Cosa rende i motori a due tempi meno efficienti in termini di carburante rispetto ai quattro tempi?

È opinione comune che i motori a due tempi siano meno efficienti rispetto ai motori a quattro tempi, e alcuni dati di esempio BSFC sembrano confermare anche questo.

Ma cos'è che rende i due tempi meno efficienti nei consumi?

Credevo che fosse dovuto al fatto che la corsa di aspirazione si verifica una volta ogni due giri in un motore a quattro tempi, in contrasto con la volta per giro di un motore a due tempi, ma non ne sono così sicuro ora.

Questo articolo di Evinrude suggerisce che la differenza nell'efficienza del carburante è dovuta al metodo di erogazione del carburante, quindi le differenze nell'economia del carburante sono dovute a un confronto ingiusto tra due tempi più vecchi e quattro tempi più recenti.

Quindi quali fattori spiegherebbero le differenze di risparmio di carburante tra i due tipi di motori?

Solo così siamo nella stessa pagina su come funzionano i due tratti, ecco una foto. Ho dovuto cercare perché avevo un'immagine sbagliata nella mia testa.

Osservando come funziona effettivamente il ciclo, la corsa di potenza si interrompe creando prodotti di combustione e potenza. All'inizio della discesa, la pressione nel cilindro è elevata, consentendo ai gas di scarico di fuoriuscire e forzando la valvola a lamelle di aspirazione chiusa. Quando si verifica la salita, la pressione nel cilindro è ora bassa perché i gas di scarico in fuga provocano una piccola ondata di pressione di gas in fuga che ora apre il valore della canna e attira nuova miscela carburante / aria.

Sembra che alcuni dei motivi principali per cui il motore sia inefficiente:

• I cilindri non vengono espulsi dai gas di scarico dal pistone costringendoli a uscire, semplicemente scappano perché la pressione dell'aria esterna è inferiore alla pressione del cilindro dopo che la scintilla accende il carburante. Ciò comporterebbe un'espulsione incompleta dei gas di scarico. Il volume consumato da quei gas rimanenti impedisce di ingerire più miscela aria / carburante.
• Quando si verifica la salita, per alcune parti della corsa viene espulsa anche la miscela aria / carburante. Quindi sprecare carburante mentre viene espulso.
  
  Forse questi problemi sono risolti in due grandi colpi, ma quelli piccoli guidano cose come tagliaerba, spazzaneve, tosaerba, ecc., Piccoli motori per applicazioni limitate. Non guidare attraverso il paese. Per questi piccoli motori il conteggio e il costo delle parti sono molto più importanti, quindi funzionano davvero bene per quelle applicazioni.

L'efficienza di qualsiasi motore a combustione interna è direttamente correlata all'efficienza di Carnot, dove l'efficienza è uguale alla temperatura dell'aria in ingresso meno la temperatura di scarico divisa per la temperatura in ingresso. Ciò è direttamente influenzato dal rapporto di espansione dei gas. Un motore diesel ha un rapporto di espansione che si avvicina a 30: 1 mentre un motore a benzina raramente può superare 13: 1 a causa di considerazioni di detonazione con valori medi di ottano di carburante. In un motore a due tempi convenzionale, lo scarico deve aprirsi molto presto nella corsa di potenza per consentire alla pressione del cilindro di scendere ben al di sotto di quella della carica in entrata, al fine di evitare che i gas esausti entrino nelle porte di trasferimento e si mescolino con la nuova carica. Maggiore è il numero di giri operativo, maggiore è il cavo di scarico necessario (chiamato "blowdown"). Generalmente, il rapporto di espansione è uguale al rapporto di espansione nei motori a due tempi con attacco a pistone. Nei motori a quattro tempi le porte di scarico sono generalmente aperte appena prima della posizione del pistone del punto morto inferiore, fornendo così un rapporto di espansione massimo. In due tempi lo scarico può aprirsi fino a 90 gradi prima del punto morto inferiore, sprecando così il 50% della corsa e riducendo drasticamente l'efficienza a scapito dell'elevata potenza a regimi più alti.

Devo essere d'accordo e in disaccordo con le tue dichiarazioni nella domanda e nell'articolo.

Il maggiore consumo di carburante di un motore a due tempi è principalmente dovuto al fatto che ha una corsa di potenza per giro dell'albero motore.

Tuttavia, non sono d'accordo con l'articolo che afferma che l'erogazione di carburante svolge un ruolo importante nell'efficienza del carburante dei vecchi motori a 2 tempi.

Sostengo le mie affermazioni prendendo l'esempio della differenza di efficienza del carburante tra un motore a 2 tempi con carburatore e un motore a 4 tempi con carburatore. Nemmeno considerando EFI quando entrambi sono carboidrati il ​​4 tempi ancora in esecuzione esegue il 2 tempi in misura significativa.

• Un motore Yamaha 125cc a 2 tempi da circa 70mpg
• Un motore Honda 125cc 4 tempi da circa 153mpg

Ora, ovviamente, EFI può essere l'iniezione diretta o l'iniezione della porta migliorerà l'efficienza e lo scarico di qualsiasi motore, indipendentemente dal fatto che sia un 2 tempi o 4 tempi.

