Motor de combustión interna
Motor de combustión

Un motor de combustión interna, motor a esplosión o motor a pistón, ye un tipu de máquina que llogra enerxía mecánica direutamente de la enerxía química d'un combustible qu'ambura dientro de la cámara de combustión. El so nome deber a que dicha combustión produzse dientro de la mesma máquina, a diferencia de, por casu, la máquina de vapor.

• Alternativos.
  • El motor d'explosión ciclo Otto, que'l so nome provién del téunicu alemán que lu desenvolvió, Nikolaus August Otto, ye'l motor convencional de gasolina, anque tamién lo conoz como motor de ciclu Beau de Rochas debíu al inventor francés que lu patentó en 1862.
  • El motor diésel, llamáu asina n'honor del inxenieru alemán nacíu en Francia Rudolf Diesel, funciona con un principiu distintu y suel consumir gasóil.
• La turbina de gas.
• El motor rotatoriu.
• El Ciclu Atkinson.

• De dos tiempos (2T): efectúen una carrera útil de trabayu en cada xiru.
• De cuatro tiempos (4T): efectúen una carrera útil de trabayu cada dos xiros.

Esisten los diésel y gasolina, tantu en 2T como en 4T.

La invención puede remontase a dos italianos: el padre Eugenio Barsanti, un sacerdote escolapiu, y Felice Matteucci, inxenieru hidráulicu y mecánicu, que yá en 1853 detallaron documentos d'operación y construcción y patentes pendiente en dellos países europeos como Gran Bretaña, Francia, Italia y Alemaña.^[1]

Los primeros prototipos escarecíen de la fase de compresión; esto ye, la fase de succión terminaba prematuramente col zarru de la válvula d'almisión primero que'l pistón llegara a la metá, lo que provocaba que la chispa que xeneraba la combustión qu'emburria la carrera del pistón fuera débil. De resultes el funcionamientu d'estos primeros motores yera deficiente. Foi la fase de compresión la que dio una eficiencia significativa al motor de combustión interna, que llograría'l reemplazu definitivu de los motores a vapor ya impulsaría el desenvolvimientu de los automóviles, yá que llograba desenvolver una potencia igual o mayor en dimensiones considerablemente muncho más amenorgaes.

Les primeres aplicaciones práutiques de los motores de combustión interna fueron los motores fora de borda. Esto foi por cuenta de que la principal torga pa l'aplicación práutica del motor de combustión interna en vehículos terrestres yera'l fechu de que, a diferencia de la máquina de vapor, nun podía empezar dende paráu. Los motores marinos nun sufren esti problema, una y bones les hélices son llibres d'un significativu momentu d'inercia.

El motor tal como lu conocemos güei foi desenvueltu pol alemán Nikolaus Otto, quien en 1886 patentó'l diseñu d'un motor de combustión interna a cuatro tiempos, basáu nos estudios del inventor francés Alphonse Beau de Rochas de 1862, que de la mesma se basó nel modelu de combustión interna de Barsanti y Matteucci.^{[ensin referencies]}

Les distintes variantes de los dos ciclos, tantu en diésel como en gasolina, tienen cada unu'l so ámbitu d'aplicación.

• 2T gasolina: tuvo gran aplicación nes motocicletes, motores d'ultralligeros (ULM) y motores marinos fuera-borda hasta una cierta cilindrada, perdiendo enforma terrenal nesti campu poles normes anticontaminación. Anguaño siguen n'usu pa les cilindraes mínimes de ciclomotores y scooters (50 cc), o un pocu más grandes de motocicletes de competición y motocrós, pequeños motores de motosierras y otres máquines portátiles llixeres, y pequeños grupos electróxenos (2015).
• 4T gasolina: apodera nes aplicaciones en motocicletes de toles cilindraes, automóviles, aviación deportiva y fuera borda.
• 2T diésel: apodera nes aplicaciones navales de gran potencia, hasta 100000 CV güei día, y tracción ferroviaria. Nel so momentu de puxanza usar n'aviación con ciertu ésitu.
• 4T diésel: apodera nel tresporte terrestre, automóviles y aplicaciones navales hasta una cierta potencia. Empieza a apaecer na aviación deportiva.

