Monografia Motor de Dos Tiempos

MOTOR DE DOS TIEMPOS

MAQUINAS TERMICAS I

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA E.AP. INGENIERIA EN ENERGIA

MAQUINAS TERMICAS I INVESTIGACION MONOGRAFICA

MOTOR DE DOS TIEMPOS PROFESOR:

 Prof. ROBERTO CHUCUYA. INTEGRANTES:

 CRIBILLERO LÓPEZ, Eduardo Joel.  REYNA ROJAS, Paul.  MUÑOZ CAMONES, Julio.  MORENO PEREA, Einstein.

NUEVO CHIMBOTE

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DEDICATORIA

A Dios. Por habernos permitido cumplir con este trabajo hasta este punto y

habernos dado salud para lograrlo.

A nuestros padres. Por el apoyo económico

incondicional

y

A nuestro maestro. Porque nos han servido de guía y cooperado con sus conocimientos para la elaboración del proyecto.

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AGRADECIMIENTO

Agradecemos a las personas que nos dieron su apoyo para lograr este trabajo

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INDICE Pag. 1.

Resumen……………………………………………………..…….. 3

2.

Antecedentes ………………………………………………..……... 4

3.

Marco Referencial…………………………………………...…….. 5

4.

Materiales ……………………………………………………..…… 9

5.

Procedimiento y Resultados …………………………….….…..…. 9

6.

Análisis y Discusiones ………………………………………….... 18

7.

Conclusiones ……………………………………………………… 19

8.

Cuestionario……………………………………………………….. 20

9.

Referencias Bibliográficas………………………………….…….. 21

10.

Anexos………………………………………….………………..... 22

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MOTOR DE DOS TIEMPOS I.

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INTRODUCCION: Motores de combustión interna convierten una parte del calor de la combustión de gasolina en trabajo. Hay motores de cuatro tiempos y de dos tiempos, éstos últimos especialmente utilizados en motocicletas, cortacéspedes o como fuera bordas. No hacen falta válvulas y cada dos tiempos hay una carrera de trabajo, lo que significa que cada revolución del motor produce un impulso. A la gasolina hay que añadir aceite para lubricar el émbolo y el árbol de manivela. El motor de combustión interna de dos tiempos depende del motor y de los sistemas de

apoyo.

La

comodidad

y

conveniencia

que

se

experimentan al conducir, dependen del funcionamiento de los sistemas del vehículo. Esta asignatura trata de los principios de operación, diseño del motor, presenta los sistemas que son necesarias para apoyar la operación del motor, y proporcionar comodidad y conveniencia al conductor. El

contenido

de

este trabajo comprende información tecnológica

de carácter fundamental, general para la mayoría de los motores de dos tiempos, que servirá para complementar los requerimientos de las operaciones a realizar en los diferentes sistemas. Los temas desarrollados, están leguaje sencillo, guardan relación estrecha unos con otros, para permitir que el participante asimile con facilidad, a la vez que, con las ilustraciones se logre relevar detalles principales de un motor de dos tiempos.

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MOTOR DE DOS TIEMPOS II.

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CONTENIDO:

I. EL MOTOR DE DOS TIEMPOS

El motor de dos tiempos, también denominado motor de ciclos, es un motor de combustión

interna que

realiza

las

cuatro

etapas

del ciclo

termodinámico (admisión, compresión, explosión y escape) en dos movimientos lineales del pistón (una vuelta del cigüeñal). Se diferencia del más conocido y frecuente motor de cuatro tiempos de ciclo de Otto, en el que este último realiza las cuatro etapas en dos revoluciones del cigüeñal. Existe tanto en ciclo Otto como en ciclo Diésel. El motor de 2 tiempos es, junto al motor de 4 tiempos, un motor de combustión interna con un ciclo de cuatro fases de admisión, compresión, combustión y escape, como el 4 tiempos, pero realizadas todas ellas en sólo 2 tiempos, es decir, en dos movimientos del pistón. En un motor 2 tiempos se produce una explosión por cada vuelta de cigüeñal mientras que en un motor 4 tiempos se produce una explosión por cada dos vueltas de cigüeñal, lo que significa que a misma cilindrada se genera mayor potencia, pero también un mayor consumo de combustible.

