[Utile Guida sui Motori a Combustione Interna] - by brambo

Ciao a tutti.

Ho presentato le rinunce alla carica di mod per motivi personali eheh.

Come ultima cosa vorrei mettere in evidenzia questa Tesina svoltasi da "brambo" come guida per i "novellini".

Questo perchè si facciano una cultura generale e la smettano di chiedere o affermare cose insulse (cosa molto solita in questo ultimo periodo).

Evitate di copiarla per Esami o altro

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO E PRINCIPALI ORGANI COSTITUTIVI
DEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA

Nei motori endotermici e quindi, nel nostro caso specifico, nei motori a scoppio, l'energia termica è sviluppata dalla combustione della miscela carburante-aria che provoca un aumento di energia elastica degli stessi prodotti della combustione che agiscono direttamente sugli organi del motore trasformandola in energia meccanica.
Il motore a scoppio quindi dovrà rappresentare la possibilità di alimentare una camera di scoppio, di provocare la combustione della miscela aria carburante e di trasformare l'energia generata con la combustione, in energia meccanica.

Nel motore a scoppio quindi potremo individuare:

1) un sistema d’alimentazione che fornisce la miscela carburante-aria in dosi appropriate e la distribuisce a tempo debito;

2) un sistema d’accensione che provoca la combustione della miscela;

3) una camera di scoppio in cui avviene la combustione;

4) un sistema meccanico che sia atto a ricevere l'energia creata dalla combustione e trasformarla in energia meccanica a moto rotativo;

5) un sistema di scarico che allontani i gas combusti.

INDICI CARATTERISTICI

Corsa del pistone (c) - E' la misura dello spostamento del pistone dal PMS al PMI: tale lunghezza è usualmente espressa in millimetri ed è uguale al doppio della eccentricità del perno di manovella o pari al diametro descritto dall'asse del perno di manovella del suo moto circolare.

Alesaggio del cilindro (d) - E' il diametro del cilindro entro cui scorre il pistone; tale diametro è di norma dato in millimetri.

Punto morto inferiore (PMI) - punto inferiore massimo che raggiunge il pistone all’ interno del cilindro durante la sua corsa.

Punto morto superiore (PMS) - punto superiore massimo che raggiunge il pistone all’ interno del cilindro durante la sua corsa.

Cilindrata unitaria (q) - E' il volume generato dal pistone nel suo movimento dal PMS al PMI. Il valore della cilindrata viene espressa in centimetri cubi (cmq) o in litri (l) ed è pari all'area della base del cilindro moltiplicata per la corsa.



Rapporto di compressione - Il rapporto di compressione è dato dal rapporto tra la cilindrata unitaria ( volume generato dal pistone nel suo moto ) più il volume della camera di scoppio e il volume della camera di scoppio stessa. In formula:

R=(q+V)/V

in cui V è il volume della camera di scoppio.
Per quanto riguarda il rendimento del motore, il rapporto di compressione dovrebbe essere il più alto possibile; il rendimento termico cresce infatti con la compressione che innalza la temperatura prima dell'accensione, riduce il volume di accensione ( percorso dalla fiamma ) e la superficie esterna di raffreddamento, oltre che l'effetto nocivo dei residui dei gas combusti. Il rapporto di compressione non può però e spinto oltre un certo limite onde evitare il fenomeno della detonazione assai nocivo, fra l'altro, per le vibrazioni che comporta.

Il rapporto di compressione è uno dei dati tecnici caratteristici di ogni motore.
Esso è stabilito dal costruttore e non deve essere modificato per non far variare il funzionamento ed il rendimento del motore.
Può avvenire che tale rapporto risulti variato a causa di:
- asportazione eccessiva di materiale per lo spianamento della testata;
-esistenza d’incrostazioni;
In tal caso si verificano battiti in testa, eccessi di riscaldamento, ecc.
Può anche presentarsi il caso che sia necessario variare il rapporto originale per l'uso di benzina a basso numero di ottano, ecc.

