Mecanizado

El motor de combustión

Historia del motor de combustión
· En 1860, Jean Joseph Étienne Lenoir construyo el primer motor de combustión.
· En 1867, Nikolaus August Otto y Eugen Langen presentaron un motor de combustión perfeccionado.
· En 1878, Otto construyó el primer motor de gas según el principio de cuatro tiempos.
· En 1883, Gottlieb Daimler y wilhelm maybach desarrollon el primer motor de gasolina de cuatro tiempos.
· En 1897, Rudolft Diésel presentó un motor de gasóleo.
El motor es el conjunto mecánico que transforma la energía del combustible en la energía que el vehículo emplea para desplazarse.

clasificación de los motores
Los motores con cilindros en línea son fáciles de construir  y resultan más económicos en su fabricación.
Los motores con cilindros en V y W permiten acortar la longitud del bloque, estos motores resultan más equilibrados por el acortamiento del cigüeñal y por la distribución de fuerzas sobre este.
Los motores bóxer con cilindros opuestos permiten disminuir la altura del motor, son muy empleados en vehículos deportivos.

Motor de gasolina
El motor de gasolina o motor Otto de cuatro tiempos es un motor alternativo con encendido por chispa.
Durante la combustión, se transforma la energía química de la gasolina en energía calorífica, esta energía calorífica se transforma en energía  mecánica.

Ciclo Otto teórico
En los motores alternativos, el pistón se desplaza desde la parte más alta, denominada punto muerto superior, a la parte más baja, punto muerto superior. Entre el PMS y el PMI, el cigüeñal realiza un giro de 180 grados.
Los cuatro tiempos del ciclo en el motor de gasolina son:
A. Primer tiempo: Admisión de gases frescos.
B. Segundo tiempo: Compresión.
C. Tercer tiempo: Explosión.
D. Cuarto tiempo: Escape.

A. Admisión: En el primer tiempo, el pistón se encuentra en el PMS y se desplaza hasta el PMI, se genera una depresión en cilindro, la válvula de admisión permanece abierta y la de escape, cerrada.
B. Compresión: El cilindro se encuentra lleno de mezcla de aire y gasolina. El pistón se desplaza desde el punto muerto inferior al punto muerto superior.
C. Exploxión: El pistón se encuentra en el PMS con la mezcla comprimida. El circuito de encendido manda una corriente eléctrica a la bujía. Los gases a presión empujan la cabeza del pistón y lo desplazan del PMS al PMI.
D. Escape: El pistón se encuentra en el PMI con todo su volumen lleno de gases quemados. El pistón se desplaza desde el PMI al PMS. La válvula de escape se abre y los gases son expulsados por el tubo de escape. El instante en el que las dos válvulas están abiertas se denomina cruce o solapamiento de válvulas.

Diagrama teórico del motor de cuarto tiempos
El ciclo teórico completo se realiza cada dos vueltas del motor y cada tiempo implica 180 grados de giro del motor.
Un motor con este ciclo de trabajo funciona, pero no se aprovecha al máximo el combustible ni tiene un rendimiento aceptable. Adaptan las aperturas de las válvulas a las necesidades de cada motor.
El funcionamiento de los motores montados en los vehículos actuales es un ciclo corregido o real.

Motor diésel
El motor diésel fue inventado y patentado por Rudolf Di´ñesel en 1892. A diferencia del motor de gasolina, no necesita chispa eléctrica para realizar la combustión; es un motor térmico y alternativo cuya combustión se realiza al inyectar el gasóleo pulverizado a presión en la cámara o precámara.
En los HDI se alcanzan  los 2000 bar en el interior de la cámara de compresión. El gasóleo atomizado se mezcla con el aire, que se encuentra a elevada temperatura y presión, se inflama rápidamente y arde. La biela transmite el movimiento del pistón al cigüeñal, al que hace girar.
El motor diésel tiene una constitución similar al motor de gasolina. Las diferencias principales son:
· No tiene circuito de encendido.
· Dispone de un circuito de inyección del combustible.
· Trabaja con presiones más altas, por lo que las piezas del motor son más robustas.
· Mayor rendimiento térmico que los de gasolina son similares a los del motor de gasolina al generar más potencia con un menor consumo.

