¿Cómo funciona un motor?

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jrspepe

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Como ya os comenté en el post sobre turbos aquí os dejo otro sobre el funcionamiento general de un motor. De nuevo es para introducir conceptos de la forma más sencilla posible, e intentando ser agradable a la vista.

Es posible que haya alguna simplificación, y si hay algun fallo no dudeis en comentarlo y se revisa.

El original podéis verlo aqui: Doc Técnica: ¿Cómo funciona un motor? • Club207.ES - Todo sobre 207, 206, 205 y más...


Como funciona un motor.

Todo el mundo sabe lo que es un motor pero cuando se pregunta sobre cómo funciona lo único que se puede sacar en claro de cualquiera es que echándole combustible hace que se mueva el coche. Esta explicación esta orientada a un nivel de mecánica básico por lo que se simplificarán muchas cosas y puede que algún detalle no sea 100% riguroso. También se irán introduciendo partes elementales del motor, que seguro cualquier ha oido hablar de ellas pero no sabe que son, o en el mejor de los casos tiene una vaga idea de para qué sirven.

El objetivo es una introducción a los interesados en mecánica del automóvil, para aquellos que quieran entender, pero cuando cogen un documento más específico no se enteran de nada. Se partirá de conceptos muy básicos para ir apoyando sobre ellos ideas cada vez mas elaboradas.

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¿Qué es un motor?
Un motor es el sistema encargado de generar movimiento. Necesitan una fuente de energía para funcionar que en la mayoría de los casos es la gasolina o el gasóleo, aunque pueden ser otras, cada vez estan pegando más fuerte los eléctricos o el hidrógeno.
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¿Qué es un motor de 4 tiempos?
El motor de cuatro tiempos es el más generalizado en la automoción y casi con toda seguridad es el motor que monta tu vehículo, ya que si fuera de otro tipo probablemente lo sabrías ya. Debe su nombre a las fases de su funcionamiento interno.
motoryo.jpg


¿Cómo se consigue el movimiento?
Mediante pequeñas explosiones controladas en el interior de los cilindros del motor. Estas explosiones impulsan el pistón a lo largo del cilindro alejándolo de las válvulas. El movimiento generado es lineal y además sólo en una dirección, por lo que no recuperamos la posición inicial para repetir el proceso.
El piston es el bloque cilindrico "macizo". El cilindro es el hueco cilindrico por el que se desplaza, bien como un casquillo como el de la foto, o bien como un hueco en un bloque mayor.
repmmky7401605.jpg


¿Cómo se transforma el movimiento en rotatorio?
Mediante el juego cigüeñal y la biela. El pistón al bajar empuja la biela que esta unida al ciegüeñal. El sistema es en su base, casi idéntico al movimiento que hacemos al pedalear en la bicicleta. Las piernas se mueven solo hacia abajo y generan un movimiento circular.
Simplificandolo al mínimo, el concepto es casi igual al juego de pedales de una bicicleta, solo que en la práctica es aparentemente mucho más complejo porque añaden contrañesos para contrarrestar vibraciones, inercias, etc...

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Del mismo modo que con una bicicleta, cuando se hace una explosión y baja el cilindro (bajamos el pie izquierdo por ejemplo) a la vez se utiliza dicho movimiento para elevar un segundo cilindro y dejarlo listo para repetir el proceso (sube el pedal derecho).
6061ciguenal.jpg


¿Qué es el volante motor?
Es una pieza con forma de disco cuyo eje es el propio cigüeñal. Se situa en el exterior del motor, y su función es transmitir el movimiento del motor a la caja de cambios a través del embrague. Ayuda a reducir las pequeñas oscilaciones y vibraciones por inercia.

