Un motor de combustión interna es un tipo de motor térmico en que la combustión se da en el interior de sí mismo, es decir dentro del cilindro; es un proceso donde se transforma la energía química del combustible en energía mecánica.
Estos motores están impulsados por un combustible (gasolina si es Ciclo Otto o diesel si es de ciclo diesel); dentro del cilindro tendremos los distintos componentes como válvulas, pistones, bielas, etc; es aquí donde se realizan los 4 tiempos del ciclo termodinámico: Admisión, Compresión, Explosión y Escape.
Veamos el funcionamiento, desde un corte transversal, de un ciclo completo y el movimiento de las distintas piezas móviles que hay en un motor; el bloque contiene todas las piezas.
Motor de combustión interna alternante
Dentro de los motores de combustión interna, hay muchos proyectos y usos; los que conocemos y vemos a diario son los motores a explosión (motores a gasolina y motores diesel).
En estos motores térmicos, los gases que genera la reacción exotérmica del proceso de combustión van a empujar al 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, proceso llamado renovación de la carga. Esta mezcla debe ser 16 partes de aire por cada parte de combustible.
En contraposición a los motores de combustión interna, nos encontramos los motores de combustión externa (como una máquina de vapor o una turbina), los cuales toman energía térmica dado que se hizo previamente y de forma externa, y la transforman en energía mecánica.
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.
- 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.
- Compresión: Las dos válvulas se cierran, sube el pistón y comprime la mezcla carburante; hay energía potencial.
- Explosión: Es aquí cuando la bujía emite una chispa en la mezcla que produce la ignición. El pistón baja y se produce el movimiento.
- 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:
- Motores 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 ciclo 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, y los motores también se clasifican por la configuración que presentan, las cuales pueden ser: Lineal, en V, 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.
Historia del motor de combustión interna
La historia del motor de combustión interna es interesante, cuanto menos. No se le puede atribuir a una sola persona sino a la combinación de distintos inventos y desarrollos, todos comprendidos entre 1807 y 1860 aprox. La combinación y aplicación de estos, dió origen a lo que hoy es el motor de combustión interna aplicado en vehículos. La historia completa la pueden leer aquí.
Relación entre sistemas de combustión interna y externa
Según el tipo de motor, es el tipo de combustión que tendremos; los motores de combustión interna tienen un block y dentro todas las piezas y sistemas que lo componen, mientras que los de combustión externa tienen una fuente de alimentación externa como una caldera.
