Motor de dois tempos

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Um motor de dois tempos tem um ou mais pistões que se movem através dos cilindros e completam um ciclo de combustão completo em apenas dois movimentos lineares. O movimento do pistão no cilindro, através dos dutos de luz entre a parte inferior do cárter e a parte superior do cilindro, permite que os gases queimados sejam evacuados e o cilindro seja preenchido com gás fresco (vapor de combustível e oxidante) .por meio da caixa clamshell . Outra técnica dos motores de dois tempos depende de válvulas de admissão e escape, como a Cummins Diesel. Nenhum gás passa para o cárter, a varredura é feita diretamente no cilindro, a injeção é feita com o fechamento das válvulas.

Origem

Inspirado no trabalho de Pierre Hugon , o primeiro motor de dois tempos foi projetado pelo engenheiro belga Étienne Lenoir em 1859. Esse motor foi aprimorado pelo engenheiro escocês Dugald Clerk em 1878.

O motor de dois tempos em forma quase idêntica ao que conhecemos hoje foi projetado por outro engenheiro inglês, Joseph Day , em 1889.

O motor Ixion foi inventado em 1897 por Léon Cordonnier e marcou o início do motor de dois tempos com distribuidor rotativo.

Motocicleta

O ciclo de dois tempos de um motor de combustão interna difere do ciclo de Beau de Rochas por ter um ciclo de apenas dois movimentos lineares do pistão em vez de quatro, embora as mesmas quatro operações (admissão, compressão, combustão / expansão e exaustão) sejam sempre realizada. Há, portanto, um ciclo do motor por rotação em vez de um a cada duas rotações para o motor de quatro tempos . O ciclo se divide da seguinte forma:

  1. Compressão, combustão, expansão e depois exaustão com transferência da mistura combustível fresca através da janela de transferência;
  2. Admissão, sucção e compressão da mistura na parte inferior do motor.

As diferentes etapas são as seguintes:

Diagrama de operação do motor de dois tempos.

Particularidades

Evoluções

O motor de 2 tempos nem sempre teve o desempenho que conhecemos hoje. Anteriormente, era um motor lento e enjoado com uma eficiência desesperadamente baixa. Muito cedo, os engenheiros fizeram mudanças para combater o principal problema do motor de 2 tempos, o fato de que as portas de admissão e escape não estão completamente fechadas durante a fase de subida do pistão causa dois fenômenos:

Diversas mudanças são, portanto, desenvolvidas ao longo do tempo. Alguns agora estão disseminados, outros mais marginais.

Os principais desenvolvimentos em motores de consumo são os seguintes:

