Motor de combustión interna Para los tipos de motor que utilizan la propulsión a chorro, véase cohete cohete..
Motor antiguo, de aviación, con disposición radial de los pistones. Un motor de combustión interna , motor a explosión o motor a pistón , es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente mecánica directamente de la energía química de química de un combustible que combustible que arde dentro de la cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina, a dierencia de, por e!emplo, la máquina de vapor .
Índice •
" #ipos principales
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$ %lasiicación de los alternativos seg&n el ciclo
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' (istoria
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) *plicaciones más comunes
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+ structura - uncionamiento o
+." %ámara de combustión
o
+.$ Sistema de alimentación
o
+.' Sistema de distribución
o
+.) ncendido
•
o
+.+ erigeración
o
+./ Sistema de arranque
/ #ipos de motores o
/." Motor convencional del tipo 0tto
o
/.$ Motores diésel
o
/.' Motor de dos tiempos
o
/.) Motor de cuatro tiempos
o
/.+ Motor 1an2el
o
/./ Motor de carga estratiicada
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3 4éase también
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5 eerencias
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6 7ibliograía
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"8 nlaces e9ternos
Tipos principales •
*lternativos. o
o
l motor de e9plosión ciclo 0tto, cu-o nombre proviene del técnico alemán que lo desarrolló, :i2olaus *ugust 0tto, es el motor convencional de gasolina, aunque también se lo conoce como motor de ciclo 7eau de ochas debido al inventor rancés que lo patentó en "5/$. l motor diésel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en ;rancia udol
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=a turbina de gas.
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l motor rotatorio.
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l %iclo *t2inson.
Clasificación de los alternativos según el ciclo
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$#?@ eect&an una carrera &til de traba!o en cada giro.
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)#?@ eect&an una carrera &til de traba!o cada dos giros.
9isten los diésel - gasolina, tanto en $# como en )#.
Historia *rtículo principal@ Historia del motor de combustión interna
=a invención se puede remontar a dos italianos@ el padre ugenio 7arsanti, un sacerdote escolapio, - ;elice Matteucci, ingeniero hidráulico - mecánico, que -a en "5+' detallaron documentos de operación - construcción - patentes pendientes en varios países europeos como Aran 7retaBa, ;rancia, Ctalia - *lemania." =os primeros prototipos carecían de la ase de compresiónD es decir, la ase de succión terminaba prematuramente con el cierre de la válvula de admisión antes de que el pistón llegase a la mitad, lo que provocaba que la chispa que generaba la combustión que empu!a la carrera del pistón uese débil. %omo consecuencia el uncionamiento de estos primeros motores era deiciente. ;ue la ase de compresión la que dio una eiciencia signiicativa al motor de combustión interna, que lograría el reemplazo deinitivo de los motores a vapor e impulsaría el desarrollo de los automóviles, -a que lograba desarrollar una potencia igual o ma-or en dimensiones considerablemente mucho más reducidas. =as primeras aplicaciones prácticas de los motores de combustión interna ueron los motores uera de borda. sto ue debido a que el principal impedimento para la aplicación práctica del motor de combustión interna en vehículos terrestres era el hecho de que, a dierencia de la máquina de vapor, no podía comenzar desde parado. =os motores marinos no suren este problema, -a que las hélices son libres de un signiicativo momento de inercia. l motor tal como lo conocemos ho- ue desarrollado por el alemán :i2olaus 0tto, quien en "55/ patentó el diseBo de un motor de combustión interna a cuatro tiempos, basado en los estudios del inventor rancés *lphonse 7eau de ochas de "5/$, que a su vez se basó en el modelo de combustión interna de 7arsanti - Matteucci. Ecita requeridaF
Aplicaciones más comunes
Motor S0(% de moto de competición, rerigerado por aire, "6'3.
