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Universidad Técnica de Ambato Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica Carrera de Ingeniería Mecánica E.P. Vásquez
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I. INTRODUCCIÓN ste documento consiste en investigar el funcionamiento de un motor de dos tiempos, cual es el comportamiento del diagrama teórico (P-V) y real (P-V) con el fin de entender la diferencia que tiene con un motor de cuatro tiempos. Es importante saber que, para los motores de dos tiempos, su verdadero talón de Aquiles es, en la actualidad, el mismo que hace 50 años: la contaminación producida. La admisión por el cigüeñal, los transfer y el sistema de lumbreras, hacen necesaria en mayor o menor medida el empleo de mezclas de aceites con
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la punto srcina mayor contaminación engasolina. los gasesEn de este escape, al se salir por eluna tubo los gases habituales de la explosión de la gasolina (CO, CO2, NOX…) más los
producidos por la combustión de los aceites, y por la expulsión de una pequeña parte de éste sin quemar. Además, la aplicación de los avances actuales podría dar lugar a nuevas generaciones de motores, con engrase independiente de cigüeñal y bielas, admisiones por laminas o con válvulas en cabeza, con compresores de precarga e inyección directa estratificada, válvulas de escape, gestiones del encendido y de las curvas electrónicas inteligentes [1]. II. OBJETIVOS
compuesto por menos piezas, srcinariamente no utiliza válvulas de admisión y de escape, son más económicos de fabricar y requieren un menor mantenimiento, pero su mayor régimen de giro les provoca sin embargo un mayor desgaste [2]. La lubricación de un motor 2 tiempos va incluida en la mezcla y junto a la gasolina y el aire se añade aceite, de ahí que al ser quemado sea mucho menos respetuoso con el medio ambiente. Así pues, el cárter del cigüeñal está sellado ya que alberga la entrada de la mezcla y las dos caras del pistón entran en acción, la superior para comprimir la mezcla y la inferior para provocar su admisión al cárter.
Pasos de un ciclo 2 tiempos. Tiempo 1: ADMISIÓN - COMPRESIÓN En un motor 2 tiempos es el propio pistón el que, con su movimiento, abre la admisión de la mezcla, a la altura del cárter, y el escape de los gases quemados, a la altura de la cámara de combustión. La admisión y la compresión se realizan al mismo tiempo. En el tiempo 1 el pistón va de abajo a arriba, es decir, desde el cárter hacia la culata. En su desplazamiento succiona la mezcla de gasolina, aire y aceite en su parte inferior, mientras que simultáneamente se encarga de comprimir la mezcla de la admisión anterior en la parte superior [3].
OBJETIVO GENERAL
Investigar el diagrama teórico y real (P-v) del motor de dos tiempos.
OBJETIVO GENERAL Investigar el funcionamiento del motor de dos tiempos Determinar el diagrama teórico del motor de dos tiempos. Determinar el diagrama real del motor de dos tiempos.
III. DESARROLLO
Motores de 2 Tiempos Los motores 2 tiempos han ido siendo sustituidos por los 4 tiempos dado su carácter más contaminante y en motos sólo lo encontramos hoy día en ciclomotores de motores pequeños y en algunas motos de enduro o motocross. Un motor 2 tiempos es más sencillo y ligero que uno de 4 tiempos ya que está
Tiempo 2: COMBUSTIÓN El segundo tiempo comienza- ESCAPE con el pistón situado en su punto muerto superior, comprimiendo al máximo la mezcla de gasolina, aire y aceite, lo que hace chocar sus moléculas más rápidamente y aumentar considerablemente la temperatura de la mezcla. Es en ese momento cuando la bujía genera una chispa que incendia la mezcla provocando su combustión. Esta explosión hace mover violentamente el pistón hacia abajo, transmitiendo el movimiento al cigüeñal a través de la biela, y con ese movimiento deja abierto el escape por donde son liberados los gases recién quemados. Pero hay más, en ese movimiento descendiente el pistón empuja la mezcla nueva que había entrado en su anterior subida, y al bajar transfiere la mezcla del cárter a la cámara de combustión, preparando así elanteriormente proceso para volver comenzar de nuevo en el primer tiempo descritoa [3].
