¿Qué hace que los motores de dos tiempos sean menos eficientes en combustible que los de cuatro tiempos?

Es una creencia común que los motores de dos tiempos son menos eficientes en consumo de combustible que los motores de cuatro tiempos, y algunos ejemplos de cifras de BSFC parecen confirmar esto también.

Pero, ¿qué es lo que hace que los dos tiempos sean menos eficientes en combustible?

Solía ​​creer que se debe al hecho de que la carrera de admisión ocurre una vez por dos revoluciones en un motor de cuatro tiempos, en contraste con la una vez por revolución de un motor de dos tiempos, pero ahora no estoy tan seguro.

Este artículo de Evinrude sugiere que la diferencia en el consumo eficiente de combustible se debe al método de suministro de combustible, por lo que las diferencias en la economía de combustible se deben a una comparación injusta de los dos tiempos más antiguos con los cuatro tiempos más nuevos.

Entonces, ¿qué factores explicarían las diferencias en la economía de combustible entre los dos tipos de motores?

Solo para que estemos en la misma página sobre cómo funcionan los dos trazos, aquí hay una foto. Tuve que buscarlo porque tenía la imagen equivocada en mi cabeza.

Al observar cómo funciona realmente el ciclo, la carrera de potencia se dispara creando los productos de combustión y la potencia. A medida que comienza la carrera descendente, la presión en el cilindro es alta, lo que permite que los gases de escape escapen y obliga a cerrar la válvula de admisión. A medida que ocurre la carrera ascendente, la presión en el cilindro ahora es baja porque los gases de escape que se escapan causan una pequeña ola de presión de escape de gas que ahora abre el valor de láminas y atrae una nueva mezcla de combustible / aire.

Parece que hay algunas razones clave para que el motor sea ineficiente:

• Los pistones no eliminan los gases de escape por el pistón que los obliga a salir, simplemente escapan porque la presión del aire exterior es menor que la presión del cilindro después de que la chispa enciende el combustible. Esto conduciría a una expulsión incompleta de los gases de escape. El volumen consumido por esos gases sobrantes evita que se ingiera más mezcla aire / combustible.
• A medida que ocurre la carrera ascendente, durante una parte del viaje, también se expulsa la mezcla de aire / combustible. De este modo, se desperdicia combustible cuando se expulsa
  
  Tal vez estos problemas se resuelven en dos tiempos más grandes, pero los pequeños manejan cosas como cortadoras de maleza, quitanieves, cortadoras de césped, etc., motores pequeños para aplicaciones limitadas. No conducir a campo traviesa. Para estos motores pequeños, el recuento de piezas y el costo son mucho más importantes, por lo que funcionan realmente bien para esas aplicaciones.

La eficiencia de cualquier motor de combustión interna está directamente relacionada con su eficiencia Carnot, donde la eficiencia es igual a la temperatura del aire de entrada menos la temperatura de escape dividida por la temperatura de entrada. Esto está directamente influenciado por la relación de expansión de los gases. Un motor diesel tiene una relación de expansión cercana a 30: 1, mientras que un motor de gasolina rara vez puede exceder 13: 1 debido a consideraciones de detonación con clasificaciones promedio de octano de combustible. En un motor convencional de dos tiempos, el escape debe abrirse muy temprano en la carrera de potencia para permitir que la presión del cilindro caiga muy por debajo de la carga entrante, para evitar que los gases gastados ingresen a los puertos de transferencia y se mezclen con la carga nueva. Cuanto mayores sean las rpm de operación, mayor será el cable de escape necesario (llamado "purga"). En general, la relación de expansión es igual a la relación de expansión en motores de dos tiempos con puerto de pistón. En los motores de cuatro tiempos, los puertos de escape generalmente se abren justo antes de la posición del pistón del punto muerto inferior, lo que proporciona una relación de expansión máxima. En una carrera de dos tiempos, el escape puede abrirse hasta 90 grados antes del punto muerto inferior, desperdiciando así el 50% de la carrera de potencia y reduciendo drásticamente la eficiencia a expensas de una salida de alta potencia a rpm más altas.

Tengo que estar de acuerdo y en desacuerdo con sus declaraciones en la pregunta y el artículo.

El mayor consumo de combustible de un motor de dos tiempos se debe principalmente al hecho de que tiene una carrera de potencia por revolución del cigüeñal.

Sin embargo, no estoy de acuerdo con el artículo que establece que el suministro de combustible juega un papel importante en la eficiencia del combustible de los motores de 2 tiempos más antiguos.

Apoyo mis declaraciones tomando el ejemplo de la diferencia de eficiencia de combustible entre un motor de 2 tiempos con carburador y un motor de 4 tiempos con carburador. Ni siquiera teniendo en cuenta EFI cuando ambos son carbohidratos, el 4 tiempos todavía realiza el 2 tiempos en una cantidad significativa.

• Un motor Yamaha de 125cc y 2 tiempos produce alrededor de 70mpg
• Un motor honda 125cc de 4 tiempos produce alrededor de 153mpg

Ahora, obviamente, EFI puede ser inyección directa o inyección de puerto que mejorará la eficiencia y el escape de cualquier motor, independientemente de que sea de 2 o 4 tiempos.

