Cómo Funciona El Motor De Un Coche
Hoy veremos el funcionamiento del componente del coche, que le permite moverse, el motor. Echaremos un vistazo a sus intrincados componentes y sus funciones individuales. Así que comencemos con este artículo y entendamos cómo funciona el motor de un coche.
¿Alguna vez te has preguntado lo fascinante que es el funcionamiento de un coche? Es una máquina a la cual le agregas un poco de combustible, y te permite llegar muy rápido a lugares lejanos con relativa facilidad.
Y el responsable principal de todo esto, es el diseño del motor de combustión interna. Una máquina capaz de convertir la energía almacenada en el combustible (Química), en energía mecánica y de movimiento.
Cómo Funciona El Motor De Un Coche
Para aligerar un poco el tema, podemos separar el motor en tres partes principales. Cada una de estas partes con una función diferente, y que se complementan perfectamente entre sí para realizar el trabajo por el que fueron diseñadas.
- La culata. Es el componente a través del cual el combustible ingresa a la cámara del motor y salen los gases de escape. Sus componentes clave son los árboles de levas, las válvulas y la bujía.
- El bloque de cilindros. Es donde tiene lugar toda la acción de combustión. Los componentes clave aquí son los cilindros, el pistón y el cigüeñal.
- El cárter de aceite. Constituye la parte más baja del motor. Sus componentes clave son el cárter de aceite propiamente dicho, y el filtro de aceite.
1. El Cabezal o Culata
El proceso de combustión comienza en la cabeza del motor, precisamente en el colector de admisión. El colector de admisión es el canal a través del cual fluye la mezcla de aire y combustible hacia la cámara de combustión.
El aire se aspira directamente al colector desde el cuerpo del acelerador. El combustible, por otro lado, se inyecta en el extremo del colector a través de una boquilla llamada inyector de combustible.
Luego veremos el dispositivo que controla la liberación de combustible, la válvula.
Las Válvulas
La válvula en términos simples es el dispositivo que sella la cámara durante la combustión y abre la compuerta cuando el combustible tiene que entrar en la cámara o los gases tienen que salir.
Las válvulas se abren y cierran en función de la carrera que se está produciendo. Existen al menos dos válvulas por cada pistón, una de admisión y otra de escape, aunque hay modelos donde verás cuatro válvulas por pistón.
Físicamente, las válvulas están hechas de acero de alta resistencia, y se diferencian entre sí porque la de escape es más ancha que la de admisión.
La apertura y el cierre de las válvulas, se realiza mediante un dispositivo de accionamiento conocido como árbol de levas.
El Árbol de levas
El árbol de levas es una barra cilíndrica con protuberancias en forma de gota conocidas como levas. Cuando el extremo afilado de la leva gira contra la válvula, empuja la válvula hacia abajo y abre el puerto.
Una vez que el extremo afilado vuelve al extremo redondo, los resortes de la válvula empujan la válvula a su posición original y cierran el puerto. La rotación del árbol de levas está relacionada con la rotación del cigüeñal a través de correas y poleas.
La rotación se cronometra con un mecanismo de sincronización muy delicado y preciso que se puede ajustar manualmente.
Las Bujías
Por lo general, verás una configuración de una bujía por pistón. La bujía se encarga de generar en el momento preciso, una chispa que encienda la mezcla y produzca la explosión.
Esta chispa se activa exactamente unos momentos antes de que el pistón llegue al punto muerto superior, en la carrera de compresión. Se conseguirá la mezcla completamente comprimida
Así que, para condensar la información, en la culata o cabezal, es donde se realiza el proceso de mezclado de combustible, admisión de la mezcla y escape de gases. Además, en las cámaras se realiza la explosión de la mezcla comprimida con la ayuda de la chispa de la bujía.
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El Bloque del motor
Ahora entremos al detalle con el funcionamiento del bloque del motor. Aquí es donde se lleva a cabo la mayor parte del trabajo del motor, y es la sección con mayor actividad.
