¿Qué es un motor de 4 tiempos? / ¿Cómo funciona un motor de Cuatro tiempos?

Los motores son los más utilizados en todo el mundo para numerosas aplicaciones. Estos se utilizan en diferentes vehículos, como autobuses, camiones, furgonetas y motocicletas, etc. Hay diferentes tipos de motores, y un motor de 4 tiempos es uno de ellos. De acuerdo con el número de carreras de pistón, los motores tienen dos tipos principales que son:

1. 2-motor de carrera
2. motor de 4 tiempos

En el artículo anterior, hablamos del motor de 2 tiempos. Por lo tanto, en este artículo, discutiremos principalmente el motor de cuatro tiempos.

¿Qué es un Motor de Cuatro tiempos?

Un motor de 4 tiempos es un motor IC que utiliza cuatro tiempos del pistón para completar un ciclo de trabajo. Convierte la energía térmica del combustible en un trabajo mecánico útil debido al movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón. Por lo tanto, pertenece a la categoría del motor alternativo.

Un motor de cuatro tiempos completa un ciclo de potencia después de completar dos revoluciones del cigüeñal y 4 carreras del pistón. Estos motores son los más utilizados en diferentes vehículos, como camiones ligeros, autobuses, furgonetas, automóviles, etc.

En este motor alternativo, el proceso de compresión se produce debido al movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón.

La principal diferencia entre los motores de 2 y 4 tiempos es que un motor de 2 tiempos completa un ciclo de trabajo en solo dos tiempos, mientras que un motor de cuatro tiempos completa un ciclo de trabajo en cuatro tiempos del pistón. Un motor de 2 tiempos produce menos contaminación en comparación con un motor de 2 tiempos.

¿Cómo funciona un motor de 4 tiempos?

Un motor de cuatro tiempos funciona en los siguientes pasos:

1. Proceso de admisión
2. Proceso de compresión
3. Proceso de potencia
4. Proceso de escape

1) Carrera de admisión

• A medida que el pistón se mueve recíprocamente hacia el BCD desde el TDC (hacia abajo), comienza a producirse un vacío dentro de la cámara de compresión (cilindro).
• Cuando el vacío se produce dentro de la cámara de compresión, la válvula de escape se cierra y la válvula de entrada se abre.
• Cuando se abre la válvula de entrada, la mezcla de aire y combustible comienza a entrar en la cámara de compresión.

2) Carrera de compresión

• A medida que la presión interna de la cámara de compresión se iguala a la presión exterior, la válvula de entrada se cierra y comienza la carrera de compresión.
• A medida que el pistón se mueve hacia arriba (de BCD a TDC), comprime la mezcla de aire y combustible dentro de la cámara de compresión y aumenta la temperatura y la presión de la mezcla de aire y combustible.

3) Carrera de potencia

• La carrera de potencia también se conoce como carrera de combustión.
• Cuando la carrera de compresión está a punto de completarse, una bujía quema la mezcla de aire comprimido y combustible.
• A medida que el combustible se enciende, la potencia se genera de modo que el pistón se mueve de TDC a BDC expandiendo la reacción química. Por lo tanto, este golpe se llama GOLPE DE POTENCIA.
• Debido a este proceso de combustión, la temperatura y la presión de la mezcla se vuelven muy altas. Debido a un aumento de la presión, la mezcla de aire y combustible empuja el pistón para moverse hacia abajo (hacia el BCD desde el TDC) y acciona el cigüeñal, que mueve aún más el vehículo.
• Durante este proceso, las válvulas de entrada y de escape permanecen cerradas.

4) Carrera de escape

• Después de completar la carrera de potencia, comienza la carrera de escape.
• En la carrera de escape, el pistón se mueve nuevamente hacia arriba (de BDC a TDC).
• Durante esta carrera, la válvula de entrada se cierra y la válvula de escape se abre. El pistón empuja los gases de escape fuera de la cámara de combustión.
• Después de completar la carrera de escape, el pistón se mueve nuevamente hacia abajo (de TDC a BDC), succiona la mezcla de aire y combustible y se repite todo el ciclo. Esta carrera final obliga a los gases/gases de escape gastados a salir del cilindro.

