Motor de dois tempos em um carro

O mundo dos automóveis viu muitos desenvolvimentos de trem de força. Alguns deles congelaram no tempo devido ao fato de o designer não ter meios para desenvolver ainda mais sua criação. Outros provaram ser ineficazes, portanto, tais desenvolvimentos não tinham um futuro promissor.

Além do clássico motor em linha ou em forma de V, os fabricantes também produziram carros com outros designs de unidades de força. Sob o capô de alguns modelos, podia-se ver Motor Wankel, boxeador (ou boxeador), motor de hidrogênio. Algumas montadoras ainda podem usar esses trens de força exóticos em seus modelos. Além dessas modificações, a história conhece vários motores não padrão mais bem-sucedidos (alguns deles são artigo separado).

Agora vamos falar de tal motor, com o qual quase nenhum dos motoristas se deparou, a não ser para falar sobre a necessidade de cortar a grama com um cortador de grama ou cortar uma árvore com uma motosserra. Esta é uma unidade de energia de dois tempos. Basicamente, este tipo de motor de combustão interna é usado em veículos motorizados, tanques, aeronaves a pistão, etc., mas extremamente raramente em carros.

Além disso, os motores de dois tempos são muito populares no automobilismo, pois essas unidades apresentam vantagens significativas. Primeiro, eles têm um poder enorme para um pequeno deslocamento. Em segundo lugar, devido ao seu design simplificado, esses motores são leves. Esses fatores são muito importantes para os veículos esportivos de duas rodas.

Considere as características do dispositivo de tais modificações, bem como se é possível usá-las em carros.

O que é um motor de dois tempos?

Pela primeira vez, uma patente para a criação de um motor de combustão interna de dois tempos apareceu no início da década de 1880. O desenvolvimento foi apresentado pelo engenheiro Douglad Clerk. O dispositivo de sua criação incluía dois cilindros. Um era trabalhador e o outro estava bombeando um novo lote de cooperação técnico-militar.

10 anos depois, apareceu uma modificação com uma purga da câmara, na qual não havia mais um pistão de descarga. Este motor foi projetado por Joseph Day.

Paralelamente a estes desenvolvimentos, Karl Benz criou a sua própria unidade de gás, cuja patente para a produção apareceu em 1880.

O dvigun de dois tempos, como o próprio nome indica, em uma volta do virabrequim realiza todos os movimentos necessários para o abastecimento e combustão da mistura ar-combustível, bem como para a remoção dos produtos da combustão para o sistema de escapamento do veículo . Essa capacidade é fornecida por um recurso de design da unidade.

Durante um curso do pistão no cilindro, dois cursos são realizados:

1. Quando o pistão está no ponto morto inferior, o cilindro é purgado, ou seja, os produtos da combustão são removidos. Este curso é fornecido pela entrada de uma nova parte do VTS, que desloca o escapamento para o trato de escapamento. Ao mesmo tempo, a câmara é preenchida com uma nova porção de VTS.
2. Elevando-se ao ponto morto superior, o pistão fecha a entrada e a saída, o que garante a compressão do BTC no espaço acima do pistão (sem este processo, a combustão eficiente da mistura e a saída necessária da unidade de potência são impossíveis). Ao mesmo tempo, uma porção adicional da mistura de ar e combustível é sugada para a cavidade sob o pistão. Uma faísca é gerada no PMS do pistão, que inflama a mistura ar / combustível. O golpe de trabalho começa.

Isso repete o ciclo do motor. Acontece que em dois tempos, todos os movimentos são executados em dois tempos do pistão: enquanto ele se move para cima e para baixo.

O dispositivo de um motor de dois tempos?

