Motor de dos temps en un cotxe

El món de l’automòbil ha experimentat molts desenvolupaments en el grup motriu. Alguns d’ells es van congelar a temps a causa del fet que el dissenyador no tenia els mitjans per desenvolupar encara més la seva creació. Altres van resultar ser ineficaços, de manera que aquests desenvolupaments no tenien un futur prometedor.

A més del clàssic motor en línia o en forma de V, els fabricants també produïen cotxes amb altres dissenys d’unitats de potència. Sota el capó d'alguns models es podia veure Motor Wankel, boxejador (o boxejador), motor d’hidrogen. Alguns fabricants d'automòbils encara poden utilitzar sistemes de propulsió tan exòtics en els seus models. A més d’aquestes modificacions, la història coneix diversos motors no estàndards més reeixits (alguns d’ells sí article separat).

Parlem ara d’un motor d’aquest tipus, amb el qual gairebé cap dels motoristes no es troba, si no per parlar de la necessitat de tallar l’herba amb un tallagespa o tallar un arbre amb una motoserra. Es tracta d’una unitat de potència de dos temps. Bàsicament, aquest tipus de motors de combustió interna s’utilitzen en vehicles de motor, tancs, avions amb pistons, etc., però rarament en automòbils.

A més, els motors de dos temps són molt populars en l’automobilisme, ja que aquestes unitats tenen avantatges significatius. En primer lloc, tenen un poder enorme per a un petit desplaçament. En segon lloc, a causa del seu disseny simplificat, aquests motors són lleugers. Aquests factors són molt importants per a les dues rodes esportives.

Tingueu en compte les característiques del dispositiu d’aquestes modificacions, així com si és possible utilitzar-les en automòbils.

Què és un motor de dos temps?

Per primera vegada, a principis de la dècada de 1880 va aparèixer una patent per a la creació d’un motor de combustió interna de dos temps. El desenvolupament va ser presentat per l'enginyer Douglad Clerk. El dispositiu de la seva creació va incloure dos cilindres. Un era treballador i l’altre bombava un nou lot de cooperació tècnica i militar.

Al cap de deu anys, va aparèixer una modificació amb un bufat de cambra en què ja no hi havia un pistó de descàrrega. Aquest motor va ser dissenyat per Joseph Day.

Paral·lelament a aquests desenvolupaments, Karl Benz va crear la seva pròpia unitat de gas, la patent de la qual va aparèixer el 1880.

El dvigun de dos temps, com el seu nom indica, realitza en un sol gir del cigonyal tots els cops necessaris per al subministrament i la combustió de la mescla aire-combustible, així com per a l'eliminació de productes de combustió al sistema d'escapament del vehicle . Aquesta capacitat està assegurada per una característica de disseny de la unitat.

En un cop del pistó, es realitzen dos cops al cilindre:

1. Quan el pistó es troba al centre mort inferior, el cilindre es purga, és a dir, s’eliminen els productes de combustió. Aquest recorregut està assegurat per la ingesta d’una porció nova del BTC, que desplaça l’escapament al tractat d’escapament. Al mateix moment, hi ha un cicle d’ompliment de la cambra amb una nova porció de VTS.
2. Pujant al punt mort superior, el pistó tanca l’entrada i la sortida, cosa que garanteix la compressió del BTC a l’espai superior al pistó (sense aquest procés, la combustió eficient de la mescla i la sortida necessària de la unitat de potència són impossibles). Al mateix temps, una porció addicional de la barreja d'aire i combustible és aspirada a la cavitat sota el pistó. Al TDC del pistó, es crea una espurna que encén la barreja aire-combustible. Comença el cop de treball.

Això es repeteix el cicle del motor. Resulta que en dos temps, tots els cops es realitzen en dos cops del pistó: mentre es mou cap amunt i cap avall.

L’aparell d’un motor de dos temps?