Lea también: Funcionamiento del motor de 2 tiempos

Diagrama fotovoltaico del Motor de Cuatro tiempos

El siguiente diagrama fotovoltaico representa el ciclo de trabajo del motor de 4 tiempos. Un motor de cuatro tiempos completa un ciclo de trabajo en los siguientes pasos:

• Proceso isobárico (0 a 1): En el proceso isobárico, el pistón se mueve hacia abajo y genera un vacío dentro de la cámara de combustión. Durante la creación de vacío, se genera una diferencia de presión entre la presión atmosférica y la presión interna de la cámara. Debido a esta diferencia de presión, la válvula de admisión se abre y la mezcla de aire y combustible entra en la cámara de combustión.
• Proceso adiabático (1 a 2): Después de completar el proceso isobárico, la válvula de entrada se cierra y el pistón se mueve hacia arriba y presuriza la mezcla de aire y combustible. Durante este proceso, el pistón aumenta la temperatura y la presión de la mezcla, pero su calor no cambia.
• Proceso isocórico (2 a 3): Una bujía enciende la mezcla de aire y combustible al final de la carrera de compresión (proceso adiabático). Este proceso aumenta la temperatura y la presión de la mezcla de aire y combustible y la transforma en una mezcla de alta temperatura y presión. Este proceso de ignición también aumenta la entropía (calor) de la mezcla aire-combustible.
• Carrera de potencia (Proceso 3 a 4): En esta carrera, el calor producido por el proceso de encendido se utiliza para empujar el pistón para que se mueva hacia abajo, lo que mueve aún más el cigüeñal. El movimiento del cigüeñal mueve el vehículo. Por lo tanto, este proceso se denomina carrera de potencia.
• Fase de escape (4 a 1): En esta fase, el pistón se mueve nuevamente hacia arriba y se abre la válvula de escape, que descarga el calor residual de la cámara de combustión. Debido a la eliminación del calor inútil, la energía cinética de las moléculas de la mezcla de aire y combustible disminuye. Una vez más, la diferencia de presión se genera entre la presión atmosférica y la presión interna de la cámara, y todo el ciclo se repite.

Historia

Ciclo Atkinson

• En 1882, James Atkinson diseñó el motor de ciclo Atkinson. Era un motor IC de un solo movimiento.
• Este ciclo fue inventado para la provisión de eficiencia en el gasto de densidad de potencia. Hoy en día, el motor de ciclo Atkinson se utiliza en algunas aplicaciones eléctricas híbridas más recientes.
• El motor alternativo original de 4 tiempos con ciclo Atkinson permitía la carrera de admisión, la carrera de compresión, la carrera de potencia y la carrera de escape en una sola revolución del cigüeñal para evitar la infracción de patentes particulares relacionadas con el motor Otto.
• La construcción única del cigüeñal del motor Atkinson puede dar lugar a diferentes relaciones de compresión y expansión. La carrera de potencia es más larga que la carrera de compresión, lo que le da al motor una mayor entalpía (eficiencia térmica) que los motores alternativos convencionales.
• El diseño inicial del motor Atkinson no es más que una curiosidad histórica. Varios motores más recientes tienen sincronización de válvulas no tradicional para generar la carrera de potencia más larga o los efectos de carrera de compresión más cortos, lo que proporciona una mejora en el ahorro de combustible.

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Ciclo diésel

• Un motor diésel es un avance práctico del motor Otto de 1876.
• En 1861, Otto sintió que la productividad del motor se podía mejorar comprimiendo la mezcla de aire y combustible antes de la ignición, y Rudolf Diesel deseaba hacer un motor más eficiente que pudiera funcionar con combustibles más pesados.
• Por las mismas razones que Otto, Diesel deseaba diseñar un motor que pudiera abastecer a las pequeñas empresas industriales con su propia energía para competir con grandes empresas como Otto y reducir la demanda del suministro de combustible de la comunidad. Al igual que Otto, tuvo mucho tiempo para construir un motor de alta compresión que pudiera encender espontáneamente el combustible inyectado en el cilindro. Diesel usó una mezcla de aire-combustible en su primer motor.
• En 1893, el diesel fue finalmente desarrollado como un motor exitoso. Los motores de alta compresión que encienden combustible debido a la alta compresión de la compresión aire-combustible se conocen como motores diesel. El motor diesel es accesible en diseños de cuatro o dos tiempos.
• Los motores diesel de 4 tiempos se utilizan en la mayoría de las aplicaciones de servicio pesado, como camiones, autobuses y paletas, etc. Este motor utiliza fuel oil pesado, que contiene más energía y requiere menos refinación para producir.

