Qual è la differenza tra un motore a 2 tempi e uno a 4 tempi? Questa è una domanda che spesso si pongono i nostri lettori, soprattutto se sono curiosi del meccanismo delle cose. Ogni tipo di motore ha i propri vantaggi e svantaggi che saranno chiari al termine di questo articolo.
Iniziamo.
Motore A 2 Tempi Vs Motore A 4 Tempi
Non riesco a contare quante volte mi è stata posta questa domanda: quale motore è più efficiente, un 2 tempi o un 4 tempi? La risposta è che entrambe possono essere la soluzione migliore, a seconda dell’uso del motore. I motori a due tempi sono più piccoli e funzionano ad alti regimi (giri/minuto) . I motori più grandi con un requisito di coppia maggiore a un numero di giri inferiore sono generalmente a 4 tempi. Il dibattito su 2 tempi vs. 4 tempi riguarda in gran parte l’applicazione del motore.
Questo articolo risponderà alla domanda in modo più dettagliato. Vorrei iniziare spiegando le basi di questi motori, poi entrerò nei dettagli. È importante capire cos’è una corsa o un ciclo del motore.
Cos’è Una Corsa Del Motore?
I motori sono spesso descritti dalla corsa dei loro pistoni. Questo può anche essere chiamato un “ciclo”. Un pistone si muove in un cilindro e crea un motore. Un’esplosione provoca questo movimento. Una scintilla elettrica accende il carburante nei motori a gas. Questo calore provoca l’espansione dell’aria circostante e provoca il movimento. Affinché questa esplosione spinga il pistone verso il basso, deve avvenire nel vuoto completo. Il pistone deve essere completamente sigillato dall’ambiente.
Motore a 2 tempi vs motore a 4 tempi
Durante questo processo, il pistone deve aspirare aria e carburante, accendere il carburante, quindi rilasciare i gas di scarico, in modo che il ciclo possa ricominciare. Questo processo viene ripetuto molte volte al minuto. Questo è il motivo per cui vengono utilizzati i giri al minuto (RPM). L’albero motore deve compiere un giro per giro. Ciò significa che il pistone deve spostarsi dalla sua posizione più alta (punto morto superiore (PMS) alla sua posizione più bassa (punto morto inferiore (PMI) e di nuovo al punto morto superiore. Questo copre una rotazione di 360 dell’albero motore, o un giro. A 3000 giri/min, questo ciclo avviene 3000 volte al minuto, quindi richiede tempi precisi.
Questo è il principio fondamentale di qualsiasi motore a gas. Questo è ciò che rende un motore a 4 tempi diverso da un motore a 2 tempi. È così che la scintilla, la compressione e lo scarico lavorano insieme per ottenere questo risultato.
Cosa fa un motore a 4 tempi?
Un motore a 4 tempi separa ogni fase del processo di combustione e scarico in quattro fasi individuali, o colpi.
VIDEO – Uno sguardo approfondito ai motori a 4 tempi
Per consentire al carburante di entrare nella camera di combustione prima che il pistone raggiunga il PMS, c’è una valvola o più valvole che si aprono per consentire l’alimentazione di carburante e aria dal sistema di iniezione del carburante o dal carburatore. Una volta che abbastanza carburante è entrato nella camera, questa valvola si chiude per creare un vuoto. Questa valvola quindi si chiude, sigillando il cilindro e formando il vuoto. La candela quindi genera la scintilla. Ciò provoca un’esplosione, che costringe il pistone a cadere. La valvola di scarico si apre, permettendo ai gas di fuoriuscire. A questo punto il vuoto viene rotto causando una decompressione nel cilindro e il momento dell’albero motore spinge il pistone nella posizione PMS (superiore), pronto per ricominciare l’intero processo.
Il ciclo di un motore a 4 tempi può essere semplificato nei seguenti 4 passaggi:
Colpo 1: Aspirazione
- La valvola di aspirazione si apre per consentire la miscela di gas e aria nella camera di combustione.
Colpo 2: Compressione
- La valvola di aspirazione si apre, comprimendo il gas nel vuoto.
Colpo 3: Combustione o Accensione
- La candela accende la miscela di carburante.
Colpo 4: Scarico
- La valvola di scarico si apre, forzando i gas combusti fuori dalla camera.
Come funziona un motore a 2 tempi?
Un motore a due tempi non utilizza valvole per consentire l’ingresso del carburante e l’uscita dei gas di scarico dalla camera di combustione. Questo semplifica le cose e il motore compie l’intero ciclo in soli due tempi.