Los motores Otto y los diésel tienen los mesmos elementos principales: (bloque, cigoñal, biela, pistón, culata, válvules) y otros específicos de cada unu, como la bomba inyectora d'alta presión nos diésel, o d'antiguo el carburador nos Otto.

Nos 4T ye bien frecuente designalos por aciu el so tipu de distribución: SV, OHV, SOHC, DOHC. Ye una referencia a la disposición del (o los) árbol de lleves.

La cámara de combustión ye un cilindru, polo xeneral fixu, cerráu nun estremu y dientro del cual esmuzse un pistón bien afechu al cilindru. La posición escontra dientro y pa escontra fora del pistón modifica'l volume qu'esiste ente la cara interior del pistón y les parés de la cámara. La cara esterior del pistón ta xunida por una biela al cigoñal, que convierte en movimientu rotatoriu'l movimientu llinial del pistón.

Nos motores de dellos cilindros, el cigoñal tien una posición de partida, llamada espiga de cigoñal y coneutada a cada exa, colo que la enerxía producida per cada cilindru aplicar al cigoñal nun puntu determináu de la rotación. Los cigoñales cunten con pesaos volantes y contrapesos que la so inercia amenorga la irregularidá del movimientu de la exa. Un motor alternativu puede tener de 1 a 28 cilindros.

El sistema d'alimentación de combustible d'un motor Otto consta d'un depósitu, una bomba de combustible y un dispositivu dosificador de combustible que vaporiza o atomiza'l combustible dende l'estáu líquidu, nes proporciones correutes pa poder ser quemáu. Llámase carburador al dispositivu qu'hasta agora venía siendo utilizáu con esti fin nos motores Otto. Agora los sistemes d'inyeición de combustible sustituyir por completu por motivos medioambientales. La so mayor precisión na dosificación de combustible inyectáu amenorga les emisiones de CO2, y asegura un amiestu más estable. Nos motores diésel se dosifica el combustible gasoil de manera non proporcional al aire qu'entra, sinón en función del mandu d'aceleración y el réxime motor (mecanismu de regulación) por aciu una bomba inyectora de combustible.

Nos motores de dellos cilindros el combustible vaporizado llevar a los cilindros al traviés d'un tubu ramificáu llamáu colector d'almisión. La mayor parte de los motores cunten con un colector d'escape o d'espulsión, que tresporta fora del vehículu y amortigua el ruiu de los gases producíos na combustión.

Cada cilindru toma'l combustible y espulsa los gases al traviés de válvules de cabezal o válvules esnidioses. Un muelle caltién cerraes les válvules hasta que s'abrir nel momentu fayadizu, al actuar les lleves d'un árbol de lleves rotatoriu movíu pol cigoñal, tando'l conxuntu coordináu por aciu la cadena o la correa de distribución. Hubo otros diversos sistemes de distribución, ente ellos la distribución por camisa corredera (sleeve-valve).

Los motores precisen una forma d'empecipiar la combustión del combustible dientro del cilindru. Nos motores Otto, el sistema d'encendíu consiste nun componente llamáu bobina d'encendíu, que ye un autu tresformador d'altu voltaxe al que ta conectáu un conmutador qu'ataya la corriente del primariu por que se induza un impulsu llétricu d'altu voltaxe nel secundariu.

Dichu impulsu ta sincronizáu col tiempu de compresión de cada unu de los cilindros; l'impulsu llevar al cilindru correspondiente (aquel que ta en compresión nesi momentu) utilizando un distribuidor rotativu y unos cables que lleven la descarga d'altu voltaxe a la buxía. El dispositivu que produz l'encendíu del amiestu combustible/aire ye la buxía, que, instalada en cada cilindru, dispón d'electrodos dixebraos unes décimes de milímetru, l'impulsu llétricu produz una chispa nel espaciu ente un electrodu y otru, qu'engafa'l combustible; hai buxíes con dellos electrodos, buxíes qu'usen el procesu de 'descarga de superficie' pa producir la chispa, y 'buxíes incandescentes ' (Glow-plug).