El clàssic motor de combustió interna de dos temps consisteix en:

• Carter. Aquesta és la part principal de l'estructura en què es fixa l'arbre del cigonyal amb rodaments de boles. Depenent de la mida del grup cilindre-pistó, hi haurà un nombre de bieles corresponent al cigonyal.
• Pistó. Es tracta d’una peça en forma de vidre que s’uneix a la biela, similar a la que s’utilitza en els motors de quatre temps. Té ranures per als anells de compressió. L'eficiència de la unitat durant la combustió del MTC depèn de la densitat del pistó, com en altres tipus de motors.
• Entrada i sortida. Es fabriquen al mateix allotjament del motor de combustió interna, on estan connectats els col·lectors d’admissió i d’escapament. No hi ha cap mecanisme de distribució de gas en aquest motor, a causa del qual els dos temps són lleugers.
• Vàlvula. Aquesta part impedeix que la barreja d'aire / combustible es tiri cap a la zona d'admissió de la unitat. Quan el pistó s'eleva, es crea un buit a sota, movent la solapa, a través de la qual entra una nova porció de BTC a la cavitat. Tan aviat com es produeix un cop de carrera (es va activar una espurna i es va encendre la mescla, movent el pistó al centre mort inferior), aquesta vàlvula es tanca.
• Anells de compressió. Són les mateixes parts que en qualsevol altre motor de combustió interna. Les seves dimensions es seleccionen estrictament segons les dimensions d’un pistó concret.

Disseny de dos temps Hofbauer

A causa de molts obstacles d'enginyeria, la idea d'utilitzar modificacions de dos temps en turismes no ha estat possible fins fa poc. El 2010, es va fer un avanç en aquest sentit. EcoMotors va obtenir una inversió decent de Bill Gates i Khosla Ventures. El motiu d’aquests residus va ser la presentació del motor boxer original.

Tot i que aquesta modificació existeix des de fa molt de temps, Peter Hofbauer va crear el concepte de dos temps que funcionava segons el principi d’un boxador clàssic. La companyia va anomenar el seu treball OROS (traduït per cilindres oposats i pistons oposats). Aquesta unitat pot funcionar no només amb gasolina, sinó també amb gasoil, sinó que fins ara el desenvolupador s’ha basat en el combustible sòlid.

Si considerem el disseny clàssic de dos temps en aquesta capacitat, en teoria es pot utilitzar en una modificació similar i instal·lar-lo en un vehicle de quatre rodes per a passatgers. Seria possible si no fos per les normes mediambientals i l'elevat cost del combustible. Durant el funcionament d’un motor convencional de combustió interna de dos temps, part de la mescla aire-combustible s’elimina a través del port d’escapament durant el procés de purga. A més, en el procés de combustió de BTC, també es crema petroli.

Tot i el gran escepticisme dels enginyers dels principals fabricants d'automòbils, el motor Hofbauer va obrir l'oportunitat de dos temps per entrar sota el capó dels cotxes de luxe. Si comparem el seu desenvolupament amb el clàssic boxer, el nou producte és un 30 per cent més lleuger, ja que el seu disseny té menys parts. La unitat també demostra una producció d'energia més eficient durant el funcionament en comparació amb un boxejador de quatre temps (augment de l'eficiència en un 15-50 per cent).

El primer model de treball va rebre el marcatge EM100. Segons el desenvolupador, el pes del motor és de 134 kg. La seva potència és de 325 CV i el parell motor de 900 Nm.

La característica de disseny del nou boxador és que dos pistons es troben en un cilindre. Es munten sobre el mateix cigonyal. La combustió del VTS es produeix entre ells, a causa de la qual l'energia alliberada afecta simultàniament els dos pistons. Això explica un parell enorme.

El cilindre oposat està configurat de manera que s’activi de manera asíncrona amb el adjacent. Això garanteix una rotació suau del cigonyal sense sacsejar amb un parell estable.

Al següent vídeo, el propi Peter Hofbauer demostra com funciona el seu motor:

motor opoc com funciona.mp4

Vegem de prop la seva estructura interna i l’esquema general de treball.

Turbocompressió

La turbocompressió la proporciona un impulsor a l’eix del qual s’instal·la un motor elèctric. Tot i que funcionarà en part des del flux de gasos d’escapament, la càrrega electrònica de l’impulsor permet que l’impulsor acceleri més ràpidament i generi pressió d’aire. Per compensar el consum energètic del gir de l’impulsor, el dispositiu genera electricitat quan les pales estan sotmeses a pressió de gasos d’escapament. L’electrònica també controla el flux d’escapament per reduir la contaminació ambiental.

Aquest element de l’innovador dos temps és força controvertit. Per crear ràpidament la pressió d’aire necessària, el motor elèctric consumirà una quantitat decent d’energia. Per fer-ho, el futur cotxe, que utilitzarà aquesta tecnologia, haurà d’estar equipat amb un generador més eficient i bateries amb una capacitat més gran.

