Cómo funciona el motor de dos tiempos de las máquinas de jardinería

Introducción: breve guía informativa sobre el motor de dos tiempos

Motor de cuatro tiempos. Quién más y quien menos está familiarizado con él. Aunque solo sea porque lo tenemos en el coche y en la mayoría de las motos. Incluso los menos duchos en mecánica conocemos varias cosas sobre él. Por ejemplo, que tiene filtro de aceite además del filtro de aire. O que el cárter es el depósito que contiene este aceite, que puede ser sintético o mineral, y que lo cambiamos periódicamente para alargar la vida del motor. Es más, nos suenan de algo palabras como válvulas, árbol de levas o correa de la distribución, aunque desconozcamos su función. Ahora bien ¿qué sabemos sobre un motor 2T? Pues posiblemente no tanto. Y esto puede ser un problema.

Un problema, sí. Porque tal vez ignorar cómo funciona y qué cuidados requiere un motor de 2T nos haga desestimar la gasolina como fuente de energía al comprar máquinas de jardinería. Y si este es el caso, nos podemos ver muy limitados. Porque a partir de cierta potencia, las herramientas agrícolas y forestales equipan casi siempre motores de explosión. Y en los pequeños motores de gasolina, la variante de 2T es muy habitual, ya que, entre otras cosas, es más barato y ligero que el motor de 4T.

Somos muchas las personas que tras una mala experiencia con alguna herramienta alimentada con un pequeño motor de gasolina hemos dicho: «Nunca máis. A partir de ahora, motor eléctrico sí o sí». Y lo cierto es que la maquinaria eléctrica tiene sus ventajas, sobre todo en un jardín pequeño. Su fiabilidad es clave. El motor eléctrico no nos deja tirados, ya que siempre arranca. ¿Y el mantenimiento? ¡Escobillas de carbón llegado el caso! Y poco más. Pero la electricidad también tiene sus contras, empezando por el cable si la herramienta no es de batería. En segundo lugar, no podemos trabajar en lugares sin acceso a la red eléctrica. Tercero, rara vez existen máquinas eléctricas robustas y potentes orientadas al profesional...

La solución que yo propongo al escenario planteado es esta: conocer a fondo el motor de dos tiempos. Descubrir, en la medida de lo posible, todos sus secretos. Porque el conocimiento no ocupa lugar. ¡Y porque nunca verás a un jardinero profesional desbrozar una parcela de una hectárea arrastrando el enrrollador de cable!

Por tanto, este artículo va dirigido a todas aquellas personas que se plantean comprar desbrozadoras, motosierras, cortasetos de gasolina y que tienen miedo. Que temen que cuando un mal día la herramienta deje de arrancar, no sabrán cómo resucitarla. Y tendrán que recurrir a la garantía si con suerte aún está en vigor o, en caso contrario, al taller mecánico. Conocer el funcionamiento básico del motor de dos ciclos es la mejor forma de reparar las averías y también de prevenirlas. Así que ¡a ensuciarse las manos!

Motor de gasolina de dos tiempos en una desbrozadora de hilo Motor de gasolina de dos tiempos en una desbrozadora de hilo

El motor de explosión de Nikolaus August Otto

Los motores de combustión interna de gasolina se rigen según el ciclo de Otto. El ingeniero alemán Nikolaus August Otto inventó en 1876 el primer motor de gasolina de cuatro tiempos, que sirvió como base para otros motores de explosión.

No se aplica el ciclo de Otto en los motores Diesel, que tienen como ventaja un menor consumo de combustible (es decir, un mayor rendimiento térmico). Pero volvamos a los motores de gasolina.

El combustible es detonado en un motor Otto por la chispa eléctrica que salta en la bujía. El ciclo termodinámico que describe su funcionamiento es el ciclo de Otto, que, en breves palabras, nos cuenta lo que le ocurre a un gas bajo los efectos de cambios de presión, volumen y temperatura.

Pues bien, existen dos tipos de motores regidos según el ciclo de Otto:

  • Motores con ciclo de 4 tiempos
  • Motores con ciclo de 2 tiempos

Pero ¿qué es un tiempo? A cada una de las acciones distintas que ocurren en el cilindro de un motor se le llama tiempo. Por cierto, ¿sabías que existen motores sin cilindros? Audi, Mazda y Citroen crearon algunos prototipos con motor rotativo Wankel, pero esa es otra historia...

Concepto de cilindro y tiempo

Para poder hablar sobre los tiempos de un motor Otto, hay qué tener claro qué es un cilindro. Sabemos que un motor de combustión interna convierte la energía del combustible en movimiento (energía mecánica). Esta fuerza surge como resultado de la explosión (combustión) de una mezcla de aire y gasolina en el interior de un cilindro. Y por eso se llama motor de combustión interna (como ejemplo de combustión externa tenemos la máquina de vapor).

