El motor de dos tiempos realiza su ciclo de trabajo en dos carreras del pistón (180º x 2), en las cuales se llevan a cabo los procesos de admisión, compresión, expansión y escape. Se produce, por tanto, una carrera de trabajo por cada vuelta del cigüeñal. Esta es la principal característica que diferencia a estos motores d elos de 4 tiempos, en los cuales se necesitan 2 vueltas de cigëñal (180º x 4) para obtener una carrera motriz.
Para el mismo número de revoluciones, en los motores de 2 tiempos, se obtienen el doble de procesos de combustión que en los de 4 tiempo. Esto en teoría doblaría también su potencia, aunque en realidad no es así, ya que se dispone de la mitad de tiempo para realizar el intercambio de gases en el cilindro y empeora notablemente su rendimiento volumétrico.
Renovación de la carga
Otra característica importante de los motores de dos tiempos es el modo en que se lleva a cabo la renovación de la carga en el cilindro. A este proceso se le denomina barrido ya que los gases son introducidos en el cilindro a presión, de forma que la entrada de gases frescos desalojan a los gases quemados.
La presión necesaria para el barrido se obtiene generalmente al comprimir los gases en el cárter que luego pasan al cilindro. En motores Diesel de gran cilindrada se se emplea un compresor volumetrico o un turbocompresor.
La admisión y el escape se realizan por lumbreras dispuestas en el cilindro, cuya apertura y cierre está controlado por el desplazamiento del pistón.
Los motores de 2 tiempos pueden funcionar siguiendo el ciclo Otto, o bien el Diesel. Actualmente la mayoría son de ciclo Otto y se montan en motocicletas de pequeña cilindrada, donde una mecánica sencilla y bajos costes de fabricación son los factores mas importantes.
Los Diesel de 2 tiempos son motores de grande cilindradas que funcionan con bajas revoluciones, se emplean para propulsión marina y como motores estacionarios.
2. EL MOTOR OTTO DE DOS TIEMPOS
Generalmente son motores con cilindradas que no superan los 350 cm3. Se emplean en motocicletas, ciclomotores y pequeños motores fuera borda; también se utilizan para accionar máquinas como motosierras, cortacésped y pequeños generadores eléctricos.
El intercambio de gases en el cilindro se realiza a través de lumbrera, por lo que carece de sistema de distribución. El barrido se lleva a cago gracias a la presión que adquieren los gases a su paso por el cárter. La refrigeración puede hacerse por aire o por agua y el engrase se realiza mezclando el aceite con el combustible. Igual que el motor de 4 tiempos consume una mezcla de aire y gasolina y dispone de un sistema de encendido eléctrico.
2.1. Constitución
El motor de 2 tiempo está constituido por el tren alternativo, formado, a su vez, por el pistón, la biela y el cigüeñal. La culata es muy sencilla, ya que carece de válvulas y conductos, únicamente se monta la bujía en el centro de la cámara de combustión. En la parte baja del cilindro se practican 3 ventanas o lumbreras por las que se realiza el intercambio de gases en el cilindro
Las lumbreras de escape y transferencia se posicionan sobre el cilindro de manera que cuando el pistón desciende, primero descubre la de escape y a continuación la de transferencia. En orden inverso sucede cuando asciende, esto significa que la compresión comienza cuando el pistón cubre por completo la lumbrera de escape.
La relación de compresión efectiva en el motor de 2 tiempos se calcula considerando que el volumen unitario del cilindro se obtiene tomando la carrera útil del pistón, que en este caso no comienza en PMI, si no en el punto más alto de la lumbrera de escape.
El cárter en estos motores es hermético y no contiene aceite, puesto que en él se comprimen los gases de admisión para ser bombeados al cilindro a través de la lumbrera de transferencia.
El pistón, por tanto, cumple 3 funciones:
- Controla la paertura y cierre de las lumbreras en su desplazamiento.
- Realiza la compresión de los gases en la cámara de combustión por su parte superior.
- Lleva a cabo la precompresión de los gases en el cárter por su parte inferior.
2.2. Ciclo de trabajo de 2 tiempos
El ciclo de trabajo se completa en 2 carreras del pistón, en ellas debe realizarse todo el proceso de funcionamiento.
