1.  El motor de combustión .

     Historia del motor de combustión .

   En 1860 , Jean Joseph Étienne Lenoir construyó el primer motor de combustión , en 1867 , Nikolaus August Otto y Eugen Langen presentaron un motor de combustión perfeccionado .

   En 1878 , Otto construyó el primer motor de gas según el principio de 4 tiempos .

   En 1883 , Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach desarrollaron el primer motor de gasolina de 4 tiempos , en 1897 , Rudolf Diésel presentó un motor de gasóleo .

   El motor es el conjunto mecánico que transforma la energía del combustible en la energía mecánica que el vehículo emplea para desplazarse .

   Principales elementos de un motor de combustión .

   El bloque                             El conjunto biela-pistón                            La culata 

   El árbol de levas                 La distribución                                   El cigüeñal y volante de inercia

   Clasificación de los motores .

   Los motores de combustión se pueden clasificar :

Por el movimiento que realizan : alternativos o rotativos .

Por la disposición de los cilindros : en linea , en V o W y horizontales opuestos .

Por el método de trabajo : cuatro tiempos y dos tiempos .

Por los tipos de combustión y combustible : gasolina por encendido con chispa , diésel con ignición espontánea .

Los motores con cilindros en línea son fáciles de construir y resultan ser más económicos en su fabricación .

Los motores con cilindros en V permiten acortar la longitud del bloque resultan más equilibrados .

Los motores bóxer con cilindros opuestos permiten disminuir la altura del motor y son muy empleados en vehículos deportivos .

   Motor de gasolina .

El motor de gasolina o motor Otto de cuatro tiempos es un motor alternativo con encendido por chispa .

Durante la combustión , se transforma la energía química de gasolina en energía calorífica , esta energía calorífica se transforme en energía mecánica .

   Ciclo Otto teórico .

En los motores alternativos , el pistón se desplaza desde PMS , a la parte más baja , PMI . Entre el PMS y el PMI , el cigüeñal realiza un giro de 180 º .

A. Primer tiempo : Admisión de gases frescos .

B. Segundo tiempo : Compresión .

C. Tercer tiempo : Explosión .

D. Cuarto tiempo : Escape de los gases quemados .

A. Admisión : En el primer tiempo , el pistón se encuentra en el PMS y se desplaza hasta el PMI y se genera una depresión en el cilindro , la válvula de admisión permanece abierta y la de escape , cerrada .

B. Compresión : El cilindro se encuentra lleno de mezcla de aire y gasolina , la válvula de admisión se cierra y la de escape continúa cerrada .

El pistón se desplaza desde el PMI al PMS .

C. Explosión : El pistón se encuentra en el PMS con la mezcla comprimida . El circuito de encendido manda una corriente eléctrica a la bujía ( encendido por chispa ) .

Los gases a presión empujan la cabeza del pistón y lo desplazan del PMS al PMI .

D. Escape : el pistón se encuentra en el PMI con todo su volumen lleno de gases quemados .

El pistón se desplaza desde el PMI al PMS . La válvula de escape se abre y los gases son expulsados por el tubo de escape al exterior .

El instante en el que las dos válvulas están abiertas se denomina cruce o solapamiento de válvulas .

   Diagrama teórico del motor de cuatro tiempos .

El ciclo teórico completo se realiza cada dos válvulas del motor y cada tiempo implica 180 º de giro del motor .

Un motor con este ciclo de trabajo funciona , pero no se aprovecha al máximo el combustible ni tiene un rendimiento aceptable . Adaptan las aperturas de las válvulas a las necesidades de cada motor .

El funcionamiento de los motores montados en los vehículos actuales es un ciclo corregido o real .

   Ciclo Otto real .

   Primer tiempo . Admisión .

En el ciclo real , el tiempo de admisión se alarga considerablemente . La válvula de admisión se abre de 10 º a 15 º antes de que el pistón llegue al punto muerto superior ( Adelanto de apertura de admisión . El cierre de la válvula no se realiza en el punto muerto inferior , sino después , de 40 º a 45 º ( Retroceso del cierre de la admisión .

El ciclo real aprovecha la inercia de los gases para el llenado del cilindro .

   Segundo tiempo . Compresión .

