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Ciclo Otto, gasolina, cuatro tiempos


El apartado que define el funcionamiento de un motor está en el ciclo que utiliza, en los motores de los automóviles modernos una abrumadora mayoría se rige por el ciclo Otto si son de gasolina o por el Ciclo diésel si son de gasóleo, y en ambas ocasiones con funcionamiento de cuatro tiempos. Esto no significa que no existan otras posibilidades como, por ejemplo, el motor rotativo o ciclo wankel o algunas particularidades como el ciclo Atkinson; todas ellas tendrán su particular tutorial pero en este vamos a centrarnos en el motor de gasolina de ciclo Otto y cuatro tiempos.
 

Para quienes no tengan ninguna noción de mecánica les recomendamos que antes de este tutorial vean el llamado ¿Qué tipos de motores tiene un coche? en donde se explican algunos conceptos básicos imprescindibles para comprender las explicaciones que vienen a continuación. Tal y como ya sabemos, los pistones que se mueven dentro del cilindro de modo alternativo son los que generan la fuerza que se traslada al cigüeñal pero… ¿Cómo y porqué se produce el movimiento de los pistones? Ahí es donde entra la definición de ciclo Otto de cuatro tiempos.
 
Tiempos del ciclo otto

Seguro que habéis oído hablar en más de una ocasión de las famosas fases de admisión, compresión, explosión y escape. Bien, dichas fases son las que definen el proceso que tiene lugar en el cilindro y que proporcionan a la postre el movimiento del motor. Para situarnos mejor vamos a pensar en una comparación que nos permita comprender los movimientos producidos; pensemos en esos antiguos trenes a vapor de las películas del Oeste en los que las ruedas se mueven por medio de una palanca que está haciendo un movimiento alternativo hacia adelante y hacia atrás. Un movimiento similar es el que se produce entre el cilindro y el cigüeñal; en vez de hacia delante y hacia atrás el cilindro se mueve hacia arriba y hacia abajo y, por medio de la biela, transforma el movimiento alternativo en movimiento circular de tal modo que el cigüeñal termina girando.

Para que este movimiento se produzca debe haber una fuerza que lo impulse, y aquí es donde entra en acción el ciclo Otto. Definamos primero las partes que intervienen y que son las válvulas, la bujía, la cámara de combustión, el pistón, la biela y el cigüeñal.
 
Elementos dentro del cilindro

En la parte superior del cilindro hay varios agujeros, que serán tantos como válvulas por cilindro tiene el vehículo en cuestión. También esto lo estudiaremos más adelante, ahora baste con decir que debe haber al menos dos válvulas, una de admisión y otra de escape. Las válvulas son, por denominarlo de un modo sencillo, unos "tapones" que estarán abiertos o cerrados dependiendo del momento de trabajo en el que se encuentre el motor. Para que se abran y cierren las válvulas dependeremos del sistema de distribución que estudiaremos más adelante.

La bujía es un elemento conectado al sistema eléctrico y que en un momento determinado es capaz de generar la chispa que hace explotar la mezcla. La cámara de combustión es la zona del cilindro en la que se producen las explosiones. Pistón, biela y cigüeñal son los elementos que ya estudiamos en el videotutorial ¿Qué tipos de motores tiene un coche?

Veamos ahora las fases teóricas de un motor de ciclo Otto de cuatro tiempos, y decimos que son teóricas porque, como veremos más adelante, lo habitual es que estas fases no se produzcan de un modo lineal, sino que suelen quedar solapadas de tal modo que antes de terminar una ya ha dado comienzo parte de la siguiente.

1.Fase de admisión
 
ciclo de admisión

La válvula de admisión se encuentra abierta, la válvula de escape está cerrada y la fase de admisión se produce desde que el pistón está en la parte superior hasta que desciende hasta su punto inferior.  Debido a que el pistón desciende se produce un efecto succión que hace que la mezcla entre en la cámara de combustión.

2.Fase de compresión

ciclo de compresión
 
Cuando el pistón está en su punto más bajo se cierra la válvula de admisión y queda cerrada igualmente la válvula de escape. Durante esta fase el pistón asciende y la cámara de combustión, que antes tenía un volumen determinado, pasa a tener un volumen claramente inferior, comprimiendo así la mezcla. La relación entre el volumen máximo que había cuando el pistón estaba en el punto inferior y el volumen mínimo que se alcanza cuando el pistón está en el punto superior es lo que se denomina relación de compresión del motor.

3.Fase de explosión
 
ciclo de explosión
 

En el momento en que la mezcla está totalmente comprimida y las dos válvulas cerradas se produce una chispa en la bujía que hace que la mezcla se prenda y produzca una explosión que será la que empuje al pistón hacia abajo. Ésta es la única fase de trabajo efectiva y será la que defina la potencia del motor.

4.Fase de escape

 
 
 
Cuando el pistón ha vuelto a su punto inferior se abre la válvula de escape para que, durante la fase de escape, el pistón ascienda y empuje el resultante de la explosión fuera del cilindro y permita que exista aire limpio para que comencemos de nuevo el ciclo con la fase de admisión.
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