Primer tiempo
- Final de escape o barrido.
- Admisión al cárter.
- Compresión y encendido.
El pistón comienza su ascenso desde el PMI, 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, salta una chispa en la bujía iniciando la combustión de la mezcla comprimida.
Segundo tiempo
- Expansión.
- Escape.
- Precompresión en el cárter.
- Carga del cilindro.
Cuando el pistón llega al PMI, comienza su carrera ascendente y el proceso se repite.
El ciclo se completa en dos carreras, logrando, por tanto, un impulso o carrera de trabajo por cada vuelta del cigüeñal.
Diagrama de trabajo
El diagrama de trabajo, muestra cómo evolucionan los valores de presión y volumen dentro del cilindro en el transcurso de un ciclo de funcionamiento.
Partiendo del PMI, el pistón asciende cerrando en primer lugar la lumbrera de transferencia, y a continuación la de escape.
Comienza la compresión de los gases, el volumen disminuye y aumenta la presión, antes de que el pistón llegue al PMS se produce el encendido. Este avance compensa el tiempo que tarda en propagarse la combustión, de forma que, cuando el pistón a superado ligeramente el PMS, se alcanza la presión maxima. Esta presión se aplica sobre la cabeza del pistón que lo hace descender en expansión, ahora el volumen aumenta y la presión dentro del cilindro disminuye progresivamente, hasta que en un punto se descubre la lumbrera de escape, y descarga al exterior los gases quemados.
2.3. Intercambio de gases en el cilindro
La eficacia en el intercambio de gases en el motor de dos 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 un 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. Ademas, puesto que la lumbrera de escape permanece abierta después de cerrarse la transferencia, es inevitable la pérdida de una pequeña cantidad de gases frescos.
Lumbrera de admisión al cárter
La mezcla de aire y gasolina preparada por el carburador es introducida en el cárter a través de la lumbrera de admisión. Al subir el pistón se crea un vacío en el cárter, instantes después se descubre la lumbrera y la mezcla entra. Cuando el pistón baja, cierra la lumbrera y comprime la mezcla.
Este sencillo sistema presenta el inconveniente de que cuando el pistón desciende se puede producir un retroceso de gases hacia el exterior antes de llegar a cerrarse la lumbrera. Esto ocurre a bajas revoluciones , cuando el pistón no cierra con suficiente rapidez.
El proceso de admisión en el cárter mejora notablemente disponiendo, en el conducto de entrada, una válvula que permita el paso del gas únicamente en el sentido del carburador al cárter, y cierre cuando el gas pretende ir en sentido contrario.
Esta válvula puede ser de lengüeta o de tipo rotatorio . En la actualidad es de uso general la válvula de lengüeta.
La válvula de lengüeta consta de un soporte sobre el que se instala unas finas láminas o lengüetas fijadas por uno de sus extremos de forma que en reposo quedan cerradas y puede bascular en un solo sentido de apertura. En su parte superior van provistas de unos topes para limitar su recorrido.
Se sitúan sobre el conducto de entrada del cárter de manera que cuando el pistón sube genera una depresión en el interior del cárter que abre las láminas de la válvula y permite la entrada de los gases. Las láminas se cierran cuando la presión en el cárter es igual o superior a la exterior evitando así que se produzca retorno de los gases cuando son comprimidos por el descenso del pistón. Algunos sistemas incluyen una cámara de vibración cuya función es recoger la mezcla que retorna cuando se cierra la válvula para evitar que vuelva a pasar por el carburador modificando su riqueza.
La lengüeta de la válvula debe reunir dos importantes cualidades: flexibilidad y resistencia, para que sea efectiva en un amplio número de revoluciones. Esto es difícil de conseguir ya que una lengüeta fuerte calculada para soportar altos regímenes será poco elástica en baja, por el contrario una lengüeta muy flexible puede llegar a romperse a altas revoluciones.
El material empleado para fabricar las lengüetas suele ser de acero y en algunos casos plástico o fibra de carbono. El acero permite hacer unas láminas muy finas con buena elasticidad y gran resistencia que nos eficaces a bajo y medio régimen. Con alto número de revoluciones son más adecuadas las válvulas de fibra de carbono, capaces de seguir elevadas frecuencias de apertura. Los topes que se colocan por encima de las lengüetas limitan el movimiento de estas a la vez guían la forma en que se curvan para evitar su rotura.