Como te lo habíamos comentado arriba, el proceso de combustión tiene lugar dentro de la cámara de combustión presente en el cabezal. En este proceso, la parte más importante es el pistón.
La fuerza de rotación que se aprovecha para mover el coche, se genera con el movimiento del pistón. El pistón genera potencia utilizable a través de un total de 4 carreras o 4 movimientos del pistón de un extremo a otro.
El motor de coche de hoy en día es un motor de 4 tiempos, lo que significa que crea potencia utilizable en 4 fases. Cada carrera se define como el movimiento del pistón desde la posición más inferior (punto muerto inferior) a la posición más alta (punto muerto superior) y viceversa.
Los 4 tiempos son los siguientes:
- Carrera de admisión.
- Carrera de compresión.
- Carrera de potencia.
- Carrera de escape.
Echemos un vistazo a estos 4 movimientos en detalle:
1. Carrera de admisión
La combustión comienza con el pistón en el punto muerto superior o también llamada posición de PMS. El pistón se mueve hacia abajo accionado por el tiempo de potencia de otro pistón, en su propia cámara aún no ha pasado nada.
Justo antes de que el pistón comience a moverse hacia abajo, la válvula de admisión se abre. A medida que el pistón se mueve hacia abajo, aspira la mezcla de aire fresco y combustible del colector.
Cuando el pistón alcanza el punto muerto inferior o PMI, la cámara y el cilindro se llenan con esta mezcla de aire y combustible.
2. Carrera de compresión
Una vez que el pistón ha alcanzado el punto muerto inferior, comienza la carrera de compresión. Justo antes de que el pistón alcance la posición más baja, la válvula de admisión se cierra. Ahora la cámara está sellada y el pistón comienza su movimiento hacia arriba.
A medida que sube, comprime la mezcla de aire y combustible, ya que no tiene lugar para escapar con las válvulas cerradas. El pistón vuelve a llegar al punto muerto superior, comprimiendo toda la mezcla en la cámara de combustión.
3. Carrera de potencia
Justo antes de que el pistón alcance la posición más alta en la carrera de compresión, la bujía montada en la culata emite una chispa muy pequeña. Cuando esta chispa entra en contacto con la mezcla de aire comprimido y combustible, enciende la mezcla y ocurre la explosión.
Una vez encendida, la llama se expande rápidamente. Dado que las válvulas aún están cerradas, la llama no tiene lugar para escapar y empuja el pistón hacia abajo. Esta es la carrera de potencia en la que la potencia utilizable se genera mediante el movimiento del pistón.
El pistón vuelve a llegar al punto muerto inferior, y en el cilindro solo quedan los gases quemados que se generaron por la explosión.
Un punto que debemos aclarar, es que los motores Diésel no tienen bujías. En cambio, el inyector de combustible se encuentra en esa posición. En los motores diésel, el mecanismo de combustión es ligeramente diferente.
Solo se envía aire caliente a la cámara de combustión durante la carrera de admisión. Luego, este aire se comprime, lo que hace que se caliente aún más. Durante la carrera de potencia, el inyector rocía el combustible que al entrar en contacto con el aire caliente se incendia e inicia la combustión.
El ciclo restante es el mismo que el de un motor de gasolina.
4. Carrera de escape
La última carrera es la de escape. El pistón con el impulso ganado en la carrera anterior comienza a moverse hacia arriba nuevamente, desde el punto muerto inferior.
Cuando comienza a moverse, la válvula de escape se abre. Los gases sobrantes del proceso de combustión se expulsan con el movimiento del pistón. Al llegar al punto muerto superior, ya se han expulsados todos los gases quemados, y se cierra la válvula de escape.
Luego se abre la válvula de admisión para dejar pasar nuevamente la mezcla y comience la carrera de admisión, continuando el ciclo. Así, el pistón se movería desde su punto muerto superior al inferior repetidamente, generando el movimiento necesario y aprovechable.
