Motore a due tempi in un'auto

Il mondo delle automobili ha visto molti sviluppi del propulsore. Alcuni di loro si sono congelati nel tempo a causa del fatto che il designer non aveva i mezzi per sviluppare ulteriormente la sua idea. Altri si sono rivelati inefficaci, quindi tali sviluppi non hanno avuto un futuro promettente.

Oltre al classico motore in linea oa forma di V, i produttori producevano anche auto con altri modelli di propulsori. Sotto il cofano di alcuni modelli si poteva vedere Motore Wankel, pugile (o pugile), motore a idrogeno. Alcune case automobilistiche possono ancora utilizzare propulsori così esotici nei loro modelli. Oltre a queste modifiche, la storia conosce molti motori non standard di maggior successo (alcuni di loro lo sono Un articolo a parte).

Ora parliamo di un motore del genere, con il quale quasi nessuno degli automobilisti si imbatte, se non per parlare della necessità di falciare l'erba con un tosaerba o di tagliare un albero con una motosega. Questo è un propulsore a due tempi. Fondamentalmente, questo tipo di motore a combustione interna viene utilizzato in veicoli a motore, carri armati, aerei a pistoni, ecc., Ma estremamente raramente nelle automobili.

Inoltre, i motori a due tempi sono molto popolari nel motorsport, poiché queste unità hanno vantaggi significativi. In primo luogo, hanno un potere enorme per una piccola cilindrata. In secondo luogo, grazie al loro design semplificato, questi motori sono leggeri. Questi fattori sono molto importanti per le due ruote sportive.

Considera le caratteristiche del dispositivo di tali modifiche, nonché se è possibile utilizzarle nelle auto.

Cos'è un motore a due tempi?

Per la prima volta, all'inizio del 1880, apparve un brevetto per la creazione di un motore a combustione interna a due tempi. Lo sviluppo è stato presentato dall'ingegnere Douglad Clerk. Il dispositivo della sua idea includeva due cilindri. Uno era un operaio e l'altro stava pompando un nuovo lotto di cooperazione tecnico-militare.

10 anni dopo, apparve una modifica con uno scarico della camera, in cui non c'era più un pistone di scarico. Questo motore è stato progettato da Joseph Day.

Parallelamente a questi sviluppi, Karl Benz creò la propria unità a gas, il cui brevetto per la produzione apparve nel 1880.

Il due tempi dvigun, come suggerisce il nome, in un giro dell'albero motore esegue tutte le corse necessarie per l'alimentazione e la combustione della miscela aria-carburante, nonché per l'eliminazione dei prodotti della combustione nell'impianto di scarico del veicolo . Questa capacità è fornita da una caratteristica di progettazione dell'unità.

Durante una corsa del pistone, vengono eseguite due corse nel cilindro:

1. Quando il pistone si trova al punto morto inferiore, il cilindro viene spurgato, ovvero i prodotti della combustione vengono rimossi. Questa corsa è fornita dall'aspirazione di una porzione fresca del BTC, che sposta lo scarico nel tratto di scarico. Nello stesso momento, la camera viene riempita con una nuova porzione di VTS.
2. Salendo al punto morto superiore, il pistone chiude l'ingresso e l'uscita, il che garantisce la compressione del BTC nello spazio sopra il pistone (senza questo processo, una combustione efficiente della miscela e la potenza richiesta del gruppo motore sono impossibili). Allo stesso tempo, una porzione aggiuntiva della miscela di aria e carburante viene aspirata nella cavità sotto il pistone. Viene generata una scintilla al PMS del pistone, che accende la miscela aria / carburante. Inizia la corsa di lavoro.

Questo ripete il ciclo del motore. Si scopre che in un due tempi, tutti i colpi vengono eseguiti in due colpi del pistone: mentre si muove su e giù.

Il dispositivo di un motore a due tempi?

