Motor de dos tiempos en un automóvil

El mundo de los automóviles ha experimentado muchos desarrollos en el sistema de propulsión. Algunos de ellos se congelaron en el tiempo debido a que el diseñador no tenía los medios para desarrollar aún más su creación. Otros demostraron ser ineficaces, por lo que tales desarrollos no tenían un futuro prometedor.

Además del motor clásico en línea o en forma de V, los fabricantes también produjeron automóviles con otros diseños de unidades de potencia. Bajo el capó de algunos modelos se podía ver Motor Wankel, boxeador (o boxeador), motor de hidrogeno. Algunos fabricantes de automóviles todavía pueden usar trenes de potencia tan exóticos en sus modelos. Además de estas modificaciones, la historia conoce varios motores no estándar más exitosos (algunos de ellos son Un artículo separado).

Ahora hablemos de un motor de este tipo, con el que casi ninguno de los automovilistas se encuentra, si no es para hablar de la necesidad de cortar el césped con una cortadora de césped o cortar un árbol con una motosierra. Esta es una unidad de potencia de dos tiempos. Básicamente, este tipo de motor de combustión interna se utiliza en vehículos de motor, tanques, aviones de pistón, etc., pero muy raramente en automóviles.

Además, los motores de dos tiempos son muy populares en los deportes de motor, ya que estas unidades tienen ventajas significativas. Primero, tienen un poder enorme para un pequeño desplazamiento. En segundo lugar, debido a su diseño simplificado, estos motores son ligeros. Estos factores son muy importantes para los vehículos deportivos de dos ruedas.

Considere las características del dispositivo de tales modificaciones, así como si es posible usarlas en automóviles.

¿Qué es un motor de dos tiempos?

Por primera vez, a principios de la década de 1880 apareció una patente para la creación de un motor de combustión interna de dos tiempos. El desarrollo fue presentado por el ingeniero Douglad Clerk. El dispositivo de su creación incluía dos cilindros. Uno era un trabajador y el otro estaba generando una nueva tanda de cooperación técnico-militar.

Diez años después, apareció una modificación con purga de cámara, en la que ya no había pistón de descarga. Este motor fue diseñado por Joseph Day.

Paralelamente a estos desarrollos, Karl Benz creó su propia unidad de gas, cuya patente apareció en 1880.

El dvigun de dos tiempos, como su nombre lo indica, en una vuelta del cigüeñal realiza todas las carreras necesarias para el suministro y la combustión de la mezcla aire-combustible, así como para la eliminación de los productos de combustión en el sistema de escape del vehículo. Esta capacidad la proporciona una característica de diseño de la unidad.

Durante una carrera del pistón, se realizan dos carreras en el cilindro:

1. Cuando el pistón está en el punto muerto inferior, el cilindro se purga, es decir, se eliminan los productos de combustión. Esta carrera es proporcionada por la admisión de una porción nueva del VTS, que desplaza el escape hacia el tracto de escape. Al mismo tiempo, la cámara se llena con una porción nueva de VTS.
2. Subiendo al punto muerto superior, el pistón cierra la entrada y la salida, lo que asegura la compresión del BTC en el espacio del pistón superior (sin este proceso, la combustión eficiente de la mezcla y la salida requerida de la unidad de potencia son imposibles). Al mismo tiempo, se aspira una porción adicional de la mezcla de aire y combustible en la cavidad debajo del pistón. Se genera una chispa en el PMS del pistón, que enciende la mezcla de aire / combustible. Comienza la carrera de trabajo.

Esto repite el ciclo del motor. Resulta que en un dos tiempos, todos los golpes se realizan en dos golpes del pistón: mientras se mueve hacia arriba y hacia abajo.

¿El dispositivo de un motor de dos tiempos?

