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¿Qué es un motor de cuatro tiempos y por qué se llama así
Un motor de cuatro tiempos es un propulsor de combustión interna que se caracteriza por realizar un ciclo en cuatro fases perfectamente diferenciadas entre sí. Estas son admisión, compresión, combustión y escape, y las realiza en secuencias que se repiten cada dos vueltas de cigüeñal.
Por este motivo, para completar un ciclo o periodo de trabajo, el cigüeñal de un motor de cuatro tiempos debe dar dos giros, lo que quiere decir que el pistón sube y baja dos veces en cada ciclo, sumando un total de cuatro carreras, dos ascendentes y dos descendentes. Cada una de estas se conoce como fase o tiempo, y por ello se denomina motor de cuatro tiempos.
¿Cuáles son los elementos principales de un propulsor de cuatro tiempos?
El cilindro, por cuyo interior sube y baja el pistón, se puede definir como el centro de un motor de cuatro tiempos. Su parte más alta está cerrada por la culata, un elemento que en inglés se denomina “cylinder head” (cabeza de cilindro), y su parte más baja está muy cerca del cigüeñal. Es cierto que en motores planos de tipo bóxer o en V, los cilindros pueden ir tumbados y, en este caso, aunque no es del todo correcto hablar de una parte de arriba y una de abajo, se utilizan los mismos términos para describirlos.
El momento en el que el pistón se encuentra más próximo a la culata se denomina “punto muerto superior”, y en el que está más cerca del cigüeñal se conoce como “punto muerto inferior”, abreviándose ambos como PMS y PMI. Se denominan así porque en esos momentos el pistón se detiene muy brevemente para cambiar el sentido de su movimiento, bien para bajar después de subir, o para subir después de bajar. Por tanto, el pistón se mueve en dos sentidos alternativamente entre sus dos posiciones extremas, mientras que el cigüeñal gira siempre en el mismo sentido. Lo más normal es que el cigüeñal de vueltas en el sentido contrario al de las agujas de un reloj, aunque en algunas motos muy potentes el cigüeñal gira al revés (en sentido contrarrotante), con lo que se consigue que la rueda delantera se mantenga más pegada al suelo en aceleraciones fuertes. La pieza que une el cigüeñal con el pistón, y que se encarga de asociar unos movimientos tan distintos, es la biela.
Por tanto, cilindro, pistón, culata, cigüeñal y biela, son los elementos principales de un motor de cuatro tiempos. Luego existen otra serie de componentes que juegan un papel secundario, pero también son importantes, porque sin ellos un propulsor de cuatro tiempos no funcionaría. Uno es la bujía, que se encarga de quemar la mezcla gaseosa en el momento preciso. Otros elementos son las válvulas de admisión y escape que, por lo general, se ubican en la culata. Estas se puede decir que son unas pequeñas compuertas que se abren y se cierran en el momento justo. La válvula de admisión permite la entrada de aire y carburante convenientemente mezclados y dosificados. La de escape los deja salir una vez quemados. Ambas válvulas se abren y se cierran alternativamente, y cada uno de sus movimientos se debe realizar a su debido tiempo. De abrirlas se encargan unas levas o empujadores y de cerrarlas unos muelles. Al conjunto de válvulas, levas, muelles, etc., se le denomina sistema de distribución.
Últimamente, la mayoría de los motores poseen culatas multiválvulas, lo que quiere decir que cada cilindro dispone de más de una válvula de admisión y de escape. Aunque hay excepciones con más válvulas, lo más normal hoy en día es que los propulsores cuenten con dos válvulas de admisión y dos de escape, sumando un total de cuatro en cada cilindro.
¿Cómo funciona un motor de cuatro tiempos?
Un propulsor de este tipo funciona mediante repeticiones continuadas de un ciclo que se compone de cuatro fases o tiempos. Durante el citado ciclo, el pistón completa cuatro carreras por el interior del cilindro (dos ascendentes y dos descendentes), al mismo tiempo que el cigüeñal da dos vueltas.