Podemos comprar el cilindro de un motor con una jeringuilla. Al tirar del émbolo con la mano, la jeringa succiona líquido por la boquilla. Pero al oprimirlo en el sentido opuesto, la sustancia se libera por la salida y la jeringuilla retorna a su estado inicial. Se distinguen con claridad dos tiempos: succión y expulsión. Ver lo que ocurre con el tubo de la jeringuilla nos ha servido para aclarar el concepto de cilindro y tiempo. Y ahora examinemos con detalle los famosos cuatro tiempos.

El ciclo de 4 tiempos

Aunque el pistón de un cilindro solo tiene dos recorridos (de abajo arriba y de arriba abajo), su función es distinta en cada uno de los tiempos. El ciclo de cuatro tiempos se completa con cuatro recorridos del pistón: dos ascendentes y dos descendentes.

A las posiciones más altas y más bajas del pistón en el cilindro se las llama, respectivamente, PMS (punto muerto superior) y PMI (punto muerto inferior). Se llama cámara de combustión a la cavidad que existe entre la parte superior del pistón y la culata del cilindro.

  • Admisión: comienza en el PMS. Con el descenso del pistón, la mezcla de aire y gasolina llena el cilindro
  • Compresión: el pistón sube desde el PMI al PMS y comprime la masa de combustible
  • Explosión: en este momento la mezcla aire-gasolina está muy comprimida en la cámara de combustión. La chispa que salta en la bujía causa su explosión e impulsa con fuerza el pistón desde el PMS al PMI
  • Escape: el pistón sube para recuperar su posición inicial (PMS). Al hacerlo, expulsa del cilindro los gases residuales de la combustión

Los gases frescos (mezcla de aire-gasolina) y el humo residual entran y salen de los cilindros por los orificios de admisión y escape de la cámara de combustión. Las válvulas los abren y cierran en el momento oportuno para que ello sea posible (de esto se encargan el árbol de levas y la correa o cadena de la distribución). La chispa de la bujía solo salta al inicio del tiempo de explosión, y no en el resto de tiempos del ciclo.

El ciclo de 2 tiempos

Un motor 2T también sigue el ciclo de Otto, pero el cilindro hace varias operaciones en cada recorrido del pistón. Además, la entrada y la salida no están operadas por válvulas, sino que el propio pistón las abre y cierra a su paso. ¿Vemos cómo funciona?

Movimiento de ascenso en motor de dos tiempos Figura 1: Movimiento de ascenso en un motor de dos tiempos

Cuando el pistón sube, se comprime el combustible en la cámara de explosión (fig. 1). Además, se descubre la ventana de admisión, por la cual fluye la mezcla de gasolina y aire hacia el cárter. Aquí ya podemos ver como la función del pistón es doble: comprimir los gases en la parte superior del cilindro, y succionarlos, por la inferior.

El pistón prosigue el ascenso y alcanza el PMS. La entrada de admisión sigue abierta; es decir, aún llegan al carter gases frescos desde el carburador. En este instante la chispa salta en la bujía e inflama la mezcla (fig. 2). La explosión inicia el movimiento de descenso del pistón.

Inicio del recorrido descendente en motor dos tiempos Figura 2: Llegada al PMS e inicio del recorrido descendente al saltar la chispa en la bujía

Cerca de su PMI (punto final del recorrido), el pistón libera el orificio de escape y bloquea la admisión. Como resultado, escapan los gases de la combustión y se interrumpe el flujo de aire y gasolina procedente del carburador. Mientras los humos se evacúan, la mezcla de combustible se comprime en el cárter (fig. 3); muy pronto escapará por el conducto de carga hacia la parte superior.

Inicio del escape y compresión de los gases de admisión en cilindro 2T Figura 3: Escape y compresión de la mezcla en el cárter

¡Llegamos al final del ciclo! El pistón alcanza el PMI y descubre el conducto de carga, por donde escapa la mezcla de combustible hacia la cámara de compresión (fig. 4). Además, la llegada de la masa de aire y gasolina ayuda a empujar los humos residuales hacia el exterior.

Fin del escape y carga del combustible en el motor 2T Figura 4. Carga del combustible en la cámara de compresión y barrido de los gases de escape

Como hemos visto, los tiempos no coinciden con exactitud con el recorrido del pistón en el cilindro. Por el contrario, varias de las cuatro etapas del ciclo ocurren simultáneamente en puntos intermedios de la carrera. Como hemos visto, son muchas las diferencias con respecto al ciclo de cuatro tiempos. Como vamos a ver ahora, aún quedan más diferencias de las que no hemos hablado. Y algunas, muy importantes.

Diferencias entre motores 2T y 4T

Engrase

Todavía no se ha descrito cómo funciona el engrase en un motor de cuatro tiempos. Grosso modo, una bomba impulsa el aceite del carter hacia las partes móviles del motor. El aceite fluye a alta presión por tuberías que lo conducen hasta los puntos que requieren lubricación: bielas, bulones, levas, paredes del cilindro, guías de válvula, apoyos de bancada, etc.