O clássico motor de combustão interna de dois tempos consiste em:

• Carter. Esta é a parte principal da estrutura, na qual o virabrequim é fixado com rolamentos de esferas. Dependendo do tamanho do grupo cilindro-pistão, haverá um número correspondente de manivelas no virabrequim.
• Pistão. Trata-se de uma peça em forma de vidro, que é fixada na biela, semelhante à utilizada nos motores de quatro tempos. Possui ranhuras para os anéis de compressão. A eficiência da unidade durante a combustão do MTC depende da densidade do pistão, como em outros tipos de motores.
• Entrada e saída. Eles são feitos na própria carcaça do motor de combustão interna, onde são conectados os coletores de admissão e escape. Não há mecanismo de distribuição de gás em tal motor, devido ao qual os dois tempos são leves.
• Válvula. Esta parte evita que a mistura ar / combustível seja lançada de volta no trato de entrada da unidade. Quando o pistão sobe, um vácuo é criado sob ele, movendo a aba, através da qual uma nova porção de BTC entra na cavidade. Assim que ocorre um curso do curso de trabalho (uma faísca foi acionada e a mistura inflamada, movendo o pistão para o ponto morto inferior), esta válvula se fecha.
• Anéis de compressão. Estas são as mesmas peças de qualquer outro motor de combustão interna. Suas dimensões são selecionadas estritamente de acordo com as dimensões de um determinado pistão.

Projeto Hofbauer de dois tempos

Devido a muitos obstáculos de engenharia, a ideia de usar modificações de dois tempos em veículos leves não foi possível até recentemente. Em 2010, houve um avanço nesse sentido. A EcoMotors obteve um investimento decente de Bill Gates e Khosla Ventures. O motivo desse desperdício foi a apresentação do motor boxer original.

Embora tal modificação já exista há muito tempo, Peter Hofbauer criou o conceito de um dois tempos que funcionava como um boxeador clássico. A empresa chamou seu trabalho de OROS (traduzido como cilindros opostos e pistões opostos). Essa unidade pode funcionar não apenas com gasolina, mas também com diesel, mas o desenvolvedor até agora decidiu usar combustível sólido.

Se considerarmos o design clássico de um motor de dois tempos nesta capacidade, então em teoria ele pode ser usado em uma modificação semelhante e instalado em um veículo de passageiros de 4 rodas. Isso seria possível se não fossem os padrões ambientais e o alto custo do combustível. Durante a operação de um motor de combustão interna convencional de dois tempos, parte da mistura ar-combustível é removida pela porta de exaustão durante o processo de purga. Além disso, no processo de combustão do BTC, o óleo é queimado.

Apesar do grande ceticismo dos engenheiros das principais montadoras, o motor Hofbauer abriu a oportunidade para os dois tempos entrarem no capô dos carros de luxo. Se compararmos seu desenvolvimento com o do boxeador clássico, então o novo produto é 30% mais leve, pois seu design tem menos peças. Além disso, a unidade demonstra geração de energia mais eficiente durante a operação em comparação com um boxer de quatro tempos (aumento de eficiência em 15-50 por cento).

O primeiro modelo funcional recebeu a marcação EM100. Segundo o desenvolvedor, o peso do motor é de 134 kg. Sua potência é de 325 cv e o torque é de 900 Nm.

A característica de design do novo boxer é que dois pistões estão localizados em um cilindro. Eles são montados no mesmo virabrequim. A combustão do VTS ocorre entre eles, devido ao qual a energia liberada afeta simultaneamente os dois pistões. Isso explica um torque tão grande.

O cilindro oposto é configurado para atuar de forma assíncrona com o cilindro adjacente. Isso garante uma rotação suave do virabrequim sem solavancos com um torque estável.

No vídeo a seguir, o próprio Peter Hofbauer demonstra como seu motor funciona:

motor opoc como funciona.mp4

Vamos considerar em mais detalhes sua estrutura interna e o esquema geral de trabalho.

Turbocompressão

A turbocompressão é fornecida por um impulsor, em cujo eixo está instalado um motor elétrico. Embora funcione parcialmente a partir do fluxo de gás de exaustão, o impulsor eletronicamente carregado permite que o impulsor acelere mais rapidamente e gere pressão de ar. Para compensar o consumo de energia da rotação do impulsor, o dispositivo gera eletricidade quando as pás são submetidas à pressão de escape. A eletrônica também controla o fluxo do escapamento para reduzir a poluição ambiental.

Este elemento no inovador dois tempos é bastante controverso. Para criar rapidamente a pressão de ar necessária, o motor elétrico consumirá uma quantidade decente de energia. Para isso, um futuro carro que utilizará essa tecnologia terá que ser equipado com um gerador mais eficiente e baterias de maior capacidade.