=as dierentes variantes de los dos ciclos, tanto en diésel como en gasolina, tienen cada uno su ámbito de aplicación. •
$# gasolina@ tuvo gran aplicación en las motocicletas, motores de ultraligeros >U=M? - motores marinos ueraGborda hasta una cierta cilindrada, habiendo perdido mucho terreno en este campo por las normas anticontaminación. *demás de que en las cilindradas mínimas de ciclomotores - scooters >+8 cc?, sólo motores mu- pequeBos como motosierras - pequeBos grupos electrógenos siguen llevándolo.
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)# gasolina@ domina en las aplicaciones en motocicletas de todas las cilindradas, automóviles, aviación deportiva - uera borda.
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$# diésel@ domina en las aplicaciones navales de gran potencia, hasta "88888 %4 ho- día, - tracción erroviaria. n su momento de auge se usó en aviación con cierto é9ito.
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)# diésel@ domina en el transporte terrestre, automóviles - aplicaciones navales hasta una cierta potencia. mpieza a aparecer en la aviación deportiva.
Estructura y funcionamiento =os motores 0tto - los diésel tienen los mismos elementos principales@ > bloque, cigHeBal, biela, pistón, culata, válvulas? - otros especíicos de cada uno, como la bomba in-ectora de alta presión en los diésel, o antiguamente el carburador en los 0tto. n los )# es mu- recuente designarlos mediante su tipo de distribución@ S4, 0(4, S0(%, <0(%. s una reerencia a la disposición del >o los? árbol de levas.
Cámara de combustión =a cámara de combustión es un cilindro, por lo general i!o, cerrado en un e9tremo dentro del cual se desliza un pistón mu- a!ustado al cilindro. =a posición hacia dentro hacia uera del pistón modiica el volumen que e9iste entre la cara interior del pistón las paredes de la cámara. =a cara e9terior del pistón está unida por una biela al cigHeBal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistón. n los motores de varios cilindros, el cigHeBal tiene una posición de partida, llamada espiga de cigHeBal - conectada a cada e!e, con lo que la energía producida por cada cilindro se aplica al cigHeBal en un punto determinado de la rotación. =os cigHeBales cuentan con pesados volantes - contrapesos cu-a inercia reduce la irregularidad del movimiento del e!e. Un motor alternativo puede tener de " a $5 cilindros.
%arburador S0=I monocuerpo.
istema de alimentación l sistema de alimentación de combustible de un motor 0tto consta de un depósito, una bomba de combustible - un dispositivo dosiicador de combustible que vaporiza o atomiza el combustible desde el estado líquido, en las proporciones correctas para poder ser quemado. Se llama carburador al dispositivo que hasta ahora venía siendo utilizado con este in en los motores 0tto. *hora los sistemas de in-ección de combustible lo han sustituido por completo por motivos medioambientales. Su ma-or precisión en la dosiicación de combustible in-ectado reduce las emisiones de %0$, - asegura una mezcla más estable. n los motores diésel se dosiica el combustible gasoil de manera no proporcional al aire que entra, sino en unción del mando de aceleración - el régimen motor >mecanismo de regulación? mediante una bomba in-ectora de combustible.
7omba de in-ección de combustible 70S%( para motor diésel. n los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se lleva a los cilindros a través de un tubo ramiicado llamado colector de admisión. =a ma-or parte de los motores cuentan con un colector de escape o de e9pulsión, que transporta uera del vehículo - amortigua el ruido de los gases producidos en la combustión.
istema de distribución
4álvulas - árbol de levas.
%ada cilindro toma el combustible - e9pulsa 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 cigHeBal, estando el con!unto coordinado mediante la cadena o la correa de distribución. (a habido otros diversos sistemas de distribución, entre ellos la distribución por camisa corredera >sleeveGvalve?.
%adena de distribución.