El clásico motor de combustión interna de dos tiempos consta de:

• Carretero. Esta es la parte principal de la estructura, en la que el cigüeñal se fija con cojinetes de bolas. Dependiendo del tamaño del grupo cilindro-pistón, habrá un número correspondiente de manivelas en el cigüeñal.
• Pistón. Se trata de una pieza en forma de cristal, que se fija en la biela, similar al análogo utilizado en los motores de cuatro tiempos. Tiene ranuras para los anillos de compresión. La eficiencia de la unidad durante la combustión del MTC depende de la densidad del pistón, como en otros tipos de motores.
• Entrada y salida. Se fabrican en la propia carcasa del motor de combustión interna, donde están conectados los colectores de admisión y escape. No existe un mecanismo de distribución de gas en dicho motor, por lo que los dos tiempos son livianos.
• Válvula. Esta pieza evita que la mezcla de aire / combustible se devuelva al tracto de admisión de la unidad. Cuando el pistón se eleva, se crea un vacío debajo de él, que mueve la aleta, a través de la cual entra una nueva porción de BTC en la cavidad. Tan pronto como hay una carrera de la carrera de trabajo (se disparó una chispa y la mezcla se encendió, moviendo el pistón al punto muerto inferior), esta válvula se cierra.
• Anillos de compresión. Son las mismas piezas que en cualquier otro motor de combustión interna. Sus dimensiones se seleccionan estrictamente de acuerdo con las dimensiones de un pistón en particular.

Diseño de dos tiempos de Hofbauer

Debido a muchos obstáculos de ingeniería, la idea de utilizar modificaciones de dos tiempos en vehículos ligeros no ha sido posible hasta hace poco. En 2010, se logró un gran avance en este sentido. EcoMotors ha recibido una inversión decente de Bill Gates y Khosla Ventures. El motivo de este desperdicio fue la presentación del motor boxer original.

Aunque tal modificación ha existido durante mucho tiempo, Peter Hofbauer creó el concepto de un dos tiempos que funcionaba según el principio de un boxeador clásico. La empresa llamó a su trabajo OROS (traducido como cilindros opuestos y pistones opuestos). Tal unidad puede funcionar no solo con gasolina, sino también con diesel, pero el desarrollador hasta ahora se ha decantado por el combustible sólido.

Si consideramos el diseño clásico de un dos tiempos en esta capacidad, entonces, en teoría, se puede usar en una modificación similar e instalar en un vehículo de pasajeros de 4 ruedas. Sería posible si no fuera por los estándares ambientales y el alto costo del combustible. Durante el funcionamiento de un motor de combustión interna de dos tiempos convencional, parte de la mezcla de aire y combustible se elimina a través del puerto de escape durante el proceso de purga. Además, en el proceso de combustión de BTC, se quema aceite.

A pesar del gran escepticismo de los ingenieros de los principales fabricantes de automóviles, el motor Hofbauer abrió la oportunidad para que los motores de dos tiempos se metieran bajo el capó de los automóviles de lujo. Si comparamos su desarrollo con el clásico bóxer, entonces el nuevo producto es un 30 por ciento más ligero, ya que su diseño tiene menos piezas. Además, la unidad demuestra una generación de energía más eficiente durante el funcionamiento en comparación con un boxer de cuatro tiempos (aumento de la eficiencia entre el 15 y el 50 por ciento).

El primer modelo de trabajo recibió la marca EM100. Según el desarrollador, el peso del motor es de 134 kg. Su potencia es de 325 CV y ​​el par es de 900 Nm.

La característica de diseño del nuevo boxer es que dos pistones están ubicados en un cilindro. Están montados en el mismo cigüeñal. La combustión del VTS se produce entre ellos, por lo que la energía liberada actúa simultáneamente sobre ambos pistones. Esto explica un par tan grande.

El cilindro opuesto está configurado para actuar de forma asincrónica con el adyacente. Esto asegura una rotación suave del cigüeñal sin sacudidas con un par estable.

En el siguiente video, el propio Peter Hofbauer demuestra cómo funciona su motor:

motor opoc como funciona.mp4

Consideremos con más detalle su estructura interna y el esquema general de trabajo.

Turboalimentación

La turboalimentación es proporcionada por un impulsor en el eje del cual está instalado un motor eléctrico. Aunque funcionará en parte con el flujo de gases de escape, la carga electrónica del impulsor permite que el impulsor se acelere más rápido y genere presión de aire. Para compensar el consumo de energía de hacer girar el impulsor, el dispositivo genera electricidad cuando las palas se someten a la presión de escape. La electrónica también controla el flujo del escape para reducir la contaminación.

Este elemento del innovador motor de dos tiempos es bastante controvertido. Para crear rápidamente la presión de aire necesaria, el motor eléctrico consumirá una cantidad decente de energía. Para ello, un futuro automóvil que utilice esta tecnología deberá estar equipado con un generador más eficiente y baterías con mayor capacidad.

