Motores (Vol.1)

Vamos a retomar el apartado técnico con cierto nivel, hablando sobre los motores, la sobrealimentación, y otros muchos aspectos importantes. Como aquí hay gente de todos los niveles, y los temas a tratar van a ser complejos, hoy comenzamos con lo básico: El funcionamiento más elemental de un motor, de forma que cualquiera pueda comprenderlo. Sobre ello iremos construyendo en sucesivas entradas...

Como base tomamos el ejemplo más elemental: Motor de gasolina atmosférico (4 tiempos). Un motor tiene un funcionamiento relativamente sencillo: Entra aire por un lado, dentro del motor se mezcla con gasolina, se produce una explosión cuya fuerza se traduce en movimiento, y los gases ya quemados salen por el otro lado. Y ya está. ¿Os ha gustado? Jejejeje, bueno vale, vamos a hacerlo un poco más detallado. Abajo hay un vídeo en el que se ve todo el funcionamiento con detalle, pero creo que se comprende mejor una vez leída la teoría. No obstante, si quieres ir a verlo ahora, y leer después, cada uno es libre de seguir el orden que quiera...

Un motor de este tipo se llama "4 tiempos" porque funciona en 4 fases distintas: 1) Admisión, 2) Compresión, 3) Explosión y  4) Escape. Vamos a verlas:

1.- El aire de la atmósfera entra por la Admisión, y por medio del colector de admisión se dirige a la culata, donde las válvulas de admisión se abrirán, para hacer que entre al interior del motor (a un espacio llamado cámara de combustión, la parte superior del cilindro, que tiene al pistón tapándolo por su parte inferior, y la Culata haciendo de techo). El aire al entrar en la cámara, lo hace ya transformado en mezcla de aire y gasolina pulverizada (por obra y gracia de los inyectores, que pulverizan la gasolina que les llega bombeada desde el depósito de combustible).

2.- Ahora la mezcla está dentro de la cámara de combustión, y no puede salir: Arriba está la culata con las válvulas cerradas, y abajo el pistón, cerrando el cilindro. Y el pistón comienza a subir, dando paso a la fase de Compresión. Esta fase es sencilla: El pistón sube por le cilindro, comprimiendo los gases de la mezcla, y haciéndolos enormemente inestables, aumenta su temperatura, y cualquier chispa podría hacerlos explosionar... lo que da pié a la siguiente fase (¿Adivinas cual es?)...

(Vista del motor como si el bloque fuera transparente y se pudieran ver los cilindros: Dos pistones arriba y dos abajo. El orden de los mismos no es el convencional, porque este esquema pertenece a un V8)

3.- Explosión: Con los gases de la mezcla comprimidos en la cámara, y el pistón arriba del todo, la bujía (situada en la culata) genera una chispa eléctrica que hace explosionar la mezcla comprimida. Parece sencillo pero no lo es. Es un momento enormemente delicado, porque se supone que la chispa debe producirse justo en el momento óptimo, ni antes, ni después. Si la explosión se produce fuera de tiempo, se llama "Detonación", para diferenciarla. Si pinchais en el enlace de la palabreja, veréis que tiene bastante más miga de lo que parece, y encontramos al famoso "picado de biela", efecto adverso de la detonación que todos los preparadores de coches intentan combatir. Sobre ello hablaremos en detalle más adelante, cuando la cosa progrese.

¿La explosión es importante? Hombre, determina en gran medida la potencia del motor... no te digo más. Ten en cuenta que la fuerza explosión es la que va a mover el pistón hacia abajo, produciendo dos efectos principalmente: Que ese movimiento descendente del pistón haga girar el cigüeñal (lo que finalmente hará girar las ruedas), y que otro pistón contiguo suba hacia arriba (normalmente los pistones se dividen en dos grupos, haciendo que mientras unos suben, los otros bajen, como los pedales de una bicicleta). 

La fuerza que tenga la explosión determina en gran medida la potencia del motor: Una explosión débil que empuje el pistón con poco brío, hará que las ruedas se muevan con esa misma flojera. Por eso potenciar un motor suele traducirse en potenciar la explosión por varios métodos: Aumentando cilindrada (para que quepa más mezcla, y haga una explosión más "grande"), haciendo que la compresión sea mayor (bajando la culata o subiendo la altura del pistón, si comprimimos más el aire la explosión será más fuerte), o sobrealimentando (meter más mezcla de la normal en el mismo espacio de la cámara, por obra de un turbo o un compresor, o ambos. Ya hablaremos con calma de este asunto porque es un mundo muy jodido en el que vivir...).

4.- Una vez producida la explosión, y empujado el pistón hacia abajo, comienza la fase final (ahora veremos de forma paralela lo que sucede con ese movimiento del pistón): El Escape. El cilindro está lleno de gases quemados de la mezcla, así en la culata se abren las válvulas de escape, y el pistón comienza a subir de nuevo, expulsando dichos gases de escape fuera del cilindro. Ahora viajan por el colector de escape hacia el tubo del mismo nombre, y se liberan a la atmósfera. Sobre si previamente son catalizados y cómo, no queremos saber nada.

Esos son los 4 tiempos del motor de 4 tiempos. Pero hemos dejado sin atender otro tema importante que sucede entre todo esto: ¿Qué hace el pistón bajando y subiendo?