Rapporto corsa-alesaggio – il rapporto corsa-alesaggio è utile per individuare le caratteristiche di un motore. Tale rapporto si indica con la leggera greca λ ed è rappresentato da un numero puro, cioè senza dimensioni. Questo rapporto nelle costruzioni normali varia da 1 a 1,5; più precisamente si hanno i valori più alti del rapporto per i motori cos' detti lunghi ( normalmente a basso regime di giri ) e i valori più bassi per i motori ad alto regime di giri sino a raggiungere il valore 1 nei motori spinti più moderni, in quei motori così chiamati "quadrati", ( termine che significa che la corsa è uguale all'alesaggio ).
La tecnica moderna dei motori da corsa porta questo rapporto a valori minori di 1 ( 0,95 ) e si hanno allora i motori cosiddetti "super quadrati" o "rettangolari".
E' evidente che la medesima cilindrata unitaria può essere ottenuta con un diverso valore di λ ed è pure evidente che il comportamento dei due motori, aventi la stessa cilindrata, deve differenziarsi per i diversi valori di questo coefficiente.
I valori normalmente usati nella costruzione di motori di serie e per normali impieghi, si aggirano sul valore λ=1,2.

GENERALITA`

Riferendoci a quanto si è detto nella descrizione del principio funzionale di un motore a scoppio, si può osservare che il ciclo motore può essere compiuto nel minimo numero di tempi strettamente necessari, cioè due (non meno di due), perché ad ogni ciclo, il pistone deve trovarsi nella posizione iniziale di partenza e quindi deve essere passato dal PMS al PMI (1° tempo) e dal PMI al PMS (2° tempo). Durante questi due tempi si deve compiere un ciclo ossia devono verificarsi quattro fasi.
Vediamo teoricamente come può essere realizzato tale principio.
Ammettiamo di avere un recipiente contenente miscela aria-benzina leggermente compressa e che sia in comunicazione col cilindro motore, il quale si trova attraverso un'altra apertura in comunicazione con l'ambiente esterno e pensiamo che il pistone si trovi al PMI. Per effetto della pressione la miscela si travaserà nel cilindro, ove esiste una pressione inferiore, ne scaccerà l'aria o il gas in esso contenuto e lo riempirà.
Se, quando la miscela ha riempito completamente il cilindro, si chiude la comunicazione del medesimo con il recipiente esterno, ci si ritrova nelle medesime condizioni di fine aspirazione di un motore a quattro tempi.
Il pistone salirà verso il PMS compiendo la fase di compressione, ne seguirà l'accensione e poi l'espansione dei gas combusti che spingerà il pistone verso il PMI, fornendo lavoro. Se, giunto il pistone al PMI, apriamo la comunicazione con l'esterno e con il recipiente contenente la miscela compressa, noi otterremo l'uscita dei gas combusti e contemporaneamente l'introduzione nel cilindro di miscela fresca, chiudendo in tal modo il ciclo. La realizzazione pratica del motore a due tempi è pertanto molto semplice e permette di eliminare alcuni organi (valvole e albero di comando relativo) che sono tra i più delicati del motore a quattro tempi.

Un motore a 2 tempi perciò dovrà, per svolgere il suo completo ciclo essere dotato di 5 parti fondamentali già citate in precedenza:

[1) un sistema d’alimentazione;

2) un sistema meccanico;

3) una camera di scoppio;

4) un sistema d’accensione;

5) un sistema di scarico.

1 - SISTEMA DI ALIMENTAZIONE

Carburatore

II carburatore è uno strumento che sfrutta la differenza di pressione che si verifica all'interno di un condotto convergente attraversato dall'aria, chiamato venturi. Più aumenta la velocità dell'aria, costretta ad attraversare la strozzatura del venturi e minore diventa la pressione in questo punto.

