A lo largo de la historia, el motor de dos tiempos ha sido ampliamente utilizado en las motocicletas. Sin embargo, en la actualidad, los motores de dos tiempos han perdido mucho terreno con respecto a los de cuatro. Las exigencias en las normas sobre emisiones resultan más difíciles de compatibilizar en los de dos que en los de cuatro tiempos.
En este artículo, exploraremos a fondo el motor de dos tiempos, contándote qué es y en qué consiste, sus principales diferencias respecto al motor de cuatro tiempos, las ventajas que ofrece y su funcionamiento.
Origen del Motor de Dos Tiempos
Los orígenes del motor de dos tiempos se remontan a 1879. Para ver las primeras motos de dos tiempos hubo que esperar a principios del Siglo XX. La utilización este tipo de propulsores revolucionó el mundo de la moto, abriéndose paso en el mercado y siendo elegidos para impulsar a los modelos más ligeros y económicos.
¿Qué es un Motor de Dos Tiempos?
Al motor de dos tiempos se le conoce también como motor de ciclo de Otto, debido al nombre de la persona encargada de su diseño y fabricación, el ingeniero alemán Nicolaus August Otto. Consiste en un motor de combustión interna que tiene la capacidad para realizar las cuatro fases de un ciclo termodinámico (admisión, compresión, explosión y escape) en únicamente dos movimientos lineales del pistón, de subida y de bajada, produciendo una explosión con cada vuelta que el pistón da al cigüeñal.
Por lo general un motor de dos tiempos tiene un precio más económico, pero también hay que decir que son menos ecológicos que los motores de cuatro tiempos. Esto hace que los motores de 2 tiempos cada vez sean menos habituales, estando presentes básicamente en ciclomotores de potencia reducida y en motos de enduro o motocross.
Pero aunque es cierto que en el mundo del motociclismo los dos tiempos cada vez son menos habituales, estos motores continúan estando presentes en aquellos aparatos o herramientas que no precisan de demasiada potencia, como cortadoras de césped, motosierras, karts, motores de lanchas, etc. Además, existen motores diésel de gran capacidad, pensados para generar electricidad y para la navegación marítima.
Partes de un Motor de Dos Tiempos
Un motor de dos tiempos se divide en dos partes: la alta y la baja. A continuación, te vamos a contar las diferentes partes que componen un motor de 2T, que se diferencian entre las partes fijas y las partes móviles:
Partes Fijas de los Motores de Dos Tiempos
- Culata: Es la tapa que se encarga de cerrar el cilindro y soportar la bujía, formando parte de la cámara de combustión.
- Bujía: Se trata de un dispositivo situado en la zona superior del cilindro, que permite que salte la chispa eléctrica durante el encendido.
- Cilindro: Es una pieza fundida en hierro o aluminio, y en su interior se desplaza el pistón.
- Cárter: Se le conoce también como cámara de pre-compresión, y es una caja metálica estructural que aloja los mecanismos operativos del motor.
Partes Móviles de los Motores de Cuatro Tiempos
- Pistón: Es una pieza cilíndrica de aleación aluminio, cuyo movimiento se realiza de manera alternativa en el interior del cilindro, permitiendo de esta forma comprimir el fluido y realizar el movimiento.
- Biela: Un elemento mecánico que está sometido a constantes esfuerzos de tracción y compresión. Se encarga de transmitir el movimiento articulado al cigüeñal.
- Cigüeñal: El eje acodado con contrapesos que permiten coger inercia, encargándose de transformar el movimiento rectilíneo en circular.
Ambas partes están unidas por unos conductos de transferencia conocidos como transfers. Además, el cilindro consta de dos ventanas llamadas lumbreras.
- el cilindro: es la cavidad del motor, que tal y como su nombre indica tiene forma cilíndrica y dentro de la cual se desplaza el pistón. Está cubierto por la parte de abajo por la culata y por la parte de arriba, por el cárter.
- la culata: es la pieza que cubre el cilindro y contiene la cámara de combustión.
- carburador: es la pieza mecánica que se encarga de hacer la mezcla aire/combustible en la proporción adecuada para que se pueda producir la ignición de la gasolina.
