Un motor de combustión interna convierte un líquido inflamable en energía, y dicha energía la transforma en calor y movimiento. Esa es la magia que consiguen los motores térmicos, obras de ingeniería milimétrica.
¿Qué piezas conforman los motores de combustión interna y cómo funcionan? Hacemos un repaso de los componentes y características de un motor gasolina o diésel. Lo que a su vez nos sirve para explicar cómo consiguen transformar en movimiento el combustible que repostamos en la gasolinera para desplazarnos cada día.
¿Qué es un motor de combustión interna?
Un motor de combustión interna, también llamado motor de explosión o motor térmico, obtiene energía mecánica a partir de la energía química de un combustible: gasolina, gasóleo o hasta hidrógeno.
Se llaman así porque la combustión se produce dentro del motor en sí a diferencia por ejemplo de un motor eléctrico, que toma su energía de una batería o bien de otras fuentes como una pila de combustible de hidrógeno.
Estos son los principales componentes en un motor de combustión.
Bloque motor
El bloque del motor es la pieza principal de un motor de combustión interna: es como su caja torácica. Dentro del bloque se encierran los cilindros y suele estar confeccionado en una sola pieza. Pero, además de los cilindros también incorpora múltiples canalizaciones para la lubricación o el sistema de refrigeración.
En el interior del bloque motor, los cilindros son los alojamientos por los que suben y bajan los pistones. Así, la precisión a la hora fabricarlos debe ser nanométrica.
Al mismo tiempo, el bloque motor en los motores de combustión determina su cilindrada: es donde se mide el cubicaje mediante la multiplicación de la sección de los cilindros por la carrera (la distancia que suben y bajan) cada uno de los pistones.
Pistones
Dentro de los cilindros del bloque motor, los pistones son los encargados de mover los gases. El vacío que generan en la cámara de combustión llama a la mezcla a su interior para luego comprimirla y aprovechar la fuerza de la explosión. Su movimiento vertical es el que empuja al cigüeñal a través de las bielas y es lo que posteriormente se convierte en la energía que mueve el vehículo.
Los pistones están tallados en una sola pieza de metal hecha a medida para cada cilindro, pero para conseguir un cierre perfecto se añaden en su perímetro los segmentos. La cabeza de los cilindros puede tener diferentes formas para modificar la compresión contra la culata o para dejar hueco a las válvulas cuando están abiertas.
Cigüeñal
Las bielas se conectan a los pistones a través de bulones y dichas bielas se unen a un solo árbol central: el cigüeñal. Esta pieza de metal de forma irregular es la encargada de sincronizar el movimiento de los pistones . El orden de encendido en un motor de cuatro tiempos y cuatro cilindros es 1-3-4-2.
Alternándose de esta manera y con la ayuda de un volante de inercia colocado en uno de los extremos, el motor térmico consigue girar al unísono y producir energía de manera regular. Esta energía producida en el número que sea de cilindros que disponga el motor se transfiere al cigüeñal y éste lo lleva hacia la cadena cinemática.
Cárter
En la parte inferior, atornillada al bloque motor, se encuentra el cárter. Este componente del motor de combustión es una especie de bañera: en ella descansa el aceite encargado de mantener lubricados y refrigerados todos los componentes internos del motor.
Esta bandeja tiene formas específicas para que la gravedad lleve el aceite hasta su parte más profunda, punto desde el que la bomba de aceite absorbe el lubricante para mandarlo a las partes donde se necesite. A su vez, el cárter suele confeccionarse en materiales que sean buenos conductores de calor: así el aceite se refrigera antes de volver a subir a cumplir su misión.
Culata
La culata es la parte más alta en un motor térmico y esconde el organismo encargado de poner todo en orden. También conocida como la cabeza de los cilindros, las culatas son la tapa que cierra la cámara de combustión y donde, además, se alojan las válvulas y sus sistemas de accionamiento (árboles de levas).
El árbol de levas suele estar unido al cigüeñal a través de una correa y gira a la mitad de revoluciones que el cigüeñal (dos vueltas de cigüeñal por cada vuelta del árbol de levas) para abrir y cerrar las válvulas. Este componente del motor se encarga de que la mezcla de combustible entre y salgan los gases de escape.
Las válvulas están sometidas a una gran presión, ya que por una parte tienen que cerrar de manera estanca las cámaras de combustión y por otra soportar velocidades de apertura y cierre muy elevadas sin fatigarse bajo temperaturas de funcionamiento altas.
En la parte superior de las válvulas los árboles de levas giran y sus empujadores con forma avellanada son los que empujan a las válvulas hacia el interior de la cámara de combustión para determinar sus tiempos de apertura. La vuelta a su posición inicial se consigue mediante muelles.
¿Cómo funciona un motor de combustión interna? Los cuatro tiempos
Prácticamente todos los motores de combustión que se utilizan para impulsar los vehículos modernos son de cuatro tiempos.
¿Y qué significa eso? Reduciéndolo al funcionamiento de un solo cilindro para entenderlo mejor, diremos que se necesita completar cuatro fases para conseguir la dosis de energía que será la encargada de mover las ruedas. Los cuatro tiempos que hacen funcionar un motor de combustión interna son los siguientes:
Admisión
En esta fase comienza la magia. Con el pistón situado en el extremo superior del recorrido, las válvulas de admisión se abren para dejar entrar la mezcla de combustible atraída por el vacío en la cámara de combustión a medida que desciende el pistón y ayudada por la presión de los inyectores.
Compresión
Con las válvulas cerradas, el pistón comienza a subir hasta llegar de nuevo a su extremo superior comprimiendo la mezcla de aire y combustible.
Explosión
Con la cámara de combustión llena de mezcla y las válvulas aún cerradas se genera una detonación bien iniciada por una chispa eléctrica (bujía en los motores de gasolina) o por la propia autodetonación por compresión (en los motores diésel). La fuerza generada por la explosión obliga a bajar al pistón.
Escape
En el último de los cuatro tiempos del motor de combustión es cuando se abren las válvulas de escape y los gases producidos por la detonación se evacúan empujados por la subida del pistón.
¿Funciona igual un motor de combustión diésel que uno de gasolina? Diferencias
En los motores de combustión interna, ya sean diésel o gasolina, tenemos los mismos cuatro tiempos, pero la diferencia entre ambos es la manera en la que se detona el combustible. En un motor de gasolina hay bujías, en un diésel en cambio no, y esto está directamente relacionado con el ratio de compresión.
Este ratio de compresión nos ilustra la diferencia de volumen entre el punto muerto inferior y el punto muerto superior. Así, un ratio de 10:1 nos indica que la mezcla se comprime 10 veces desde que el pistón empieza a subir hasta que llega al punto más alto, justo antes de la detonación.
Para conseguir que un motor diésel haga explotar la mezcla sin necesidad de chispa hay que saber que el diésel se autodetona a 256ºC, una temperatura que se consigue gracias a elevados ratios de compresión: a más compresión, las moléculas se aprietan unas contra otras sin poder escapar, lo que genera el incremento de temperatura necesario.
Por poner un ejemplo para ver la disparidad de ratios que usan uno y otro motor, un Peugeot 308 1.2 PureTech de 130 CV (gasolina) tiene una compresión de 10,5:1, mientras que la versión diésel BlueHDi 1.5 también de 130 CV se va hasta 16,5:1.
