Componentes básicos del motor de combustión interna

Un motor de combustión interna convierte la energía química del combustible en energía mecánica de rotación a través del cigüeñal. Está dividido en tres zonas principales:

La culata es la zona superior donde entra el aire filtrado y el combustible mediante diversos mecanismos. El bloque constituye la zona intermedia que contiene los cilindros donde se deslizan los pistones, transformando la fuerza de los gases en rotación. Finalmente, el cárter forma la zona inferior y funciona como depósito de aceite para la lubricación.

Dentro de estas tres zonas encontramos elementos fundamentales como cigüeñal, bielas, pistones, inyectores, válvulas, árbol de levas, bombas de agua y aceite, entre otros componentes esenciales para el funcionamiento.

💡 Cada parte del motor tiene un propósito específico: algunos componentes generan movimiento, otros controlan la entrada y salida de gases, mientras que otros aseguran la lubricación y refrigeración adecuadas.

El funcionamiento de un motor diésel se basa en cuatro movimientos principales del pistón: admisión (entrada de aire), compresión (compresión del aire), combustión (inyección de combustible y explosión) y escape (evacuación de gases quemados). Estos cuatro movimientos constituyen lo que llamamos ciclo de funcionamiento.

Ciclo de funcionamiento del motor Diésel

En la fase de combustión, el pistón se encuentra inicialmente en su punto más alto (PMS). Al terminar la compresión del aire, el inyector introduce un chorro dosificado de combustible diésel que, al contactar con el aire caliente comprimido, produce un autoencendido. Esto genera una expansión de gases que empuja el pistón hacia abajo con gran fuerza, completando la única fase productiva del ciclo.

En la fase de escape, inmediatamente después de la combustión, se abre la válvula de escape y el pistón sube nuevamente, barriendo los gases quemados hasta alcanzar el PMS. Luego se abre la válvula de admisión, iniciando un nuevo ciclo.

Los motores de combustión interna usados en maquinaria de construcción se clasifican según distintos criterios:

• Por sistema de refrigeración (agua o aire)
• Por combustible (gasolina, diésel, kerosene)
• Por funcionamiento (dos o cuatro tiempos)
• Por disposición de cilindros (en línea, en V, horizontales)
• Por velocidad de rotación (baja, media o alta)

💡 Comprender el ciclo de funcionamiento te ayudará a diagnosticar problemas y entender cómo optimizar el rendimiento de un motor.

La clasificación permite adaptar los motores a diferentes aplicaciones según sus requerimientos específicos de potencia, eficiencia y durabilidad.

Diferencias entre motores diésel y de gasolina

Los motores diésel ofrecen varias ventajas significativas frente a los de gasolina. La eficiencia es uno de los aspectos más destacados: un motor diésel aprovecha aproximadamente el 35% de la energía del combustible, mientras que uno de gasolina solo el 27%.

El consumo de combustible es otra ventaja importante. Para desarrollar la misma potencia, un motor diésel consume aproximadamente un 25% menos de combustible que uno de gasolina, lo que representa un ahorro considerable a largo plazo.

Sin embargo, los motores diésel son más voluminosos y pesados, lo que los hace más costosos. A pesar de esto, el combustible diésel suele ser más económico a nivel mundial que la gasolina.

Desde el punto de vista ambiental, los gases generados por los motores diésel son menos nocivos que los emitidos por motores de gasolina. Adicionalmente, el diésel es menos volátil, lo que reduce el riesgo de incendios.

💡 La elección entre un motor diésel o gasolina dependerá del uso específico: para largas distancias y trabajos pesados, el diésel suele ser más conveniente por su economía y durabilidad.

Estas diferencias hacen que los motores diésel sean preferidos en aplicaciones que requieren alta potencia y bajo consumo, como en maquinaria pesada y vehículos de transporte.

Componentes principales: Bloque, Cigüeñal y Culata

El bloque es la estructura fundamental del motor donde se alojan los cilindros, el cigüeñal y el árbol de levas. Normalmente fabricado en fundición de hierro o aluminio, este componente tiene aberturas para los cilindros y conductos para el refrigerante. Los bloques pueden tener los cilindros dispuestos en línea o en forma de V según el diseño del motor.

El cigüeñal es una pieza crucial que transforma el movimiento alternativo en rotativo. Está montado sobre cojinetes principales que se lubrican constantemente. Sus partes principales incluyen muñequillas de apoyo (bancada), muñequillas de biela, manivelas, contrapesos y platos de mando. El radio del cigüeñal determina la distancia que recorren la biela y el pistón.