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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 un 4 tiempos ya que está compuesto por menos piezas, originariamente 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. 1.1 MOTOR OTTO DE DOS TIEMPOS Generalmente son motores con cilindradas pequeñas ( No superiores a 350cm3), se emplean en ciclomotores motocicletas y pequeños motores de lanchas, también son utilizados para pequeñas maquinas(como motosierras, cortacésped y pequeños generadores eléctricos). Este tipo de motores puede funcionar refrigerado por agua o por aire, no tienen sistema de engrase ya que este se realiza mezclando el aceite con la gasolina que posteriormente entrara al cárter lubricando todos los elementos, a su vez tampoco disponen de distribución, realizando el intercambio de gases a través de lumbreras. El barrido se lleva a cabo gracias a la presión a la que los gases frescos se ven sometidos en el cárter. Utilizan un sistema de encendido eléctrico. 1.1.1 CONSTITUCIÓN El motor de 2 tiempos está constituido por: 1.1.1.1 El tren alternativo constituido por:  Pistón  Biela  Cigüeñal

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a) Pistón:

Cumple tres funciones fundamentales: 

Controla la apertura y cierre de las

lumbreras durante su desplazamiento 

Realiza la compresión de los gases

en la cámara de combustión 

Lleva a cabo la pre comprensión de

los gases de escape en el cárter por su parte inferior

Está sometido a fuertes solicitaciones, alcanza altas temperaturas que dan lugar a una elevada dilatación. Cuenta con un diseño apropiado para que la dilatación se realice de forma controlada. El diámetro de la cabeza el pistón es inferior al de la falda, debido a que esta parte recibe mayor temperatura. El pistón está fabricado en una aleación de aluminio y silicio comúnmente empleada en todo tipo de motores.

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b) Biela:

Tiene formas exteriores redondeadas para interferir lo menos posible en la corriente de gases. Las bielas para motores de dos tiempos tienen articulaciones provistas de cojinetes de rodillos o agujas. En la articulación de la cabeza de la biela se utiliza un cojinete de agujas, ya que soporta mejor los esfuerzos radiales. El orificio de la cabeza de la biela se realiza en una sola pieza. En el pie de la biela se utilizan los dos tipos de cojinetes.

c) Cigüeñal: Gira sobre rodamientos de bolas, debido a que soportan esfuerzos radiales y axiales. Están lubricados por el aceite contenido en la mezcla. Los cojinetes se montan a presión sobre los apoyos y para su desmontaje hace falta un útil adecuado.

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Los contrapesos del cigüeñal forman discos completos que hacen la función de volante motor. Para facilitar la extracción de la biela es necesario que el cigüeñal sea desmontable. La muñequilla se desmonta mediante una prensa y un útil especial, Se separa uno de los extremos para dejar libre una muñequilla y poder sacar la biela. En uno de los extremos se monta el engranaje de transmisión para el embrague. Y por el otro lado se monta el generador eléctrico. 1.1.1.2 La Culata, es muy sencilla ya que no dispone de válvulas y conductos únicamente se monta la bujía en el centro de la cámara de combustión. Su función es alojar la cámara de combustión y la bujía, está fabricada en aleación ligera y su forma exterior depende

del

sistema

de

refrigeración. Las refrigeradas por aire, llevan aletas, y las refrigeradas por agua, llevan conductos para el líquido.

