Clasificación de Motores de Combustión Interna

1. Según el ciclo que realicen

   • Ciclo Otto: Utilizan una mezcla homogénea de combustible (gasolina) y aire. Son motores de encendido provocado.
   • Ciclo Diésel: Admiten solo aire. Son motores de encendido por compresión.

2. Según la forma de realizar el ciclo

   • Motores de dos tiempos: Realizan las cuatro fases en dos carreras del pistón y completan un ciclo por cada vuelta de giro del cigüeñal.
   • Motores de cuatro tiempos: Realizan las cuatro fases en cuatro carreras del pistón, completando un ciclo por cada dos vueltas de giro del cigüeñal.

3. Según la presión de admisión

   • Motores atmosféricos.

4. Según el número y disposición de los cilindros

   • En línea, en V, opuestos (bóxer) o compuestos.

5. Según su ubicación en el vehículo

   • Delantero transversal, delantero longitudinal y central.

Principios Fundamentales de la Termodinámica

1. Primer Principio (Principio de Conservación)

   La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

2. Segundo Principio (Principio de Degradación)

   No es posible transformar totalmente el calor en trabajo. Esto implica que siempre habrá pérdidas de energía.

3. Tercer Principio

   La entropía de una sustancia cristalina perfecta es cero. Sin embargo, el cero absoluto de temperatura es físicamente inalcanzable, ya que no es posible que todo el calor se transforme en trabajo. Este es el fundamento de un motor térmico.

Clasificación de Motores según Diámetro y Carrera

La clasificación se basa en la relación entre el diámetro (D) del cilindro y la carrera (C) del pistón:

• Supercuadrado: Diámetro > Carrera (D/C > 1).
• Cuadrado: Diámetro = Carrera (D/C = 1).
• Alargado: Diámetro < Carrera (D/C < 1).

Dosado y Tipos de Mezcla

Dosado

El dosado es la relación combustible/aire empleada en el proceso de combustión.

1. Dosado Absoluto: Relación combustible/aire que le entra al motor en cada momento.

2. Dosado Estequiométrico: Es la relación ideal para una combustión completa.

   • Gasolina: 1/14,7
   • Diésel: 1/14,5

3. Dosado Relativo: Es la relación entre el dosado absoluto y el estequiométrico.

Tipos de Mezcla

• Rica: Más combustible, menos aire.
• Estequiométrica: Proporción ideal (igual).
• Pobre: Más aire, menos combustible.

Numeración de los Cilindros

La numeración de los cilindros comienza desde el lado opuesto a la toma de fuerza (el lado contrario al volante de inercia).

• Motores de dos bloques (en V u opuestos): Se empieza a numerar también por el lado contrario a la toma de fuerza y, a su vez, por el bloque de la izquierda, continuando después por el de la derecha.
• Cilindros en disposición VR o W: Se sigue el mismo procedimiento.

Transformación Politrópica

Una transformación politrópica es una transferencia de energía que se sitúa entre el proceso isotérmico y el adiabático, generalmente aplicada a gases.

Aproximación del Ciclo Real al Teórico: Ajustes de Distribución

Para aproximar el ciclo real al teórico, se realizan ciertas variaciones en las cotas de la distribución:

1. Avance de la Apertura de la Admisión (AAA): La válvula de admisión abre antes de que el pistón llegue al PMS. De esta forma, disminuye el estrangulamiento de los gases.

2. Retraso del Cierre de la Admisión (RCA): La válvula cierra después del PMI. Esta modificación mejora el llenado al aprovechar la inercia del fluido de admisión.

3. Avance de la Apertura del Escape (AAE): La válvula de escape abre antes de que el pistón llegue al PMI, permitiendo que el pistón ascienda con mayor libertad.

4. Retraso del Cierre de Escape (RCE): Trabaja conjuntamente con el AAA. La válvula de escape cierra después del paso del pistón por el PMS.

