Relación de Compresión en Motos: Definición y Funcionamiento

La configuración de un motor no sólo viene dada por su número de cilindros y su disposición. Existe un elemento en el motor que vendrá a definir en gran medida su rendimiento, un elemento que trabaja en las más críticas condiciones de temperatura de todo el conjunto y, por tanto, la que mayores necesidades tiene de refrigeración y lubricación. El motor genera energía mecánica a partir de un proceso de combustión interna de carburante y oxígeno. Pero ¿Qué es exactamente la compresión del motor?

El proceso de combustión del motor se realiza en el interior de unas cámaras, llamadas también cilindros. Es en los cilindros donde se desarrolla un ciclo de 2 o 4 tiempos, dependiendo en todo caso del tipo de motor que lleve instalado el vehículo y sus características. A continuación, os mostramos todo lo relacionado con la compresión del motor ¿Qué es la relación de compresión? ¿Cómo detectar fallos? ¿Cómo medir la compresión?

En este artículo, analizaremos todo lo que necesitas saber sobre la compresión, desde sus conceptos básicos hasta su impacto en el del vehículo ¡Sigue leyendo para obtener todo tipo de información!

La compresión en el motor es un proceso que se realiza en los motores de combustión interna, ya sean de gasolina o diésel y en el que se reduce el volumen del aire y la mezcla de combustible en la cámara de combustión antes de la ignición. El proceso de combustión se gestiona en el interior de los cilindros del motor, en donde se desarrolla un ciclo de 2 o 4 tiempos, en función de las características del coche y el tipo de motor que lleve instalado. Podemos decir que la compresión es el momento en que el aire y el gas se mezclan en los cilindros.

La relación de compresión se mide de forma numérica, indicando las veces en que la mezcla se ha expandido tras la combustión. Una alta relación de compresión suele resultar en un mayor rendimiento y eficiencia, pero también puede requerir un combustible de mayor octanaje. En cambio, una mala o baja relación de compresión, puede generar anomalías y problemas en el rendimiento del motor.

Motor de cuatro tiempos.

¿Qué es la relación de compresión?

Es la diferencia de volumen de la mezcla aire/combustible (sólo aire en los motores diésel, pues el gasoil se inyecta posteriormente) cuando está comprimida y cuando ya se ha detonado en el interior del cilindro. También podemos interpretarlo como la diferencia de volumen que hay entre las dos posiciones extremas del pistón dentro del cilindro: cuando se encuentra en su PMI (Punto Muerto Inferior) y cuando asciende a su PMS (Punto Muerto Superior).

La relación de compresión se expresa con la relación de dos números e indica el número de veces que la mezcla se ha expandido una vez que la misma se ha quemado. Así, una relación de 12:1 indicará que la mezcla se ha expandido 12 veces su volumen tras arder. Cuanto mayor sea esta relación, mayor rendimiento térmico ofrecerá el motor y más energía podrá ser aprovechada para el movimiento del vehículo.

La fórmula de la relación de compresión (RC) se obtiene a partir de los siguientes valores:

• Diámetro inferior del cilindro (d)
• Carrera del pistón (s, distancia que recorre entre PMS y PMI)
• Volumen mínimo de la cámara de combustión (Vc)

Relación de compresión alta o baja

Una vez definida, podemos pensar que lo ideal es fabricar un motor con la mayor relación de compresión posible para poder obtener más rendimiento energético. Sin embargo, muchos motores disponen de una relación más modesta y eso ocurre por varias razones:

• Presión de compresión: esta medida es la presión alcanzada por la mezcla cuando el pistón ha llegado a su PMS, el punto más alto que permite la biela en el interior del cilindro. La presión dependerá del volumen de combustible inyectado en el cilindro y ello tiene un límite si no se quiere provocar la autodetonación.
• Autodetonación: este efecto provoca que la mezcla detone por sí sola antes de tiempo, es decir, antes de que el pistón llegue a su PMS, lo que puede ocasionar daños en el motor. Para evitarlo, existe una presión máxima a la que se puede someter a la mezcla, la mencionada presión de compresión.

Por tanto, la relación de compresión debe ir en consonancia con las características del motor o de lo contrario se producirá una autodetonación en el momento en que exijamos más al motor a través del acelerador.

Así las cosas, no debemos confundir relación de compresión con presión de compresión. La primera compara el volumen del interior del cilindro cuando el pistón pasa del PMS al PMI y no puede expresarse en unidades de medida, sino en relación. La presión, por el contrario, sí puede expresarse en bares o en kg/cm2, por ejemplo.

La relación de compresión y el octanaje

El octanaje hace referencia a la presión que puede aplicarse a un combustible antes de que se produzca la autodetonación.

Cuanto mayor es el octanaje, más presión puede soportar el combustible sin detonar y, por tanto, el motor puede optimizarse con mayor relación de compresión.

Es por eso que algunos motores de alto rendimiento exigen el uso de gasolina de octanaje 98, pues de lo contrario sufrirían autodetonación y daños en el mismo.