Si la bobina ta en mala traza se recalienta; eso produz perdes d'enerxía, amenorga la chispa de les buxíes y causa fallos nel sistema d'encendíu del automóvil. De los sistemes de xeneración d'electricidá nos motores, los magnetos dan un baxu voltaxe a poques rpm, aumentando'l voltaxe de la chispa al aumentar les rpm, mientres los sistemes con batería dan una bona chispa a baxes rpm, pero la intensidá de la chispa baxa al aumentar les rpm.

Yá que la combustión produz calor, tolos motores tienen de disponer de dalgún tipu de sistema de refrigeración. Dellos motores estacionarios d'automóviles y d'aviones, y los motores fueraborda, esfrecer con aire. Los cilindros de los motores qu'utilicen esti sistema cunten nel esterior con un conxuntu de llámines de metal qu'emiten el calor producíu dientro del cilindru. N'otros motores utilízase refrigeración per agua, lo qu'implica que los cilindros atópense dientro d'una carcasa llena d'agua que nos automóviles faise circular por aciu una bomba. L'agua esfrecer al pasar poles llámines d'un radiador. Ye importante que'l líquidu que s'usa pa esfrecer el motor nun seya agua común y corriente porque los motores de combustión trabayen regularmente a temperatures más altes que la temperatura de ebullición de l'agua. Esto provoca una alta presión nel sistema d'enfriamientu dando llugar a falles nos barafustes y sellos d'agua, según nel radiador; úsase un refrigerante, pos nun fierve a la mesma temperatura que l'agua, sinón a más alta temperatura, y que tampoco se conxela a temperatures bien baxes.

Otra razón pola cual débese usar un refrigerante ye qu'ésti nun produz sarro nin sedimentos que se xunten a les parés del motor y del radiador formando una capa aislante que menguaría la capacidá d'enfriamientu del sistema. Nos motores navales utilízase agua del mar pa la refrigeración.

Al contrariu que los motores y les turbinas de vapor, los motores de combustión interna nun producen un par de fuercies cuando arrinquen (vease Momentu de fuercia), lo qu'implica que tien de provocase'l movimientu del cigoñal por que pueda empecipiase el ciclu. Los motores de automoción utilicen un motor llétricu (el motor d'arranque) conectáu al cigoñal por un embrague automáticu que se desacopla en cuanto arrinca'l motor. Per otru llau, dellos motores pequeños arrínquense a mano xirando'l cigoñal con una cadena o tirando d'una cuerda que s'endolca alredor del volante del cigoñal.

Otros sistemes d'encendíu de motores son los iniciadores d'inercia, qu'aceleren el volante manualmente o con un motor llétricu hasta que tien la velocidá abonda como pa mover el cigoñal. Ciertos motores grandes utilicen iniciadores esplosivos que, por aciu la esplosión d'un cartuchu mueven una turbina acoplada al motor y apurren l'osíxenu necesario p'alimentar les cámares de combustión nos primeros movimientos. Los iniciadores d'inercia y los esplosivos utilícense sobremanera p'arrincar motores d'aviones.

El motor convencional del tipu Otto ye un motor de tipu alternativu de cuatro tiempos (4T), anque en fora borda y vehículos de dos ruedes hasta una cierta cilindrada utilizóse enforma'l motor de dos tiempos (2T). El rendimientu térmicu de los motores Otto modernos vese llindáu por dellos factores, ente otros la perda d'enerxía pola resfregón, la refrigeración y falta de constancia nes condiciones de funcionamientu.

