Los motores de explosión (a nafta) como los de combustión (diesel) impulsan a la gran mayoría de los barcos de recreación; aún los veleros necesitan de un motor que les permita su movilidad dentro de la marina, al transitar un estrecho río, para liberarse de una varadura o, por falta de viento, para apresurar la llegada a puerto.

Según las necesidades o el tipo de actividad los propietarios de embarcaciones podrán elegir su motor entre la variada gama disponible en el mercado.

Trátese de una elección propia o de un motor ya instalado en la embarcación es necesario conocer los principios básicos de funcionamiento, poder brindarle un mantenimiento eficiente, localizar una falla cuando se presente y solucionarla, si es posible con las herramienas que estén a bordo.

Según el tipo de embarcación o los requerimientos existe un motor acorde a cada necesidad.

Los motores pueden clasificarse según su ubicación en la embarcación; el combustible que utilicen para su funcionamiento o la cantidad de ciclos.

Según su ubicación:

• Dentro de borda

• Fuera de borda

• Dentro-fuera de borda

Según el combustible

• Motores a explosión - Nafta

• Motores a ignición - Gasoil

Según los ciclos

• Motores de dos tiempos

• Motores de cuatro tiempos.

La pieza fundamental de los motores a combustión es el cilindro; dentro del mismo se produce la inflamación del combustible, para ello se necesita calor y oxígeno; ello significa que además de combustible es necesario introducir aire y luego generar calor, ya sea mediante una chispa (motores a nafta) o compresión (motores diesel).

En los motores a nafta tradicionales, la mezcla de combustible y aire se realiza fuera de los cilindros por carburación, pero los avances tecnológicos permiten administrarlos en forma separada, lo que se denomina motores a inyección. La explosión del combustible la produce una chispa generada por una bujía dentro del cilindro, en el momento preciso de la carrera del motor.

En los motores diesel la administración de combustible y aire se realiza siempre por separado y se regula por una bomba inyectora. La combustión del combustible se produce dentro del cilindro por aumento de presión y temperatura.

Ambos motores ofrecen gran similitud, salvo que en el cilindro del motor a nafta, en el tiempo de aspiración ingresa una mezcla de aire y nafta pulverizada; mientras que el diesel aspira solamente aire.

Trataremos aquí los motores interiores de CUATRO TIEMPOS a nafta.

Estos motores están constituidos por uno o varios cilindros dentro de los cuales se realiza la explosión de la mezcla de aire y nafta previamente dosificada por el carburador, esta enorme fuerza expansiva se convierte en energía mecánica por el mecanismo de biela y manivela.

Más del 65% de los motores en la actualidad son de cuatro cilindros, un 15% son de seis cilindros, 10% de ocho 5% de dos y el 5% restante son de uno, tres y doce.

Dentro de cada cilindro, y ajustado a sus paredes se desliza arriba y abajo un pistón que por una biela articulada en ambos extremos se enlaza a la manivela del cigüeñal, que transforma el movimiento rectilíneo en un giro.

Puede asociarse este movimiento al realizado sobre el pedal de una bicicleta, el movimiento rectilíneo de la pierna se transforma en un movimiento circular a través del pedal y la corona 

Cuando el pistón (p) se encuentra en su parte más alta, la explosión de la mezcla de aire y gasolina lo desplaza con fuerza hacia abajo y su movimiento rectilíneo se convierte, por medio de la biela (h) en un giro del cigüeñal (C). Si el cigüeñal gira, el pistón a él enlazado por la biela tendrá que moverse arriba y abajo dentro del cilindro.

La posición más baja del codo del cigüeñal corresponde a la más baja del pistón y se llama punto muerto inferior (p.m.i.) y a su vez la más alta punto muerto superior (p.m.s.).

El recorrido del pistón del p.m.s., al p.m.i. se llama carrera.

Estos puntos muertos no tienen relación alguna con el punto muerto de la caja de velocidades.

Solidario al cigüeñal existe un rueda pesada llamada volante (v) y que por su inercia obliga a continuar el movimiento de giro al mismo y por consecuencia de sube y baja del pistón.

