Diagrama de las presiones en función del desplazamiento angular del eje para un motor de 4 tiempos

Conociendo el ciclo indicado, lo inmediato es trazar el diagrama de las presiones en el cilindro en función del desplazamiento angular de la manivela, en lugar de hacerlo en función de los volúmenes o de los movimientos alternativos del pistón, teniendo en cuenta para ello la relación cinemática que liga este ultimo con la rotación del eje.

Este diagrama sirve, como veremos mas adelante, para el calculo de las cargas sobre cojinetes, pero anticipamos su estudio para adquirir mas familiaridad con los rozamientos sobre los ciclos.

En la figura esta representado el diagrama relativo a un motor de 4 tiempos. Como ya sabemos, en el ciclo real las transformaciones no se verifican, según supusimos en el ciclo teórico, entre los limites representados por los puntos muertos. Por tanto, las fases del ciclo son distintas entre si y difieren, a la vez, de los correspondientes a la carrera del pistón. Semejante hecho o circunstancia queda demostrado en la figura.

Examinemos como varían los valores de la presión durante el desarrollo del ciclo:

a) Admisión. Al comienzo de la carrera de aspiración 1,2 el interior del cilindro se encuentra a una presión ligeramente superior a la atmosférica por no haber terminado todavía la fase de escape. Cuando el pistón se halla en el punto 2, en su carrera hacia el P.M.I, aspira cierta cantidad de aire o mezcla gaseosa a través de la válvula de aspiración, abierta oportunamente. Como ya hemos visto, durante casi toda esta fase existe una presión menor que la exterior, a causa de la resistencia que encuentra el gas en los conductos. Ello origina la llamada depresión en la aspiración, la cual resulta tanta mas intensa cuanto mayor es la velocidad del gas, por razón de la mayor resistencia que este fluido ha de vencer a su paso por dichos conductos. Como es evidente, esta fase representa trabajo pasivo.

Cuando en el punto 3 el pistón inicia su carrera de retorno, el ambiente en el cilindro se encuentra todavía en depresión; por este motivo, y a pesar del movimiento contrario del pistón, continua la introducción del fluido hasta 4, punto donde se igualan la presión interna y la atmosférica. En este punto se debe cerrar la válvula de aspiración. Si el conducto de admisión es largo, se puede utilizar el efecto de la inercia de la columna gaseosa, para continuar la admisión después del punto 4 retardando, para ello, el cierre de la válvula. En el punto 4 se inicia, pues, la verdadera compresión.

b) Compresión. La compresión de la carga se produce como consecuencia del movimiento del pistón en la fase 4-6. Teniendo en cuenta que la combustión requiere un cierto tiempo para realizarse, a fin de conseguir el mejor desarrollo de la fase útil (combustión y expansión) se efectúa el encendido antes del P.M.S. El punto 6' nos da el valor ' máximo de la presión sin encendido.

c) Combustión y expansión. Con el encendido en el punto 5, un poco antes de terminar la fase de compresión se inicia la combustión, la cual origina una repentina elevación de temperatura y de presión que alcanza su valor máximo en el punto 7. La combustión finaliza cuando el pistón ha recorrido ya una parte de la carrera. Examinaremos seguidamente con mas detalle el desarrollo de la combustión en los dos casos diferentes de encendido por chispa y por compresión,

Terminada la combustión, sobreviene la expansión. El volumen aumenta y la presión experimenta un rápido descenso o mengua, ocasionada también, en parte, por la transmisión de calor a las paredes del cilindro. La expansión debería prolongarse cuando fuera posible para aprovechar al máximo la fase útil, es decir, hasta la proximidad del P.M.I., pero, en la practica, para facilitar la expulsión de los gases, se interrumpe ésta con la abertura anticipada respecto al punto muerto inferior- de la válvula de escape en el punto 8.

d) Escape. Los gases, que en el momento de la abertura de la válvula de escape se encuentra a presión superior a la atmosférica, se descargan con violencia al exterior. En este primer periodo de la fase, que discurre casi a volumen constante (escape espontaneo), la presión desciende con rapidez, y en el punto 9, cuando se inicia la carrera de escape, es poco superior a la atmosférica, con tendencia a descender aun mas durante la primera parte de esta carrera. Puede ocurrir, si los conductos de escape son largos, que, por efecto de la inercia de la columna gaseosa, se produzca en 10 una intensa depresión. En 11 se inicia el segundo periodo de la fase: el pistón expulsa los gases que ocupan todavía el cilindro. Este periodo transcurre con presión ligeramente superior a la atmosférica (sobrepresion en el escape) por la resistencia que han de vencer los gases al atravesar la válvula y los conductos de escape y representa, por consiguiente, trabajo positivo. El pistón no puede, sin embargo, expulsar todos los gases, porque una parte de ellos ocupa la cámara de combustión. En 1, al final de la carrera de escape, la presión tiene todavía un valor ligeramente superior a la atmosférica; por tal motivo se prolonga la fase hasta el punto 2. Mientras tanto ha comenzado la abertura en 12 de la válvula de admisión, de tal suerte que en 2 se encuentra ya totalmente abierta, y ofrece en este punto la sección máxima de paso para la nueva fase aspiración. Comienza así un nuevo ciclo, que se repetirá con regularidad.

En la figura, la superficie rayada representa el trabajo útil, mientras que la señalada con rayado doble indica trabajo pasivo, y la línea de trazos, la marcha de la presión cuando no hay combustión.