Il motore a due tempi è un tipo di motore a combustione interna, inventato dall'ingegnere Dugald ClerkDugald Clerk . nel 1879 e sperimentato per la prima volta nel 1880 da Karl Benzhttp://www.panorama-auto.it/auto-classiche/personaggi/karl-benz ..

Introduzione Questo tipo di motore è differente dal motore a quattro tempi principalmente per la differente alternanza delle fasi attive (fasi utili o di potenza), in relazione ai giri dell'albero motore: se nel motore a quattro tempi si ha una fase attiva o di espansione (fase in cui avviene la trasformazione effettiva dell'energia chimica in termica e dunque cinetica) per ogni due giri dell'albero motore, nel due tempi se ne ha una per ogni giro completo dell'albero.

Caratteristiche Strutturalmente, il motore a due tempi di norma non presenta le classiche valvole d'aspirazione e scarico, sostituite dalle luci, feritoie ricavate sul cilindro, aperte e chiuse dal moto alternato del pistone.

Una caratteristica che distingue il motore 2T (escludendo i modelli con immissione a disco rotante e le esigenze dell'impianto di accensione) dal 4 tempi (o 4T) 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 4T la simmetricità non c'è perché deve essere aperta soltanto una delle due valvole (salvo nel breve periodo dell'incrocio, in cui sono aperte entrambe), e tassativamente in modo asimmetrico rispetto al punto morto inferiore.

Un'altra caratteristica che distingue i due motori è la "pompa di lavaggio", che nel 2T permette l'immissione per compressione dei gas "freschi" nella camera di combustione (generalmente essa è costituita dal carter pompa, delimitata dalla superficie interna del pistone e dal sistema di immissione dei gas freschi, come per esempio la valvola a lamelle). In altri casi (vedi i motori diesel 2T a lavaggio unidirezionale) la pompa di lavaggio è una vera e propria pompa volumetrica, azionata solitamente dall'albero motore; in ulteriori casi dei turbocompressori azionati dai gas di scarico aiutano il lavoro della suddetta pompa, la quale non è completamente sostituibile.

Valvole d'aspirazione

Esse sono presenti solo nei motori con carter-pompa e l'ammissione dei gas freschi può avvenire attraverso quattro differenti dispositivi e modalità:

Piston port: questo tipo di aspirazione avviene tramite l'apertura e chiusura di una luce sul cilindro da parte del pistone.Nel carter il processo viene accompagnato dai travasi, che vengono a loro volta governati dal pistone. Valvola lamellare: questo tipo di comando avviene tramite l'apertura e chiusura da parte di una o più lamelle, poste su un supporto, che permettono il passaggio del flusso di miscela fresca tramite il cilindro o il carter motore. Questo tipo d'aspirazione nel carter viene accompagnato dai travasi, a loro volta governati dal pistone. Hiro Induction System: questo tipo di comando avviene tramite un sistema misto "Piston port" e "Valvola lamellare" Valvola a disco rotante o a manicotto rotante: questo tipo di comando avviene tramite l'apertura e chiusura di una luce sul carter motore, o più raramente sul cilindro, da parte di un disco fenestrato o dell'albero motore.

Se non si adopera il sistema a carter pompa si utilizzano altri sistemi che sostituiscono la funzione del carter pompa, essi vengono normalmente impiegati sui motori 4T come soluzione alla sovralimentazione: in questo caso non è necessario adoperare alcun tipo di valvola in aspirazione.

Valvole di lavaggio Per il lavaggio, la sostituzione dei gas combusti con i gas freschi, si possono avere: Luce: lo scorrere del pistone apre e chiude un condotto che collega la pompa di lavaggio al cilindro. Valvola a fungo: l'apertura e chiusura di questa valvola, del tutto simile a quella di un motore a quattro tempi, permettono l'immissione della carica fresca direttamente nel cilindro: questo tipo di comando viene utilizzato per i motori Diesel a due tempi unidirezionali. Valvola a fodero: questa valvola apre o chiude un condotto, esattamente come nel sistema a luci, ma consente valori d'apertura e chiusura asimmetrici.

Lubrificazione Altra differenza dal motore a quattro tempi riguarda la lubrificazione interna: A perdere: il lubrificante viene trasportato dal fluido fresco (aria soltanto oppure miscelata con il combustibile, a seconda del tipo di motore e di alimentazione) fornito al cilindro dal sistema di aspirazione. Miscelata: il lubrificante è aggiunto direttamente alla benzina, operazione che può essere manuale, con l'aggiunta diretta dell'olio e la preparazione della miscela olio-benzina. Separata: tramite il miscelatore, che può immettere l'olio tramite il venturi del carburatore (nel caso di alimentazione del combustibile a carburazione) oppure tramite il collettore che conduce al cilindro motore; inoltre su questi modelli è presente una spia dell'olio per evitare che il serbatoio dell'olio si esaurisca. A bagno: per la maggior parte dei motori a ciclo unidirezionale, la lubrificazione funziona esattamente come in un normalissimo motore a 4T e può essere a carter umido o carter secco.

Funzionamento e fasi del ciclo

Il ciclo termodinamico del motore a due tempi si sviluppa completamente in un'unica rotazione dell'albero motore, ma la successione completa delle varie fasi che interessano il fluido motore avviene nell'arco di una rotazione, questo perché il pistone svolge una doppia funzione, come meglio spiegato di seguito.

