Funcionamiento del Motor de Combustión Interna en Motocicletas

Para comprender el funcionamiento de un motor de combustión interna, es esencial explicar primero el ciclo de un motor de cuatro tiempos. En este ciclo, se pueden apreciar fácilmente las cuatro fases del ciclo Otto. Luego, se explicará el funcionamiento de un motor de dos tiempos, en el que las cosas suceden un poco más rápido, concretamente al doble de velocidad. También se obviarán los mecanismos que acompañan al conjunto cigüeñal-biela-pistón, como son los árboles de levas y sus transmisiones, para no complicar demasiado la explicación.

Cuando hablamos de los árboles de levas, estos pueden ir instalados en el propio cárter, y desde ahí mediante empujadores y balancines mover las válvulas (Harley Davidson utiliza este sistema). Pueden ir instalados en la culata (la parte que cierra el cilindro por arriba) e ir accionados por engranajes o cadenas y pueden ser un solo árbol de levas el que comande las válvulas o dos, de manera que uno mande las válvulas de admisión y otro las de escape.

Los coches utilizan normalmente un motor de combustión interna en el que se produce un ciclo de cuatro tiempos. Un motor es una máquina que utiliza una fuente de energía para producir movimiento.

Para que el motor de una moto funcione es fundamental que tenga lugar una serie de etapas o ciclos que dan lugar a la conversión de la energía química del combustible en una fuente de energía mecánica. De esta forma la motocicleta podrá ser impulsada y comenzar a moverse. Es fundamental entender cuáles son los ciclos de un motor si quieres conocer más sobre la mecánica y el funcionamiento de tu vehículo preferido, incluso para detectar si existe alguna pieza que no esté funcionando correctamente y si la moto te está pidiendo una visita urgente al mecánico.

En este artículo vamos a explicarte todo lo que debes saber sobre los ciclos de un motor de moto, como es el ciclo de compresión de un motor o el ciclo de un motor de combustión interna. ¡Vamos a ello!

Ciclos de Funcionamiento de un Motor

Un ciclo de motor, también conocido como ciclo de trabajo de un motor, es un proceso que da como lugar una transformación de energía química en energía mecánica. Este tiene lugar en el motor de la moto, concretamente en el pistón, el cigüeñal y las bielas. Además, el proceso es posible gracias a que existe una reacción química entre el oxígeno y el combustible.

Los diferentes ciclos del motor se refieren, por tanto, a los pasos o etapas que tienen lugar dentro de la moto para que ocurra la combustión y se genere la energía mecánica a partir de la energía química contenida en el combustible.

Un motor de una moto funciona a través de un ciclo termodinámico específico que involucra la admisión, la compresión, la explosión del combustible y el escape de los gases. Por lo general, el ciclo de trabajo de un motor de moto más habitual es el de cuatro tiempos, también conocido como ciclo Otto. Este ciclo termodinámico es un ciclo de motor de combustión interna de encendido provocado por una chispa eléctrica. El mismo fue inventado por Nicolaus Otto en 1876.

A continuación, te explicamos cuáles son las diferentes fases de los motores actuales:

1. Ciclo de admisión del motor de moto: Este ciclo tiene lugar cuando la válvula de admisión permite la entrada de aire y combustible para hacer funcionar el motor. Al abrirse la válvula, baja el pistón y ello da paso a una mezcla del aire con el combustible dentro de la cámara de combustión.
2. Ciclo de compresión de un motor: En este caso, el pistón vuelve a subir comprimiendo la mezcla anterior y haciendo que se vuelva más homogénea. La válvula de admisión se cierra, y como consecuencia de la compresión, se eleva la presión y la temperatura.
3. Ciclo de combustión del motor de la moto: En este proceso, la mezcla comprimida alcanza su punto máximo de compresión y, a continuación, se enciende mediante una chispa que es producida por la bujía. Esto da lugar a una explosión controlada con una expansión de gases muy rápida, la cual hace que el pistón sea empujado hacia abajo en el cilindro. El pistón se transmite al cigüeñal, que en esta fase ya ha dado una vuelta y media.
4. Ciclo de escape del motor: Este ciclo permite que los gases quemados resultantes de la combustión sean expulsados fuera del cilindro a través de la válvula de escape que se abre. El pistón, posicionado en el Punto Muerto Inferior (PMI), vuelve a subir y hace que se abran las válvulas de escape. Después, estos pasan al sistema de escape de la moto, lo que significa que se dirigen hacia el colector del escape y después discurren a través de las diferentes tuberías hasta el silenciador y el catalizador (que reduce la emisión de gases tóxicos mediante la conversión de compuestos nocivos en otros menos dañinos).

