Vamos a analizar lo máximo posible en este artículo el Funcionamiento y Distribución del motor de 2 Tiempos, puesto que la verdad merece un tema aparte, pero lo iremos viendo a lo largo del Curso comparando los diferentes sistemas con el motor de 4 Tiempos.
El motor de 2 Tiempos tiene indudables ventajas en vehículos ligeros y económicos gracias a su simplicidad y a su sencillez de fabricación, aunque también es empleado en grandes motores marinos. Comparado al motor de 4 Tiempos desarrolla una mayor Potencia Específica, pero posee un rendimiento menor de combustible y unos niveles de contaminación mayores. Aquí les dejo un vídeo de minuto y medio donde se explica brevemente el Ciclo Teórico de un motor 2 Tiempos.
El motor de 2 Tiempos recibe este nombre por el número de Carreras del Pistón necesarias para completar su Ciclo, es decir, 2 carreras del Pistón que se traduce en 1 vuelta del Cigüeñal. No obstante, al igual que el motor de 4 Tiempos, su Ciclo Completo consta también de 4 Fases; Admisión, Compresión, Explosión o Combustión(gasolina o diesel) y Escape. Con esto se puede deducir que el motor de 2 Tiempos dispone de una Fase Útil por cada vuelta del Cigüeñal, o sea, en la mitad de tiempo que uno de 4 Tiempos, lo que teóricamente le dota del doble de Potencia para una misma cilindrada y Régimen de Giro(rpm), esto influye en la refrigeración puesto que la generación de calor es el doble. Otra característica es que el engrase del motor no se puede realizar con el Aceite motor depositada en el Cárter, como ya estudiaremos en el siguiente Tema, puesto que funciona como cámara de precompresión de los Gases de Admisión.
Una de las diferencias estructurales más importante con respecto al motor de 4 Tiempos es el Sistema de Distribución puesto que carece de Válvulas para regular la entrada de Gases al Cilindro y por tanto de sistema de accionamiento. La Culata es únicamente una tapa del Cilindro en la que se instala la Bujía de Encendido en motores de gasolina o el Inyector en motores Diesel. Por su parte, el Cárter no contiene el Aceite motor y se encarga de la función de alimentación, conectándose a él el Colector de Admisión, y a su vez lleva practicados unos conductos denominados "Transfer" o Conductos de Transferencia que lo conectan lateralmente con las Lumbreras de Admisión del Cilindro, estas Lumbreras son unos conductos practicados por el lateral del Cilindro pero que terminan desembocando en las paredes de éste para introducir los Gases Frescos y también para evacuarlos el Cilindro posee Lumbreras de Escape que conectan con el Colector de Escape o al Tubo de Escape directamente. En la figura 1 podemos ver el interior de un Cilindro de un motor de 2 Tiempos con sus 2 Lumbreras de Escape centrales y 2 Lumbreras de Admisión laterales. No obstante, la Alimentación y el Escape de los motores de 2 y 4 Tiempos lo estudiaremos detenidamente en el Tema 7.
Como se puede ver en el vídeo del inicio de este artículo, las Fases de Escape y Admisión se solapan pero al contrario que las de un motor de 4 Tiempos, donde coincidían un corto espacio de tiempo en el llamado Cruce de Válvulas, en este motor se realizan casi conjuntamente. La ausencia de Válvulas y el solapamiento casi total de las Fases de Escape y Admisión fomentan la aparición de problemas cuando se pasa del Ciclo Teórico al Ciclo Práctico o Real.
El Ciclo Práctico de un motor de 2 Tiempos no es tan simple como el Teórico, las inercias de los Gases, los tiempos requeridos para las operaciones de carga y descarga del Cilindro y además la mezcla de los Gases Frescos con los Quemados obligan a realizar variaciones sobre el proceso.
Inicialmente, si tomamos el comienzo del Ciclo en la Fase de Compresión después de que el Pistón cierre la Lumbrera de Escape, la chispa de la Bujía o la inyección del Inyector Diesel se producirá un poco antes de que el Pistón llegue al p.m.s., al igual que ocurría en los motores de 4 Tiempos, con el fin de que el frente de llama golpee la Cabeza del Pistón justo en su p.m.s. En la Fase de Explosión o Combustión, el Pistón se desliza por el interior del Cilindro en carrera descendente y cuando abre la Lumbrera de Escape los Gases en expansión tienen una presión mayor a la del exterior, la Presión Atmosférica, esto permite que la salida de estos Gases se realice con rapidez. Poco después, siguiendo el Pistón su carrera descendente, se abren las Lumbreras de Admisión y la mezcla fresca de Gases que ha sido comprimida en el Cárter, por el descenso del Pistón, entra en el Cilindro formando unas Espirales de Corriente. De esta manera se consigue que los Gases Frescos empujen fuera del Cilindro a los Gases Quemados además de refrigerar la Cabeza del Pistón. En la figura 2 vemos la representación, en vista de planta, de la entrada de Gases Frescos en un Cilindro con 4 Lumbreras de Admisión y 1 de Escape.
Aunque los Gases Frescos son retenidos en su mayoría en el Cilindro, una pequeña fracción de ellos sale por la Lumbrera de Escape mezclada con los Gases Quemados, puesto que es imposible efectuar una separación a nivel molecular de los Gases Frescos de los Gases Quemados. Por otra parte, también quedan restos de Gases Quemados en el Cilindro puesto que es prácticamente imposible barrer el 100% de los restos de la Combustión anterior.