Il compito del carburatore è creare una miscela di aria benzina che poi verrà bruciata durante la combustione, questa ultima è un fenomeno chimico di ossidazione, in cui l'ossigeno contenuto nell'aria si combina con il carburante, grazie all'elevata pressione prodotta in camera di scoppio ed alla scintilla della candela.
La carburazione ha come scopo quello di miscelare una giusta dose di benzina all'aria introdotta, così che la reazione di combustione sviluppi la maggior quantità di gas in un arco abbastanza esteso di tempo, in modo che il lavoro ottenuto possa essere utilizzato.
La giusta miscela aria benzina deve essere calcolata secondo un ben determinato rapporto stechiometrico:

13 parti d’aria rispetto ad 1 di benzina.

Se la carburazione è magra abbiamo una combustione in eccesso di ossigeno, cosa che automaticamente produce temperature molto elevate, vedi fiamma ossidrica o lancia termica, per cui nella combustione partecipa anche il metallo della parte meno raffreddata che è il pistone, il quale in poco tempo si rovina irrimediabilmente.
Con le alte temperature in camera di scoppio, la detonazione trova le condizioni ideali per svilupparsi.
La carburazione grassa ha qualche piccolo difettuccio come una ridotta erogazione di potenza specialmente a motore freddo, la possibilità di un imbrattamento delle candele, però difficilmente e a meno che non sia decisamente eccessiva può provocare dei danni.
Anzi, una carburazione leggermente grassa rispetto a quello che sarebbe l'ideale rapporto di 13 parti d'aria per una di benzina, da sempre una potenza più elevata per diversi motivi.
Il primo è che la benzina, nel moto turbolento che la porta attraverso collettore, carter e travasi, tende a depositarsi sulle pareti.
Il secondo è che la benzina che non prende parte alla combustione compie un lavoro di raffreddamento, eliminando problemi di detonazione e nonostante tutto un due tempi ha sempre il suo tallone di Achille nel raffreddamento.
Terzo, una miscela in cui la benzina è in eccesso tende a bruciare più lentamente e a temperature inferiori, cosa che prolunga la vita del propulsore.
Quarto, in un due tempi la miscela grassa porta con sé più lubrificante e questo fatto automaticamente riduce parecchi rischi.

2 – SISTEMA MECCANICO

2.1 Carter

Il carter del motore è in comunicazione attraverso una terza luce (luce d’aspirazione) con il carburatore e questa viene anch’essa scoperta nel moto ascensionale del pistone.

L'aspirazione della miscela viene quindi effettuata nel carter stesso del motore ed è provocata dal pistone, che salendo crea una depressione, nel carter, tale da richiamare attraverso il carburatore una forte corrente di miscela. Nel moto discendente del pistone, la luce di aspirazione viene chiusa perché ricoperta dal mantello del pistone stesso, e la miscela che si trova nel carter, per effetto della diminuzione di volume del medesimo, viene leggermente compressa. Viene assicurata così la pressione sufficiente a riempire rapidamente il cilindro attraverso le luci di lavaggio.

2.2 Albero motore

L’ albero motore è uno degli organi fondamentali del motore a 2 tempi, questo infatti trasforma l’ energia creata in seguito alla combustione in energia meccanica e precisamente in moto rotatorio.
L’ albero motore è composto di 3 organi principalmente:
- la biella che vincolata al pistone trasmette il moto;
- le 2 spalle dell’albero su cui è inserito un perno che prende il nome di piede di biella;
- ed infine le due braccia dell’albero, una collegata al volano, l’altra agli ingranaggi che porterà poi il moto alle ruote del veicolo.

3 - CAMERA DI SCOPPIO

3.1 Cilindro

La quasi totalità dei due tempi attuali monta cilindro in alluminio con raffreddamento ad acqua.
La superficie interna in quasi tutti i modelli è rivestita con un riporto in carburo di silicio e nikel, procedimento inizialmente noto con il nome di Ni-kasil e studiato dalla Mahie per realizzare le superfici interne del motore rotativo Wankel e che poi venne adottato per la maggior parte dei cilindri di sua produzione.
Variate la procedura e la composizione dei riporti, il sistema ha preso diversi nomi ed ogni casa costruttrice di cilindri ha brevettato un proprio procedimento.
Il deposito che viene a formarsi sulla parete del cilindro, è un composto di nikel e carburi di silicio (in altri casi molibdeno, ceramiche varie, boro ecc. intimamente legati fra loro con una elevatissima durezza superficiale ed un elevata aderenza alla parete in alluminio del cilindro.
A differenza del vecchio sistema di cromatura non esiste il pericolo che si sfogli.
La resistenza è elevatissima ma, a differenza dei cilindri con camicie in ghisa, quando il cilindro si rovina altro non rimane che sostituirlo.
Questi rivestimenti sono porosi a livello molecolare e quindi trattengono un velo d'olio facilitando la lubrificazione e la scorrevolezza del pistone.