El Cigüeñal
El pistón está conectado a un eje giratorio llamado cigüeñal a través de una biela. El pistón está conectado en proyecciones descentradas en la varilla llamadas muñequillas.
Esto significa, que el cigüeñal tendrá tantas muñequillas como pistones tenga el motor. Estas muñequillas descentradas, son las que pueden convertir ese movimiento de vaivén del pistón, en un movimiento giratorio en el cigüeñal.
Por lo tanto, convierte efectivamente el movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón, en movimiento de rotación. La rotación del cigüeñal es lo que llega a las ruedas, pasando por varias partes y componentes en el camino.
Por lo general, solo conseguirás un solo cigüeñal en el motor, aunque existen motores especiales que pueden tener hasta dos Cigüeñales.
El Cárter de aceite
El cárter de aceite es la parte más baja del motor. La función del cárter de aceite es almacenar y hacer circular el aceite lubricante a las diferentes partes móviles del motor.
Dos piezas principales están ubicadas en el cárter de aceite, el cárter o sumidero, y la bomba de aceite. El cárter de aceite es el depósito donde se almacena todo el lubricante. Sumergido en este cárter de aceite está la bomba, que aspira el aceite y lo transfiere a los canales de lubricante.
La Bomba de aceite
La bomba de aceite tiene un colador pequeño en su abertura que se usa para filtrar los desechos grandes. Una vez que el aceite es aspirado por la bomba, pasa el aceite a un filtro de aceite primario que también elimina todos los escombros más pequeños y trozos de metal.
Luego, este aceite pasa a los canales de lubricante y se rocía alrededor de las distintas partes del motor. Este aceite vuelve a caer a través de un canal separado y se envía de regreso al sumidero donde se reinicia el proceso.
El Aceite
El aceite, además de su función de lubricación, también cumple funciones de refrigeración y limpieza, absorbiendo el calor generado en el proceso de combustión y en el movimiento de piezas, además de arrastrar los desechos del sistema hacia el cárter.
El aceite se rocía directamente en la cámara de combustión para permitir un movimiento suave hacia arriba y hacia abajo del pistón. Pero la mezcla de aceite y combustible provocará una combustión inadecuada. Entonces, ¿Cómo se lubrica el manguito del pistón?
El pistón tiene un conjunto de anillos que recorren su circunferencia. Cada vez que el pistón alcanza el punto muerto superior durante el ciclo de 4 tiempos, el aceite se rocía en las paredes de los cilindros.
A medida que el pistón comienza a moverse hacia abajo, se detiene la pulverización de aceite y los anillos raspan el exceso de aceite de las paredes. Por lo tanto, nunca se permite que el aceite y el combustible se mezclen.
Otros Componentes Importantes
Además, existen otros componentes que también cumplen funciones primordiales para que el motor realice el trabajo. Veamos algunos de ellos.
El Motor de Arranque
Es posible que te preguntes que cuando arranca el automóvil desde la posición de apagado, ¿Cómo obtiene el pistón la fuerza para realizar el primer movimiento? De esto se encarga el motor de arranque.
Cuando enciendes el automóvil con la llave, el motor de arranque proporciona la fuerza inicial para mover el pistón hacia abajo, lo que comienza el ciclo de combustión. Después de eso, el impulso creado en cada ciclo de potencia proporciona la fuerza necesaria para mover el pistón.
El motor de arranque es un motor eléctrico que se activa con la corriente continua de la batería, y solo se usa al momento de arrancar el coche, de allí su nombre. Tiene como característica principal, un gran par de torque y un alto consumo de energía para vencer la inercia del motor.
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La Batería
No podrás arrancar el motor de un coche, si no tienes una batería disponible. La batería le da esa energía inicial necesaria al motor de arranque para poder vencer la inercia del motor.
Además, la batería alimenta todos los accesorios y sistemas eléctricos adicionales del coche como las luces, el aire acondicionado, el sistema de reproducción de música, etc.
