el motor otto
CICLO
DE CUATRO TIEMPOS
Se denomina motor de cuatro tiempos al motor de
combustión interna alternativo tanto de ciclo Otto como ciclo del diésel, que precisa
cuatro carreras del pistón o émbolo (dos vueltas
completas del cigüeñal) para completar el ciclo
termodinámico de combustión. Estos cuatro tiempos son:
TIEMPOS
DEL CICLO
Aquí se detallan los diferentes
tiempos (actividades realizadas durante el ciclo) y sus características.
- 1-Primer tiempo o admisión: en esta fase el descenso del
pistón aspira la mezcla aire combustible en los motores de encendido provocado o el aire en motores de encendido por compresión. La válvula de
escape permanece cerrada, mientras que la de admisión está abierta. En el
primer tiempo el cigüeñal gira 180º y el árbol de levas da 90º y la
válvula de admisión se encuentra abierta y su carrera es descendente.
- 2-Segundo tiempo o compresión: al llegar al final de la
carrera inferior, la válvula de admisión se cierra, comprimiéndose el gas
contenido en la cámara por el ascenso del pistón. En el 2º tiempo el
cigüeñal da 360º y el árbol de levas da 180º, y además ambas válvulas se
encuentran cerradas y su carrera es ascendente.
- 3-Tercer tiempo o explosión/expansión: al llegar al final de la
carrera superior el gas ha alcanzado la presión máxima. En los motores de
encendido provocado o de ciclo Otto salta la chispa en la bujía, provocando la inflamación de la mezcla, mientras
que en los motores diésel, se inyecta a través del inyector el combustible muy pulverizado, que se
autoinflama por la presión y temperatura existentes en el interior del
cilindro. En ambos casos, una vez iniciada la combustión, esta progresa
rápidamente incrementando la temperatura y la presión en el interior del cilindro y
expandiendo los gases que empujan el pistón. Esta es la única fase en la
que se obtiene trabajo. En este
tiempo el cigüeñal gira 180º mientras que el árbol de levas gira 90º
respectivamente, ambas válvulas se encuentran cerradas y su carrera es
descendente.
- 4 -Cuarto tiempo o escape: en esta fase el pistón empuja,
en su movimiento ascendente, los gases de la combustión que salen a través
de laválvula de escape que permanece abierta. Al llegar
al punto máximo de carrera superior, se cierra la válvula de escape y se
abre la de admisión, reiniciándose el ciclo. En este tiempo el cigüeñal
gira 180º y el árbol de levas gira 90º.
El motor Otto, historia
Los motores nafteros a cuatro tiempos se denominaban genéricamente Otto en honor a su inventor, el alemán Nikalous August Otto
(ver foto abajo). Se basan en la existencia de cuatro movimientos en el
funcionamiento del motor: admisión, compresión y explosión de la
mezcla, y expulsión de los gases quemados. Ideado para combustibles
ligeros, capaces de vaporizarse, se trata de motores de chispa, es
decir, que necesitaban la ayuda de una chispa para iniciar la
combustión.
Comienzos del motor Otto con el motor a vapor, su desarrollo
La
posibilidad de obtener energía mecánica a partir de la expansión del
vapor de agua o del aire caliente era conocida desde la Antigüedad, 200 años antes de Cristo, Arquímedes ya utilizo dicho principio en el cañón, pero hubo que esperar hasta 1775 para que James Watt idease su motor de vapor y se obtuviera el primer motor valido para la automoción.
Estos
motores a vapor eran de combustión externa, bajo rendimiento y poco
aptos para vehículos ligeros. Aunque con ellos se construyeron
antepasados del automóvil, los investigadores trataron rápidamente de
crear motores de mayor eficacia y trabajaron según un proceso ideado, en
1862, por el físico e inventor francés Alphonse-Eugéne Beau de Rochas.
La
potencia se obtiene siempre por la expansión de un gas al aumentar la
temperatura dentro de un recipiente cerrado en forma de cilindro. Una de
las dos tapas del cilindro no es fija, sino móvil.
Puede
deslizarse a lo largo de las paredes del cilindro empujada por la
presión del gas mediante un sistema de biela-manivela que transmite la
fuerza al cigüeñal y, finalmente, a las ruedas.Mediante
una combustión violenta (explosión) de una mezcla de aire y
combustible, ésta aumenta de temperatura y volumen, incrementado así la
presión en el interior del cilindro y empujando el pistón.
Motor de 4 cilindros de 1906
El francés Jean-Joseph Étienne Lenoir ideó motores a gas, pero este tipo de combustible no servia para la automoción. En 1885, Gottlieb Daimler patentó una máquina motriz que funcionaba con gas o petróleo. Y Wilhem Maybach trabajo también en el proyecto.
Pero la paternidad del motor de gasolina de cuatro tiempos se atribuye a Nikalous August Otto, hasta el punto que estos motores reciben su nombre.
Éstos
son los cuatro tiempos básicos que dan nombre genérico del ciclo
(cuatro tiempos); admisión, compresión, explosión y expulsión.
Para
que el motor tenga una combinación perfecta es preciso dosificar
exactamente la cantidad de aire y combustible que entra y coordinar todo
los procesos y los movimientos de las piezas, lo que entraña una
notable complejidad mecánica.
Corte transversal de un motor de 6 cilindros
También
depende de la existencia de una bujía cuya chispa desencadena el
proceso en el instante oportuno. Por eso también se llaman motores de
encendido por chispa.
La teoría es sencilla. Sin embargo, en la
práctica, los movimientos no pueden ser nunca instantáneos y existen
limitaciones debidas a muchos factores, motivo por el cual son
necesarias pequeñas desviaciones sobre el ciclo teórico para que éste
funcione.
Por ejemplo, las válvulas no se cierran justo cuando el
pistón está en su punto más alto o bajo, sino que se abren un poco antes
de lo que teóricamente seria necesario y se cierran un poco después.
¿Como funcionael motor de cuatro tiempos
Los primeros motores daban muy poca potencia, apenas uno o dos caballos por litro.
Un siglo después, el rendimiento medio está en los 70 CV por litro de
cilindrada, aunque los motores deportivos alcanzan más de cien y los de
competición se acercan incluso a los 300. Los materiales, la electrónica
y el conocimiento de la combustión han permitido estas mejoras.
Nikalous August Otto
Nikalous August Otto nació el 19 de julio de 1832 en Holzhausen, localidad situada en la región alemana de Taunus. Viajante de comercio para varias firmas de alimentación, Otto se aficionó a la mecánica tras conocer los motores Lenoir, que funcionaban con gas, y sus aplicaciones.
Pero
como no era fácil aprovisionarse de gas en las zonas rurales, ideó un
dispositivo gasificador de combustibles líquidos que patento en 1861. En sus experimentos descubrió casualmente que las explosiones serian más violentas si la mezcla estaba precomprimida.
En 1867 fabricó algunos motores junto al ingeniero Langen y más tarde colaboro con los ingenieros Maybach y Daimler. En 1876 puso a punto para la Deutz Motorenfrabrick el primer motor de cuatro tiempos.
Pasó a llamarse Otto cuando la Deutz dio licencia de construcción del motor a la firma británica Crossley, con el nombre de “Otto silent motor”. Nikalous August Otto falleció en 1891,
poco después de que el tribunal alemán diera luz verde a la producción
de automóviles al revocar algunas partes esenciales de su patente del
motor de explosión.
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