Poco antes de que el pistón llegue de nuevo al punto superior de su recorrido se “dispara” una chispa eléctrica dentro del mismo que incendia la mezcla comprimida y empuja hacia abajo el pistón. Para completar estas cuatro fases el pistón ha subido y bajado por el cilindro cuatro veces y el cigüeñal ha completado dos vueltas completas.

A lo largo de la historia se han ido perfeccionando los mecanismos que controlan la admisión y la cantidad de combustible que se introduce en un motor. Primero se experimentó con los tiempos que permanecían abiertas las válvulas que permiten la admisión y el escape de los gases, consiguiendo lo que se llama Cruce de válvulas, un momento en el que las válvulas de admisión y escape coinciden abiertas. El siguiente paso fue intentar iniciar la combustión un poco antes de que el pistón llegase al punto superior de su recorrido y así mejorar la combustión de la mezcla de aire y gasolina que hay en su interior. Otro paso fue incorporar un compresor que era capaz de meter más volumen de combustible en el mismo espacio. Uno de los últimos mecanismos ha sido incorporar un sistema de distribución variable con el que se consigue modificar el tiempo que las válvulas permanecen abiertas en función de las revoluciones a las que vaya el motor.

El momento del disparo de los cilindros es controlado por el distribuidor. Cuando la corriente ingresa al distribuidor, se envía a las bujías a través de cables, uno para cada bujía. Los distribuidores mecánicos son esencialmente rotores giratorios que envían corriente a cada cable uno a uno.

En cada uno de ellos ocurre una acción diferente. Admisión: El pistón se mueve hacia abajo y crea un vacío que permite la mezcla del aire y el combustible dentro del cilindro. Este ciclo termodinámico se repite de forma continua desde el mismo instante en que accionas el contacto hasta que vuelves a apagar el motor. Al generarse este movimiento en el propulsor, a través de la caja de cambios se consigue, finalmente, transmitir la potencia hasta las ruedas del vehículo.

El pistón o los pistones empujan hacia abajo y hacia arriba el cigüeñal haciendo que gire. Esta conversión del movimiento alternativo del pistón al movimiento rotatorio del cigüeñal es posible porque para cada pistón del cigüeñal tiene una manivela, es decir, una sección que forma un ángulo con el movimiento hacia arriba y hacia abajo de la posición. En un cigüeñal con dos o más cilindros estas manivelas también se colocan en ángulos entre sí, lo que les permite actuar en conjunto.

Un gran dispositivo de metal similar a una rueda llamado volante está unido a un extremo del cigüeñal, el cual funciona para mantener constante el movimiento del cigüeñal. Esto es necesario en un motor de cuatro tiempos porque los pistones realizan una carrera de potencia solo una vez por cada cuatro carreras. Un volante proporciona el impulso para llevar el cigüeñal a través de su movimiento hasta que recibe la siguiente carrera de potencia. Para ello, utiliza la inercia, es decir, el principio de que un objeto en movimiento tenderá a permanecer en movimiento. Una vez que el volante se pone en movimiento al girar el cigüeñal continuará moviéndose y hará girar el cigüeñal.

Una vez que el cigüeñal está girando, su movimiento se puede adaptar a una gran variedad de usos, colocando así engranajes, cinturones u otros dispositivos.

Además, acoplado al cigüeñal hay un eje adicional, llamado árbol de levas, que opera para abrir y cerrar las válvulas de admisión y escape de cada cilindro en secuencia con el ciclo de cuatro tiempos de los pistones. Una leva es una rueda que tiene más o menos forma de huevo, con un extremo largo y otro corto. Varias levas están fijadas al árbol de levas, dependiendo del número de cilindros que tenga el motor. En la parte superior de las levas hay varillas de empuje, dos para cada cilindro, que abren y cierran las válvulas. A medida que el árbol de levas gira, los extremos cortos permiten que las varillas de empuje se retiren de la válvula. De esta manera, hace que la válvula se abra, los extremos largos de las levas empujan las varillas hacia la válvula cerrándola nuevamente. En algunos motores, llamados motores de árbol de levas, éste descansa directamente sobre las válvulas, eliminando así la necesidad del conjunto de varilla de empuje.