La tecnología E-TEC que se muestra en el video es simplemente un GDI en un motor de dos tiempos, aumentará la eficiencia pero ¿será igual a un motor GDI de 4 tiempos de la misma capacidad? Lo dudo mucho, por ejemplo

• La versión EFI del motor honda de 125 cc anterior da alrededor de 166mpg

Es decir, si el motor suzuki de 2 tiempos con GDI puede producir más del doble del FE, entonces estoy de acuerdo con el concepto, pero con mi conocimiento de cómo funciona GDI, no estoy seguro de ello.

Nota: Los motores son de Yamaha RX135, Honda Stunner y Honda stunner PGM-FI y estas son figuras del mundo real.

Mucho depende de los motores particulares de 2 tiempos y 4 tiempos. Pero una de las principales ventajas de un golpe de 2 es que se pueden producir de manera increíblemente simple y económica. Un motor con 3 componentes móviles (cigüeñal, biela y pistón) probablemente no esté ajustado para el consumo de combustible.

Probablemente, el mayor problema es que el puerto de escape está abierto mientras se toma la mezcla de admisión. Por lo tanto, una cantidad potencialmente grande de combustible no quemado desaparece directamente por el escape sin haber realizado ninguna función útil (más allá de quizás enfriar un poco el motor).

Es probable que la atomización adicional del combustible no sea útil al alimentar la mezcla de admisión a través de los cárteres y los puertos, lo que le da al combustible más oportunidades de formar gotas más grandes.

En un rendimiento de 2 tiempos, el escape se diseñará para extraer la mezcla a través del motor, tanto el gas de escape quemado como la mezcla fresca. Probablemente se extraerá una mezcla más fresca hacia el escape, antes de que las ondas de presión empujen esta mezcla nuevamente hacia el motor . Esto funciona bien para obtener combustible extra (y, por lo tanto, potencia), pero no es tan bueno para la economía. Además, solo funciona a ciertos rangos de rpm.

Algunos de estos problemas se pueden solucionar con inyección directa de combustible (y ha habido motocicletas de producción de 2 tiempos con motores de inyección directa de combustible, y Ford produjo un lote de Fiestas en la década de 1990 con motores de 2 tiempos para fines de evaluación). Pero la inyección directa de combustible es una adición costosa y compleja a un motor simple. Con un sistema de este tipo, el aire puede ingresar al motor con el combustible inyectado solo una vez que se cierra el puerto de escape.

El motor de 2 tiempos tiene una gran ventaja sobre el motor convencional de 4 tiempos. Sin necesidad de contener válvulas, la cámara de combustión puede conformarse mucho más fácilmente para adaptarse a los propósitos de ese motor en particular.

Eche un vistazo a cómo funciona un motor de 4 tiempos.

a) Carrera descendente: aspira la mezcla al motor

b) Upstroke - comprime gases

c) fuego

d) Carrera descendente: el motor funciona

e) Carrera ascendente: los gases usados ​​son expulsados

Ahora mira el trazo 2

un incendio

b) El motor de carrera descendente funciona (alta presión en el cilindro) Comprime la mezcla en el cárter

c) Carrera ascendente: el motor debe extraer los gases y obtener una nueva mezcla, aspira la nueva mezcla en el cárter

Por lo tanto, siempre habrá una mezcla de gases de escape y gases no quemados en un motor de dos tiempos. También solía haber un momento en que, para aumentar la potencia, la transferencia de mezcla de dos tiempos desde el cárter inferior se superponía al puerto de escape que se abría. Esto dio como resultado que el combustible no quemado pasara directamente por el motor.

El diseño moderno reduce pero no puede eliminar por completo estas eficiencias que parecen ser aún más exigentes que el método de 4 tiempos de girar el motor dos veces para obtener un solo golpe de trabajo.

Es muy simple. En 2 tiempos, el combustible también es el lubricante y el refrigerante, y mezclar aceite con gasolina aumenta el contenido de energía del combustible al tiempo que disminuye el octano, por lo que los 2 tiempos deben funcionar con un tiempo de encendido fijo y mezclas súper ricas de combustible y aire enriquecidas aún más por el aceite de alta energía y bajo octanaje mezclado. El enfriamiento por aire los hace aún más sensibles a la sincronización, las temperaturas de los cilindros y otras variables que su sincronización fija y los sistemas de lubricación y enfriamiento de pérdida total no pueden compensar. Y, por supuesto, tienen grandes fugas de vacío incorporadas que ocurren en el peor momento posible para la eficiencia volumétrica y la sincronización de la válvula también se corrige, mientras que incluso con una leva elevadora mecánica, la sincronización de la válvula del motor de cuatro tiempos avanza a medida que aumenta la velocidad del motor.

Los motores de 2 tiempos eran competitivos contra los motores de cabeza plana de baja compresión y baja velocidad para uso estacional solo hasta que los avances metalúrgicos y de fabricación permitieron construir motores OHV de 4 tiempos económicos con encendido electrónico e inyección de combustible, de modo que el encendido y el ajuste de combustible se volvieron automáticos y óptimos. para las aplicaciones más automotrices y de temporada, como motos de nieve, vehículos todo terreno, motores fuera de borda, equipos de energía para exteriores como recortadores de hilo y sopladores de hojas y otros productos de consumo. Las mejoras en el sistema de encendido electrónico y las expectativas de rendimiento y los precios de carburación específicos y específicos para cada aplicación y el precio profesional apenas mantienen competitivos los 2 tiempos en máquinas industriales / comerciales como herramientas de corte portátiles. Sierras de corte, motosierras, etc.