En los motores a cuatro tiempos, en cada cilindro hay cuatro carreras del pistón dedicadas a las cuatro distintas operaciones que componen el ciclo: Aspiración - Compresión - Explosión - Escape, y se obtiene una carrera motriz a costa de tres auxiliares, en dos vueltas completas del eje cigüeñal.
En los motores llamados a dos tiempos, las cuatro fases del ciclo en realidad se conservan; pero se realizan con solo dos carreras del pistón, es decir que se consigue una carrera motriz por cada vuelta completa del eje cigüeñal.
El cárter, en general, no se emplea como depósito de aceite, es de reducidas dimensiones, cuidadosamente calculadas, y está herméticamente cerrado, porque se usa para la aspiración y compresión preliminar de la mezcla.
DEFINICION DEL CICLO EN UN MOTOR CON VALVULA DE ASPIRACION EN EL CARTER
Supongamos al pistón en su carrera ascendente (fíg. 8). En ese instante la cara baja del pistón ha formado una depresión en el cárter que abre la válvula automática "A", por la cual comienza a entrar la mezcla que entrega el carburador. Al mismo tiempo, la cabeza del pistón comprime en la cámara de compresión la mezcla que ya se encontraba dentro del cilindro.
Cuando el pistón llega a su punto muerto superior, la bujía da una chispa que provoca el encendido de la mezcla. Bajo la acción de la mezcla quemada, que trata de expandirse, el pistón inicia su carrera descendente. Durante esta carrera, que es la de trabajo, la cara baja del pistón comprime en el cárter la mezcla aspirada anteriormente.
Mientras tanto, el pistón, que ha continuado su descenso, descubre la lumbrera "C". La mezcla, comprimida en el cárter a mayor presión que la que en ese momento existe en el interior del cilindro, pasa por el conducto de comunicación y entra al cilindro.
Un pequeño deflector que lleva fundido la cabeza del pistón, desvía la nueva mezcla hacia la parte superior del cilindro, evitando así que ella pase directamente a la lumbrera de escape, que todavía permanece abierta. En esa forma, la mezcla que entra contribuye también a la completa expulsión de la mezcla quemada; o, dicho en otra forma, hace un barrido de la mezcla quemada.
Esta última operación es importantísima y característica del ciclo a dos tiempos: es necesario que la mezcla no se pierda marchándose por el escape, y que el cilindro quede bien lleno de la mezcla nueva, y libre de la mezcla quemada.
Durante la siguiente carrera hacia arriba, el pistón cierra primero la lumbrera de aspiración, y luego la de escape, cuando la salida de la mezcla quemada puede suponerse terminada.
La compresión de la mezcla comienza en el instante en que la lumbrera "F" queda totalmente cerrada, mientras que la aspiración al interior del cárter se inicia un poco antes, cuando el pistón cierra la lumbrera "C".
Analizando el funcionamiento del motor, comprobamos que en la primera media vuelta del eje cigüeñal se han realizado en el cilindro, por la parte superior del pistón, la compresión; y en el cárter, por la parte inferior del pistón, la aspiración de la mezcla procedente del carburador. En la segunda media vuelta del eje cigüeñal se ha efectuado la explosión o carrera motriz, y se han realizado el escape y la aspiración, mientras que en la cara baja del pistón, dentro del cárter, se ha realizado una suave compresión de la mezcla, para que ella pueda entrar con una cierta presión dentro del cilindro, al descubrirse la lumbrera "C". Hay, pues, un ciclo completo con una explosión por cada vuelta del eje cigüeñal.
En estos motores, la única corrección que se puede hacer es el avance al encendido, pues tanto la aspiración como el escape están regulados por el movimiento del pistón, y su duración depende de la posición de las respectivas lumbreras.
Los motores a dos tiempos son actualmente usados en vehículos automóviles de poca potencia, y como motores portátiles destinados a la propulsión de embarcaciones menores.