Il classico motore a scoppio a due tempi è composto da:

• Carter. Questa è la parte principale della struttura, in cui l'albero motore è fissato con cuscinetti a sfera. A seconda delle dimensioni del gruppo cilindro-pistone, ci sarà un numero corrispondente di manovelle sull'albero motore.
• Pistone. Questo è un pezzo a forma di vetro, che è fissato alla biella, simile a quello utilizzato nei motori a quattro tempi. Ha scanalature per gli anelli di compressione. L'efficienza dell'unità durante la combustione dell'MTC dipende dalla densità del pistone, come in altri tipi di motori.
• Ingresso e uscita. Sono realizzati nella stessa carcassa del motore a combustione interna, dove sono collegati i collettori di aspirazione e di scarico. Non esiste un meccanismo di distribuzione del gas in un tale motore, grazie al quale i due tempi sono leggeri.
• Valvola. Questa parte impedisce che la miscela aria / carburante venga rigettata nel tratto di aspirazione dell'unità. Quando il pistone si solleva, si crea un vuoto sotto di esso, che muove l'aletta, attraverso la quale una nuova porzione di BTC entra nella cavità. Non appena c'è una corsa della corsa di lavoro (è scattata una scintilla e la miscela si è accesa portando il pistone al punto morto inferiore), questa valvola si chiude.
• Anelli di compressione. Queste sono le stesse parti di qualsiasi altro motore a combustione interna. Le loro dimensioni sono selezionate rigorosamente in base alle dimensioni di un particolare pistone.

Design a due tempi Hofbauer

A causa di molti ostacoli ingegneristici, l'idea di utilizzare modifiche a due tempi nei veicoli leggeri non è stata possibile implementare fino a poco tempo fa. Nel 2010 è stata compiuta una svolta in questo senso. EcoMotors ha ricevuto un discreto investimento da Bill Gates e Khosla Ventures. Il motivo di questo spreco è stata la presentazione del motore boxer originale.

Sebbene una tale modifica sia in circolazione da molto tempo, Peter Hofbauer ha creato il concetto di un due tempi che funzionava come un pugile classico. L'azienda ha chiamato il suo lavoro OROS (tradotto come cilindri contrapposti e pistoni contrapposti). Una tale unità può funzionare non solo con la benzina, ma anche con il diesel, ma lo sviluppatore ha finora optato per il combustibile solido.

Se consideriamo il design classico di un due tempi in questa capacità, in teoria può essere utilizzato in una modifica simile e installato su un veicolo a 4 ruote passeggeri. Sarebbe possibile se non fosse per gli standard ambientali e l'alto costo del carburante. Durante il funzionamento di un motore a combustione interna a due tempi convenzionale, parte della miscela aria-carburante viene rimossa attraverso la luce di scarico durante il processo di spurgo. Inoltre, nel processo di combustione di BTC, l'olio viene bruciato.

Nonostante il grande scetticismo degli ingegneri delle principali case automobilistiche, il motore Hofbauer ha offerto l'opportunità ai due tempi di entrare sotto il cofano delle auto di lusso. Se confrontiamo il suo sviluppo con il classico boxer, il nuovo prodotto è più leggero del 30%, poiché il suo design ha meno parti. Inoltre, l'unità dimostra una generazione di energia più efficiente durante il funzionamento rispetto a un boxer a quattro tempi (aumento dell'efficienza entro il 15-50 percento).

Il primo modello funzionante ha ricevuto il marchio EM100. Secondo lo sviluppatore, il peso del motore è di 134 kg. La sua potenza è di 325 CV e la coppia è di 900 Nm.

La caratteristica del design del nuovo boxer è che due pistoni si trovano in un cilindro. Sono montati sullo stesso albero motore. La combustione del VTS avviene tra di loro, grazie alla quale l'energia rilasciata agisce contemporaneamente su entrambi i pistoni. Questo spiega una coppia così enorme.

Il cilindro opposto è configurato per agire in modo asincrono con quello adiacente. Ciò garantisce una rotazione regolare dell'albero motore senza strappi con una coppia stabile.

Nel seguente video, lo stesso Peter Hofbauer mostra come funziona il suo motore:

motore opoc come funziona.mp4

Consideriamo più in dettaglio la sua struttura interna e lo schema generale di lavoro.

turbocompressore

La turbocompressione è fornita da una girante, sul cui albero è installato un motore elettrico. Sebbene funzionerà in parte dal flusso dei gas di scarico, il caricamento elettronico della girante consente alla girante di accelerare più velocemente e generare pressione dell'aria. Per compensare il consumo energetico della rotazione della girante, il dispositivo genera elettricità quando le pale sono sottoposte alla pressione di scarico. L'elettronica controlla anche il flusso di scarico per ridurre l'inquinamento ambientale.

Questo elemento nell'innovativo due tempi è piuttosto controverso. Per creare rapidamente la pressione dell'aria necessaria, il motore elettrico consumerà una discreta quantità di energia. Per fare ciò, la futura automobile, che utilizzerà questa tecnologia, dovrà essere dotata di un generatore più efficiente e di batterie di maggiore capacità.