A dia d’avui, l’eficiència de la sobrecàrrega elèctrica encara està en paper. El fabricant afirma que aquest sistema millora la purga del cilindre alhora que maximitza els beneficis d’un cicle de dos temps. En teoria, aquesta instal·lació us permet duplicar la capacitat de litre de la unitat en comparació amb les parts de quatre temps.

La introducció d’aquests equips sens dubte encarirà la central, motiu pel qual encara és més barat utilitzar un potent i golafre motor de combustió interna clàssic que un nou boxejador lleuger.

Bieles d'acer

Pel seu disseny, la unitat s’assembla als motors TDF. Només en aquesta modificació, els contra pistons posaven en marxa no dos cigonyals, sinó un a causa de les llargues bieles dels pistons externs.

Els pistons externs del motor estan muntats en bieles d’acer llargues que estan connectades al cigonyal. No es troba a les vores, com en la clàssica modificació del boxador, que s’utilitza en equipament militar, sinó entre els cilindres.

Els elements interns també estan connectats al mecanisme de manovella. Aquest dispositiu permet extreure més energia del procés de combustió de la mescla aire-combustible. El motor es comporta com si tingués manovelles que proporcionen una major carrera del pistó, però l’eix és compacte i lleuger.

Cigonyal

El motor Hofbauer té un disseny modular. L’electrònica és capaç d’apagar alguns dels cilindres, de manera que el cotxe pot resultar més econòmic quan l’ICE es troba a una càrrega mínima (per exemple, quan es navega per una carretera plana).

En motors de 4 temps amb injecció directa (per obtenir més informació sobre els tipus de sistemes d’injecció, llegiu en una altra ressenya) l’aturada dels cilindres s’assegura aturant el subministrament de combustible En aquest cas, els pistons encara es mouen als cilindres a causa de la rotació del cigonyal. Simplement no cremen combustible.

Pel que fa al desenvolupament innovador de Hofbauer, l’aturada d’un parell de cilindres s’assegura mitjançant un embragatge especial muntat al cigonyal entre els corresponents parells de cilindre-pistó. Quan es desconnecta el mòdul, l'embragatge simplement desconnecta la part del cigonyal responsable d'aquesta secció.

Atès que el moviment de pistons en un clàssic motor de combustió interna de 2 temps a velocitat de ralentí encara aspirarà una part nova de VTS, en aquesta modificació aquest mòdul deixa de funcionar del tot (els pistons romanen immobilitzats). Tan bon punt la càrrega de la unitat de potència augmenta, en un moment determinat, l’embragatge connecta la secció inoperativa del cigonyal i el motor augmenta la potència.

Cilindre

En el procés de ventilació del cilindre, les clàssiques vàlvules de 2 temps emeten part de la barreja no cremada a l’atmosfera. Per això, els vehicles equipats amb aquesta unitat de potència no poden complir els estàndards ambientals.

Per solucionar aquesta deficiència, el desenvolupador del motor oposat de dos temps ha dissenyat un disseny especial dels cilindres. També tenen entrades i sortides, però el seu posicionament redueix les emissions nocives.

Com funciona un motor de combustió interna de dos temps

La peculiaritat de la clàssica modificació de dos temps és que l’eix cigonyal i el pistó es troben en una cavitat plena d’una barreja d’aire i combustible. S'instal·la una vàlvula d'entrada a l'entrada. La seva presència permet crear pressió a la cavitat sota el pistó quan comença a moure’s cap avall. Aquest capçal accelera la purga del cilindre i l’evacuació dels gasos d’escapament.

A mesura que el pistó es mou dins del cilindre, obre / tanca alternativament l’entrada i la sortida. Per aquest motiu, les característiques de disseny de la unitat permeten no utilitzar el mecanisme de distribució de gas.

Perquè els elements de fregament no es desgastin excessivament, necessiten una lubricació d’alta qualitat. Atès que aquests motors tenen una estructura senzilla, estan privats d’un complex sistema de lubricació que subministraria oli a totes les parts del motor de combustió interna. Per aquest motiu, s’afegeix una mica d’oli al motor. Per a això, s’utilitza una marca especial per a les unitats de dos temps. Aquest material ha de conservar la lubricitat a altes temperatures i, quan es crema juntament amb el combustible, no ha de deixar dipòsits de carboni.