•  CONDUCTO DE ADMISIÓN

•  BUJÍA

• CODO DEL CIGÜEÑAL

• CONDUCTO DE ESCAPE

• BIELA

• PISTÓN

• VÁLVULAS

• VOLANTE

En la tapa del cilindro existen dos conductos: uno de admisión y otro de escape.
Por el conducto de admisión (A) se introduce la mezcla y por el de escape (E) se evacua al exterior la mezcla cuando se ha quemado. Estos dos orificios se cierran con válvulas (S). 

En el cuerpo del cilindro está roscada una bujía (B) con su electrodo en contacto con la cámara del cilindro que provoca una chispa en el momento oportuno para detonar la mezcla.
El funcionamiento del pistón, con la biela y cigüeñal es muy similar al de la bicicleta, así como la fuerza del ciclista se transmite por su pierna al pedal obligándolo a girar, de modo similar la fuera F de la explosión recogida por el cilindro, se transmite por la biela al codo del cigüeñal.

 

Debemos suponer que el motor está girando; para que el motor funcione por sí solo, sin la ayuda del motor de arranque ni la manivela para arranque manual, el pistón debe cumplir cuatro recorridos, dos de arriba hacia abajo y dos de abajo hacia arriba. En cada uno de ellos ocurre dentro del cilindro una operación distinta. Por ello se lo denomina de CUATRO TIEMPOS o de Otto, que fue su inventor.

Primer tiempo: Admisión 

El pistón está en el PMS (punto muerto superior) y comienza a descender, en este momento se abre la válvula de admisión y los gases producto de la mezcla de nafta y aire provenientes del carburador, son aspirados por el pistón que desciende, y van llenando el cilindro. Cuando el cilindro llega al PMI (punto muerto inferior) se cierra la válvula de admisión. Durante este tiempo el pistón bajó del PMS al PMI y el cigüeñal dio media vuelta.

Segundo tiempo: Compresión

- El pistón sube desde el PMI al PMS y las dos válvulas están cerradas. Los gases que llenan el cilindro van ocupando un espacio cada vez más reducido, comprimiéndose hasta llegar al PMS; el espacio que queda en este punto de llama cámara de compresión. Durante la compresión el pistón subió del PMI al PMS y el cigüeñal dio otra media vuelta. Por haberse comprimido la mezcla, como todos los gases , eleva su temperatura y el aire y la nafta están más unidos. Estas condiciones mejoran la explosión que se realizará inmediatamente.

Tercer tiempo: Explosión

- En el momento que los gases se encuentran fuertemente comprimidos y con mayor temperatura en la cámara de compresión o explosión salta en la bujía (B) la chispa que provoca la explosión. La fuerza lanza al pistón del PMS al PMI transmitiéndose por la biela al cigüeñal y por ende un fuerte impulso al volante del cual es solidario. En esta fase las dos válvulas permanecieron cerradas y el cigüeñal dio una tercera media vuelta.

Cuarto tiempo: Escape

- Al iniciarse este tiempo, el pistón está en su PMI, la válvula de escape se abre, y el pistón al subir empuja los gases quemados, expulsándolos al exterior por el caño de escape. Cuando el pistón llega al PMS la válvula de escape se cierra. En esta carrera el cigüeñal giró otra media vuelta.

Cuando el pistón empieza a bajar de nuevo desde el PMS se abre la válvula de admisión y se repiten todas las fases anteriores en la misma forma y en el mismo orden, mientras el motor esté funcionando. El conjunto de las cuatro operaciones (admisión - compresión - explosión - escape) se llama ciclo de cuatro tiempos. Como a cada tiempo del motor corresponde media vuelta del cigüeñal, el ciclo se realiza en cuatro medias vueltas, o sea en dos vueltas completas del cigüeñal. 

La explosión al empujar el pistón hace dar media vuelta al cigüeñal, por ende al volante, al que le alcanza la inercia para seguir girando las tres medias vuelta restantes para completar el ciclo y recibir nuevamente un impulso.

