Ciclo Diesel de 4 tiempos:
El ciclo Diesel (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 aire (filtrado) desde el medio ambiente exterior que se encuentra a presión atmosférica, llenando el cilindro..
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 (ɛ) del aire, en el caso de los motores Diesel es muy superior a la relación de compresión de los motores que funcionan según el ciclo Otto. Esto es debido a que en la fase de compresión adiabática 1-2, el fluído comprimido es aire (no mezcla carburante como en el caso de los motores a gasolina). El aire comprimido en la transformación 1-2, en razón de su grado de compresión, debe alcanzar un temperatura tal que cuando el combustible diesel sea inyectado a la cámara de combustión se incendie espontáneamente.
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:
ɛ = V1 / V2 normalmente varía entre 18 a 22
El volumen mínimo alcanzado con el pistón en el PMS, en el cual el aire alcanza su mayor grado de compresión y por esa misma razón, su mayor temperatura, es el lugar donde tiene lugar el comienzo de la inyección del combustible diesel, razón por la cual se lo denomina "cámara de combustión".
Transformación 2-3 Posición de válvulas VAC/VEC (inyección)
Con ambas válvulas cerradas y el pistón en el PMS, comienza la inyección de combustible diesel. Debido a la temperatura alcanzada por el aire (comburente) por efecto de la compresión adiabática producida por la transformación 1-2, la inyección de combustible puro se realiza por medio de una bomba de inyección y a través de toberas de inyección. Esto es, porque para inyectar el combustible, éste debe estar a mayor presión que el comburente ya comprimido que ocupa la cámara de combustión. El inyector cumple además la función de pulverizar y dispersar el combustible dentro de la cámara de combustión, con ello se logra una mezcla de combustible y comburente homogénea que permite una combustión uniforme.
Es así que, al momento de ingresar a la cámara de combustión y durante todo el período de inyección, el combustible se va quemando de forma tal que mantiene constante la presión en la cámara, mientras el pistón, empujado por la presión en aumento de los gases de combustión, comienza su carrera descendente, desde el PMS al PMI. El frente de llama producido y la consecuente expansión de los gases, avanza muy rápidamente hasta ocupar el volumen total de la cámara de combustión. El proceso, al igual que en el caso del ciclo Otto, es de combustión, o sea la mezcla compuesta por el aire de admisión y el combustible inyectado se "quema", (no "detona" o "explota"), y lo sigue haciendo aún cuando el pistón haya comenzado a descender del PMS al PMI. O sea se trata de una transformación isobárica, en la cual el volumen de la cámara de combustión aumenta a medida que el combustible ingresa por el inyector y se quema, siendo que desde el punto 2 al punto 3 la presión no experimenta incremento alguno.
Transformación 3-4 Posición de válvulas VAC/VEC (expansión)
Con ambas válvulas cerradas, el pistón sigue su carrera descendente bajo la presión generada en la cámara de combustión y se produce la expansión completa de los gases de combustión, recorriendo 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 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.