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Limitaciones de potencia de salida del motor de cuatro tiempos

La potencia de salida del motor depende de la cantidad de aire que se El rendimiento de un motor de pistón (ya sea un motor de 4 tiempos o un motor de 2 tiempos) depende de la velocidad (RPM), el poder calorífico del combustible, la pérdida, la relación aire-combustible, la eficiencia volumétrica, el contenido de oxígeno en la mezcla combustible-aire y el tamaño de la cámara de combustión. En última instancia, la velocidad del motor controla a través de la lubricación y la resistencia del material.

La biela, el pistón y la válvula del motor se enfrentan a fuertes fuerzas de aceleración. Las altas velocidades del motor pueden provocar daños en el motor, pérdida de potencia, aleteo del anillo del pistón u otros daños físicos. Cuando el anillo del pistón vibra verticalmente en la ranura del pistón en la que se encuentra el anillo del pistón, el anillo del pistón aletea.

El propósito del aleteo del anillo es colocar el sello entre la pared del cilindro y el anillo, lo que conduce a una pérdida de potencia y presión en el cilindro.

Si el motor gira demasiado rápido, el resorte de la válvula no podrá cerrar la válvula lo suficientemente rápido. Esto a menudo se conoce como «flotador de válvula» y hace que el pistón golpee la válvula y cause una rotura grave del motor.

A alta velocidad, la lubricación de la interfaz de pared pistón-cilindro tiende a dañarse. Por lo tanto, la velocidad del pistón de un motor industrial está limitada a 10 m/s.

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Componentes de motor Diesel de 4 tiempos

El motor de cuatro tiempos tiene los siguientes componentes principales:

1. Inyector de combustible
2. Pistón
3. Válvula de entrada
4. Válvula de escape
5. Cigüeñal
6. Biela
7. Bloque del motor
8. Volante

1) Pistón y anillo de pistón

El pistón en el motor diesel de 4 tiempos produce movimiento alternativo. Se conecta con el cigüeñal a través de una biela. Transfiere su movimiento al cigüeñal a través de una biela. El pistón se mueve hacia abajo y hacia arriba dentro del cilindro del motor.

Cuando el pistón se mueve hacia arriba, aspira el aire dentro del cilindro, mientras comprime el aire cuando se mueve hacia abajo. Debido a este movimiento del pistón, la temperatura y la presión de la mezcla de aire y combustible dentro del cilindro aumentan.

El pistón del motor tiene una construcción compleja con una corona de acero y una falda de hierro fundido dúctil. Este faldón utiliza lubricación a presión para garantizar la entrega de aceite al revestimiento del cilindro debajo de cada situación de trabajo. Los federales de aceite se dirigen hacia el conducto de enfriamiento en la parte superior del pistón a través de las bielas. Todos los aros de pistón están cromados para resistir el desgaste. El anillo de pistón contiene un anillo de control de aceite compatible con resortes y 2 anillos de compresión de guía. La ranura del anillo del pistón tiene una excelente resistencia al desgaste y está estabilizada.

2) Cilindro lineal

Este componente del motor de cuatro tiempos tiene un collar alto y rígido para disminuir la deformación. Este material lineal es una aleación de hierro fundido gris con alta resistencia y brillante resistencia al desgaste. Los orificios de agua de refrigeración verticales colocados con precisión garantizan un control preciso de la temperatura. Para evitar el riesgo de pulido del orificio, el lineal se equipa con un anillo de pulido protector.

El espacio entre el revestimiento del cilindro y el bloque de cilindros se sella con una junta tórica doble. El extremo superior del lineal está equipado con un anillo anti-pulido que evita que los orificios internos se pulan y reduce el consumo de aceite lubricante.

3) Rodamientos de extremo grande y rodamientos principales

El rodamiento de extremo grande es un revestimiento de bronce de plomo con respaldos de acero de tres metales y una capa gruesa y de funcionamiento suave. El cojinete bimetálico, así como el cojinete trifetal, se agotan como los cojinetes principales.

4) Biela

Artículo principal: Biela

Este componente del motor diesel de 4 tiempos conecta el cigüeñal del motor y el pistón. Está hecho de acero aleado y forjado en una sola pieza. Una biela se mecaniza en una sección transversal circular. El lado inferior de la biela se divide en la dirección horizontal para que la biela y el pistón se puedan quitar de la camisa del cilindro. El cojinete de pasador de gudgeon consiste en tri-metal.

Todos los pernos de la biela se aprietan hidráulicamente. Los orificios de la biela dirigen el aceite a los pistones y al cojinete del pasador de gudgeon. Este componente del motor transfiere el movimiento del pistón al cigüeñal, que se mueve aún más a la rueda del vehículo.