DEFINICION DEL CICLO EN UN MOTOR CON LUMBRERA DE ASPIRACION EN EL CILINDRO
El cilindro tiene dos lumbreras en su parte baja, que son descubiertas por el pistón en las proximidades del P.M.I., y están situadas (fig. 9) la "E" de escape frente a la "C" de entrada de mezcla al cilindro.
Más abajo hay una tercera lumbrera "A" de aspiración, por la que la mezcla del carburador llega al motor y entra en el cárter. Desde el cárter hasta la lumbrera de entrada de mezcla hay un conducto "C" (hecho en la misma fundición), por el que la mezcla pasa al cilindro en el momento oportuno.
Así, pues, la mezcla no la aspira el cilindro, sino el cárter, y luego pasa del cárter al cilindro.
El funcionamiento es el que se explica a continuación.
Supongamos al pistón en su carrera ascendente. En ese instante la cara baja del pistón ha formado una depresión en el cárter, que al descubrir la falda del pistón la lumbrera "A" (fig. 9) comienza a entrar la mezcla aspirada del carburador. Al mismo tiempo, la cara alta del pistón comprime en la cámara de compresión la mezcla que ya se encontraba dentro del cilindro.
Cuando el pistón llega a su P.M.S., la bujía da una chispa que provoca el encendido de la mezcla.
Bajo la acción de la mezcla quemada qµe trata de expandirse, el pistón inicia su carrera descendente (fig. 10); y durante esta carrera, que es la de expansión, la cara baja del pistón comprime en el cárter, desde el momento que la falda del pistón cierra la lumbrera "A", la mezcla aspirada anteriormente.
La expansión dura hasta el momento en que el pistón descubre la lumbrera de escape "E" (fig. 11). En este instante la mezcla quemada comienza a desalojar el cilindro, y la presión baja casi de golpe, hasta equilibrarse con la atmosférica.
Mientras tanto, el pistón, que ha continuado en su descenso, descubre la lumbrera "C". La mezcla, comprimida en el cárter a mayor presión que la que en ese momento reina en el cilindro, pasa por el conducto "C", y entra al cilindro (fig. 12).
Durante la siguiente carrera ascendente,el pistón cierra primero la lumbrera "C", de aspiración, y luego la de escape "E", cuando la salida de la mezcla quemada puede suponerse terminada.
La compresión de la mezcla comienza en el instante en que la lumbrera "E" queda totalmente cerrada, mientras que la depresión en el cárter se inicia un poco antes, cuando el pistón cierra la lumbrera "C".
Analizando el funcionamiento del motor, comprobamos que en la primera media vuelta del eje cigüeñal se han realizado en el cilindro, por la parte superior del pistón, la compresión, y en el cárter, por la parte inferior del pistón, la aspiración de la mezcla procedente del carburador. En la segunda media vuelta del eje cigüeñal se ha efectuado la expansión o carrera impulsora, y se ha realizado el escape y entrada de la mezcla, mientras que en la cara baja del pistón, dentro del cárter, se ha realizado una suave compresión de la mezcla, para que esta pueda entrar con una cierta presión dentro del cilindro, al descubrirse la lumbrera "C". Hay, pues, un ciclo completo con una explosión por cada vuelta del eje cigüeñal.
En los nuevos motores se está eliminando el deflector de los pistones, y haciendo las lumbreras y conductos con una inclinación adecuada para que la mezcla nueva entre y la mezcla quemada salga en la dirección más conveniente.
DIAGRAMA IDEAL O TEORICO
El diagrama ideal o teórico representativo del funcionamiento del motor a explosión a dos tiempos, es el de la figura 13.
La explosión que se provoca en este momento, al producirse la chispa, hace subir instantáneamente la presión hasta el valor "p" que lo alcanza en el punto e, iniciándose luego el período de expansión, hasta el punto D.
