Motor în doi timpi

Acest articol sau secțiune despre subiectul mecanicii este considerat a fi verificat . Motiv : Vocea a fost moderat îmbunătățită, dar textul și sursele rămân de revizuit, care aproape niciodată nu îndeplinesc criteriile de relevanță și autoritate. Decorul este mai degrabă un manual decât o enciclopedie, proza ​​este de neînțeles și se acordă prea mult spațiu soluțiilor de importanță îndoielnică. Alăturați-vă discuției și / sau corectați intrarea.

Motorul în doi timpi este un tip de motor cu ardere internă , alimentat de un sistem de alimentare cu combustibil și un orificiu de evacuare în care descarcă produsele uzate (gaze de eșapament) printr-un sistem de evacuare .
A fost inventat de inginerul Dugald Clerk ^[1] în 1879 și experimentat pentru prima dată în 1880 de Karl Benz ^[2] .

Primele modele de motoare cu flux în doi timpi

Funcționarea unui motor modern în 2 timpi

Introducere

Acest motor diferă de cel mai comun motor în patru timpi, în principal datorită alternanței diferite a fazelor active (faze utile sau de putere), în raport cu rotațiile arborelui cotit : dacă în motorul în patru timpi există o fază activă sau de expansiune (fază în care are loc transformarea efectivă a energiei chimice în energie termică și, prin urmare, cinetică) pentru fiecare două rotații ale arborelui cotit, în doi timpi există una pentru fiecare rotație completă a arborelui .

Caracteristici

Structural, motorul în doi timpi nu are în mod normal clasicele supape de admisie și evacuare, înlocuite de lumini , fante pe cilindru , deschise și închise prin mișcarea alternativă a pistonului .

O caracteristică care distinge motorul în 2 timpi (excluzând modelele cu admisie pe disc rotativ și necesitățile sistemului de aprindere) de 4 timpi (sau 4 timpi) este că poate funcționa perfect în ambele sensuri de rotație. Acest lucru este permis de faptul că orificiile de evacuare / transfer sunt deschise și închise de piston într-un mod specular în raport cu centrul mort inferior, unde orificiul de evacuare este primul care se deschide și ultimul care se închide. Dimpotrivă, în 4T nu există simetrie deoarece doar una dintre cele două valve trebuie să fie deschisă (cu excepția perioadei scurte a intersecției, în care ambele sunt deschise) și strict asimetric în raport cu centrul mort inferior.

O altă caracteristică care distinge cele două motoare este „ pompa de spălare ”, care în 2T permite introducerea de gaze „proaspete” în camera de ardere prin comprimare (în general constă din carcasa pompei , delimitată de suprafața internă a pistonului și sistemul de admisie a gazului proaspăt, cum ar fi supapa de stuf). În alte cazuri (vezi motoarele diesel în 2 timpi cu spălare unidirecțională) pompa de spălare este o pompă volumetrică reală, acționată de obicei de arborele cotit; în alte cazuri, turbocompresoarele acționate de gazele de eșapament ajută la funcționarea pompei menționate anterior, care nu este complet înlocuibilă.

Supape de aspirație

Motorul unui model cu priză rotativă a manșonului

Acestea sunt prezente numai în motoarele cu carcasă de pompare, iar admisia gazelor proaspete poate avea loc prin patru dispozitive și moduri diferite:

• Orificiul pistonului : acest tip de admisie are loc prin deschiderea și închiderea unui orificiu pe cilindru de către piston.
  În carter procesul este însoțit de transferuri, care sunt la rândul lor guvernate de piston.
• Supapă Reed : acest tip de comandă are loc prin deschiderea și închiderea uneia sau mai multor stufe, așezate pe un suport, care permit fluxului de amestec proaspăt să treacă prin cilindru sau carter. Acest tip de aspirație în carter este însoțit de orificiile de transfer, care la rândul lor sunt guvernate de piston.
• Hiro Induction System : acest tip de comandă are loc printr-un "orificiu piston" mixt și "supapă Reed"
• Disc rotativ sau supapă cu manșon rotativ : acest tip de comandă are loc prin deschiderea și închiderea unui orificiu pe carter, sau mai rar pe cilindru, de către un disc fenestrat sau arborele cotit.

Dacă nu se folosește sistemul de carcasă a pompei, se utilizează alte sisteme care înlocuiesc funcția carcasei pompei, acestea sunt utilizate în mod normal pe motoarele în 4 timpi ca soluție la supraalimentare: în acest caz nu este necesar să se utilizeze niciun tip de admisie supapă.

Același subiect în detaliu: supraîncărcare .

Spălați supapele

Pentru spălare, înlocuirea gazelor de ardere cu gaze proaspete, puteți avea:

• Lumina : alunecarea pistonului deschide și închide o conductă care leagă pompa de spălare de cilindru.
• Supapă poppet : deschiderea și închiderea acestei supape, foarte asemănătoare cu cea a unui motor în patru timpi, permite introducerea încărcăturii proaspete direct în cilindru: acest tip de comandă este utilizată pentru motoarele diesel unidirecționale în doi timpi.
• Supapa învelișului : această supapă deschide sau închide o conductă, la fel ca în sistemul de lumină, dar permite valori de deschidere și închidere asimetrice.