La termodinámica diznos que'l rendimientu d'un motor alternativu depende en primer aproximamientu del grau de compresión. Esta rellación suel ser de 8 a 1 o 10 a 1 na mayoría de los motores Otto modernos. Pueden utilizase proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando asina la eficiencia del motor, pero esti diseñu rique l'usu de combustibles d'altu índiz de octano pa evitar el fenómenu de la detonación, que puede producir graves daños nel motor. La eficiencia o rendimientu mediu d'un bon motor Otto ye d'un 20 a un 25%: namái la cuarta parte de la enerxía calorífica tresformar n'enerxía mecánica.

Casi tolos motores d'esti tipu fabricar pal tresporte y tienen de trabayar suministrando distintes potencies en cada momentu. Por cuenta de esto'l rendimientu de los mesmos cai sópito al trabayar con carga parcial, yá que, cuando esto asocede, la cámara de compresión caltién el so volume, dando una compresión final baxa y tresformando gran parte de la enerxía en calor.

Funcionamientu (Figura 1)

1. Tiempu d'almisión - L'aire y el combustible entemecíos entren pola válvula d'almisión.

2. Tiempu de compresión Entemecer aire/combustible ye estruyida y encendida por aciu la buxía.

3. Tiempu de combustión - El combustible engáfase y el pistón ye emburriáu escontra baxo.

4. Tiempu d'escape - Los gases d'escape condúcense pa escontra fora al traviés de la válvula d'escape.

Tamién esiste una variación del ciclu Otto qu'ameyora la eficiencia del motor al aumentar el tiempu d'espansión con respectu a la de compresión conocíu como Ciclu Miller.

En teoría, el ciclu diésel difier del ciclu Otto en que la combustión tien llugar nesti postreru a volume constante en llugar de producise a una presión constante. La mayoría de los motores diésel son coles mesmes del ciclu de cuatro tiempos, salvo los de tamañu bien grande, ferroviarios o marinos, que son de dos tiempos. Les fases son distintes de les de los motores de gasolina.

Na primer carrera, la d'almisión, el pistón sale pa escontra fora, y absuérbese aire escontra la cámara de combustión. Na segunda carrera, la fase de compresión, en que'l pistón avérase. l'aire estruyir a una parte del so volume orixinal, lo cual fai que xuba la so temperatura hasta unos 850 °C. A la fin de la fase de compresión inyéctase'l combustible a gran presión por aciu la inyeición de combustible colo que s'atomiza dientro de la cámara de combustión, produciéndose la inflamación por causa de la alta temperatura del aire. Na tercer fase, la fase de trabayu, los gases productu de la combustión emburrien el pistón pa escontra fora, tresmitiendo la fuercia llonxitudinal al cigoñal al traviés de la biela, tresformándose en fuercia de xiru par motor. La cuarta fase ye, al igual que nos motores Otto, la fase d'escape, cuando vuelve'l pistón escontra dientro.

Dellos motores diésel utilicen un sistema auxiliar de ignición pa encender el combustible al arrincar el motor y mientres algama la temperatura fayadizo.

La eficiencia o rendimientu (proporción de la enerxía del combustible que se tresforma en trabayu y nun se pierde como calor) de los motores diésel dependen, de los mesmos factores que los motores Otto, ye dicir de les presiones (y por tanto de les temperatures) inicial y final de la fase de compresión. Polo tanto ye mayor que nos motores de gasolina, llegando a superar el 40%. nos grandes motores de dos tiempos de propulsión naval. Esti valor llograr con un grau de compresión de 20 a 1 aproximao, contra 9 a 1 nos Otto. Por ello ye necesaria una mayor robustez, y los motores diésel son, polo xeneral, más pesaos que los motores Otto. Esta desventaxa compensar col mayor rendimientu y el fechu d'utilizar combustibles más baratos.

Los motores diésel grandes de 2T suelen ser motores lentos con velocidaes de cigoñal de 100 a 750 revoluciones per minutu (rpm o r/min) (grandes barcos), ente que los motores de 4T trabayen hasta 2.500 rpm (camiones y autobuses) y 5.000 rpm. (automóviles)

Con un diseñu fayadizu puede consiguise qu'un motor Otto o diésel funcione a dos tiempos, con un tiempu de potencia cada dos fases en llugar de cada cuatro fases. La eficiencia d'esti tipu de motores ye menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al precisar namái dos tiempos pa realizar un ciclu completu, producen más potencia qu'un motor cuatro tiempos del mesmu tamañu.

