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  Ciclo real de motores de 4 tiempos


En contraposicion al teorico, el ciclo practico esta formado por la sucesion de movimientos de los distintos componentes tal y como se realizan en la realidad. La fundamental diferencia radica en los tiempos que se mantienen abiertas cada una de las valvulas del mismo. Podria preguntarse el sentido de haber explicado un ciclo que en la realidad no se cumple. Puede decirse que es el que se cumpliria en ciertas condiciones muy especiales, que de forma basica consisten en que las velocidades a que se ve sometida la mezcla carburada y los posteriores gases quemados fuesen lo suficientemente bajas. El problema que aparece es que dichas velocidades son , de forma aproximada, proporcionales al regimen de giro, y si se posee en cuenta que este ha sufrido una escalada increible a lo largo de los años, con objeto de aumentar la potencia de los motores, puede comparse que ha sido necesario tomar distancia de este ciclo teorico de forma muy importante.

Basicamente hay que señalar que, cuando un gas se mueve a una elevada velocidad, aparecen fenomenos tales como resistencias e inercias, que se reflejan en la lentitud en los cambios de dicha velocidad, perdidas de presion y otros fenomenos de parecido naturaleza que varian de forma sustancial respecto de lo que el mismo gas haria si se movera de forma mucho mas lenta. En conclusion lo importante es favorecer en cada momento el llenado del cilindro con la mezcla car-burada. Es asi porque en funcion de la cantidad de mezcla que se introduzca se conseguira la correspondiente potencia mecanica, que es el principal objetivo. Logicamente que cuanto mayor sea la cantidad de gas aspirado, mas masa reaccionara y mayor trabajo se alcanzara.

A bajos regimenes alcanzaria con que, tanto la valvula de admision como la de escape, estuviesen abiertas solo durante las respectivas carreras, es decir, a lo largo de 180 grados de giro de cigüeñal cada una de ellas. Esto no es asi si se funciona entre 6000 y 12000 revoluciones por minuto, regimenes entre los que suelen alcanzar los motores actuales sus potencias maximas. Se destaca la cifra inferior, claramente conservadora: A 6000 rpm el motor da cien vueltas en un segundo. Esto significa que completa 50 ciclos completos en ese tiempo, lo que obliga a llenarlo y vaciarlo otras tantas veces (50 admisiones y 50 escapes por segundo). La mitad de ese periodo lo ocupan las carreras de explosion y de compresion, durante las cuales las 2 valvulas permanecen cerradas. Teniendo en cuenta todo esto se entiende como, por pequeña que sea la resistencia de los gases a llenar primero y desocupar despues el cilindro, se vuelve dificil realmente lograr que las 2 operaciones se desarrollen satisfactoriamente. El tiempo necesario para cada una de las fases seria solamente de 2 centesimas de segundo. La solucion radica en ampliar generosamente los tiempos que se mantienen abiertas las valvulas, lo cual es posible gracias a la inercia que poseen los gases, gracias a su propia masa, y que evitara que haya una inversion en el sentido de circulacion, como podria pensarse en un principio. Hay que destacar ademas que, por razones analogas, se adelanta el momento en que ha de saltar la chispa en el interior del cilindro.
En la figura se observa como se desarrolla el ciclo real por etapas y marcando los distintos momentos de apertura y cierre de ambas valvulas. Es fundamental reseñar que, en esta ocasion, el motor gira en sentido contrario a las agujas del reloj, y que la valvula situada a la izquierda es la de escape y, por tanto, la de la derecha es la de admision.


Tomando el ciclo, no en el punto en el que se abre la valvula de admision, sino en el momento en el que se genera la combustion de la mezcla, esta se genera por la aparicion de una chispa en la bujia situada en la culata, pero la aparicion de este detonador de la reaccion no se produce en el PM.S., sino un poco antes.