Para que la batería no pierda la carga por consumo, está conectada a un sistema de carga activado por el propio movimiento del motor, y en donde el alternador cumple una función primordial.
El Sistema de combustible
Igual pasa, si no tienes combustible, no podrás arrancar el motor. Para que el combustible llegue al motor, se necesita un sistema que lo transporte desde su tanque de almacenamiento hasta el motor.
El sistema de combustible está integrado por varios componentes como la bomba de combustible, el tanque, los inyectores, los filtros y las líneas. Además, muchos modelos de coches actuales, tienen un sistema de seguridad que corta el suministro de combustible al momento de un choque.
El Sistema de refrigeración
Otro sistema vital para el funcionamiento del motor. Por las condiciones de trabajo del motor, es natural que produzca altas temperaturas entre sus componentes. El sistema de refrigeración se encarga de extraer este calor generado por el motor.
Está compuesto por un sistema de agua refrigerada integrada por medio de canales en el cabezal y en el bloque del motor. Además tiene una bomba para mantener esa agua refrigerada en circulación, haciéndola pasar por el motor y luego por el radiador.
El radiador está compuesto por unos paneles en donde ocurre la transferencia de calor del refrigerante hacia el exterior, con la ayuda de un electro ventilador. Todo el proceso está controlado automáticamente por sistemas de seguridad y puedes visualizar esta temperatura desde el tablero.
Motores a Gasolina Vs Motores Diésel
El proceso de encendido denota cómo el combustible comienza a arder una vez que está dentro del motor. El proceso de encendido utilizado en un motor de gasolina se llama encendido por chispa.
En este proceso, una mezcla de aire y combustible premezclada se enciende utilizando un dispositivo conocido como bujía, como ya lo hemos mencionado arriba. La bujía se utiliza para generar una chispa eléctrica muy pequeña una vez que la mezcla está dentro de la cámara de combustión.
Cuando esta chispa entra en contacto con la mezcla de aire y combustible, se incendia y comienza la combustión.
Un motor diésel, por otro lado, carece de bujía y utiliza un proceso llamado encendido por compresión. Aquí, inicialmente solo hay aire en la cámara de combustión. Este aire es fuertemente comprimido por el pistón, lo que hace que se caliente mucho.
Luego, el combustible se rocía directamente en este aire caliente, lo que hace que se incendie simultáneamente. Ahora, aquí puedes preguntarte ¿Por qué los motores diésel siguen un procedimiento tan complejo en lugar de simplemente usar una simple bujía?
Esto se debe a que el diésel tiene una temperatura de ignición mucho más alta que la gasolina (56 °C frente a -44 °C). Por lo tanto, el diésel no se incendiará simplemente introduciéndole en una pequeña chispa. Requiere la ayuda de una fuerza de compresión para ayudarlo a hacer lo mismo.
Características de rendimiento
Es un hecho bien establecido que los motores de carrera corta pueden operar a altas RPM máximas y son buenos para la potencia, mientras que los motores de carrera larga operan a bajas RPM máximas y producen un par más alto.
La longitud de la carrera es simplemente la distancia recorrida por el pistón desde el punto más bajo hasta el punto más alto. Un motor de gasolina tiene una carrera más corta, lo que le permite acelerar más y generar más potencia.
Un motor diésel, por otro lado, tiene una carrera más larga ya que necesita más compresión para quemarse. Esto hace que tenga menos revoluciones pero genera mucho torque para el mismo tamaño de motor.
En el uso diario, esto se traduce en una mejor usabilidad de la ciudad para el automóvil de gasolina. Dado que tiene un rango de RPM mucho más amplio para explorar, te brinda un factor de libertad para abordar diferentes situaciones como tráfico lento, carreteras abiertas o incluso una pizca de carreteras de manera equilibrada.
Un automóvil diésel es el más adecuado para la carretera donde la cascada de torque te permite navegar cómodamente a velocidades decentes sin tener que acelerar el motor. Otra ventaja adicional es que el alto par hará que las maniobras de adelantamiento sean muy sencillas.