Pote de relaxamento concedido Este pote torna possível melhorar a varredura, empurrando os gases novos de volta para o cilindro. O termo "tubo de expansão" é um nome difundido, mas impróprio (também é usado para o pré-silenciador de sistemas de escapamento de automóveis); tecnicamente é mais correto falar de um ressonador. A afinação do gatilho-ressonador é uma ciência complexa e parcialmente empírica, com sintonizadores desenvolvendo verdadeiras bibliotecas de tubos de escapamento, alguns adequados para circuitos tortuosos e outros para circuitos com linhas retas longas, tocando diferenças sutis nos quatro elementos: tubo de escapamento, cone divergente, convergente contra-cone e tubo de arrasto. Sem entrar em detalhes, um ressonador curto e barrigudo promove a potência máxima, mas em uma faixa estreita de rotações, enquanto um ressonador mais fino e mais longo promove suavidade e versatilidade do motor em detrimento da potência máxima. As propagações das ondas de pressão e contrapressão em um ressonador de 2 tempos são bastante semelhantes às encontradas no reator pulsante que foi desenvolvido durante a Segunda Guerra Mundial para mísseis V1 . Os cálculos para a concepção de vasos de relaxamento, ter em conta uma velocidade de onda da ordem de 510 metros por segundo a uma temperatura de 700  ° C . Este conceito, desenvolvido em 1955 pela CZ (marca de motocicletas da Checoslováquia), foi uma das principais melhorias do motor de dois tempos. Válvulas de entrada Essas válvulas podem ser planas ou em forma de telhado para tornar o ciclo de admissão no cárter assimétrico. Geralmente está localizado no cárter (às vezes no cilindro). A entrada da válvula por si só constitui uma pequena revolução: permite a adição de uma transferência para a parte traseira do cilindro, tornando o motor mais eficiente, e elimina o problema de refluxo do gás para o carburador, o que também permite uma partida a frio mais fácil e melhores pickups (pré-compressão melhorada). Essas válvulas planas em " cadeia " foram usadas pela primeira vez em série por fabricantes de motores de popa (Kiekhafer-Mercury, OMC-Johnson-Evinrude). A empresa japonesa Yamaha e a sueca Husqvarna aperfeiçoaram este sistema com válvulas de "teto" comercialmente chamadas de "  válvula de palheta  ", permitindo melhor fluxo e controle real dos fenômenos de ressonância. Outros desenvolvimentos consistirão na substituição das lâminas de primeira geração por ripas de epóxi ou de carbono. Como qualquer sistema cíclico, a frequência de ressonância pode perturbar a fase correta de fechamento e abertura. Observe que não há estudo sobre esses sistemas, exceto na área de compressores de refrigeração. No entanto, foi determinado que as válvulas de carbono são preferíveis para faixas de operação de alta velocidade, enquanto as de epóxi favorecem a velocidade baixa e média. A desvantagem dessas caixas de válvulas está na queda de pressão que não permite um enchimento totalmente otimizado. No entanto, é o melhor sistema de admissão porque é totalmente auto-adaptável.

Outros sistemas de admissão

O distribuidor rotativo tem a vantagem de não gerar perdas de pressão e, assim, permitir o enchimento ideal em uma determinada faixa de velocidade.

Ao contrário das caixas de válvula, a gama de uso é mais restrita. No entanto, ainda é possível usar este dispositivo para altas velocidades (com tempos de abertura elevados) e tem sido amplamente utilizado no campo da velocidade.

Variação da porta de exaustão de acordo com a velocidade Isso torna possível aumentar o tempo de exaustão em altas rotações. Raro em ciclomotores, mas difundido em máquinas de grande deslocamento. No entanto, este sistema é muito difundido no campo do jet-sky, sky-doo (muito conhecido na Bombardier), mas também no mundo do motociclismo uma vez que se tornou essencial. Assim, um sistema de abertura (eletrônico ou centrífugo) permite variar a altura da porta de exaustão. Benefícios: A abertura da válvula de escape deve coincidir com a ressonância do tubo de expansão. Ignição de avanço variável Permite o máximo desempenho em diferentes velocidades (facilitado pela chegada de ignições eletrônicas). Observe também a chegada de ignições digitais permitindo melhor adaptação do avanço de acordo com as condições. Ao contrário da maioria dos 4 tempos, o avanço deve cair consideravelmente durante o aumento da velocidade devido à melhora do enchimento com o aumento da velocidade. Outros desenvolvimentos mais marginaisQualidade do óleo

usar

Este tipo de motor é comum especialmente em motores menores, especialmente scooters. Ele tem as vantagens de simplicidade, peso e tamanho reduzido, além de operar em qualquer posição sem a necessidade de lubrificação por cárter seco . Também é usado em motores marítimos de alta potência, como o do navio porta-contêineres CMA CGM Júlio Verne , um motor em linha de 14 cilindros, com 960  mm de diâmetro e 108.000  hp de potência . Alguns grandes transportadores de GNL recentes usam motores a gás e óleo combustível de 2 tempos, cujo gás vem da evaporação do metano líquido dos tanques, o que evita a liberação de metano gasoso na atmosfera e também reduz a descarga dos poluentes contidos. em combustíveis líquidos que são usados ​​em pequenas quantidades. Porém, se se tratam também de motores a 2 tempos, são motores Diesel a gasóleo pesado, equipados com compressor (es), com injecção indirecta ou mesmo directa, e para alguns deles com válvulas que controlam a fase combustível. Esses motores obviamente têm pouco em comum com os de nossas duas rodas de pequeno ou médio deslocamento.