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Figura 1 Fases de un motor de dos tiempos Fuente: [4] Diagrama del ciclo teórico de un motor de 2 tiempos Ya sabemos que el diagrama teórico de un motor corresponde a los cálculos que el constructor ha previsto para ese motor. En principio el motor funcionaría perfectamente con este diagrama de distribución, o sea, con unas aperturas y cierres de las lumbreras de admisión y escape situadas a una distancia del PMS tal que permitiría un intercambio de gases frescos y quemados adecuado para su funcionamiento, sin tener en cuenta posibles inercias de las masas de los mismos, ni interacción entre ellos, ni retardo al encendido, etc. Por eso se llama teórico.
Y en este punto 3 se produce la chispa eléctrica y la explosión de la mezcla a volumen constante con aportación de calor Q1 procedente de la energía calorífica del combustible, elevando la presión y la temperatura hasta el punto 4, donde se obtiene la presión máxima instantánea en el interior del cilindro. Durante la expansión 4-5, la temperatura y presión interna bajan progresivamente hasta el punto 5 donde, al abrirse la lumbrera de escape, la presión baja teóricamente hasta alcanzar la presión atmosférica 5-2, cediendo a la atmósfera el calor Q2 no transformado en trabajo. A partir de este punto el pistón continuo el descenso hasta llegar al PMI 2-1 con una presión teóricamente constante.
Diagrama de un ciclo real de un motor de 2 tiempos El funcionamiento real de este motor está sujeto a una serie de condicionantes que modifican su ciclo teórico ocasionando una deformación del mismo, tales como las pérdidas de calor a través de las paredes del cilindro, el retraso en la combustión y la forma de llenado de los cilindros. En estos motores es de suma importancia el correcto posicionado de las lumbreras de admisión, escape y carga. La mejora del ciclo real en estos motores se consigue, además, actuando sobre las cotas de la distribución. Para ello se sitúan las lumbreras de carga y escape a la distancia adecuada, a fin de conseguir los máximos efectos de llenado y barrido. Se da un pequeño adelanto a la lumbrera de escape con respecto a la de carga y, a su vez, se adelanta el encendido para que la combustión se realice dentro de la máxima compresión. De esta manera se aprovecha toda la fuerza de la explosión, lo que mejora el par motor y la potencia. En estas condiciones, el ciclo práctico o real corregido es superior al real, aunque nunca llega al teórico.
Figura 2 Ciclo teórico de un motor de 2 tiempos Fuente: [5] Representando
en
un
sistema
de
coordenadas
el
funcionamiento estos de motores, se obtiene un diagrama análogoteórico al de losdemotores cuatro tiempos, ya que el funcionamiento teórico en sus fases de transformación de energía es idéntico. Durante el recorrido 1-2, las lumbreras de carga y escape permanecen abiertas. Por ello la presión en el interior del cilindro se mantiene constante y, teóricamente, igual a la presión atmosférica. Cerradas las lumbreras de carga y escape se inicia la fase de compresión que dura hasta el final del recorrido 2-3, cuando el pistón se encuentra en su punto muerto superior PMS. Es en este recorrido cuando el volante de inercia acoplado al eje del cigüeñal aporta trabajo para realizar la compresión, y que es transformado en calor que es absorbido por la mezcla. Es en este punto 3 donde llega, pues, el pistón comprimiendo la mezcla con una presión pc y una temperatura Tc, directamente proporcionales a la relación de compresión del motor.
Figura 3 ciclo real de un motor de 2 tiempos Fuente: [5] Durante el recorrido ascendente del pistón, se cierra primero la lumbrera de carga en 2; después de 10 grados de giro la de escape en 3, siendo inevitable que durante este corto trayecto 23 escapen algunos gases frescos al exterior, con la ventaja de un mejor barrido de gases residuales. A partir de ahí se inicia la compresión, que dura hasta el punto 4, donde se produce el encendido, grados antes del PMS, lo en queelcompensa el retraso de launos combustión, la cual termina punto 5 de máxima presión.