Il cilindro del motore a due tempi si presenta generalmente senza valvole comandate; vi sono invece sulla superficie laterale e nella parte inferiore del cilindro, due serie di feritoie, dette luci, opposte le une alle altre, tali luci hanno inclinazioni adatte per permettere e garantire il perfetto lavaggio che si ottiene evitando la possibilità di spazi morti o sacche dove si raccolgono i gas combusti che rimangono nella camera di scoppio durante il ciclo successivo.

Ogni serie, è rispettivamente in comunicazione con le tubazioni di scarico (luci di scarico) e con la zona dove si trova la miscela (luci di lavaggio) precompressa all'inizio. Tali luci sono a due livelli diversi e precisamente più in alto verso la testa le luci di scarico, leggermente più in basso quelle di lavaggio avendo la maggior parte della loro altezza in comune. E' chiaro che il pistone nel suo moto di discesa prima scopre le luci di scarico e poi quelle di lavaggio ed inversamente nel moto di ascesa..

3.2 Pistone e fascia elastica

Il pistone ha il compito non solo di ricevere la spinta dei gas combusti, di trasmetterla al sistema biella-manovella, ma anche di funzionare, con il bordo superiore, come organo distributore e con la faccia inferiore come organi alimentatore.
II pistone è sicuramente una delle parti più soggette a condizioni sfavorevoli dell'intero motore.
È soggetto a sforzi meccanici elevatissimi, visti i cambi d’accelerazione e di velocità che assume nel suo moto, la sua temperatura passa da quel- la ambientale nella sua parte inferiore lavata ad ogni giro a quella di 400 e più gradi di quella esposta in camera di scoppio.
Subisce un attrito elevato sul mantello solo in parte mitigato dall’emulsione di benzina ed olio che entra nel cilindro. La sua fascia elastica deve fare i conti con tutte le luci presenti sul cilindro, sia in discesa che in salita, e prima fra tutte quella di scarico normalmente molto estesa e nella quale prima si protende e poi ne viene schiacciata, considerate che lo fa magari 250 volte in un secondo.
Per risolvere il grosso problema di affidabilità nei pistoni, si utilizza per la costruzione degli stessi una lega ad altissimo tenore di silicio.
Quantità di silicio superiori al 20%, non solo riducono in maniera rilevante la dilatazione termica del pistone, ma aumentano la sua resistenza meccanica e la durezza del materiale.
La differenza fra i due tipi di fusione è che nella forgiatura il metallo liquido viene spinto con pressioni di qualche tonnellata per cmq in uno stampo, per cui il metallo dell'intera struttura diventa molto compatto (assolutamente senza bolle) e poi, durante il raffreddamento, si formano delle lunghe catene a livello cristallino, mentre nella normale fusione il metallo viene versato in stampi per gravita, o nei sistemi più evoluti di questo tipo, lo stampo ruota e così viene sfruttata la forza centrifuga per raggiungere con il metallo nei punti più difficili.
Nella fusione di questo tipo però, esiste sempre la possibilità di formazione di bolle e, durante il raffreddamento, il metallo cristallizza in strutture granulari, in cui i legami molecolari sono largamente inferiori rispetto a quelli che si riscontrano nel metallo forgiato.
I pistoni forgiati hanno diversi vantaggi, una dilatazione termica più ridotta ed una migliore capacità di dissipare il calore (cosa che si traduce in minori attriti e quindi maggiore potenza), una maggiore
duttilità che fa si che gli sforzi vengano assorbiti dal metallo deformandosi e non fratturandosi (come succede con i pistoni fusi).
Mentre i pistoni fusi richiedono spesso rivestimenti in grafite per impedire il grippaggio, data la dilatazione, i pistoni forgiati non ne hanno bisogno viste le loro capacità.
Data la maggior compattezza del metallo, i pistoni forgiati richiedono meno metallo e quindi a parità di resistenza sono più leggeri.
Il difetto dei pistoni forgiati sta nel fatto che, dato il tipo di lavorazione, vengono fatti praticamente uno per uno (mentre nella fusione ne vengono fatti a decine per volta), costano ovviamente di più.
Per quanto riguarda le fasce elastiche il loro compito è quello di fare in modo che il motore abbia compressione non permettendo il trafilare dei gas al di sotto del pistone provocandone un precoce deterioramento. In pratica la fascia è un organo d’attrito che compie il lavoro di sigillare la camera di scoppio dalla camera di manovella.