Primer tiempo: admisión
Comienza cuando el pistón se encuentra en su posición más elevada junto a la culata, en el denominado punto muerto superior. En ese momento el pistón empieza a descender y a la vez se abren las válvulas de admisión para dejar paso a los gases frescos. Es una fase o tiempo que recuerda a cuando se carga una jeringuilla con algún líquido. De este modo, el vacío que deja el pistón al bajar es ocupado por una mezcla gaseosa sin quemar formada por aire y vapores de gasolina. Este tiempo termina cuando el pistón llega al punto más bajo o punto muerto inferior, momento en el que el cigüeñal completa media vuelta y se cierran las válvulas de admisión. Durante esta primera fase las válvulas de escape permanecen cerradas.
Segundo tiempo: compresión
Comienza en el punto muerto inferior al terminar el primer tiempo. El pistón empieza una carrera ascendente con todas las válvulas cerradas, por lo que va comprimiendo la mezcla gaseosa que entró en la fase anterior. Así, aumenta progresivamente la temperatura y la presión del citado gas, alcanzando sus valores máximos en el momento en el que el pistón completa la segunda carrera y llega de nuevo al punto muerto superior.
Tercer tiempo: combustión o explosión
Al terminar la compresión y cuando el pistón comienza a descender, la bujía produce una chispa que quema la mezcla formada por aire y combustible. La explosión que se produce empuja al pistón, comenzando la carrera más trascendente de todo el ciclo, que provoca que el cigüeñal gire en el sentido que interesa. En este tiempo la mezcla se transforma en calor, lo que eleva de manera muy considerable la presión en el interior del cilindro, impulsando con mucha fuerza al pistón hasta el punto muerto inferior, momento en el que el cigüeñal completa una vuelta y media. Este tercer tiempo o fase antes se denominaba “explosión”, pero la ciencia ha considerado más correcto llamarlo “combustión”.
Cuarto tiempo: escape
El pistón comienza a subir (cuarta carrera y segunda ascendente), empujando los gases quemados hacia la culata. Al mismo tiempo se abren las válvulas de escape para que esos gases salgan al exterior a través del tubo de escape. De este modo, una vez que el pistón llega de nuevo al punto muerto superior y el cigüeñal completa las dos vueltas del ciclo, el motor ya está listo para repetir el proceso, que comienza de nuevo con la fase de admisión.
Por tanto, de los cuatro tiempos que componen un ciclo, el tercero es el único activo que contribuye a que se completen los otros tres. La combustión genera la energía que produce el movimiento de cada ciclo y de ella se benefician la admisión, la compresión y el escape. Además, el tercer tiempo es el principal responsable de que el propulsor rinda más o menos potencia.
Siguiendo un esquema semejante, también funciona un motor diésel, muy extendido en el mundo de la automoción, pero muy poco utilizado en motos.
¿Cuáles son las principales diferencias entre un motor de cuatro tiempos y uno de dos?
A grandes rasgos, si un motor de cuatro tiempos funciona mediante repeticiones continuadas de un ciclo, durante el cual el cigüeñal da dos vueltas y el pistón realiza cuatro carreras, el motor de dos tiempos, como su nombre pretende indicar, necesita la mitad para cumplir su ciclo. Esto quiere decir que el pistón solo realiza dos carreras (una descendente y otra ascendente) y el cigüeñal solo da una vuelta. Por tanto, cada vez que el pistón llega al punto muerto superior, la bujía da una chispa y se produce una combustión, por lo que genera energía en todas las vueltas del cigüeñal y no cada dos, como ocurre en un propulsor de cuatro tiempos.
Además, la lubricación interna del grupo termodinámico de un motor de cuatro tiempos se realiza mediante el aceite que incluye en el cárter y que debe ser sustituido cada cierto tiempo siguiendo las recomendaciones del fabricante. Sin embargo, el engrase del grupo termodinámico de un propulsor de dos tiempos se realiza mediante aceite que se añade a la gasolina y que entra con los gases frescos durante la fase o tiempo de admisión.