O que torna os motores a dois tempos menos econômicos do que os quatro tempos?

É comum acreditar que os motores a dois tempos são menos eficientes em termos de combustível do que os motores a quatro tempos, e alguns exemplos de números do BSFC parecem confirmar isso também.

Mas o que faz com que os dois tempos sejam menos eficientes em termos de combustível?

Eu costumava acreditar que isso se deve ao fato de o curso de admissão ocorrer uma vez a cada duas revoluções em um motor a quatro tempos, em contraste com o movimento a uma vez por revolução de um motor a dois tempos, mas não tenho tanta certeza agora.

Este artigo da Evinrude sugere que a diferença na economia de combustível se deve ao método de entrega de combustível, portanto, as diferenças na economia de combustível devem-se a uma comparação injusta de dois tempos mais antigos com quatro tempos mais recentes.

Então, quais fatores explicariam as diferenças na economia de combustível entre os dois tipos de motores?

Apenas para estarmos na mesma página de como funcionam dois traços, aqui está uma foto. Eu tive que procurar porque tinha a imagem errada na minha cabeça.

Ao observar como o ciclo realmente funciona, o golpe de energia dispara, criando os produtos de combustão e a energia. À medida que o curso de pressão começa, a pressão no cilindro é alta, permitindo que os gases de escape escapem e forçando a válvula de palheta de admissão fechada. À medida que a elevação ocorre, a pressão no cilindro agora está baixa, porque os gases de escape causam uma pequena onda de pressão de gás que agora abre o valor da palheta e atrai uma nova mistura de combustível / ar.

Parece que algumas das principais razões para o mecanismo ser ineficiente:

• Os cilindros não são eliminados pelos gases de escape pelo pistão que os força a sair; eles simplesmente escapam porque a pressão do ar externo é menor que a pressão do cilindro após a faísca acender o combustível. Isso levaria à expulsão incompleta dos gases de escape. O volume consumido por esses gases restantes impede que mais mistura ar / combustível seja ingerida.
• À medida que a aceleração ocorre, durante uma parte da viagem, o mix de ar / combustível também está sendo expulso. Assim, desperdiçar combustível à medida que é expulso.
  
  Talvez esses problemas sejam resolvidos em dois tempos maiores, mas os pequenos acionam coisas como cortadores de ervas daninhas, sopradores de neve, cortadores de grama, etc., pequenos motores para aplicações limitadas. Não está dirigindo cross country. Para esses pequenos motores, a contagem e o custo das peças são muito mais importantes, portanto funcionam muito bem para essas aplicações.

A eficiência de qualquer motor de combustão interna está diretamente relacionada à sua eficiência Carnot, onde eficiência é igual à temperatura do ar de entrada menos a temperatura de exaustão dividida pela temperatura de entrada. Isso é diretamente influenciado pela taxa de expansão dos gases. Um motor diesel tem uma taxa de expansão próxima de 30: 1, enquanto um motor a gasolina raramente pode exceder 13: 1 devido a considerações de detonação com classificações médias de octanas de combustível. Em um motor convencional de dois tempos, o escapamento deve abrir muito cedo no curso de potência para permitir que a pressão do cilindro caia bem abaixo da carga de entrada, para evitar que os gases gastos entrem nas portas de transferência e se misturem com a nova carga. Quanto maior a rpm operacional, maior o cabo de escape necessário (chamado "purga"). Geralmente, a taxa de expansão é igual à taxa de expansão nos motores de dois tempos com porta de pistão. Nos motores a quatro tempos, as aberturas de escape geralmente são abertas imediatamente antes da posição do pistão no centro do ponto morto, proporcionando assim uma taxa de expansão máxima. Em dois tempos, o escape pode abrir até 90 graus antes do ponto morto inferior, desperdiçando 50% do curso de potência e reduzindo drasticamente a eficiência às custas de alta potência em altas rotações.

Eu tenho que concordar e discordar de suas declarações na pergunta e no artigo.

O maior consumo de combustível de um motor de dois tempos se deve principalmente ao fato de ter um curso de potência por rotação do virabrequim.

No entanto, eu tenho que discordar do artigo afirmando que a entrega de combustível desempenha um papel importante na eficiência de combustível dos motores 2-Stroke mais antigos.

Apoio minhas declarações usando o exemplo da diferença de eficiência de combustível entre um motor a 2 tempos com carburador e um motor a 4 tempos com carb. Nem mesmo considerando o EFI quando ambos são carboidratos, os 4 tempos ainda fora executam os 2 tempos em quantidade significativa.

• Um motor Yamaha 125cc de 2 tempos oferece cerca de 70mpg
• Um honda 125cc motor de 4 tempos dá cerca de 153mpg

Agora, obviamente, a EFI pode ser a injeção direta ou a injeção de porta, para melhorar a eficiência e a exaustão de qualquer motor, independentemente de serem 2 ou 4 tempos.