¿Cómo Funciona un Motor de Dos Tiempos?
El motor de dos tiempos recibe este nombre por el número de carreras que realiza el pistón para completar un ciclo. El funcionamiento de un motor de dos tiempos es mucho más sencillo que el de un motor de cuatro tiempos, el cual consta de un ciclo de cuatro fases, de la misma forma que en un motor de cuatro tiempos, pero realizando todas las fases en solo dos tiempos.
Dicho ciclo consta de cuatro fases conocidas como admisión (también llamada aspiración o succión), compresión, combustión (o explosión) y escape. Para que todos los trabajos se lleven a cabo en un periodo de tiempo tan corto, el motor de dos tiempos utiliza la cabeza del pistón para comprimir el aire en la cámara de combustión, y también su parte inferior para comprimir los gases en el cárter.
La parte alta de un motor de dos tiempos está limitada arriba por la culata y abajo por el pistón, y en ella se produce el proceso de combustión, con las correspondientes cuatro fases, solapándose la primera, con la última. La parte baja de un propulsor de 2T, la comprendida entre la zona inferior del pistón y el cigüeñal, es la encargada del proceso de admisión y, por tanto, de introducir la mezcla de aire y gasolina desde el exterior.
En un determinado momento de su bajada se descubre la lumbrera de escape ubicada en la periferia del cilindro y que conecta con el exterior. El pistón sigue bajando y entonces se descubren los transfers, situados estratégicamente a los lados del cilindro, por los que entra la mezcla fresca proveniente de la parte baja del motor y que se encontraba a presión bajo el pistón.
Las fases de admisión y escape se realizan durante toda la carrera descendente del pistón y una buena parte de la ascendente. De este modo, se puede decir que el motor de dos tiempos tiene dos fases de admisión: la de admisión al cilindro y la de admisión al cárter, de forma que sumando ambas, el periodo de admisión ocupa prácticamente todo el ciclo.
Definimos el primer tiempo con el ascenso del pistón, que comprime la mezcla de aire, combustible y aceite en el cilindro, y simultáneamente crea un vacío en el cárter. La compresión provoca una chispa en la bujía, que incendia la mezcla comprimida y crea la combustión que empuja el pistón con gran fuerza hacia abajo.
El pistón descendente precomprime la mezcla en el cárter y el pistón deja libre en primer lugar la lumbrera de escape, por donde salen los gases de escape, y a continuación la lumbrera de carga, que conecta el cárter con el cilindro, por lo que la mezcla precomprimida pasa por éste y llena el cilindro y expulsando los últimos restos de los gases de escape.
Tiempo 1: Admisión y Compresión
En el tiempo 1, que es la primera fase, el pistón se desplaza de manera vertical hasta la culata, partiendo desde su punto muerto inferior (PMI). Durante su recorrido ascendente, la lumbrera de admisión se va abriendo a la altura del cárter, permitiendo de esta forma que entre la mezcla de aire, aceite y combustible. A la vez, comienza el proceso de compresión de la mezcla en la parte superior del pistón. Para que este proceso sea eficaz, es necesario que el cárter esté sellado.
Tiempo 2: Combustión y Escape
La segunda fase o tiempo 2 comienza cuando el pistón alcanza el punto muerto superior (PMS), que es justo cuando finaliza la fase de compresión, y la bujía lanza una chispa eléctrica que permite el inicio del proceso de combustión. Esto genera una gran cantidad de energía térmica que impulsa el pistón hacia abajo, produciendo así energía cinética al cigüeñal a través de la biela, que permite el movimiento.
A lo largo de esta carrera el pistón desciende, produciendo de esta forma la liberación de la lumbrera de escape, para así expulsar todos aquellos gases procedentes de la combustión, el calor y las ondas acústicas al exterior. Cuando el pistón vuelve a alcanzar de nuevo el PMI, vuelve a iniciarse el movimiento ascendente, repitiéndose el ciclo y facilitando la extracción de aquellos pocos gases que todavía permanecen en el motor.
