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Tecnica

DIFFERENZE TRA MOTORE 2T E 4T PER IL KART

TKART Staff

16 Marzo 2018

Due motori. Due metodi di funzionamento. Due filosofie. Nel karting, “regno” dei 2 tempi, il dibattito ogni tanto riemerge: quali i vantaggi di questo tipo di motore? Quali le ragioni della scelta? Perché i 4T non hanno avuto fortuna nel settore? Proviamo a rispondere a tutte le domande, iniziando dall’analisi delle caratteristiche meccaniche e prestazionali, per arrivare ai possibili scenari futuri

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

Il motore a scoppio nacque circa 160 anni fa. Il primo brevetto fu di due fisici italiani: Eugenio Barsanti e Felice Matteucci che, utilizzando un cilindro di ghisa munito di stantuffi e valvole, intuirono che i gas prodotti dalla combustione generavano un vuoto che riportava il pistone in posizione. Era il 1853.
Fu, però, il tedesco Nikolaus Otto, una decina di anni più tardi, il primo a realizzare un motore funzionante davvero affidabile, ponendo le basi del suo sviluppo industriale. Non per nulla, ancora oggi, "ciclo otto" definisce il funzionamento base dei motori a scoppio a combustione interna.
Il successo fu immediato e, sulla scia di una strada ormai aperta, non ci volle molto perché facesse la sua comparsa anche il motore due tempi. L'invenzione, questa volta, la si deve a un inglese: l'ingegnere chimico Dugald Clerk. Era l’anno 1879 (anche se il

brevetto arrivò solo nel 1881).
Allora come oggi, la principale differenza tra i due motori tradizionali a pistoni (detti a ciclo alternativo con sistema biella - manovella), è che il motore 2 tempi esegue tutte le fasi del ciclo in una rotazione dell’albero motore, il motore 4 tempi utilizza due rotazioni. Ogni "tempo" è inteso come una corsa del pistone, cioè mezzo giro dell'albero motore.
L'unica fase utile di un motore è l'espansione dei gas di combustione, ovvero ciò che genera la potenza. Considerando la frequenza ciclica, che nel 2T è doppia rispetto a quella di un motore 4T, teoricamente si potrebbe pensare che, a parità di cilindrata, il primo generi sempre il doppio della potenza rispetto al secondo. Vedremo in seguito che non è sempre così, a causa di alcune limitazioni dei singoli rendimenti.

I motori più efficienti sono quelli delle grandi navi: enormi propulsori diesel 2T (pistoni con alesaggi anche superiori al metro), solitamente senza carter pompa, sostituito da compressore esterno. Il loro rendimento in certi casi arriva fino al 50%

Un esempio degli enormi motori utilizzati nelle navi

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

FASI A CONFRONTO

Il ciclo completo del motore 2 TEMPI avviene in un’unica rotazione dell’albero motore. Nel “1° tempo”, il pistone sale verso il PMS (punto morto superiore), la miscela entra dal carter verso il cilindro e, successivamente, avviene la compressione. Nel frattempo, viene aspirata all'interno del carter una miscela di aria e benzina-olio proveniente dall'esterno

“2° tempo”: al PMS avviene lo scoppio. Il pistone scende spinto dall'espansione dei gas combusti e si ha la fase di scarico. Tramite la luce laterale, la pressione nel carter spinge nuova miscela dentro al cilindro

Le quattro fasi del ciclo del motore 4 TEMPI (aspirazione, compressione, scoppio e scarico) avvengono in due giri dell’albero motore, cui corrispondono 4 corse del pistone. Per corsa si intende lo spostamento del pistone da un “punto morto” (cioè il punto nel quale il pistone non va oltre e inverte il suo movimento) all’altro

COMPONENTI A CONFRONTO

La BIELLA di un motore 4T è più robusta, perché la presenza di un ciclo a vuoto, nel funzionamento del motore, la sottopone a maggiori inerzie. In genere, la biella del 4T è in due pezzi e gira su bronzina a olio. La biella del 2T è più sottile, in un pezzo unico, e gira su gabbia a rulli.