Na década de 1970 , o motor de dois tempos era amplamente utilizado por sua leveza, simplicidade e desempenho, além de seu menor custo de fabricação. Naquela época, muitos fabricantes de motocicletas desenvolviam modelos com motores de 2 tempos, inclusive de grande cilindrada, como a Kawasaki 750 H2 . Na França, a Motobécane 125 de 1970 é o próprio reflexo dessa época. Mas o aumento do preço do petróleo e, principalmente, as normas antipoluição cada vez mais restritivas têm limitado gradativamente o uso desse tipo de motor.
Porém, por questões de custo, confiabilidade e peso, as motocicletas com motores 2 tempos equipadas com sistema de injeção de gasolina estão cada vez mais presentes no início das competições off-road (motocross, enduro e trial).

  • Motocicletas 2 tempos

  • Kawasaki 750 H2 Mach IV primeiro modelo.

  • Motobécane 125 LT1, preparada para participar do Coupe Moto Légende .

Em 2017, surgiu a injeção direta nas KTM 250 e 300 TPI EXC (motos enduro homologadas para vias públicas e Euro 4 ). A gasolina é pulverizada por meio de dois injetores colocados nas transferências esquerda e direita. Observe que a lubrificação é fornecida por uma bomba de graxa separada, que permite que o combustível seja abastecido diretamente na bomba. Em 2020, foi a vez da TM Racing usar um sistema muito semelhante também em suas Enduro 250 e 300.

Motores marítimos

A tecnologia 2 tempos tem como vantagem a leveza e a simplicidade, o que a levou a ser adotada desde o início para os motores de popa (o tradicional Motogodille , cuja parte térmica foi produzida pela firma Buchet, e o americano ELTO desenvolvido pela americana O engenheiro sueco Ole Evinrude .) Esse tipo de motor era considerado o equivalente mecânico de um remo e precisava ser desmontado e facilmente transportado para protegê-lo de ladrões.

O industrial Goïot de Nantes, também fabricante de ferragens, e motociclista nas horas vagas, preferia falar de “propulsor destacável” para os motores de popa que desenvolveu antes da Segunda Guerra Mundial usando uma liga de alumínio de sua autoria. perfeitamente insensível à corrosão marinha.

Comparado aos motores de motocicletas, com os quais compartilha muitas características (certos fabricantes como Yamaha , Suzuki , Tohatsu , Honda , Sunbeam- British Seagull , Tomos, estão ou estiveram presentes em ambos os mercados), o motor out- 2 tempos de borda tem alguns recursos específicos.

Implantação Mecânica

Com exceção do antigo Motogodille (obliquamente), o virabrequim e o eixo de transmissão principal são dispostos verticalmente (por questões de compactação), o volante no topo, colocando, tanto quanto possível, os delicados componentes elétricos ( parafusos revestidos de platina ) protegido de respingos de água possivelmente salgada. O (s) carburador (es) (os cilindros duplos são frequentemente equipados com um único carburador para evitar ajustes de sincronização complexos) estão na parte dianteira do barco, os cilindros e as velas de ignição na parte traseira (às vezes vulneráveis ​​quando o barco desacelera e sua onda de esteira pega com isso).

Resfriamento

A solução adotada quase universalmente é o resfriamento a água (motocicletas de 2 tempos há muito são resfriadas a ar, deslocamento ou forçado por uma turbina) sem qualquer radiador. Nos motores de popa, a água é retirada diretamente da água (mar ou rio), abaixo da linha d'água por aberturas conectadas a uma bomba rotativa conectada ao eixo vertical. O rotor desta bomba ( feito de borracha nitrílica ) tem a forma de uma estrela do mar e deve ser trocado regularmente.

Este é um dos pontos mais cruciais desse tipo de motor: o usuário deve estar atento a algas, sacos plásticos entre duas águas e sedimentos em suspensão. Ele deve verificar o bypass-indicador do circuito de água (a "squeeze bottle") e estar atento ao ruído do motor, se é seco e metálico: na verdade a água de resfriamento também serve para atenuar o ruído do motor. 'escape.