Ad oggi, l'efficienza della sovralimentazione elettrica è ancora sulla carta. Il produttore afferma che questo sistema migliora lo spurgo del cilindro massimizzando i vantaggi di un ciclo a due tempi. In teoria, questa installazione consente di raddoppiare la capacità in litri dell'unità rispetto alle controparti a quattro tempi.

L'introduzione di tali apparecchiature renderà sicuramente la centrale più costosa, motivo per cui è ancora più economico utilizzare un potente e goloso motore a combustione interna classico rispetto a un nuovo boxer leggero.

Bielle in acciaio

Dal suo design, l'unità assomiglia ai motori TDF. Solo in questa modifica, i pistoni opposti non mettono in moto due alberi motore, ma uno a causa delle lunghe bielle dei pistoni esterni.

I pistoni esterni del motore sono montati su lunghe bielle in acciaio collegate all'albero motore. Non si trova ai bordi, come nella classica modifica del boxer, che viene utilizzata nell'equipaggiamento militare, ma tra i cilindri.

Anche gli elementi interni sono collegati alla manovella. Un tale dispositivo consente di estrarre più energia dal processo di combustione della miscela aria-carburante. Il motore si comporta come se avesse manovelle che forniscono una maggiore corsa del pistone, ma l'albero è compatto e leggero.

Albero motore

Il motore Hofbauer ha un design modulare. L'elettronica è in grado di spegnere alcuni cilindri, in modo che l'auto possa essere più economica quando l'ICE è sotto carico minimo (ad esempio, quando si viaggia su una strada pianeggiante).

Nei motori a 4 tempi con iniezione diretta (per dettagli sui tipi di sistemi di iniezione, leggere in un'altra recensione) l'arresto dei cilindri è garantito dall'arresto dell'alimentazione del carburante In questo caso, i pistoni si muovono ancora nei cilindri a causa della rotazione dell'albero motore. Semplicemente non bruciano carburante.

Per quanto riguarda lo sviluppo innovativo di Hofbauer, l'arresto di una coppia di cilindri è assicurato da una speciale frizione montata sull'albero motore tra le corrispondenti coppie cilindro-pistone. Quando il modulo è scollegato, la frizione disconnette semplicemente quella parte dell'albero motore che è responsabile di questa sezione.

Poiché lo spostamento dei pistoni in un classico motore a combustione interna a 2 tempi al minimo aspira ancora una nuova porzione di VTS, in questa modifica questo modulo smette di funzionare del tutto (i pistoni rimangono immobilizzati). Non appena il carico sull'unità di potenza aumenta, in un certo momento, la frizione collega la sezione non operativa dell'albero motore e il motore aumenta la potenza.

cilindro

Durante il processo di aerazione del cilindro, le classiche valvole a 2 tempi emettono nell'atmosfera parte della miscela incombusta. Per questo motivo, i veicoli dotati di tale unità di potenza non sono in grado di soddisfare gli standard ambientali.

Per rimediare a questa lacuna, lo sviluppatore del motore a due tempi contrapposto ha progettato uno speciale design del cilindro. Hanno anche ingressi e uscite, ma il loro posizionamento riduce le emissioni.

Come funziona un motore a combustione interna a due tempi

La particolarità della classica modifica a due tempi è che l'albero motore e il pistone si trovano in una cavità riempita con una miscela aria-carburante. Una valvola di ingresso è installata sull'ingresso. La sua presenza consente di creare pressione nella cavità sotto il pistone quando inizia a muoversi verso il basso. Questa testa accelera lo spurgo del cilindro e l'eliminazione dei gas di scarico.

Quando il pistone si muove all'interno del cilindro, apre / chiude alternativamente l'ingresso e l'uscita. Per questo motivo, le caratteristiche progettuali dell'unità consentono di non utilizzare il meccanismo di distribuzione del gas.

Per evitare che gli elementi di sfregamento si usurino eccessivamente, necessitano di una lubrificazione di alta qualità. Poiché questi motori hanno una struttura semplice, sono privi di un complesso sistema di lubrificazione che fornirebbe olio a ogni parte del motore a combustione interna. Per questo motivo, al carburante viene aggiunto un po 'di olio motore. Per questo, un marchio speciale viene utilizzato per le unità a due tempi. Questo materiale deve mantenere il potere lubrificante alle alte temperature e, se bruciato insieme al carburante, non deve lasciare depositi di carbonio.