Relación de compresión en motores diésel

Los motores diésel son más eficientes que los motores gasolina porque permiten una relación de compresión más elevada, que suele encontrarse entre 15:1 y 17:1, pero puede superar ampliamente la 20:1.

Ello es debido a que los motores diésel no prenden una mezcla de aire y combustible a través de la chispa generada por la bujía, sino que comprimen aire para inyectar posteriormente el gasoil, propiciando una detonación natural y no inducida.

También por ello, los motores de gasóleo necesitan llegar a una relación de compresión mínima para poder funcionar.

El cetanaje en los combustibles diésel y en octanaje en los gasolina guardan relación directa con la relación de compresión.

Eso implica necesariamente que la relación de compresión sea mayor, pues la detonación se produce en el último momento, cuando el pistón ha llegado a su punto muerto superior (PMS).

En los motores diésel, el valor a tener en cuenta no es el octanaje, sino el cetanaje, que determina el tiempo que tarda en detonar el gasoil una vez que se le somete a compresión.

En la actualidad, el cetanaje habitual de los gasóleos presentes en el mercado oscila entre 51 y 55. Un número elevado de cetanaje implica una detonación más rápida y, por tanto, una menor ralentización en la cámara de combustión.

Culata y su Forma

Aquí podemos hablar de la relación de compresión, que es la relación de volumen existente en el cilindro entre el punto muerto inferior (o PMI, punto más bajo del pistón en su carrera) y el punto muerto superior (o PMS, punto más alto). Cuanta más compresión exista en un motor más violentas serán sus explosiones y por tanto, más potencia generará. Pero a cambio, las culatas deberán estar más perfeccionadas y los materiales, mejores.

La culata tiene forma cóncava, y en ella están mecanizados los huecos para las válvulas y para la bujía. A veces están tallados en ella, y en la cabeza del pistón, ciertos relieves que optimizan el quemado de la mezcla, haciendo que el frente de llama alcance por igual todo el volumen disponible al mismo tiempo.

Un caso algo especial es la culata RVFC, de Honda, que equipan, por ejemplo, la NX 650 Dominator o la XR 600, y se caracteriza por su forma hemisférica, con las válvulas radiales. La desventaja de este motor es que su culata es de gran tamaño, dada la gran divergencia del ángulo que forman sus colas de válvulas.

Otra innovación es la adopción de dos bujías por cilindro, como en la V-Strom 650 de 2007, a la venta desde hace poco tiempo.

Regulación de las válvulas

Las válvulas precisan de un perfecto sellado en sus asientos en posición de cerrada a fin de mantener una perfecta compresión y por tanto, que el motor rinda el máximo sin pérdidas. Estas piezas móviles pierden precisión con el uso, por lo que necesitan una regulación a los intervalos determinados por los fabricantes. El sistema más sencillo es mediante tuerca y contratuerca en el balancín, si usan ese sistema, o mediante vasos o pastillas metálicas de grosor conocido, intercalados entre la leva y la cola de válvula.

Culata Multiválvulas

Sobre los años 60 se empezó a introducir en automóviles un mayor número de válvulas en las culatas. Esta innovación permitía un mayor y mejor flujo de gases al interior de la culata debido a la mayor superficie de trasvase, con lo que se mejoraba el rendimiento del motor.

Hoy en día son completamente normales los motores de cuatro válvulas por cilindro, dos para admisión y dos para escape; igualmente en motos, como nuestras V-Strom. Esta configuración hace funcionar mejor al motor en la gama alta de revoluciones. También Yamaha hace años introdujo en sus motos de serie una válvula más, de admisión.

Otra característica de las culatas multiválvulas es que obligan a aumentar el diámetro del cilindro. La consecuencia directa de esto es que, a igualdad de cilindrada, deberá disminuir la carrera del pistón, facilitando con ello que el motor admita regímenes muy elevados, o sea, mayores rendimientos de motor. También los cigüeñales tendrán menor masa en movimiento. Hoy los motores de las motos de 600 cc proporcionan fácilmente 115 CV o más, cuando hace pocos años no llegaban a 90. También los materiales han mejorado mucho, posibilitándolo.

Las culatas de cuatro válvulas, como ya he dicho, rinden mejor a altas revoluciones.

Sistema V-Tec de Honda

En el Mundial de 500, Honda, a finales de los 70 buscaba vencer con motos de cuatro tiempos a las de dos tiempos, que por definición rinden en teoría el doble de potencia a igualdad de cilindrada. Empeñados en esta cuestión, hicieron la trampa a la “ley” del reglamento técnico de la época, de modo que diseñaron una culata no redonda, sino casi oval (semicircular en sus extremos y recta en el centro), con ocho válvulas por “cilindro”, dos bujías, dos inyectores y ¡dos bielas!, respetando la cilindrada de 500 cc. Esto suma 32 válvulas, 8 bielas, otras tantas bujías y distribución por cascada de engranajes (que garantiza precisión). Se trataba de un motor de cuatro “cilindros” en V, como la VFR, de la que es la precursora.