3.2 Testa

Sulla testa si avvita la candela, meccanismo in grado di generare scintilla grazie ad una notevole differenza di potenziale tra elettrodi.
La testa chiude la parte superiore del cilindro e grazie alla sua geometria è possibile variare il rapporto di compressione. Vengono solitamente utilizzati materiali che cedono facilmente il calore in modo da dissipare quello ceduto dalla combustione.


4 - UN SISTEMA DI ACCENSIONE

4.1 La candela
II lavoro che la candela è chiamata a svolgere in un motore a due tempi decisamente molto più gravoso di quanto si verifica in quello a quattro empi, deve accendere la miscela con una frequenza doppia, il che significa che la candela ha minor tempo per raffreddarsi e per autopulirsi ed inoltre la stessa si trova ad operare con una miscela in cui esiste l'olio di lubrificazione con le ovvie incrostazioni.
Esistono candele fredde e candele calde.
Una candela ha un campo abbastanza esteso di temperatura nel quale deve obbligatoriamente funzionare, sotto i 400 gradi i vari residui della combustione si depositano sulla sua superficie dando luogo ad incrostazioni carboniose mentre se si sale oltre gli 850 gradi si formano sulla sua superficie dei composti solforosi che corrodono velocemente gli elettrodi.
Bisogna quindi che le candele lavorino in questo campo di temperature, a meno di non utilizzare particolari elettrodi in metalli preziosi come l'oro, il platino, il palladio o loro leghe, che permettono di raggiungere temperature anche di 900 gradi .
L'elettrodo laterale è saldato alla parte metallica della candela e quindi scarica facilmente l'eccesso di temperatura, invece quello centrale si trova ad essere confinato in un materiale come la
porcellana che è un pessimo conduttore di calore.
Se l'isolante che lo avvolge è corto e quindi subito attaccato alla carcassa metallica della candela, riuscirà a smaltire velocemente l'eccesso di temperatura e avremo una candela fredda.
Se esso è lungo, il calore farà più fatica a scaricarsi sulla carcassa metallica, manterrà una temperatura più elevata ed avremo una candela calda.
La lunghezza dell'isolante controlla quindi la temperatura dell'elettrodo centrale, facendo sì che questo mantenga una temperatura giusta di funzionamento.
Caldo da poter bruciare i depositi che potrebbero formarvisi, ma non abbastanza da produrre una autoaccensione nella miscela.

4.2 Il sistema di accensione

La scintilla si verifica per una differenza di potenziale fra l'elettrodo centrale alimentato dal sistema di accensione e la massa costituita da quello laterale.
Per superare quel breve salto di mezzo millimetro in mezzo all'aria necessita una tensione molto elevata, nell'ordine dei 10-15.000 volt e soprattutto un tempo di scarica molto breve.
Mentre una candela nell'aria libera non avrebbe alcun problema a funzionare, una candela all'interno del motore si trova a dover lavorare in un ambiente piuttosto difficile per le alte temperature, ma soprattutto per colpa dei depositi che si formano sul suo isolante, anche se sottili a livello di molecole.
Se la corrente si accumula lentamente sull'elettrodo centrale essa si comporta come una grande massa d'acqua versata lentamente su un terreno leggermente permeabile.