Ruido, vibración y contaminación
Los factores de ruido y vibración son drásticamente diferentes para ambos autos. Un automóvil de gasolina es siempre más refinado, menos ruidoso y más suave de conducir en comparación con un automóvil diésel.
Esto se debe a que el proceso de combustión es más ágil y controlado dentro de un motor de gasolina. El combustible y el aire en el caso de un motor de gasolina se mezclan previamente y se liberan en la cámara de combustión en una cantidad calculada con mucha precisión.
Esto conduce a un funcionamiento del motor mucho más silencioso y una experiencia de conducción más refinada en un automóvil de gasolina.
En el caso de un automóvil diésel, el combustible y el aire se liberan por separado, lo que da como resultado una mezcla de aire y combustible no uniforme.
El proceso de combustión, en este caso, es muy instantáneo y violento ya que el combustible comienza a arder en el momento en que entra en contacto con el aire caliente. Este proceso espontáneo es la causa de las vibraciones y el exceso de ruido proveniente del motor.
Otro factor que contribuye a este atributo es el hecho de que siguen un ciclo de carrera largo y, por lo tanto, se enfrentan a fuerzas internas más fuertes.
En cuanto a los niveles de contaminación, los motores diésel descargan una mayor cantidad de contaminación general. Aunque generan menores cantidades de contaminantes convencionales que la gasolina (CO2 y CO), generan cantidades exponencialmente mayores de NO2 y SPM (material particulado en suspensión).
Esto se debe a su naturaleza heterogénea que conduce a un proceso de combustión algo ineficiente.
Gastos y mantenimiento
Un motor de gasolina suele ser más barato de fabricar en comparación con un motor diésel. Sin embargo, la gasolina como combustible es significativamente más cara que el diésel.
Un motor diésel es más caro de fabricar que un motor de gasolina. Esto se debe a que un motor diésel está expuesto a condiciones mucho más extremas como alta presión, mayor relación de compresión y temperaturas más altas debido a las propiedades del combustible.
Por lo tanto, se requiere que las partes utilizadas dentro de un motor diésel sean de naturaleza más fuerte para resistir estas fuerzas. Esto aumenta su costo de fabricación. Aunque el diésel como combustible, es más barato que la gasolina.
En cuanto a los factores de mantenimiento, las piezas de los motores diésel suelen ser más duraderas, ya que se fabrican de forma mucho más resistente que las piezas de los motores de gasolina.
Pero cuando sea necesario reemplazarlos, sin duda será más costoso reemplazarlos. Las piezas del motor de gasolina no necesitan un endurecimiento adicional y, por lo tanto, cuestan menos.
La misma falta de endurecimiento también implica que las piezas del motor de gasolina experimentarán más desgaste en comparación con las piezas del motor diésel y requerirán un reemplazo antes.
A pesar de que hemos discutido tantos puntos, todavía tenemos que concluir que no hay un ganador seguro entre estos dos motores. Las ventajas de un automóvil de gasolina solo se pueden destacar si se utilizan principalmente para recorridos urbanos regulares de corta distancia.
En retrospectiva, un diésel simplemente brillará en recorridos constantes de carretera de larga distancia. Al final del día, básicamente se reduce a sus preferencias y las condiciones en las que utilizará el automóvil.
Para Cerrar
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Como habrás notado, son muchas las partes y componentes que funcionan en sincronía para que el motor cumpla su misión. Y en este post no están todas las que son. Solo nombramos y explicamos las que consideramos más importantes para el funcionamiento del motor.
No podemos negar que el motor de combustión interna ha sido una de las máquinas desarrolladas por el hombre, que ha cambiado el curso de su historia y ha influido en muchas otras tecnologías.
El sector automotriz mundial, es uno de los más grandes del mundo, y aunque en la actualidad, la tendencia es el desuso de esta tecnología y la suplantación por tecnologías más limpias, todavía le queda mucho tiempo de vida al motor de combustión interna.
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