Ciclo Otto (2T)



Ciclo Otto (4 tiempos)

Ciclo Otto de 4 tiempos 

Concepción clásica, con sistema de carburación (sin sistema de inyección de combustible):

El ciclo Otto (ideal) de un motor de cuatro tiempos, funciona en base a las transformaciones termodinámicas que se producen secuencialmente en cada uno de los cilindros. 

Mecánicamente, se puede decir que el ciclo funciona transformando el movimiento lineal del pistón, que se desplaza desde el punto muerto inferior  (PMI) al punto muerto superior (PMS) y viceversa, en un movimiento rotatorio del árbol cigüeñal (mecanismo biela-manivela). 

Movimiento B-1 Posición de válvulas VAA/VEC (admisión)

Es un movimiento de aspiración en el cual se succiona la mezcla carburante (combustible y comburente*) que se encuentra a presión atmosférica, desde la boca del carburador,  llenando el cilindro.

(*) En este caso el comburente es aire atmosférico, substancia que en el proceso de combustión contiene el oxígeno necesario para producir la oxidación completa del combustible (nafta/gasolina).

Transformación 1-2 Posición de válvulas VAC/VEC (compresión)

Con ambas válvulas cerradas, el pistón se desplaza desde el PMI al PMS, movimiento conocido como "carrera del pistón". Debido a que el ciclo se considera ideal, se supone que no hay intercambio de calor a través de las paredes (o límites) del sistema, por lo cual, la compresión 1-2 es una compresión adiabática. 

La relación de compresión es el cociente entre el volumen del cilindro en el PMI incluyendo el volumen de la cámara de combustión y el volumen de la cámara de combustión, cuando el cilindro alcanza el PMS:    

La relación de compresión  (ɛ) de la mezcla, entre el PMI y el PMS vale:    

ɛ = V1 / V2    y normalmente varía entre 6,6 en motores "poco comprimidos" y 8,5 (hasta 12) en motores “muy comprimidos”.

El volumen mínimo que se obtiene con el pistón en el PMS, hace que la mezcla alcance su mayor grado de compresión y es el lugar donde tiene lugar la combustión de la misma, razón por la cual se lo denomina "cámara de combustión". 

Transformación 2-3 Posición de válvulas VAC/VEC (combustión)

Con ambas válvulas cerradas y el pistón en el PMS, se produce una chispa entre los electrodos de la bujía de ignición, lo que hace que se incendie y se queme la mezcla de combustible y comburente altamente comprimida. Si bien el frente de llama producido avanza muy rápidamente hasta ocupar el volumen total de la cámara de combustión, el proceso es de combustión, o sea la mezcla se "quema", (no "detona" o "explota"). Esta reacción produce un violento aumento de la temperatura en la cámara de combustión y con ello un violento aumento de la presión del sistema, mientras el pistón aún permanece en el PMS; o sea, se trata de una transformación isocora, en la cual el volumen de la cámara de combustión permanece constante, siendo que desde el punto 2 al punto 3 la presión experimenta un importante incremento.

Transformación 3-4 Posición de válvulas VAC/VEC (expansión)

Con ambas válvulas cerradas, el pistón cede a la presión generada en la cámara de combustión y se produce la expansión de los gases de combustión. El pistón recorre la carrera inversa a la compresión (expansión adiabática), llegando al PMI y transmitiendo la fuerza generada por los gases al árbol cigüeñal a través de la biela que los une. 

Transformación 4-1 Posición de válvulas VAC/VEA (escape) 

Al alcanzar el PMI, se abre la válvula de escape, donde, de acuerdo al diseño de cada motor en particular, se habrá transformado la casi totalidad de la energía del combustible, en este caso de energía química en energía mecánica, quedando un remanente de presión, producto de la combustión, que ayudará a expulsar los gases quemados hasta alcanzar la presión atmosférica.

Movimiento 1-B Posición de válvulas VAC/VEA (barrido de gases)

A partir del punto 1 el pistón vuelve a realizar la carrera 1-B pero con la VAC y la VEA. 

De esta manera se logran expulsar los gases de combustión quemados al medio ambiente exterior.

A continuación se produce el cambio en las posiciones de las válvulas a VAA y la VEC, y comienza un nuevo movimiento de admisión, en el cual se aspira la mezcla de combustible y comburente de la boca del carburador.

Motor de combustión interna - Esquema

Los motores de combustión interna son dispositivos mecánicos en los cuales el encendido y la combustión de la mezcla de combustible y comburente se produce dentro del motor mismo.

El principio de funcionamiento, en general, es el de transformar el movimiento rectilíneo alternativo de uno o varios pistones en un movimiento giratorio del árbol cigüeñal.

Al girar el gigüeñal, cada pistón recorre una distancia denominada carrera, entre el punto muerto inferior PMI y el punto muerto superior PMS y viceversa, distancia que queda determinada por el diseño (configuración de cigüeñal, bielas, pistones y cilindros).

Cuando el pistón alcanza el PMS con ambas válvulas cerradas (válvula de admisión VA  y válvula de escape VE), se obtiene la máxima compresión de los gases encerrados en el cilindro, quedando un volumen remanente en la parte superior denominado cámara de combustión, la cual aloja la mezcla combustible.

La cilindrada es la capacidad total de compresión de gases y puede calcularse multiplicando el diámetro del cilindro por la carrera y por el número de cilindros. La cilindrada es un factor que indica (en volúmen) la cantidad de mezcla combustible que puede transformarse en energía mecánica a partir de la energía química. En general puede afirmarse que la cilindrada es una medida de la potencia que puede generar el motor.

La energía que produce el movimiento rotativo del cigüeñal surge en los cilindros, a partir de la expansión de los gases presentes en la cámara de combustión y debido a la ignición de la mezcla. Estos gases en expansión impulsan a los respectivos pistones en dirección al PMI, haciendo girar al árbol cigüeñal por medio de las bielas que los unen.