Escape en motor de 2 Tiempos



El funcionamiento de el motor de 2 tiempos tiene algunas imperfecciones en su funcionamiento debido al escaso control con que se cuenta en algunos momentos del trasvase de gas al interior del cilindro, y, sobre todo, en su salida al tubo de escape. De esta forma, hasta la decada de los años 60, los motores de 2 tiempos no tuvieron la oportunidad de rivalizar con los de 4 en cuanto a potencia.

A pesar de tener del doble de explosiones que el de cuatro, y de menores perdidas mecanicas, al no tener que accionar la distribucion, bombas de aceite, etc., su rendimiento era francamente inferior al de los motores con valvulas. Esto cambio con el descubrimiento de los fenomenos ondulatorios que acompañan a los gases en su salida por el tubo de escape.

El gran problema de los motores de 2 tiempos viene dado por su diagrama de distribucion simetrico en el cilindro.El escape y admision ocupan un periodo centrado en el RM.I., por la situacion de las lumbreras, y el escape es mayor siempre.

Si seguimos el proceso de traspase de gas en el motor de 2 tiempos que aparece en la figura debajo, donde podemos observar que hay 2 momentos en los cuales este se efectua de forma poco eficaz.


El primero A es el momento en el que el piston esta cerca del Punto Muerto Inferior. En esos instantes, su velocidad es muy pequeña, ya que se esta parando para comenzar a ascender, y, por ese motivo, los gases comprimidos en el carter sufren un descenso en su tendencia a subir al cilindro. La admision queda ralentizada, de forma que tan solo es eficaz el periodo de bajada del piston. Ademas, al subir el piston R empieza a crearse una depresion en el carter C, que hace tender a los gases encontrados en los transfers de carga T a volver hacia el.

En este momento seria interesante poder crear una importante depresion en el cilindro, de forma que los gases siguieran subiendo, al tiempo que se facilita la extraccion de los gases quemados por la lumbrera M correspondiente, tambien ralentizada por el descenso de la velocidad de bajada del piston.

Otro momento critico B, es aquel en el que se cierran los transfers de carga T. Es entonces cuando el cilindro esta repleto de gas fresco, pero la lumbrera de escape M esta aun abierta un cierto lapso de tiempo, de forma que la carrera ascendente de el piston hace salir hacia el tubo de escape E, parte de la mezcla fresca introducida previamente. Seria por tanto necesario crear una onda de presion, que evitase la salida de estos gases.

Como pudo ser visto antes se pueden crear ondas a voluntad en el interior del tubo de escape, jugando con los finales parciales y totales.

www.manualmecanicadeautos.infoPara crear una onda de presion, se debe interponer un final cerrado. Este puede construir, o bien cerrando el tubo, o bien creando un estrechamiento en el.

La primera solucion no es posible, ya que el gas debe de poder salir al exterior, asi que es la segunda la correcta.
Al encontrarse un estrechamiento, la onda de presion A, que acompaña a los gases en su salida, rebotara en forma parcial, creando una nueva onda B que se dirigira al cilindro.
En la figura a la derecha se explica graficamente el proceso.

www.manualmecanicadeautos.infoPor su parte, la onda de depresion se crea de forma analoga, en vez de con un estrechamiento, con un ensanchamiento.

Segun avance la onda de presion inicial C, se creara una de depresion D, al avanzar por el ensanchamiento que se dirigira al cilindro, situacion que se puede ver en la ilustracion izquierda.


Si puede observarse el modo de actuacion de las ondas que mas nos interesa, podemos corroborar que inicialmente se debe crear la de depresion, de forma que los gases de escape salgan del cilindro, al tiempo que se favorece la transferencia desde el carter al cilindro. Esta onda debe llegar al cilindro en un periodo cercano al RM.I., que es donde se hace necesaria. Por su parte, la onda de presion debe impedir la salida de gas fresco del cilindro cuando se cierren los transfers y finalice la entrada de mezcla en el mismo.

Para que estos fenomenos tengan lugar, es necesario construir un tubo de escape con una forma especial, que es llamada tubarro, que se describe en la figura derecha.

Este tubo posee una salida inicial I, que corresponde aproximadamente con la lumbrera de escape, y que pronto empieza a ensancharse para crear la onda de depresion.

El ensanchamiento A generalmente es largo y poco pronunciado, de forma que la onda que se crea es de una intensidad mas o menos continua y posee una duracion prolongada. Habitualmente, el periodo de actuacion de la onda se centra en el Punto Muerto Inferior.