Invece delle valvole, un motore a 2 tempi ha porte di aspirazione e scarico. Si tratta semplicemente di aperture nel fianco del cilindro che coincidono con una posizione precalcolata del pistone. Quindi questo significa che il movimento del pistone viene utilizzato per sigillare o aprire queste porte.
La porta di aspirazione è situata appena sotto la posizione PMS. Questa luce si apre quando il pistone si sposta verso l’alto dalla posizione BDC e consente la miscela di carburante nella camera di combustione. La luce è bloccata dalla parete laterale di un pistone quando il pistone si sposta oltre. La candela accende anche il carburante. La combustione simultanea e la chiusura del pistone della luce di aspirazione creano compressione. La corsa di accensione e la compressione sono una cosa sola.
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La luce di scarico si trova sul lato opposto del cilindro vicino alla posizione BDC. Quando il pistone si avvicina al punto più basso (BDC), passa attraverso la luce di scarico. Il pistone non copre più la luce di scarico nella parte inferiore del ciclo e i gas bruciati fuoriescono.
Un 2 tempi ha solo una corsa in salita e una in discesa.
Colpo 1: aspirazione e accensione
- Quando il pistone si sposta verso l’alto, il carburante e l’aria vengono spinti in una camera di combustione. Si attiva anche la scintilla. Questo accade appena prima che il pistone raggiunga il PMS.
Colpo 2: compressione e scarico
Il pistone è posizionato nella posizione PMS e blocca la luce di ingresso sigillando la camera di combustione. Questo comprime il gas e spinge il pistone verso il basso. Nel punto più basso, la luce di scarico non è più ostruita dal pistone, consentendo la fuoriuscita dei gas combusti.
Differenze meccaniche
Le differenze tra i motori a 2 tempi e a 4 tempi vanno ben oltre le basi della combustione. Il motore a quattro tempi ha valvole nella parte superiore, situate nella testata del motore. Queste valvole possono essere aperte e chiuse indipendentemente e devono essere controllate per garantire che funzionino al momento giusto. Questo si chiama fasatura delle valvole. La fasatura delle valvole è controllata meccanicamente da una catena o cinghia di distribuzione che aziona un albero a camme quando il motore ha più di un cilindro. Questo è assistito da sollevatori idraulici che utilizzano la pressione dell’olio motore per sollevare le valvole.
Schema di un motore Honda a 4 tempi: GX120/160/100
La cinghia di distribuzione gira insieme all’albero motore nella parte inferiore del motore. L’albero a camme viene quindi azionato dalla cinghia. Durante la rotazione, le camme premono contro i bilancieri delle valvole o le aste di spinta per aprire e chiudere le valvole. Gli alberi a camme in testa, noti anche come OHC, sono azionati da bilancieri delle valvole che entrano in contatto con la valvola e la camma. I motori più vecchi hanno spesso camme nella parte inferiore del motore e utilizzano aste di spinta per controllare le valvole che si trovano sopra il motore.
Poiché un motore a 2 tempi ha un processo più semplificato di utilizzo del pistone per aprire e chiudere le porte di ingresso e uscita, non sono necessari questi componenti meccanici aggiuntivi. Questo ha un effetto aggiuntivo. Le porte di ingresso e uscita corrono direttamente attraverso la parete del cilindro. Ciò significa che l’olio non può circolare attorno al pistone, come in un motore a 4 tempi.
Un motore a 4 tempi ha un cilindro completamente sigillato, le valvole si aprono solo in alto, nella camera di combustione. Quindi l’olio che lubrifica il motore viene tenuto lontano dalla camera di combustione. Un motore a 2 tempi, non può farlo. Quando il pistone supera la luce di aspirazione, la camera di combustione è aperta al cilindro. Ciò significa che il carburante e l’olio non possono essere separati. Per lubrificare il motore a 2 tempi viene utilizzato un olio diverso. L’olio viene combusto con il carburante ed è quindi miscelato con il carburante. Questo può essere fatto prima di versare il carburante nel serbatoio o dopo che il carburante è stato incanalato in una porta di aspirazione.
Queste differenze meccaniche di base tra i motori a 2 tempi e a 4 tempi influiscono sulla manutenzione, sulle procedure operative e sul controllo delle emissioni per questi motori.
Prestazioni e applicazioni
Un motore a 2 tempi ha meno componenti ed è quindi più leggero e compatto di un motore a 4 tempi. Ciò lo rende più conveniente per quelle applicazioni in cui il motore è azionato dall’operatore. Gli utensili elettrici portatili, come le motoseghe e gli attrezzi da giardino a gas, sono un buon esempio del vantaggio in termini di peso fornito dai motori a 2 tempi. Ridurre il peso della macchina rende più facile l’utilizzo e la presa allo stesso tempo.