La apertura o cierre de la lumbrera de admisión ya no depende únicamente del movimiento del pistón, si no también de la presión existente en el cárter; de esta manera el llenado es más eficaz, ya que los movimientos de la válvula se adaptan al número de revoluciones, lo que produce una mejora en el rendimiento volumétrico del motor.
Lumbreras de escape y transferencia
El llenado del cilindro con gases frescos y la expulsión de los gases quemados se realiza a través de las lumbreras de transferencia y escape, respectivamente. Su posición sobre el cilindro va a determinar los ángulos que estarán disponibles para efectuar el intercambio de gases. Los puntos en los cuales las lumbreras son abiertas y cerradas por el desplazamiento del pistón han de calcularse convenientemente en función de las características del motor.
En motores muy revolucionados los ángulos serán mayores para compensar el menor tiempo disponible, teniendo presente que no son aconsejables avances a la apertura del escape superiores a 90º antes de PMI, ya que se acorta en exceso la carrera de expansión perdiéndose una buena parte de la energía de la combustión.
Cuando el pistón desciende en expansión descubre en primer lugar la lumbrera de escape, los gases quemados salen rápidamente y el interior del cilindro queda despresurizado. A continuación se abre la lumbrera de transferencia. Entre la apertura de ambas lumbreras debe transcurrir de 10º a 15º de giro del cigüeñal para garantizar que la presión baja lo suficiente como para permitir la entrada de gases frescos procedentes del cárter. Los gases comprimidos en el cárter entran en el cilindro a través de la lumbrera de expansión provocando el efecto de barrido sobre los gases quemados que aún permanecen en el cilindro.
El intercambio de gases es un proceso abierto, es decir, la lumbrera de escape permanece abierta mientras se realiza el llenado del cilindro. Dado que los gases quemados salen con cierta presión, se originan ondas que se desplazan por el conducto de escapen hasta chocar con su extremo saliendo reflejadas en dirección al cilindro.
Este proceso oscilatorio del escape afecta a la entrada de gases frescos en el cilindro. Al abrirse la lumbrera de escape, los gases son impulsados hacia el exterior, pero el retorno de la onda empuja los gases en sentido contrario de manera que, momentos antes de cerrarse la lumbrera de escape, este impulso puede ser utilizado para reintroducir en el cilindro los gases frescos que son arrastrados hacia el escape. En los motores de 2 tiempos tiene gran importancia sincronizar adecuadamente estos movimientos de la masa gaseosa para lograr que el proceso de barrido sea eficaz.
La velocidad de desplazamiento de la onda de presión es constante, por lo tanto, la frecuencia de las oscilaciones depende principalmente de la forma y las dimensiones de los conductos de escape. A medida que aumenta el régimen en el motor disminuye el tiempo que la lumbrera de escape permanece abierta, y por tanto, solamente es posible coordinar de forma favorable los efectos oscilatorios para un determinado margen de revoluciones.
Las dimensiones del sistema de escape no deben ser modificadas, ya que influiría negativamente sobre el rendimiento del motor, el consumo y el ruido.
Diagrama de distribución
El diagrama de distribución es simétrico, ya que el pistón realiza la apertura y el cierre de lumbreras con el mismo recorrido respecto del PMI, en sentido descendente o ascendente.
Las lumbreras son descubiertas cuando el pistón desciende en su carrera de trabajo; si se adelanta su apertura, el trabajo útil que se obtiene es menor, sin embargo, aumentan los ángulos disponibles para realizar el intercambio de gases, con lo cual mejora el rendimiento volumétrico.
Si la apertura de lumbreras se retrasa, el efecto será el contrario, por lo que es necesario una solución de compromiso entre ambas posiciones, siempre en función de las características del motor.
El valor del ángulo de apertura del escape respecto al PMI oscila entre 75º y 85º, para motores muy revolucionados, y de 55º a 75º, para motores que neccesitan un buen llenado en la gama baja y media de revoluciones.
El ángulo disponible para escape es, por término medio, de 120º a 160º, y para la carga del cilindro unos 24º menos. Comparado con el motor de 4 tiempos estos ángulos quedan muy reducidos, por lo que se consigue un peor rendimiento volumétrico.