Até o momento, a eficiência da superalimentação elétrica ainda está no papel. O fabricante afirma que este sistema melhora a purga do cilindro enquanto maximiza os benefícios de um ciclo de dois tempos. Em teoria, esta instalação permite dobrar a capacidade de litro da unidade em comparação com as versões de quatro tempos.

A introdução de tal equipamento certamente tornará a usina mais cara, razão pela qual ainda é mais barato usar um motor de combustão interna clássico poderoso e glutão do que um novo boxer leve.

Bielas de aço

Por seu design, a unidade lembra motores TDF. Somente nesta modificação, os contra-pistões acionam não dois virabrequins, mas um devido às longas bielas dos pistões externos.

Os pistões externos do motor são montados em longas bielas de aço conectadas ao virabrequim. Não está localizado nas bordas, como na modificação clássica do boxer, que é usado em equipamentos militares, mas entre os cilindros.

Os elementos internos também são conectados ao mecanismo de manivela. Esse dispositivo permite que você extraia mais energia do processo de combustão da mistura ar-combustível. O motor se comporta como se tivesse manivelas que proporcionam maior curso do pistão, mas o eixo é compacto e leve.

Virabrequim

O motor Hofbauer possui um design modular. A eletrônica é capaz de desligar alguns dos cilindros, de modo que o carro pode ser mais econômico quando o ICE está com uma carga mínima (por exemplo, ao navegar em uma pista plana).

Em motores de 4 tempos com injeção direta (para obter detalhes sobre os tipos de sistemas de injeção, leia em outra revisão) o desligamento dos cilindros é garantido pela interrupção do fornecimento de combustível. Neste caso, os pistões ainda se movem nos cilindros devido à rotação do virabrequim. Eles simplesmente não queimam combustível.

Quanto ao desenvolvimento inovador da Hofbauer, o desligamento de um par de cilindros é proporcionado por uma embreagem especial montada no virabrequim entre os pares correspondentes de cilindro-pistão. Quando o módulo é desconectado, a embreagem simplesmente desconecta a parte do virabrequim responsável por esta seção.

Como os pistões em movimento em um motor clássico de combustão interna de 2 tempos em marcha lenta ainda vão sugar uma nova porção do VTS, nesta modificação este módulo para de funcionar completamente (os pistões permanecem imobilizados). Assim que a carga no motor aumenta, em determinado momento, a embreagem conecta a seção inoperante do virabrequim e o motor aumenta a potência.

Cilindro

No processo de ventilação do cilindro, as válvulas clássicas de 2 tempos emitem parte da mistura não queimada para a atmosfera. Por causa disso, os veículos equipados com essa unidade de energia não são capazes de atender aos padrões ambientais.

Para remediar esta lacuna, o desenvolvedor do motor oposto de dois tempos projetou um projeto de cilindro especial. Eles também têm entradas e saídas, mas sua localização reduz as emissões.

Como funciona um motor de combustão interna de dois tempos

A peculiaridade da modificação clássica de dois tempos é que o virabrequim e o pistão estão em uma cavidade preenchida com uma mistura de ar-combustível. Uma válvula de entrada está instalada na entrada. Sua presença permite que você crie pressão na cavidade sob o pistão quando ele começa a se mover para baixo. Este cabeçote acelera a purga do cilindro e a remoção dos gases de escape.

Conforme o pistão se move dentro do cilindro, ele abre / fecha alternadamente a entrada e a saída. Por este motivo, as características de design da unidade tornam possível não utilizar o mecanismo de distribuição de gás.

Para evitar que os elementos de fricção se desgastem excessivamente, eles precisam de uma lubrificação de alta qualidade. Como esses motores têm uma estrutura simples, eles são desprovidos de um sistema de lubrificação complexo que forneceria óleo para todas as partes do motor de combustão interna. Por esse motivo, um pouco de óleo do motor é adicionado ao combustível. Para isso, uma marca especial é usada para unidades de dois tempos. Este material deve reter a lubricidade em altas temperaturas e, quando queimado junto com o combustível, não deve deixar depósitos de carbono.