Ungere

O altă diferență față de motorul în patru timpi se referă la ungerea internă:

• De unică folosință : lubrifiantul este transportat de fluidul proaspăt (numai aer sau amestecat cu combustibilul, în funcție de tipul motorului și de alimentarea cu combustibil) furnizat cilindrului de sistemul de admisie.
  • Mixt : lubrifiantul se adaugă direct la benzină , operație care poate fi manuală, cu adăugarea directă a uleiului și prepararea amestecului de ulei-benzină .
  • Separat : prin mixer , care poate introduce uleiul prin venturiul carburatorului (în cazul alimentării cu combustibil cu carburare) sau prin colectorul care duce la cilindrul motorului; de asemenea, pe aceste modele există o lampă de avertizare a uleiului pentru a preveni epuizarea rezervorului de ulei.
• O baie: pentru majoritatea motoarelor cu ciclu unidirecțional, lubrifierea funcționează exact ca la un motor normal în 4 timpi și poate fi bazin umed sau uscat .

Funcționarea și fazele ciclului

Schema de distribuție a unui motor 2T
1 = PMS
2 = IMM-uri
A = Spălare
B = Descărcare
C = compresie
D = Extindere

Schema de distribuție a unui motor unidirecțional în 2 timpi
1 = PMS
2 = IMM-uri
A = Spălare
B = Descărcare
C = compresie
D = Extindere

Ciclul termodinamic al motorului în doi timpi se dezvoltă complet într-o singură rotație a arborelui cotit, dar succesiunea completă a diferitelor faze care implică fluidul motorului are loc pe parcursul unei rotații, deoarece pistonul îndeplinește o funcție dublă, ca mai bine explicat mai jos.

Aspiraţie

Pistonul, ridicându-se spre TDC ( Top Dead Center ), creează un vid în carcasa pompei și, în același timp, deschide orificiul de admisie . În cazul orificiului pistonului această deschidere are loc cu sincronizare simetrică față de TDC, cu dezavantaje evidente, în timp ce în cazul supapei rotative deschiderea are o sincronizare fixă, dar optimizată pentru cea mai bună performanță într-un anumit interval de viteze de rotație. Pe de altă parte, depresiunea prezentă în carter este cea care determină deschiderea automată a supapei stuf , cu temporizare variabilă a supapei . Depresiunea (0,2-0,4 bar ) atrage amestecul proaspăt (aer-benzină) din orificiul de admisie, introducându-l în carcasa pompei , care îl va transporta în cilindru prin orificiile de transfer în faza următoare.

Pre-compresie și Transfer

În timpul coborârii pistonului către PMI ( fundul mort jos ) amestecul este comprimat în carterul pompei , cu un raport de compresie între 1,20: 1 și 1,45: 1. Când orificiile de transfer se deschid , odată ce suprapresiunea reziduală a fazei de evacuare este epuizată, amestecul de aer proaspăt-benzină intră în cilindru și datorită depresiunii generate de partea inițială a sistemului de evacuare, care ajută la transferul gazelor proaspete, în această fază, o parte din acest amestec iese și din orificiul de evacuare, amestecat cu gaze arse.

Comprimare

Pistonul, care se ridică de la PMI, blochează mai întâi porturile de transfer, apoi porturile de evacuare. Între aceste două faze, poate avea loc o primă compresie cauzată de unda de presiune reflectată de contra-conul sistemului de evacuare, dacă acesta din urmă este de tip rezonant (numit și „expansiune” datorită variației considerabile a secțiunii). În acest caz, o parte din amestecul proaspăt reintră în cilindru, chiar dacă cantitatea prinsă este mai mică decât deplasarea, deoarece în orice caz este întotdeauna prezentă o fracțiune de gaz ars.

În partea finală a compresiei, încărcătura proaspătă este deplasată de inelul squish , dacă este prezent, generând un vârtej puternic care permite o combustie mai bună și o creștere a eficienței termodinamice.

Aprindere și dilatare

Aprinderea, inițiată de o bujie , are loc cu progrese mult mai mici decât cele tipice în 4 timpi în cazul motorului cu aprindere prin scânteie , grație formei mai raționale a capului permisă de absența supapelor cu ciuperci. Posibila prezență a zonei squish permite raporturi de compresie foarte ridicate fără a atrage fenomene dăunătoare, cum ar fi detonarea ; în plus, în 2 timpi este posibilă utilizarea unui sistem de aprindere cu avans constant, fără o pierdere excesivă de eficiență.

După TDC, începe expansiunea, care se oprește atunci când orificiul de evacuare se deschide din cauza scăderii bruște a presiunii, totuși nu există o pierdere semnificativă a performanței în comparație cu un timp de 4 timpi, deoarece ambele necesită o deschidere timpurie similară a supapelor de scurgere. De-a lungul anilor, orificiul de evacuare a celor două curse a scăzut treptat, în favoarea extensiei sale transversale, pentru a obține o funcționare și o eficiență utile, complet comparabile cu cea a celor patru curse.

Descarc

În timpul fazei de coborâre, pistonul dezvăluie orificiul de evacuare. Expulzarea gazelor arse are loc printr-o simplă diferență de presiune și nu prin acțiunea de pompare a pistonului ca în 4 timpi. Eșapamentul rezonant, dacă este prezent, accelerează această fază, datorită depresiunii dezvoltate de prima secțiune a acestuia, permițând reducerea înălțimii orificiilor de eșapament și creșterea eficienței.

În unele cazuri, cum ar fi la motoarele cu admisie a supapei de stuf și compartimentul supapelor conectat la conductele de spălare, această depresiune poate afecta chiar „raportul de spălare”, crescând cantitatea de gaze proaspete care intră în cilindru.

