¿Qué es un motor de Dos tiempos?

Un motor de dos tiempos es un tipo de motor de combustión interna que completa un ciclo de potencia con dos tiempos del pistón durante una sola revolución del cigüeñal. Esto contrasta con un «motor de cuatro tiempos», que requiere cuatro tiempos del pistón para completar un ciclo de potencia durante dos revoluciones del cigüeñal.

En un motor de dos tiempos, el final de la carrera de combustión y el comienzo de la carrera de compresión ocurren simultáneamente, con las funciones de admisión y escape al mismo tiempo.

Los motores de dos tiempos a menudo tienen una alta relación potencia-peso, la potencia está disponible en un rango estrecho de velocidades de rotación llamado «banda de potencia». En comparación con los motores de cuatro tiempos, los motores de dos tiempos tienen un número muy reducido de piezas móviles.

Historia del motor de dos tiempos

El primer motor comercial de dos tiempos con compresión en cilindro se atribuye al ingeniero escocés Dugald Clerk, quien patentó su diseño en 1881. Sin embargo, a diferencia de los motores de dos tiempos posteriores, el suyo tenía un cilindro de carga separado.

El motor del cárter, que emplea el área debajo del pistón como bomba de carga, generalmente se acredita al inglés Joseph Day. El 31 de diciembre de 1879, el inventor alemán Karl Benz produjo un motor de gas de dos tiempos, para el que recibió una patente en 1880 en Alemania.

El primer motor de dos tiempos verdaderamente práctico se atribuye al yorkshire Alfred Angas Scott, quien comenzó a producir motocicletas de dos cilindros refrigeradas por agua en 1908.

Las versiones de gasolina (encendido por chispa) son particularmente útiles en aplicaciones livianas o portátiles, como motosierras y motocicletas.

Sin embargo, cuando el peso y el tamaño no son un problema, el potencial del ciclo para una alta eficiencia termodinámica lo hace ideal para motores de encendido por compresión diesel que operan en aplicaciones grandes e insensibles al peso, como propulsión marina, locomotoras ferroviarias y generación de electricidad.

En un motor de dos tiempos, los gases de escape transfieren menos calor al sistema de refrigeración que un motor de cuatro tiempos, lo que significa más energía para accionar el pistón y, si está presente, un turbocompresor.

¿Cómo Funciona un Motor de Dos Tiempos?

Como su nombre indica, el motor de dos tiempos solo requiere movimientos de dos pistones (un ciclo) para generar energía. El motor es capaz de producir energía después de un ciclo porque el escape y la admisión del gas ocurren simultáneamente.

Hay una válvula para la carrera de admisión que se abre y se cierra debido a presiones cambiantes. Además, debido a su contacto frecuente con componentes móviles, el combustible se mezcla con aceite para agregar lubricación, lo que permite golpes más suaves.

En general, un motor de dos tiempos contiene dos procesos:

• Carrera de compresión: El puerto de entrada se abre, la mezcla de aire y combustible entra en la cámara y el pistón se mueve hacia arriba comprimiendo esta mezcla. Una bujía enciende el combustible comprimido y comienza la carrera de potencia.
• Carrera de potencia: El gas calentado ejerce una alta presión sobre el pistón, el pistón se mueve hacia abajo (expansión), el calor residual se agota.

La eficiencia térmica de estos motores de gasolina variará según el modelo y el diseño del vehículo. Sin embargo, en general, los motores de gasolina convierten el 20% de la energía de combustible (química) en energía mecánica, en la que solo el 15% se utilizará para mover las ruedas (el resto se pierde por fricción y otros elementos mecánicos).

En comparación con los motores de cuatro tiempos, dos tiempos son más ligeros, más eficientes, tienen la capacidad de usar combustible de menor grado y son más rentables. Por lo tanto, los motores más ligeros dan como resultado una mayor relación potencia-peso (más potencia por menos peso).

Sin embargo, carecen de la maniobrabilidad posible en motores de cuatro tiempos y requieren más lubricación. Esto hace que un motor de dos tiempos sea ideal para barcos (que necesitan transportar mucha carga), motocicletas y cortadoras de césped, mientras que un motor de cuatro tiempos sería ideal para automóviles como automóviles y camiones.

Construcción de un motor de dos tiempos

• Pistón: El pistón transfiere la fuerza de expansión de los gases a la rotación mecánica del cigüeñal a través de una biela.
• Cigüeñal: Convierte el movimiento alternativo en movimiento de rotación.
• Biela: Transfiere el movimiento de un pistón a un cigüeñal y actúa como brazo de palanca.
• Volante: Es un dispositivo mecánico que se utiliza para almacenar energía.
• Bujía: Suministra corriente eléctrica a la cámara de combustión y, a su vez, enciende la mezcla de aire y combustible, lo que provoca la expansión abrupta de los gases.
• Contrapeso: El contrapeso en el cigüeñal se utiliza para reducir las vibraciones debidas a desequilibrios en el conjunto giratorio.
• Puertos de entrada y salida: Estos puertos permiten que el aire fresco con combustible entre y salga del cilindro.