Posteriormente, el tubo, que ha logrado un diametro bastante mayor que el original, posee un brusco estrechamiento B, que es el causante de la onda de presion que tapa el cilindro en el periodo que va, desde algo antes de que se cierren los transfers, hasta que lo hace la lumbrera de escape.

Posteriormente, el escape no sufre ninguna otra modificacion D, y se mantiene con una seccion uniforme hasta su salida. Esta seccion suele tener un diametro bastante pequeño, con 2 fines, por una parte, permitir prolongar lo maximo posible el periodo de creacion de la onda de presion, que debe ser bastante violenta y contundente, y por otra, aumentar la velocidad de salida de los gases, que se habia ralentizado bastante en la zona ancha del tubo C. Debemos tener en cuenta que la velocidad de paso de los gases por el tubo de escape depende de la seccion, cuanto mas estrecha es, mas rapido circulan los gases, ocurriendo lo contrario cuando la seccion es mayor.

Cada zona del tubo de escape de los motores de 2 tiempos recibe un nombre especial: el primer ensanchamiento se llama cono, a la seccion rectilinea posterior se la denomina panza normalmente, mientras que el estrechamiento es conocido como contracono.

Las medidas del tubo de escape dependen del tipo de motor y del comportamiento que se espere de el. La accion del tubo de escape en el motor de 2 tiempos es tan fundamental, que un mismo motor, sin mas modificacion que el tubo de escape, puede variar de forma trascendental su comportamiento.

Un tubo de escape diseñado para un buen rendimiento a altas vueltas debe tener unas caracteristicas determinadas, lo mismo que pasa con uno diseñado para una moto tranquila. En motores de 2 tiempos, no solo hay que diseñar la distribucion para lograr un comportamiento determinado, sino tambien un tubo acorde con el.

Al igual que ocurria en los motores de 4 tiempos, los tubos se diseñan para funcionar optimamente a un regimen determinado. En regimenes inferiores, las ondas llegan muy pronto, lo que se traduce en que la onda de depresion actua cuando aun no es necesario, con el piston en plena carrera descendente, mientras que la onda de presion lo hace cuando aun falta tiempo para que las lumbreras de admision se cierren, imposiblitando que salga el gas quemado que aun queda en el cilindro.

Las consecuencias son, por una parte, la mezcla de ios gases frescos con los quemados al no permitirse la salida de los gases residuales, y, posteriormente, las fugas de gas fresco en el periodo final del escape, en el que la lumbrera permanece abierta sin ningun impedimento.

En regimenes superiores a los estudiados hay tambien problemas. Las ondas llegan muy tarde, de forma que la onda de depresion llega cuando el piston ya esta subiendo, de forma que la transferencia y la salida de los gases quemados se ralentiza.

Posteriormente, la onda de presion llega con la lumbrera casi cerrada, con lo que apenas se impide la salida de mezcla fresca. El resultado es que en el interior del cilindro hay poca masa gaseosa fresca y, tambien mezclada con la quemada, lo cual empeora el rendimiento.

Las medidas de un tubo diseñado para un motor que trabaje a vueltas bajas, deben ser tales que las ondas recorran el escape en un tiempo prolongado, y que su tiempo de actuacion sea largo. De este modo, aunque el piston se mueva despacio, los periodos de depresion y presion estaran acordes con el regimen.

Esto hace necesario tubos largos con conos y contraconos con poco angulo de apertura.

En caso de los motores de altas prestaciones y regimenes elevados, el caso es el contrario, las ondas deben ser cortas pero contundentes y deben llegar rapidamente, lo que obliga a disponer tubos de escape cortos, con conos y contraconos de mayor angulo y panzas muy cortas.

La limitacion del regimen optimo de los motores de 2 tiempos, incluso con la ventaja de contar con un escape de este tipo, fue la causa de que abunden sus detractores, sobre todo hasta la llegada de las valvulas de escape. Los motores de este tipo eran bastante potentes, mas que los de 4 tiempos de su mismo cubicaje, y, tambien bastante mas ligeros, pero disponian de una banda de uso muy corta y generalmente la potencia llegaba y se acababa de golpe, coincidiendo con la banda de actuacion preferente del tubo de escape, provocando una conduccion brusca, y en ocasiones incluso peligrosa.


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