El cigüeñal puede accionar dos componentes más: los sistemas de refrigeración y lubricación. La explosión de combustible crea un calor intenso que rápidamente provocaría que el motor se sobrecaliente e incluso se derrita si no se disipa o se retira adecuadamente.

Hay dos tipos de sistemas de refrigeración. Un sistema de refrigeración líquida utiliza agua, que a menudo se mezcla con un anticongelante para evitar la congelación. El anticongelante reduce el punto de congelación y también aumenta el punto de ebullición del agua. El agua, que es muy buena para acumular calor, se bombea alrededor del motor a través de una serie de pasillos contenidos en una chaqueta. Luego, el agua circula hacia un radiador, que contiene muchos tubos y placas de metal delgadas que aumentan la superficie del agua. Un ventilador conectado al radiador pasa aire sobre la tubería, lo que reduce aún más la temperatura del agua.

Los sistemas refrigerados por aire utilizan éste mismo, en lugar de agua, para extraer calor del motor. La mayoría de las motocicletas, muchos aviones pequeños y otras máquinas donde se produce una gran cantidad de viento por su movimiento utilizan sistemas refrigerados por aire. En estos, las aletas metálicas están unidas al exterior de los cilindros, creando una gran superficie.

La lubricación de un motor es vital para su funcionamiento. El movimiento de piezas entre sí provoca una gran fricción, lo que aumenta el calor y hace que las piezas se desgasten. Los lubricantes, como el aceite, proporcionan una capa delgada entre las partes móviles.

El cigüeñal en la parte inferior del motor descansa en un cárter. Esto puede llenarse con aceite, o un cárter de aceite separado debajo del cárter sirve como depósito para el aceite. Una bomba lleva el aceite a través de pasajes y orificios a las diferentes partes del motor. El pistón también está equipado con anillos de aceite de goma, además de los anillos de compresión, para llevar el aceite hacia arriba y hacia abajo por el interior del cilindro.

De todas ellas, el propulsor es el auténtico corazón del vehículo. Centrándonos en este componente, vamos a ocuparnos del funcionamiento del motor de dos tiempos. Un tipo de mecánica que, a pesar de haber caído en desuso, continúa contando con numerosos adeptos.Entre ellos, los aficionados a las motocicletas antiguas.

¿Qué es un Motor de Dos Tiempos?

Cuando se habla de un motor de dos tiempos se hace referencia a un tipo de propulsor que reúne las siguientes características:

• Se trata de un motor de combustión interna.
• Realiza las cuatro fases del ciclo termodinámico (admisión, compresión, combustión y escape) en solo dos movimientos lineales del pistón (subida y bajada).
• Por lo tanto, se produce una combustión por cada vuelta del cigüeñal.
• Originarios del siglo XIX, estos motores se han desarrollado tanto en ciclo Otto como en diésel, que deben sus nombres a los ingenieros alemanes Nikolas August Otto y Rudolf Diesel, respectivamente.
• Deportivamente, los motores de dos tiempos vivieron una época dorada en el Mundial de Velocidad hasta 2001. ¿Quién no recuerda motos como la icónica Honda NSR500 que hizo campeones a Álex Crivillé y Mick Doohan? A partir de 2002, la categoría reina de 500 cc pasó a denominarse MotoGP, iniciándose así la era de las cuatro tiempos.
• En la actualidad, como se comentaba al inicio del presente post, los motores de dos tiempos son propios de las motos clásicas e históricas. Del mismo modo, son utilizados en algunos ciclomotores y motos de campo. Y también en karts y motos de agua.

A diferencia de una mecánica de cuatro tiempos, donde actúan por separado, aquí tendremos que juntar combustible y lubricante. Según los expertos, en estas proporciones por cada litro de mezcla:

• 98% de gasolina sin plomo de 95 octanos.
• 2% de aceite especial para motores de dos tiempos.