Sebbene i motori a due tempi non fossero ampiamente utilizzati nelle automobili, la storia conosce periodi in cui tali motori si trovavano sotto il cofano di alcuni camion (!). Un esempio di questo è il propulsore diesel YaAZ.

Nel 1947, un motore diesel a 7 cilindri in linea di questo design fu installato sui camion da 200 tonnellate YaAZ-205 e YaAZ-4. Nonostante il peso elevato (circa 800 kg.), L'unità presentava vibrazioni inferiori rispetto a molti motori a combustione interna di autovetture domestiche. Il motivo è che il dispositivo di questa modifica include due alberi che ruotano in modo sincrono. Questo meccanismo di controbilanciamento ha smorzato la maggior parte delle vibrazioni del motore, che avrebbe rapidamente sgretolato il corpo del camion in legno.

Maggiori dettagli sul funzionamento dei motori a 2 tempi sono descritti nel seguente video:

2 TATTO. Proviamo a capire ...

Dove serve un motore a due tempi?

Il dispositivo di un motore a 2 tempi è più semplice di un analogo a 4 tempi, grazie al quale vengono utilizzati in quei settori in cui il peso e il volume sono più importanti del consumo di carburante e di altri parametri.

Quindi, questi motori sono installati su tosaerba a ruote leggere e tagliabordi per giardinieri. Tenere in mano un motore pesante rende molto difficile lavorare in giardino. Lo stesso concetto può essere rintracciato nella produzione di motoseghe.

La sua efficienza dipende anche dal peso dell'acqua e del trasporto aereo, quindi i produttori scendono a compromessi su un elevato consumo di carburante per creare strutture più leggere.

Tuttavia, i 2 tatnik sono utilizzati non solo nell'agricoltura e in alcuni tipi di aeromobili. Negli sport automobilistici / motto, il peso è importante tanto quanto negli alianti o nei tosaerba. Affinché un'auto o una moto sviluppino l'alta velocità, i progettisti, creando tali veicoli, utilizzano materiali leggeri. Vengono descritti i dettagli dei materiali di cui sono fatte le carrozzerie qui... Per questo motivo, questi motori hanno un vantaggio rispetto alle controparti a 4 tempi pesanti e tecnicamente complesse.

Ecco un piccolo esempio dell'efficacia di una modifica a due tempi di un motore a combustione interna nello sport. Dal 1992, alcune motociclette hanno utilizzato un motore bicilindrico a V a 4 cilindri Honda NSR500 giapponese nelle gare motociclistiche MottoGP. Con un volume di 0.5 litri, questa unità sviluppava 200 cavalli e l'albero motore girava fino a 14 mila giri al minuto.

La coppia è di 106 Nm. raggiunto già a 11.5 mila. La velocità massima che un bambino del genere era in grado di sviluppare era di oltre 320 chilometri all'ora (a seconda del peso del ciclista). Il peso del motore stesso era di soli 45 kg. Un chilogrammo di peso del veicolo rappresenta quasi un cavallo e mezzo. La maggior parte delle auto sportive invidierà questo rapporto peso / potenza.

Confronto tra motore a due tempi e motore a quattro tempi

La domanda è perché, allora, una macchina non può avere un'unità produttiva del genere? In primo luogo, il classico due tempi è l'unità più dispendiosa di tutto ciò che viene utilizzato nei veicoli. La ragione di ciò sono le peculiarità del soffiaggio e del riempimento del cilindro. In secondo luogo, per quanto riguarda le modifiche da corsa come la Honda NSR500, a causa degli alti regimi, la vita utile dell'unità è molto ridotta.

I vantaggi di un'unità a 2 tempi rispetto a un analogo a 4 tempi includono:

• La capacità di togliere potenza da un giro dell'albero motore è 1.7-XNUMX volte superiore a quella prodotta da un motore classico con meccanismo di distribuzione del gas. Questo parametro è di maggiore importanza per la tecnologia marina a bassa velocità e per i modelli di aeromobili a pistoni.
• A causa delle caratteristiche di progettazione del motore a combustione interna, ha dimensioni e peso inferiori. Questo parametro è molto importante per i veicoli leggeri come gli scooter. In precedenza, tali unità di potenza (di solito il loro volume non superava 1.7 litri) erano installate in piccole auto. In tali modifiche è stato fornito il soffiaggio della camera a manovella. Alcuni modelli di camion erano anche dotati di motori a due tempi. Di solito il volume di tali motori a combustione interna era di almeno 4.0 litri. Il soffiaggio in tali modifiche è stato effettuato dal tipo a flusso diretto.
• Le loro parti si usurano meno, poiché gli elementi mobili, per ottenere lo stesso effetto degli analoghi a 4 tempi, eseguono il doppio dei movimenti (due corse sono combinate in una corsa del pistone).