In generale, il PISTONE del motore 2T è più semplice e leggero. Differenza principale è il mantello, che nel 2T è più alto perché deve regolare l’apertura e la chiusura dei travasi. Il pistone 4T ha più fasce (solitamente due, più il raschiaolio). Il cielo del pistone, nel 2T è leggermente a cupola e va quasi ad accoppiarsi con la banda di squish; nel 4T è più “sporco”, perché deve permettere l’apertura e la chiusura delle valvole

La TESTA del 2T è semplicissima e ha la camera di combustione in assoluto più efficiente. La complessità del 4T, in questo caso, non ha paragoni, con una testa che deve richiede tanti passaggi di lavorazione e una forma “sporca”, che deve fare i conti con le sedi delle valvole

Anche l’ALBERO MOTORE ha complessità estremamente diverse: nel 2T è semplice e di forma tonda. Nel 4T ha le maschette che devono fare da contrappeso e la sua progettazione deve tenere conto dell’equilibratura delle masse alterne

FORMULE

L = lavoro; t = tempo - La coppia motrice è uguale alla forza di spinta che la biella imprime all'albero motore, moltiplicata per il valore del raggio di manovella. - La potenza è uguale alla Forza moltiplicata per il valore della Velocità. - Il lavoro è uguale alla forza per lo spostamento. Ovvero, quanto lavoro fa nell'unità di tempo.

C = coppia (o momento torcente) in Kg.m P = potenza in CV n = giri al minuto (rpm) Relazione tra coppia, potenza e numero di giri

Con questa formula l'unità di misura della potenza è in watt; la coppia è espressa in Nm. Si ricorda che: 1 Kg= circa 10 N. 1 CV (cavallo vapore) è = 0.735 Kw. 1 Kw=1.36 CV.

Un parametro molto importante, che descrive fino a che livello di preparazione è spinto un motore, è la "pressione media effettiva”: pme. Si ha la pme massima al regime di coppia massimo, tuttavia si valuta anche la "pme" con il valore di coppia al regime di potenza massima. Se conosciamo la coppia si risale al lavoro e, dividendolo per la cilindrata, si ottiene il valore della "pme".

In un motore a 2 tempi l’aspirazione può essere gestita in diversi modi: da collettore e travaso posto sul cilindro (soluzione con minor potenza); direttamente sul carter venendo regolata dal pacco lamellare; oppure dal disco rotante comandato dalla rotazione dell’albero motore. Quest’ultima soluzione può dare maggior potenza e maggior spinta agli alti regimi, ma, in realtà, il notevole sviluppo avvenuto nei motori lamellari ha portato questo tipo di motore a essere il miglior compromesso (motivo per cui, nel kart, i motori “valvolari” sono ormai superati).

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

Nei motori 4 tempi, invece, l’aspirazione e lo scarico sono regolati dal sistema con valvole di distribuzione.
Senza entrare troppo nello specifico della progettazione di un motore, in questa sede possiamo dire che in fase di progettazione viene calcolato e disegnato il ciclo teorico, poi, nella fase di sviluppo, viene misurato il ciclo reale.

La comparazione dei due cicli dimostra evidenti differenze, prima tra tutte delle grosse perdite di potenza non contemplate nel ciclo teorico. Sostanzialmente, si può dedurre che il rendimento massimo di un motore a benzina tradizionale risulta essere intorno a circa il 30% del suo rendimento “teorico".
Principale causa della grossa differenza è l'energia calorifica che viene dispersa dall'impianto di

raffreddamento e dall'espulsione dei gas. Nella pratica, il bilancio energetico di un motore è uguale alla somma di tutti i singoli rendimenti del motore stesso. Principalmente: il rendimento termico, il rendimento volumetrico e il rendimento meccanico.

Il rendimento termico è la quantità di calore che si trasforma realmente in lavoro rispetto al calore totale generato dalla combustione.
Il rendimento volumetrico è la capacità del motore di "respirare bene”, ovvero il rapporto tra l’aria che il motore riesce effettivamente ad aspirare rispetto a quella che potrebbe contenere il cilindro.
Il rendimento meccanico è il rapporto tra il lavoro utile fornito dal motore rispetto a quello teorico che si potrebbe ottenere in assenza totale di attriti.

IL BILANCIO ENERGETICO GLOBALE DI UN MOTORE È UGUALE ALLA SOMMA DEI SUOI SINGOLI RENDIMENTI: TERMICO, VOLUMETRICO E MECCANICO

Qualche esempio di motori a 2 tempi per il kart

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