Los cuatro tiempos del ciclo operativo en el motor diésel son similares a los del motor de gasolina;
· Primer tiempo: Admisión.
· Segundo tiempo: Compresión.
· Tercer tiempo: Explosión.
· Cuarto tiempo: Escape.

Motor rotativo
El motor rotativo o motor wankel es un motor de combustión con encendido por chispa en el que se quema una mezcla de aire y combustible.
Este motor dispone de fila de varios discos. Con ello se consigue obtener motores de pequeñas dimensiones y altas potencias.
El motor rotativo trabaja según el principio de cuatro tiempos, ya que se produce un cambio de gases cerrado, y según el principio de dos tiempos, ya que el émbolo rotativo controla el cambio de gases mediante lumbrares en la pista de rosamiento de la camisa. Una vuelta del eje excéntrico corresponde a un ciclo operativo.
A diferencia del motor alternativo, el motor rotativo posee émbolos/discos triangulares lobulares en lugar de pistones con movimiento de vaivén. Los discos giran en una carcasa oval, ligeramente más estrecha por su centro, y la cámara de trabajo se desplaza a lo largo de la pared de la carcasa.
Este motor ofrece las siguientes ventajas:
· En casa vuelta de motor se realizan tres exposiciones.
· El motor consta de un menor número de piezas móviles, lo que origina menores esfuerzos de inercia y vibraciones.
· Mayor suavidad de marcha, ya que todos los componentes del motor giran en el mismo sentido.
Por el contrario, se le achacan los siguientes inconvenientes:
· Elevado coste de producción y mantenimiento.
· Imposibilidad de conseguir una estanqueidad completa en el rotor debido al cierre de los segmentos laterales y superior.
· Mayor relación consumo-potencia debido al diseño alargado de las cámaras de combustión.

Motor de dos tiempos
Este tipo de motor, por su ligereza y su corte, es ideal para motocicletas y vehículos de poca cilindrada.
Es un motor muy ligero ya que elimina los mecanismos de distribución.
El motor de dos tiempos realiza su ciclo de trabajo en dos carreras del pistón, es decir, en una vuelta del cigüeñal .
Los motores de dos tiempos no tienen válvulas, la entrada y salida de gases se realiza por lumbreras, que son aperturas en el cilindro que el pistón cierra y abre al desplazarse, similar al motor rotativo Wankel.
En el primer tiempo, el pistón sube desde el PMI al PMS, con lo que se produce el encendido antes de alcanzar el PMS, con lo que se produce el encendido antes de alcanzar el PMS. La parte superior del pistón realiza la compresión y la inferior introduce la mezcla de combustible y aire en el cárter.
En el segundo tiempo, el pistón se desplaza desde el PMS al PMI y los gases producidos durante la combustión se expansionan empujando el pistón y descargando los gases quemados por la lumbrera de escape en la parte inferior del pistón.
La mezcla entra en la parte alta del cilindro por la lumbrera de transferencia y se comprime en el cárter.
El rendimiento de este motor es inferior al de cuatro tiempos ya que la compresión no es enteramente efectiva hasta que el pistón cierra las lumbreras de transferencia y de escape. Además, parte del volumen de mezcla sin quemar se pierde por la lumbrera de escape con los gases resultantes de la combustión.

Características del motor
Los motores, tanto Otto como diésel, dos tiempos, etc., poseen diferentes características que los identifican.
Las características principales de los motores son:
· Diámetro del cilindro y carrera.
· Cilindrada unitaria y total.
· Cámara de combustión.
· Relación de compresión.
· Sentido de giro del motor.
· Orden de encendido.

Diámetro del cilindro y carrera
Por diámetro del cilindro se entiende el diámetro interior del cilindro. la carrera es el recorrido que realiza el pistón desde el PMS al PMI. estas dos medidas se indican siempre en milímetros.
· Cilindrada unitaria: Es el volumen en centímetros cúbicos o litros que desplaza el pistón en su carrera desde el PMS hasta el PMI.

Cilindrada unitaria
Es el volumen en centímetros cúbicos o litros que desplaza el pistón en su carrera desde el PMS hasta el PMI.

