Questo lunedì riprendiamo il tema puramente motoristico andando a parlare di un argomento richiesto varie volte nei commenti ai precedenti post, pertanto l’argomento di quest’oggi sarà il Motore a Combustione interna a 2 Tempi.
UN PO’ DI STORIA
La nascita del motore a 2 tempi, così come quella di ogni altra invenzione, è di difficile individuazione in quanto una invenzione è sempre il frutto di un percorso creativo non istantaneo, così come l’individuazione del “padre” dell’invenzione delle volte appare problematica essendo spesso una invenzione il frutto dello sviluppo o dello stravolgimento di un’idea di altri inventori.
Per quanto riguarda il motore a 2 tempi l’invenzione viene attribuita a Sir Douglas Clerk (Glasgow 1854 – 1932), un Ingegnere Chimico Inglese che nel 1879 inventò (e successivamente brevettò nel 1881) appunto questo particolare motore contraddistinto dall’avere una fase attiva durante ogni rotazione completa dell’albero motore, mentre nel motore a 4 tempi si ha una fase attiva ogni dure rotazioni.
Il motore a 2 tempi ha subito varie evoluzioni e miglioramenti, anche se al giorno d’oggi il suo utilizzo in campo stradale risulta fortemente ridotto a causa delle problematiche in termini di emissioni inquinanti che tali motori presentano, mentre risultano ampiamente impiegato in campo marino motori Diesel 2 tempi sovralimentati, i quali presentano però caratteristiche costruttive molto particolari che si discostano dai motori a 2 tempi comunemente conosciuti.
TIPOLOGIE E CARATTERISTICHE
Esistono due tipologie di motori a 2 tempi, ognuna delle quali è caratterizzata da soluzioni che ne rendo l’impiego maggiormente od esclusivamente adatto a particolari campi di impiego.
La caratteristica distintiva per i motori a 2 tempi fa principalmente riferimento alla “velocità di rotazione” del motore, distinguendo tra motori a 2 tempi veloci e motori a 2 tempi lenti.
Questa classificazione porta ad individuare due famiglie che si differenziano di fatto in maniera sostanziale soprattutto per il conseguente campo di impiego e per il tipo di alimentazione del motore, infatti i motori a 2 tempi veloci sono i classici motori impiegati principalmente nei motocicli ed utilizzano come combustibile benzina, mentre i motori a 2 tempi lenti sono motori generalmente alimentati con combustibili pesanti quali il Gasolio, e sono definiti motori Diesel.
Il campo di applicazione principale di questi ultimi è rappresentato dalla propulsione navale, così come dalla generazione stazionaria di energia elettrica.
Nei motori a 2 tempi si ha una fase attiva (la combustione) ad ogni rotazione completa dell’albero motore, e per quanto visto in occasione dei post sui motori a 4 tempi, risulta necessario sovrapporre le varie fasi in modo da rendere possibile questa maggiore frequenza della fase di combustione.
La sovrapposizione delle fasi si ripercuote ovviamente sulla geometria del motore, in maniera differente tra motori lenti e veloci, ma conservando sempre delle differenze sostanziali rispetto ai motori a 4 tempi, in particolare i motori a 2 tempi dispongono di luci per il passaggio della carica (fresca e/o combusta) che vengono aperte e chiuse direttamente dal pistone, imponendo quindi una rigida dipendenza della fasatura da tale moto.
I MOTORI A DUE TEMPI VELOCI
Lo schema generale di un motore 2 tempi veloce è rappresentato nella seguente figura:
L’aria ed il combustibile vengono premiscelati ed aspirati in genere nel carter, il quale assume il ruolo di “parziale sovralimentatore” dal momento che durante la fase di discesa del pistone, questo opera una compressione della carica accumulata nel carter (per questo motivo anche chiamato “carter-pompa”) forzando il ricambio attraverso la successiva apertura della luce di lavaggio (collocate a sinistra nel disegno).
Per quanto riguarda la fase di lavaggio sono stati sviluppati diversi concetti che portano il flusso a percorrere traiettorie differenti, ma una trattazione di tale argomento risulterebbe abbastanza lungo dovendo entrare nel merito dei benefici e dei limiti di ogni soluzione.
In questa immagine è invece possibile vedere le luci lungo l’asse del cilindro:
Nell’immagine a destra è rappresentata la fase di scarico-travaso, ovvero la fase nella quale, al termine dell’espansione si ha l’apertura ad opera del pistone della luce di scarico e con una certa sovrapposizione si ha il travaso, ovvero il passaggio della carica fresca dal carter-pompa al cilindro.
La particolare forma del pistone si rende in genere necessaria per separare adeguatamente i due flussi evitando che ci siano dei fenomeni di perdita di carica fresca allo scarico, così come evitare l’incompleta espulsione della carica esausta.
Alle luci in genere vengono aggiunte delle valvole, di tipo lamellare o rotante, per permettere di ottenere una fasatura asimmetrica, ed ognuna delle soluzioni presenta vantaggi e svantaggi reciproci che ne determinano la scelta caso per caso.
I motori a due tempi veloci hanno avuto un largo impiego in passato, mentre in tempi recenti il loro utilizzo si è circoscritto sempre più ed ad oggi è ristretto prevalentemente nell’ambito dei ciclomotori, e questo è avvenuto a causa della difficoltà per questi motori di evitare che una certa quota di gas freschi vengano direttamente bypassati allo scarico con peggioramento pertanto del consumo, ed inoltre per via della contaminazione della carica fresca con l’olio di lubrificazione che porta ad avere emissioni inquinanti troppo elevate.
Lo sviluppo dei motori 2 tempi pertanto risente di questo sempre più scarso impiego, anche se è realistico ritenere che questa tipologia di motori presenti margini di miglioramento troppo esigui (si pensi ai limiti legati alla forma del pistone ed alla “rigidezza” della fasatura) se paragonata con i motori 4 tempi i quali, avendo una netta distinzione tra le varie fasi, permettono una maggiore possibilità di intervento.
Tra i pregi del motore a 2 tempi si deve ovviamente ricordare la maggiore densità di potenza e l’affidabilità, quest’ultima dovuta alla maggiore semplicità di un motore 2 tempi rispetto ad un motore 4 tempi
I MOTORI A DUE TEMPI LENTI
I motori a 2 tempi lenti, come detto in precedenza, vengono utilizzati principalmente nell’ambito della propulsione navale e produzione di energia elettrica, e sono caratterizzati da bassi regimi di rotazione e dall’adozione del ciclo Diesel, o meglio, del ciclo Sabathé.
Questi motori adottano in genere una pompa di lavaggio (anche se sarebbe corretto chiamarla compressore) in genere di tipo volumetrica, e pertanto non utilizzando il carter-pompa non sono afflitti dai problemi di contaminazione della carica fresca con l’olio lubrificante.
Anche le luci di scarico vengono eliminate e si impiegano delle normali valvole a fungo.
Uno schema tipico è il seguente:
Questi motori presentano ottimi valori di rendimento, anche in virtù delle condizioni operative alle quali lavorano, caratterizzate da un basso numero di giri e dalle caratteristiche del carico generalmente ad essi accoppiato.
Esistono anche motori a due tempi Diesel per impieghi di autotrazione, ma tale applicazione è sempre meno impiegata salvo mezzi particolari (come ad esempio alcuni mezzi militari e mezzi pesanti civili).
Anche per quest’oggi è tutto, rinnovo l’appuntamento a lunedì prossimo sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.