Es decir, en cada litro de mezcla hay que añadir 20 mililitros de lubricante. Si no sabes cómo hacerlo, toma nota:

1. Para facilitar esta operación, algunos envases de aceite incluyen un dosificador que ayuda a medir dicha cantidad.
2. Y otra opción es adquirir un vaso o jarra graduados en establecimientos como ferreterías o grandes almacenes de bricolaje.

Una vez realizada la mezcla, tocará batirla para asegurarse de que el aceite se integra bien en la gasolina. Gracias a dicho aditivo, se garantizará una correcta lubricación de las paredes del cilindro y el pistón.

Esto es de suma importancia para evitar rozamientos en la cámara de combustión y, por ende, impedir que el motor acabe gripándose. De lo contrario, tendríamos que hacer frente a una reparación muy costosa.

Una vez explicado lo relativo a la mezcla, vamos a centrarnos en las fases del funcionamiento del motor de dos tiempos.

Primer tiempo: fase admisión-comprensión

El pistón asciende verticalmente desde el punto muerto inferior (PMI) hasta la culata. En su recorrido abre la lumbrera de admisión para que entre la mezcla de aire, combustible y lubricante. Al final de su carrera se produce la compresión. Y en la parte de abajo se llena el cárter con la mezcla.

Segundo tiempo: fase explosión-escape

Cuando el pistón alcanza el punto muerto superior (PMS), una chispa provocada por la bujía incendia la mezcla comprimida y se genera una combustión que empuja el pistón hacia abajo. La mezcla es precomprimida en el cárter por el pistón y se abre la lumbrera de escape para que salgan los gases y las ondas acústicas al exterior. Llegados a este punto, el cilindro queda preparado para un nuevo ciclo.

La fuerza lineal generada por el pistón es transmitida a una fuerza rotatoria a través del cigüeñal. Y este inicia el trasvase de energía a la rueda motriz mediante rodamientos y engranajes que pasan por el embrague y la caja de cambios o el variador.

Partes de un Motor de Dos Tiempos

Como habrás visto, de garantizar el funcionamiento del motor de dos tiempos se encargan una serie de piezas. Hablamos de partes fijas y móviles.

Partes Fijas del Motor de 2T

En un propulsor de dos tiempos se encuentran las siguientes partes fijas:

• Culata: Es la pieza metálica que se ajusta al bloque del motor y cierra el cuerpo del cilindro por uno de sus extremos. Además, soporta la bujía y forma parte de la cámara de combustión.
• Bujía: Ubicada en la parte superior del cilindro, produce la chispa eléctrica para inflamar la mezcla gaseosa (encendido).
• Cilindro o camisa: Es el alojamiento cilíndrico, fundido en hierro o aluminio, en cuyo interior se desplaza el pistón.
• Cárter: Esta caja metálica aloja y protege algunos elementos operativos del motor. La pieza empleada en las motos suele estar fabricada con chapa de acero o aluminio.

Partes Móviles del Motor de 2T

Y, además de las anteriores, para que un propulsor de estas características pueda funcionar debe contar con estas partes móviles:

• Pistón o émbolo: Esta pieza de aleación se desplaza verticalmente en el interior del cilindro o camisa para comprimir el fluido y desplazar el movimiento a la biela.
• Biela: Esta, por su parte, tiene el cometido de transmitir el movimiento del pistón al cigüeñal.
• Cigüeñal: Por último, un cigüeñal es un eje con codos que transforma un movimiento rectilíneo en circular o viceversa.

Ventajas de un Motor de Dos Tiempos

Aunque también sea de combustión interna, el funcionamiento del motor de dos tiempos es muy diferente al de cuatro tiempos. Y, en comparación con este último, presenta estas ventajas:

• Como tienen menos elementos mecánicos -entre ellos, carecen de válvulas de admisión y escape-, estos motores son más sencillos y económicos de mantener. Y, por lo general, presentan menos averías.
• El hecho de que se registre una explosión cada vez que el pistón asciende se traduce en una mayor potencia y un par motor más uniforme y regular.
• Al no haber lubricante en el cárter pueden trabajar en cualquier posición.
• Son más eficientes desde el punto de vista termodinámico. Ello es así porque la combustión de la mezcla de aire y combustible-lubricante genera menos temperatura.

