Funcionamiento de los Motores de Cuatro Tiempos

Un motor es una máquina que utiliza una fuente de energía para producir movimiento. Los coches utilizan normalmente un motor de combustión interna en el que se produce un ciclo de cuatro tiempos. Para comprender el funcionamiento de un motor de combustión interna primero hay que explicar el ciclo de un motor de cuatro tiempos, ya que en él se pueden apreciar fácilmente las cuatro fases del ciclo Otto. Luego explicaremos el funcionamiento de un motor de dos tiempos en el que las cosas pasan un poco más rápido, concretamente al doble de velocidad.

Un motor de cuatro tiempos es un tipo de motor de combustión interna que realiza su ciclo de funcionamiento en cuatro fases. Los motores de cuatro tiempos funcionan en cuatro fases: admisión del combustible, compresión, explosión y escape.

Componentes Clave de un Motor de Cuatro Tiempos

El motor de cuatro tiempos está compuesto (al menos) por un cilindro, un mínimo de dos válvulas por cilindro, una de admisión y otra de escape, un pistón con sus segmentos, una biela, un cigüeñal, una bujía, además de otros componentes que hacen que todo trabaje de forma coordinada. Si eres un apasionado de la mecánica quizá sepas de qué está compuesto, pero puede que la gran mayoría no lo sepa.

• Bloque motor: es la parte fundamental del motor ya que es donde se produce la combustión, de ahí que esté hecho de un material resistente como el hierro fundido y el aluminio.
• Cilindro: es el espacio por el que hace su recorrido el pistón. Dependiendo del coche, puede tener 3, 4, 5, 6, 8, 10 o 12 cilindros. Las válvulas se mueven en los cilindros.
• Pistón: es un elemento con una cabeza circular que está ubicado dentro del cilindro. Su misión es convertir la energía térmica producida por la combustión en energía mecánica. El pistón del coche se mueve de forma continua con movimientos ascendentes y descendentes dentro del cilindro.
• Biela: Es la pieza que une el pistón con el cigüeñal.
• Cigüeñal.
• Transmisión.
• Levas.

Fases del Ciclo de Cuatro Tiempos

Para que un motor funcione es necesario que el pistón realice alternativamente cuatro recorridos dentro de los cilindros: dos de arriba a abajo y dos de abajo a arriba. En cada uno de ellos ocurre una acción diferente. Una vez conocidas las partes del motor, es momento de hablar de los tiempos del motor: son las fases de funcionamiento de un propulsor, que están relacionadas con el Punto Muerto Superior (PMS) y con el Punto Muerto Inferior (PMI) de los pistones, es decir, con el momento en que un cilindro está en la parte de arriba de un cilindro o en la parte de abajo. Los cuatro tiempos que marcan el funcionamiento del motor son admisión, compresión, explosión y escape. Para completar estas cuatro fases el pistón ha subido y bajado por el cilindro cuatro veces y el cigüeñal ha completado dos vueltas completas. 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.

A continuación, se describen cada una de las fases:

1. Fase de Admisión

Constituye la primera fase del ciclo de funcionamiento del motor de 4 tiempos. Esta fase comienza cuando el pistón está en el punto muerto superior.

• Admisión: El pistón se mueve hacia abajo y crea un vacío que permite la mezcla del aire y el combustible dentro del cilindro. La admisión es la fase en la que desciende el pistón para abrir la válvula de admisión y la válvula de escape se mantiene cerrada. A través de la válvula de admisión, entran la gasolina y el aire a la cámara de combustión del cilindro. Para que esto pueda suceder el pistón se desplaza hacia abajo, mientras que la válvula de admisión se abre y posteriormente se cierra herméticamente.

2. Fase de Compresión

En esta fase, la válvula de admisión se cierra y el pistón comienza a subir, produciéndose la compresión de la mezcla de aire y combustible. En este segundo tiempo el pistón que antes había descendido, asciende mientras se cierra la válvula de admisión.

• Compresión: es la segunda fase, en ella el pistón se encuentra en su posición más baja y la cámara de combustión llena de gasolina y aire. La inercia del cigüeñal al que está unida la biela, que en su otro extremo tiene el pistón, hace que este vuelva a subir y comprima la mezcla. Al comprimirse la mezcla, las moléculas chocan entre sí aumentando la temperatura de la mezcla.