El tiempo de compresión se acorta en el ciclo real . La compresión empieza cuando la válvula de admisión se cierra ; el pistón ha iniciado la carrera ascendente y antes de alcanzar el punto muerto superior salta la chispa en la bujía ( Avance de encendido ) , lo que inicia la combustión .

   Tercer tiempo . Explosión .

Se inicia en el momento en el que se produce la explosión de la mezcla ( antes de que el pistón llegue al punto muerto superior ) , por lo que se consigue que la máxima presión de los gases quemados , superior a 60 bar , se produzca en el punto muerto superior del pistón .

Las dos válvulas se encuentran cerradas y la presión de los gases desplaza el pistón del punto muerto superior al punto muerto inferior , transformándose en trabajo mecánico . Antes de que el pistón llegue al punto muerto inferior , se abre la válvula de escape y termina este tiempo .

   Cuarto tiempo . Escape .

Se adelanta de 40 º a 50 º la apertura de la válvula de escape , para aprovechar la presión la presión interna de los gases . Los gases salen rápidamente al exterior y el pistón se desplaza desde el punto muerto inferior al punto muerto superior empujando , en su desplazamiento , los gases al exterior .

La válvula de escape permanece abierta de 15 º a 20 º después del punto muerto superior para aprovechar la inercia de los gases para salir al exterior ( retraso del cierre de escape .

   Motor diésel .

El motor diésel fue inventado y patentado por Rudolf Diésel en 1892 . A diferencia del motor de gasolina , no necesita chispa eléctrica para realizar la combustión ; es un motor térmico y alternativo cuya combustión se realiza al inyectar el gasóleo pulverizado a presión en la cámara o precámara .

En los HDI , se alcanzan los 2000 bar en el interior de la cámara de compresión . El gasóleo atomizado se mezcla con el aire , que se encuentra a elevada temperatura y presión y arde .

La biela transmite el movimiento del pistón al cigüeñal , al que hace girar .

El motor diésel tiene una combustión similar al motor de gasolina . Las diferencias principales son :

- No tiene circuito de encendido .

- Dispone de circuito de inyección del combustible .

- Trabaja con presiones más altas , por lo que las piezas del motor más robustas .

- Mayor rendimiento térmico que los motores de gasolina al generar más potencia con un menor consumo de combustible .

Los cuatro tiempos del ciclo operativo en el motor diésel son similares a los del motor de gasolina .

- Primer tiempo : Admisión .

- Segundo tiempo :Compresión (el combustible se inyecta a presión al final de la compresión).

- Tercer tiempo : Explosión .
- Cuarto tiempo : Escape .

   Motor rotativo .

El motor rotativo o motor Walken es un motor de combustión con encendido por chispa en el que se quema una mezcla de aire y combustible .

Este motor dispone en fila de varios discos ( émbolos rotativos ) . Con ellos se consigue obtener motores de pequeñas dimensiones y altas potencias .

El motor rotativo trabaja según el principio de cuatro tiempos , ya que produce un cambio de gases cerrado , y según el principio de dos tiempos , ya que el émbolo rotativo controla el cambio de gases mediante lumbreras en la pista de rodamiento de la camisa . Una vuelta del eje excéntrico corresponde a un ciclo operativo .

A diferencia del motor alternativo , el motor rotativo posee émbolos / discos triangulares lobulares en lugar de pistones con movimiento de vaivén . Los discos giran en una carcasa oval , ligeramente más estrecha por su centro , y la cámara de trabajo se desplaza a lo largo de la pared de la carcasa .

Este motor ofrece las siguientes ventajas :

- En cada vuelta de motor se realizan tres explosiones .

- El motor consta de un menor número de piezas móviles , lo que origina menores fuerzas de inercia y vibraciones .

- Mayor suavidad de marcha , ya que todos los componentes del motor giran en el mismo sentido .

Por el contrario , se le achacan los siguientes inconvenientes :

- Elevado coste de producción y mantenimiento . 

- Imposibilidad de conseguir una estanqueidad completa en el rotor debido al cierre de los segmentos laterales y superior .

- Mayor relación consumo-potencia debido al diseño alargado de las cámaras de combustión .

El fabricante japonés Mazda es el principal fabricante que equipa motor rotativo Wankel ; el Mazda RX7 es un ejemplo .

   Motor de dos tiempos .