Tipul de spălare și funcționare

Spălarea (sau transferul) cilindrului cu gaze proaspete, în motoare în doi timpi, are loc în conformitate cu diferite școli de gândire:

Fluxuri încrucișate

Motor cu flux în doi timpi

Acest tip de motor ( CrossFlow în engleză) are două orificii , unul de evacuare și unul de transfer, plasate pe laturile opuse ale cilindrului, cu pistonul prevăzut cu un deflector, pentru a preveni amestecul celor două fluxuri (gaze de eșapament și amestec proaspăt), apoi încărcătura proaspătă merge spre cap datorită formei deflectorului, în timp ce gazele arse se sting.

Acesta a fost unul dintre primele sisteme de spălare utilizate în producție, dar a fost de scurtă durată datorită complicațiilor induse de deflector, care cântărește pistonul și mărește suprafața expusă la ardere, făcând dificilă proiectarea unei camere de ardere optime.

Curenți tangențiali

Privire de ansamblu internă asupra unui motor de curent tangențial în doi timpi al Cagiva SXT 350 , fără transfer Coandă: în partea de sus puteți vedea garnitura de cupru și în partea de jos coroana pistonului.

În acest tip de spălare (Loop-scavenged în engleză), diferitele poziții și direcții ale luminilor și ale conductelor de spălare sunt studiate pentru a obține un rezultat optim și a elimina necesitatea deflectorului. În practică, luminile sunt aranjate în direcția opusă orificiului de evacuare, forțând amestecul proaspăt să se ridice spre cap, să inverseze direcția și să ajungă la evacuare numai după ce a făcut acest „viraj”, de unde și denumirea în limba engleză. Este denumită adesea spălarea „Schnürle” după inginerul german, Adolf Schnürle , care a conceput-o în 1925 . Conceput inițial pentru motoarele diesel ale KHD , a fost vândut sub licență exclusivă către DKW. Sistemul tangențial de spălare a curentului s-a răspândit pentru prima dată în Germania și, după cel de-al doilea război mondial, și în restul lumii. În prezent este tipul de spălare cel mai utilizat la motoarele moderne cu aprindere prin scânteie, invers, la motoarele cu aprindere prin compresie, a fost înlocuit cu ciclul unidirecțional.

Structuri particulare

Motorul cu ciclu de buclă a fost propus în anumite configurații particulare și controversate, care diferă mai mult sau mai puțin în structură de un motor clasic.

Motor Bourke

Acest tip de motor preia parțial avantajele motorului cu piston cu dublu diametru, dar pistonul are o formă tradițională.
Particularitatea sa este de a avea, în locul bielelor , tije acționate direct de arborele cotit după un model neobișnuit, în care fiecare tijă este echipată cu un sistem de etanșare care izolează camera în care pistonul se mișcă de carter; „pompa de spălare” constă, așadar, din partea inferioară a pistonului, cilindrul și tija cu etanșare relativă.
Raportul de precompresie este mai mare decât sistemul de bazin al pompei , dar „raportul de spălare” (raportul dintre volumul de gaze proaspete injectate în cilindru și volumul cilindrului) va fi mai mic datorită deplasării mai mici a pompei în comparație cu camera superioară, în ceea ce privește deplasarea, este necesar să se scadă diametrul tijei de control a pistonului înmulțit cu cursa. Avantajul este un arbore cotit bine lubrifiat, fiind izolat de camera pompei de spălare, dar este de asemenea adevărat că vitezele de rotație nu pot fi foarte mari, având în vedere greutățile considerabile ale pieselor în mișcare și complexitatea sistemului.
Admiterea încărcării proaspete în camera pompei poate fi reglată de oricare dintre sistemele deja văzute, pe de altă parte în ceea ce privește introducerea sarcinii în cilindru, pot fi urmate atât schema de flux transversal, cât și bucla.

Motor pivot

Tipul de motor în doi timpi conceput pentru a compensa toate defectele constructive și ecologice ale motorului clasic de amestec, preia tehnologia de injecție directă, abandonată anterior pe deplasări mari pentru motoarele rutiere și utilizată doar de motorete cu injecție electronică ; s-a născut și pentru a funcționa cu hidrogen ^[3] .
Se caracterizează printr-o mișcare departe de tradițională a pistonului, pivotată pe una dintre părți și cuplată la un sistem de admitere lamelar și încorporează parțial caracteristicile motorului pendular Taurozzi , caracterizat printr-o mișcare oscilatorie capabilă să anuleze forța laterală care se dezvoltă în mod normal pe cilindru în timpul alunecării pistonului.

Spălare unidirecțională

Exemplu clasic de motor modern unidirecțional

Acest tip de spălare (Uniflow-scavenged în engleză) este utilizat în principal la motoarele diesel în doi timpi , dar poate fi utilizat și la motoarele cu aprindere pozitivă. În cazul unui motor cu o structură clasică (în general în configurația diesel), încărcătura proaspătă este introdusă prin orificiile de transfer, în timp ce descărcarea are loc prin una sau mai multe supape cu piston și injectorul plasat pe capul motorului ^[4] , dar acest tip de motor există și într-o configurație inversă.
Denumirea este dată de faptul că fluxul de gaze proaspete merge de la capul motorului la orificiul de evacuare aproape în linie dreaptă, limitând astfel probabilitatea de a se amesteca cu gazele arse, un alt avantaj este posibilitatea de a folosi un bazin de colectare. uleios sau uscat, în cazul în care uleiul nu este în contact cu combustibilul: un motor de acest tip este Wärtsilä 2T Marine Diesel RTA96-C de la Wärtsilä , care are o eficiență mai mare de 0,51 sau 51% (rezultând unul dintre cele mai bune) ^[5] .