2.4. 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 gases quemados.
En los motores Otto de 2 tiempos los procedimientos utilizados son:
- Barrido transversal.
- Barrido de lazo o lazo Schnurle.
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 a 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 en el pistón.
La característica más destacable de las bielas para motores de 2 tiempos es que sus articulaciones van provistas de cojinetes de rodillo o agujas, en lugar de cojinetes de fricción, ya que estos últimos necesitarían para su correcto funcionamiento engrase a presión, sin embargo los rodamientos pueden funcionar con pequeñas cantidades de aceite.
En la articulación de la cabeza de la biela se utiliza normalmente un rodamiento de agujas, ya que este tipo de cojinete soporta muy bien los esfuerzos radiales por ofrecer una amplia superficie sobre la que se reparten las presiones. Con el fin de aumentar la resistencia de conjunto, el orificio de la cabeza de biela se hace entero, es decir, no es desmontable como en los motores de 4 tiempos.
En el pie de biela, la articulación con el bulón puede hacerse mediante cojinetes de aguja o de fricción, en función de los esfuerzos que deba soportar.
3.3. Cigüeñal
El cigüeñal gira sobre rodamientos de bolas. Igual que los cojinetes de biela están lubricados por el aceite mezclado con el combustible a su paso por el cárter. Los rodamientos se insertan a presión sobre los apoyos del cigüeñal y están provistos de retenes selladores para garantizar la hermeticidad del cárter, donde se realiza la compresión previa de la mezcla.
Los contrapesos del cigüeñal forman discos completos y además hacen la función de volante motor. El equilibrio se consigue mediante orificios en los discos que eliminan mas de las zonas adecuadas.
El cigüeñal es desmontable para posibilitar la extracción de la biela. La muñequilla se monta a presión sobre los contrapesos, para su desmontaje se utiliza una prensa y el útil adecuado. Se separa al menos uno de los contrapesos para dejar libre un extremo de la muñequilla y poder sacar la cabeza de la biela y el cojinete de agujas. El montaje se realiza también con prensa, a continuación es necesario comprobar la correcta alineación de los apoyos del cigüeñal con un reloj comparador sobre los puntos.
En uno de los extremos del cigüeñal se monta el generador eléctrico y el ventilador en los motores con sistema de refrigeración por aire forzado. En el otro extremo se monta el variador de velocidad, o bien el engranaje de transmisión para el embrague.
3.4. Cilindro y cárter
El cilindro se fábrica en hierro fundido o en aleación ligera. Rodeando el cilindro se disponen las cámaras para el líquido cuando la refrigeración es por agua, o bien va provisto de aletas si es refrigerado por aire.
Cuando el bloque es de aluminio se inserta a presión un cilindro de hierro fundido (camisa seca). Las paredes de la camisa tienen un espesor suficiente para que puedan ser rectificadas, o si fuera necesario sustituirlas.
En el motor de 2 tiempos se forman dos cámaras estancas separadas por el pistón, una en el cilindro y la otra en el cárter.
El cárter del cigüeñal no contiene aceite y sus dimensiones se ajustan a la forma del cigüeñal y de sus contrapesos para conseguir un volumen reducido. Se comunica con el carburador a través de la lumbrera de admisión y con el cilindro por la de transferencia.
El cárter motor está formado por dos piezas (semicárteres) unidas por tornillos y hermitazadas con una junta, en cada lado se mecanizan los alojamientos para el retén de estanqueidad y los cojinetes del cigüeñal que se introducen a presión sobre su pista exterior.
Para acceder al cigüeñal es necesario separar los semicárteres. Esta operación se realiza con un extractor debido a que los rodamientos se insertan a presión sobre sus alojamientos. En el montaje se calienta el alojamiento para introducir el rodamiento con facilidad. Durante el ensamblado de cárter debe de prestarse especial atención a su hermeticidad tanto en la junta como en los retenes estanco de los rodamientos.
3.5. Culata
La principal función de la culata en los motores de dos tiempos es alojar la cámara de combustión y bujía. Se fabrica generalmente en aleación ligera y su forma exterior depende del sistema de refrigeración. Las culatas refrigeradas por aire van provistas de aletas y, las que lo hacen por agua, llevan conductos ara el liquido; en ocasiones el termostato se instala sobre la culata.