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En su carrera descendente se produce la expansión y el trabajo hasta el punto 6, donde se abre la lumbrera de escape. Con ello la mayor parte de los gases quemados escapan al exterior sin arrastrar gases frescos. A continuación, se abre la lumbrera de admisión, se llena el cilindro y se barre el resto de los gases quemados hasta el final del recorrido. La presión interna 7-1 se mantiene debido a que la presión de entrada de los gases compensa el descenso de presión motivado por la evacuación de los gases residuales, y se llega al final de la carrera con una presión interna algo mayor que la atmosférica, presión a la cual se inicia el nuevo ciclo.9
Diagrama de un ciclo practico de un motor de dos tiempos Durante el recorrido ascendente del pistón, se cierra primero la lumbrera de carga en 2; después de 10 grados de giro la de escape en 3, siendo inevitable que durante este corto trayecto 23 escapen algunos gases frescos al exterior, con la ventaja de un mejor barrido de gases residuales. A partir de ahí se inicia la compresión, que dura hasta el punto 4, donde se produce el encendido, unos grados antes del PMS, lo que compensa el retraso de la combustión, la cual termina en el punto 5 de máxima presión. En su carrera descendente se produce la expansión y el trabajo hasta el punto 6, donde se abre la lumbrera de escape. Con ello la mayor parte de los gases quemados escapan al exterior sin arrastrar gases frescos. A continuación, se abre la lumbrera de admisión, se llena el cilindro y se barre el resto de los gases quemados hasta el final del recorrido. La presión interna 7-1 se mantiene debido a que la presión de entrada de los gases compensa el descenso de presión motivado por la evacuación de los gases residuales, y se llega al final de la carrera con una presión interna algo mayor que la atmosférica, presión a la cual se inicia el nuevo ciclo.9
Este tipo de motores se caracteriza porque el ciclo se completa en dos carreras del émbolo o, lo que es lo mismo, en una revolución, es decir, en 360 grados de giro de cigüeñal. Para introducir los gases frescos en el cilindro es necesario utilizar un compresor o el cárter del propio motor que hace las veces de compresor Los procesos de compresión y de combustión son análogos a los de un motor de cuatro tiempos, y podrán ser de MEC o de MEP. Las diferencias comienzan en la segunda mitad de la carrera de expansión, cuando mucho más temprano que en un motor de cuatro tiempos, se inicia el proceso de escape. El diagrama presión-volumen de un motor de dos tiempos contiene solamente el bucle de alta presión, o de trabajo como se ve en la fig. 4. V. BIBLIOGRAFÍA
[1] A. Silva, «MOTORES DE 2 TIEMPOS EN AUTOMÓVILES, AYER Y HOY,» La Escudería, 15 03 2013. [2] G. Sanchez, Motores de combustion interna, Madrid: Editorial Meta, 2002. [3] R. Ruiz, «Cómo funciona un motor de 2 tiempos,» Madrid, 2014. [4] F. Payri, Motores de combustión interna alternativos, Barcelona: Reverté, S. A., 2015. [5] S. J. G. SOLIS, DISEÑO, CONSTRUCCION Y MONTAJE DE UN BANCO DE PRUEBAS DE MOTORES DE DOS TIEMPOS, Latacunga, 2003. [6] Oscar, Teoría de los Piston Fighters, Madrid, 1985. [7] A. Chavez, Maquinaría y mecanización agrícola, Costa Rica: EUNED, 2004. [8] D. Gonsalez, Mantenimiento mecánico preventivo del vehiculo, MADRID: COPYRIGHT, 2016. [9] J. Rodríguez, Mantenimiento de sistemas auxiliares del motor ciclo Otto., España: INNOVA, 2012. [10] J. Péres, Motores de Combustión Interna, España: PARANINFO, Sistemas Auxiliares del Motor.
Figura 4 Ciclo practico de un motor de dos tiempos Fuente: [5]
IV. CONCLUSIONES Un motor 2 tiempos es más sencillo y ligero que uno de 4 tiempos ya que está compuesto por menos piezas, srcinariamente no utiliza válvulas de admisión y de escape, son más económicos de fabricar y requieren un menor mantenimiento.