Este tipo de motor , su ligereza y su coste , es ideal para motocicletas y vehículos de poca cilindrada .

Es un motor muy ligero ya que elimina los mecanismos de distribución .

El motor de dos tiempos realiza un ciclo de trabajo en dos carreras del pistón , es decir , en una vuelta del cigüeñal .

Los motores de dos tiempos no tienen válvulas , la entrada y salida de gases se realiza por lumbreras , que son aperturas en el cilindro que el pistón cierra y abre al desplazarse , similar al motor rotativo Wankel .

En el primer tiempo , el pistón sube desde el PMI al PMS , con lo que se produce el encendido antes de alcanzar el PMS . La parte superior del pistón realiza la compresión y la inferior introduce la mezcla de combustible y aire en el cárter .

En el segundo tiempo , el pistón se desplaza desde el PMI al PMS y los gases producidos durante la combustión se expansionan empujando el pistón y descargando  los gases quemados por la lumbrera de escape en la parte inferior del pistón .

A la vez la mezcla entra en la parte alta del cilindro por la lumbrera de transferencia y se comprime en el cárter .

El rendimiento de este motor es inferior al de cuatro tiempos ya que la compresión no es enteramente efectiva hasta que el pistón cierra las lumbreras de transferencia y de escape , Además , parte del volumen de mezcla sin quemar se pierde por la lumbrera de escape con los gases resultantes de la combustión .

    Características del motor .

Los motores , tanto Otto como diésel , dos tiempos , etc ., poseen diferentes características que los identifican .

Las características principales de los motores son :

- Diámetro del cilindro y carrera .

- Cilindrada unitaria y total .

- Cámara de combustión .

- Relación de compresión .
- Sentido de giro del motor .
- Orden de encendido .

   Diámetro del cilindro y carrera .

Por << diámetro del cilindro >> se entiende el diámetro interior del cilindro ( D ) . La carrera es el recorrido que realiza el pistón desde el punto muerto superior al punto muerto inferior . Estas dos medidas se indican siempre en milímetros .

    Cilindrada unitaria .

Es el volumen en centímetros cúbicos o litros que desplaza el pistón en su carrera desde el punto muerto superior hasta el punto muerto muerto inferior .

Cilindrada unitaria en centímetros cúbicos .

Diámetro del cilindro en centímetros . 

3,1416 .

Carrera en centímetros .

   Cilindrada total .

La cilindrada total del motor ( en centímetros cúbicos o litros ) es la suma de las cilindradas unitarias de todos los cilindros que tiene el motor .

La cilindrada total del motor se calcula aplicando la siguiente fórmula :

Cilindrada total en centímetros cúbicos .
Diámetro del cilindro en centímetros .
3,1416 .
Carrera en centímetros .
Número de cilindros .

   Cámara de compresión .

Es el volumen al que se comprime la mezcla de aire y gasolina en os motores de gasolina o de aire en los motores diésel .

Es el resultado del volumen libre que deja el cilindro al llegar al PMS más el volumen de la cámara de la culata .

   Cámara de combustión .

La cámara de combustión completa está formada por la cilindrada y la cámara de compresión .

   Relación de compresión .

Es necesario comprimir la mezcla aspirada por el motor para obtener el máximo rendimiento de la combustión .

El motor realiza esta función en tiempo de compresión . Las dos válvulas permanecen cerradas y el pistón se desplaza desde el PMI hasta el PMS , con lo que comprime la mezcla al volumen de la cámara de compresión .

La relación entre los volúmenes que intervienen en la compresión de la mezcla , esto es , entre el volumen unitario del cilindro y el volumen de la cámara de compresión , se denomina relación de compresión .

   Sentido de giro del motor .

Los motores tienen sentido de giro a la salida de la fuerza .

Giran a izquierdas cuando su giro es en sentido contrario al de las agujas del reloj mirando desde el lado contrario al de la salida de fuerza .

Giran a derechas cuando giran en el sentido de las agujas del reloj mirando desde el lado contrario de la fuerza .

   Orden de encendido .

El orden de encendido determina el diagrama de los tiempos de todos los cilindros . El orden de encendido más empleado en los motores de cuatro cilindros es 1-3-4-2 . Las explosiones se suceden en este orden , empezando por el cilindro 1 , después 3 , el 4 y por último 2 .