1.6.1. Motor de gasolina (I)

El motor del automóvil es el responsable de su denominación, auto – móvil, pues aporta desde dentro del vehículo la energía para su desplazamiento.

En los inicios del automóvil dos fueron las fuentes de energía que se barajaban, la electricidad y el petróleo, concretamente uno de sus derivados, la gasolina.

Por diversas razones, vigentes hoy en día (2014), fue la gasolina la energía seleccionada y el motor de explosión el protagonista de los primeros automóviles de producción.

De la bicicleta al motor

Una forma didáctica efectiva de empezar a entender el funcionamiento del motor de gasolina, es utilizar un símil conocido y el mejor es la bicicleta, tal como se representa en la animación siguiente con su transición hasta el motor de explosión:

  • En la bicicleta la fuerza muscular del ciclista ejerce un empuje sobre la rodilla, y este continua por la pantorrilla hasta el pie, eje de pedales y corona, donde ya es un giro.
  • Al girar la corona se pasa el movimiento a la rueda trasera mediante una cadena.
  • Como repaso a los anteriores capítulos constatamos que la bicicleta es de propulsión o tracción trasera y la cadena la asimilamos a la transmisión.
  • Para lograr el funcionamiento del motor con el mismo principio que la bicicleta, hacemos esto; nos quedamos solamente del ciclista con la rodilla, pantorrilla y pie con lo que se sigue produciendo el giro de la corona con el descenso y ascenso de la rodilla.
  • Ahora falta la fuerza que empuje a la rodilla hacia abajo, y lo lograremos si conseguimos que se produzca una explosión en una cámara cerrada sobre la rodilla.
  • Este es el principio de funcionamiento del motor de explosión.

 

Vamos a ver a continuación como se logra generar la explosión, que nos lleva a describir el motor y sus diferentes elementos.

Elementos del motor

La animación que vemos a continuación nos va presentando los elementos del motor de gasolina y su funcionamiento:

  • Sobre el pistón está la bujía que provoca una chispa.
  • El aire y gasolina entra al motor por el colector de admisión, azul a la derecha en la imagen
  • Los gases quemados en la explosión salen al exterior a través del colector de escape, marrón a la izquierda de la imagen.
  • El tránsito de los gases de admisión y escape se controla mediante las válvulas de admisión y escape, que abren y cierran por la actuación de sus respectivos árboles de levas movidos por piñones desde el eje de giro del motor.
  • El elemento que recibe la fuerza de la explosión es el pistón, que hemos comparado con la rodilla del ciclista.
  • Transmite el empuje desde el pistón la biela, similar a la pantorrilla del ciclista
  • El eje de giro del motor que recibe el empuje de la biela es el cigüeñal, con similar función que los pedales y su eje en la bicicleta.
  • El pistón se desplaza arriba y abajo dentro del motor por el cilindro, que recibe este nombre por su forma geométrica.
  • El motor se divide genéricamente en tres zonas:
    • Culata; en la parte superior donde se realiza la “respiración” del motor (admisión y escape).
    • Bloque; en el centro, bajo la culata. Contiene los elementos móviles para transformar el movimiento de sube y baja en circular; cilindro, pistón, biela y cigüeñal.
    • Cárter; es el cierre hermético inferior del motor. Contiene el aceite de lubricación.
    • Juntas de culata y cárter; entre el bloque y culata y bloque y cárter, aseguran la estanqueidad entre los diferentes fluidos del motor (gases de admisión, gases de escape, aceite de lubricación y líquido de refrigeración).
  • Se resalta al final de la animación el paso de rodilla a pistón como receptor de la energía para el movimiento del motor.

 

Como resumen del funcionamiento del motor adelantamos resumidamente el proceso; la mezcla (aire y gasolina) entra al cilindro, se quema generando una explosión por la chispa en la bujía, la energía de la explosión empuja al pistón hacia abajo produciendo el giro del motor y después se vacía de gases quemados el cilindro.

Seguidamente vemos con detalle este proceso, que nos lleva a explicar los cuatro tiempos del motor de gasolina.

Los “cuatro tiempos”

Para generar la fuerza y energía el motor sigue unos procesos, fases o tiempos, vemos los cuatro tiempos del motor de gasolina:

1- Admisión

  • El pistón desciende con la válvula de admisión abierta, lo que produce el efecto de succión de la mezcla aire – gasolina al interior del cilindro desde el colector de admisión (la válvula de escape está cerrada).