3. Fase de Explosión o Combustión

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. El pistón continúa subiendo hasta alcanzar el máximo, momento en el que se produce una chispa eléctrica por parte de la bujía.

• Combustión: la tercera fase, con el pistón arriba y la mezcla comprimida, la bujía genera una chispa que hace que la mezcla se queme haciendo que los gases resultantes de dicha combustión se expandan. Esta expansión empuja el pistón hacia abajo con fuerza, la biela y el cigüeñal se encargan de convertir el movimiento del pistón, de arriba a abajo, en un movimiento giratorio. Es la única fase en la que el motor produce un trabajo mecánico.

4. Fase de Escape

• Escape: cuarta y última fase del proceso. Es la cuarta carrera del pistón y la segunda vuelta del cigüeñal. El pistón se encuentra otra vez en la parte baja y la cámara de combustión llena de gases quemados. El pistón vuelve a subir empujando los gases hacia arriba para que salgan por la válvula de escape, que se abre con el fin de dejarlos salir y volver a dejar la cámara del cilindro vacía.

Cuando el proceso de cuatro tiempos finaliza, el motor se pone en marcha, se activa y comienza la aventura para el conductor.

Evolución de los Mecanismos de Control de Admisión y Combustible

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.

Ventajas y Desventajas de los Motores de Cuatro Tiempos

Los motores de combustión interna pueden tener un ciclo de dos tiempos o de cuatro tiempos. El segundo tipo es el normalizado dentro de los coches (el de dos tiempos se suele encontrar más en algunas motos, sobre todo de campo). Los motores de 4 tiempos presentan ventajas y desventajas respecto a los de 2 tiempos.

Ventajas:

• Entre las ventajas encontramos su fiabilidad.
• Los motores de 4 tiempos separan completamente el sistema de lubricación y utilizan un sistema de válvulas para controlar los flujos de admisión y escape.
• El hecho de separar el sistema de lubricación permite que el motor funcione con gasolina pura, es decir, sin mezcla de aceite.
• Además, ofrece una mayor autonomía y emite menos gases contaminantes ya que, a diferencia del motor de 2 tiempos, este no quema aceite y es mucho más eficiente.
• Otro detalle importante es que estos motores vibran menos que los de 2 tiempos.

Desventajas:

• Aunque el mantenimiento es reducido, el precio y la dificultad de una reparación es algo más elevada.
• En resumen, los motores de 4 tiempos suelen ser más grandes y pesados.

Estos motores de cuatro tiempos destacan por consumir menos combustible que los de dos tiempos y permite una conducción suave y con poco desgaste para la mecánica del vehículo. Los motores de explosión han evolucionado enormemente en los últimos años, reduciendo de manera drástica la contaminación acústica y las emisiones producidas por los gases de escape, así como el consumo de combustible. También han mejorado la seguridad.

La principal diferencia entre los motores de 2 y 4 tiempos se encuentra en las fases del pistón. Los motores de 4 tiempos completan un (1) ciclo termodinámico cada cuatro (4) recorridos del pistón mientras que los de 2 tiempos realizan un (1) ciclo de combustión cada dos (2) recorridos del pistón. Un ciclo termodinámico tiene cuatro (4) fases: admisión, compresión, combustión y escape.

En resumen, los motores de 4 tiempos suelen ser más grandes y pesados, pero consumen menos combustible, contaminan menos, son más fiables y más silenciosos. Honda solo fabrica motores de 4 tiempos que funcionan con gasolina sin plomo, sin mezcla de aceite y gasolina.

Tabla Comparativa: Motores de 4 Tiempos vs. Motores de 2 Tiempos

En resumen, los motores de 4 tiempos gasolina son una opción robusta y eficiente para una variedad de aplicaciones. Su funcionamiento en cuatro fases proporciona un equilibrio ideal entre potencia y eficiencia de combustible, lo que los convierte en una opción popular en automóviles y maquinaria pequeña. Ahora que sabes cómo funcionan y cómo se comparan con los motores de 2 tiempos, puedes tomar una decisión informada sobre cuál es la mejor opción para tus necesidades.

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