La culata cierra los cilindros por la parte superior y sirve de soporte para válvulas, balancines e inyectores. Contiene orificios para tornillos de apriete, entrada de aire, salida de gases y paso de agua para refrigeración. Entre la culata y el bloque se coloca la junta de culata, que garantiza el sellado hermético.

💡 El diseño del bloque y cigüeñal determina características importantes como la potencia, eficiencia y durabilidad del motor. Un buen diseño prolonga significativamente la vida útil del motor.

Estos tres componentes forman el núcleo estructural del motor, y su diseño determina muchas de las características fundamentales de rendimiento y durabilidad.

Pistones y Culata: El corazón del motor

La culata cumple la función vital de cerrar los cilindros por la parte superior. Fabricada generalmente en fundición de hierro o aluminio, sirve como plataforma de montaje para componentes esenciales como válvulas, balancines e inyectores. En ella encontramos múltiples orificios: para tornillos de apriete, entrada de aire por las válvulas de admisión, salida de gases por las válvulas de escape, entrada de combustible por los inyectores y canales para la refrigeración.

Entre la culata y el bloque del motor se coloca la junta de culata, un elemento que asegura la estanqueidad entre ambas piezas, impidiendo fugas de gases comprimidos o líquido refrigerante.

Los pistones son émbolos cilíndricos que se deslizan dentro de los cilindros. Fabricados principalmente de aluminio, cada pistón lleva entre dos y cuatro segmentos que cumplen funciones específicas. El segmento superior (de compresión) evita fugas de gases, mientras que el inferior (de engrase) limpia las paredes del cilindro de aceite durante el recorrido descendente.

💡 Los pistones soportan temperaturas extremas (hasta 350°C) y presiones enormes, por lo que su diseño y materiales son críticos para la durabilidad del motor.

En el centro del pistón encontramos el bulón, que sirve como punto de unión entre el pistón y la biela, permitiendo la transmisión de la fuerza generada por la combustión hacia el cigüeñal.

Segmentos y Bielas: Transmisores de fuerza

Los segmentos son piezas circulares metálicas que se montan en las ranuras de los pistones. Cumplen tres funciones vitales: sellan herméticamente la cámara de combustión, controlan la película de aceite en las paredes del cilindro y ayudan a disipar el calor. Estos anillos permiten que los conjuntos de pistón y biela conviertan efectivamente la expansión de los gases en trabajo útil para el cigüeñal.

Es importante entender que el pistón no toca directamente las paredes del cilindro; este efecto de sellado se logra mediante los segmentos que deben funcionar correctamente bajo condiciones variables de velocidad y aceleración.

Las bielas son los componentes que conectan el pistón con el cigüeñal, transmitiendo la fuerza entre ambos. Cuentan con dos casquillos que les permiten girar libremente alrededor del cigüeñal y del bulón que las conecta al pistón.

La biela debe ser lo suficientemente robusta para absorber las fuerzas dinámicas necesarias para mover el pistón y transmitir la potente fuerza generada durante la explosión hacia el cigüeñal.

💡 El diseño de las bielas es crítico: deben ser extremadamente resistentes pero también ligeras para minimizar la masa en movimiento y reducir las vibraciones del motor.

Este conjunto de componentes forma el mecanismo biela-manivela, fundamental para la transformación del movimiento lineal en rotativo.

Cojinetes y Válvulas: Control y precisión

Los cojinetes son apoyos para las muñequillas del cigüeñal. Deben ser lo suficientemente resistentes para soportar los intensos esfuerzos durante la carrera de explosión. Los cojinetes de bancada reciben lubricación a presión a través de un orificio en su mitad superior, conectado a un conducto de lubricación del bloque.

Estos componentes incluyen una ranura que distribuye el aceite de manera uniforme por toda la superficie de trabajo. También poseen lengüetas que encajan en ranuras del bloque y las tapas, evitando desplazamientos por las fuerzas de empuje. El motor además incorpora un cojinete de empuje específico que previene el juego axial en los extremos del cigüeñal.

Las válvulas son componentes cruciales que abren y cierran las lumbreras de admisión y escape en momentos precisos del ciclo. Generalmente, la válvula de admisión es más grande que la de escape para facilitar el llenado del cilindro.

En una válvula distinguimos tres partes principales: • El pie de válvula • El vástago • La cabeza

💡 El ángulo de contacto entre la válvula y su asiento es crítico: se fabrica con una diferencia de 3/4 de grado para garantizar un sellado hermético mediante una línea fina de contacto.