El punto D, donde termina la expansión, corresponde al momento en que el pistón descubre la lumbrera de escape. Lo que ocurre desde este momento hasta que se cierra la descarga, es algo complejo, puesto que durante una parte de este período ingresa también la nueva mezcla ya comprimida. Hemos dicho que en D se abre la lumbrera de escape, los productos de la combustión se precipitan al exterior, bajando la presión interna hasta el punto E. Un instante después se abre la lumbrera de aspiración, punto H, y el pistón sigue bajando hasta el punto F, que es el P.M.I. El pistón en la carrera ascendente cierra primero la lumbrera de aspiración. punto H, y después la de escape, punto E, luego de lo cual se inicia el periodo de compresión hasta el punto B está en P.M.I.; en H se cierra la lumbrera de entrada de la mezcla; en E, el pistón cierra la lumbrera de escape, y comienza la compresión, que termina en el punto B, donde se produce la chispa, cuando el pistón está en el P.M.S.
COMPARACION DEL MOTOR A DOS TIEMPOS CON EL DE CUATRO TIEMPOS
A primera vista pudiera creerse que un motor a dos tiempos, de la misma cilindrada que otro a cuatro, debería dar doble potencia, porque tiene doble número de carreras motrices. Esto no es así, porque la duración de las operaciones de escape y aspiración es la mitad o menos, y, por lo tanto, la expulsión de la mezcla quemada y el llenado con la nueva mezcla no puede ser tan perfecto como en el ciclo a cuatro tiempos. Además, el hecho de tener que mantener abierta la lumbrera para efectuar el escape y aspiración, acorta la carrera útíl para la compresión y la expansión, y la carrera impulsora del pistón es inferior al de un motor a cuatro tiempos.
En la práctica, pueden considerarse análogas las potencias por litro de cilindrada en los motores modernos a cuatro y dos tiempos.
Como la mezcla que entra tiene que barrer a la mezcla quemada, estando las dos lumbreras abiertas al mismo tiempo, una parte de mezcla se pierde por el escape, dando lugar a un consumo de combustible ligeramente mayor para la misma potencia.
En cambio, en los motores de dos tiempos las lumbreras pueden ser más amplias que el paso permitido por las válvulas, y sobre todo, la sencillez mecánica es extraordinaria, desapareciendo los engranajes de distribución, árbol de levas o ejes de camones, impulsores, válvulas y resortes; se suprime un complicado sistema de mecanismos que dan origen a averías, y puesta a punto; se abarata la construcción, y queda un motor formado por tres robustas piezas en movimiento: pistón, biela y eje cigüeñal.
El motor a dos tiempos tiene la curiosa característica de que es reversible; es decir, funciona lo mismo girando a la derecha que a la izquierda. En efecto, el ciclo de operaciones en el cilindro está controlado por el movimiento alternativo del pistón, y este es el mismo, cualquiera que sea el sentido de giro del eje cigüeñal. En los a cuatro tiempos, el orden está determinado por el árbol de levas, o eje de camones, que sí giran en sentido contrario, mueven las válvulas a destiempo del pistón, y no es posible realizar el ciclo.
Si las lumbreras fuesen muy anchas, y frente a una de ellas coincidiese el corte de cierre de un aro, como la elasticidad de este tiende a abrirlo, podrían las puntas del aro sobresalir mucho del pistón, y, al seguir este su movimiento, enganchar en el borde de la lumbrera, con la rotura consiguiente del aro, y las graves averías que los trozos sueltos de aro originarían. En previsión de tal accidente, las lumbreras son relativamente angostas y los aros se colocan con topes que le impiden girar dentro de las ranuras del pistón, de modo que las puntas no puedan ponerse nunca frente a las lumbreras.
En los motores a dos tiempos es frecuente el uso de cojinetes de bolas, rodillos o agujas en la cabeza de biela. En cambio, los de bancada, para que no escape la compresión, se hacen del tipo común. Actualmente ya se están usando de rodíllos o de bolas, con cierre lateral que los hace estancos.
Hay tendencia de eliminar el deflector del pistón, que ocasiona desequilíbrio del motor. En su reemplazo, las lumbreras y conductos tienen una adecuada inclinación para que la mezcla entre en la dirección más conveniente, y que la mezcla quemada salga también en la forma más adecuada.
FUENTES:
Maq 306 Motores a Explosión Capítulo 4 El Motor a Explosión a Dos Tiempos