Tipos de motores de dos tiempos

El detalle mecánico de varios motores de dos tiempos difiere según el tipo. El diseño de tipos varían según el método de introducción de la carga en el cilindro, el método de compactación del cilindro y el método de agotar el cilindro.

1. Puerto de entrada controlado por pistón.
2. Válvula de entrada de láminas.
3. Válvula de entrada rotativa.
4. Búsqueda de flujo cruzado.
5. Búsqueda de bucles.
6. Búsqueda de un flujo.
7. Motor de pistón escalonado.

Puerto de entrada controlado por pistón

El puerto de pistón es el más simple de los diseños y el más común en motores pequeños de dos tiempos. Todas las funciones se controlan únicamente mediante la cubierta del pistón y el descubrimiento de los puertos a medida que se mueve hacia arriba y hacia abajo en el cilindro.

En la década de 1970, Yamaha elaboró algunos principios básicos para este sistema. Encontraron que, en general, ampliar un puerto de escape aumenta la potencia en la misma cantidad que elevar el puerto, pero la banda de potencia no se estrecha como lo hace cuando se eleva el puerto.

Válvula de entrada de lengüeta

La válvula de lengüeta es una forma simple pero altamente efectiva de válvula de retención que se instala comúnmente en el tracto de admisión del puerto controlado por pistón. Permite la entrada asimétrica de la carga de combustible, mejorando la potencia y la economía al tiempo que amplía la banda de potencia. Tales válvulas son ampliamente utilizadas en motocicletas, vehículos todoterreno y motores fueraborda marinos.

Válvula de entrada rotativa

La vía de admisión se abre y cierra mediante un elemento giratorio. Un tipo familiar que a veces se ve en motocicletas pequeñas es un disco ranurado unido al cigüeñal, que cubre y descubre una abertura en el extremo del cárter, permitiendo que la carga entre durante una parte del ciclo (llamada válvula de disco).

Otra forma de válvula de entrada rotativa utilizada en motores de dos tiempos emplea dos miembros cilíndricos con aberturas adecuadas dispuestas para girar una dentro de la otra: el tubo de entrada tiene paso al cárter solo cuando las dos aberturas coinciden.

El cigüeñal en sí mismo puede formar uno de los miembros, como en la mayoría de los motores de modelos de bujías incandescentes. En otra versión, el disco de manivela está dispuesto para encajar en el cárter y está provisto de un corte que se alinea con un paso de entrada en la pared del cárter en el momento adecuado, como en los scooters Vespa.

Barrido de flujo cruzado

En un motor de flujo cruzado, los orificios de transferencia y de escape se encuentran en lados opuestos del cilindro, y un deflector en la parte superior del pistón dirige la carga de admisión fresca hacia la parte superior del cilindro, empujando el gas de escape residual hacia el otro lado del deflector y hacia fuera del orificio de escape.

Barrido de bucles

Este método de barrido utiliza puertos de transferencia cuidadosamente formados y posicionados para dirigir el flujo de la mezcla fresca hacia la cámara de combustión a medida que ingresa al cilindro. La mezcla de combustible/aire golpea la culata del cilindro, luego sigue la curvatura de la cámara de combustión y luego se desvía hacia abajo.

Esto no solo evita que la mezcla de combustible y aire salga directamente por el puerto de escape, sino que también crea turbulencias que mejoran la eficiencia, la potencia y la economía de la combustión. Por lo general, no se requiere un deflector de pistón, por lo que este enfoque tiene una clara ventaja sobre el esquema de flujo cruzado.

Barrido de un solo flujo

En un motor de un solo flujo, la mezcla, o «aire de admisión» en el caso de un diésel, entra en un extremo del cilindro controlado por el pistón y las salidas de escape en el otro extremo controladas por una válvula de escape o un pistón. Por lo tanto, el flujo de gas de eliminación está en una sola dirección, de ahí el nombre uniflow.

Motor de pistón escalonado

El pistón de este motor tiene forma de «sombrero de copa»; la sección superior forma el cilindro regular, y la sección inferior realiza una función de eliminación de residuos. Las unidades funcionan en pares, con la mitad inferior de un pistón cargando una cámara de combustión adyacente.

Las aplicaciones de motores de dos tiempos

• Se prefieren cuando la simplicidad mecánica, el peso ligero y la alta relación potencia / peso son prioridades de diseño.
• Se lubrican mediante el método tradicional de mezcla de aceite en el combustible, se pueden trabajar en cualquier orientación, ya que no tienen un depósito dependiente de la gravedad. Esto los hace deseables para su uso en herramientas manuales como motosierras.
• Los motores de dos tiempos se encuentran en aplicaciones de propulsión a pequeña escala, como motocicletas, ciclomotores y motos de tierra.