Motores de dos tiempos – Requisitos de lubricación únicos

Los motores de dos tiempos pueden encontrarse en casi cualquier parte hoy en día. Se utilizan en docenas de aplicaciones en una gran variedad de diseños para todo, desde trabajo y recreación hasta generación de energía. Los motores de combustión interna de dos tiempos tienen diferencias en su diseño y operan bajo condiciones que requieren diferentes formulaciones de aceites que su contraparte, los motores de cuatro tiempos. Para poder recomendar un lubricante para un motor de dos tiempos, se necesita conocer cómo operan estos, por qué se utilizan en lugar de los motores de cuatro tiempos y en dónde y en qué tipo de aplicaciones se utilizan.

¿Qué es un motor de dos tiempos?

El término “dos tiempos” y “dos ciclos” con frecuencia son intercambiados cuando se habla de estos motores. Este término procede de la cantidad de cambios de direccón que los pistones hacen durante cada carrera del motor.  Los motores de combustión interna se utilizan para producir energía mecánica a partir de la energía química contenida en los combustibles a base de hidrocarburos. La parte productora de energía del ciclo de operación del motor comienza dentro de los cilindros con el proceso de compresión. Después de la compresión, el quemado de la mezcla aire-combustible que libera la energía química y genera productos de combustión a alta temperatura y alta presión. Esos gases entonces se expanden dentro de cada cilindro y transmiten potencia al pistón. Por ende, conforme el motor opera continuamente, se produce energía mecánica. Cada movimiento hacia arriba y hacia abajo del pistón se le conoce como un tiempo o ciclo, Comunmente se conocen dos tipos de motores de combustión interna: de dos tiempos y de cuatro tiempos.

Figura 1. Funcionamiento de un motor de dos tiempos con precompresión en el cárter

¿En qué se diferencian los motores de dos tiempos y los de cuatro tiempos?

Un motor de cuatro tiempos require de cuatro ciclos del motor (dos hacia arriba y dos hacia abajo) y dos revoluciones del cigüeñal para completar un ciclo de combustión y proporcionar un impulso de trabajo.

La diferencia fundamental entre un motor de dos tiempos y uno de cuatro tiempos está en el proceso de salida de gases, o dicho de manera simple, la remoción de los gases quemados y el fin de cada proceso de expansión y la induccción de una mezcla fresca para el siguiente ciclo. El motor de dos tiempos tiene una expansión o ciclo de potencia en cada cilindro durante cada revolución del cigüeñal. El proceso de carga y expulsión ocurren simultáneamente conforme el pistón se mueve desde la posición más baja o más alta.

Figura 2. Funcionamiento de un motor de dos tiempos

En un motor de cuatro tiempos, los gases quemados primero son desplazados por el pistón durante el movimiento ascendente y posteriormente ingresa aire fresco durante el movimiento descendente. Esto significa que se requieren cuatro ciclos del motor para completar dos vueltas del cigüeñal y completar un ciclo de potencia, contra una sola vuelta necesaria en un motor de dos tiempos. En otras palabras, un motor de dos tiempos opera en 360 grados de la rotación de cigüeñal, mientras que los motores de cuatro tiempos operan en 720 grados de rotación del cigüeñal.

¿En dónde se utilizan los motores de dos tiempos?

Los motores de dos tiempos son poco costosos de construir en comparación con los de cuatro tiempos. Son más ligeros en peso y también pueden producir una relación potencia/peso más alta. Por esas razones, los motores de dos tiempos son muy útiles en aplicaciones como sierras de cadena, motores fuera de borda, motocicletas, desbrozadoras, solo por nombrar algunas. Los motores de dos tiempos son más fáciles de poner en marcha en bajas temperaturas. Parte de esto se debe a su diseño y la ausencia de un cárter de aceite. Esta es la razón por la cual estos motores son comúnmente usados en unidades móviles sobre nieve y removedoras de nieve.

Algunas ventajas y desventajas de los motores de dos tiempos

Debido a que los motores de dos tiempos pueden efectivamente duplicar el número de ciclos por unidad de tiempo comparados contra los motores de cuatro tiempos, la potencia de salida se incrementa. Sin embargo, no se incrementa al doble. La salida de los motores de dos tiempos fluctúa solo entre un 20 y un 60 por ciento por encima de su unidad equivalente de cuatro tiempos. Este incremento menor de lo esperado es resultado de que su eficiencia de carga es menor a la ideal, dicho en otras palabras, llenado incompleto del volumen del cilindro con aire y combustible frescos. Esta es también la mayor desventaja en este escenario de transferencia de potencia. La alta frecuenca de eventos de combustión en el motor de dos tiempos resulta en un mayor porcentaje de trasferencia de calor de los gases quemados hacia las paredes de la cámara de combustión del motor.

El resultado son mayores temperaturas y mayor estrés térmico en la cabeza del cilindro (especialmente en la corona del pistón). Los motores de dos tiempos tradicionales no solo son altamente ineficientes debido a un efecto llamado scavenging (barrido de gases de escape), que permite que hasta el 30 por ciento de la mezcla aire/combustible pase sin quemar al escape. Además, una porción del gas de escape permanece en la cámara de combustión durante el ciclo. Estas ineficiencias contribuyen a la pérdida de potencia comparándolos contra los motores de cuatro tiempos y explica por qué los motores de dos tiempos opueden alcanzar solo hasta 60 por ciento más potencia.

¿Cómo se lubrican los motores de dos tiempos?

Los motores de dos tiempos son considerados como sistemas de lubricación a toda pérdida. Debido a que el cigüeñal es parte del proceso de aspiración, no puede actuar como un depósito de aceite, como lo es en los motores de cuatro tiempos. La lubricación tradicional de los motores de dos tiempos se hace mezclando el aceite con el combustible. El aceite es quemado junto con la mezcla de aire combustible. Los motores de inyección directa son diferentes, ya que el combustible es inyectado diréctamente en la cámara de combustión mientras que el aceite es inyectado diréctamente al cigüeñal. Este proceso es eficiente debido a que el combustible es inyectado después de que se cierra la lumbrera de escape, por lo que se logra una combustión más completa del combustible, desarrollando más potencia. Los motores de inyección directa generan mayor cantidad de potencia que los motores tradicionales de dos tiempos. Debido a que el aceite se inyecta directamente dentro del cigüeñal, se requiere menos aceite y se disminuye la tasa de consumo combustible/aceite (relación 80:1). Los motores de inyección directa operan a mayores temperaturas de combustión, cercanas a los 50 ºC (120 ºF). También requieren más lubricación  que los motores tradicionales de dos tiempos.