TEMA 1-2 MOTORES: MOTORES Y SEGURIDAD EN EL TALLER
1. Historia del motor
El motor de combustión interna se desarrolla como una evolución de la máquina de vapor.
A diferencia de la máquina de vapor, aprovecha la presión del vapor de agua que se produce
por una combustión externa.
El primero fue construido por Lenoir en 1863 mejorado por Otto, inventando en 1876 el primer
motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos, que en su honor se llamó así.
En 1878, Clerk construye el primer motor de dos tiempos.
En 1885, Daimler monta sobre un vehículo de dos ruedas un motor de gasolina de alta
velocidad desarrollado por el ingeniero Maybach. Esta es la primera motocicleta del mundo.
En 1886, Karl Benz construye el primer automóvil de tres ruedas. Ese mismo año Daimler aplica
el motor de Maybach sobre un carruaje de cuatro ruedas.
En 1892, el alemán Rudolf Diesel inventa un motor que funciona con combustibles pesados y
no necesita sistema de encendido, que se llamará motor Diesel. Cinco años después, en 1897,
se construye el primero de estos motores. Será aplicado en un camión por primera vez en el
año 1923, aunque ya en 1912 se había montado en una locomotora.
En 1904 se fabrica en Barcelona el primer automóvil de la marca La Hispano-Suiza. Está
equipado con un motor de cuatro cilindros y 20 CV de potencia.
En 1957, Félix Wankel prueba con éxito un nuevo motor de pistón rotativo que es conocido con
el nombre de su inventor, motor Wankel.
En el año 1997 la marca Toyota comercializa en Japón el primer vehículo híbrido, el Prius. A
partir del año 2000 comienza a venderse en otros mercados. Este vehículo es propulsado por
un motor de gasolina y un motor eléctrico.
2. Motor térmico de combustión interna
Motor que transforma la energía térmica en energía mecánica mediante la combustión de una
mezcla de aire y carburante que se quema interiormente generando un trabajo mecánico.
Deben reunir una serie de cualidades:
• Buen rendimiento, es decir, que transforme en trabajo buena parte de la energía que
produce la combustión.
• Bajo consumo con relación a su potencia.
• Gases de escape poco contaminantes.
• Fiabilidad y durabilidad.
• Bajo coste de fabricación y mantenimiento.
, 3. Clasificación de los motores de combustión interna
Por la forma de inicial la combustión:
3.1. Motor Otto
El motor Otto de cuatro tiempos pertenece al grupo de motores térmicos de combustión
interna. Consume una mezcla de aire y combustible que ha sido previamente preparada.
Dispone de un sistema de encendido eléctrico, cuya chispa inflama la mezcla que se encuentra
comprimida en la cámara de combustión.
Los procesos de admisión de la mezcla y posterior expulsión de los gases quemados están
controlados por las válvulas, que abren y cierran los conductos correspondientes mandados
por el sistema de distribución.
Su ciclo de funcionamiento se realiza en cuatro tiempos:
• Admisión de una mezcla de aire y combustible.
• Compresión de la misma.
• Encendido, combustión y explosión.
• Escape de los gases quemados.
Cada uno de estos cuatro tiempos se realiza en una carrera
del pistón, equivalente a media vuelta de cigüeñal (180°). Por
tanto, el ciclo se completa en dos vueltas de cigüeñal (720°).
COMBUSTIBLE
Se usa la gasolina, con una densidad de 0,71 a 0,76 Kg/l a 15
ºC y posee un alto poder calorífico (44000 KJ/Kg o 10400 Kcal
por cada Kg de gasolina).
Es muy volátil y se gasifica con facilidad, que mejora a medida
que aumenta la temperatura. favorece la unión con el oxígeno
del aire para formar la mezcla, por eso con frecuencia se dispone de un sistema calefactor en el
colector de admisión.
El índice antidetonante define su poder antidetonante (temperatura que puede alcanzar
cuando se comprime sin llegar a auto encenderse. A medida que aumenta el índice, disminuye
el riesgo de autoencendido.
El autoencendido se produce cuando el combustible se inflama de forma espontánea,
independientemente del encendido por chispa. Resulta perjudicial para el motor por
producirse de forma incontrolada.
El grado de compresión a que puede ser sometida la mezcla dentro del cilindro, o la relación de
compresión, está en función de la resistencia antidetonante del combustible empleado.
, PREPARACIÓN DE LA MEZCLA
El combustible ha de mezclarse con el aire, ya que este aporta el oxígeno necesario para
realizar la combustión; se combinan en una proporción aproximada de 1 kg de gasolina por
cada 14,7 kg de aire.