Troverà una alla volta delle vie di fuga e man mano che viene versata verrà assorbita, se però la versiamo tutta insieme è facile si formi un torrente.
Sulla candela si verifica la stessa situazione, i depositi agiscono come la permeabilità, facendo sì che la corrente caricata lentamente, scelga la via di scorrere lungo l'isolante, anche se la via che segue sembra apparentemente la più difficile.
Se però la corrente si carica sull'elettrodo centrale in maniera estremamente veloce, essa non ha altra scelta che scorrere attraverso l'aria, producendo una bella scintilla.
Il sistema puntine magnete era abbastanza buono, visto che aveva il vantaggio di aumentare progressivamente la tensione in base al numero dei giri, risentiva però facilmente delle condizioni esterne ed aveva troppi componenti meccanici, cosa che influiva sulla sua affidabilità, il suo tempo si scarica era leggermente alto per le candele dei due tempi e solo il transistore e le accensioni a scarica capacitativa o CDI (Capacitative Discharge lgnition)hanno permesso un grande salto qualitativo.
L'elettronica ha consentito! ovviare alla quasi totalità dei problemi ed il fatto che nella maggior parte dei casi il cilindro sia unico, ha ridotto le dimensioni di una accensione elettronica a quelle di una scatola di fiammiferi.
Le accensioni elettroniche hanno solo alcuni nemici: il calore, per cui è bene siano sempre posizionate in luoghi lambiti dall'aria ed i cattivi contatti, quello della massa e quello del filo alla candela che se non collegati possono produrre sovraccarichi con danni ai componenti interni, talvolta il mancato funzionamento è dovuto solamente ad un gioco eccessivo fra captatore e punto di segnale sul volano. Nelle accensioni dell'ultima generazione, dotate di comando
elettronico dell'anticipo, esiste la possibilità che l'accensione rimanga bloccata solo sull'anticipo massimo, per cui il motore, oltre a non rendere, produce anche dei bei fori nel pistone a causa della
detonazione.
In questi ultimi anni si è avuta una grande evoluzione nei sistemi di
accensione, l'elettronica ha permesso la realizzazione di impianti sempre più precisi ed affidabili e penso che sia proprio in questo campo che si avranno le maggiori novità nei prossimi tempi.
Accensioni che riescano a variare l'angolo di anticipo non solo in base al regime di rotazione ma anche in base al carico sul motore credo saranno il prossimo traguardo.
Attualmente le accensioni possono variare gli angoli di anticipo solo in base al regime di rotazione ed in qualche caso con un sistema di ritardo in presenza di battito in testa.

5 - UN SISTEMA DI SCARICO

Espansione

Lo scarico assume un ruolo fondamentale per il rendimento di un motore a 2 tempi.
Mentre in un motore a quattro tempi uno scarico appropriato può dare al massimo un incremento di potenza nell'ordine del 15-20 %, nei motori a due tempi passare da uno scarico elementare ad uno
appositamente studiato può dare un guadagno anche del 100 % e più.
Dal momento in cui si apre la luce di scarico abbiamo la formazione di un siluro di gas caldissimi che, seguendo lo scarico, esce attraverso il collettore e si espande in un volume volutamente grande.
Di qui il nome ESPANSIONE, Questo siluro si comporta quasi come il pistone in una pompa, poiché mentre riempie l'espansione, si lascia dietro una zona a bassa pressione per cui con le luci dei travasi aperte la miscela si trova davanti una vera e propria bolla di vuoto.
La miscela fa quindi poca fatica a trasferirsi da una zona ad alta pressione (il carter in cui si sta abbassando il pistone)in una a bassissima pressione, quale è in questo momento il cilindro.
Se ci fosse la sola pressione, data dalla discesa del pistone, non tutta la miscela arriverebbe a passare per i travasi, nel brevissimo istante in cui rimangono aperte le luci.
La miscela va a riempire il cilindro ed anzi, seguendo la scia di depressione, fuoriesce anche nella prima porzione di scarico.
Quest'ultima sarebbe proprio sprecata e contribuirebbe solo all'inquinamento ma, per fortuna, i gas di scarico si trovano a rimbalzare sulla parete di fondo dell'espansione, visto che non riescono a sfogare facilmente nell'atmosfera attraverso il piccolo tubo in cui termina lo scarico.
Questa specie di eco produce una compressione nella prima parte dell'espansione e così, prima che si richiuda la luce di scarico, la miscela viene respinta nel cilindro e va a prendere parte alla
combustione.