¿Entonces, solo hacen falta dos cilindros?
Bueno, en realidad es bastante más complejo. La configuración más extendida son 4 cilindros ya veremos porqué, pero están también bastante extendidos los motores con 6 cilindos, o para altas prestaciones de 8 y 10. También ha habido motores de 5 cilindros y 3. Por norma general podríamos decir que a mayor número de cilindros, por lo general, busca más potencia. La siguiente imagen es un bloque de un V8, que viene a ser dos bloques de 4 cilindros dispuestos en forma de V
bmw8z1.jpg


¿Que produce la explosión?
Primeramente necesitamos un combustible que como ya nos imaginábamos es el gasoil o la gasolina, pero por si solos no valen para nada, hace falta también introducir aire en la cámara de combustión. Una vez tenemos una mezcla de aire y combustible bien una chispa o bien una compresión muy alta producen la detonación repentina del combustible que arde violentamente consumiendo el oxígeno. La explosión y los gases residuales empujan el cilindro
pistonexplosion2.jpg


¿Por donde entra el aire y el combustible?
Los cilindros tienen unos agujeros en la parte superior. Estos agujeros estan tapados por las válvulas, que se abren y cierran cuando corresponde. La gasolina puede entrar por ahi o bien directa del inyector.
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¿Qué son los 4 tiempos?
Las cuatro fases es el funcionamiento del motor en si. Necesita cuatro acciones distintas en cada ciclo para funcionar, y cada una de esas acciones es una de las fases. Hasta ahora se han obviado muchas cosas, que hemos de tener en cuenta, y que al enunciarlas se entenderá perfectamente las 4 fases:
motorexplo01.jpg



  • 1º Fase de admisión: Es el periodo en el que se introduce el combustible y el aire en la cámara de combustión. Para ello las válvulas de admisión están abiertas y el pistón bajando de forma que el "vacío" generado en el cilindro ayude a absorver, similar a cuando tiramos del émbolo de una jeringuilla y se llena de aire o de agua.
  • 2º Fase de compresión: Una vez el pistón ha llegado al limite inferior de su recorrido la cámara de combustión se supone llena de aire y combustible, por lo que se cierran las válvulas de admisión. El pistón vuelve a subir impulsado por la explosión de otro, de forma que comprime la mezcla elevando su temperatura.
  • 3º Fase de explosión: En este punto tenemos el pistón en la parte más alta del recorrido, las válvulas cerradas, y una mezcla de aire/combustible a mucha presión (recordemos que ha sido comprimida). En este instante en los motores gasolina la bujía produce una chispa para detonar la mezcla. En los motores diesel la propia compresión tan alta hace que la detonación se produzca sola. La explosión empuja el pistón hacia la parte inferior del cilindro.
  • 4º Fase de expulsión: El pistón esta en la parte inferior de su recorrido, y la cámara de combustión contiene los gases residuales de la combustión que no queremos, hay que sacarlos de la camara de expulsión. Para ello se abren las válvulas de escape, y sube el pistón, impulsado de nuevo por la explosión de otro cilindro, empujando los gases hacia fuera que escapan por la válvula abierta. Una vez arriba la válvula se cierra y queda listo para iniciar de nuevo la fase de admisión.


Esto se ve muchisimo mejor en un video o gif:
ciclo.gif


Generalmente se usan cuatro cilindros porque así cada cilindro se encuentra en una fase distinta y equilibra el conjunto razonablemente bien. Ojo! Cada cilindro esta en una fase, pero hay dos cilindros subiendo a la vez, y dos bajando a la vez, porque recordemos que tanto en la fase de admisión como en la de explosión el cilindro baja, y en la de compresión y expulsión el cilindro sube. De nuevo, a mayor número de cilindros, más potencia y beneficios pero a costa de un coste muchísimo mayor.


¿De que depende la potencia?
En resumidas cuentas, de la cantidad de aire y combustible que seamos capaces de introducir en el motor. Parece trivial pero no lo resulta tanto puesto que el proceso es muy rápido. Los turbos trabajan ayudando a meter más aire. Los sistemas de inyección directa (o indirecta), common-rail y demás se encargan de lo relativo al combustible, y en muchos casos, a "mezclarlo" adecuadamente. Se introducen en torno a 14,7 partes de aire por cada parte de combustible. Esto esta controlado por la electrónica del motor. En la foto podemos ver un inyector inyectando combustible:
valvuladeinyeccion.gif
 
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jrspepe

Invitado
¿Como se consigue que la chispa salte en el momento oportuno?

