Ciclo teórico de un motor de cuatro tiempos

Se trata de un motor de combustión interna cuyo ciclo de combustión requiere de cuatro fases. La primera para dejar entrar el aire o mezcla, la segunda para comprimirla, la tercera para detonarla y conseguir energía con la expansión de gases y, por último, una cuarta para expulsar los gases de escape. Los nombre de estas fases o tiempos son: admisión, compresión, expansión y escape.

Se diferencia del motor de dos tiempos en que aquel agrupa la admisión y compresión en la primera fase y la expansión y el escape en la segunda. A continuación te detallamos las partes de un motor de cuatro tiempos, cómo funciona, cuál es la mezcla de aire y combustible que necesita y por qué se ha generalizado su uso en los coches.

Partes de un motor de cuatro tiempos

Un motor de cuatro tiempos de pistones tiene bastantes más componentes básicos que un motor de dos tiempos:

• Bloque motor: donde se encuentran los agujeros o cilindros que conforman las paredes de las cámaras de combustión.
• Culata: parte que cierra las cámaras de combustión por arriba y donde se alojan las válvulas y árboles de levas.
• Pistón: parte móvil que cierra la cámara de combustión por debajo y que va unido al cigüeñal mediante las bielas.
• Cigüeñal: eje que transforma el movimiento lineal de subida y bajada de los pistones en movimiento circular.
• Bielas: piezas móviles que unen los pistones al cigüeñal.
• Válvulas: son las compuertas que se abren y cierran en el momento adecuado para dejar pasar el aire o no y dejar salir los gases de escape o no. Los motores de dos tiempos no tienen
• Árboles de levas: son los ejes con unas protuberancias llamadas levas que empujan las válvulas para abrirlas cuando corresponde. Los motores de dos tiempo no tienen ni válvulas ni árboles de levas.
• Colector de admisión: conductos por lo que entra el aire en las cámaras de combustión cuando las válvulas lo permiten
• Colector de escape: conductos por lo que salen los gases de escape cuando las válvulas lo permiten
• Bujías: en los motores de cuatro tiempos de gasolina se requiere de unas bujías que provoquen una chispa para detonar la mezcla. En los motores diésel no son necesarias, porque la reacción se consigue mediante presión. Solo son necesarios unos calentadores para facilitar el ciclo al arrancar
• Inyectores: en los motores de inyección directa solo se deja entrar aire en la cámara de combustión y se les suministra el combustible ya dentro mediante los inyectores. En los motores de inyección indirecta, los inyectores está fuera de la cámara de combustión
• Cárter: Es la parte que cierra el motor por debajo y contiene el aceite lubricante cuando el motor está en reposo. Esta pieza no es igual en los motores de dos tiempos, porque el aceite va mezclado con el aire y el combustible.
• Bomba de aceite: Es la encargada de llevar el aceite a todos los lugares que se requiere para el funcionamiento del motor.

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Funcionamiento del motor de cuatro tiempos

En un motor de cuatro tiempos, hay un ciclo teórico que es la base para entender el funcionamiento del ciclo real, pero como su nombre lo indica, no describe exactamente lo que sucede en la realidad.

1. El primer tiempo del ciclo es el de aspiración de la carga fresca, compuesta por aire (comburente o también llamado oxidante) y la gasolina (combustible). En este momento, el pistón desciende desde el Punto muerto superior hasta el inferior, mientras que el cigüeñal gira 180º.  Las válvulas de admisión se abren para dejar entrar la mezcla.
2. El segundo tiempo es la compresión. Las válvulas de admisión se cierran dejando el interior del cilindro sellado. El pistón sube y eleva la presión de la mezcla reduciendo el volumen que la contiene, mientras que el cigüeñal completa su primera vuelta girando 360º.
3. El tercer tiempo inicia en el momento en que el pistón se encuentra en el Punto muerto superior, y la bujía emite una chispa que inicia la combustión del combustible. En este momento se genera una gran cantidad de calor y se expande la mezcla, lo que hace que el pistón baje violentamente, produciendo el trabajo. El cigüeñal comienza su segunda vuelta con 540º.
4. En el cuarto tiempo tenemos al pistón abajo del todo y los gases de la combustión llenando el cilindro. Las válvulas de escape se abren y el pistón sube de nuevo expulsándolos. A final de esta fase el cigüeñal termina su segunda vuelta porque ha girado 720º. La cámara de combustión queda preparada para volver a iniciar el ciclo con el primer tiempo.

Con qué mezcla funciona

Como te hemos indicado antes, un motor de dos tiempos quema una mezcla de aire, combustible y aceite. Sin embargo, en los motores de cuatro tiempos esta mezcla está compuesta solo de aire y combustible. La proporción correcta en condiciones ideales para un motor de gasolina es de 14,7 gramos de aire por cada gramo de combustible (14,7/1). A estas cantidades se las conoce como mezcla estequiométrica o ideal.

En los motores diésel esta proporción es ligeramente diferente, con una cantidad de aire ligeramente inferior: 14,5 gramos de aire por cada gramo de gasóleo. Estas mezclas buscan conseguir la cantidad de oxígeno necesaria para quemar todo el combustible que entra en la cámara de combustión. Si la proporción es incorrecta la combustión no será de buena calidad y se producirán más humos y emisiones.

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¿Por qué el motor de un coche es de cuatro tiempos?

La elección de los motores de cuatro tiempos para los coches es porque consumen menos gasolina y aceite que los de dos tiempos. Es decir, que emiten menos gases y por lo tanto contaminan menos que aquellos. Además, como solo producen una explosión por cada dos vueltas del cigüeñal, son más silenciosos, tienen menos vibraciones y son más fáciles de refrigerar. De ahí que también sean más fiables y duraderos.

Imágenes 1 y 3 – Robyn Gallant, Tim Dobbelaere