Funcionamiento de un motor de 2 tiempos

A pesar de su aparente complejidad, el funcionamiento interno de un motor de explosión (o mejor dicho, de combustión interna y alternativo, porque se realiza una combustión o quemado dentro de él y porque algunas de sus piezas se mueven alternativamente) es sencillo y fácilmente comprensible si se estudia el comportamiento de sus piezas.

En cualquier motor de este tipo se encuentra siempre un cigüeñal, que es un eje con una manivela formada por dos partes: muñón y muñequilla (ver figuras).

Al accionarse la manivela el cigüeñal gira de la misma forma que el pedal de una bicicleta.

Por otro lado está el émbolo o pistón, que se desliza dentro del cilindro de la misma manera que una jeringuilla. Al moverse origina unas variaciones de volumen en el cilindro, necesarias para el funcionamiento del motor.

Como el movimiento del émbolo es rectilíneo, no puede ser unido al movimiento del cigüeñal, que es giratorio. Existe una pieza intermedia que lo permite, denominada biela. Es una varilla rígida con dos orificios en los extremos. Abraza a la manivela para hacer girar al cigüeñal por un lado, y a un eje existente en el émbolo por el otro para poder oscilar (llamado bulón).

Así pues, si se empuja al émbolo, éste se desliza en el cilindro y mueve al cigüeñal, y viceversa: girando el eje del motor, él émbolo subirá y bajará con suavidad.

Para soportar las grandes cargas que supone girar a elevado régimen y aguantar la fuerza de los gases, es necesario que el cigüeñal se apoye bien sobre cojinetes de bronce o sobre rodamientos de bolas.

Este mecanismo corresponde al de un motor de un solo cilindro. Para motores pluricilíndricos se repite este dispositivo. Los cilindros pueden agruparse en línea, opuestos, en uve o en estrella.

La suavidad de giro del motor se consigue debido a la inercia propia y a la de la hélice, en el caso de motores de aeromodelismo, o a la del volante de inercia para el caso de los motores para embarcaciones o automóviles.

 

Funcionamiento:

 


Al acercarse el émbolo a la culata disminuye el volumen existente entre ambos, y si se impide la fuga del gas encerrado, éste aumenta de presión; es decir, se comprime, y sube, en consecuencia, también su temperatura. Es lo que se llama fase o tiempo de compresión.

                                 

Biela clásica con cojinetes de bronce fosforoso  Fotografía de un cigüeñal

 Cuando el émbolo se acerca al máximo a la culata. estamos en punto muerto superior y la presión y temperatura son máximos. Si los gases encerrados son una mezcla en proporciones apropiadas de aire y combustible, puede que, llegado un punto, empiecen a arder por sí solos, es decir, que se produzca un autoencendido; también se puede provocar la llama con un bujía. Al arder la mezcla, la sobrepresión creada por la liberación de energía repele el émbolo con mucha fuerza, lo cual se aprovecha para recuperar el trabajo realizado durante la compresión. Lo que sobra sirve para que continúe el giro del cigüeñal y, además, para arrastrar algo, como por ejemplo, una hélice.

Por lo tanto, el émbolo empieza a alejarse de la culata, aumentando el volumen de la cámara. Esta fase se llama expansión. La presión y temperatura de los gases ya quemados baja según se expande el gas.

 

 

 

Lumbrera:

Al llegar al extremo inferior, llamado punto muerto inferior ya no podemos aprovechar más la energía de los gases. Además, por estar ya quemados, no sirven para repetir con ellos otra vez una compresión.

Lo que se hace es abrir un orificio en la pared del cilindro, llamado lumbrera, para que los gases salgan por sí solos, cosa que se efectúa fácilmente, pues se encuentran a mayor presión que la atmósfera (es como al abrir una botella de gaseosa). Pero en el cilindro quedarán residuos aún; conviene barrerlos y sustituirlos por gases frescos y nuevos, compuestos por aire y combustible. Esto se consigue abriendo un poco después otra lumbrera que comunique con un depósito donde se tiene preparada mezcla fresca a presión. Entra por sí misma y desplaza a los gases residuales echándolos por la lumbrera de escape. Esto es lo que se llama barrido.

Hay que orientar bien las lumbreras para evitar que la mezcla fresca se salga directamente por el escape, sin empujar primero a los gases residuales. Por ello, algunos émbolos poseen una pared deflectora para tratar de evitarlo. En la actualidad esto se consigue orientando unas lumbreras laterales en sentido contrario al de salida de los gases (barrido tipo Schnuerle o llamado también de lazo).

Vemos que es necesario previamente preparar una mezcla en proporciones correctas de aire y combustible, cosa que hace el carburador, pero, además, una vez preparada, es necesario precomprimirla para que entre en el cilindro. Normalmente esto se hace en el interior del motor, pero del otro lado del émbolo.
El carburador comunica con el cárter que es el recinto donde gira el cigüeñal y oscila la biela. Al bajar el émbolo alejándose de la culata, este volumen disminuye, con lo que los gases que entraron por el orificio del carburador son comprimidos, es decir, aumenta su presión. Si cuando esté a punto de llegar el émbolo a su extremo inferior abrimos un conducto que comunique el cárter con el cilindro. llamado tránsfer. estos gases comprimidos saldrán por él hacia el cilindro. si la presión en él es menor. Esto normalmente ocurre porque se ha abierto previamente la lumbrera de escape y se han escapado ya bastantes gases residuales. Por tanto, se consigue que el cárter actúe como bomba de barrido.

Al realizarse la compresión de gases frescos (y algo de residuales que queden) entre el émbolo y la culata por disminución de volumen, aumenta la capacidad del cárter, lo cual se aprovecha para abrir un orificio que conecte el cárter con el carburador, con lo que se consigue que entre mezcla fresca. Este orificio se llama lumbrera o válvula de admisión.

Las lumbreras de escape y tránsfer están en el cilindro; las abre y cierra el propio émbolo, mientras que el orificio de admisión lo puede abrir una especie de faldón del émbolo (es habitual en motores de motocicleta) o el cigüeñal; lo que se (lama tener válvula rotatoria. En ciertos motores, como en el Cox Babe Bee se abre automáticamente por usar válvulas de pétalos.
Todo este conjunto de aperturas y cierres de lumbreras hacen que el motor de dos tiempos funcione con muchas menos piezas que los de cuatro tiempos, por lo que resulta más ligero, barato y, además, produce trabajo en cada vuelta del cigüeñal, mientras que el de cuatro tiempos lo produce cada dos.

Los gases, al ser comprimidos y expandidos, actúan como muelles. Si se utiliza su inercia, es decir, su tendencia a seguir realizando lo que estaban haciendo con anterioridad, se consigue que todo el conjunto de procesos que hemos visto se realice más rápidamente y de forma más efectiva y perfecta. Por eso se utilizan diseños de lumbreras teniéndola en cuenta, y se instalan tubarros en el escape.

De todas formas, lo que está claro es que, en este tipo de motores, la lumbrera de escape es más alta que la de transfer.