La unión debe ser lo más homogénea posible, es decir, la gasolina vaporizada debe distribuirse
uniformemente en el aire para garantizar una combustión completa. La proporción puede
variar entre una mezcla pobre de máximo rendimiento (18/1), y una rica de máxima potencia
(12,5/1).
La mezcla se realiza antes de introducirla en el cilindro; su homogeneidad mejora
durante el proceso de admisión y, dentro del cilindro, durante la compresión. El
sistema de inyección de gasolina dosifica y pulveriza el combustible mezclándolo con
el aire que está pasando a gran velocidad por el colector de admisión.
Los modernos sistemas de inyección electrónica de gasolina sustituyen al
carburador, que está dejando de ser usado por su falta de precisión para dosificar el
combustible. Por tanto, la mezcla se realiza en el conducto de admisión y es
arrastrada al interior del cilindro durante el proceso de admisión para después ser
comprimida.
ENCENDIDO
La combustión se inicia al final de la compresión por el salto de una chispa eléctrica en la bujía
que proporciona el sistema de encendido en el instante adecuado, es decir, momentos antes
de que el pistón llegue a su punto muerto superior (PMS).
Este efecto se conoce como avance del encendido, y es necesario para compensar el tiempo
que la llama tarda en propagarse y generar una alta presión. La presión máxima de combustión
debe de aplicarse sobre la cabeza del pistón cuando este ha superado el PMS.
REGULACIÓN DE LA CARGA
Según las necesidades se regula la cantidad de mezcla admitida en el motor, manteniendo
aproximadamente la misma proporción.
Esta se efectúa mediante una mariposa de gases, se encuentra en el colector
de admisión, que es mandada por el pedal acelerador. A medida que la
mariposa se abre permite el paso de una mayor cantidad de mezcla,
aumentando así la energía obtenida en la combustión.
CONSTITUCIÓN DEL MOTOR OTTO
Está formado por un pistón y un sistema de biela y cigüeñal, encargado de
transformar el movimiento lineal del pistón en movimiento de rotación.
El pistón se desplaza dentro del cilindro; la estanqueidad entre estos dos elementos
está asegurada por unos anillos elásticos, que se montan en el pistón, llamados
segmentos.
En la parte superior del cilindro se forma la cámara de combustión donde se
comprime y se quema la mezcla, en su interior se disponen las válvulas de admisión
y escape y la bujía de encendido.
1. Historia del motor
El motor de combustión interna se desarrolla como una evolución de la máquina de vapor.
A diferencia de la máquina de vapor, aprovecha la presión del vapor de agua que se produce
por una combustión externa.
El primero fue construido por Lenoir en 1863 mejorado por Otto, inventando en 1876 el primer
motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos, que en su honor se llamó así.
En 1878, Clerk construye el primer motor de dos tiempos.
En 1885, Daimler monta sobre un vehículo de dos ruedas un motor de gasolina de alta
velocidad desarrollado por el ingeniero Maybach. Esta es la primera motocicleta del mundo.
En 1886, Karl Benz construye el primer automóvil de tres ruedas. Ese mismo año Daimler aplica
el motor de Maybach sobre un carruaje de cuatro ruedas.
En 1892, el alemán Rudolf Diesel inventa un motor que funciona con combustibles pesados y
no necesita sistema de encendido, que se llamará motor Diesel. Cinco años después, en 1897,
se construye el primero de estos motores. Será aplicado en un camión por primera vez en el
año 1923, aunque ya en 1912 se había montado en una locomotora.
En 1904 se fabrica en Barcelona el primer automóvil de la marca La Hispano-Suiza. Está
equipado con un motor de cuatro cilindros y 20 CV de potencia.
En 1957, Félix Wankel prueba con éxito un nuevo motor de pistón rotativo que es conocido con
el nombre de su inventor, motor Wankel.
En el año 1997 la marca Toyota comercializa en Japón el primer vehículo híbrido, el Prius. A
partir del año 2000 comienza a venderse en otros mercados. Este vehículo es propulsado por
un motor de gasolina y un motor eléctrico.
2. Motor térmico de combustión interna
Motor que transforma la energía térmica en energía mecánica mediante la combustión de una
mezcla de aire y carburante que se quema interiormente generando un trabajo mecánico.
Deben reunir una serie de cualidades:
• Buen rendimiento, es decir, que transforme en trabajo buena parte de la energía que
produce la combustión.
• Bajo consumo con relación a su potencia.
• Gases de escape poco contaminantes.
• Fiabilidad y durabilidad.
• Bajo coste de fabricación y mantenimiento.