A día de hoy, la eficiencia de la sobrealimentación eléctrica todavía está en el papel. El fabricante afirma que este sistema mejora la purga del cilindro al tiempo que maximiza los beneficios de un ciclo de dos tiempos. En teoría, esta instalación le permite duplicar la capacidad de litros de la unidad en comparación con sus homólogos de cuatro tiempos.

La introducción de tales equipos definitivamente encarecerá la planta de energía, por lo que sigue siendo más barato usar un motor de combustión interna clásico, potente y glotón, que un nuevo bóxer ligero.

Bielas de acero

Por su diseño, la unidad se parece a los motores TDF. Solo en esta modificación, los pistones opuestos ponen en movimiento no dos cigüeñales, sino uno debido a las largas bielas de los pistones externos.

Los pistones externos del motor están montados en bielas de acero largas que están conectadas al cigüeñal. No se encuentra en los bordes, como en la modificación clásica del boxeador, que se usa en equipos militares, sino entre los cilindros.

Los elementos internos también están conectados al mecanismo de manivela. Tal dispositivo le permite extraer más energía del proceso de combustión de la mezcla de aire y combustible. El motor se comporta como si tuviera manivelas que aumentan la carrera del pistón, pero el eje es compacto y liviano.

Cigüeñal

El motor Hofbauer tiene un diseño modular. La electrónica puede apagar algunos de los cilindros, por lo que el automóvil puede ser más económico cuando el ICE tiene una carga mínima (por ejemplo, a velocidad de crucero en una carretera plana).

En motores de 4 tiempos con inyección directa (para obtener detalles sobre los tipos de sistemas de inyección, lea en otra reseña) la parada de los cilindros se garantiza interrumpiendo el suministro de combustible. En este caso, los pistones todavía se mueven en los cilindros debido a la rotación del cigüeñal. Simplemente no queman combustible.

En cuanto al desarrollo innovador de Hofbauer, la parada de un par de cilindros se realiza mediante un embrague especial montado en el cigüeñal entre los pares correspondientes de cilindro-pistón. Cuando se desconecta el módulo, el embrague simplemente desconecta la parte del cigüeñal responsable de esta sección.

Dado que los pistones en movimiento en un motor de combustión interna de 2 tiempos clásico a ralentí todavía aspirarán una porción nueva de VTS, en esta modificación este módulo deja de funcionar por completo (los pistones permanecen inmovilizados). Tan pronto como aumenta la carga en la unidad de potencia, en un momento determinado, el embrague conecta la sección inoperante del cigüeñal y el motor aumenta la potencia.

Cilindro

En el proceso de ventilación del cilindro, las válvulas clásicas de 2 tiempos emiten parte de la mezcla sin quemar a la atmósfera. Debido a esto, los vehículos equipados con dicha unidad de potencia no pueden cumplir con los estándares ambientales.

Para remediar esta deficiencia, el desarrollador del motor opuesto de dos tiempos ha diseñado un diseño de cilindro especial. También tienen entradas y salidas, pero su posicionamiento reduce las emisiones.

Cómo funciona un motor de combustión interna de dos tiempos

La peculiaridad de la modificación clásica de dos tiempos es que el cigüeñal y el pistón están en una cavidad llena de una mezcla de aire y combustible. Una válvula de entrada está instalada en la entrada. Su presencia le permite crear presión en la cavidad debajo del pistón cuando comienza a moverse hacia abajo. Este cabezal acelera la purga del cilindro y la eliminación de los gases de escape.

A medida que el pistón se mueve dentro del cilindro, abre / cierra alternativamente la entrada y la salida. Por este motivo, las características de diseño de la unidad hacen posible no utilizar el mecanismo de distribución de gas.

Para evitar que los elementos de fricción se desgasten excesivamente, necesitan una lubricación de alta calidad. Dado que estos motores tienen una estructura simple, carecen de un complejo sistema de lubricación que suministraría aceite a cada parte del motor de combustión interna. Por esta razón, se agrega algo de aceite de motor al combustible. Para ello, se utiliza una marca especial para unidades de dos tiempos. Este material debe conservar la lubricidad a altas temperaturas y, cuando se quema junto con el combustible, no debe dejar depósitos de carbón.