Las válvulas se cierran mediante resortes y se abren por empujadores accionados por el árbol de levas, cuya posición durante la rotación determina exactamente cuándo se abre cada válvula.

Árbol de levas: El director de la orquesta mecánica

El árbol de levas es un componente fundamental que controla con precisión la apertura de las válvulas. Este eje gira sincronizado con la distribución del motor a una velocidad que es exactamente la mitad que la del cigüeñal, por lo que el diámetro de su engranaje es doble que el del cigüeñal.

Dependiendo de la ubicación del árbol de levas en el motor, el mecanismo empujador de las válvulas varía significativamente:

Cuando el árbol de levas es lateral (en el bloque), el mecanismo empujador incluye una secuencia compleja: leva, taqué, varilla, balancín y eje de balancines. Esta configuración tradicional requiere más componentes pero permite un diseño de motor más compacto en altura.

En cambio, cuando el árbol de levas va en cabeza (sobre la culata), la leva actúa directamente sobre un cajetín cilíndrico que empuja la válvula. Este sistema más moderno reduce el número de componentes móviles, mejorando la respuesta y reduciendo el desgaste.

💡 La posición y diseño del árbol de levas afecta directamente el rendimiento del motor. Los árboles de levas con perfiles agresivos permiten mayor potencia pero pueden reducir la vida útil del motor.

En motores más avanzados con cuatro válvulas por cilindro, el diseño puede incluir una configuración donde la leva actúa directamente sobre un rodillo de un balancín con forma de horquilla, eliminando la necesidad de varillas de empuje y mejorando la precisión.

Sistemas auxiliares: Distribución, lubricación y refrigeración

Los engranajes de distribución cumplen una función vital: conducen los accesorios y mantienen la rotación sincronizada entre cigüeñal, árbol de levas, bomba de inyección y ejes compensadores. El engranaje del cigüeñal actúa como impulsor principal para todo el tren de distribución, por lo que todos los componentes deben estar perfectamente alineados, haciendo coincidir las marcas específicas de cada engranaje.

La bomba de aceite se ubica en el fondo del motor, en el cárter. Su misión esencial es bombear aceite para lubricar los cojinetes y partes móviles. Accionada por un engranaje desde el árbol de levas, hace circular el aceite a través de pequeños conductos en el bloque. El flujo principal se dirige al cigüeñal, que distribuye el lubricante a los cojinetes de biela y principales mediante taladros internos.

En los motores refrigerados por líquido, la bomba de agua es fundamental para hacer circular el refrigerante a través del bloque, culata y radiador. Este circuito transfiere el calor del motor al aire que pasa entre las celdas del radiador, ayudado por un ventilador que es impulsado por el propio motor.

💡 La sincronización precisa de los engranajes de distribución es crucial. Un error de sincronización, incluso mínimo, puede causar daños graves al motor o reducir significativamente su rendimiento.

Estos sistemas auxiliares son tan importantes como los componentes principales, ya que aseguran el funcionamiento armónico y la durabilidad del motor.

Características y funcionamiento del motor diésel

Un motor diésel es una máquina térmica de émbolo alternativo lineal que transforma la energía calorífica producida por la combustión en energía mecánica. A lo largo del tiempo, estos motores han experimentado importantes mejoras: reducción de dimensiones y peso, aumento de revoluciones (hasta 5000 RPM), incremento de cilindrada y número de cilindros, y sistemas de sobrealimentación que aumentan la potencia hasta en un 40%.

Las características constructivas de estos motores incluyen una construcción más robusta, mayor peso, pistones autotérmicos con faldas sin rebajos, anillos de fundición de hierro de alta aleación, bielas con cabeza de unión oblicua para desmontaje superior, y cigüeñales con múltiples puntos de apoyo para evitar flexiones.

El modo de trabajo del motor diésel difiere significativamente del motor de gasolina:

• Solo aspira aire puro que se comprime fuertemente
• El aire comprimido alcanza temperaturas tan altas que el combustible inyectado se inflama espontáneamente
• Utiliza combustibles de vaporización difícil como el D-2

💡 La economía del motor diésel supera a los motores Otto (gasolina) gracias a su mejor aprovechamiento de la energía calorífica mediante una elevada relación de compresión, además de contener un 20% más de energía por unidad de volumen.

Durante la admisión, el pistón desciende aspirando solo aire purificado mientras el cigüeñal gira 180°. Este aire luego se comprime cuando el pistón sube, calentándose por encima del punto de inflamación del diésel.