Transmissão

A caixa de câmbio (ou caixa do inversor) é reduzida à sua expressão mais simples: marcha à frente, neutro e marcha à ré ou mesmo completamente ausente nos motores menores. A marcha final pode ser ajustada mudando a hélice para encontrar o passo mais adequado para o barco. Localizado abaixo da linha d'água na base do motor, é vulnerável a impactos nas rochas e o usuário deve apresentar boa navegabilidade.

Desenvolvimentos tecnológicos

Potências específicas menores que os motores de motocicleta (um deslocamento de 250  cm 3 para apenas 10  hp de potência é comum) e projetados com requisitos de segurança e confiabilidade, os motores de popa de 2 tempos sofreram mudanças. Técnicas paralelas aos seus "primos" motocicletas: entrada válvulas, ignição eletrônica CDI (geralmente selada com resina em uma caixa completamente selada), lubrificação separada (exceto para pequenas potências) e, mais recentemente, substituição dos carburadores por sistemas de injeção para cumprir as novas regras antipoluição (padrão europeu conhecido como "  Bodensee  " ).

Desde o início do XXI th  século, motores de 4 tempos têm gradualmente substituído o 2-hora de alta potência (que quase nunca desmontou o barco) mas as empresas Evinrude, Tohatsu e Kiekhafer Mercury continuou a produzir motores de injecção de 2 tempos reunião anti moderna - padrões de poluição. Outro ponto forte do motor de popa de 2 tempos é a facilidade com que pode ser reiniciado após a submersão (emborcamento do barco, queda na água durante o manuseio, pacote de mar), um simples enxágue com água doce, purga do carburador e pulverização com óleo penetrante são suficientes, ao passo que um motor de 4 tempos requer operações muito mais complexas e caras para voltar a funcionar.

Automotivo

O mais conhecido dos automóveis de 2 tempos é a série Trabant , então produzida na RDA pela empresa VEB Sachsenring Automobilwerk Zwickau .

A empresa DKW (na Alemanha Ocidental) e sua contraparte da Alemanha Oriental Wartburg produziram carros a motor de dois tempos e três cilindros que são significativamente mais eficientes e posicionados mais no topo da gama do que o Trabant básico que estava satisfeito com um gêmeo.

Na Polónia, a empresa FSO produziu de 1957 a 1983 um automóvel com motor de 2 tempos: o FSO Syrena .

O fabricante sueco Saab usou motores de 2 tempos para impulsionar seus modelos 92001 , 92 , 93 , bem como os primeiros 96s .

O micro-urbano também utilizou um motor de 2 tempos como o Isetta projetado pela empresa italiana ISO Rivolta , e o muito original Vespa 400 , concorrente do Fiat 500 Topolino, que usava um bimotor 2 tempos de 400  cm 3 equipado com uma automática mixer, um dispositivo inteligente que, sem ser uma verdadeira lubrificação separada como o Yamaha Autolube que foi o precursor.

  • Carros 2 tempos

  • Trabant 601 .

  • FSO Syrena 101.

  • Saab 96 de 1961.

  • Isetta.

Motosserras e sopradores de folhas

Hoje, pequenos motores de 2 tempos são usados ​​em todos os tipos de máquinas que exigem alta velocidade de revolução na transmissão direta, como motosserras ou sopradores de folhas , e em veículos como karting ou muitas scooters (que têm um sistema de embreagem).

  • Motosserra.

  • Lambreta.

Motores a diesel lentos ou exóticos

O ciclo de 2 tempos ainda é amplamente utilizado em enormes motores a diesel em baixa velocidade (algumas centenas de rotações por minuto), como os navios porta-contêineres de propulsão (exemplo: Wärtsilä-Sulzer 14RT-flex96C ). A exaustão é freqüentemente realizada por uma ou mais válvulas e a admissão por luzes.

