Funcionamiento del motor

Motores de cuatro tiempos

Ya hemos reunido toda la información básica necesaria para describir el funcionamiento de un motor diésel. Salvo algunos motores diésel de dos tiempos muy antiguos que aún pueden encontrarse ocasionalmente, todos son de cuatro tiempos. Los cuatro tiempos, denominados también ciclos o carreras son los siguientes:

1. En el ciclo de admisión el pistón desciende por el cilindro y aspira aire fresco a través de la válvula de admisión abierta. Cuando el pistón se acerca al fondo del cilindro, la válvula se cierra. Ahora el aire está atrapado dentro del cilindro.
2. Ahora el pistón es impulsado hacia arriba en el cilindro, comprimiendo el aire. En algún punto cercano al punto superior de este ciclo de compresión, se inyecta el combustible diésel, el cual se enciende. Esto hace que la temperatura en el cilindro aumente rápidamente, lo que a su vez provoca un rápido incremento de la presión.
3. Impulsado por el aumento de la presión, el pistón vuelve a bajar por el cilindro. Este es el ciclo de explosión o potencia.
4. Cuando el pistón se acerca al fondo del cilindro, se abre la válvula de escape. El pistón es impulsado hacia arriba en el cilindro, empujando los gases de combustión fuera del cilindro. Cerca de la parte superior de este ciclo de escape, la válvula de escape se cierra y la válvula de admisión se abre, volviendo así de nuevo al ciclo de admisión.

Durante los cuatro tiempos, el pistón ha subido y bajado dos veces por el cilindro. La parte inferior del pistón está conectada a una biela, que a su vez está conectada a una manivela del llamado cigüeñal. De esta manera, el movimiento ascendente y descendente del pistón se convierte en un movimiento rotativo, que es el que se utiliza para hacer girar una hélice, un alternador o cualquier otro elemento que esté conectado al motor. Para proporcionar más potencia y un funcionamiento más suave del motor, normalmente hay más de un cilindro, cuyos pistones están unidos al cigüeñal con diferentes ángulos de desplazamiento para que así apliquen potencia de forma secuencial.

Habrá notado que el único momento en el que el motor realiza un trabajo útil es en su ciclo de expansión. El resto del tiempo, en realidad está absorbiendo energía para comprimir el aire, hacer funcionar las válvulas, accionar las bombas de agua para la refrigeración, etc. Al principio, cuando arrancamos el motor, esta energía inicial la suministra el motor de arranque eléctrico. En cuanto el motor arranca, la energía proviene ya del ciclo de potencia del cilindro que acaba de arrancar.

Sincronización de las válvulas y de la inyección

Para que un motor funcione, la sincronización de la apertura y el cierre de las válvulas, así como la inyección de combustible diésel, deben estar perfectamente sincronizadas con el movimiento ascendente y descendente de los pistones en los cilindros. Esto se consigue conectando el extremo del cigüeñal, mediante engranajes, una cadena o una correa dentada (los dientes actúan como engranajes para evitar el deslizamiento, el cual alteraría la coordinación), al mecanismo de accionamiento de las válvulas y al eje de transmisión de la bomba de inyección de combustible.

Las válvulas son accionadas por un árbol de levas. Se trata de una barra metálica con protuberancias elípticas, denominadas levas. A medida que el árbol de levas gira, cada vez que una de estas levas entra en contacto con una válvula, la empuja contra la acción de un resorte para así abrirla. Cuando la leva se aleja, el resorte vuelve a cerrar la válvula.

IEn los motores más antiguos, el árbol de levas se encuentra en la parte inferior del motor. Cada leva acciona una varilla de empuje o empujador, en cuyo otro extremo hay un balancín que abre la válvula. En los motores más modernos, el árbol de levas se encuentra en la culata, con las levas accionando los balancines sin necesidad de varillas de empuje intermedias, o incluso prescindiendo por completo de los balancines en el caso que las levas accionen directamente las válvulas.

Como se ha señalado, en un motor de inyección convencional, el eje de transmisión de la bomba de inyección también está conectado al cigüeñal de tal forma que coordina con precisión la inyección de combustible con el movimiento de los pistones y sus ciclos de compresión.

Cuanto más lento funciona un motor, más lento es el movimiento de los elementos de bombeo de la bomba de inyección, y por tanto más difícil resulta generar altas presiones de inyección (se producen pérdidas por los los lados de los elementos de bombeo, etc.). También resulta difícil dosificar las minúsculas cantidades de combustible inyectado con la precisión necesaria para poder lograr una combustión limpia. Como resultado, nuestros motores de inyección convencional, cuando funcionan a bajas revoluciones, tienden a generar cantidades significativas de carbonilla potencialmente dañina, procedente del combustible diésel mal quemado. La formación de carbonilla se ve agravada por las cargas normalmente ligeras y las bajas temperaturas de funcionamiento resultantes. Esta es una de las principales causas de problemas en nuestras embarcaciones, especialmente en los motores de los veleros y en los generadores. Volveremos sobre este tema más adelante.