El motor de 4T dispone, por tanto, de una bomba de aceite y un filtro (que evita que las impurezas obstruyan el circuito). Por el contrario, el motor de 2T no dispone de bomba ni de filtro de aceite ni de tuberías de lubricación. En un motor de dos tiempos el cárter está seco.

¿Cómo se lubrica, entonces, un motor 2T? ¡Pues gracias al propio combustible! Así como el pistón hace dentro del cilindro las veces de válvula, la mezcla de aire y combustible sirve como lubricante en el motor de dos tiempos. Por eso, un motor de dos tiempos no tiene depósito para el aceite. Porque el aceite va en la gasolina. O, mejor dicho, tenemos que mezclarlo nosotros para que vaya en la gasolina, en la proporción indicada por el fabricante del motor.

Si echamos en la mezcla menos aceite del necesario, corremos el riesgo de gripar el motor por falta de engrase. Si echamos más de la cuenta, el motor está más protegido, pero puede tener consecuencias como el engrase de la bujía (lo que dificulta o impide el arranque).

Ahora es un buen momento para repasar las cuatro ilustraciones y ver cómo la mezcla aire-gasolina-aceite baña todas las partes móviles del motor durante los dos recorridos del cilindro.

Consumo

¿Qué motor consume más, el de dos tiempos o el de cuatro? Cabe pensar que, debido al menor número de partes móviles, el motor de dos es más eficaz. Sin embargo, su arquitectura simple conlleva varias limitaciones que ocasionan lo opuesto, es decir, que gaste más.

Por ejemplo, como la mezcla de aire y gasolina es la que expulsa los humos del cilindro, el escape y la admisión están abiertos simultáneamente. De esta forma, parte de la gasolina escapa al exterior sin quemar. Esto no ocurre en el motor de 4 tiempos, donde existe más libertad de ajuste gracias a las válvulas. Como resultado, el motor de 4T es más eficaz y menos contaminante que el de 2T.

Humos, olor y carbonilla

No es deseable que un motor de 4T queme aceite, pero es inevitable que ocurra debido a la lubricación de los cilindros. Sin embargo, la película lubricante que se deposita en las paredes del cilindro de un motor de 4T es relativamente pequeña.

Por el contrario, el motor de 2T lleva aceite en la mezcla, lo que causa carbonilla como resultado de los restos de aceite no quemado. Además, produce más olor y humos en el escape.

Diagnóstico de averías en el motor de dos tiempos

En la sala de urgencias de un hospital, se aplica el triaje para clasificar a los pacientes. Con este método de cribado, se gestionan los recursos del hospital según el riesgo clínico del paciente. Un ejemplo: en el nivel 1 (código rojo o máxima urgencia) se pasa sin esperar a la sala de reanimación para recibir el protocolo de resucitación.

En mecánica, como en el triaje hospitalario, los recursos de tiempo y dinero son limitados. Separar el grano de la paja es vital para reparar el motor 2T de una herramienta de jardinería de forma eficaz y económica. Nada hay más frustrante que el motor que no arranca.

Así pues, en el triaje mecánico de un motor que no arranca, o que se cala a los pocos minutos o que solo funciona ante ciertas condiciones, primero, se debe averiguar qué está fallando en el motor. Es decir, el origen de la avería:

  • Fallo de mecánica: pistón, cilindro, cigüeñal, biela...
  • Fallo del encendido eléctrico: avería en la bobina o la bujía.
  • Fallo de alimentación: filtro del aire, tanque de combustible, manguitos, aireador y carburador.
  • Fallo del sistema de arranque: arrancador de cuerda retráctil.
  • Fallo de evacuación: tubo de escape, supresor de chispas, silenciador.

Por ejemplo, la pérdida de potencia y el ruido excesivo son dos síntomas de un motor gripado. Se llama gripado al bloqueo del pistón en el cilindro por la fusión del metal debido al sobrecalentamiento (falta de refrigeración). Este sería un fallo mecánico que implicaría sustituir las piezas dañadas (piston, cilindro, biela, cigüeñal).

Sin embargo, las averías mecánicas no siempre son fáciles de diagnosticar solo por los síntomas. En cualquier caso, asociar el problema a uno de los subsistemas que componen el motor de dos tiempos establece un protocolo de trabajo que ayuda a diagnosticar la avería. Por ejemplo, descartando hipótesis poco probables.

Conclusiones

Bastan tres piezas móviles, pistón, biela y cigüeñal, para hacer girar un motor de dos tiempos. Su mecánica es más simple que la del motor de cuatro tiempos, pero también tiene sus contras: consumo, contaminación, preparación de la mezcla... No obstante, por ser más barato y ligero es poco probable que se deje de usar, al menos a corto plazo, en las máquinas agrícolas, forestales y de jardinería.

Las nociones repasadas en el artículo sobre motores de 2T nos ayudarán a entender y diagnosticar mejor las averías de nuestras herramientas de jardinería:

Los anteriores son dos de los problemas que comprenderemos mejor y sabremos cómo solucionar una vez que entendamos bien la mecánica interna del motor 2T, con sus puntos fuertes y sus debilidades.

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