Cosa sono i motori a due tempi?
I motori a combustione interna (IC) a due tempi sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo quando è necessario un motore semplice e robusto con un elevato rapporto potenza-peso. Questo tipo di motore è generalmente alimentato a benzina (motore ad accensione comandata) ed è impiegato in piccole applicazioni come tosaerba, motociclette, soffiatori di foglie, ecc. I motori a due tempi completano il ciclo di combustione in due fasi, mentre i motori a quattro tempi richiedono quattro fasi per ciclo di combustione.
Piccolo Motore a Due Tempi
Nota - un motore a due tempi è anche chiamato 'motore 2 tempi', o 'motore due tempi', ma le varianti ortografiche indicano tutte lo stesso concetto. Allo stesso modo, un 'motore a quattro tempi', è anche scritto 'motore 4 tempi' o 'motore quattro tempi'.
Nota - i motori a benzina sono motori a accensione comandata (una scintilla da una candela accende la miscela aria/carburante all'interno del cilindro). I motori diesel sono motori a accensione per compressione (la miscela aria/carburante viene compressa e accesa a causa dell'alta temperatura all'interno del cilindro).
Parti del Motore a Due Tempi
Un motore a due tempi è composto dalle seguenti parti:
- Porta di Aspirazione Miscela Aria-Carburante – la miscela aria-carburante viene aspirata nel carter attraverso la porta di aspirazione. Una valvola a lamelle installata all'interno della porta di aspirazione funge da valvola di non ritorno (valvola unidirezionale) per controllare il flusso della miscela aria-carburante.
- Porta di Trasferimento – la miscela aria-carburante compressa viene trasferita dal carter allo spazio di combustione attraverso la porta di trasferimento.
- Porta Gas di Scarico – i gas di scarico vengono espulsi dallo spazio di combustione attraverso la porta gas di scarico.
Componenti del Motore a Due Tempi
- Carter – ospita le parti interne del motore. La miscela aria-carburante viene compressa all'interno del carter prima di entrare nella porta di trasferimento.
- Pistone – si muove tra punto morto superiore (PMS) e punto morto inferiore (PMI) in modo lineare. Un sottile film d'olio tra gli anelli del pistone e la camicia del cilindro separa lo spazio di combustione dal carter.
PMS e PMI Mostrati
- Camicia del Cilindro – dove avviene la combustione. La camicia del cilindro è anche conosciuta come camera di combustione.
Camicia del Cilindro del Motore a Quattro Tempi
- Candela – utilizzata per accendere la miscela aria-carburante. I motori a benzina utilizzano candele e sono conosciuti come motori ad accensione comandata. I motori diesel non utilizzano candele e sono conosciuti come motori ad accensione per compressione.
Candela
- Albero a Gomiti – un albero utilizzato per convertire il movimento lineare alternato del pistone in movimento rotatorio.
Albero a Gomiti con Etichette
- Volano – utilizzato per immagazzinare energia e ridurre le vibrazioni del motore.
- Biella – collega il pistone all'albero a gomiti. Non c'è connessione diretta tra la biella e l'albero a gomiti poiché cuscinetti a strisciamento e olio lubrificante separano i due componenti. La biella è anche conosciuta come asta di collegamento.
Lubrificazione Albero a Gomiti e Biella
- Perno di Spinotto – collega la biella al pistone. Il perno di spinotto è anche conosciuto come perno del pistone.
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Come Funzionano i Motori a Combustione Interna (IC)
I motori a quattro tempi e a due tempi sono entrambi tipi di motori a combustione interna (IC). Tutti i motori IC devono completare quattro fasi principali per completare un ciclo di combustione completo (ciclo di potenza). Queste fasi sono:
- Aspirazione
- Compressione
- Accensione (Potenza)
- Scarico
Le fasi sopra sono anche a volte indicate come:
- Aspira
- Comprimi
- Scoppia
- Soffia
I motori a quattro tempi richiedono un ciclo completo (movimento completo tra PMS e PMI, o PMI e PMS) per ogni fase. I motori a due tempi completano diverse fasi per ciclo.
Come funzionano i motori a due tempi?
Il video qui sotto è un estratto del nostro Corso Video Online sui Fondamenti dei Motori a Combustione Interna.
Fase di Aspirazione
Quando il pistone si avvicina al punto morto inferiore (PMI), comprime la miscela aria-carburante all'interno del carter e la porta di trasferimento viene scoperta. Non appena la porta di trasferimento viene scoperta, la miscela aria-carburante compressa fluisce dal carter nello spazio di combustione.