El principiu xeneral del motor de dos tiempos ye l'amenorgamientu de la duración de los periodos d'absorción de combustible y d'espulsión de gases a una parte mínima d'unu de los tiempos, en llugar de que cada operación rica un tiempu completu. El diseñu más simple de motor de dos tiempos utiliza, en llugar de válvules na culata, lumbreras, furos (que queden espuestos al dir xubiendo y baxando el pistón). Nos motores de dos tiempos, casi siempres lubricados añadiendo aceite a la gasolina, l'amiestu de combustible y aire entra nel cilindru al traviés de la lumbrera d'almisión cuando'l pistón ta na posición más alloñada de la culata. El primer tiempu ye la compresión encendíu, na que s'empecipia la combustión de la carga d'amiestu aire/combustible/aceite cuando'l pistón avanza hasta'l final del esi tiempu (PMS). Dempués, el pistón retirar na fase d'esplosión, abriendo'l furu d'espulsión y dexando que los gases salgan de la cámara. De los dos procedimientos pal 'barríu' dientro de los cilindros de los motores de dos tiempos, procesu pol cual entra la nueva carga y espúlsense al escape los gases procedentes de la combustión del amiestu de trabayu, demostróse (SAE) que'l llamáu: 'barríu en llazu' ('Loop scavenging' n'inglés) da siempres meyores resultaos que'l sistema llamáu: 'Unidireccional' ('Uniflow scavenging' n'inglés).

Escontra 1879 Nicolaus August Otto diseñó y construyó un motor con doble espansión, conceutu propuestu polos ingleses Jonathan Hornblower y Artur Woolf en 1781, primero que Watt llevara a la práutica la máquina de vapor. La primer espansión facer nel cilindru onde se realizó la combustión, y una segunda n'otru pistón, esti a baxa presión, coles mires de llograr l'aprovechamientu de la enerxía de los gases d'escape; inclusive se construyeron motores con triple espansión, como'l Troy, y el principiu usar en munchos motores marinos. En 1906 la empresa EHV aniciada en Connecticut, EEXX, fabricó un motor de combustión interna de tres cilindros y doble espansión que montaron nun automóvil. Al igual que'l motor construyíu por Otto, que'l so comprador devolver, el motor de EHV nun demostró na práutica les ventayes de menor consumu de combustible esperaes. N'España hai dos patentes concedíes de motores con un principiu similar, una de 1942 a Francisco Jimeno Cataneo (NᵘOEPM 0156621) y otra de 1975 a Carlos Ubierna Ḷḷaciana (NᵘOEPM 0433850), nel INTA construyóse un prototipu de motor d'aviación con cilindros n'estrella y un principiu asemeyáu, escurríu pol inxenieru J Ortuño García, patentes 0230551 y 0249247 y al que s'atribuyó un consumu bien baxu de combustible, ta espuestu nel Muséu del Aire en Cuatro Vientos, Madrid. L'añu 2009, la empresa británica ILMOR presentó nuna esposición internacional de motores en Stuttgart, un prototipu de motor de 5 tiempos, según una patente concedida n'EEXX a Gerhard Schmitz. Pa esti motor anunciaron un consumu específicu de 215 g/kWh, una rellación de compresión efectiva de 14'5/1 y un pesu inferior en 20% a los motores convencionales equivalentes.^[2][3][4]

Na década de 1950, l'inxenieru alemán Félix Wankel completó'l desenvolvimientu d'un motor de combustión interna con un diseñu revolucionariu, anguaño conocíu como Motor Wankel. Utiliza un rotor triangular-lobular dientro d'una cámara ovalada, en llugar d'un pistón y un cilindru.