La cámara de combustión generalmente tiene forma semiesférica. Este tipo de cámaras es posible gracias a la ausencia de válvulas, presenta una reducida superficie respecto a su volumen, lo cual favorece el proceso de combustión y permite relaciones de compresión altas. La cámara de combustión con el borde rebajado concentra la mezcla en el centro de la cámara donde se encuentra la bujía, la turbulencia del gas mejora la homogeneidad de la mezcla y se logra una combustión más rápida y completa.
La culata se fija al bloque mediante 4 o 6 tornillos, la estanqueidad entre ambas piezas se logra interponiendo la junta de culata que suele ir forrada con una lámina de cobre por ambas caras.
4. El motor Diesel de dos tiempos
El Diesel de dos tiempos se usa casi exclusivamente en propulsión marina por su sencillez mecánica y su bajo consumo. Son motores de gran cilindrada y desarrollan potencias que superan los 35.000 kW, giran lentamente, entre 80 y 200 rpm, por lo que hay tiempo suficiente para realizar un buen barrido. La presión necesaria para introducir el aire en el cilindro es proporcionada por el turbocompresor, o bien por un compresor volumétrico, en lugar de realizarse a través del cárter. En lo Diesel no existen pérdidas de combustible por el escape al final del barrido ya que se introduce únicamente aire.
4.1. Ciclo de trabajo
El ciclo de funcionamiento del motor Diesel de 2 tiempos difiere en algunos aspectos del ciclo del motor Otto, principalmente en la manera de realizar el barrido, además de las diferencias ya conocidas en la alimentación del combustible y la forma de iniciar la combustión.
Primer tiempo
Este aire realiza el barrido por el interior del cilindro, que obliga a expulsar los gases quemados por la lumbrera de escape y también parte del aire que suministra la bomba con el fin de asegurar un buen barrido. Este barrido se prolonga hasta que, al subir el pistón, cierra las lumbreras.
4.2. Particularidades constructivas
La mayor parte de estos motores usan como bomba de barrido un turbocompresor acionado por los gases de escape, por lo que son necesarios intercambiadores de calor para refrigerar el aire antes de ser admitido en los cilindros.
En la entrada de las lumbreras de la admisión se colocan válvulas de láminas que permanecen cerradas siempre que la presión interior se superior a la de admisión. una vez que se haya descargado la presión por el escape, comienza a entrar el aire de barrido que es dirigido por una adecuada inclinación de las lumbreras. Parte del aire fresco es expulsado directamente por la lumbre de escape, este efecto se conoce como cortocircuito y tiene el objetivo de eliminar totalmente los gases quemados, así como de refrigerar la cabeza del pistón y el interior del cilindro.
Los elementos móviles son voluminosos y muy pesados, lo cual requiere un régimen de giro muy lento, que además se mantiene prácticamente constante, por lo que se dispone de unas condiciones favorables para realizar la evacuación de los gases quemados y un buen llenado de aire fresco.
Por todo ello, el consumo específico de combustible en estos motores es muy bajo y la potencia efectiva que se obtiene es muy elevada.
Barrido equicorriente o uniflujo
En los Diesel de 2 tiempos se emplean diversos tipos de barrido, entre ellos el barrido en lazo y el transversal. Uno de los más empleados por sus buenos resultado es el barrido equicorrientte, también llamado uniflujo.
Este sistema requiere la instalación de válvulas de escape con todos los elementos de de la distribución, lo cual complica su mecánica y elimina una de las ventajas de las sencillez del motor de 2 tiempos.
Las lumbreras de admisión se sitúan en la parte baja del cilindro y están orientadas de forma que la corriente de aire admitida adquiere un movimiento circular que barre tangencialmente el cilindro de abajo a arriba. Los gases son expulsados por la válvula de escape, que a sido abierta con la suficiente antelación para descargar la presión al final de la expansión, y cierra momentos después de que el pistón cubra las lumbreras de admisión. Los puntos de apertura y cierre de escape y ano dependen del desplazamiento del pistón, sino que pueden calcularse los ángulos más convenientes como en el motor de 4 tiempos. En este caso, el diagrama de distribución correspondienteal escape puede ser asimétrico.