Mediante el distribuidor o delco. Unido al movimiento del motor gira la pipeta, que mas elaborado o menos, en el fondo no es otra cosa que un trozo de chapa dando vueltas:

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A su alrededor esta el resto, es una especie de "cuenco" que cuenta con una conexión central, y cuatro en el borde, separadas 90º (para un motor de 4 cilindros). De esta forma, el punto central siempre esta en contacto con la pipeta, y cada 90º tocará en una de las "chapitas" del borde, que estan conectadas cada una a una bujía. En ese instante transmite la electricidad que llega a la bujía donde produce la chispa. Cuanto mas deprisa gira le motor, más deprisa gira la pipeta y más rápido se suceden las chispas, todas siempre en el momento exacto. Simple y efectivo sin que quepa lugar a error. El único problema es que debido al rozamiento, las conexiones se degradan y se desgastan teniendo que sustituirse periodicamente.

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Esto solo es aplicable a los motores gasolina, en los motores diesel la detonación se produce automáticamente al comprimir el combustible, puesto que la compresión es muchísimo más elevada que en un gasolina.

¿Como se abren y cierran las válvulas?

Del mismo modo que el distribuidor, es el propio motor el que al moverse acciona los mecanismos para que las válvulas se abran y se cierren. El arbol de levas es una "barra" que gira, tiene unos "engrosamientos" con una forma concreta (levas) que al girar, empujan las válvulas de forma que se abren.
arboldelevas1.jpg


Dependiendo del motor, en vez de que sea el arbol de levas el que acciona directamente las válvulas, pueden llevar algun elemento intermedio para que el arbol de levas accione correctamente las válvulas, denominado balancines:

431810892c69516b8a1o.jpg

motor4tjpg.jpg


Ahora es fácil entender cual es la tapa de balancines :)


¿Que son las famosas 16 válvulas (16v)?
Con lo que se ha visto anteriormente, se puede entender que un motor ha de tener al menos dos válvulas en cada cilindro, una para inyectar aire y/o combustible, y otra para expulsar los gases residuales de la combustión. Como por lo general, se ha dicho que los motores tienen 4 cilindros, un motor ha de tener al menos 8 válvulas. También se ha comentado que para ganar potencia, se ha de meter más combustible y aire en la cámara de combustión, por lo que parece lógico pensar, que cuanto mayor tamaño tengan esas válvulas, más sencilla será esta operación. El problema reside en que es mucho más optimizable el tamaño de 4 válvulas en un cilindro, que dos:
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Como se puede ver en la imagen, centrándonos en las de un solo color, la suma de dos válvulas de menor tamaño aprovecha más espacio en el cilindro que una única de gran tamaño. No olvidemos que hacen falta válvulas para admisión, y para expulsión.


¿Qué es la cadena/correa de la distribución?
Es una correa o cadena, dependiendo del motor, que transmite el movimiento rotatorio generado desde el cigüeñal, a todos y cada uno de los elementos del motor, principalmente al arbol de levas que ya hemos comentado. Es muy importante puesto que si se rompe o uno de los dientes se salta, las válvulas funcionarán a destiempo, pudiendo provocar serios daños en el motor como por ejemplo golpear una válvula con el pistón o muchas otros malfuncionamientos. Tambien realiza el movimiento de la bomba del agua y del aceite, imprescindible para la correcta refrigeración del motor. Además hay otra serie de correas para utilizar el movimiento del motor para otros elementos como el alternador, dirección asistida, circuito hidráulico, compresor del aire acondicionado, etc. Éstas últimas se las suele llamar correas de accesorios, y si se rompen no suponen un problema serio, aparte del hecho de que dejan de funcionar los elementos accionados por ella hasta que se sustituye por otra. Suelen ser el origen de los chirridos al arrancar el motor y/o cuando hace frio, al patinar.