Pero, lógicamente, los motores de dos tiempos también tienen desventajas… Entre ellas, un mayor consumo, más emisiones contaminantes debido a la presencia de aceite en la mezcla, un desgaste de las piezas superior y una eficiencia menor.

¿Cuántas vueltas da el cigüeñal en el ciclo de un motor?

Ahora que ya conoces cuáles son los diferentes ciclos de trabajo del motor de moto es importante aclarar algunos conceptos que también están relacionados con este asunto principal. Concretamente, la cuestión de las vueltas del cigüeñal a lo largo de todo el proceso. Como indicábamos, en el caso de las motos el motor suele ser de 4 tiempos, y esto es algo que está muy relacionado con el número total de vueltas del cigüeñal. Y es que esta pieza del motor clave es la que transmite el movimiento ascendente y descendente del pistón y lo transforma en un movimiento circular, de manera que podrá mover las ruedas mediante el sistema de transmisión (por poner un ejemplo y despejar dudas, funciona de manera similar a como lo harían los pedales de una bicicleta, aunque en este caso es la explosión la que lo pone en marcha).

Como imaginarás, cuanto más vueltas dé mayor será la eficiencia. Pues bien, en los motores de 4 tiempos, como el motor Otto, el motor está diseñado para que el cigüeñal de un total de 2 vueltas por cada combustión mientras que en los motores de 2 tiempos el cigüeñal solamente da 1 vuelta. Al final el motor de 4 tiempos cuenta con la ventaja de que con una misma cilindrada se genera mucha más potencia (generalmente entre un 30% y un 50%).

El cigüeñal está cerca de la parte inferior del motor de la motocicleta. Este gira por el movimiento de los pistones y las bielas que están justo encima del motor. Los pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo cuando el combustible y el aire se queman dentro del cilindro. A medida que el pistón se mueve hacia abajo, hace girar el cigüeñal.

Por otro lado, todos los motores de combustión interna funcionan prácticamente de la misma manera. La rotación del cigüeñal es lo que finalmente hace girar la rueda trasera. Pero, para poder controlar la cantidad de potencia que se transfiere a la rueda trasera, cada motocicleta debe tener un embrague y varias marchas.

El embrague transmite el movimiento recibido a la caja de cambios. La manija del embrague suele ser la izquierda en las motocicletas. Cuando se tira de esa palanca, se separan los discos de embrague, lo que te permite seleccionar qué marcha quieres llevar. Cada vez que se cambia de marcha hay que tirar de la maneta del embrague. Para que la motocicleta se mueva inicialmente, debes ponerla en primera. Esto se hace tirando de la palanca del embrague y empujando la palanca de cambios hacia abajo, un clic. La palanca de cambios suele estar junto al pie izquierdo. Siempre sabes en qué marcha estás contando los clics. La transmisión es una serie de engranajes que son de diferentes tamaños. Estos engranajes de diferentes tamaños determinan qué tan rápido puedes ir.

El carburador es la parte más importante de este sistema. Un carburador obtiene su suministro de combustible del tanque de combustible a través de una o dos mangueras pequeñas. El carburador arroja una pequeña cantidad de combustible y empuja aire hacia la cámara de combustión del motor. El combustible y el aire se mezclan y luego la bujía enciende el combustible / aire en una pequeña explosión en la cámara de combustión.

Los frenos son un elemento imprescindible para detener la moto. Suelen ir anclados a las llantas y son accionados por una palanca en el manillar o en el pie derecho.

Las ruedas de la moto están compuestas por la llanta y el neumático, que son parte esencial de la motocicleta. Gracias a ellas el vehículo se mueve, se mantiene en equilibrio y se adhiere al pavimento. Las ruedas soportan la carga que transportamos y el esfuerzo de la frenada.

Tabla comparativa de los motores de dos y cuatro tiempos

En definitiva, un motor de dos tiempos genera una explosión por cada vuelta del cigüeñal. Y solo requiere dos fases para funcionar. Además, se alimenta de una mezcla de gasolina y aceite que, por cierto, produce un olor único e inconfundible que recordarán los lectores más veteranos.

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