Historicamente, tem sido usado em motores bastante exóticos, como:

  • o motor de pistão oposto Junkers Jumo 205  ;
  • motores delta de três virabrequins dispostos em um triângulo isósceles (lanchas e locomotivas) Napier Deltic  (de) , Fairbanks-Morse  ;
  • peso pesado Detroit Diesel. O suprimento de ar (limpeza) de um diesel de 2 tempos é fornecido por um ou mais compressores (geralmente do tipo Roots), às vezes auxiliado por um ou mais turbocompressores.

Operações básicas

O motor do ciclo de dois tempos é simples na sua construção, mas apresenta uma dinâmica complexa no seu funcionamento.

Vantagens sobre 4 tempos

  • Mecânica simples (sistema de lubrificação, distribuição ).
  • Custo de produção reduzido.
  • Facilidade de manutenção.
  • 30% mais leve que um motor de 4 tempos com a mesma cilindrada.
  • 30% menos volumoso do que um motor de 4 tempos com a mesma cilindrada.
  • Possibilidade de mais potência por litro de cilindrada (da ordem de 430  cv / l na saída da caixa de câmbio. Potência que representa até 2 vezes mais do que os motores de 4 tempos aspirados naturalmente mais extensos).
  • Pode ser usado em todas as posições sem modificação particular.
  • Ausência de todos os regimes de entrega de gás fresco na admissão graças ao uso de uma caixa de válvula.
  • Escolha de uma faixa de uso possível muito ampla (motor experimental com alto torque e flexível em baixa velocidade, ou para motocicletas do público em geral em velocidades médias da ordem de 3.000 a 8.000  rpm , em alta velocidade para competição da ordem de mais de 18.000  rpm para karting ou 35.000  rpm em casos extremos de construção de modelos ).
  • Possibilidade de gerir a alimentação por injecção directa possibilitando assim uma grande limpeza deste tipo de motor e obter um consumo à volta de 2,85  L / 100  km (ver também os motores fora de borda que registaram enormes progressos, ou os utilizados nas patinetes de neve )
  • Uma das razões para o sucesso do motor diesel 2 tempos em barcos de recreio é a menor taxa anual de franquia e navegação (DAFN, anteriormente imposto de francização): o imposto é calculado a partir do poder fiscal calculado (CV). cilindros, furo e curso, com redução de 30% para motores Diesel; e para a mesma potência mecânica, a potência fiscal de um motor diesel de 2 tempos também é menor; no entanto, este motor diesel de 2 tempos polui mais do que os 4 tempos de mesma potência.

Desvantagens

O motor tradicional de 2 tempos também tem suas desvantagens.

Principais desvantagens

Os maiores problemas são, em sua versão “clássica”, com admissão e exaustão por luzes (essas desvantagens não se aplicam a motores com admissão / exaustão por válvulas - como Diesel):

  • com um carburador , a distância percorrida pelo pistão antes do fechamento da porta de escapamento, o que causa uma perda de hidrocarbonetos não queimados . Os fenômenos de ressonância induzidos por um pote de expansão ajudam a resolver essa dificuldade, ou injeção direta , que permite varrer o cilindro com ar puro, não sendo injetado o combustível até o final da compressão. Se um silenciador simples for usado, durante a fase de admissão / exaustão até 30% da mistura pode ser perdida. Os sistemas de variação da altura da porta de escape (conhecidas como “válvula de escape”) agora permitem resolver parte deste problema bem como aumentar o alcance de utilização (binário e potência a baixas e altas velocidades);
  • o lubrificante presente em seu combustível para lubrificar o cilindro, o que gera uma emissão de óleo (mais ou menos queimado) para a atmosfera, tornando-o poluente. Esta desvantagem explica em grande parte seu abandono gradual em favor do 4 tempos . Os novos óleos de 2 tempos ( norma ISO-L-EDG ) permitem uma combustão a quente praticamente total. As últimas versões aprovadas (KTM 250 e 300 EXC TPI, por exemplo) viram seu consumo de óleo cair drasticamente graças à injeção direta;
  • devido aos resíduos não queimados do óleo contido no combustível, as velas podem sofrer um enchimento progressivo do espaço intereletrodo (“beading”). Esta desvantagem pode ser evitada por meio de um resfriamento eficiente (líquido), melhor qualidade do óleo em comparação com a década de 1970 e velas de ignição adequadas. No entanto, com o aprimoramento dos óleos para 2 tempos, hoje em dia, o perlage não existe mais;
  • o motor de 2 tempos é uma importante fonte de poluição devido às descargas de óleo e hidrocarbonetos não queimados que são potencialmente cancerígenos. Mas com a chegada da injeção direta será possível resolver esse problema, limitando a poluição, o consumo de óleo e combustível. A eficiência específica chega mesmo em alguns casos a valores de consumo de combustível mais baixos do que alguns 4 tempos. A principal causa pode ser a falta de distribuição para treinar.