Cilindrada total
La cilindrada total del motor (en centímetros cúbicos o litros) es la suma de las cilindradas unitarias de todos los cilindros que tiene el motor.

Cámara de combustión
Es el volumen al que se comprime la mezcla de aire y gasolina en los motores de gasolina o de aire en los motores diésel.
Es el resultado del volumen libre que deja el cilindro al llegar al PMS más el volumen de la cámara de la culata.

Cámara de combustión
La cámara de combustión completa está formada por la cilindrada y la cámara de compresión.

Relación de compresión
Es necesario comprimir la mezcla aspirada por el motor para obtener el máximo rendimiento de la combustión.
El motor realiza esta función en tiempo de compresión. Las dos válvulas permanecen cerradas y el pistón se desplaza desde el PMI hasta el PMS, con los que comprime la mezcla al volumen de la cámara de compresión.
La relación entre los volúmenes que intervienen en la compresión de la mezcla, esto es, entre el volumen unitario del cilindro y el volumen de la cámara de compresión, se denomina relación de compresión.
Cuando mayor es la relación compresión de un motor, tanto más eficaz es el aprovechamiento de la energía del combustible y mayor el rendimiento térmico del motor.

Sentido de giro del motor
Los motores tienen sentido de giro a la salida de la fuerza.
Giran a izquierdas cuando su giro es en sentido contrario al de las agujas del relij mirando desde el lado contrario al de la salida de la fuerza.
Giran a derechas cuando giran en el sentido de las agujas del reloj mirando desde el lado contrario de la fuerza.

Orden de encendido
El orden de encendido determina el diagrama de los tiempos de todos los cilindros. El orden de encendido más empleado en los motores de cuatro tiempos es 1-3-4-2. Las explosiones se suceden en este orden, empezando por el cilindro 1, después el 3, el 4 y, por último, el 2.
Para realizar un ciclo completo, el motor necesita dar dos vueltas completas del cigüeñal.


Componentes del motor

Componentes del motor de cuatro tiempos:
Un motor es un conjunto de piezas y componentes mecánicos que debidamente sincronizado, permite transformar la energía calorífica del combustible en energía mecánica.
Cada uno de estos motores monta las piezas mas adecuadas a sus características. Se diferencia en la forma, el material de construcción, el tamaño, etc. Las piezas o elementos que constituyen un motor alternativo se pueden agrupar según si son fijas o móviles.
· Fijas: Bloque motor, culata, tapas y carter.
· Piezas móviles: Conjunto biela pistón, cigüñal, volante de inercia, árbol de levas, taques, válvulas de distribución.

Bloque motor
El bloque motor es el elemento que sirve de soporte a todos los componentes del motor. Los materiales más empleados en la fabricación de bloques son la función y las aleaciones de aluminio. Los bloques de motor se pueden clasificar por el sistema de refrigeración empleado:
· Bloque refrigerado por líquido.
· Bloque refrigerado por aire (aleta).

Los bloques refrigerados por líquido pueden ser de dos tipos:
· Bloque integral: las superficies de deslizamiento de los segmentos están trabajadas directamente en el material del bloque.
· Bloque encamisado: Estos bloques pueden ser de camisas húmedas y camisa seca.

Camisas húmedas:
Las camisas montadas en los cilindros están bañados directamente por el refrigerante del motor. Los retenes de goma o papel hermetizan el sistema de refrigeración del circuito de lubricación. Las camisas humedas pueden sustituirse y por lo tanto se pueden reparar fácilmente.

Camisas secas:
Se montan a presión en el bloque integral, los segmentos rozan en las camisas.
El sistema no necesita retenes o juntas de estanqueidad.

La culata
La culata se coloca sobre el bloque y cierra los cilindros por la parte superior. Su fabricación es muy compleja ya que en ella se montan las válvulas, el árbol de levas, la cámara de combustión, las bujías y los conductos de admisión y escape.
La culata esta sometida a altas temperaturas debido a los gases de la combustión, pueden tener aletas si el motor es refrigerado por aire o conductos de refrigeración y lubricación si el motor dispone de refrigeración por líquido.
Se fabrican en fundición gris termorresistente y con aleaciones de aluminio.