O variantă a acestui tip de motor (puțin folosit) folosește carterul ca pompă de spălare, prin urmare descărcarea are loc prin una sau mai multe supape ciuperci plasate pe cap: se pierde avantajul lubrifierii, deoarece uleiul trebuie amestecat cu combustibil.

Motor în 2 timpi cu pistoane opuse

Un alt caz tipic de spălare unidirecțională apare la motorul în 2 timpi cu pistoane opuse proiectate de DKW (în general în configurația cu aprindere pozitivă), unde cele două arborele cotit sunt decalate corespunzător pentru a începe descărcarea înainte de deschiderea luminilor de avertizare. Spălare și închidere porturile de transfer durează, în acest fel „pompa de spălare” poate implementa o supraalimentare reală.

Motor în 2 timpi cu cilindri paraleli, principiul de funcționare este prezentat în dreapta

O altă structură a acestui ciclu este motorul în doi timpi cu cilindri paraleli , proiectat de Garelli -Marcellino- Isomoto , care are cilindri paraleli formați dintr-un singur element, un cap care leagă cei doi cilindri formați tot dintr-o singură piesă, unde un cilindru are un orificiu de evacuare, iar celălalt permite încărcarea proaspătă a pătrunderii în carter-pompă și este echipat cu cel puțin un transfer, în plus pistoanele sunt legate de arborele cotit cu ajutorul unei singure biele "Y" sau cu o bielă montată cu o bielă ca în cazul Iso Isetta . ^{[6] [7]}
Acest aranjament permite o deplasare între pistoane, permițând o deschidere anticipată a orificiului de evacuare în raport cu orificiul transferului (transferurilor) și o închidere amânată a acestora în raport cu orificiul de evacuare, fără problema deplasării celor două arborele cotit, ceea ce duce la o pierdere a eficienței termice, deoarece totul este gestionat de un singur arbore al motorului.

Există o variantă a sistemului care asigură cei doi cilindri dispuși de-a lungul axei de rotație a arborelui cotit, ceea ce duce la a avea cei doi pistoane la înălțimile dorite în timpul rotației și fără problema culisării pe unul dintre cei doi pistoane sau a unei biele principale și a unei biele ^{[8] [9]} .

Motorul cu cilindru paralel în 2 timpi cu piston de spălat sau Ladepumpe a fost proiectat de DKW : este un motor care permite lubrifierea independent de amestecul proaspăt și un motor cu cilindru paralel construit într-un mod simplu în comparație cu ceea ce se va face mai târziu de Garelli- Marcellin - Isomoto ^[10] .

Motor în 2 timpi cu cilindri paraleli și doi arbori cotiți

O altă structură a acestui ciclu este motorul în doi timpi cu cilindri convergenti , proiectat de DKW , conținând doi cilindri convergând într-un singur punct, pentru a reduce volumul camerei de ardere, un cap, format tot dintr-o singură piesă, care conectează cei doi cilindri, dintre care unul are orificiul de refulare, iar celălalt permite încărcării proaspete să intre în carterul pompei și este echipat cu cel puțin un transfer, în plus, pistoanele sunt legate fiecare la un arborele cotit propriu, fiecare conectat la altul printr-un sistem de angrenaje creat direct pe umărul arborelui cotit și care obligă cei doi arbori să se rotească în direcții opuse, tot cu acest motor se folosește o pompă de spălare diferită de carcasa pompei, exact ca în motorul cu cilindru paralel. ^{[6] [11]}

În trepte sau cu pistoane cu dublu diametru

Motorul în trepte (Stepped piston cu motor în limba engleză), folosește o tehnică deosebită pentru aportul și distribuirea încărcăturii proaspete în cilindrul motorului, care constă dintr - un cilindru complementar și pistonul relativ care aspiră și distribuie încărcătura în interiorul altor doi cilindri., unde are loc arderea, pentru a alimenta doi cilindri, acest piston (care se rotește cu aceeași viteză ca ceilalți doi) are două camere, dintre care una este formată din cap, cilindru și piston, în timp ce al doilea este format din cilindru, piston și carter. ^[12]
Pentru a regla debitul de încărcare proaspătă în cilindrul complementar, se poate utiliza tehnica simplă a orificiului pistonului: un orificiu central al cilindrului este deschis numai atunci când pistonul este la capete, alimentând camera opusă celei utilizate în prezent, în timp ce pentru debitul direcționat către unul dintre cei doi cilindri unde are loc arderea, debitul este guvernat de simpla mișcare a pistonului care deschide sau închide orificiile orificiilor de transfer. Avantajul acestui sistem este că pistonul este mai ușor de lubrifiat și rulmenții pot fi folosiți ca la un motor în patru timpi. Brevetele pentru acest design sunt deținute de Bernard Hooper Engineering Ltd (BHE).

Evoluția acestui sistem este utilizarea pistoanelor cu dublu diametru , unde puteți avea, de asemenea, un singur cilindru care are un diametru diferențiat, adică cu o zonă superioară normală și o zonă cu diametru mai mare mai jos (lângă arborele). Motor) și De asemenea, pistonul este forjat în același mod, în acest fel funcția pompei de spălare este realizată de ansamblul cilindru-piston mai mare lateral, în timp ce partea superioară cu diametru redus funcționează ca un 2-curse normal. ^[13] Este evident că cele două pistoane trebuie să aibă unghiuri de manivelă compensate cu 180 de grade.