Pequenas desvantagens

  • Baixa de travagem do motor .
  • Para motores "leves", desgaste mais rápido da segmentação, do pistão e do cilindro, os segmentos deformando-se ao passar pelas várias portas de admissão e escape durante o movimento no cilindro, ao contrário dos 4 tempos que têm um cilindro liso.

Notas e referências

Notas

  1. Essas ações combinadas não permitem uma mistura ótima de gases, pois os gases frescos empurram os gases queimados, de onde corre o risco de mistura dos dois. No entanto, em motores grandes, a injeção direta evita esse problema.
  2. O vácuo criado pela elevação do pistão provoca a abertura da válvula e a admissão da mistura de combustível mais ar mais óleo lubrificante.
  3. Devido à abertura simultânea da porta de entrada de gás fresco e da porta de escape.
  4. Devido ao fato de que há uma explosão por revolução, em vez de uma vez a cada duas revoluções para um 4 tempos (da mesma forma, um 6 cilindros produz um som mais alto do que um gêmeo ou um 4 cilindros).
  5. Os tubos de escape originais dos ciclomotores homologados em França têm deliberadamente um caudal baixo para restringir o motor e evitar ultrapassar os 45  km / h .
  6. Yamaha foi pioneira em uma válvula de escape rotativa (ligada ao punho do acelerador) chamada “YPVS” (Yamaha Power Valve System).
  7. De acordo com um estudo americano:
    • um motor convencional de 2 tempos emite 151  g de hidrocarbonetos por kWh  ;
    • um motor de injeção direta de 2 tempos de cerca de 40  g / kWh  ;
    • um motor de 4 tempos com a mesma potência emite 4  g / kWh .

Referências

  1. Ciclo de dois tempos , em super-soupape.com .
  2. Motor de interna , em universalis.fr .
  3. Patente FR 4404E Motor rotativo a gás ou petróleo, denominado “motor ixion”. (Prioridade FRT263851 - 1897-02-10). Léon Cordonnier.
  4. Émile Berthier, motores de aviação , Paris, livraria aeronáutica,1912( leia online ).
  5. "Valsa em duas etapas!" » , Em tract-old-engines.com .
  6. "  Aplicações de motores de dois tempos e necessidades de lubrificação  " , em amsoil.com ,1 st julho 2001(acessado em 18 de agosto de 2019 ) .
  7. Arnaud Vibien, “  A injeção KTM Enduro 2T está chegando!  » , No moto-station.com ,16 de março de 2017(acessado em 22 de abril de 2021 ) .
  8. (in) Grande motor diesel uniflow de dois tempos do tipo cruzeta de (especificação de patente europeia)8 de outubro de 2008( leia online [PDF] ).
  9. (em) Paul H. Wilkinson Diesel Engines Aviation , Aircraft Engine Historical Society, Inc.1942( OCLC  1283275 , LCCN  43008155 ) , "4 The Junkers Jumo 205 Diesel Engine".
  10. (en) Jean-Pierre Pirault e Martin Flint, Opposed Piston Engines: Evolution, Use, and Future Applications , SAE International,2009, 576  p. ( ISBN  0768018005 ).
  11. “  Vela de ignição  ” , em super-soupape.com (acessado em 17 de novembro de 2016 ) .
  12. "O motor convencional de dois tempos (aquele equipado com carburador): uma tecnologia completamente desatualizada" , em lacbowker.org (acessado em 12 de novembro de 2013).

Veja também

Artigos relacionados

links externos