¿Cómo funciona un motor de dos tiempos? (Animación)
Válvulas de Escape y Láminas
A partir de mediados de los años 70 del siglo XX, los motores de dos tiempos comenzaron a incluir una válvula parcializadora en el cilindro en la zona de la lumbrera del escape. El rendimiento era muy elevado en algunos casos y entregaban la potencia de una manera difícilmente controlable, por lo que se ideó este sistema para intentar que la entrega fuese más progresiva.
La válvula de escape se abre más o menos dependiendo del régimen de giro, y su función es la de mejorar la respuesta al acelerador o, lo que es lo mismo, incrementar el par motor a bajo y medio régimen. El objetivo de las válvulas de escape es el de aumentar el rango de utilización de los motores y así hacerlos más dóciles. El accionamiento de estos elementos puede ser mecánico, electrónico o hidráulico.
En esos años también se comenzó a montar una válvula de láminas o caja de láminas en el conducto de admisión, que podía conectarse al cilindro o directa al cárter, o las dos cosas a la vez. Este tipo de válvula solo permite el paso de los gases en sentido de entrada al motor.
Otro tipo de sistema de admisión menos común empleado en algunos motores de dos tiempos es el de válvula rotativa.
Diferencias entre Motores de Dos Tiempos y de 4T
Aunque tanto el de dos tiempos como el de cuatro son motores de combustión interna, la realidad es que el funcionamiento de ambos es muy diferente, por ello a continuación te vamos a contar las principales diferencias de funcionamiento que existen entre el motor de dos tiempos y el de cuatro.
La principal diferencia entre ambos, es que el motor de dos tiempos crea una explosión por cada vuelta que da el cigüeñal, mientras que en los motores de cuatro tiempos la explosión se produce cada dos vueltas del cigüeñal.
El funcionamiento del motor de dos tiempos resulta más sencillo que el de cuatro tiempos, ya que realiza las cuatro fases en tan solo dos movimientos, lo que hace que en el motor de 2T el combustible tenga que pasar por todas las partes del ciclo, mezclándose con el aceite para poder lubricar. Esta mezcla puede ser manual en el depósito, o a través de una mezcla por bomba automática con depósito aparte. Para ello necesita de dos lubricantes, uno para lubricar el interior del motor, y otro para la camisa del cilindro.
Mientras se lleva a cabo todo este proceso, el aceite se quema, lo que hace que el motor de 2 tiempos genere una mayor cantidad de humo respecto al de cuatro tiempos, debido a que la bujía tenga que quemar tanto el aceite como la gasolina, generando también un fuerte olor y sobre todo, una mayor contaminación.
Por el contrario, un motor de cuatro tiempos únicamente necesita un solo lubricante, lo que hace que la gasolina y el aceite no entren en contacto en ningún momento, generando de esta forma una menor contaminación.
En definitiva, los motores de dos tiempos son más sencillos, pequeños y económicos, tanto en su fabricación como en su mantenimiento, debido a que no utilizan válvulas en sus mecanismos. Pero esto hace que los motores de 2T tengan que trabajar mucho más que los de cuatro tiempos, lo que se traduce también en un mayor desgaste. Además, hay que decir que aunque es cierto que tienen una carrera de trabajo en cada vuelta del cigüeñal, la realidad es que los motores de dos tiempos no consiguen alcanzar el doble de potencia que un motor de 4T, aunque si ofrecen un mayor rendimiento en la aceleración.
En comparación con un motor de dos tiempos, el motor de cuatro tiempos tiene una menor potencia específica (entre un 30 y un 50%) y, por tanto, a igualdad de cilindrada, el rendimiento de un motor de dos tiempos es mayor. Sin embargo, con el mismo cubicaje el motor de dos tiempos consume más gasolina y contamina más.
Los motores de cuatro tiempos poseen más piezas que los de dos tiempos. Sus culatas incluyen válvulas de admisión y de escape, accionadas por árboles de levas, y estos a su vez están movidos por cadenas, correas dentadas, engranajes, etc. Esto quiere decir que, además de más caros de producir, son más pesados y complejos.
Con respecto al funcionamiento, los motores de cuatro tiempos vibran menos y son menos rumorosos. Además, el aceite que los lubrica lo llevan dentro del cárter y funcionan solo con gasolina. Los motores de dos tiempos no tienen válvulas.