A tecnologia E-TEC mostrada no vídeo é basicamente um GDI em um motor a dois tempos, aumentará a eficiência, mas será igual a um motor GDI a 4 tempos com a mesma capacidade? Eu duvido muito, por exemplo

• A versão EFI do motor honda acima de 125 cc fornece cerca de 166mpg

Ou seja, se o motor suzuki de 2 tempos com GDI puder produzir mais que o dobro da FE, concordo com o conceito, mas com o meu conhecimento de como o GDI funciona, não tenho certeza.

Nota: Os motores são da Yamaha RX135, Honda Stunner e Honda stunner PGM-FI e essas são figuras do mundo real.

Depende muito dos motores de 2 e 4 tempos específicos. Mas uma grande vantagem de um 2 tempos é que eles podem ser produzidos de maneira incrivelmente simples e barata. Um motor com 3 componentes móveis (virabrequim, bielas e pistão) provavelmente não é ajustado para o consumo de combustível.

O maior problema é provavelmente que a porta de escape está aberta enquanto a mistura de admissão está sendo absorvida. Portanto, uma quantidade potencialmente grande de combustível não queimado desaparece diretamente no escapamento, sem desempenhar nenhuma função útil (além de talvez esfriar um pouco o motor).

Provavelmente, a atomização adicional de combustível provavelmente não será ajudada ao alimentar a mistura de admissão através dos cárteres e portas, dando ao combustível mais chance de formar gotículas maiores.

Em um desempenho de 2 tempos, o escape será projetado para atrair a mistura através do motor, tanto os gases de escape queimados quanto a mistura fresca. É provável que mais mistura nova seja atraída para o escape, antes que as ondas de pressão empurram essa mistura de volta para o motor . Isso funciona bem para obter combustível extra (e, portanto, energia), mas não é tão bom para a economia. Além disso, ele funciona apenas em determinadas faixas de rpm.

Alguns desses problemas podem ser corrigidos com injeção direta de combustível (e houve produção de motocicletas de 2 tempos com motores de injeção direta de combustível, e a Ford produziu um lote de Fiestas nos anos 90 com motores de 2 tempos para fins de avaliação). Mas a injeção direta de combustível é uma adição cara e complexa a um motor simples. Com esse sistema, o ar pode ser transportado para o motor com o combustível injetado apenas quando a porta de escape estiver fechada.

O motor de 2 tempos tem uma grande vantagem sobre o motor convencional de 4 tempos. Sem a necessidade de conter válvulas, a câmara de combustão pode ser modelada com muito mais facilidade para se adequar às finalidades desse motor em particular.

Veja como funciona um motor de 4 tempos.

a) Downstroke - suga a mistura para o motor

b) Upstroke - comprime gases

c) Fogo

d) Downstroke - o motor funciona

e) Upstroke - gases usados ​​são expulsos

Agora veja o 2stroke

um fogo

b) O motor de avanço funciona (alta pressão no cilindro) Comprime a mistura no cárter

c) Upstroke - O motor deve exaurir os gases e obter nova mistura - suga a nova mistura no cárter

Assim, sempre haverá uma mistura de gases de escape e gases não queimados em um motor de dois tempos. Também costumava haver um tempo em que, para aumentar a potência, a transferência de mistura a dois tempos do cárter inferior se sobrepunha à porta de escape que estava sendo aberta. Isso resultou em combustível não queimado passando direto pelo motor.

O design moderno reduz, mas não pode remover completamente, essas eficiências que parecem ainda mais exigentes do que o método de quatro tempos de girar o motor duas vezes para obter um golpe de trabalho.

É muito simples. Em um 2 tempos, o combustível também é o lubrificante e o líquido de arrefecimento, e a mistura de óleo com gasolina aumenta o conteúdo de energia do combustível, enquanto diminui a octanagem, de modo que os 2 tempos têm de executar um tempo de ignição fixo e misturas de combustível e ar super ricas, enriquecidas ainda mais por o óleo de alta energia e baixa octanagem misturado. O resfriamento a ar os torna ainda mais sensíveis ao tempo, temperatura do cilindro e outras variáveis ​​que seu tempo fixo e sistemas de lubrificação e resfriamento com perda total não podem compensar. E, é claro, eles têm grandes vazamentos de vácuo internos que ocorrem no pior momento possível para eficiência volumétrica e o tempo da válvula também é fixo, mesmo com uma câmera de elevação mecânica, o tempo da válvula de um motor de quatro tempos avança à medida que a velocidade do motor aumenta.

Os dois tempos eram competitivos contra os motores de cabeça chata de baixa compressão e baixa velocidade para uso sazonal apenas até que os avanços metalúrgicos e de fabricação permitissem a construção de motores OHV baratos de 4 tempos com ignição eletrônica e injeção de combustível, para que a ignição e o ajuste de combustível se tornassem automáticos e ideais para as aplicações mais automotivas e sazonais, como motos de neve, quadriciclos, motores externos, equipamentos de força para uso externo, como aparadores de corda e sopradores de folhas e outros produtos de consumo. Melhorias no sistema de ignição eletrônica e expectativas de desempenho e carburagem dedicados, específicos para aplicações e desempenho profissional e pontos de preço mal mantêm a 2 tempos competitivos em máquinas industriais / comerciais, como ferramentas de corte portáteis. Serras de corte, motosserras, etc.