Fue todo un alarde de tecnología en la época (y para mí, fascinante) muy al estilo de la marca. En agosto de 1979 aparecieron Mick Grant y Takazumi Katayama con la NR en el GP de Inglaterra, con la que intentó lograr buenos resultados, pero unas veces por un motivo, otras por otro, nunca consiguió ganar un Gran Premio. La moto rompía mucho, tiraba aceite, en fin, un desastre. En 1983 Ron Haslam continúa corriendo en el Mundial de Velocidad con esta moto-laboratorio, sin los resultados esperados, por lo que fue quedando abandonado. En 1989 Honda la presentó como prototipo en el Salón de Tokio, y en 1992 realizó una cortísima serie de NR de 750 cc, con el célebre motor de cuatro “cilindros” en V, al precio, recuerdo, de 7.200.000 pts.

Fue un ejercicio de estilo, y estaba dotada de muchas innovaciones en su construcción: inyección PGM-FI, fibra de carbono, llantas de magnesio, basculante monobrazo (patente comprada a ELF) como los de la VFR... Incluso la cúpula tenía un recubrimiento de titanio que le daba un color azul metálico.

Ciclo Otto y Diésel: Diferencias en los procesos de compresión

Los motores de gasolina y diésel siguen diferentes rutas, cada una con sus propias características y peculiaridades, en el primero de los casos, se realiza el ciclo Otto y en el segundo, el ciclo diésel.

• Ciclo Otto o Gasolina: Conocido por su suavidad y la respuesta rápida en el acelerador. En este, la mezcla de aire y gasolina se comprime en la cámara de combustión con una relación moderada (entre 8:1 y 12:1). Esta compresión es seguida por la chispa de la bujía, que enciende la mezcla y genera la potencia.
• Ciclo Diésel: A diferencia del anterior, el motor de ciclo Diésel comprime el aire hasta una relación de compresión significativamente más alta, de entre 15:1 y 23:1.

Comprender las diferencias mencionadas es esencial para saber cómo funcionan estos motores y cómo varían en términos de eficiencia y rendimiento ¿Sabías que eran dos los tipos de ciclos de compresión?

¿Qué es el octanaje?

En este mismo punto es importante tener en cuenta el octanaje ¿Qué es? ¿Cómo afecta a la compresión? Con ello, cuanto mayor sea el octanaje, más presión podrá soportar el combustible sin detonar.

Problemas en la compresión

Una caída en la compresión suele producirte por un daño en el sellado del cilindro o debido a alguna fuga o defecto. Los más comunes son:

• Bujía: Produce fugas en caso de estar en mala posición o con la rosca en mal estado.
• Aceite: Si es de mala calidad, la compresión será baja; pues presenta una especificación incorrecta para el tipo de motor vestido.
• Culata: Se producirá fugas y una caída en la compresión si la junta está dañada o mal instalada. El bloque de motor se encuentra ante la misma situación.
• Anillos del pistón y/o cilindros: Cuya principal función es garantizar el sellado. El problema viene cuando están desgastados o flojos, provocando holguras y fugas.
• Sincronización: Cuando el motor no tiene una sincronización adecuada, las válvulas no ejercen su función correctamente. En caso de que alguna de estas se dañe se producirían escapes y caída de compresión.
• Filtro de aceite o catalizador: La obstrucción de estos elementos derivaría en una mala compresión.

Para saber si hay un problema en la compresión de nuestro coche, tan solo hay que fijarse en los siguientes problemas:

• La pérdida de potencia
• El humo presente en el escape.
• Un aumento en consumo de combustible: Esto se debe a que se fuerza el motor.
• Ralentí inestable debido al mal funcionamiento del motor.
• Consumo de agua o refrigerante.
• Alta cantidad de emisiones contaminantes.
• Problemas en el arranque o apagado del motor

Causas de baja compresión en el motor

Una pérdida en la compresión produciría una alta reducción de la presión máxima alcanzada durante la combustión, generando un alto descenso en la potencia y la mayoría de las causas del punto anterior.

De entre las razones por las que puede existir una baja compresión en el motor del coche, podemos encontrar las siguientes:

• Agujeros en el pistón: Si el motor se sobrecalienta, los puntos calientes llegarán al pistón, provocando agujeros en este elemento y la filtración de gases a través de los orificios.
• Desgaste en la correa de distribución: Con este elemento dañado o desgastado, el árbol de levas podría dejar de girar, por lo que no se podría abrir de forma correcta la válvula de escape. Esto provocaría la no expulsión de gases.
• Defecto en los anillos de pistón: El sobrecalentamiento puede provocar que los anillos se frenen o dañen, provocando a su vez la imposibilidad de sellado en el cilindro.
• Fallo en la junta de la cabeza: Ubicada entre la parte superior del motor donde se conecta la culata. Si la junta de la culata se daña o rompe generaría un orificio por el que se filtrarían los gases. Esto afectaría tanto a la compresión como al rendimiento.
• Válvulas con fugas: Cada cilindro viste en su parte superior una válvula de escape y de admisión.

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