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1.1.1.3 El Cilindro, se fabrica en hierro fundido y se inserta a presión sobre

el bloque, que es de aleación ligera. Las paredes de la camisa tienen un espesor

necesario

para

ser

rectificadas o sustituidas en caso necesario. Sobre

el

cilindro

se

producen

grandes diferencias de temperatura debido a que las zonas cercanas a las lumbreras de escape se calientan demasiado, mientras las de admisión permanecen bien lubricadas. Esto puede producir deformaciones en el cilindro. En su parte baja se disponen de tres ventanas (lumbreras) a través de las cuales se realiza el intercambio de gases en el cilindro. Las lumbreras de escape y transferencia se posicionan sobre el cilindro de manera que al descender descubre primero la lumbrera de escape y posteriormente la de admisión, esto sucede exactamente al contrario cuando el pistón asciende por lo que la compresión no empieza hasta que la lumbrera de escape está cerrada. En el motor de dos tiempos se forman dos cámaras estancas separadas por el pistón, una en el cilindro y la otra en el cárter. 1.1.1.4 El Cárter, es de aleación ligera, no contiene aceite y su forma se

adapta al tamaño del cigüeñal para conseguir un volumen reducido. Se comunica con el carburador a través de la lumbrera de admisión y con el cilindro por la transferencia. Está formado por dos mitades unidas por tornillos con interposición de una junta. Lleva alojamientos para los cojinetes del cigüeñal. En el montaje debe de prestarse atención a la hermeticidad, tanto en la junta como en los retenes.

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En esta clase de motores es completamente hermético y no contiene aceite, en él se bombean los gases de admisión para ser introducidos al cilindro 1.1.1.5 Los segmentos deben quedar orientados sobre el pistón de forma que sus extremos no coincidan con las lumbreras, ya que podrían introducirse en ellas produciendo grandes daños. 1.1.1.6 El bulón debe estar incomunicado interiormente para evitar el paso de gases, se mantiene en su alojamiento mediante anillos elásticos. 1.1.1.7La cámara de combustión tiene forma simétrica, debido 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.

En estas cámaras se reduce su diámetro disponiendo un borde a su alrededor que disminuye el espacio entre la cabeza del pistón y la culata, de

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manera que la mezcla se desplace hacia el centro de la cámara y adquiera una gran turbulencia con el fin de lograr una combustión rápida y completa.

La culata se fija al bloque mediante tornillos, la estanqueidad entre ambas piezas se logra interponiendo la junta de culata que suele ir formada por una lámina de cobre por ambas caras. 1.1.2 FUNCIONAMIENTO: 1.1.2.1 Fase de admisión-compresión (1 TIEMPO) 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.

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El pistón se desplaza hacia arriba (la culata) desde su punto muerto inferior, en su recorrido deja abierta la lumbrera de admisión. Mientras la cara superior del pistón realiza la compresión, en el cárter la cara inferior succiona la mezcla de aire y combustible a través de la lumbrera. Para que esta operación sea posible el cárter tiene que estar sellado. Es posible que el pistón se desgaste y la culata se mantenga estable en los procesos de combustión. 1.1.2.2 Fase de explosión-escape (2 TIEMPO)

Al llegar el pistón a su punto muerto superior se finaliza la compresión y se

provoca

la combustión de

la

mezcla

gracias

a

una chispa

eléctrica producida por la bujía. La expansión de los gases de combustión impulsa con fuerza el pistón que transmite su movimiento al cigüeñal a través de la biela. En su recorrido descendente el pistón abre la lumbrera de escape para que puedan salir los gases de combustión y la lumbrera de transferencia por la que la mezcla de aire-combustible pasa del cárter al cilindro. Cuando el pistón alcanza el punto inferior empieza a ascender de nuevo, se cierra la lumbrera de transferencia y comienza un nuevo ciclo. Es muy importante el buen diseño del tubo de escape, ya que el mismo en la etapa de compresión ayuda a mantener la mezcla dentro de la cámara de explosión y en la exhaustación ayuda a la pronta evacuación de los gases quemados.

