¿Cómo funciona un motor? Partes principales y tipos

Todos sabemos lo que es un motor y la función que desempeña en un vehículo, independientemente de los conocimientos que tengamos sobre automóviles o mecánica. Pero, ¿cómo funciona un motor? O, dicho de otro modo, ¿cómo convierte el combustible que le suministramos en movimiento?

Es lo que vamos a repasar en el siguiente artículo, pues recorreremos todo el proceso para conocer en profundidad las claves del funcionamiento de la parte más importante de un automóvil: su fuente de propulsión.

El bloque motor

En esencia, es lo que comúnmente denominamos motor, pues el resto de componentes se conectan a él y el proceso de combustión se desarrolla en su interior. Se trata generalmente de una pieza de acero o aluminio fundido, siendo este último material más ligero y con más capacidad para disipar el calor.

El bloque motor tiene como misión alojar los cilindros y el resto de elementos que forman el tren alternativo: el cigüeñal, las bielas y los pistones. El diámetro de los cilindros y la carrera del pistón hacen posible el cálculo de la cilindrada que dicho motor tiene e incluye canalizaciones que permiten lubricar y refrigerar el conjunto.

El bloque motor debe soportar los elevados esfuerzos generados por la culata durante la combustión y aloja las camisas de los cilindros por las que oscilan los pistones. También sujeta las tapas en las que descansa el cigüeñal.

Hay dos tipos de bloques: de camisa seca y húmeda. Dichas camisas actúan como un receptáculo y una cámara, y en el primer caso van conectadas a otros cilindros de paredes más finas y menor tamaño que en el segundo caso, en el que existe un sistema de refrigeración por agua y cuya estanqueidad se consigue gracias a un anillo de caucho situado en las zonas inferior y superior.

La culata

También denominada cabeza del motor, la culata cumple la misión de servir de soporte de varios elementos del propulsor y, al igual que el bloque motor, se fabrica en hierro o aluminio fundido. Generalmente, la culata se sitúa sobre este y es el elemento de mayor importancia y complejidad a la hora de diseñar un propulsor, pues debe soportar grandes cargas y temperaturas en la cámara de combustión.

Adicionalmente, se asocia con los siguientes componentes:

• El tren alternativo: cigüeñal, bielas, pistones y, en general, el resto de elementos asociados a la rotación del cigüeñal, como por ejemplo la bomba de agua, bomba de aceite y bomba de combustible.
• Las válvulas de admisión y escape.
• El árbol de levas o los apoyos para el mismo en el caso de motores tipo OHV.
• El alojamiento para las bujías en el caso de motores de gasolina, para los inyectores si hablamos de propulsores diésel.
• Oquedades y cavidades tubulares para la refrigeración en el caso de propulsores con sistema líquido.

La junta de la culata

Como nexo de unión del bloque motor y la culata, encontramos la junta de la culata que tiene como cometido dotar de estanqueidad al conjunto, evitando de ese modo fugas de los gases de compresión, pero también de anticongelantes o aceites procedentes de los canales de lubricación.

Los dos tipos de materiales más habituales de la junta son las aleaciones de amianto o aluminio para dotar a la misma de resistencia, conductividad térmica y rigidez. De ese modo se reducen los puntos calientes que puedan provocar detonación, permitiendo así elevarse la relación de compresión de las culatas y, con ella, el rendimiento.

Los cilindros y pistones

Dentro del bloque motor encontramos los cilindros, que toman su nombre de la forma geométrica que tienen y son los encargados de alojar los pistones, que se desplazan en el interior de los mismos.

En los motores de combustión, la explosión se produce en el interior de los cilindros con la colaboración de los mencionados pistones y otros elementos. Son el origen de la energía mecánica que posteriormente se transforma en cinética, es decir, en movimiento para desplazar el vehículo.

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Los cilindros están insertados en el bloque motor de acero o aluminio fundido de alta resistencia, pues soportan altísimas temperaturas y esfuerzos derivados de la explosión del combustible. En ellos se inyecta gasolina y aire mientras baja el pistón. Cuando el pistón sube dentro del cilindro, comprime la mezcla, que explota gracias a la chispa de la bujía (o a consecuencia de la presión en los motores diésel). A continuación, el pistón baja y se produce la combustión. Finalmente, los gases quemados son expulsados cuando el pistón sube.

