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El motor de pistón: dos y cuatro tiempos, lubricación y refrigeración

Cómo funcionan los motores de dos y de cuatro tiempos de los ULM, por qué necesitan lubricación y cómo se refrigeran.

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GU09 Bloque 5 · El motor y sus sistemas

Esta lección está en revisión: la ha elaborado ULMPilot con ayuda de IA y aún no la ha comprobado una persona.

Casi todos los ULM usan motores de gasolina alternativos, es decir, de pistón. Transforman la energía química del combustible en calor y el calor en movimiento: la presión de los gases empuja el pistón, la biela transmite el empuje y el cigüeñal lo convierte en giro. En los ULM conviven dos familias: los de dos tiempos, ligeros y sencillos, como los Rotax 447, 503 o 582 (este último dejó de fabricarse en 2021), y los de cuatro tiempos, más pesados pero más fiables y económicos, como la familia Rotax 912 y motores de otros fabricantes.

Piezas básicas

Cilindro y culata: forman la cámara de combustión.
Pistón, con sus segmentos para sellar contra el cilindro.
Biela y cigüeñal: convierten el movimiento de vaivén en giro.
Cárter: aloja el cigüeñal.
Bujías: hacen saltar la chispa.
En cuatro tiempos, válvulas de admisión y escape movidas por un árbol de levas. En dos tiempos, lumbreras (orificios) en la pared del cilindro, y en algunos una válvula rotativa de admisión.

PMS y PMI

Punto muerto superior e inferior: las posiciones más alta y más baja del pistón.

Relación de compresión

Cociente entre el volumen del cilindro con el pistón en el PMI y con el pistón en el PMS. Más compresión, más rendimiento, pero más exigencia de octanaje.

El ciclo de cuatro tiempos

Admisión: se abre la válvula de admisión, el pistón baja y entra mezcla de aire y gasolina.
Compresión: con las válvulas cerradas, el pistón sube y comprime la mezcla.
Explosión o expansión: la bujía salta un poco antes del PMS, la mezcla arde y los gases empujan el pistón hacia abajo. Es el único tiempo que produce trabajo.
Escape: se abre la válvula de escape y el pistón, al subir, expulsa los gases quemados.

El ciclo completo necesita dos vueltas del cigüeñal. La chispa se adelanta al PMS (avance del encendido) para que la presión máxima llegue justo cuando el pistón empieza a bajar.

Ilustración en preparación

Cuatro viñetas de un mismo cilindro con el pistón, las dos válvulas y la bujía en cada tiempo (admisión, compresión, explosión y escape), con flechas que indican el movimiento del pistón y el flujo de mezcla y gases.

El ciclo de dos tiempos

Hace todo el ciclo en una sola vuelta. Al subir, el pistón comprime la mezcla en el cilindro y, por debajo, aspira mezcla nueva hacia el cárter. Al bajar, los gases en expansión lo empujan; primero se descubre la lumbrera de escape y salen los gases, y después las lumbreras de transferencia dejan pasar la mezcla precomprimida del cárter, que ayuda a barrer los gases quemados. El escape sintonizado mejora ese barrido.

	Dos tiempos	Cuatro tiempos
Tiempo motor	Uno por vuelta	Uno cada dos vueltas
Distribución	Lumbreras (y a veces válvula rotativa)	Válvulas y árbol de levas
Lubricación	Por mezcla o bomba de inyección de aceite	Cárter húmedo o seco con bomba
Relación peso/potencia	Muy buena	Peor
Consumo	Mayor	Menor
Sensibilidad	Riesgo de gripaje por mezcla pobre o enfriamiento brusco	Más tolerante y duradero

Muchos motores de ULM giran a muchas revoluciones y llevan una reductora para que la hélice vaya más despacio. El Rotax 912 ULS, por ejemplo, tiene una reductora integrada de 2,43:1. Algunos dos tiempos llevan además un embrague centrífugo.

La lubricación

El aceite reduce el rozamiento y el desgaste, ayuda a refrigerar, limpia y mejora el sellado de los segmentos.

Cárter húmedo: el aceite se guarda en el propio cárter y una bomba lo envía a los cojinetes.
Cárter seco: el aceite está en un depósito aparte y una bomba lo hace circular; es el caso del Rotax 912. Su fabricante indica girar la hélice a mano, con el encendido desconectado, hasta que el aceite vuelve al depósito antes de leer la varilla.
Dos tiempos: el aceite viaja con la gasolina y lubrica a su paso por el cárter y el cilindro antes de quemarse. Puede ir premezclado en el depósito, en la proporción que fije el fabricante (por ejemplo, 1:50 en el Rotax 582), o inyectado por una bomba desde un depósito de aceite aparte. Usa siempre aceite específico de dos tiempos.

Atención

Tras la puesta en marcha, la presión de aceite debe subir a valores normales en el tiempo que indique el manual del motor. Si no lo hace, para el motor inmediatamente: sin lubricación se destruye en muy poco tiempo.

La refrigeración

Por aire: los cilindros llevan aletas que aumentan la superficie de intercambio. Deflectores, el capó y el cono de la hélice conducen el aire hacia ellos; algunos motores llevan ventilador y algunos aviones, flaps de refrigeración para regular el caudal.
Por líquido: una bomba hace circular el refrigerante por el bloque y un radiador lo enfría; un termostato regula la temperatura. Es el caso del Rotax 582.
Mixta: el Rotax 912 refrigera las culatas con líquido y los cilindros con aire.
El aceite también evacúa calor, y muchos motores llevan su propio radiador de aceite.

El motor se calienta en ascensos largos a baja velocidad, en días de calor y rodando con motores propulsores. Se enfría en exceso en descensos largos a ralentí. Según la FAA, en un dos tiempos dar gas a fondo de golpe tras un descenso prolongado a ralentí puede gripar el pistón, igual que si no se hubiera calentado. Calienta el motor antes del despegue según el manual y aplica potencia de forma progresiva.

Ideas clave

Cuatro tiempos: admisión, compresión, explosión y escape en dos vueltas; dos tiempos: todo en una vuelta.
El dos tiempos se lubrica por mezcla (premezcla o bomba de inyección de aceite).
Si la presión de aceite no sube tras la puesta en marcha, se para el motor.
La refrigeración puede ser por aire, por líquido o mixta, como en el Rotax 912.
Los enfriamientos y calentamientos bruscos dañan el motor, sobre todo el de dos tiempos.

Para el examen

«El engrase usado en motores de dos tiempos es el engrase por mezcla»: verdadero.
Sin presión de aceite tras arrancar, la respuesta es parar el motor, nunca aumentar la potencia.
Solo uno de los cuatro tiempos produce trabajo: la explosión o expansión.