Aunque los motores de dos tiempos no han encontrado una amplia aplicación en los automóviles, la historia conoce períodos en los que dichos motores se encontraban debajo del capó de algunos camiones (!). Un ejemplo de esto es la unidad de potencia diesel YaAZ.

En 1947, se instaló un motor diesel de 7 cilindros en línea de este diseño en los camiones de 200 toneladas YaAZ-205 y YaAZ-4. A pesar del gran peso (unos 800 kg.), La unidad tenía menos vibraciones que muchos motores de combustión interna de turismos domésticos. La razón es que el dispositivo de esta modificación incluye dos ejes que giran sincrónicamente. Este mecanismo de equilibrio amortiguó la mayoría de las vibraciones en el motor, que rápidamente desmenuzarían el cuerpo de madera del camión.

En el siguiente video se describen más detalles sobre el funcionamiento de los motores de 2 tiempos:

2 TACT. Tratemos de entender ...

¿Dónde se necesita un motor de dos tiempos?

El dispositivo de un motor de 2 tiempos es más simple que un análogo de 4 tiempos, por lo que se utilizan en aquellas industrias donde el peso y el volumen son más importantes que el consumo de combustible y otros parámetros.

Por lo tanto, estos motores se instalan en cortadoras de césped de ruedas ligeras y cortadoras de mano para jardineros. Tener un motor pesado en las manos dificulta mucho el trabajo en el jardín. El mismo concepto se puede rastrear en la fabricación de motosierras.

Su eficiencia también depende del peso del transporte por agua y aire, por lo que los fabricantes comprometen el alto consumo de combustible para crear estructuras más ligeras.

Sin embargo, los 2-tatniks se utilizan no solo en la agricultura y en algunos tipos de aeronaves. En los deportes de automóvil / moto, el peso es tan importante como en los planeadores o cortadoras de césped. Para que un automóvil o motocicleta se desarrolle a alta velocidad, los diseñadores que crean dichos vehículos usan materiales livianos. Se describen los detalles de los materiales con los que se fabrican las carrocerías. aquí... Por esta razón, estos motores tienen una ventaja sobre los análogos de 4 tiempos pesados ​​y técnicamente complejos.

Aquí hay un pequeño ejemplo de la efectividad de una modificación de dos tiempos de un motor de combustión interna en los deportes. Desde 1992, algunas motocicletas han utilizado un motor bicilíndrico en V de 4 cilindros Honda NSR500 japonés en las carreras de motocicletas MottoGP. Con un volumen de 0.5 litros, esta unidad desarrolló 200 caballos de fuerza y ​​el cigüeñal giró hasta 14 mil revoluciones por minuto.

El par es de 106 Nm. alcanzado ya en 11.5 mil. La velocidad máxima que pudo desarrollar un niño así fue de más de 320 kilómetros por hora (dependiendo del peso del ciclista). El peso del motor en sí era de solo 45 kg. Un kilogramo de peso del vehículo representa casi un caballo y medio. La mayoría de los autos deportivos envidiarán esta relación peso-potencia.

Comparación de motor de dos tiempos y cuatro tiempos

La pregunta es ¿por qué, entonces, una máquina no puede tener una unidad tan productiva? En primer lugar, el clásico de dos tiempos es la unidad más derrochadora de todas las que se utilizan en los vehículos. La razón de esto son las peculiaridades de soplar y llenar el cilindro. En segundo lugar, en cuanto a modificaciones de carreras como la Honda NSR500, debido a las altas revoluciones, la vida útil de la unidad es muy pequeña.

Las ventajas de una unidad de 2 tiempos sobre un análogo de 4 tiempos incluyen:

• La capacidad de eliminar la potencia de una revolución del cigüeñal es 1.7-XNUMX veces mayor que la producida por un motor clásico con un mecanismo de distribución de gas. Este parámetro es de mayor importancia para la tecnología marina de baja velocidad y los modelos de aeronaves de pistón.
• Debido a las características de diseño del motor de combustión interna, tiene dimensiones y peso más pequeños. Este parámetro es muy importante para vehículos ligeros como scooters. Anteriormente, tales unidades de potencia (generalmente su volumen no excedía los 1.7 litros) se instalaban en automóviles pequeños. En tales modificaciones, se proporcionó soplado de la cámara del cigüeñal. Algunos modelos de camiones también estaban equipados con motores de dos tiempos. Por lo general, el volumen de dichos motores de combustión interna era de al menos 4.0 litros. El soplado en tales modificaciones se llevó a cabo mediante el tipo de flujo directo.
• Sus piezas se desgastan menos, ya que los elementos móviles, para lograr el mismo efecto que en los análogos de 4 tiempos, realizan el doble de movimientos (dos carreras se combinan en una carrera de pistón).