La válvula de escape permite un barrido muy eficiente, además, al no existir la lumbrera de escape, se logra un mejor aprovechamiento de la presión de la combustión debido a que aumenta la carrera de expansión. Las ventajas que esto aporta compensan, en la mayoría de los casos, la complejidad mecánica que supone la instalación de las válvulas.
Pregutas
1. ¿Qué funciones cumple el pistón en un motor de dos tiempos?
La apertura o cierre de la lumbrera de admisión ya no depende únicamente del movimiento del pistón, si no también de la presión existente en el cárter; de esta manera el llenado es más eficaz, ya que los movimientos de la válvula se adaptan al número de revoluciones, lo que produce una mejora en el rendimiento volumétrico del motor.
12. ¿Por que motivo el cigüeñal y la biela giran sobre rodamientos en lugar de hacerlo sobre cojinetes de fricción?
Los cojinetes de fricción necesitan para su correcto funcionamiento engrase a presión, sin embargo los rodamientos pueden funcionar con pequeñas cantidades de aceite.
13. ¿Que tipo de cámara de combustión usan generalmente los motores de dos tiempo?
Tiene forma semiesferica, este tipo de cámara es posible gracias a la ausencia de válvulas, presenta una reducida superficie respecto a su volumen, lo cual favorece el proceso de combustión y permite relaciones de compresión altas.
14 Explica el proceso de barrido en los motores Diesel.
El cigüeñal es desmontable para posibilitar la extracción de la biela. La muñequilla se monta a presión sobre los contrapesos, para su desmontaje se utiliza una prensa y el útil adecuado. Se separa al menos uno de los contrapesos para dejar libre un extremo de la muñequilla y poder sacar la cabeza de la biela y el cojinete de agujas. El montaje se realiza también con prensa, a continuación es necesario comprobar la correcta alineación de los apoyos del cigüeñal con un reloj comparador sobre los puntos.
En uno de los extremos del cigüeñal se monta el generador eléctrico y el ventilador en los motores con sistema de refrigeración por aire forzado. En el otro extremo se monta el variador de velocidad, o bien el engranaje de transmisión para el embrague.
3.4. Cilindro y cárter
El cilindro se fábrica en hierro fundido o en aleación ligera. Rodeando el cilindro se disponen las cámaras para el líquido cuando la refrigeración es por agua, o bien va provisto de aletas si es refrigerado por aire.
Cuando el bloque es de aluminio se inserta a presión un cilindro de hierro fundido (camisa seca). Las paredes de la camisa tienen un espesor suficiente para que puedan ser rectificadas, o si fuera necesario sustituirlas.
En el motor de 2 tiempos se forman dos cámaras estancas separadas por el pistón, una en el cilindro y la otra en el cárter.
El cárter del cigüeñal no contiene aceite y sus dimensiones se ajustan a la forma del cigüeñal y de sus contrapesos para conseguir un volumen reducido. Se comunica con el carburador a través de la lumbrera de admisión y con el cilindro por la de transferencia.
El cárter motor está formado por dos piezas (semicárteres) unidas por tornillos y hermitazadas con una junta, en cada lado se mecanizan los alojamientos para el retén de estanqueidad y los cojinetes del cigüeñal que se introducen a presión sobre su pista exterior.
Para acceder al cigüeñal es necesario separar los semicárteres. Esta operación se realiza con un extractor debido a que los rodamientos se insertan a presión sobre sus alojamientos. En el montaje se calienta el alojamiento para introducir el rodamiento con facilidad. Durante el ensamblado de cárter debe de prestarse especial atención a su hermeticidad tanto en la junta como en los retenes estanco de los rodamientos.
3.5. Culata
La principal función de la culata en los motores de dos tiempos es alojar la cámara de combustión y bujía. Se fabrica generalmente en aleación ligera y su forma exterior depende del sistema de refrigeración. Las culatas refrigeradas por aire van provistas de aletas y, las que lo hacen por agua, llevan conductos ara el liquido; en ocasiones el termostato se instala sobre la culata.