La tecnologia E-TEC mostrata nel video è mediamente una GDI su un motore a due tempi, aumenterà l'efficienza ma sarà uguale a un motore GDI a 4 tempi della stessa capacità? Ne dubito fortemente, per esempio

• La versione EFI del motore honda 125 cc sopra citato dà circa 166mpg

Significa che se il motore suzuki a 2 tempi con GDI può produrre più del doppio della FE, allora sono d'accordo con il concetto, ma con la mia conoscenza di come funziona GDI non ne sono certo.

Nota: i motori sono di Yamaha RX135, Honda Stunner e Honda storditore PGM-FI e questi sono personaggi del mondo reale.

Molto dipende dai particolari motori a 2 e 4 tempi. Ma un grande vantaggio di un 2 tempi è che possono essere prodotti in modo incredibilmente semplice ed economico. Un motore con 3 componenti mobili (albero motore, biella e pistone) probabilmente non è ottimizzato per il consumo di carburante.

Il problema più grande è probabilmente che l'apertura di scarico è aperta mentre viene immessa la miscela di aspirazione. Quindi una quantità potenzialmente elevata di combustibile incombusto scompare direttamente nello scarico non avendo svolto alcuna funzione utile (oltre forse a raffreddare un po 'il motore).

L'ulteriore atomizzazione del carburante non è probabilmente aiutata alimentando la miscela di aspirazione attraverso i carter e le porte, dando al carburante maggiori possibilità di formare goccioline più grandi.

Su una corsa a prestazioni 2, lo scarico sarà progettato per aspirare la miscela attraverso il motore, sia il gas di scarico bruciato che la miscela fresca in entrata. Probabilmente verrà aspirata più miscela fresca nello scarico, prima che le onde di pressione spingano nuovamente questa miscela nel motore . Funziona bene per ottenere carburante extra (e quindi potenza), ma non è così buono per l'economia. Inoltre funziona solo a determinate gamme di giri.

Alcuni di questi problemi possono essere risolti con l'iniezione diretta di carburante (e ci sono stati motocicli di produzione a 2 tempi con motori ad iniezione diretta, e Ford ha prodotto un lotto di Fiestas negli anni '90 con motori a 2 tempi a fini di valutazione). Ma l'iniezione diretta di carburante è un'aggiunta costosa e complessa a un semplice motore. Con un tale sistema, l'aria può essere immessa nel motore con il carburante iniettato solo una volta chiusa la bocca di scarico.

Il motore a 2 tempi ha un grande vantaggio rispetto al motore tradizionale a 4 tempi. Senza la necessità di contenere valvole, la camera di combustione può essere modellata molto più facilmente per adattarsi agli scopi di quel particolare motore.

Dai un'occhiata a come funziona un motore a 4 tempi.

a) Downstroke - succhia il mix nel motore

b) Colpo ascendente: comprime i gas

c) Fuoco

d) Downstroke - il motore funziona

e) Colpo in salita - i gas usati vengono espulsi

Ora guarda il 2stroke

un fuoco

b) Downstroke Engine funziona (alta pressione nel cilindro) Comprime la miscela nel basamento

c) Colpo in salita - Il motore deve avere entrambi i gas di scarico e inserire un nuovo mix - aspira nuovo mix nel basamento

Ci sarà quindi sempre un mix di gas di scarico e gas incombusti in un motore a due tempi. C'era anche un tempo in cui, per aumentare la potenza, il trasferimento a due tempi del mix dal basamento inferiore si sovrapponeva all'apertura di scarico in apertura. Ciò ha comportato che il carburante incombusto attraversasse direttamente il motore.

Il design moderno riduce ma non può rimuovere del tutto queste efficienze che sembrano ancora più faticose rispetto al metodo a 4 tempi di girare il motore due volte per ottenere una corsa di lavoro.

È molto semplice. In una corsa a 2 tempi il carburante è anche il lubrificante e il refrigerante e la miscelazione di olio e benzina aumenta il contenuto di energia del carburante mentre diminuisce l'ottano, quindi le 2 tempi devono far funzionare un tempo di accensione fisso e miscele carburante-aria super ricche rese ancora più ricche da l'olio ad alta energia e a basso numero di ottano miscelato. Il raffreddamento ad aria li rende ancora più sensibili ai tempi, alle temperature dei cilindri e ad altre variabili che i sistemi di lubrificazione e raffreddamento a tempistica fissa e perdita totale non possono compensare. E, naturalmente, hanno enormi perdite di vuoto integrate che si verificano nel momento peggiore possibile per l'efficienza volumetrica e anche la fasatura della valvola è fissa, mentre anche con una camma di sollevamento meccanica la fasatura della valvola a quattro tempi avanza all'aumentare della velocità del motore.

I motori a 2 tempi erano competitivi rispetto ai motori a bassa compressione ea bassa velocità per uso stagionale solo fino a quando i progressi della metallurgia e della produzione non consentivano di costruire motori OHV a 4 tempi economici con accensione elettronica e iniezione di carburante in modo che l'accensione e la messa a punto del carburante diventassero automatiche e ottimali per le applicazioni più automobilistiche e stagionali come motoslitte, ATV, motori fuoribordo, apparecchiature di potenza esterne come tagliabordi e soffiatori per foglie e altri prodotti di consumo. I miglioramenti del sistema di accensione elettronica e la carburazione specifica, specifica per l'applicazione, le aspettative di prestazioni di livello professionale e i punti di prezzo mantengono a malapena i 2 tempi competitivi nelle macchine industriali / commerciali come gli utensili da taglio portatili. Troncatrici, motoseghe, ecc.