5) Cigüeñal

El cigüeñal transforma el movimiento alternativo del pistón del motor en movimiento giratorio. Es un componente esencial para todos los motores. Esta parte transfiere la potencia final en forma de energía cinética. Está hecho en forma de una sola pieza. La biela hace un enlace entre el cigüeñal y el pistón del motor.

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6) Bloque del motor

El bloque del motor está construido de hierro dúctil y es adecuado para todos los cilindros. Las tapas de los cojinetes principales se sujetan desde abajo con dos tornillos tensores hidráulicos.

Estas tapas se dirigen hacia la parte inferior y superior lateralmente a través del bloque del motor. Un tornillo lateral horizontal apretado hidráulicamente soporta la tapa del cojinete principal.

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7) Árbol de levas

Se utiliza para abrir y cerrar válvulas de entrada y escape y para controlar la bomba de combustible en un motor diesel con alta presión.

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8) Bujía

Se utiliza en motores de gasolina o motores SI. Se utiliza para proporcionar la chispa a la mezcla de aire y combustible para encenderla.

9) Inyector de combustible

Se utiliza para inyectar el combustible dentro de los cilindros del motor. Algunos motores usan bomba de combustible en lugar de inyector de combustible.

10) Volante de inercia

Este componente del motor de gasolina de cuatro tiempos montado en un poste de hierro fundido. Almacena energía como inercia.

Ventajas y desventajas de los motores de 4 tiempos

El motor de cuatro tiempos tiene las siguientes ventajas y desventajas:

Ventajas del motor de cuatro tiempos

1. Fiabilidad: Estos tipos de motores diesel son más confiables y eficientes.
2. Durabilidad: Estos motores tienen una alta durabilidad que los motores de 2 tiempos.
3. Respetuoso con el medio ambiente: Estos motores son respetuosos con el medio ambiente porque un motor de 4 tiempos libera humos menos peligrosos que un motor de 2 tiempos.
4. Estos motores son los mejores para cargas pesadas y vehículos pesados.
5. Eficiencia de combustible: Estos motores tienen una alta eficiencia de combustible que los motores de 2 tiempos.
6. Ruido: Tienen un funcionamiento silencioso que los motores de dos tiempos
7. Más par: A baja velocidad, los motores de cuatro tiempos producen más par que los motores de 2 tiempos.
8. Más eficiencia de combustible: Este tipo de motor IC tiene una mayor eficiencia de combustible que un motor de dos tiempos.
9. Sin necesidad de aceite adicional: Este motor no requiere lubricación ni aceite adicional para agregar el combustible. Solo los componentes de torneado requieren lubricación intermedia.

1. Estos motores diesel producen los NOX más pequeños.

Desventajas del motor de cuatro tiempos

1. Potencia: Este motor tiene una potencia menor que el motor de dos tiempos.
2. Caro: Un motor de cuatro tiempos tiene muchas piezas. Por lo tanto, tiene un alto costo que un motor de dos tiempos.
3. Peso: Estos motores tienen un gran peso que los motores de 2 tiempos
4. Área requerida: Requerían un área grande para la instalación.
5. Carreras de pistón: Requiere más carreras de pistón para completar un ciclo de potencia.
6. Diseño: Estos motores tienen un diseño complejo.

¿Cuáles son las diferencias entre un motor diesel de 4 tiempos y un motor de gasolina de 4 tiempos?

Motor de gasolina	Motor diesel
Este motor funciona en la base del ciclo otto.	Funciona sobre la base de un motor diesel.
En este motor, el proceso de encendido se produce debido a la chispa proporcionada por una bujía.	En este motor, la ignición se produce debido a la alta compresión de la mezcla de aire y combustible.
Utiliza gasolina o gasolina como fluido de trabajo.	Utiliza diesel.
Este motor es menos eficiente.	es el más eficiente.
Tiene una baja relación de compresión.	Este motor tiene una alta relación de compresión.
Utiliza menos cantidad de combustible.	Utiliza una cantidad baja de combustible.
Estos motores se utilizan principalmente en aplicaciones pequeñas como bicicletas, motocicletas y generadores, etc.	Estos motores se utilizan principalmente para aplicaciones de servicio pesado como autobuses, camiones y furgonetas, etc.

Sección de preguntas frecuentes

¿Qué se entiende por un motor de 4 tiempos?

¿cuáles son los ejemplos de un motor de 4 tiempos?

¿Qué motor produce menos contaminación, de 2 o 4 tiempos?

¿Cuál es más rápido, 2 o 4 tiempos?

¿Hay un motor de seis tiempos?

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