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Ciclos operativos motores de 4 y de 2 tiempos

Por ciclo operativo entendemos la sucesión de operaciones que el fluido activo ejecuta en el cilindro y repite periódicamente. La duración del ciclo operativo se mide por el número de carreras efectuadas por el pistón para realizarlo.

Se distinguen dos tipos de motores alternativos:

  • Motores de 4 tiempos
    • El ciclo se realiza en 4 carreras del pistón
    • Realizan un ciclo cada dos revoluciones del árbol motor
  • Motores de 2 tiempos
    • El ciclo se realiza solamente en 2 carreras del pistón
    • Realizan un ciclo a cada revolución

Se han ideado, sin embargo, motores en los cuales el ciclo operativo se verifica en 6 carreras del pistón.  En este caso particular, cuatro de las seis carreras son empleadas para ejecutar las mismas operaciones del ciclo de cuatro tiempos, y las dos restantes sirven para retener la mezcla combustible en el interior del cilindro con objeto de permitir al combustible, cuando es poco volátil, vaporizarse por completo y difundirse en el aire comburente, o bien realizar un barrido del cilindro con aire puro. Estos motores no han tenido, sin embargo, una difusión práctica.

Ciclo de un motor de 4 tiempos

La gran mayoría de los motores endotérmicos són de 4 tiempos y a ells nos referiremos también con preferencia porque se prestan a una más fàcil comprensión.

El ciclo de 4 tiempos cada fase corresponde aproximadamente a una carrera de pistón. Las fases comprendidas són las fases siguientes:

Admisión de la carga en el cilindro

Admisión de la carga de un cilindro en un motor de 4 tiemposEl pistón en la carrera hacia la parte baja crea una aspiración del fluido en el cilindro. En la cámara de combustión se abre, a su debido tiempo, la válvula de aspiración para permitir la entrada del aire o de la mezcla gaseosa combustible. La válvula empieza a abrirse antes de iniciarse la carrera y se cierra después de realizar la carrera.

Compresión de la carga en el cilindro

Fase de compresión en un motor de 4 tiempos de gasolinaCerrada la válvula de aspiración durante la carrera de retorno del pistón, la carga es comprimida en la cámara de combustión hasta un valor máximo, que se alcanza al final de dicha carrera. En este instante, el volumen de la carga queda reducido a una fracción del volumen que tenia al principio de la carrera; esta fracción esl a de la relación volumétrica de compresión.

Combustión y expansión

Fase de explosión en un motor de 4 tiemposPoco después del final de la carrera de compresión se produce el encendido de la mezcla por medio de una chispa eléctrica, o también el encendido espontáneo del combustible inyectado en la cámara de combustión, con el consiguiente aumento de temperatura y de presión originado por el calor de la combustión. El valor alcanzado por la presión después del encendido es, aproximadamente, de 2 a 4 veces superior al que tenía inicialmente, por lo que el pistón es empujado hacia abajo. Antes de que la carrera de trabajo se complete, comienza a abrirse la válvula de escape y los gases de la combustión, que están todavía bajo cierta presión, empiezan a salir.

 Expulsion o escape de los productos de la combustión

Espulsión de los gases el la fase de escape en un motor de 4 tiemposDurante la siguiente carrera el retorno hacia el punto muerto superior (P.M.S), el pistón expulsa los gases de la combustión a través de la válvula de escape.

Al final de la carrera, o poco después, se cierra la válvula de escape; entretanto permanece abierta la válvula de aspiración y comienza un nuevo ciclo, que se repite con regularidad.

Ciclo de un motor de 2 tiempos

En los motores de 2 tiempos, el ciclo operativo se realiza en dos carreras, por lo que la admisión del fluido activo debe efectuarse durante una fracción de la carrera de compresión, y el escape, durante una fracción de la carrera de trabajo.

Para ello se verifique, es necesario que el fluido activo sea préviamente comprimido para poder entrar en el cilindro y que el escape de los gases de combustión se realice por su propia presión.  En el ejemplo de la figura la compresión previa del fluido se efectúa en la cámara de manovelismo o cárter por acción del pistón, que funciona como bomba por su parte inferior. La figura muestra cómo la distribución del fluido activo puede rearizarse sin necesidad de válvulas, por medio del mismo pistón que abre y cierra, durante su carrera, los conductos de aspiración y de escape.

El ciclo de 2 tiempos fue concebido para simplificar el sistema de distribución, eliminando y reduciendo el número de válvulas, y para obtener una mayor potencia a igualdad de dimensiones del motor.

Con el motor de 2 tiempos se tiene una carrera útil por cada giro del eje cigijeñal. De este modo la frecuencia de la carrera útil y, por consiguiente, la potencia obtenida, resulta teóricamente el doble de la que se obtiene de un motor de 4 tiempos de igual cilindrada.

Sin embargo, el aumento de la frecuencia de la carrera útil tiende a producir un calentamiento excesivo, y por ello, a producir una rotura de la película de aceite lubricante con peligro de averías en el pistón y en el cilindro. Por este motivi la velocidad del motor de 2 tiempos debe, ser en general un poco inferior a la necesaria para realizar el doble de la potencia.

1er tiempo - Combustión - Expansión - Escape

Motor de 2 tiempos fases de combustión, expansión y escapeCorresponde a la carrera de trabajo, que se inicia conel encendido y la combustión, y prosigue con la expansión hasta que el pistón abre las lumbreras de escape.

Los gases de la combustión comienzan en ete punto a salir por A a causa de su todavía elevada presión, creando en la masa fluida una corriente directa hacia la salida: inmediatamente después se abren las lumbreras de admisión C, y el fluido activo, empujado por la presión alcanzada en el cárter y arrastrado, además por la corriente de los gases de combustión que salen por A, entra en el cilindro. Se inicia así la fase de barrido y admisión, que comprende el resto de la carrera.

2do tiempo - Traspaso - Aspiración - Compresión

Motor de 2 tiempos - Fase de traspaso, aspiración y compresiónCorresponde a la carrera de retorno del pistón al punto máximo superior (P.M.S.). La primera parte está todavía dedicada a la fase de barrido y admisión, pero la segunda, a la fase de compresión. Antes de que la carrera esté terminada, el borde inferior del pistón deja libre la lumbrera B de entrada del fluido en el cárter; éste penetra por efecto de la depresión creada a causa del movimiento del pistón y es luego comprimido durante la carrera siguiente.

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