La cilindrada es la suma del volumen útil de todos los cilindros y nos da una orientación de la capacidad de trabajo del motor, siendo habitualmente utilizada como referencia por muchos países para el cálculo de los impuestos aplicados a los vehículos.

El árbol de levas

Es una barra o eje de rotación que incorpora unas palas o levas, que son las encargadas de accionar la apertura y cierre de las válvulas. Esta barra queda colocada sobre la culata del motor y en algunos casos hay dos: una para las válvulas de admisión y otra para las válvulas de escape. Los árboles de levas quedan unidos al cigüeñal mediante la correa o cadena de distribución. Además, contribuyen a repartir el aceite por el motor y ayudan a que funciona la bomba de combustible.

Cuando giramos el motor de arranque a través de la llave de contacto, esto genera el movimiento del cigüeñal a través de un impulso eléctrico. Ello hace que las bielas empujen y retraigan los pistones hacia los cilindros, comprimiendo la mezcla de aire y combustible y generando a su vez una chispa que enciende las bujías en la cámara de combustión.

Como el árbol de levas está conectado al cigüeñal, inicia su rotación y permite que las válvulas se abran y cierren para dejar pasar la mezcla o expulsar los gases resultantes del proceso.

Existen varios tipos:

• SV: también denominado de válvulas laterales por la colocación de estas en el lateral del cilindro, dentro del bloque motor.

• OHV: en este caso está colocado generalmente en la sección inferior del bloque motor, con las válvulas en la culata. La transmisión del movimiento del cigüeñal al árbol de levas es directa a través de piñones o de una cadena corta.

• OHC: el árbol de levas se sitúa en la culata, junto a las válvulas. Es el sistema más extendido y existen dos variantes: SOHC y DOHC. La primera utiliza un único árbol de levas para todas las válvulas. El segundo hace uso de uno para las de admisión y otro para las de escape.

El cigüeñal

Cuando se produce la combustión en el interior de los cilindros, esta mueve los pistones que trasladan dicha energía a través de las bielas al cigüeñal, que a su vez está conectado al volante motor. A través del embrague en una caja de cambios manual o de un convertidor de par en una automática, este movimiento es finalmente transmitido a las ruedas.

Así pues, el cigüeñal -instalado en el interior del bloque motor- se encarga de transformar el movimiento lineal de los pistones en circular de manera que pueda ser utilizado para mover las ruedas a través de la transmisión. Las bielas son en cierto modo como los pedales de una bicicleta que hacen girar, en este caso, el cigüeñal.

El cárter

En la base del motor y atornillado al bloque, encontramos el cárter, que tiene forma de bañera y se encarga de alojar el aceite que mantiene lubricados y refrigerados todos los componentes del conjunto.

Su forma es muy importante, pues el aceite debe caer hacia la zona más baja del cárter para que la bomba de aceite pueda succionar el lubricante y así enviarlo al resto del motor. También es relevante el material del que está fabricado, pues debe servir de disipador del calor que el aceite lleva consigo para que se enfríe antes de volver a ser succionado por la bomba.

El cárter, que cierra el bloque motor de forma estanca, suele estar fabricado de chapa de acero o aleaciones de aluminio y su cuerpo cóncavo incorpora chapas que contribuyen a frenar el movimiento del aceite en su interior a consecuencia de las inercias resultantes del movimiento del automóvil.

El cárter está formado por dos partes:

• Cárter superior, intermedio o de cigúeñal: es la parte estructural del bloque motor que queda unida al conjunto formado por los cilindros y el cigüeñal. De su rigidez depende la eficacia del motor.
• Cárter inferior o de aceite: es la parte inferior de la carcasa del cárter y está fijada por tornillos al cárter superior. Recoge el aceite, donde será aspirado por la bomba de aceite. Existe una variante llamada cárter seco, que es un compartimento mucho más pequeño e independiente en el que se aloja el aceite. Es muy utilizado en competición y aviación porque reduce al mínimo las inercias y con ello el riesgo de que la bomba se descebe.