Precauții

La motoarele în doi timpi, se adoptă unele măsuri pentru a îmbunătăți funcționalitatea diferitelor faze și eficiența generală a motorului în 2 timpi cu carcasa pompei, de fapt, în 2 timpi unidirecțional este mai aproape de motorul în patru timpi:

• Extindere : prin redimensionarea conductelor, este posibilă centrarea rezonanței potrivite capabile să extindă rotația motorului, îmbunătățirea puterii motorului, reducerea scurgerilor de încărcare proaspătă de la descărcare și, de asemenea, optimizarea performanței mașinii.
  Acest expedient, pe de altă parte, necesită costuri mai mari: inițial a fost aplicat în domeniul competițional, însă a fost extins aproape imediat și la motocicletele de serie.
• Supape de evacuare : la mijlocul anilor '70 , tendința a fost de a construi diferite modele echipate cu supape controlate de un întrerupător centrifugal. Începând cu mijlocul anilor '80 , majoritatea companiilor producătoare au furnizat elicelor supape speciale de evacuare care, prin analiza electronică a impulsurilor generate de bobină, sincronizează deschiderea / închiderea supapei cu mișcarea pistonului, în pentru a preveni reintrarea gazelor arse în camera de ardere : aceasta duce la o reducere a consumului și o creștere semnificativă a performanței.
• Întârziere sau avans de aspirație: o întârziere de aspirație permite umplerea suplimentară a cilindrului în faza de transfer prin exploatarea rezonanțelor expansiunii, invers un avans permite umplerea suplimentară a carcasei pompei în faza de aspirație. Cele două valori sunt automate pentru sistemele de stuf autoadaptare care permit o variație a deschiderii , în timp ce pentru sistemele de supape rotative trebuie să fie o valoare fixă, optimizată pentru un regim de funcționare specific.
  Sistemele de orificii ale pistonului au un deficit serios din acest punct de vedere, deoarece trebuie să mențină valorile de deschidere scăzute pentru a evita refluxul amestecului.
• Travasi coandă , aceste transferuri sunt utilizate numai pentru motoarele cu sistem de stuf, pentru a transmite rezonanța produsă de evacuare la stuf și a accelera deschiderea acestora, pentru a îmbunătăți umplerea cilindrului și pentru a reduce depresiunea generată sub piston în timpul aspirației, în plus, cu aceste orificii de transfer, lubrifierea părții din spate a cilindrului este îmbunătățită datorită efectului Coandă și există o libertate mai mare pentru direcția celorlalte transferuri.
• Șanțarea orificiilor, orificiile orificiilor de transfer trebuie să fie oțelate pentru a preveni marginile să devină prea fierbinți sau chiar incandescenți și să se extindă excesiv, ducând la o uzură mai mare a inelelor pistonului sau chiar la riscul de confiscare .
• Plămân de recuperare , acest sistem format dintr-un element gol trebuie să fie aplicat și comunicat colectorului de alimentare și utilizat în motoarele alimentate cu carburator, permițând o mai bună umplere a carcasei pompei și o funcționalitate mai bună a supapei de reed.

Același subiect în detaliu: plămânul de recuperare .

• Super-spălare sau strat încărcat : sistem utilizat pe mașini de operare mici, care adoptă un sistem de admisie dublă, care amestecă aerul, combustibilul și lubrifiantul care sunt introduse în partea inferioară a carcasei pompei, în timp ce este mai sus și aproape de orificiile de transfer. se folosește doar admisia de aer, care intră în cantități mici în timpul creșterii pistonului și rămâne prinsă doar în orificiile de transfer, în timp ce în partea inferioară a carterului există admisia amestecului combustibil:
  Acest lucru permite o dispersie mai mică a combustibilului și o spălare mai mare a motorului în timpul fazei de spălare. ^{[14] [15] [16]}

• Șanțarea părții inferioare a fustei pistonului pentru a reduce fricțiunea pe căptușeala cilindrului și pentru a evita îndepărtarea stratului subțire de lubrifiant prezent în căptușeala cilindrului.

Comparație cu motorul 4T

De la origini până în anii nouăzeci

În timp ce într-un motor în patru timpi fazele sunt bine definite, în cel în doi timpi ajunge la o suprapunere reală: transferul are loc în același timp cu evacuarea, precum și compresia din ciclu corespunde admisiei.

La motoarele cu aprindere pozitivă cu ciclu de buclă, debituri încrucișate sau debituri treptate, întâlnirea amestecului proaspăt și ars în timpul fazei de transfer / descărcare, face ca o parte din primul amestec combustibil să iasă din conducta de evacuare sau că o parte din gazele de eșapament rămân în camera de ardere, afectând astfel puterea specifică a motorului, care în ciclul teoretic ar fi dublu față de un motor 4T, deoarece 2T are o fază utilă pentru fiecare rotație a arborelui cotit, în timp ce în patru timpi are una la fiecare două.