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Para el barrido y expulsión de los gases procedentes de la combustión y la entrada de mezcla aire/combustible para el siguiente ciclo, hay dos sistemas: el Schnuerle, y el uni-flujo. Se ha demostrado (SAE news) que en cualquier circunstancia, el barrido Schnuerle o en bucle supera al unidireccional. 1.1.3 SUPERPOSICION DE LOS TIEMPOS Con el fin de facilitar la compresión del funcionamiento del motor de dos tiempos, a continuación se detalla el funcionamiento de dicho motor, teniendo como referencia las dos carreras que efectúa el pistón en lugar del recorrido de la mezcla. Dichas carreras, se dividen en tres tercios aproximadamente cada una de ellas. 1.1.3.1 Carrera descendente 

Primer tercio de recorrido.

El pistón se encuentra en el P.M.S., el salto de chispa acaba producirse provocando el desplazamiento del pistón. Las lumbreras escape y de transferencia se encuentran cerradas, sin embargo lumbrera de admisión, comienza a tener eficacia el tiempo precompresion. 

de de la de

Segundo tercio de recorrido.

En la parte inferior del motor se produce el tiempo de precompresion que finalizara con la apertura de las lumbreras de transferencia. Por la parte superior comienza a descubrirse la lumbrera de escape, iniciándose el escape espontaneo. Tras un pequeño recorrido del pistón se descubren las lumbreras de transferencia. 

Último tercio de recorrido

Termina el tiempo de precompresion al abrirse las lumbreras de transferencia y se produce la entrada de gases frescos en el interior del cilindro, provocando además la expulsión del resto de los gases de escape. 1.1.3.2 Carrera ascendente 

Primer tercio de recorrido.

Tanto las lumbreras de transferencias como la de escape permanecen abiertas. 

Segundo tercio de recorrido.

Se cierran las lumbreras de transferencias y la lumbrera de escape permanece abierta.

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Tercer tercio de recorrido.

Se cierra la lumbrera de escape; compresión de la mezcla al tiempo que se abre la lumbrera de admisión comenzando dicho tiempo. 1.1.4 LUBRICACION:

El aceite, mezclado con la gasolina, es desprendido en el proceso de quemado del combustible. Debido a las velocidades de la mezcla, el aceite se va depositando en las paredes del cilindro, pistón y demás componentes. Este efecto es incrementado por las altas temperaturas de las piezas a lubricar. Un exceso de aceite en la mezcla implica la posibilidad de que se genere carbonilla en la cámara de explosión, y la escasez el riesgo de que se gripe el motor. Estos aceites suelen ser del tipo SAE 30, al que se le añaden aditivos como inhibidores de corrosión y otros. La mezcla de aceite y gasolina es ideal hacerla en un recipiente aparte, y una vez mezclados, verterlos al depósito.

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1.2 EL MOTOR DIESEL DE DOS TIEMPOS El diésel de dos tiempos se usa en propulsión marina, por su sencillez mecánica y bajo consumo. Son de gran cilindrada y desarrollan potencias superiores a 35000 KW., giran lentamente entre 80 200 rpm. , Por lo que hay tiempo para realizar un buen barrido. La presión necesaria para introducir el aire en el cilindro es proporcionada por un turbocompresor, en lugar de realizarse a través del cárter. En los diésel no existe perdida de combustible por el escape debido a que solo se inyecta aire.

1.2.1 Ciclo de trabajo Este ciclo difiere en algunos aspectos respecto al motor Otto, en la manera de realizar el barrido, además de las diferencias en la alimentación y la forma de realizar la combustión.  Primer tiempo:  Final del barrido  compresión e inyección

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Partiendo del PMI. , El pistón comienza a subir mientras se realiza la ultima fase del barrido. Se cierra las lumbreras de admisión y escape, y el aire contenido en cilindro se comprime, momentos antes de que el pistón llegue PMS. Se produce la eyección del combustible que se inflama al contacto con el aire caliente comprimido en la cámara de combustión.