Encendido *rtículo principal@ Encendido del motor
#apa del distribuidor. =os motores necesitan una orma de iniciar la combustión del combustible dentro del cilindro. n los motores 0tto, el sistema de encendido consiste en un componente llamado bobina de encendido, que es un autoGtransormador de alto volta!e al que está conectado un conmutador que interrumpe la corriente del primario para que se induzca un impulso eléctrico de alto volta!e en el secundario. aquel que está en compresión en ese momento? utilizando un distribuidor rotativo - unos cables que llevan la descarga de alto volta!e a la bu!ía. l dispositivo que produce el encendido de la mezcla combustibleJaire es la bu!ía, que, instalada en cada cilindro, dispone de electrodos
separados unas décimas de milímetro, el impulso eléctrico produce una chispa en el espacio entre un electrodo - otro, que inlama el combustibleD ha- bu!ías con varios electrodos, bu!ías que usan el proceso de Kdescarga de supericieK para producir la chispa, - Kbu!ías incandescentes K >AloLGplug?. Si la bobina está en mal estado se recalientaD eso produce pérdidas de energía, reduce la chispa de las bu!ías - causa allos en el sistema de encendido del automóvil.
!efrigeración *rtículo principal@ Refrigeración en motores de combustión interna
istema de arran"ue *l contrario que los motores - las turbinas de vapor, los motores de combustión interna no producen un par de uerzas cuando arrancan >véase Momento de uerza?, lo que implica que debe provocarse el movimiento del cigHeBal para que se pueda iniciar el ciclo. =os motores de automoción utilizan un motor eléctrico >el motor de arranque? conectado al cigHeBal por un embrague automático que se desacopla en cuanto arranca el motor. Por otro lado, algunos motores pequeBos se arrancan a mano girando el cigHeBal con una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla alrededor del volante del cigHeBal. 0tros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que aceleran el volante manualmente o con un motor eléctrico hasta que tiene la velocidad suiciente como para mover el cigHeBal. %iertos motores grandes utilizan iniciadores e9plosivos
que, mediante la e9plosión de un cartucho mueven una turbina acoplada al motor proporcionan el o9ígeno necesario para alimentar las cámaras de combustión en los primeros movimientos. =os iniciadores de inercia - los e9plosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones.
Tipos de motores
Motor 0tto <0(% de ) tiempos.
Motor convencional del tipo #tto *rtículo principal@ Ciclo Otto *rtículo principal@ Motor a gasolina
Motor 0tto de $# rerigerado por aire de una moto@ azul aire, verde mezcla aireJcombustible, gris gases quemados. l motor convencional del tipo 0tto es un motor de tipo alternativo de cuatro tiempos >)#?, aunque en uera borda - vehículos de dos ruedas hasta una cierta cilindrada se utilizó mucho el motor de dos tiempos >$#?. l rendimiento térmico de los motores 0tto modernos se ve limitado por varios actores, entre otros la pérdida de energía por la ricción, la rerigeración - alta de constancia en las condiciones de uncionamiento.
=a termodinámica nos dice que el rendimiento de un motor alternativo depende en primera apro9imación del grado de compresión. sta relación suele ser de 5 a " o "8 a " en la ma-oría de los motores 0tto modernos. Se pueden utilizar proporciones ma-ores, como de "$ a ", aumentando así la eiciencia del motor, pero este diseBo requiere la utilización de combustibles de alto índice de octano para evitar el enómeno de la detonación, que puede producir graves daBos en el motor. =a eiciencia o rendimiento medio de un buen motor 0tto es de un $8 a un $+@ sólo la cuarta parte de la energía caloríica se transorma en energía mecánica. %asi todos los motores de este tipo se abrican para el transporte - deben traba!ar suministrando dierentes potencias en cada momento.
$uncionamiento >;igura "? %& #iempo de admisión G l aire - el combustible mezclados entran por la válvula de admisión.
'& #iempo de compresión G =a mezcla aireJcombustible es comprimida - encendida mediante la bu!ía.
(& #iempo de combustión G l combustible se inlama - el pistón es empu!ado hacia aba!o.
