodos. Justo en medio de la separación milimétrica de los electrodos, el impulso eléctrico genera una chispa que produce la ignición del combustible.

Refrigeración en motores de combustión interna

La combustión provoca calor, es por ello que los motores requieren de un sistema de refrigeración. Hay motores estacionarios de coches y aviones, además de los fueraborda, que se refrigeran usando aire. En este caso, los cilindros tienen externamente unas láminas en metal que emiten todo el calor que se produce dentro.

Otros motores emplean refrigeración por medio de un fluido refrigerante. Los cilindros están dentro de una especie de carcasa llena de líquido que circula por la acción de una bomba. El fluido se refrigera cuando pasa a través de las láminas del radiador.

Sistema de arranque

Para iniciar el ciclo en los motores de combustión interna debe provocarse el movimiento en el cigüeñal. En motores de automoción se usa un motor de arranque eléctrico que se conecta al cigüeñal por medio de un embrague que se desarticula al arrancar el motor.

En otros sistemas de arranque se emplean iniciadores de inercia, los cuales aceleran el volante de forma manual o por medio de un motor eléctrico que alcanza la velocidad requerida para movilizar el cigüeñal

Algunos motores de mayor tamaño emplean iniciadores explosivos que, al explotar un cartucho, movilizan una turbina que va acoplada al motor y ofrece oxígeno para alimentar la cámara de combustión inicialmente.