La potencia de un motor depende de la cantidad de mezcla que haga explosión en el cilindro, si se emplea un solo cilindro este deberá ser de grandes dimensiones al requerir mayores potencias; por ello los motores de un solo cilindro están limitados en su potencia y el volante deberá ser muy pesado para con su inercia alcanzar el ciclo completo de cuatro tiempos. Asimismo no pueden evitarse las vibraciones y sacudidas en el funcionamiento del motor, por la imposibilidad de equilibrar en su movimiento las grandes masas de pistón y biela, por bien contrapesados que estén.

Esta potencia del cilindro único se puede lograr con varios cilindros más pequeños. La marcha así será más regular, porque en lugar de recoger el cigüeñal todo el esfuerzo motor de una sola vez cada dos vueltas, lo recibirá a lo largo de esas dos vueltas repartido en tantos impulsos como cilindros haya, también por ser varias las piezas en movimiento, y del mismo peso todas las bielas y todos los pistones, podrán contrapesarse mutuamente en todo momento de rotación.

 

Hemos visto que en el ciclo de cuatro tiempos la válvula de admisión se abre durante el primer tiempo, en el instante en que el pistón está en el p.m.s., y se cierra cuando se encuentra en el p.m.i; después se hacen la compresión y la explosión, cada una durante una carrera del pistón, con las dos válvulas cerradas, y se acaba el ciclo en el cuarto tiempo, en el que la válvula de escape se abre en el momento en que el pistón está en el p.m.i. y se cierra al alcanzar el p.m.s.. 

En la práctica el funcionamiento del motor se realiza con una ligera variación: las válvulas de admisión y escape no se abren y cierran exactamente al alcanzar el pistón sus puntos muertos.

En la mayoría de los motores, sobre todo en los modernos, existe un cierto avance a la apertura de admisión (A.A.A.), es decir que la válvula de admisión se abre antes de que el pistón llegue al p.m.s.. Actualmente, el A.A.A. es de 10º a 40º con un promedio de 20º.

Lo que es general para todos los motores es el retraso al cierre de la admisión (R.C.A.); en vez de cerrase la válvula de admisión cuando el pistón está en el p.m.i., se cierra cuando ha subido un poco desde el punto muerto. El pistón aspira los gases mientras está bajando en el primer tiempo; al alcanzar el p.m.i., la velocidad con que entran los gases en el cilindro es muy grande, y aunque desde este momento el pistón no aspira más, los gases, en tanto la válvula esté abierta, siguen entrando en el cilindro `por la velocidad adquirida, a pesar de que el pistón empiece a subir. Con el objeto de que el llenado sea lo más completo posible, la válvula de admisión se mantiene abierta hasta después de pasar el pistón por el p.m.i. y se cierra justo en el momento en que los gases comienzan a ser expulsados.

Asimismo en todos los motores el avance a la apertura de escape( A.A.E.) antes de terminarse la carrera de explosión en el tercer tiempo y de que el pistón llegue al p.m.i., se abre la válvula de escape. Se facilita así la salida de los gases quemados y se consigue que cuando el pistón comience a subir en el cuarto tiempo haya desaparecido la fuerte presión producida por la explosión en el interior del cilindro, encontrando el pistón menor resistencia en su movimiento ascendente.
Por último, la válvula de escape se cierra, con un pequeño retraso al cierre del escape (R.C.E.).
La razón de estas cotas o variaciones respecto a los puntos muertos es conseguir prácticamente el mejor vaciado de gases quemados y el llenado más completo de gases frescos, o sea que el motor respire bien para dar la mayor potencia posible. Los fabricantes fijan para cada tipo de motor el valor más conveniente de estas modificaciones en la apertura y cierre de las válvulas en sus "cotas de reglaje".
 

Bibliografía:
Motores Diesel (H. Wunder) Editorial EGLO S.A.
Manual de Automóviles (Arias Paz) Ed. Dossat
Instalaciones Eléctricas (Juan C. Calloni) Ed. Alsina