Motore due tempi

di Alessi Alessandro, II B  I.P.S.A.S.R.  IIS “Virgilio”,  Anno scolastico 2013/2014

Il motore a due tempi è un tipo di motore a combustione interna, il quale viene alimentato da un impianto d’alimentazione e scarica i prodotti esauriti (gas di scarico) tramite un impianto di scarico. Fu inventato da Dugald Clerk nel 1879, mentre la prima sperimentazione la si ha nel 1880 da parte di Karl Benz.

Questo motore si differenzia dal più diffuso motore a quattro tempi  principalmente per la differente alternanza delle fasi attive in relazione ai giri dell’albero motore: infatti se nel quattro tempi si ha una fase attiva per ogni due giri dell’albero, nel due tempi si ha una fase attiva (ovvero la fase in cui avviene la trasformazione effettiva dell’energia chimica in termica e dunque cinetica, detta anche espansione) per ogni giro completo dell’albero.

Strutturalmente, il motore a due tempi, di norma non presenta le classiche valvole d’aspirazione e scarico, sostituite dalle “luci”, ovvero fenditure non circolari ricavate direttamente sul cilindro, aperte e chiuse dal moto alternato del pistone.

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Una caratteristica che distingue il motore a due tempi (a parte i modelli con ammissione a disco rotante e non considerando le esigenze dell’impianto elettrico di accensione) dal quattro tempi è quella di poter funzionare perfettamente in entrambi i sensi di rotazione. Questo è permesso dal fatto che le luci di scarico/travaso vengono aperte e chiuse dal pistone in maniera speculare rispetto al punto morto inferiore, dove la luce di scarico è la prima ad aprire e l’ultima a chiudere. Al contrario, nel 4 tempi la simmetricità non c’è perché deve essere aperta una soltanto delle due valvole (salvo il breve periodo dell’incrocio, in cui sono aperte entrambe), e tassativamente in modo asimmetrico rispetto al punto morto inferiore.

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Il pistone scorre in un cilindro, vincolato da una biella all’albero motore.

Il suo moto è caratterizzato da due diverse operazioni. Nella sua corsa verso la testata (fase di compressione) il pistone comprime la miscela e la prepara per l’accensione, contemporaneamente crea una depressione nel carter che così risucchia miscela fresca attraverso il carburatore. Avvenuta l’accensione il pistone si muove verso il basso, trasformando la pressione sulla sua superficie in lavoro utilizzabile attraverso biella e albero motore.

Nella sua discesa scopre la luce di scarico, attraverso la quale i gas combusti escono nell’atmosfera, contemporaneamente comprime la miscela contenuta nel carter che, seguendo i travasi, sfoga nel cilindro dove effettua il lavoro di lavaggio, facendo uscire gli ultimi gas residui e riempiendo così la camera di combustione di miscela fresca.

Il pistone risale, le luci si richiudono la miscela si comprime  ed il ciclo continua.

Questa serie di operazioni utilizza solo un periodo di salita e uno di discesa, da cui il nome di 2 tempi di questo motore. Un motore a 2 tempi avendo sole 2 fasi, a parità di numero di giri dovrebbe  dare il doppio della potenza ottenibile da un motore a 4 tempi della medesima cilindrata. In realtà ciò non si verifica, poiché il due tempi ha un rendimento meccanico, termico e volumetrico inferiore a quello del 4 tempi. Il motore a 2 tempi si comporta per certi aspetti come un motore sovra-alimentato. tale effetto è dato da una serie di fenomeni quali la risonanza, che si verifica nel collettore e nel volume del carter, ma soprattutto dagli effetti prodotti da un efficiente sistema di scarico che oltre a favorire l’estrazione dei gas combusti, facilita il risucchio di miscela nel cilindro e soprattutto impedisce che la stessa finisca incombusta all’esterno.

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l’inquinamento prodotto da queste ultime sarebbe paragonabile ad una goccia in un lago, in oltre bisogna tener conto che oggi usano motori 4 tempi hanno emissioni nocive di poco al di sotto delle 2 tempi. Questo è dovuto al fatto che adottano, per ovvi motivi, motori molto esasperati che hanno la caratteristica di bruciare più olio lubrificante rispetto a motori tradizionali.

I motori 2 tempi si riscaldano più velocemente rispetto ha un motore a 4 tempi in quanto compiono più giri è producono molto più attrito rispetto ha un motore 4 tempi.

Un motore 2 tempi è più affidabile perché si trovano meno parti meccaniche.

La lubrificazione del 4t è migliore, perchè le parti rotanti del motore sono immerse in olio puro.

COSA SIGNIFICA “GRIPPARE”

Il termine grippaggio, normalmente, si riferisce all’occorso bloccaggio di due o più organi meccanici complementari in movimento, per eccesso di attrito radente, che determina la conseguente interruzione, temporanea o permanente, del loro regolare funzionamento.

È un problema che può sopravvenire in vari tipi di macchine ma è usuale soprattutto ai motori a combustione a 2T e ai 4T e indica l’incollamento delle fasce elastiche del pistone e del pistone stesso contro la canna del cilindro.