)& #iempo de escape G =os gases de escape se conducen hacia uera a través de la válvula de escape. #ambién e9iste una variación del ciclo 0tto que me!ora la eiciencia del motor al aumentar el tiempo de e9pansión con respecto al tiempo de compresión conocido como %iclo Miller .
Motores di*sel
=os cuatro tiempos del diésel )#D pulsar sobre la imagen. *rtículo principal@ Motor diésel
Motor diésel $#, escape - admisión simultáneas. n teoría, el ciclo diésel diiere del ciclo 0tto en que la combustión tiene lugar en este <imo a volumen constante en lugar de producirse a una presión constante. =a ma-oría de los motores diésel son asimismo del ciclo de cuatro tiempos, salvo los de tamaBo mu- grande, erroviarios o marinos, que son de dos tiempos. =as ases son dierentes de las de los motores de gasolina. n la primera carrera, la de admisión, el pistón sale hacia uera, - se absorbe aire hacia la cámara de combustión. n la segunda carrera, la ase de compresión, en que el pistón se acerca. el aire se comprime a una parte de su volumen original, lo cual hace que suba su temperatura hasta unos 5+8 N%. *l inal de la ase de compresión se in-ecta el combustible a gran presión mediante la in-ección de combustible con lo que se atomiza dentro de la cámara de combustión, produciéndose la inlamación a causa de la alta temperatura del aire. n la tercera ase, la ase de traba!o, los gases producto de la combustión empu!an el pistón hacia uera, trasmitiendo la uerza longitudinal al cigHeBal a través de la biela, transormándose en uerza de giro par motor . =a cuarta ase es, al igual que en los motores 0tto, la ase de escape, cuando vuelve el pistón hacia dentro. *lgunos motores diésel utilizan un sistema au9iliar de ignición para encender el combustible al arrancar el motor - mientras alcanza la temperatura adecuada. =a eiciencia o rendimiento >proporción de la energía del combustible que se transorma en traba!o - no se pierde como calor? de los motores diésel dependen, de los mismos actores que los motores 0tto, es decir de las presiones >- por tanto de las temperaturas? inicial - inal de la ase de compresión. Por lo tanto es ma-or que en los motores de gasolina, llegando a superar el )8. en los grandes motores de dos tiempos de propulsión naval. ste valor se logra con un grado de compresión de $8 a " apro9imadamente, contra 6 a " en los 0tto. Por ello es necesaria una ma-or robustez, los motores diésel son, por lo general, más pesados que los motores 0tto. sta desventa!a se compensa con el ma-or rendimiento - el hecho de utilizar combustibles más baratos.
=os motores diésel grandes de $# suelen ser motores lentos con velocidades de cigHeBal de "88 a 3+8 revoluciones por minuto >rpm o rJmin? >grandes barcos?, mientras que los motores de )# traba!an hasta $.+88 rpm >camiones - autobuses? - +.888 rpm. >automóviles?
Motor de dos tiempos *rtículo principal@ Motor de dos tiempos
%on un diseBo adecuado puede conseguirse que un motor 0tto o diésel uncione a dos tiempos, con un tiempo de potencia cada dos ases en lugar de cada cuatro ases. =a eiciencia de este tipo de motores es menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar sólo dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen más potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamaBo. l principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los periodos de absorción de combustible - de e9pulsión de gases a una parte mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo. l diseBo más simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas en la culata, lumbreras, oriicios >que quedan e9puestos al ir subiendo - ba!ando el pistón?. n los motores de dos tiempos, casi siempre lubricados aBadiendo aceite a la gasolina, la mezcla de combustible - aire entra en el cilindro a través de la lumbrera de admisión cuando el pistón está en la posición más ale!ada de la culata. l primer tiempo es la compresiónGencendido, en la que se inicia la combustión de la carga de mezcla aireJcombustibleJaceite cuando el pistón avanza hasta el inal del ese tiempo >PMS?. S*? que el llamado@ Kbarrido en lazoK >K=oop scavengingK en inglés? da siempre me!ores resultados que el sistema llamado@ KUnidireccionalK >KUniloL scavengingK en inglés?.