Un motore a 2 tempi gira più velocemente e ha una compressione inferiore. Ciò si traduce in una risposta dell’acceleratore più rapida. Un motore a 2 tempi passerà dal minimo ai massimi regimi in un brevissimo lasso di tempo. Questi motori sono in genere più potenti dei motori a 4 tempi. Questo perché i motori a 2 tempi sono più potenti e possono accelerare più velocemente.
Quando si utilizza un avviamento a strappo, la compressione inferiore significa che è necessario uno sforzo minore per avviare il motore. Gli operatori non devono tirare contro i motori ad alta compressione. Molti motori a 4 tempi hanno un dispositivo di decompressione che apre le valvole e abbassa la compressione per combattere questo problema. Il motore avrà bisogno di componenti meccanici aggiuntivi per aumentare il suo peso e semplificare la manutenzione e la riparazione. Per i motori a 4 tempi non è necessario l’avviamento elettrico. Il motore elettrico è abbastanza forte da superare la compressione.
Lo svantaggio degli attributi di rotazione libera e bassa compressione di un motore a 2 tempi è che non funzionano bene a bassi regimi. Un motore a 2 tempi ha una fascia di potenza ottimale agli alti regimi. Quando un motore incontra troppa resistenza, il regime diminuisce. Un motore a 2 tempi non può riprendersi rapidamente da un calo di giri. Ciò si traduce in una drastica perdita di potenza a bassi regimi e una maggiore possibilità di stallo del motore.
Un veicolo più pesante resisterà a una maggiore potenza del motore di uno più piccolo. Ciò è di particolare importanza quando il veicolo si avvicina a una pendenza. I generatori possono anche avere una resistenza maggiore, che sottrae energia al motore. Man mano che l’alternatore aumenta il carico, l’RPM diminuirà e dovrà essere ripristinato rapidamente per mantenere l’RPM costante richiesto per una corrente elettrica stabile. A causa di queste limitazioni, i motori a 2 tempi non sono i migliori per auto, camion e moto più grandi, il peso di questi veicoli offre troppa resistenza alla rotazione del motore. Inoltre, non sono ideali per i generatori poiché l’alternatore offre troppa resistenza.
Un motore a 4 tempi può abbassare i giri, ma non può accelerare alla stessa velocità di un motore a 2 tempi. Il ritardo è un problema comune con i motori a 4 tempi. Questo è un ritardo nella fasatura della valvola che avanza quando il motore deve accelerare. La temporizzazione elettronica della scintilla può avanzare facilmente, l’elettricità si muove molto velocemente. L’avanzamento meccanico delle valvole richiede del tempo, il che si traduce in un’accelerazione ritardata. Mentre i motori a 4 tempi sono più efficienti in termini di coppia e una gamma di regimi più ampia rispetto ad altri motori, sono meno efficaci in accelerazione. La fasatura variabile della valvola ha avuto un impatto significativo sul ritardo temporale. Anche con questa tecnologia, i motori a 4 tempi non possono competere con la rapida risposta dell’acceleratore del motore a 2 tempi.
I motori a 2 tempi sono migliori per le barche a motore e le motociclette ad alte prestazioni, poiché i motori a 4 tempi impiegano più tempo per accelerare. Può essere utilizzato solo se la barca o la moto non sono troppo pesanti. Un veicolo leggero alimentato da un motore a 2 tempi ha una migliore accelerazione, fintanto che il numero di giri rimane sufficientemente alto da mantenere il motore in funzione in modo ottimale nella fascia di potenza degli alti regimi.
2 tempi vs 4 tempi
Un motore a 2 tempi richiede una manutenzione di base più frequente. Questo perché l’olio lubrificante è mescolato con il carburante. Ciò è dovuto alla maggiore produzione di carbonio durante la combustione. La candela è ostruita dal carbonio dell’olio bruciato. Ciò rende necessario pulire più spesso la candela. Ciò può anche causare l’accumulo di residui di olio nel carburatore. Dovresti pulirlo più frequentemente di quanto faresti per un motore a 4 tempi.
L’utente deve anche mescolare l’olio e il gas nel rapporto corretto. La miscela di carburante non deve contenere troppo olio. Ciò renderà la combustione meno efficiente e aumenterà i livelli di carbonio nella camera (e nel sistema di scarico). Ciò riduce le prestazioni del motore e richiederà una pulizia più frequente della candela e del carburatore. Una lubrificazione insufficiente può essere causata da una quantità eccessiva di olio nella miscela di carburante. Ciò può portare al surriscaldamento del motore, che può causare danni al motore che potrebbero essere molto dannosi.