Muchos de los otros componentes de un motor de cuatro tiempos (pistón, cilindro, bujía) también forman parte del motor de dos tiempos. En un motor de dos tiempos, la bujía se enciende a cada revolución, que es diferente de los motores de cuatro tiempos.
Similar a un motor de cuatro tiempos, el combustible y el aire se mezclan en el cilindro. A medida que la mezcla de combustible/aire se comprime en el pistón, crea un vacío que abre una válvula de láminas que extrae aire, combustible y aceite del carburador. A medida que el pistón regresa a su posición más baja, los gases de escape se liberan del cilindro y el ciclo se inicia nuevamente con combustible nuevo que ingresa a la cámara.
Debido a que el aceite es parte de la mezcla que se quema en el funcionamiento de un motor de dos tiempos, se requieren aceites especiales para los motores de dos tiempos. El cárter actúa para presurizar la cámara con la mezcla de combustible/aire y el combustible se mezcla con aceite.
Los motores de dos tiempos a menudo tienen ventajas para su uso en motores pequeños; pero sí tienen problemas que los hacen que no sean tan efectivos en otras operaciones de motores.
Los motores de dos tiempos producen significativamente más emisiones y contaminación como resultado de la combustión de aceite y la liberación de hidrocarburos por la quema de combustible con el aceite.
El costo de operar un motor de dos tiempos es más costoso que operar un motor de cuatro tiempos. Esto es el resultado de la economía de combustible reducida y el hecho de que el aceite se quema con la gasolina en un motor de dos tiempos.
Pros y Contras de un Motor de Dos Tiempos
A continuación, te vamos a contar los pros y las contras de un motor de dos tiempos, principalmente en comparación a los motores de cuatro tiempos.
Ventajas de los Motores de Dos Tiempos:
- Los motores de dos tiempos no tienen válvulas de admisión ni válvulas de escape, y tampoco cadenas cinemáticas que las controlen, lo que hace que sean mucho más livianos, sencillos y sobre todas, económicas.
- El mantenimiento de los motores de 2T también hay que destacar que es mucho más sencillo, ya que por lo general, se averían con una mayor dificultad.
- Al hacer tan solo una vuelta del cigüeñal para cerrar el ciclo termodinámico, ofrecen una mayor potencia para la misma cilindrada, de entre un 30% y un 50%, lo que hace que su entrega de par resulte más uniforme y regular.
- Al no almacenar lubricante en el cárter, los motores de 2 tiempos tienen la capacidad para trabajar en cualquier posición.
Inconvenientes de los Motores de Dos Tiempos:
- Los motores de dos tiempos, al mezclar el aceite y el combustible a través de su funcionamiento, concentran una mayor cantidad de suciedad sobre los electrodos de la bujía (perlado), lo que impide su correcto funcionamiento.
- Los motores de 2T giran a mayor régimen, lo que se traduce en un mayor desgaste.
- Un motor de dos tiempos necesita el doble de lubricación, lo que hace que sean mucho menos respetuosos con el medio ambiente.
- La compresión de los motores de 2 tiempos no es tan eficaz como la de los motores de 4T, debido a que sustituyen las válvulas por las lumbreras, generando una ligera pérdida de potencia.
- Además, hay que destacar que por la lumbrera de escape se expulsan tanto el combustible quemado como los gases de combustión, lo que lleva a una pérdida de rendimiento y a la evacuación de emisiones más contaminantes.
¿Por qué Elegir un Motor de Dos Tiempos?
Al ser unos motores más livianos y con un precio bastante más económico, son muchas las personas que todavía prefieren los motores de dos tiempos, especialmente cuando la potencia no es un aspecto al que se le dé demasiada importancia.
Esto ha llevado a que estos motores de 2 tiempos sean los más utilizados en ciclomotores, que tienen una velocidad limitada, así como en todo tipo de aparatos como motosierras, vehículos náuticos, motores de aeromodelismo, etc.
Los motores de dos tiempos tienen una amplia variedad de usos para aplicaciones de motores más pequeños, como vehículos más pequeños, como vehículos todo terreno, motocicletas acuáticas y equipos de césped. Pueden ofrecer una relación mayor entre potencia y peso que es muy eficaz para ciertos equipos.