Tipos de motor

En la actualidad, podemos encontrar numerosas variantes de motores de combustión que podemos clasificar en función de la disposición y número de cilindros o del combustible que utilizan. La elección dependerá de lo que consideremos más importante: el consumo, las prestaciones puras, la suavidad, el sonido… cada fórmula tiene sus ventajas e inconvenientes

Según el combustible que utilizan

Gasolina

Estos motores requieren de una chispa -generada por la bujía- para encender el combustible, por lo que son denominados motores de explosión. Pueden ser de dos o cuatro tiempos, siendo esta segunda opción la más común en los vehículos, aunque la primera sigue siendo una alternativa habitual en ciclomotores y máquinas industriales.

Dichas denominaciones hacen referencia al número de fases en el proceso de funcionamiento. En el caso de los cuatro tiempos, tenemos admisión, compresión, expansión y escape, debiendo completar el cigüeñal dos vueltas. Si hablamos de los motores de dos tiempos, se producen en un mismo movimiento ascendente del pistón la admisión y la compresión, realizándose el ciclo de expansión y escape en el movimiento descendente.

Diésel

Este tipo de motores utilizan gasóleo, que no puede prenderse con chispa y, por tanto, utiliza la presión para encender la mezcla de aire y combustible. Debido a ello, la relación de compresión (número que determina la proporción de compresión de la mezcla dentro del cilindro) es muy superior en estos motores.

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Los motores diésel suelen ser más eficientes que los gasolina, aunque como contrapartida requieren sistemas de reducción de emisiones más eficientes. Expulsan más óxidos de nitrógeno (NOX) y generan más carbonilla (hollín resultante de una quema ineficiente del combustible).

En el caso de los motores diésel, además de la ausencia de chispa en el encendido, el combustible se inyecta en la parte final de la fase de compresión.

Gas

Cada vez es más común ver coches con motor de gasolina y GNC (gas natural comprimido) o GLP (gas licuado de petróleo). Generan menos óxidos de nitrógeno y puedes aprender más sobre ellos en los siguientes artículos:

• ¿Qué es el GLP? Historia, ventajas e inconvenientes

• GNC o GNV: historia, ventajas e inconvenientes

Según disposición y número de cilindros

Motores en línea (L)

Es la disposición más habitual, puesto que la mayor parte de los coches actuales utiliza un motor de cuatro cilindros situados en línea, aunque en los últimos años han proliferado mucho los de tres cilindros.

Motores en V

Esta disposición es utilizada para propulsores de mayor cilindrada y disponen de dos bancadas de cilindros (6,8,10,12, etc, aunque también se pueden encontrar en disposición impar) situadas en forma de V con una inclinación variable en función de cada fabricante, aunque los 90º suelen ser los más comunes. Dicha elección determina, entre otras cosas, el centro de gravedad del bloque motor.

Tanto la disposición tradicional en V como sus variantes VR (ángulo muy cerrado con una única culata) y W (dos motores en V unidos) suelen ser más compactos, equilibrados y refinados que los motores en línea.

Motores Boxer

Este tipo de propulsor es poco común, siendo coto casi exclusivo de Porsche y Subaru. Los pistones se colocan en posición horizontal y quedan dispuestos en dos bancos a ambos lados de un único cigüeñal, recordando su movimiento al de un boxeador.

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Con o sin turbo

Tanto los motores gasolina como diésel -así como en los dispuestos en línea, en V o boxer- pueden ser atmosféricos o turboalimentados. Los primeros aspiran el aire a presión ambiental mientras que los segundos utilizan un turbocompresor para hacerlo de manera forzada, lo que permite aumentar la potencia, así como la respuesta a bajo y medio régimen.

Ello se debe a que la mayor presencia de oxígeno permite quemar más combustible en la cámara de combustión de igual o menor tamaño que en un motor atmosférico. La presión de soplado habitual en los motores turbo es de entre 0,7 y 0,9 bares superior a la atmosférica. En cualquier caso, cuanto más prestacional sea el vehículo, mayor será la presión de soplado del motor.

Como podemos comprobar, un motor cuenta con numerosos engranajes, piezas y procesos que, con el paso de los años, se han ido desarrollando y perfeccionando hasta dar como resultado unos niveles de eficiencia y rendimiento asombrosos.

Ahora, el motor de combustión se enfrenta a su mayor batalla: resistir la llegada del vehículo eléctrico. Para ello, además de sus de momento incomparable equilibrio de prestaciones, cuenta con nuevas tecnologías como los combustibles sintéticos, que ofrecen una nueva vía para reducir la huella de carbono en la atmósfera.

Fotos: Pixabay