FUNZIONAMENTO

Per comodità consideriamo il funzionamento del motore nel momento in cui il pistone si trova al PMS, la miscela compressa è stata accesa e inizi l'espansione, mentre il carter si trova pieno di miscela fresca.

Corsa discendente: espansione, compressione della miscela nel carter, scarico, lavaggio.

Il pistone dopo aver percorso un piccolo tratto discendente copre, con il suo lembo inferiore, la luce d’aspirazione ed essendo il carter del motore chiuso, inizia la compressione della miscela, mentre i gas combusti nel cilindro si espandono.
La chiusura della luce d’aspirazione, ovvero della comunicazione tra carter e carburatore, avviene quindi con un ritardo del tutto paragonabile a quello con cui si chiudevano le valvole di aspirazione in un motore a quattro tempi.
Tale ritardo è definito dalla lunghezza della luce d’aspirazione che assume valori limitati per evitare il ritorno nei condotti d’aspirazione della miscela precedentemente aspirata.
Verso la fine della corsa discendente, il pistone, mentre continua a comprimere nel carter la miscela, scopre dapprima le luci si scarico, perciò i gas combusti, che si trovano ad una pressione superiore a quella dell'ambiente esterno, fluiscono naturalmente attraverso tali luci con elevata velocità e portano la pressione interna ad un valore circa pari a quello dell'ambiente esterno.
Con un lieve ritardo rispetto all'inizio dello scoprimento delle luci di scarico, il pistone, continuando il suo moto discendente, scopre le luci di lavaggio per cui la miscela precompressa nel carter fluisce, attraverso queste, nel cilindro, completa lo scarico dei prodotti combusti spingendoli verso le luci di scarico (lavaggio) e riempie il cilindro.
Il pistone durante questo ciclo è passato dal punto PMS al PMI e l'albero motore ha compito mezzo giro ovvero il 1° tempo.

Corsa ascendente: compressione, aspirazione miscela nel carter.

Il pistone, dopo aver compiuto un piccolo tratto di corsa, copre con il suo bordo superiore le luci di lavaggio e di scarico ed inizia la fase di compressione della miscela.
Contemporaneamente per effetto del suo moto ascensionale e del conseguente aumento di volume nel carter, determina in questo una depressione, cosicché nell'istante in cui il lembo inferiore del pistone scopre la luce di aspirazione esiste fra l'ambiente esterno e il carter una differenza di pressione tale da provocare un richiamo di aria attraverso il carburatore, dando così luogo alla formazione della miscela, che affluisce sino a che il pistone giunge al PMS e continua anche oltre per effetto dell'inerzia della corrente provocata inizialmente.
Qualche istante prima che il pistone giunga al PMS, scocca tra gli elettrodi della candela una scintilla che provoca la repentina combustione della miscela (scoppio) chiudendo il ciclo.
Il pistone è così passato dal PMI al PMS e l'albero motore ha compito il secondo mezzo giro dando origine al 2° tempo.