Motor de 4 tiempos

A pesar de estas ventajas, la modificación del motor de dos tiempos tiene importantes inconvenientes, por lo que aún no es práctico usarlo en automóviles. Algunas de estas desventajas:

• Los modelos de carburador funcionan con la pérdida de una nueva carga del VTS durante la purga de la cámara del cilindro.
• En la versión de 4 tiempos, los gases de escape se eliminan en mayor medida que en la análoga considerada. La razón es que en un 2 tiempos, el pistón no alcanza el punto muerto superior durante la purga, y este proceso está asegurado solo durante su carrera pequeña. Debido a esto, parte de la mezcla de aire y combustible ingresa al tracto de escape y quedan más gases de escape en el cilindro. Para reducir la cantidad de combustible no quemado en el escape, los fabricantes modernos han desarrollado modificaciones con un sistema de inyección, pero incluso en este caso es imposible eliminar por completo los residuos de combustión del cilindro.
• Estos motores consumen más potencia en comparación con las versiones de 4 tiempos con idéntica cilindrada.
• Los turbocompresores de alto rendimiento se utilizan para purgar los cilindros en los motores de inyección. En tales motores, el aire se consume entre una y media y dos veces más. Por esta razón, se requiere la instalación de filtros de aire especiales.
• La unidad de 2 tiempos genera más ruido al alcanzar las rpm máximas.
• Fuman más fuerte.
• A bajas revoluciones, generan fuertes vibraciones. No hay diferencia en los motores monocilíndrico de cuatro y dos tiempos a este respecto.

Con respecto a la durabilidad de los motores de dos tiempos, se cree que debido a una mala lubricación, fallan más rápido. Pero, si no tiene en cuenta las unidades para motocicletas deportivas (las altas revoluciones desactivan rápidamente las partes), entonces una regla clave funciona en mecánica: cuanto más simple sea el diseño del mecanismo, más durará.

Los motores de 4 tiempos tienen una mayor cantidad de piezas pequeñas, especialmente en el mecanismo de distribución de gas (para saber cómo funciona la sincronización de válvulas, lea aquí), que puede romperse en cualquier momento.

Como puede ver, el desarrollo de motores de combustión interna no se ha detenido hasta ahora, así que quién sabe qué avances en esta área harán los ingenieros. La aparición de un nuevo desarrollo del motor de dos tiempos da esperanzas de que, en un futuro próximo, los coches estarán equipados con sistemas de propulsión más ligeros y eficientes.

En conclusión, sugerimos mirar otra modificación de un motor de dos tiempos con pistones moviéndose uno hacia el otro. Es cierto que esta tecnología no se puede llamar innovadora, como en la versión de Hofbauer, porque dichos motores de combustión interna comenzaron a usarse en la década de 1930 en equipos militares. Sin embargo, para vehículos ligeros, estos motores de 2 tiempos aún no se han utilizado:

Impresionante motor de contador de tráfico 2018

Preguntas y respuestas

¿Qué significa un motor de 2 tiempos? A diferencia de un motor de 4 tiempos, todas las carreras se realizan en una revolución del cigüeñal (dos carreras se realizan en una carrera de pistón). En él se combinan el proceso de llenado del cilindro y su ventilación.

¿Cómo se lubrica un motor de dos tiempos? Todas las superficies internas del motor que se frotan están lubricadas por el aceite del combustible. Por lo tanto, el aceite de un motor de este tipo debe reponerse constantemente.

¿Cómo funciona un motor de 2 tiempos? En este motor de combustión interna, se expresan claramente dos tiempos: compresión (el pistón se mueve a TDC y cierra gradualmente primero la purga y luego el puerto de escape) y la carrera de trabajo (después del encendido del BTC, el pistón se mueve al BDC, abriendo los mismos puertos para purgar).