L'amiestu de combustible y aire ye absorbida al traviés d'un furu d'aspiración y queda atrapada ente una de les cares del rotor y la paré de la cámara. La rotación del rotor estrúi l'amiestu, que s'encender con una buxía. Los gases espúlsense al traviés d'un furu d'espulsión col movimientu del rotor. El ciclu tien llugar una vegada en caúna de les cares del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada xiru.

El motor de Wankel ye compactu y llixeru en comparanza colos motores de pistones, polo que ganó importancia mientres la crisis del petroleu nes décades de 1970 y 1980. Amás, funciona casi ensin vibraciones y la so cencellez mecánica dexa una fabricación barata. Nun riquir muncha refrigeración, y el so centru de gravedá baxu aumenta la seguridá na conducción. Sicasí salvo dellos exemplos práuticos como dellos vehículos Mazda, tuvo problemes de durabilidá.

Una variante del motor d'encendíu con buxíes ye'l motor de carga estratificada, diseñáu p'amenorgar les emisiones ensin necesidá d'un sistema de re-circulación de los gases resultantes de la combustión y ensin utilizar un catalizador. La clave d'esti diseñu ye una cámara de combustión doble dientro de cada cilindru, con una antecámara que contién una amiestu rico de combustible y aire mientres la cámara principal contién una amiestu probe. La buxía enciende l'amiestu rico, que de la mesma enciende la de la cámara principal. La temperatura máximo que s'algamar ye abondo baxa como pa torgar la formación d'óxidos de nitróxenu, ente que la temperatura medio ye l'abonda pa llindar les emisiones de monóxidu de carbonu ya hidrocarburos.

• Motor alternativu
• Motor de combustión interna alternativu
• Motor Wankel
• Motor diésel
• Motor rotativu
• Caláu
• Bertha Benz Memorial Route

• L J K Setright: 'Some Unusual Engines', Mechanical Engineering Publications Limited. London, 1975. ISBN 0-85928-208-9
• Dellos Autores: 'Enciclopedia CEAC del motor y automóvil', Barcelona, 1974. ISBN 84-329-1007-4
• Takashi Suzuki, PhD: 'The romance of engines', SAE, 1997. ISBN 1-56091-911-6
• sir Harry Ricardo y J G G Hempson: 'The High-Speed Internal-Combustion Engine', Reimpresión el 2004 de la 5ª edición de 1968.
• Max Bentele: 'Engine revolutions', SAE 1991. ISBN 1-56091-081-X
• Herschel Smith: 'A History of Aircraft Piston Engines', SunFlower University Press, 1986. ISBN 0-07-058472-9
• Bill Ginston: 'Development of Piston Aero Engines', PSL 1999. ISBN 978-1-85260-619-0
• Aries-Paz: 'Manual del Automóvil', 'Motocicletes'. Dossat.

• 'Motores de combustión interna', Dante Giacosa, Ed. Hoepli
• 'Manual de la téunica del automóvil', BOSCH. ISBN 3-934584-82-9
• 'Internal Combustion Engines', R. K. Singal. Katson Books, 2012. ISBN 978-93-5014-214-1
• 'Enciclopedia CEAC del Motor y l'Automóvil', VVAA.
• 'The Book of Basic Machines', U.S. Navy Training Manual, 2013. ISBN 978-1-62087-465-3
• 'Basic Mechanical Engineering', R. K. Rajput, Laxmi Publications Ltd, 2009. ISBN 978-93-80386-36-2
• 'Manual d'Automóviles', M Aries-Paz, delles ediciones.
• 'The Romance of Engines', Takashi Suzuki, Ph.D., SAE 1997. ISBN 1-56091-911-6

• Wikimedia Commons acueye conteníu multimedia sobre motores de combustión interna.
• [1] Archiváu 2013-02-22 en Wayback Machine Axencia europea pa la enerxía. Datos sobre rendimientu de procesos y mecanismos.
• [2] 'The High-Speed Internal Combustion Engine', Harry Ricardo, edición de 1931.
• Como midir la presión de compresión. Archiváu 2018-10-16 en Wayback Machine