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LE CAUSE DEL GRIPPAGGIO POSSONO ESSERE:

-Mancata lubrificazione del gruppo termico, portando le parti a contatto ad una temperatura eccessivamente elevata.

-Eccessivo sforzo a pieno gas e prolungato nel tempo, causato da un ritmo di lavoro superiore alle reali capacità della macchina.

-Carburazione errata: una carburazione troppo magra (cioè con carenza di carburante) porta ad uno scarso contributo raffreddante da parte della miscela in entrata e ad una combustione più rapida e calda della stessa, facendo dilatare eccessivamente il pistone, in particolar modo il cielo dello stesso.

-Impianto di raffreddamento rovinato, con impianti che hanno perso completamente la loro capacità di raffreddamento, per perdita completa d’acqua o per via della valvola termostatica bloccata in posizione completamente chiusa, si portano le parti del motore ad una temperatura eccessiva nel giro di qualche minuto; invece, con l’asportazione della valvola termostatica (o suo logorio) e un impianto di raffreddamento esagerato, si porta ugualmente la superficie di contatto tra cilindro e pistone ad una temperatura eccessiva, per la ridotta dilatazione del cilindro rispetto al pistone.

-Gioco errato tra le parti, un gioco troppo piccolo tra pistone e cilindro causa una rottura del velo lubrificante (per i continui contatti pistone-cilindro) con prevedibili conseguenze. Anche un gioco eccessivo risulta deleterio, infatti in questo caso il pistone non riesce a fermare i gas di scarico della camera di combustione i quali migrano tra le pareti del cilindro bruciandone il velo lubrificante. Altra accortezza da tenere in considerazione è il gioco tra l’incavo e l’altezza della fascia elastica. Infatti quando eventuale una parte di gas supera il pistone e incontra la fascia, questi gas devono seguire la strada più lunga passando all’interno dell’incavo, e non dalla parete della fascia a contatto con il cilindro. Grazie a ciò i gas perdono parte della loro pericolosità e possono passare anche sulle pareti del pistone senza creare grossi problemi.

SINTOMI DEL GRIPPAGGIO

-Improvviso calo dei giri del motore con gas aperto

-Pedalina d’avviamento bloccata o con scarsa compressione

-Enorme calo delle prestazioni.

-Rumore metallico simile ad un “gnic”

-oppure possono essere quasi impercettibili, come:

-Improvvisi mancamenti del motore con gas aperto

-Pedalina d’avviamento poco fluida

-Lieve calo delle prestazioni.

-Maggiore difficoltà a mantenere il minimo (richiede una nuova regolazione).

LE conseguenze/Danni del grippaggio possono essere:

sintomi citati sono diversi, perché a seconda del motore o del caso, si hanno comportamenti diversi, per esempio in un motore nuovo, il grippaggio porta al bloccaggio in modo più evidente che in un motore vecchio (finito). Il bloccaggio può avere come conseguenza uno squilibrio dell’albero motore, danneggiamento dei supporti di banco o cuscinetti della biella, sbiellamento o spistonamento, ma generalmente si ha solo la rovina del mantello del pistone, mentre nei casi più gravi la formazione di graffi sul cilindro.

I graffi/solchi sulla parete interna del cilindro si possono verificare in modo uguale sia su motori nuovi che vecchi e la loro dimensione/profondità dipende dal regime del motore, dal bloccaggio o meno del motore e dal periodo di lavoro in condizioni di grippaggio; nel caso di bloccaggio il graffio solco sarà più corto e concentrato, nel caso il motore non si blocchi il solco sarà tendenzialmente più lungo, ma meno profondo. Ovviamente più si circola in queste condizioni e più queste si aggravano.

Il motore tenderà a bloccarsi soprattutto in quei casi dove si ha una marcia corta, quando si diminuisce bruscamente il gas e si ha un motore da rodare o da poco rodato.

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DIFFERENZA TRA UN PISTONE MONOFASCIA E BIFASCIA

Il pistone monofascia è composta da una fascia elastica che si trova attorno al pistone, dove la sua sede si trova ha una scanalatura. Invece un pistone bifascia è composto da due fasce elastiche che si trovano nel pistone.

La differenza tra i due è che il pistone monofascia produce meno attrito e tende ad avere una resa maggiore, però riscaldando velocemente ed avendo il rischio di grippare. Il pistone bifascia produce più attrito ed ha una resa minore, però con il vantaggio di riscaldare più lentamente ed essere affidabile.

Le fasce elastiche non sono altro che degli elementi di tenuta che vengono alloggiate in delle incavature ricavate nella parte più alta del pistone. Questi anelli in pratica permettono al pistone di svolgere il suo compito, annullando il naturale gioco cilindro/pistone che ne permette il regolare scorrimento evitando il contatto diretto delle superfici metalliche, e mantenendo la loro superficie a perfetto contatto con il cilindro ne generano la perfetta tenuta, evitando il passaggio dei gas. I segmenti in genere possono assumere la forma rettangolare , ad elle, o trapezoidale, infatti nei pistoni troveremo come primi anelli quelli di tenuta, e nella parte più bassa troveremo il segmento raschiaolio che permette di raschiare l’olio dalle pareti del cilindro e evitando di farlo filtrare nella camera di combustione.

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