Con ello se evita, en gran parte, la perdida de presion acaecida por el desplazamiento descendente del piston, realizandose por tanto la combustion cuando este se encuentra en las proximidades del RM.S. y el volumen es mas reducido. Se le conoce como A.E. (avance al encendido) y su valor debe aumentar al tiempo que lo hace la velocidad de giro de el motor. Se compensa asi la mayor velocidad del piston, dado que una misma cantidad de mezcla tarda el mismo tiempo en quemarse. En motores modernos, tambien se adecua el A.E. a la carga (apertura del acelerador), para compensar la mayor demora en la combustion, fruto de la superior cantidad de mezcla a quemar.

Cuando la combustion es producida, el embolo baja rapidamente, y cuando aun no ha llegado al P.M.I., se abre la valvula de escape. La razon viene dada porque, al producirse la combustion, los gases aumentan muchisimo de volumen por 2 motivos: uno es que los productos finales de la reaccion quimica ocupan un mayor volumen que los originales; el segundo es que, al estar mucho mas calientes, se dilatan. El aumento del volumen empuja al piston, con gran fuerza inicialmente, dis-minuyendo progresivamente a medida que se acerca al P.M.I., debido sobre todo al aumento de volumen, tal y como se ha citado. Interesa aprovechar al maximo la onda expansiva de la combustion, pero tambien es necesario sacar del cilindro el gas quemado, por eso se abre la valvula de escape antes de que el piston llegue al RM.I. De esta forma la alta presion en el interior del cilindro hace que el gas salga con rapidez, siendo ya despreciable la presion sobre el piston. El tiempo de escape continua durante el resto de la carrera descendente y toda la ascendente.

Previo a que se llegue al PM.S., se abre la valvula de admision, cuando aun no se ha cerrado la de escape.
Seria bastante logico pensar que la presion dentro del cilindro sigue siendo mayor que en el exterior, y que el sentido de la circulacion de los gases a traves de la valvula de admision sea de salida en vez de entrada.

Realmente esto no sucede debido a la inercia de los gases. Al abrirse el escape, los gases salen con una gran fuerza debido a la presion interior, y adquieren rapidamente una gran velocidad, de modo que la inercia conseguida le impide pararse de golpe. Esto posee lugar hasta el punto de que si se cerrara la valvula de escape cuando la velocidad del gas fuese nula, se comprobaria que la presion interior es menor que la existente en el exterior. Este decrecimiento de la presion es la que aprovechamos para comenzar a introducir gas fresco. Este empuja asimismo al quemado que aun queda, permitiendo que la valvula de escape no se cierre cuando el piston llega al PM.S., sino que puede permanecer abierta mientras los gases frescos empujan a los quemados aun algun tiempo.

La valvula de admision permanece abierta durante la carrera descendente y un cierto tiempo en la ascendente. El motivo vuelve a ser la inercia adquirida por los gases de escape, que, gracias a su velocidad, se aplastan contra el piston, dejando tras de si suficiente espacio como para que siga entrando gas fresco, aun cuando el piston esta subiendo y el volumen del cilindro disminuye.

 Avances y retrasos
Los puntos en los que las valvulas se abren y se cierran reciben unos nombres caracteristicos que se refieren a su diferencia con el ciclo teorico. Estos son:

AAE-Avance de la apertura del escape
Señalado con el punto 2 en la ilustracion, este es el angulo respecto al PMI en que se adelanta la apertura de la valvula de escape.

AAA-Avance de la apertura de admision
Inicado con el punto 3, se entiende por tal el angulo, expresado en grados de giro del cigüeñal, en que se adelanta respecto al punto muerto superior el momento en que empieza la apertura de la citada valvula.

RCE- Retraso en el cierre del escape
Punto 4 en la figura, es aquel tiempo o angulo en que permanece abierta la valvula de escape, una vez sobrepasado el punto muerto superior ya en el tiempo de admision.

RCA- Retraso en el cierre de la admision
Punto 5 de la ilustracion, es el angulo en que se mantiene aun abierta la valvula de admision tras superar el punto muerto inferior.











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