Tot i que els motors de dos temps no s’utilitzaven molt als cotxes, la història coneix els períodes en què aquests motors es trobaven sota el capó d’alguns camions (!). Un exemple d'això és la unitat de potència dièsel YaAZ.

El 1947, es va instal·lar un motor dièsel de 7 cilindres en línia d’aquest disseny als camions YaAZ-200 i YaAZ-205 de 4 tones. Tot i el gran pes (uns 800 kg), la unitat tenia vibracions més baixes que molts motors de combustió interna dels turismes domèstics. El motiu és que el dispositiu d’aquesta modificació inclou dos eixos que giren de manera sincronitzada. Aquest mecanisme d’equilibri va esmorteir la majoria de les vibracions del motor, cosa que esmicolaria ràpidament la carrosseria de fusta del camió.

Al vídeo següent es descriuen més detalls sobre el funcionament dels motors de 2 temps:

2 TACT. Intentem entendre ...

On és necessari un motor de dos temps?

El dispositiu d’un motor de 2 temps és més senzill que un analògic de 4 temps, per la qual cosa s’utilitzen en aquelles indústries on el pes i el volum són més importants que el consum de combustible i altres paràmetres.

Per tant, aquests motors s’instal·len a tallagespes de gespa amb rodes lleugeres i talladores manuals per a jardiners. Tenir un motor pesat a les mans fa que sigui molt difícil treballar al jardí. El mateix concepte es pot rastrejar en la fabricació de motoserres.

La seva eficiència també depèn del pes de l'aigua i del transport aeri, de manera que els fabricants es comprometen amb un elevat consum de combustible per crear estructures més lleugeres.

No obstant això, els 2-tatniks s'utilitzen no només en avions agrícoles i en alguns tipus. En els esports d’automòbil, el pes és tan important com en planadors o tallagespes. Per tal que un cotxe o una moto es desenvolupi a gran velocitat, els dissenyadors, creant aquests vehicles, utilitzen materials lleugers. Es descriuen els detalls de quins materials estan fets les carrosseries del cotxe aquí... Per aquest motiu, aquests motors presenten un avantatge respecte als equips pesats i tècnicament complexos de 4 temps.

Aquí teniu un petit exemple de l’eficàcia d’una modificació de dos temps d’un motor de combustió interna en esports. Des de 1992, algunes motocicletes han utilitzat el motor japonès Honda NSR4 de quatre cilindres tipus V de dos temps en curses de motos MottoGP. Amb un volum de 500 litres, aquesta unitat va desenvolupar 0.5 cavalls de potència i el cigonyal va girar fins a 200 mil revolucions per minut.

El parell és de 106 Nm. va arribar ja a 11.5 mil. La velocitat màxima que un nen així va poder desenvolupar va ser de més de 320 quilòmetres per hora (segons el pes del pilot). El pes del propi motor era de només 45 kg. Un quilogram de pes del vehicle suposa gairebé un cavall i mig. La majoria dels cotxes esportius envejaran aquesta relació potència-pes.

Comparació de motors de dos i quatre temps

La pregunta és per què, doncs, la màquina no pot tenir una unitat tan productiva? En primer lloc, el clàssic de dos temps és la unitat més malgastadora de totes les que s’utilitzen als vehicles. El motiu d'això són les peculiaritats de la purga i l'ompliment del cilindre. En segon lloc, pel que fa a les modificacions de carreres com l’Honda NSR500, a causa de les altes revolucions, la vida útil de la unitat és molt petita.

Els avantatges d’una unitat de 2 temps respecte a un analògic de 4 temps inclouen:

• La capacitat d’eliminar energia d’una revolució del cigonyal és 1.7-XNUMX vegades superior a la generada per un motor clàssic amb un mecanisme de distribució de gas. Aquest paràmetre és de major importància per a la tecnologia marítima de baixa velocitat i els models d'avions de pistó.
• A causa de les característiques de disseny del motor de combustió interna, té unes dimensions i un pes més reduïts. Aquest paràmetre és molt important per a vehicles lleugers com els scooters. Anteriorment, aquestes unitats de potència (normalment el seu volum no superava els 1.7 litres) s’instal·laven en vehicles petits. En aquestes modificacions, es va proporcionar bufat a la cambra de manovella. Alguns models de camions també estaven equipats amb motors de dos temps. Normalment, el volum d’aquests motors de combustió interna era, com a mínim, de 4.0 litres. El bufat en aquestes modificacions es va dur a terme pel tipus de flux directe.
• Les seves parts es desgasten menys, ja que els elements mòbils, per aconseguir el mateix efecte que en els anàlegs de 4 temps, realitzen el doble de pocs moviments (es combinen dos cops en un cop de pistó).