La cámara de combustión generalmente tiene forma semiesférica. Este tipo de cámaras es posible gracias a la ausencia de válvulas, presenta una reducida superficie respecto a su volumen, lo cual favorece el proceso de combustión y permite relaciones de compresión altas. La cámara de combustión con el borde rebajado concentra la mezcla en el centro de la cámara donde se encuentra la bujía, la turbulencia del gas mejora la homogeneidad de la mezcla y se logra una combustión más rápida y completa.
La culata se fija al bloque mediante 4 o 6 tornillos, la estanqueidad entre ambas piezas se logra interponiendo la junta de culata que suele ir forrada con una lámina de cobre por ambas caras.
4. El motor Diesel de dos tiempos
El Diesel de dos tiempos se usa casi exclusivamente en propulsión marina por su sencillez mecánica y su bajo consumo. Son motores de gran cilindrada y desarrollan potencias que superan los 35.000 kW, giran lentamente, entre 80 y 200 rpm, por lo que hay tiempo suficiente para realizar un buen barrido. La presión necesaria para introducir el aire en el cilindro es proporcionada por el turbocompresor, o bien por un compresor volumétrico, en lugar de realizarse a través del cárter. En lo Diesel no existen pérdidas de combustible por el escape al final del barrido ya que se introduce únicamente aire.
4.1. Ciclo de trabajo
El ciclo de funcionamiento del motor Diesel de 2 tiempos difiere en algunos aspectos del ciclo del motor Otto, principalmente en la manera de realizar el barrido, además de las diferencias ya conocidas en la alimentación del combustible y la forma de iniciar la combustión.
Primer tiempo
- Final de barrido..
- Compresión e inyección.
Partiendo del PMI, el pistón comienza a subir mientras se realiza la última fase del barrido. Se cierran las lumbreras de admisión y escape, y el aire contenido en el cilindro se comprime. Momentos antes de que el pistón llegue al PMS se produce la inyección de combustible que se inflama al contacto con el aire caliente comprimido en la cámara de combustión.
Segundo tiempo
- Expansión.
- Escape.
- Llenado del cilindro.
En el PMS, la presión originada en la combustión, es aplicada sobre la cabeza del pistón que comienza a descender en expansión y, a continuación, la de admisión que permite la entrada de aire impulsado por la bomba de soplado con una presión entre 1 y 1,4 bar.
Este aire realiza el barrido por el interior del cilindro, que obliga a expulsar los gases quemados por la lumbrera de escape y también parte del aire que suministra la bomba con el fin de asegurar un buen barrido. Este barrido se prolonga hasta que, al subir el pistón, cierra las lumbreras.
4.2. Particularidades constructivas
La mayor parte de estos motores usan como bomba de barrido un turbocompresor acionado por los gases de escape, por lo que son necesarios intercambiadores de calor para refrigerar el aire antes de ser admitido en los cilindros.
En la entrada de las lumbreras de la admisión se colocan válvulas de láminas que permanecen cerradas siempre que la presión interior se superior a la de admisión. una vez que se haya descargado la presión por el escape, comienza a entrar el aire de barrido que es dirigido por una adecuada inclinación de las lumbreras. Parte del aire fresco es expulsado directamente por la lumbre de escape, este efecto se conoce como cortocircuito y tiene el objetivo de eliminar totalmente los gases quemados, así como de refrigerar la cabeza del pistón y el interior del cilindro.
Los elementos móviles son voluminosos y muy pesados, lo cual requiere un régimen de giro muy lento, que además se mantiene prácticamente constante, por lo que se dispone de unas condiciones favorables para realizar la evacuación de los gases quemados y un buen llenado de aire fresco.
Por todo ello, el consumo específico de combustible en estos motores es muy bajo y la potencia efectiva que se obtiene es muy elevada.
Barrido equicorriente o uniflujo
En los Diesel de 2 tiempos se emplean diversos tipos de barrido, entre ellos el barrido en lazo y el transversal. Uno de los más empleados por sus buenos resultado es el barrido equicorrientte, también llamado uniflujo.
Este sistema requiere la instalación de válvulas de escape con todos los elementos de de la distribución, lo cual complica su mecánica y elimina una de las ventajas de las sencillez del motor de 2 tiempos.