Il pistone inizia quindi a muoversi verso il punto morto superiore (PMS) e copre la porta di trasferimento mentre scopre anche la porta di ingresso del carter; la miscela aria-carburante inizia quindi a fluire dalla porta di ingresso scoperta nel carter.
Fase di Aspirazione del Motore a Due Tempi
Fase di Compressione
Il pistone continua a muoversi verso il PMS e copre la porta di scarico. La miscela aria-carburante all'interno dello spazio di combustione viene compressa dal pistone mentre si muove verso il PMS. Sia la temperatura che la pressione all'interno dello spazio di combustione aumentano significativamente durante questa fase.
Fase di Compressione del Motore a Due Tempi
Fase di Accensione
Poco prima del PMS, una scintilla da una candela accende la miscela aria-carburante. L'accensione avviene e un rapido aumento di pressione e temperatura forza il pistone a tornare verso il PMI.
Fase di Accensione del Motore a Due Tempi
Fase di Scarico
Mentre il pistone si muove verso il PMI, si verificano due cose. Primo, la porta di scarico viene scoperta e i gas di scarico vengono espulsi dallo spazio di combustione. Secondo, il movimento del pistone verso il PMI comprime la miscela aria-carburante all'interno del carter.
Il pistone si avvicina al PMI e la porta di trasferimento viene scoperta; la miscela aria-carburante compressa entra nello spazio di combustione e il ciclo ricomincia.
Fase di Scarico del Motore a Due Tempi
Il video qui sotto mostra il ciclo di combustione a due tempi in dettaglio:
Applicazioni Tipiche dei Motori a Due Tempi
- Motociclette
- Tosaerba
- Motori Fuoribordo per Barche
- Soffiatori di Foglie
Sebbene i motori a due tempi siano principalmente utilizzati per applicazioni di piccoli motori, è importante notare che i motori a due tempi sono anche i motori più grandi al mondo. Questi grandi motori a due tempi sono utilizzati su navi mercantili e possono pesare diverse migliaia di tonnellate.
Grande Motore a Due Tempi (pistone sospeso da una gru)
Vantaggi del Motore a Due Tempi
- Il motore a due tempi ha notevolmente meno parti (25-50% meno parti) rispetto a un motore a quattro tempi.
- La riduzione delle parti conferisce al motore un design molto più semplice rispetto a un motore a quattro tempi.
- Il peso di un motore a due tempi è molto inferiore rispetto a un motore a quattro tempi.
- A causa della riduzione del peso, il motore a due tempi ha un rapporto potenza-peso più elevato rispetto a un motore a quattro tempi.
Svantaggi del Motore a Due Tempi
- Il design più semplice del motore porta anche a una riduzione dell'efficienza rispetto a un motore a quattro tempi.
- I motori a due tempi sono generalmente più rumorosi rispetto ai motori a quattro tempi.
Perché i motori a due tempi sono più leggeri dei motori a quattro tempi?
Il carter è pieno di benzina, aria e olio, quindi non c'è bisogno di ulteriori pompe dell'olio lubrificante, tubazioni o filtri. Non c'è nemmeno bisogno di pompe dell'acqua di raffreddamento perché non ci sono passaggi del refrigerante nella testata del cilindro (nessun sistema di raffreddamento ad acqua). Il design del motore a due tempi non richiede nemmeno aste di spinta o valvole di scarico, ecc., tutto ciò porta a una grande riduzione del peso rispetto a un motore a quattro tempi.
Perché i motori a due tempi sono meno efficienti dei motori a quattro tempi?
I motori a quattro tempi hanno più parti del motore e possono controllare meglio quando le valvole di aspirazione e le valvole di scarico si aprono e si chiudono. Controllare il tempo di apertura delle valvole consente di estrarre la massima quantità di energia dalla fase di potenza prima che si verifichi la fase di scarico; ciò porta a un aumento complessivo dell'efficienza del motore.
Il tempo di iniezione del carburante può essere controllato più precisamente con un motore a quattro tempi rispetto a un motore a due tempi. La quantità e la durata dell'iniezione possono essere controllate utilizzando un albero a camme o un sistema common rail, che porta nuovamente a un aumento dell'efficienza del motore.
Componenti del Modello 3D
Questo modello 3D mostra tutti i principali componenti associati a un tipico piccolo motore a due tempi, tra cui:
- Pistone
- Candela
- Camicia del Cilindro
- Carter
- Volano
- Asta del Pistone
- Perno di Spinotto
- Alette dello Scambiatore di Calore
- Porta di Trasferimento
- Porta di Aspirazione Aria e Carburante
- Porta Gas di Scarico
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Risorse Aggiuntive
http://www.animatedengines.com/twostroke.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Two-stroke_engine
https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/two-stroke1.htm