Aspirazione Il pistone, in salita verso il PMS (Punto Morto Superiore), crea una depressione nel carter pompa, e contemporaneamente apre la luce di aspirazione. Nel caso del piston port questa apertura avviene con fasatura simmetrica rispetto al PMS, con ovvi svantaggi, mentre nel caso della valvola rotante l'apertura ha una fasatura fissa, ma ottimizzata per il miglior rendimento in un certo campo di regimi di rotazione. È invece la depressione presente nel carter a provocare l'apertura automatica della valvola lamellare, con fasatura variabile. La depressione (0,2-0,4 bar) richiama la miscela fresca (aria-benzina) dalla luce di aspirazione immettendola nel carter pompa, che la porterà nel cilindro attraverso le luci di travaso nella fase successiva.

Pre-compressione e Travaso Durante la discesa del pistone verso il PMI (Punto Morto Inferiore) avviene la compressione della miscela nel carter pompa, con un rapporto di compressione compreso tra 1,20:1 e 1,45:1. Nel momento in cui si aprono le luci di travaso, esaurita l'eventuale sovrappressione residua della fase di scarico, la miscela fresca aria-benzina entra nel cilindro anche grazie alla depressione generata dalla parte iniziale dell'impianto di scarico, che aiuta il travaso dei gas freschi, durante questa fase parte di questa miscela esce anche dalla luce di scarico, mista a gas combusti.

Compressione Il pistone, risalendo dal PMI, occlude dapprima le luci di travaso, poi quelle di scarico. Fra queste due fasi può avvenire una prima compressione causata dall'onda di pressione riflessa dal controcono dell'impianto di scarico, se quest'ultimo è del tipo risonante (detto anche "ad espansione" per via della notevole variazione di sezione). In questo caso, una parte della miscela fresca rientra nel cilindro, anche se la quantità intrappolata è inferiore alla cilindrata, perché comunque è sempre presente una frazione di gas combusti.

Nella parte finale della compressione la carica fresca viene movimentata dall'anello di squish se presente, generando una forte vorticosità che consente una combustione migliore ed un aumento del rendimento termodinamico.

Accensione ed espansione L'accensione, avviene con anticipi nettamente inferiori a quelli tipici del 4 tempi nel caso del motore ad accensione comandata, grazie alla forma più razionale della testa permessa dall'assenza delle valvole a fungo. L'eventuale presenza dell'area di squish consente rapporti di compressione molto elevati senza incorrere in fenomeni deleteri, come la detonazione; inoltre nel 2 tempi è possibile utilizzare un impianto di accensione ad anticipo costante senza una eccessiva perdita di rendimento.

Dopo il PMS (punto morto superiore) inizia l'espansione, che si interrompe all'apertura della luce di scarico per via del brusco calo di pressione, tuttavia non vi è una perdita notevole di rendimento rispetto ad un 4 tempi, visto che entrambi richiedono una simile apertura anticipata delle valvole di scarico. Con il passare degli anni la luce di scarico dei due tempi si è via via ridotta, a favore di una sua estensione trasversale, in modo da guadagnare in corsa utile e rendimento, del tutto paragonabile a quello dei quattro tempi.

Scarico In fase di discesa il pistone scopre la luce di scarico. L'espulsione dei gas combusti avviene per semplice differenza di pressione, e non per l'azione di pompaggio del pistone come nel 4 tempi. Lo scarico risuonante, se presente, velocizza questa fase, grazie alla depressione sviluppata dal primo tratto dello stesso, permettendo di ridurre l'altezza delle luci di scarico e aumentare il rendimento.

In alcuni casi, come nei motori con aspirazione lamellare e vano della valvola collegato ai condotti di lavaggio, questa depressione può addirittura influire sul "rapporto di lavaggio", aumentando la quantità di gas freschi che entrano nel cilindro.

Tipologia di lavaggio e funzionamento Il lavaggio (o travaso) del cilindro con i gas freschi, nei motori a due tempi, avviene secondo varie scuole di pensiero:

Flussi incrociati

Questo tipo di motore (CrossFlow in inglese) ha due luci, una di scarico e una di travaso, poste ai lati opposti del cilindro, con il pistone munito di deflettore, per evitare che i due flussi (gas di scarico e miscela fresca) si mescolino, quindi la carica fresca va verso la testa grazie alla forma del deflettore, mentre i gas combusti escono.

Questo è stato uno dei primi sistemi di lavaggio utilizzati nella produzione, ma ha avuto vita breve per via delle complicazioni indotte dal deflettore, che appesantisce il pistone e aumenta la superficie esposta alla combustione, rendendo difficile il disegno di una camera di combustione ottimale.

Correnti tangenziali

In questo tipo di lavaggio (Loop-scavenged in inglese), si studiano le varie posizioni e direzioni delle luci e condotti di lavaggio per avere un risultato ottimale ed eliminare la necessità del deflettore. In pratica le luci sono disposte in direzione opposta alla luce di scarico, imponendo alla miscela fresca di salire verso la testa, invertire la direzione e raggiungere lo scarico soltanto dopo aver effettuato questa "giravolta", da cui il nome inglese. Spesso viene denominato lavaggio "Schnürle" dal nome dell'ingegnere tedesco, Adolf Schnürle, che lo ideò nel 1925. Inizialmente pensato per i motori diesel della KHD, venne ceduto in licenza esclusiva alla DKW. Il sistema di lavaggio a correnti tangenziali si è ampiamente diffuso dapprima in Germania e, dopo la seconda guerra mondiale, anche nel resto del mondo. Attualmente è il tipo di lavaggio più utilizzato nei motori moderni ad accensione comandata, viceversa, nei motori ad accensione spontanea, è stato sostituito dal ciclo unidirezionale.

Strutture particolari Il motore a ciclo loop è stato proposto in alcune particolari e controverse configurazioni, che più o meno si discostano come struttura da un motore classico.

Motore Bourke

Questo tipo di motore riprende in parte i vantaggi del motore con pistoni a doppio diametro, ma il pistone ha una forma tradizionale.