Motor de 4 temps

Malgrat aquests avantatges, la modificació del motor de dos temps té desavantatges significatius, per la qual cosa encara no és pràctic fer-lo servir en automòbils. Aquí hi ha alguns d’aquests inconvenients:

• Els models de carburador funcionen amb la pèrdua d’una nova càrrega del VTS durant el procés de purga de la cambra del cilindre.
• En la versió de 4 temps, els gasos d’escapament s’eliminen en major mesura que en l’anàleg considerat. La raó és que en un temps de 2 temps, el pistó no arriba al punt mort superior durant la purga, i aquest procés només s’assegura durant la seva petita carrera. A causa d’això, part de la mescla d’aire i combustible entra al tracte d’escapament i queden més gasos d’escapament al propi cilindre. Per reduir la quantitat de combustible no cremat a l'escapament, els fabricants moderns han desenvolupat modificacions amb un sistema d'injecció, però fins i tot en aquest cas és impossible eliminar completament els residus de combustió del cilindre.
• Aquests motors tenen més gana de potència en comparació amb les versions de 4 temps amb un desplaçament idèntic.
• Els turbocompressors d’alt rendiment s’utilitzen per purgar els cilindres dels motors d’injecció. En aquests motors, l'aire es consumeix d'una vegada i mitja a dues vegades més. Per aquest motiu, cal instal·lar filtres d’aire especials.
• En assolir les rpm màximes, la unitat de 2 temps genera més soroll.
• Fumen més fort.
• Generen fortes vibracions a baixes revolucions. En aquest sentit, no hi ha diferència en els motors monocilíndrics de quatre i dos temps.

Pel que fa a la durabilitat dels motors de dos temps, es creu que, a causa d’una mala lubricació, fallen més ràpidament. Però, si no es tenen en compte les unitats de les motocicletes esportives (les revolucions altes desactiven ràpidament les peces), llavors una regla clau funciona en mecànica: com més senzill sigui el disseny del mecanisme, més durarà.

Els motors de 4 temps tenen un nombre més gran de peces petites, especialment en el mecanisme de distribució de gas (llegiu per veure com funciona la sincronització de les vàlvules) aquí), que es pot trencar en qualsevol moment.

Com podeu veure, el desenvolupament de motors de combustió interna no s’ha aturat fins ara, de manera que qui sap quins avenços realitzaran en aquesta àrea els enginyers. L’aparició d’un nou desenvolupament del motor de dos temps dóna l’esperança que en un futur proper els vehicles s’equiparan amb motors propulsors més lleugers i eficients.

En conclusió, suggerim examinar una altra modificació d’un motor de dos temps amb pistons que es desplacen cap a l’altre. És cert que aquesta tecnologia no es pot anomenar innovadora, com en la versió Hofbauer, perquè aquests motors de combustió interna es van començar a utilitzar als anys trenta en equipament militar. No obstant això, per als vehicles lleugers, aquests motors de 1930 temps encara no s’han utilitzat:

Impressionant Counter Traffic Engine 2018

Preguntes i respostes:

Què vol dir un motor de 2 temps? A diferència d'un motor de 4 temps, tots els temps es realitzen en una revolució del cigonyal (es realitzen dos temps en un pistó). En ell, es combina el procés d'omplir el cilindre i ventilar-lo.

Com es lubrica un motor de dos temps? Totes les superfícies internes de fregament del motor estan lubricades per l'oli del combustible. Per tant, l'oli d'aquest motor s'ha de recarregar constantment.

Com funciona un motor de 2 temps? En aquest motor de combustió interna, s'expressen clarament dos cops: la compressió (el pistó es mou al PMS i es tanca gradualment primer la purga i després el port d'escapament) i la carrera de treball (després de l'encesa del BTC, el pistó es mou al BDC, obrir els mateixos ports per a la purga).