Inițial, limita celor 2 timpi era tocmai pentru a oferi o eficiență generală (volumetrică, termică și mecanică), cu aceeași deplasare, mai mică decât cea a unui patru timpi, datorită atât pierderilor inevitabile în faza de spălare, cât și chiar dacă într-o mică parte a presiunii efective medii reduse (consecință a deplasării utile mai mici, atât în ​​faza de expansiune, cât și în faza de aspirație a sarcinii). Cu ajutorul unor măsuri specifice, cum ar fi evacuarea rezonantă (expansiune), eficiența volumetrică s-a îmbunătățit mult și pentru acest motor (care, în orice caz, rămâne mai mic decât 4T), în timp ce eficiența termică și mecanică a fost întotdeauna mai mare decât 4T , ajungând să aibă un randament global la aceleași niveluri sau mai mare decât motorul 4T (alimentat întotdeauna de carburator), dar cu o pierdere de încărcare proaspătă mai mare decât acesta din urmă, datorită ciclului de funcționare.

Aceste limite sunt foarte scăzute la motoarele cu aprindere prin comprimare (2t diesel), inițial cu ciclu de buclă, a căror limită era o pierdere de agent de ardere (aer) din evacuare, care a necesitat injecția cu mai puțin combustibil; în cele mai recente motoare cu aprindere prin compresie , care utilizează schema ciclului unidirecțional (aplicabil și în sistemele cu aprindere pozitivă), se utilizează un compresor centrifugal sau un turbocompresor pentru a curăța și umple mai bine cilindrul. Cu această soluție, 2T are o eficiență mai mare decât orice tip de 4T, cu o pierdere de încărcare proaspătă complet comparabilă cu aceasta, fără a-și pierde caracteristicile principale (cost mai mic, întreținere mai mică și ușurință mai mare).

O altă soluție care a dus la reducerea dezavantajelor acestui motor este injecția mecanică directă, adoptată de Borgward la începutul anilor 1950 cu unele modele Gutbrod ^[17] , unele modele Goliath ^[18] și Goliath GP 700 sport ^[19] , în toate cazurile are un motor bicilindru.

Injecția electronică și-a făcut debutul ca un studiu prototip grație Dell'Orto în motoarele de drum performante în 1989 pe motorul Gilera SP01, care nu a văzut dezvoltarea drumului din cauza costurilor ^[20]

Diferențe actuale

A ciclo loop

Attualmente il maggiore limite dei motori ad accensione comandata due tempi a ciclo loop rispetto alle motorizzazioni 4T è l'accoppiamento con un' iniezione diretta (anche se utilizzata dal 2000 circa per i motori fuoribordo per piccole imbarcazioni, come i gommoni). Tale sodalizio risulta estremamente difficile per i motori motociclistici che hanno regimi di funzionamento molto più elevati, dove l'unico modello prodotto con tale sistema d'alimentazione è stato il Vdue della Bimota , il quale però è dovuto ritornare all'alimentazione a carburatore .
Questo primo insuccesso dell'iniezione diretta è dovuto al riempimento disomogeneo del cilindro e alla disuniformità della carica, creando molti problemi; attualmente aziende motociclistiche come l' Aprilia , stanno tentando di riproporre l'iniezione diretta con buoni risultati, anche se tale sistema rimane confinato agli scooter , classificati come ciclomotori a iniezione elettronica .

Un altro sistema per aumentare le prestazioni delle motorizzazioni ad accensione comandata a due tempi è l'utilizzo della cosiddetta iniezione indiretta , come nella OSSA TR , la quale permette un condotto d'aspirazione di maggiore diametro e di lunghezza ridotta rispetto al carburatore, e di conseguenza un migliore riempimento del carter pompa. La stessa OSSA produce motociclette specialistiche per enduro, equipaggiate con motori a due tempi caratterizzati da un'iniezione elettronica, in parte iniezione indiretta sfociante nel carter ed in parte iniezione diretta sfociante direttamente nel cilindro. Queste accuratezze dovrebbero garantire doti di potenza e coppia uniche nel loro genere, in totale rispetto dell'ambiente. Una strada analoga è stata intrapresa da Athena Racing , produttrice di vari tipi di gruppi termici . In questo caso il sistema di iniezione indiretta / iniezione diretta è accoppiato ad un motore di 50cc. Nell'ambito dei motori fuoribordo l' Evinrude Outboard Motors già da tempo ha lanciato una serie di propulsori a due tempi, alimentati da una sofisticata iniezione elettronica e sistema lubrificante all'avanguardia, il che permette di contenere di più le emissioni rispetto a qualsiasi altro motore, ma contemporaneamente migliorando le prestazioni ^[21] .

Honda nel 1995 ideò un sistema molto semplice, caratterizzato da una valvola di contropressione ARC (Activated Radical Combustion), che permise di ridurre le emissioni dei motori a due tempi a ciclo loop allineandole a quelle del motore a quattro tempi, la moto in questione è la Honda EXP-2 ^{[22] [23]} , successivamente venne utilizzata per il CRM 250 AR del 1996 (solo mercato giapponese) e l' Honda Pantheon . ^[24]

La Malaguti con la sua MR250 del 2008, moto per il solo mercato giapponese, utilizza un sistema di scarico con un'espansione stravolta nella forma, permettendo di generare una potenza di 50 CV, rispettando l'omologazione Euro 3 . ^[25]

Nel 2017 la KTM ufficializza la produzione di motoveicoli da competizione a due tempi da 250 e 300 cc ad iniezione elettronica nel cilindro (a luci di scarico aperte), denominato TPI (Transfer Port Injection), composto da due iniettori posti nei travasi laterali (conosciuti anche come 2° luce) ^[26] , tale sistema pur essendo ad iniezione diretta nel cilindro non inietta direttamente nella camera di combustione, in quanto l'iniezione avviene quando le luci di scarico sono ancora aperte.