 Segundo tiempo:  Expansión  Escape  Llenado de cilindro En el PMS la presión originada en la combustión es aplica sobre la camisa del pistón que comienza a descender en expansión. Se descubre la lumbrera de escape descargando la presión y, a continuación la de admisión que permite la entrada de aire impulsado por la bomba, con una presión de 11.4 bar. Este aire realiza el barrido en el cilindro, obligando a salir a los gases quemados por la lumbrera de escape y expulsando parte de este aire que suministra la bomba con el fin de asegurar un buen barrido, que se prolonga hasta que, al subir el pistón, cierra la lumbrera.

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Particularidades constructivas

La mayoría de estos motores usan como bomba de barrido un turbocompresor accionado por los gases de escape, haciéndose necesarios intercoolers. En la entrada de las lumbreras de admisión se disponen laminas, que permanecen cerradas siempre que la presión interior sea superior a la admisión, una vez expulsado los gases de escape, comienza a entrar el aire de barrido dirigido por la inclinación de las lumbreras. Parte del aire frío es expulsado por la lumbrera de escape, este efecto tiene como objetivo eliminar totalmente los gases quemados y refrigerar. Los elementos móviles son voluminosos y muy pesados, lo cual requiere un régimen de giro muy lento, que se mantiene constante, por lo que se dispone de unas condiciones favorables para realizar la evacuación de los gases quemados y un buen llenado. El consumo especifico de estos motores es muy bajo y la potencia efectiva muy elevada.

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Barrido equicorriente o uniflujo:

Este sistema requiere de la instalación de válvulas de escape con todos los elementos de la distribución, lo que complica la mecánica, eliminando la sencillez del sistema. 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. Los gases son expulsados por la válvula de escape, que ha sido abierta con la suficiente antelación para descargar la presión al final de la expansión, y cierra momentos después de que el cilindro cubra las lumbreras de admisión. Los puntos de apertura y cierre del escape ya no dependen del desplazamiento del pistón, si no que pueden calcularse los ángulos como en el motor de cuatro tiempos, en el que el diagrama correspondiente al escape puede ser asimétrico.

La válvula de escape permite un barrido muy eficiente, al no existir lumbrera de escape se logra un mejor aprovechamiento de la presión de la combustión debido a que aumenta la carrera de expansión. Las

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ventajas que esto aporta compensan, en la mayoría de casos, la complejidad mecánica de la instalación de válvulas. 1.3 VENTAJAS E INCONVENIENTES Ventajas 

El motor de dos tiempos no precisa de válvulas ni de los mecanismos que

las mueven, por lo tanto es más liviano y de construcción más sencilla, resultando más económico. 

Al producirse una explosión por cada vuelta del cigüeñal, desarrolla más potencia para una misma cilindrada y su par es más regular. 

Pueden operar en cualquier orientación ya que el cárter no almacena el lubricante. 

Son motores más ligeros y necesitan de menor mantenimiento, debido al menor número de piezas que los componen. 

Mayor eficiencia termodinámica, al ser menor la cantidad de calor procedente de la combustión. Desventajas 

El motor de dos tiempos es altamente contaminante dado que en su

combustión se quema aceite continuamente, y nunca termina de quemarse la mezcla en su totalidad. 

Son menos eficientes económicamente que los motores de 4 tiempos, debido al consumo de aceite y al mayor consumo de combustible. Mejoras: en los motores de dos tiempos modernos se han introducido cambios, como son los flappers o válvulas rotativas para controlar la admisión, la admisión directa al cilindro o al cárter controlada por válvulas de lengüetas (Reed-valve), válvulas de escape controladas electrónicamente, etc, que han incrementado notoriamente su potencia y rendimiento lo que conlleva a la reducción en buena medida de las emisiones contaminantes.