Uno de los elementos que influye notablemente en la expulsión de los Gases Quemados del Cilindro y en el proceso de renovación de la carga del Cilindro es el Tubo de Escape, su diseño es de vital importancia ya que en su interior se producen ondas de presión y de depresión que mejoran el barrido de Gases y con ello el Rendimiento Motor. En realidad, los Tubos de Escape se diseñan de manera que este efecto ofrezca sus mejores prestaciones en el rango de revoluciones en el cual el motor será más frecuentemente utilizado. En la figura 3 podemos ver un Tubo de Escape típico de motos de cross con motor de 2 Tiempos.
Para concluir de analizar el Ciclo Real del motor de 2 Tiempos, diremos que al provocar la salida de Gases Frescos por el Escape y la permanencia de Gases Quemados en un nuevo Ciclo disminuye el Rendimiento Motor. En principio podría pensarse que al duplicar el número de Carreras Útiles, con respecto al motor de 4 Tiempos, desarrollarían el doble de Potencia Indicada pero por las razones que hemos visto no es así. En los mejores motores de cada tipo, 2 y 4 Tiempos, se podría hablar de una ventaja del 2 Tiempos sobre el de 4 Tiempos en torno a un 50% más de Potencia.
En cuanto al Diagrama de Distribución, todo tipo de motor se comportará según su diseño. En los motores de 4 Tiempos está determinado por las Levas las cuales regulan las aperturas y cierres de las Válvulas. Sin embargo, en los motores de 2 Tiempos el Diagrama de Distribución está definido por la disposición y tamaño de las Lumbreras del Cilindro. En la figura 4 podemos ver el ejemplo de un Diagrama de Distribución informatizado de un motor de 2 Tiempos.
En la figura, que representa una vuelta de Cigüeñal, se pueden diferenciar claramente 3 etapas donde la de color verde, en la zona superior, representa la Admisión de Gases Frescos al interior del Cárter y es debido a que cuando el Pistón sube en Fase de Compresión y se acerca al p.m.s. 63 grados antes, en este caso, la Falda del Pistón descubre el "Transfer" de alimentación del Cárter, y en Fase de Explosión, en carrera descendente, pasados otros 63 grados la Falda del Pistón vuelve a cerrarlo para comenzar a precomprimir los Gases en el interior del Cárter. La siguiente etapa es la del inicio de la Fase de Escape, de color rojo, vemos que comienza a 92'5 grados antes del p.m.i. y la siguiente etapa es la Fase de Admisión del Cilindro, de color azul, que comienza 63 grados antes de llegar al p.m.i. y termina pasados otros 63 grados después del p.m.i. mientras la Fase de Escape dura todavía hasta 92'5 grados después del p.m.i. cuando la Cabeza del Pistón cierra la Lumbrera de Escape para comenzar la Fase de Compresión efectiva y comenzar un Ciclo nuevo.
Espero haberme explicado lo suficientemente bien, si no, comenten cualquier duda o crítica.
El Diagrama de Distribución representado en la figura 3 se denomina Simétrico, ya que si dividimos el círculo por la línea que une el p.m.s. con el p.m.i. obtenemos 2 mitades simétricas. El Diagrama de Distribución Simétrico en motores de 2 Tiempos es típico del sistema de alimentación del Cárter por Falda del Pistón. Esta simetría total se rompe con otros sistemas de alimentación del Cárter como el de Válvula Rotativa o el sistema de Válvula de Láminas, pero esto lo estudiaremos detenidamente en el Tema 7.
Incluso en motores 2 Tiempos podemos hablar de Distribución Variable, los que incorporan un elemento denominado Válvula de Escape, un mecanismo que puede ser gobernado de manera mecánica o eléctrica y, en algunas ocasiones, neumática. En la figura 5 vemos el dibujo de un Cilindro 2 Tiempos equipado con Válvula de Escape.
Esta Válvula de Escape se instala a la salida de la Lumbrera de Escape(A) y posee un Brazo Obturador(B) que, como su nombre indica, reduce parcialmente la altura de la Lumbrera de Escape en su posición de reposo. En función de diferentes parámetros pero fundamentalmente del Régimen de vueltas motor(rpm) y del Mando acelerador del vehículo, el Brazo Obturador irá descubriendo, en mayor o menor medida, la Lumbrera de Escape produciendo el efecto de ampliar el ángulo de la Fase de Escape en el Diagrama de Distribución. Generalmente este tipo de Válvulas son incorporadas en motores de 2 Tiempos de vehículos deportivos donde los regímenes de vueltas a los que va a girar el motor van a ser altos y por lo tanto interesa que el ángulo de la Fase de Escape aumente para que el tiempo de que dispone para su ejecución no disminuya excesivamente. No obstante, al subir la altura de la Lumbrera de Escape la carrera útil descendente de que dispone el Pistón para aprovechar la expansión de los Gases de la Explosión disminuye, al igual que la Fase de Compresión efectiva, esto disminuye el Rendimiento Motor, pero esta disminución es compensada por el mayor número de Explosiones que se producen por minuto, de esta manera la Potencia desarrollada es mayor pero disminuye el Rendimiento del Combustible puesto que el Rendimiento de cada Ciclo es menor y no se aprovecha bien el Combustible. Estudiaremos más en profundidad el uso de este tipo de Válvula y sus efectos en el Tema 7, al igual que los tipos y disposición de Lumbreras en el interior del Cilindro de un motor de 2 Tiempos.
Hasta aquí el estudio del Funcionamiento y Distribución de los motores de 2 Tiempos, con esto damos por finalizado el Tema 4. En el próximo artículo comenzaremos el estudio del Sistema de Lubricación en motores de 4 Tiempos. Muchas gracias por su atención y hasta la próxima.
Un saludo.
Como los pistones tienen el bulón desplazado, el diagrama de distribución no es totalmente simétrico.
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