Distribución de un motor de cuatro cilindros en lina y 16 válvulas: (se puede saber que tiene 16 válvulas por las dos ruedas dentadas superiores, que cada una mueve un árbol de levas)
20080801psatun8ieslco.jpg


Aquí se ve mejor, en este caso para un motor en V con cuatro válvulas perfectamente visibles por cilindro, y al ser en V, 4 árboles de levas
fotodistiribucion.jpg



¿Por qué hace falta aceite?
El constante rozamiento entre las piezas provoca un desgaste de las mismas, y un calentamiento. El objetivo del aceite es que no haya contacto directo entre las piezas, y reducir ese rozamiento. Además, al circular disipa el calor. Por desgracia el aceite pierde propiedades y necesita ser sustituido con regularidad.
fuelandlubr.gif



¿No era el agua la que refrigera?
Si y no. En el interior del motor el que se encarga de la refrigeración es el aceite. El agua se encarga de refrigerar dicho aceite además del motor pero no internamente. Nunca debe haber agua en el interior del motor.
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¿Qué es "gripar el motor?
Gripar el motor es que se eleve la temperatura dentro del motor hasta tal punto, que se dilata el pistón y roza directamente con las paredes del cilindro, aumentando aun más la temperatura y provocando que se funda alguna de las piezas internas del mismo, por lo general el pistón. La causa de ese sobrecalentamiento puede deberse a problemas con el circuito de lubricación (falta de aceite, fallo en la bomba del aceite, aceite en mal estado o incorrecto) o en el circuito de refrigeración (falta de agua, fallo en la bomba de agua, fugas en el circuito, problemas con electroventilador, entre otros). Por lo tanto es muy importante estar siempre pendientes de la temperatura.
pistongripado1.jpg




¿Qué es el cárter?
El carter es la parte inferior del motor y actúa a modo de "depósito" del aceite. En la imagen es la pieza inferior de color gris
p0003015.jpg



¿Qué son los colectores de escape?
Como su propio nombre indica, es la pieza que une la salida de las válvulas de escape al tubo de escape propiamente dicho, o a los silenciadores correspondientes.
coelctores20peugeot2020.jpg



¿Es mejor cadena o correa?
Como casi todo... depende. La cadena tiene una vida muchisimo mayor que la correa, de hecho por lo general lo que se cambia son los tensores, pero hace mucho más ruido y es mas "inestable". La correa tiene un funcionamiento mucho mas silencioso pero por contra su durabilidad es menor.
 

URIEL

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Buen post.

Algunos lo agradeceran sin duda ;-)
 

el sello de la casa

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Excelente, siempre es bueno recordar un poquito


Saludos
 

Cris

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Dison

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=D==D==D==D= Muy buen post, sí señor. Te lo has currado.

Gracias por el aporte.

Un saludo.
 

Gus

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Joer qué buen post, felicidades a sus autores: con esto me siento capaz de explicárselo hasta a mi hija biggrin
 

xavidr

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URIEL;9943017 dijo:
Buen post.

Algunos lo agradeceran sin duda ;-)



Como lo sabes, los inutiles como yo aprendemos mucho con estas cosas tan bien explicadas.
Muchas gracias al autor !!!
 

Luis Rivero

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esta tarde me lo leo con detenimiento, me va a venir muy bien.

gran hilo :supz:
 

pau535d

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Muy buen post=D=, esta todo muy bien explicado.
 

Sechs

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Interesante y muy buenas ilustraciones.

Por matizar algún detalle. A mi modo de ver el volante de inercia se usa para darle regularidad al giro del motor. Que luego sirva para acoplar el embrague o el motor de arranque es un temna aparte. Se podrían acoplar a un disco ligero si no hiciera falta la masa para contrarrestar los golpes de los pistones.
 

polormcf

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muy buen post compañero! gracias.
 

hector8

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k bueno, nunca te acostarás sin saber una cosa más
 

Pedro414

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muy bueno, y buenas explicaciones=D==D=
 
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tj50

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Muy interesante e ilustrativo, asi da gusto.
Muchas gracias por compartirlo.
 

Alon Ferreira

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Para que veáis que artista ehh jaja Magnifico post

Un saludo
 
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