Motor de cuatro tiempos (acia "536 :icolaus *ugust 0tto diseBó - constru-ó un motor c on doble e9pansión, concepto propuesto por los ingleses Oonathan (ornbloLer - *rtur 1ool en "35", antes de que 1att llevase a la práctica la máquina de vapor. =a primera e9pansión se hacía en el cilindro donde se realizó la combustión, - una segunda en otro pistón, este a ba!a presión, con el ob!etivo de lograr el aprovechamiento de la energía de los gases de escapeD incluso se han construido motores con triple e9pansión, como el #ro-, - el principio se usó en muchos motores marinos. n "68/ la empresa (4 radicada en %onnecticut, UU, abricó un motor de combustión interna de tres cilindros - doble e9pansión que montaron en un automóvil. *l igual que el motor construido por 0tto, cu-o comprador lo devolvió, el motor de (4 no demostró en la práctica las venta!as de menor consumo de combustible esperadas. n spaBa ha- dos patentes concedidas de motores con un principio similar, una de "6)$ a ;rancisco Oimeno %ataneo >: 0PM 8"+//$"? - otra de "63+ a %arlos Ubierna =aciana >: 0PM 8)''5+8?, en el C:#* se constru-ó un prototipo de motor de aviación con cilindros en estrella - un principio parecido, ideado por el ingeniero O 0rtuBo Aarcía, patentes 8$'8++" -
8$)6$)3 - al que se atribu-ó un consumo mu- ba!o de combustible, está e9puesto en el Museo del *ire en %uatro 4ientos, Madrid. l aBo $886, la empresa británica C=M0 presentó en una e9posición internacional de motores en Stuttgart, un prototipo de motor de + tiempos, seg&n una patente concedida en UU a Aerhard Schmitz. Para este motor anunciaron un consumo especíico de $"+ gJ21h, una relación de compresión eectiva de ")K+J" - un peso inerior en $8 a los motores convencionales equivalentes.$ ' )
Motor +an,el
Motor 1an2el. *rtículo principal@ Motor Wankel
n la década de "6+8, el ingeniero alemán ;éli9 1an2el completó el desarrollo de un motor de combustión interna con un diseBo revolucionario, actualmente conocido como Motor 1an2el. Utiliza un rotor triangularGlobular dentro de una cámara ovalada, en lugar de un pistón - un cilindro. =a mezcla de combustible - aire es absorbida a través de un oriicio de aspiración queda atrapada entre una de las caras del rotor - la pared de la cámara. =a rotación del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una bu!ía. =os gases se e9pulsan a través de un oriicio de e9pulsión con el movimiento del rotor. l ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres ases de potencia en cada giro. l motor de 1an2el es compacto - ligero en comparación con los motores de pistones, por lo que ganó importancia durante la crisis del petróleo en las décadas de "638 "658. *demás, unciona casi sin vibraciones - su sencillez mecánica permite una abricación barata. :o requiere mucha rerigeración, - su centro de gravedad ba!o aumenta la seguridad en la conducción. :o obstante salvo algunos e!emplos prácticos como algunos vehículos Mazda, ha tenido problemas de durabilidad.
Motor de carga estratificada Una variante del motor de encendido con bu!ías es el motor de carga estratiicada, diseBado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de reGcirculación de los gases resultantes de la combustión - sin utilizar un catalizador . =a clave de este diseBo
es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible - aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre. =a bu!ía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. =a temperatura má9ima que se alcanza es suicientemente ba!a como para impedir la ormación de ó9idos de nitrógeno, mientras que la temperatura media es la suiciente para limitar las emisiones de monó9ido de carbono e hidrocarburos.