, 3. Clasificación de los motores de combustión interna
Por la forma de inicial la combustión:
3.1. Motor Otto
El motor Otto de cuatro tiempos pertenece al grupo de motores térmicos de combustión
interna. Consume una mezcla de aire y combustible que ha sido previamente preparada.
Dispone de un sistema de encendido eléctrico, cuya chispa inflama la mezcla que se encuentra
comprimida en la cámara de combustión.
Los procesos de admisión de la mezcla y posterior expulsión de los gases quemados están
controlados por las válvulas, que abren y cierran los conductos correspondientes mandados
por el sistema de distribución.
Su ciclo de funcionamiento se realiza en cuatro tiempos:
• Admisión de una mezcla de aire y combustible.
• Compresión de la misma.
• Encendido, combustión y explosión.
• Escape de los gases quemados.
Cada uno de estos cuatro tiempos se realiza en una carrera
del pistón, equivalente a media vuelta de cigüeñal (180°). Por
tanto, el ciclo se completa en dos vueltas de cigüeñal (720°).
COMBUSTIBLE
Se usa la gasolina, con una densidad de 0,71 a 0,76 Kg/l a 15
ºC y posee un alto poder calorífico (44000 KJ/Kg o 10400 Kcal
por cada Kg de gasolina).
Es muy volátil y se gasifica con facilidad, que mejora a medida
que aumenta la temperatura. favorece la unión con el oxígeno
del aire para formar la mezcla, por eso con frecuencia se dispone de un sistema calefactor en el
colector de admisión.
El índice antidetonante define su poder antidetonante (temperatura que puede alcanzar
cuando se comprime sin llegar a auto encenderse. A medida que aumenta el índice, disminuye
el riesgo de autoencendido.
El autoencendido se produce cuando el combustible se inflama de forma espontánea,
independientemente del encendido por chispa. Resulta perjudicial para el motor por
producirse de forma incontrolada.
El grado de compresión a que puede ser sometida la mezcla dentro del cilindro, o la relación de
compresión, está en función de la resistencia antidetonante del combustible empleado.
, PREPARACIÓN DE LA MEZCLA
El combustible ha de mezclarse con el aire, ya que este aporta el oxígeno necesario para
realizar la combustión; se combinan en una proporción aproximada de 1 kg de gasolina por
cada 14,7 kg de aire.
La unión debe ser lo más homogénea posible, es decir, la gasolina vaporizada debe distribuirse
uniformemente en el aire para garantizar una combustión completa. La proporción puede
variar entre una mezcla pobre de máximo rendimiento (18/1), y una rica de máxima potencia
(12,5/1).
La mezcla se realiza antes de introducirla en el cilindro; su homogeneidad mejora
durante el proceso de admisión y, dentro del cilindro, durante la compresión. El
sistema de inyección de gasolina dosifica y pulveriza el combustible mezclándolo con
el aire que está pasando a gran velocidad por el colector de admisión.
Los modernos sistemas de inyección electrónica de gasolina sustituyen al
carburador, que está dejando de ser usado por su falta de precisión para dosificar el
combustible. Por tanto, la mezcla se realiza en el conducto de admisión y es
arrastrada al interior del cilindro durante el proceso de admisión para después ser
comprimida.
ENCENDIDO
La combustión se inicia al final de la compresión por el salto de una chispa eléctrica en la bujía
que proporciona el sistema de encendido en el instante adecuado, es decir, momentos antes
de que el pistón llegue a su punto muerto superior (PMS).
Este efecto se conoce como avance del encendido, y es necesario para compensar el tiempo
que la llama tarda en propagarse y generar una alta presión. La presión máxima de combustión
debe de aplicarse sobre la cabeza del pistón cuando este ha superado el PMS.
REGULACIÓN DE LA CARGA
Según las necesidades se regula la cantidad de mezcla admitida en el motor, manteniendo
aproximadamente la misma proporción.
Esta se efectúa mediante una mariposa de gases, se encuentra en el colector
de admisión, que es mandada por el pedal acelerador. A medida que la
mariposa se abre permite el paso de una mayor cantidad de mezcla,
aumentando así la energía obtenida en la combustión.
CONSTITUCIÓN DEL MOTOR OTTO
Está formado por un pistón y un sistema de biela y cigüeñal, encargado de
transformar el movimiento lineal del pistón en movimiento de rotación.
El pistón se desplaza dentro del cilindro; la estanqueidad entre estos dos elementos
está asegurada por unos anillos elásticos, que se montan en el pistón, llamados
segmentos.
En la parte superior del cilindro se forma la cámara de combustión donde se
comprime y se quema la mezcla, en su interior se disponen las válvulas de admisión
y escape y la bujía de encendido.
