Motor de 2 tiempos: ciclo de trabajo, intercambio de gases y tipos de barrido

Ciclo de trabajo de 2 tiempos

El ciclo de trabajo se completa en dos carreras del pistón, en ellas debe realizarse todo el proceso de funcionamiento.

Primer tiempo

• Final del escape o barrido.
• Admisión al cárter.
• Compresión y encendido.

El pistón comienza su ascenso desde el PMI (Punto Muerto Inferior). Los gases quemados salen por la lumbrera de escape, barridos por los gases frescos procedentes del cárter. El pistón cierra la lumbrera de transferencia, lo que provoca un vacío en el cárter. Cuando se abre la lumbrera de admisión, el cárter se llena con mezcla fresca de aire y gasolina. Se cierra la lumbrera de escape y comienza la compresión. Antes de que el pistón llegue al PMS (Punto Muerto Superior), salta una chispa en la bujía iniciando la combustión de la mezcla comprimida.

Segundo tiempo

• Expansión.
• Escape.
• Precompresión en el cárter.
• Carga del cilindro.

Una vez superado el PMS, la expansión de los gases genera una fuerte presión que hace descender el pistón. Primero descubre la lumbrera de escape y salen los gases a gran velocidad debido a la presión que aún existe dentro del cilindro. Al mismo tiempo, la parte inferior del pistón comprime la mezcla introducida en el cárter. Inmediatamente después se descubre la lumbrera de transferencia y los gases pasan a través de ella desde el cárter hasta el cilindro con una presión de 0,4 a 0,8 bar y se produce el efecto de barrido, por el cual los gases frescos empujan a los gases quemados hacia la lumbrera de escape. Cuando el pistón llega al PMI, comienza su carrera ascendente y el proceso se repite.

El ciclo se completa en dos carreras, logrando, por lo tanto, un impulso o carrera de trabajo por cada vuelta del cigüeñal.

Intercambio de gases

La eficacia en el intercambio de gases en el motor de 2 tiempos está condicionada por el hecho de tener que realizar los procesos de admisión y escape de forma prácticamente simultánea y durante un reducido ángulo de giro del cigüeñal. Por esta razón el llenado de los cilindros y por consiguiente el rendimiento volumétrico no es tan bueno como en los motores de 4 tiempos. Al no existir depresión que aspire los gases al interior del cilindro, estos tienen que ser introducidos a presión desde el cárter, esto provoca un efecto de barrido que es aprovechado para desalojar los gases quemados. Además, puesto que la lumbrera de escape permanece abierta después de cerrarse la de transferencia, es inevitable la pérdida de una pequeña cantidad de gases frescos.

Tipos de barrido

En el corto espacio de tiempo disponible para efectuar el barrido se debe lograr un buen llenado del cilindro y una eficiente expulsión de los gases quemados, evitando, en lo posible, el escape de gases frescos. Para ello es necesario orientar convenientemente la corriente de barrido por el interior del cilindro y evitar la mezcla entre gases frescos y quemados. Los procedimientos utilizados son:

Barrido transversal

Consiste en situar la lumbrera de transferencia frente a la de escape. Sobre la cabeza del pistón se dispone un deflector que desvía la corriente de entrada, barriendo el cilindro de abajo arriba, y terminando en la lumbrera de escape. Este procedimiento prácticamente ha dejado de utilizarse debido a la cantidad de gases frescos que deja escapar. Además, el deflector provoca problemas térmicos del pistón.

Barrido en lazo o lazo Schnürle

Consta de entre 2 y 5 lumbreras de transferencia situadas a ambos lados de la lumbrera de escape. Los cilindros de entrada están orientados de forma que los gases frescos que se introducen son enviados hacia arriba. En la zona superior se juntan las corrientes de barrido procedentes de cada lumbrera y descienden empujando los gases quemados hacia la lumbrera de escape. Este sistema consigue una buena eficacia de barrido y la pérdida de gases frescos es mínima, aunque en la parte superior del cilindro queda sin barrer un pequeño núcleo de gases quemados. La cabeza del pistón puede ser plana.

Comparaciones entre motores de 2 y 4 tiempos

El motor Otto de 2 tiempos tiene una constitución sencilla, carece de sistema de distribución y de circuito de engrase a presión. Su fabricación y mantenimiento son muy económicos, por lo que es idóneo para pequeñas cilindradas.

• El consumo específico de combustible: es mayor en los motores de 2T, ya que necesitan un alto régimen de RPM para mejorar su rendimiento, y con bajas RPM se pierde combustible sin quemar por el escape, que cierra después de la admisión.
• El rendimiento volumétrico: máximo de un motor de 2T no supera el 70%, mientras que en el motor de 4T se consigue un 90%. Esto se debe a que el ángulo disponible para realizar el llenado es notablemente menor en el de 2T.

El par que se obtiene en el motor de 2T es mayor y más uniforme que en el de 4, ya que el pistón recibe doble número de impulsos y, consecuentemente, la potencia también es mayor cuando se alcanza un elevado régimen. Sin embargo, el motor de 2T tiene una acusada pérdida de energía, producida por el trabajo que se emplea en bombear la mezcla desde el cárter hasta el cilindro, y por la necesidad de acortar la carrera de expansión, descargando parte de la presión por el escape, para poder realizar el barrido.

El motor de 2T se podría decir que tiene un bajo rendimiento, tanto mecánico como volumétrico, pero a cambio realiza doble número de carreras de trabajo que el de 4T, logrando buenas cifras de par y de potencia.