2- Compresión

  • Al final de la admisión se cierra la válvula de admisión y el pistón sube comprimiendo la mezcla en el cilindro. (Ambas válvulas están cerradas).

3- Explosión

  • Cuando el pistón llega a su punto más alto, final de la compresión, se produce la chispa en la bujía que provoca la explosión empujando el pistón hacia abajo.
  • Es cuando el motor produce su energía que más adelante llamaremos par motor (están cerradas las válvulas de admisión y escape).

4- Escape

  • Al terminar la explosión se abre la válvula de escape y el pistón asciende expulsando los gases quemados hacia el colector de escape (la válvula de admisión se abre al final del escape para iniciarse de nuevo la admisión).

Motores de más de un cilindro

Las explosiones producen ruido y vibraciones, más cuanto más fuertes sean y tarden en producirse consecutivamente.

Para lograr buenas prestaciones se han de generar explosiones enérgicas, lo que supone ruido y vibraciones.

Además, de los cuatro tiempos solamente uno produce energía, es decir las explosiones son discontinuas lo que incrementa las vibraciones.

Una forma de lograr un funcionamiento más continuo, silencioso y uniforme consiste en reducir el tamaño de las explosiones y que sean más numerosas, como se refleja en la animación:

  • Con un cilindro las vibraciones son elevadas
  • Si se dispone de más cilindros de menor tamaño, cuatro consecutivos o en línea en la imagen, se reducen sensiblemente las vibraciones y ruido:
    • Cada explosión es cuatro veces menor que la original lo que nos lleva a la misma energía generada al sumarlas.
    • Al ser cuatro explosiones más pequeñas y producirse más seguidas el funcionamiento es más suave y continuo.

Resumen de este módulo

Hemos comparado la bicicleta y el ciclista con el funcionamiento del motor de gasolina y descrito sus elementos y funcionamiento:

  • Culata; es la parte superior del motor donde se realiza la admisión y el escape.
  • Bloque; debajo de la culata. En su interior se produce la explosión.
  • Cárter; bajo el bloque, es el cierre inferior y depósito de aceite para el engrase.
  • Juntas de culata y cárter; para estanqueizar el paso de los diferentes fluidos del motor.
  • Cilindro; guía del desplazamiento de sube y baja del pistón
  • Pistón; receptor de la explosión de la mezcla aire – gasolina.
  • Biela; transmite el movimiento desde el pistón al cigüeñal.
  • Cigüeñal; transforma el movimiento de vaivén del pistón mediante la biela en circular.
  • Colector de admisión; conducto de la mezcla de aire – gasolina desde el exterior al cilindro.
  • Válvula de admisión; controla la entrada de la mezcla de admisión al cilindro desde el colector de admisión.
  • Colector de escape; conducto que evacua los gases quemados desde el cilindro al exterior.
  • Válvula de escape; coordina la salida de los gases quemados desde el cilindro al colector de escape.
  • Árbol/es de levas; abren las válvulas de admisión y escape que se cierren por la acción de sus respectivos muelles.
  • Los cuatro tiempos en un motor de cuatro cilindros en línea:
    • Admisión (cilindro 1); entrada de la mezcla con válvula de admisión abierta y pistón bajando.
    • Compresión (cilindro 3); se comprime la mezcla con las válvulas cerradas y el pistón subiendo.
    • Explosión (cilindro 4); la chispa en la bujía inicia la explosión que hace descender el pistón. Las válvulas están cerradas.
    • Escape (cilindro 2); el pistón sube con la válvula de escape abierta expulsando los gases quemados.

 

Hay muchas posibilidades de número de cilindros y su disposición, además del motor de cuatro cilindros en línea que hemos visto, se tratará en capítulos siguientes.

Se ha utilizado en las explicaciones el motor con la tecnología de sus inicios; las válvulas abren de abajo a arriba y están al lado del bloque.

Los árboles de levas están también a los lados del bloque debajo de las válvulas.

Esta disposición, conocida como “SV” (“Side Valves” o válvulas laterales), está en desuso por su bajo rendimiento.

En el capítulo “1.7 Distribución” de este nivel 1 (Básico) explicamos las disposiciones más actuales, para en los siguientes niveles, 2 (intermedio)  y 3 (avanzado), completar el proceso de transición de todas las posibilidades razonando las evoluciones.

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