Motore a 4 tempi

Nonostante questi vantaggi, la modifica del motore a due tempi presenta notevoli inconvenienti, per cui non è ancora pratico utilizzarlo in auto. Alcuni di questi svantaggi:

• I modelli a carburatore funzionano con la perdita di una carica fresca del VTS durante lo spurgo della camera del cilindro.
• Nella versione a 4 tempi, i gas di scarico vengono rimossi in misura maggiore rispetto all'analogo considerato. Il motivo è che in un 2 tempi, il pistone non raggiunge il punto morto superiore durante lo spurgo e questo processo è garantito solo durante la sua piccola corsa. Per questo motivo, una parte della miscela aria-carburante entra nel tratto di scarico e più gas di scarico rimangono nel cilindro stesso. Per ridurre la quantità di carburante incombusto nello scarico, i produttori moderni hanno sviluppato modifiche con un sistema di iniezione, ma anche in questo caso è impossibile rimuovere completamente i residui di combustione dal cilindro.
• Questi motori sono più assetati di potenza rispetto alle versioni a 4 tempi con cilindrata identica.
• I turbocompressori ad alte prestazioni vengono utilizzati per spurgare i cilindri nei motori a iniezione. In tali motori, l'aria viene consumata da una volta e mezza a due volte di più. Per questo motivo è necessaria l'installazione di filtri aria speciali.
• L'unità a 2 tempi genera più rumore al raggiungimento del regime massimo.
• Fumano più forte.
• Ai bassi regimi generano forti vibrazioni. Non c'è differenza nei motori monocilindrici a quattro e due tempi a questo proposito.

Per quanto riguarda la durata dei motori a due tempi, si ritiene che falliscano più velocemente a causa della scarsa lubrificazione. Ma, se non si prendono in considerazione le unità per motociclette sportive (i regimi elevati disabilitano rapidamente le parti), allora una regola chiave funziona nella meccanica: più semplice è il design del meccanismo, più a lungo durerà.

I motori a 4 tempi hanno un numero maggiore di piccole parti, soprattutto nel meccanismo di distribuzione del gas (per come funziona la fasatura delle valvole, leggi qui), che può rompersi in qualsiasi momento.

Come puoi vedere, lo sviluppo dei motori a combustione interna non si è fermato finora, quindi chissà quale svolta in questo settore sarà fatta dagli ingegneri. L'emergere di un nuovo sviluppo del motore a due tempi fa sperare che nel prossimo futuro le auto saranno dotate di propulsori più leggeri ed efficienti.

In conclusione, suggeriamo di esaminare un'altra modifica di un motore a due tempi con pistoni che si muovono l'uno verso l'altro. È vero, questa tecnologia non può essere definita innovativa, come la versione Hofbauer, perché tali motori a combustione interna iniziarono ad essere utilizzati negli anni '1930 nelle apparecchiature militari. Tuttavia, per i veicoli leggeri, tali motori a 2 tempi non sono ancora stati utilizzati:

Incredibile motore del contatore del traffico 2018

Domande e risposte:

Cosa significa un motore a 2 tempi? A differenza di un motore a 4 tempi, tutte le corse vengono eseguite in un giro dell'albero motore (due corse vengono eseguite in una corsa del pistone). In esso vengono combinati il ​​processo di riempimento del cilindro e di ventilazione.

Come si lubrifica un motore a due tempi? Tutte le superfici interne di sfregamento del motore sono lubrificate dall'olio nel carburante. Pertanto, l'olio in un tale motore deve essere costantemente rabboccato.

Come funziona un motore a 2 tempi? In questo motore a combustione interna sono chiaramente espresse due tempi: compressione (il pistone si porta al PMS e chiude gradualmente prima lo spurgo e poi la luce di scarico) e la corsa di lavoro (dopo l'accensione del BTC, il pistone si porta al PMS, aprendo le stesse porte per lo spurgo).