Motori unidirezionali

Con i motori a due tempi a ciclo unidirezionale con immissione controllata da una o più valvole a fungo o sistema piston port (al cilindro), si ha un'inversione dei ruoli, con minor consumo specifico ed emissioni minori rispetto alla concorrente a quattro tempi, anche se perde parte dei suoi vantaggi, come la reversibilità e l'inclinabilità del motore dato che utilizza un sistema di lubrificazione pari al motore a quattro tempi, inoltre necessita di un dispositivo per il lavaggio/immissione della miscela combustibile. Questi motori vengono usati nella configurazione diesel come motorizzazione sulle navi. Recentemente tali motori navali sono stati sviluppati anche per poter essere alimentati a LNG ( Gas naturale liquefatto ) ^{[27] [28]}

Studi e prototipi

Durante la metà degli anni '90 alcune case automobilistiche produssero prototipi di motori a due tempi, tra cui FIAT con un prototipo che utilizzava tecnologia Orbital e Ferrari con il motore F134. ^[29]

Gli ultimi studi su questo tipo di motore, per via della sua versatilità, hanno portato alla luce progetti che potrebbero essere vincenti per il futuro, come ad esempio il motore omnivore della Lotus ^{[30] [31]} , alcuni dei quali riprendono soluzioni già usate in passato e hanno avuto sostegni economici da imprenditori non specializzati nel settore, come nel caso del motore della Ecomotors , sostenuto da Bill Gates e che secondo il costruttore potrebbe essere adoperato sulle autovetture ^{[32] [33]} . Il 20 aprile 2011 ha annunciato il contratto per la commercializzazione con la Zhongding Holding (Group) Company o più semplicemente Zhongding, sia per i generatori che per autotrazione ^[34] .

Pregi e difetti

Il motore a due tempi tra i suoi pro oi suoi contro a seconda dell'utilizzo, ha poco freno motore a causa delle minori parti meccaniche di cui è composto e che oppongono resistenza al movimento rispetto ad un motore a quattro tempi , per questo motivo il rendimento meccanico è migliore. Nelle applicazioni urbane questa caratteristica è più un punto a sfavore, dato che avendo meno freno motore i freni meccanici devono essere sollecitati maggiormente portando naturalmente ad una loro più rapida usura.

Pregi principali

• Motore reversibile (esclusi i motori unidirezionali): questo motore può ruotare in un verso o nell'altro senza che vi siano problemi di grippaggio per difetto di lubrificazione.
• Motore più leggero e maneggevole , data la maggiore compattezza e semplicità delle parti meccaniche necessarie al suo funzionamento.
• Motore inclinabile , come nel caso di motoseghe, ecc. (Esclusi alcuni motori unidirezionali).
• Affidabilità maggiore: avendo meno parti mobili per il suo funzionamento è soggetto a un numero inferiore di fenomeni, il che ne migliora l'affidabilità;
• Minor rischio di grippaggio entro il regime ottimale di funzionamento rispetto ai motori a quattro tempi con lubrificazione a carter umido;
• Risposta più "vigorosa" e rapida , dovuta all'accensione a ogni giro invece che ogni due, dimezzando di fatto il tempo di risposta (questo è valido a parità di regime e di unità termiche);
• Costi di gestione minori : la revisione di un motore a due tempi richiede un minor numero di parti nuove e dal costo minore in rapporto ad un analogo motore a quattro tempi. ^[35]

Difetti principali

• Maggiore emissione di gas tossici (esclusi la maggior parte dei motore a cicli unidirezionali) : ciò è dovuto alla combustione di benzina e olio (miscela), problema analogo al motore diesel;
• Minor rendimento termodinamico (esclusi i cicli unidirezionali): ciò è dovuto a una durata della fase di scarico-travaso, dove si ha la fuoriuscita di una parte della miscela fresca (dispersione di parte della carica fresca).
  • Consumo specifico più elevato (esclusi i cicli unidirezionali): soprattutto in confronto ai motori ad iniezione diretta e dovuto alla perdita di carica fresca dallo scarico.
• Costi dell'olio lubrificante (esclusi la maggior parte dei motore a cicli unidirezionali).

Note ed applicazioni

La Bimota Vdue , unica 500cc con iniezione diretta

Questo tipo di motorizzazione, in passato, oltre ad avere una vasta applicazione motociclistica, ha visto applicazione anche su mezzi pesanti e autoveicoli ^[36] .

Essa è attualmente impiegata su motocicli di media-piccola cilindrata , generalmente pari o inferiore a 300 cm³ (250, 125 e 50), preferendola al 4T. Sussistono comunque eccezioni come L' ATK Intimidator con motore da 620 e 700 cm³ .

Una valida evoluzione del 2T (già usata per i mezzi marini e nelle motoslitte ) è stata recentemente proposta da due case motociclistiche che hanno adottato al posto del tradizionale carburatore , un sistema di iniezione diretta della benzina nel cilindro ( Iniezione nei ciclomotori ), mentre la pioniera in questo campo fu Bimota, nota casa riminese con un motociclo da strada di carattere sportivo di 500 cm³ bicilindrico.