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1.4 CARACTERISTICAS Y DIFERENCIAS ENTRE LOS MOTORES DE DOS Y CUATRO TIEMPOS El motor de dos tiempos se diferencia en su construcción, del motor de cuatro tiempos Otto en las siguientes características: El motor de 2 tiempos es, junto al motor de 4 tiempos, un motor de combustión interna con un ciclo de cuatro fases de admisión, compresión, combustión y escape, como el 4 tiempos, pero realizadas todas ellas en sólo 2 tiempos, es decir, en dos movimientos del pistón. En un motor de 2 tiempos se produce una explosión por cada vuelta de cigüeñal mientras que en un motor 4 tiempos se produce una explosión por cada dos vueltas de cigüeñal, lo que significa que a misma cilindrada se genera mayor potencia, pero también un mayor consumo de combustible. 

Ambas caras del pistón realizan una función simultáneamente, a diferencia del motor de cuatro tiempos en el que únicamente está activa la cara superior. 

La entrada y salida de gases al motor se realiza a través de las lumbreras (orificios situados en el cilindro). Este motor carece de las válvulas que abren y cierran el paso de los gases en los motores de cuatro tiempos. El pistón dependiendo de la posición que ocupa en el cilindro en cada momento abre o cierra el paso de gases a través de las lumbreras. 

El cárter del cigüeñal debe estar sellado y cumple la función de cámara de precompresión. En el motor de cuatro tiempos, por el contrario, el cárter sirve de depósito de lubricante. 

La lubricación, que en el motor de cuatro tiempos se efectúa mediante el cárter, en el motor de dos tiempos se consigue mezclando aceite con el combustible en una proporción que varía entre el 2 y el 5 por ciento. Dado que esta mezcla está en contacto con todas las partes móviles del motor se consigue la adecuada lubricación.  El motor de dos tiempos no dispone de mecanismo de distribución ya que la entrada y la salida de gases se produce a través de unos orificios dispuestos en los cilindros denominados lumbreras en lugar de realizarse a través de las válvulas como ocurren en el motor de 4 tiempos. Dichos orificios permanecen abiertos o cerrados en función de la posición en la que se encuentre el pistón.

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El motor de dos tiempos tampoco dispone de un circuito de engrase

independiente en el interior del motor como ocurre en el de 4 tiempos. La lubricación del citado motor se realiza a través del propio combustible, previamente mezclado con aceite en una proporción que oscila entre el 2 y el 5 por ciento de aceite. El combustible está en contacto con todas las piezas móviles del motor y por tanto estas se lubrican perfectamente. 

El pistón presenta una forma y longitud particular, al ser este el que se

encarga de abrir y cerrar las anteriormente mencionados lumbreras. 

Dadas las particularidades de funcionamiento del motor de 2 tiempos, existe

la necesidad de disponer de un cárter totalmente independiente del resto del motor. 

La denominación de motor de dos tiempos viene determinada al realizar un

ciclo completo en dos carreras del pistón , si bien es cierto que durante las dos carreras no se realizan dos tiempos sino 6, como se detalla a continuación. Para la siguiente explicación detalla el recorrido de la mezcla de las carreras del pistón.

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MOTOR DE DOS TIEMPOS III.

ANEXOS:

IV.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

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 Boylestad, R. Análisis Introductoria de Circuitos. 1st ed. Trillas Editores S.A., México, 1980. p. 97-128.  Nilsson J. y Riedel S. Circuitos Eléctricos. Pearson Editores, México, 2001.  Charles K. Alexander y Matthew N.O. Sadiku. Fundamentos de Circuitos Eléctricos. Traducido por Aristeo Vera Bermúdez. 3era ed. McGraw-Hill/INTERAMERICANA Editores, S.A. DE C.V., 2006. p. 70-11  Edminister, J. y Mahmood N. Circuitos Eléctricos. 1st ed. McGrawHill., España, 2006. p. 85-125.

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Monografia Motor de Dos Tiempos

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