Embora os motores de dois tempos não tenham encontrado ampla aplicação em carros, a história conhece períodos em que esses motores estavam localizados sob o capô de alguns caminhões (!). Um exemplo disso é a unidade de energia a diesel YaAZ.

Em 1947, um motor diesel de 7 cilindros em linha deste projeto foi instalado nos caminhões de 200 toneladas YaAZ-205 e YaAZ-4. Apesar do grande peso (cerca de 800 kg), a unidade apresentava vibrações mais baixas do que muitos motores de combustão interna de automóveis de passageiros domésticos. A razão é que o dispositivo desta modificação inclui dois eixos que giram em sincronia. Esse mecanismo de equilíbrio amortecia a maior parte das vibrações do motor, que desintegrariam rapidamente a carroceria de madeira do caminhão.

Mais detalhes sobre a operação de motores de 2 tempos são descritos no vídeo a seguir:

2 TACT. Vamos tentar entender ...

Onde é necessário um motor de dois tempos?

O dispositivo de um motor de 2 tempos é mais simples do que um análogo de 4 tempos, devido ao qual eles são usados ​​nas indústrias onde o peso e o volume são mais importantes do que o consumo de combustível e outros parâmetros.

Portanto, esses motores são instalados em cortadores de grama com rodas leves e aparadores manuais para jardineiros. Segurar um motor pesado nas mãos torna muito difícil trabalhar no jardim. O mesmo conceito pode ser encontrado na fabricação de motosserras.

Sua eficiência também depende do peso do transporte aquático e aéreo, portanto os fabricantes comprometem-se com o alto consumo de combustível para criar estruturas mais leves.

No entanto, os 2-tatniks são usados ​​não apenas na agricultura e em alguns tipos de aeronaves. Em esportes automáticos / motto, o peso é tão importante quanto em planadores ou cortadores de grama. Para que um carro ou motocicleta desenvolva alta velocidade, os projetistas, criando esses veículos, usam materiais leves. Detalhes sobre os materiais de que as carrocerias são feitas são descritos aqui... Por esse motivo, esses motores têm uma vantagem sobre os motores de 4 tempos pesados ​​e tecnicamente complexos.

Aqui está um pequeno exemplo da eficácia de uma modificação de dois tempos de um motor de combustão interna em esportes. Desde 1992, algumas motocicletas têm usado um motor japonês Honda NSR4 de 500 cilindros em V em corridas de motocicletas MottoGP. Com volume de 0.5 litro, essa unidade desenvolveu 200 cavalos de potência e o virabrequim girava a 14 mil rotações por minuto.

O torque é de 106 Nm. já atingiu 11.5 mil. A velocidade máxima que essa criança era capaz de desenvolver era de mais de 320 quilômetros por hora (dependendo do peso do cavaleiro). O peso do motor em si era de apenas 45 kg. Um quilograma de peso do veículo é responsável por quase um cavalo e meio de potência. A maioria dos carros esportivos invejará essa relação peso-potência.

Comparação do motor de dois tempos e quatro tempos

A questão é por que, então, uma máquina não pode ter tal unidade produtiva? Em primeiro lugar, o clássico dois tempos é a unidade que mais desperdiça de todas as usadas em veículos. A razão para isso são as peculiaridades de soprar e encher o cilindro. Em segundo lugar, quanto a modificações de corrida como a Honda NSR500, devido às altas rotações, a vida útil da unidade é muito pequena.

As vantagens de uma unidade de 2 tempos sobre um análogo de 4 tempos incluem:

• A capacidade de remover a potência de uma rotação do virabrequim é 1.7-XNUMX vezes maior do que a produzida por um motor clássico com mecanismo de distribuição de gás. Este parâmetro é de maior importância para tecnologia marítima de baixa velocidade e modelos de aeronaves a pistão.
• Devido às características de design do motor de combustão interna, ele tem dimensões e peso menores. Este parâmetro é muito importante para veículos leves como scooters. Anteriormente, essas unidades de potência (geralmente seu volume não ultrapassava 1.7 litros) eram instaladas em carros pequenos. Em tais modificações, sopro em câmara de manivela foi fornecido. Alguns modelos de caminhões também foram equipados com motores de dois tempos. Normalmente, o volume desses motores de combustão interna era de pelo menos 4.0 litros. O sopro em tais modificações foi realizado pelo tipo de fluxo direto.
• Suas peças se desgastam menos, pois os elementos móveis, para obter o mesmo efeito dos análogos de 4 tempos, executam o dobro de movimentos (dois cursos são combinados em um curso do pistão).