DIAGRAMMA DELLE PRESSIONI NEL CILINDRO

Corsa discendente del pistone.
Immaginiamo come nella descrizione precedente del funzionamento del motore a due tempi, di iniziare le nostre considerazioni nell'istante in cui il pistone si trova al PMS e i gas si trovano alla massima pressione (circa 36-40 kg/cm2) in seguito allo scoppio.
Nel diagramma pressione/volume tale istante sarà rappresentato dalla pressione P2 e dal volume V0 della camera di scoppio.
I gas nella loro espansione varieranno in pressione e in volume seguendo la linea C-D, finché il pistone giunto in 1 scopre le luci di scarico.
In tale istante la pressione nell'interno del cilindro si abbassa rapidamente approssimandosi a quella atmosferica (curva D-E).
Continuando il pistone la sua corsa discendente, giunto in 2, rimanendo aperte le luci di scarico, si inizia l'apertura delle luci di lavaggio per cui nel cilindro affluisce della miscela fresca con una certa pressione che rallenta l'abbassamento di pressione nell'interno del cilindro (curva E-F).
Quando il pistone giunge al PMI nell'interno del cilindro, regnerà all’incirca la pressione atmosferica.

Corsa ascendente del pistone

Il cilindro rimane in diretta comunicazione, attraverso le tubazioni di scarico con l'ambiente esterno perciò nel suo interno si manterrà inalterata la pressione rappresentata dalla retta F-A parallela all'asse dei volumi (pressione costante) e ciò dura finché il pistone nella sua corsa ascendente non ricopre le luci d’aspirazione e di scarico.
A partire da A le condizioni della miscela, per effetto della riduzione di volume del cilindro dovuta al moto ascensionale del pistone, varieranno in pressione e in volume seguendo la curva A-B sino a raggiungere in corrispondenza del PMS del pistone la pressione P1 e il volume V0 pari al volume della camera di scoppio.
In tale istante, o meglio alcuni istanti prima, scocca la scintilla che, fermo restando il volume della miscela, provoca un innalzamento repentino di pressione dal valore P1 al valore P2.
Tale trasformazione avviene lungo una retta B-C parallela all'asse delle pressioni (volume costante e pari a quello della camera di scoppio).



DIAGRAMMA DELLE PRESSIONI NEL CARTER

Corsa discendente del pistone.
Anche nel analizzare questo diagramma consideriamo il pistone al PMS in fase discendente. Quando il pistone si trova al PMS la luce d’aspirazione è scoperta, ed il carter, attraverso il carburatore, si trova in comunicazione con l'ambiente esterno, quindi la miscela che si trova in esso avrà un volume V1 e una pressione pari a quella atmosferica, pressione che si mantiene costante sino a che il pistone, nel suo moto discendente, non ricopre col proprio mantello l'intera luce di aspirazione (punto N). Da quest’istante, essendo il carter isolato da ogni comunicazione esterna, il pistone nel suo moto discendente riduce il volume del carter e comprime la miscela sino a portarla, seguendo la curva N-M ad una pressione P1 = (1,3-1,4 km/cm2): nel punto M si apre la comunicazione tra carter e cilindro e la miscela scaricandosi in questo abbassa la pressione nel carter secondo la curva M-L.

Corsa ascendente del pistone.

Il carter si trova, in comunicazione con il cilindro dove vi è circa la pressione atmosferica e tale pressione viene mantenuta nel carter sino a che la luce di lavaggio non venga ricoperta dal pistone (punto I).
Da questo punto essendo il carter isolato da ogni comunicazione esterna, il moto ascensionale del pistone ed il conseguente aumento del volume del carter crea una depressione che va man mano aumentando rappresentata dalla curva I-H.
Giunto il pistone in H viene scoperta la luce di aspirazione e un forte flusso d’ aria viene richiamato attraverso il carburatore provocando il riempimento di miscela del carter.



Questi sono i diagrammi pressioni-volumi nel cilindro e nel carter di un motore a due tempi nella sua forma più elementare.

Un motore costruito secondo quanto abbiamo descritto ha però un rendimento assai inferiore rispetto al motore a quattro tempi e le cause di tale minore rendimento sono da ricercarsi

1) nel minor riempimento del cilindro;

2) nella uscita di miscela durante la fase di lavaggio attraverso le luci di scarico.

Fine

Un ringraziamento ad andrè (brambo) per la sua guida.

Vedete di farne buon uso.