Las lumbreras de admisión se sitúan en la parte baja del cilindro y están orientadas de forma que la corriente de aire admitida adquiere un movimiento circular que barre tangencialmente el cilindro de abajo a arriba. Los gases son expulsados por la válvula de escape, que a sido abierta con la suficiente antelación para descargar la presión al final de la expansión, y cierra momentos después de que el pistón cubra las lumbreras de admisión. Los puntos de apertura y cierre de escape y ano dependen del desplazamiento del pistón, sino que pueden calcularse los ángulos más convenientes como en el motor de 4 tiempos. En este caso, el diagrama de distribución correspondienteal escape puede ser asimétrico.
La válvula de escape permite un barrido muy eficiente, además, al no existir la lumbrera de escape, se logra un mejor aprovechamiento de la presión de la combustión debido a que aumenta la carrera de expansión. Las ventajas que esto aporta compensan, en la mayoría de los casos, la complejidad mecánica que supone la instalación de las válvulas.
Pregutas
1. ¿Qué funciones cumple el pistón en un motor de dos tiempos?
- Controla la apertura y cierre de las lumbreras en su desplazamiento.
- Realiza la compresión de los gases en la cámara de combustión por su parte superior.
- Lleva a cabo la precompresión de los gases en el cárter por su parte inferior.
2. Explica el ciclo de funcionamiento de dos tiempos.
Primer tiempo
- Final del escape o barrido.
- Admisión al cárter.
- Compresión y encendido.
Segundo tiempo
- Expansión.
- Escape.
- Precompresión en el cárter.
- Carga del cilindro.
4. ¿Cuales son las razones del bajo rendimiento volumétrico del motor de dos tiempo?
La eficacia en el intercambio de gases en el motor de dos 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.
5. ¿Qué ventajas aporta la instalación de una válvula de lengüeta en la lumbrera de admisión?
Se sitúan sobre el conducto de entrada del cárter de manera que cuando el pistón sube genera una depresión en el interior del cárter que abre las láminas de la válvula y permite la entrada de los gases. Las láminas se cierran cuando la presión en el cárter es igual o superior a la exterior evitando así que se produzca retorno de los gases cuando son comprimidos por el descenso del pistón. Algunos sistemas incluyen una cámara de vibración cuya función es recoger la mezcla que retorna cuando se cierra la válvula para evitar que vuelva a pasar por el carburador modificando su riqueza.
La apertura o cierre de la lumbrera de admisión ya no depende únicamente del movimiento del pistón, si no también de la presión existente en el cárter; de esta manera el llenado es más eficaz, ya que los movimientos de la válvula se adaptan al número de revoluciones, lo que produce una mejora en el rendimiento volumétrico del motor.
6. ¿qué ángulo gira el cigüeñal entre la apertura de la lumbrera de escape y la de admisión y por qué?
Entre la apertura de ambas lumbreras debe transcurrir de 10º a 15º de giro del cigüeñal para garantizar que la presión baja lo suficiente como para permitir la entrada de gases frescos procedentes del cárter. Los gases comprimidos en el cárter entran en el cilindro a través de la lumbrera de expansión provocando el efecto de barrido sobre los gases quemados que aún permanecen en el cilindro.
7. ¿En que consiste el barrido?
Al no existir una 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 a los gases quemado, y puesto que la lumbrera de escape permanece abierta después de cerrarse la transferencia, es inevitable la perdida de una pequeña cantidad de gases frescos
8. ¿Como se realiza el barrido en lazo?
9. ¿Qué diferencia existen entre el barrido en lazo y el transversal?
11. ¿Qué ventajas tiene el motor de dos tiempos respecto al de cuatro tiempos?
El motor Otto de dos tiempos tiene una construcción sencilla, carece de distribución y engrase.
12. ¿Por que motivo el cigüeñal y la biela giran sobre rodamientos en lugar de hacerlo sobre cojinetes de fricción?
Los cojinetes de fricción necesitan para su correcto funcionamiento engrase a presión, sin embargo los rodamientos pueden funcionar con pequeñas cantidades de aceite.
13. ¿Que tipo de cámara de combustión usan generalmente los motores de dos tiempo?
Tiene forma semiesferica, este tipo de cámara es posible gracias a la ausencia de válvulas, presenta una reducida superficie respecto a su volumen, lo cual favorece el proceso de combustión y permite relaciones de compresión altas.
14 Explica el proceso de barrido en los motores Diesel.