Motor 4 tempos

Apesar dessas vantagens, a modificação do motor de dois tempos tem desvantagens significativas, por causa das quais ainda não é prático usá-lo em carros. Alguns desses contras:

• Os modelos de carburador funcionam com a perda de uma nova carga do VTS durante a purga da câmara do cilindro.
• Na versão de 4 tempos, os gases de escape são removidos em maior extensão do que no análogo considerado. A razão é que em um 2 tempos, o pistão não atinge o ponto morto superior durante a purga, e este processo é garantido apenas durante seu pequeno curso. Por causa disso, parte da mistura ar-combustível entra no tubo de exaustão e mais gases de exaustão permanecem no próprio cilindro. Para reduzir a quantidade de combustível não queimado no escapamento, os fabricantes modernos desenvolveram modificações com um sistema de injeção, mas mesmo neste caso é impossível remover completamente os resíduos da combustão do cilindro.
• Esses motores consomem mais energia em comparação com as versões de 4 tempos com deslocamento idêntico.
• Turbocompressores de alto desempenho são usados ​​para purgar os cilindros em motores de injeção. Nesses motores, o ar é consumido uma vez e meia a duas vezes mais. Por este motivo, é necessária a instalação de filtros de ar especiais.
• A unidade de 2 tempos gera mais ruído ao atingir a rotação máxima.
• Eles fumam mais forte.
• Em baixas rotações, eles geram fortes vibrações. Não há diferença em motores monocilíndricos com quatro e dois tempos neste aspecto.

Quanto à durabilidade dos motores de dois tempos, existe a opinião de que eles falham mais rápido devido à má lubrificação. Mas, se você não levar em consideração as unidades para motocicletas esportivas (altas rotações desabilitam rapidamente as peças), então uma regra fundamental funciona na mecânica: quanto mais simples for o projeto do mecanismo, mais ele durará.

Motores de 4 tempos têm um número maior de peças pequenas, especialmente no mecanismo de distribuição de gás (para saber como funciona a sincronização da válvula, leia aqui), que pode falhar a qualquer momento.

Como você pode ver, o desenvolvimento de motores de combustão interna não parou até agora, então quem sabe que avanço nesta área será feito pelos engenheiros. O surgimento de um novo desenvolvimento do motor de dois tempos dá esperança de que, em um futuro próximo, os carros serão equipados com motorizações mais leves e eficientes.

Em conclusão, sugerimos olhar para outra modificação de um motor de dois tempos com pistões movendo-se em direção um ao outro. É verdade que essa tecnologia não pode ser chamada de inovadora, como a versão Hofbauer, porque esses motores de combustão interna começaram a ser usados ​​ainda na década de 1930 em equipamentos militares. No entanto, para veículos leves, esses motores de 2 tempos ainda não foram usados:

Impressionante Counter Traffic Engine 2018

Perguntas e Respostas:

O que significa um motor de 2 tempos? Ao contrário de um motor de 4 tempos, todos os cursos são executados em uma revolução do virabrequim (dois cursos são executados em um curso do pistão). Nele, os processos de enchimento do cilindro e ventilação do mesmo são combinados.

Como um motor de dois tempos é lubrificado? Todas as superfícies internas de atrito do motor são lubrificadas com o óleo do combustível. Portanto, o óleo em tal motor deve ser constantemente reabastecido.

Como funciona um motor de 2 tempos? Neste motor de combustão interna, dois cursos são expressos claramente: compressão (o pistão se move para TDC e gradualmente fecha primeiro a purga e, em seguida, a porta de escape) e o curso de trabalho (após a ignição do BTC, o pistão se move para o BDC, abrindo as mesmas portas para purga).