Como hemos dicho, los pistones de dividen en dos grupos, de forma que mientras unos suben, los otros bajan. ¿Comor? Sí, son como las piernas de un ciclista dando a los pedales: Mientras una empuja para abajo y produce el movimiento de la rueda, la otra pierna sube accionada por el plato dentado de los pedales. Esto es igual: Mientras un pistón baja, empuja la biela (es tu pantorrilla), y ésta va unida al cigüeñal, que da vueltas como el plato de la bici. El giro de ese cigüeñal es lo que se va a traducir finalmente en el giro de las ruedas, previo paso por las transmisiones (las transmisiones las dejamos para otro día, por favor...). Por eso, el régimen de giro del motor, las famosas "revoluciones por minuto" (rpm) miden los giros del cigüeñal. 8.000 rpm indican que el cigüeñal gira 8.000 veces por minuto.

Este video es importante, sobre todo a partir del minuto 2:35

¿Y ya está? Lo básico sí, pero como comprenderás, si te paras a pensar un momento, surgen miles de preguntas en torno a este proceso... Y nosotros vamos a responderlas todas. Es broma, ni de coña podemos, así que vamos a ir con las más importantes:

¿Cómo se abren las válvulas de admisión y escape en su momento preciso? Buena pregunta chaval, eres un crack. Existe un dispositivo llamado Árbol de Levas, que se encarga de ello (En el vídeo de arriba lo ves claramente en el minuto 3:50). Se trata de un eje situado a lo largo del motor (normalmente en la culata), y que tiene una serie de piezas salientes (levas). Dicho eje va girando accionado por el propio movimiento del motor (la famosa correa/cadena de distribución, que une el giro del cigüeñal a las poleas de los árboles de levas), y al girar hace que algunas levas accionen las válvulas hacia abajo, abriéndolas y cerrándolas (por intermediación de los taqués, de los que hoy pienso pasar olímpicamente). Por eso es tan importante la "distribución" de un motor, y su correa/cadena, porque si no está bien calibrada y ajustada, las válvulas abren y cierran fuera del momento óptimo, y el motor no funciona. Sobre esto hablaremos largo y tendido en otro momento, porque también tiene una importancia capital. Pensad que no es sólo que las válvulas abran o cierren, sino cuándo, cuánto tienen que moverse (alzada), y durante cuánto tiempo deben estar abiertas (duración de apertura). Otro día más sobre esto...

¿Cuánto aire y gasolina debe entrar en el motor? Pues depende de mil factores: El acelerador abre una compuerta (mariposa) en el conducto de admisión, permitiendo el mayor o menor paso del aire al motor. Generalmente se mide esa cantidad de aire con un caudalímetro, y se manda la señal del caudal de aire (y la temperatura, y otros parámetros según cada tipo) a la centralita del motor. Esta centralita decide, según las lecturas de varios sensores, la cantidad de gasolina que deben pulverizar los inyectores. No es lo mismo que el motor esté cliente que frío, o que la temperatura del aire sea más o menos cálida, que el motor se encuentre girando a muchas revoluciones o no, etc. La proporción de mezcla va variando. Se supone que la mezcla teóricamente perfecta es 14,7 partes de aire por cada parte de gasolina, pero en la práctica hay que modificar esos valores para atacar unos efectos y conseguir otros (otro tema avanzado que ya veremos en otra ocasión). Tened en cuenta que contrariamente a lo que la gente piensa, la mezcla no hace una explosión más fuerte con mayor proporción de gasolina... la parte de gasolina funciona como elemento que provoca la detonación (en sentido físico, no hablamos de autoencendido ahora, ojo) del aire, y el aire es lo que realmente hace explosión. Por lo tanto una mezcla "pobre" (es decir, con más aire de lo deseable) hace que el coche corra más, pero produce más temperatura en el motor. En cambio se suele "enriquecer" la mezcla (es decir, añadir más proporción de gasolina de la deseable) para refrigerar esa explosión y hacerla más estable. ¿Otra curiosidad al respecto? Aquí entra en juego el octanaje de la gasolina, y otra vez el saber popular se confunde: Una gasolina de alto octanaje no hace que la explosión sea más potente, sino al revés: cuanto más alto es el octanaje, más resistente es a la explosión. Se usa en motores que se han potenciado mucho, precisamente porque explosionan "menos", y se puede hacer mucha más compresión en la culata sin que la mezcla detone por sí sola.

(Reloj que mide la mezcla, o "Air/Fuel Ratio")

Como veis, hay mucha enjundia... Nos hemos propuesto ahora tocar sólo lo básico, y que se comprenda bien lo que sucede en un motor desde que pisas el acelerador hasta que el coche se mueve. Pido disculpas por las imprecisiones técnicas, ya sabéis que trato de facilitar la comprensión todo lo posible, y que además, no soy ingeniero (soy hombre de leyes, que no de ley).

Es fácil imaginar la cantidad de entradas que tenemos planeado publicar, viendo todos los cabos sueltos que hemos dejado aquí y allá a lo largo de la explicación... Por otra parte, hay cosas que no hemos detallado excesivamente, porque en el Glosario FuelWasters al que nos referimos en muchos términos ya lo hacemos. No obstante, tampoco me gusta del todo hablar sobre esto, porque ya aparece recogido en miles de sitios (y en muchos lo explican mejor que nosotros), y cualquier duda puede ser resuelta en el mítico manual de mecánica elemental de Arias Paz...

Ahora a descansar, a ser felices y a no pensar mucho en motores. Porque os amamos cosa bárbara.