Sebbene un motore a 2 tempi richieda più manutenzione, queste procedure sono semplici ed economiche. Un motore a 4 tempi potrebbe richiedere una manutenzione ordinaria solo una volta all’anno o dopo un certo numero di ore (o miglia), a seconda di quale evento si verifica per primo. Anche se questo è meno frequente rispetto a un motore a 2 tempi, è più complicato e un po’ più costoso. La coppa dell’olio e il filtro di un motore a 4 tempi devono essere cambiati.
Poiché i moderni motori a 4 tempi utilizzano sollevatori idraulici per azionare le valvole, è necessario prestare particolare attenzione al livello dell’olio motore e al tipo di olio utilizzato. Le prestazioni degli alzavalvole idrauliche sono influenzate dalla viscosità e dalla pressione dell’olio.
Poiché il livello dell’olio è fondamentale per il funzionamento della valvola, deve essere controllato frequentemente. Se il livello dell’olio è troppo basso o la pompa dell’olio è difettosa, la pressione dell’olio sarà inferiore a quanto dovrebbe essere. La bassa pressione dell’olio causa il malfunzionamento delle valvole e può facilmente causare guasti al motore o gravi danni al motore. Il motore può anche essere danneggiato se la pressione dell’olio è troppo bassa o la coppa dell’olio è piena. È costoso e complicato riparare le valvole del motore. Pertanto, è fondamentale che i motori a 4 tempi funzionino alla giusta pressione dell’olio utilizzando l’olio corretto.
Quando si passa dalla manutenzione ordinaria alla manutenzione e alle riparazioni a lungo termine, i motori a 2 tempi sono più facili ed economici da mantenere in funzione. Grazie alla sua semplicità, un motore a 2 tempi è molto più facile da smontare e rimontare. Ci vuole meno tempo e richiede meno abilità per riparare un motore a 2 tempi. Meno componenti, come nessuna valvola o pompa dell’olio, significa che c’è meno da sbagliare. Le valvole possono danneggiarsi nel tempo. Le guarnizioni e gli spessori dello stelo delle valvole si consumano nel tempo, così come le valvole stesse e le aperture delle valvole nella testata del motore. La rimozione e la riparazione delle valvole è complicata e può richiedere un’ingegneria specializzata.
Se stai cercando riparazioni di motori fai-da-te, considera il motore a 2 tempi rispetto a quello a 4 tempi. Il motore a 2 tempi sarà il più semplice e il meno costoso. È più probabile che un motore a 2 tempi produca calore, il che ridurrà la durata del motore.
Emissioni e livelli di rumore | 2 tempi vs 4 tempi
L’inquinamento atmosferico causato dai motori a combustione interna è un argomento scottante e le norme sulle emissioni vengono costantemente riviste.
L’agenzia federale per la protezione dell’ambiente (EPA) e il California Air Resources Board (CARB) sono le due agenzie più importanti che regolano i livelli di emissione per i motori a gas, propano e diesel negli Stati Uniti. I produttori di motori devono adottare misure per ridurre le emissioni nocive di scarico al fine di conformarsi a questi standard.
I dispositivi di controllo delle emissioni per i motori a 2 tempi sono più complessi perché producono gas tossici a livelli più elevati. Questi dispositivi fanno parte della marmitta e aiutano a controllare i gas di scarico prima che raggiungano l’atmosfera. Ciò aumenta il prezzo dei macchinari che utilizzano motori a 2 tempi. Anche i meccanismi di controllo delle emissioni montati sui motori a 2 tempi devono essere sostituiti più frequentemente e di solito hanno garanzie meno favorevoli rispetto ai motori a 4 tempi. Si teme che il motore a 2 tempi potrebbe non essere in grado di soddisfare gli standard di emissione più severi stabiliti dall’EPA o dal CARB. Questa è una delle tante preoccupazioni sui motori a 2 tempi.
Il motore a 2 tempi non è così silenzioso come il motore a 4 tempi quando si tratta di livelli di rumorosità. L’azione a due tempi rende il motore più rumoroso. Questo può essere di grande preoccupazione nelle aree urbane. Le macchine rumorose possono causare irritazione nelle aree residenziali. Alcune autorità locali hanno anche una legislazione sulle restrizioni al rumore che previene l’inquinamento acustico urbano. Livelli di rumore elevati possono rendere inutilizzabili alcuni motori in queste aree. Poiché i motori a 4 tempi sono più silenziosi, è meno probabile che questi motori rappresentino un problema in termini di livelli di rumorosità elevati.