5. Avance Inicial: Es fijo y representa el sistema de distribución.

6. Avance Centrífugo: Tiempo necesario para producir la combustión, varía en función de las revoluciones.

7. Avance por Carga: Parámetro dinámico. El tiempo que tarda en producirse la combustión depende de la carga del motor.

Par Motor y Componentes Mecánicos

Par Motor

El par motor es un parámetro importante con el que se genera la curva de potencia efectiva. Es la fuerza (F) que actúa sobre un objeto girando sobre un eje de giro a una distancia (d).

Fórmula: M = F × d

• M (par) se mide en N×m.
• F (fuerza) se mide en N.
• d (distancia de giro) se mide en m.

Se obtiene al multiplicar la fuerza que genera la combustión sobre el pistón por la distancia de la muñequilla del cigüeñal al centro de giro.

Biela de Forma Trapezoidal

Se construye así para motores cuya presión del cilindro es elevada, ya que aumenta la superficie de contacto.

Descentramiento del Bulón

Se realiza para que el cambio de movimiento del PMS (Punto Muerto Superior) al PMI (Punto Muerto Inferior) sea progresivo, buscando acercarse a la transformación a volumen constante y disminuyendo los esfuerzos en las paredes del cilindro.

Objetivos del Orden de Encendido

1. Tener un par motor más uniforme.
2. Reducir las vibraciones.
3. Repartir los esfuerzos sobre los apoyos del cigüeñal.
4. Favorecer la evacuación del calor al intentar no tener dos combustiones consecutivas en los cilindros colindantes.

Ciclo de Carnot y Rendimiento Térmico

Ciclo de Carnot

El motor trabaja con dos focos caloríficos. Los procesos son:

1. Proceso 1-2: Expansión isotérmica.
2. Proceso 2-3: Expansión adiabática.
3. Proceso 3-4: Compresión isotérmica.
4. Proceso 4-1: Compresión adiabática.

Rendimiento Térmico

El rendimiento térmico (nt) se calcula mediante la fórmula:

nt = (Q1 – Q2) / Q1

Requisitos Estructurales del Motor

Requisitos del Bloque

1. Elevada rigidez estructural.
2. Masa elevada para disminuir golpes y ruidos.
3. Disponer de conductos de refrigeración y lubricación para los elementos del motor.

Diseño del Cigüeñal

1. Buena rigidez.
2. Estar bien diseñado para los apoyos y muñequillas.
3. Evitar agujeros donde se concentre gran tensión.

Ejemplo de Secuencia de Fases (Motor de Cuatro Cilindros)

Nota: Esta secuencia representa un instante en el ciclo de cada cilindro.

• Cilindro 1: Expansión, Escape, Admisión, Compresión.
• Cilindro 2: Escape, Admisión, Compresión, Expansión.
• Cilindro 3: Admisión, Compresión, Expansión, Escape.
• Cilindro 4: Compresión, Expansión, Escape, Admisión.

Potencia Efectiva

La potencia efectiva es la obtenida a partir del freno dinamométrico del banco de pruebas.

Cámara de Combustión (Gasolina)

La cámara de combustión se encarga de conseguir una mezcla lo más completa y rápida (en menos de 2 ms) y que la combustión sea a volumen constante. Para ello, debe conseguir una elevada turbulencia, una llama rápida para no perder calor y evitar la detonación.

Partes del Pistón

1. Cabeza: Es la parte superior, expuesta a la mayor temperatura y presión debido a la combustión.

2. Falda: Es la guía del pistón y disipa el calor a las paredes del cilindro.

3. Alojamiento de los Segmentos: Son unas acanaladuras que se practican en el contorno del pistón.

4. Alojamiento del Bulón: Orificio practicado en el pistón para insertar el bulón, que a su vez une el pistón a la biela.

Asiento de Válvula

El asiento de válvula garantiza el cierre hermético de la válvula con la cámara de combustión. Suelen estar fabricados de Estelita (Stellite), una aleación de cromo, cobalto y tungsteno.

Su montaje se realiza calentando el alojamiento de la culata y enfriando el asiento, de forma que al insertarlo se igualan las temperaturas y se consigue un ajuste con apriete.