Il vantaggio di questo sistema è un totale abbattimento dei consumi poiché essendoci un ciclo controllato da una centralina elettronica, la benzina viene iniettata direttamente nel cilindro in quantità calibrata e dosata, evitando così di passare per i travasi e per il carter dell'albero, dove comunque si perde una minima quantità di carburante, che i deposita sulle pareti. Quest'alimentazione inoltre permette di ridurre in maniera drastica gli inquinanti emessi dal motore 2T, in cui la combustione non è mai perfetta per via dell'olio e con il lavaggio una parte del carburante immesso va persa, mentre con l'iniezione diretta gran parte del carburante partecipa alla combustione. Questo sistema permette quindi d'avere una potenza specifica leggermente superiore (dato che il lavaggio avviene con sola aria e olio, consentendo un maggior riempimento di comburente nel cilindro), ma si ha soprattutto un aumento del rendimento energetico (consumo specifico minor . e)

Il bicilindrico 500 cm³, modello piuttosto raro ad oggi, aveva un motore a V di 90° da 110 CV ad iniezione elettronica diretta con 2 iniettori per cilindro. Nonostante la bontà del progetto che prevedeva un pesante aiuto dell' elettronica , per semplicità la casa ha poi preferito ripiegare sui carburatori , dati i problemi iniziali legati a questo sistema, molto complicato ma poco studiato e sviluppato, che portava in alcuni casi a far spaccare i pistoni.

Attualmente il motore a due tempi trova valida applicazione nel campo navale su motori di enorme cilindrata dove la fase passiva del lavaggio viene rimossa in quanto ne sopperisce il funzionamento un sistema di turbocompressione dove i gas di scarico alimentano una turbina che fa girare un compressore che comprime l'aria fresca e l'invia tramite appositi condotti ai cilindri.
Questa sua caratteristica vale anche per i motori dei fuoribordo, grazie alla loro migliore funzionalità, anche se dal 2005 sempre più costruttori producono motori a quattro tempi per fuoribordo. ^[37]

Numero di cilindri

Nel corso degli anni la motorizzazione a due tempi è stata proposta in vari frazionamenti:

Monocilindrico

Utilizzato sulla maggior parte delle moto 2T e sulla totalità di quelle prodotte ai giorni d'oggi, dove le cilindrate prodotte vanno dai piccoli 50 cm³ per ogni categoria di moto al 700 prodotto dalla tedesca Zabel utilizzato per il sidecarcross.

Bicilindrico

Utilizzato con cilindrate tra i 250 ei 500 cm³ solo sulle moto stradali come l' Aprilia RS 250, la Bimota VDue 500 e la Yamaha RD 350 , bicilindrica frontemarcia dalle prestazioni notevoli, costi tutto sommato contenuti e nota per il suo motore potente e robusto, richiedeva però un'accurata messa a punto della ciclistica. Notevoli erano pure i bicilindrici 125 di Benelli e Malanca commercializzate a cavallo tra gli anni '70 ei primi '80.

Tricilindrico

Utilizzato soprattutto negli anni sessanta - settanta su motociclette stradali di cilindrata medio-alta, come la Kawasaki 500 H1 , la Suzuki GT 750 o la Motobécane 350 L3 .
Negli anni ottanta ricordiamo la Honda NS , da 500 cm³ nella versione da Gran Premio e 400 cm³ in quella stradale, entrambe mosse da tricilindrici a V di 90°. Lo schema era già utilizzato dalla DKW per le sue moto da GP degli anni cinquanta .

Nel 1967 venne prodotta la Saab Sonett , con motore tricilindrico a due tempi ^[38]

Quadricilindrico

Utilizzato sulle vecchie moto della classe 500 , come la Suzuki RG 500, l' Honda NSR 500 , la Yamaha YZR 500 e la Cagiva C594 , mentre nella classe 125 si ha la Yamaha RA31 del '67, con i cilindri a V.

Su moto stradali è comparso solo in sporadici ma significativi casi, come sulla Suzuki RG-Γ 500, in pratica una replica stradale delle motociclette di Hamamatsu utilizzate nella classe maggiore, dove lo schema del motore era denominato "in quadrato", il motore, cioè, si componeva idealmente di due bicilindrici frontemarcia uno dietro l'altro. Degna di nota anche la coeva Yamaha RD 500 , con disposizione dei cilindri a V.

Esacilindrico

Utilizzato nella versione con alimentazione diesel come propulsore per il carro armato Chieftain .

Octocilindrico

L'unica realizzazione di questi tipo, tra i motori a due tempi, è la Galbusera 500 V8 , presentata alla XIX Esposizione del ciclo e motociclo di Milano e progettata da Adolfo Marama Toyo , che disponeva di un propulsore 8 cilindri a V trasversale accoppiati.

Note

Voci correlate

• Motore ibrido a due/quattro tempi
• Ciclo Otto
• Ciclo Diesel

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su motore a due tempi

Collegamenti esterni

• Descrizione del funzionamento di un motore a due tempi in azione , su southernskies.net .
• Motore a 2 tempi ai suoi albori , su negusweb.it .
• Motore a scalinata [ http://www.negusweb.it/meccanica/manuale_meccanica_autoveicolo/capitolo_4/images/motori_2_tempi_pluricilindrici.jpg ^{[ collegamento interrotto ]} con pistoni in serie], con pistoni a doppio diametro
• Motore a due tempi unidirezionale a cilindri paralleli , a cilindri paralleli in diverse configurazioni , monocilindrico con valvola d'aspirazione sulla testata e monocilindrico con valvola di scarico sulla testata
• Motore Pivotal , su pivotalengine.com .
• Analisi del sistema d'iniezione diretta nel 2T a ciclo loop e relativa resa , su clubdelgommone.it .
• Record di velocità motori termici da 50 cm³, John Buddenbaums Minarelli AM6 233,180 km/h Motore Storia dei record di velocità

Portale Meccanica

Portale Termodinamica

Portale Trasporti