Automoción y Mecánica del Automóvil
Motors de les motocicletes
-
Introducció
En aquest treball es presenten els diferents funcionaments dels motors existents en l'actualitat a les motocicletes. He fet un estudi dels motors de 2 Temps, els que porten majoritàriament els ciclomotors (50cc), i un estudi dels motors de 4 Temps, que els porten les motos amb motors de cilindrades més grans.
Aquí també es descriuen les parts de que consta cada motor per a que el seu funcionament es pugui entendre amb claredat.
He comparat els diferents funcionaments dels motors per veure quins punts a favor i quins punts en contra té cada tipus de motor.
També he fet comparacions entre diferents models de motos per veure el rendiment segons la cilindrada o el model de cada moto.
En definitiva, s'ha fet un estudi sobre els motors de 2 i de 4 Temps de les motos, el seu funcionament i el seu comportament segons cada model o cilindrada.
Motivació
Vaig decidir fer aquest treball per la gran passió que tinc a les motos. Vaig trobar convenient fer aquest treball perquè així podria aprofundir en aquest tema.
En un principi no ho tenia molt clar, no sabia com fer-lo, però desprès d'haver-lo fet penso que ha valgut la pena i que ara puc dir que ja sé una mica més sobre un tema que m'agrada. Ara encara més, puc dir que m'encanten les motos.
Objectius
-
Conèixer el funcionament del motor de 2 Temps i de 4 Temps
-
Comparar els diferents funcionaments dels motors
-
Comparar els cicles de 2 Temps i de 4 temps dels motors
-
Comparar diferents models de motos
-
Concepte de Motor
Sistema material que transforma una determinada classe d'energia (hidràulica, química, elèctrica, etc.) en energia mecànica. Màquina destinada a produir moviment a expenses d'una altre font d'energia.
-
Història del motor
Els motors hidràulics, que són els més antics coneguts (Herón d'Alexandria, S. I a.d.C), utilitzaven com a força motriu l'energia d'una massa d'aigua que cau des d'una certa alçada, anomenada salt. Aquesta energia es transforma en treball útil disponible a l'eix de la màquina, que antigament era la roda hidràulica i actualment la turbina.
El motor neix per la necessitat de treballs que, o bé per duració, intensitat o manteniment, no poden ser realitzats per animals.
Cronologia del motor
600 d.d.c. - Apareixen els molins de vent, que converteixen l'energia del vent en moviment.
1712 - L'inventor anglès Thomas Newcomen (1663-1729) construeix una màquina de vapor amb pistons i cilindres que resulta molt eficient.
1770 - El militar francès Nicolás-Joseph Cugnot (1725-1804) aconsegueix adaptar un motor de vapor al seu carro.
1782 - L'enginyer escocès James Watt (1736-1819) construeix una màquina de vapor molt més eficient que la màquina de Newcomen.
1859 - L'enginyer Etienne Lenoir (1822-1900) construeix un motor de combustió interna.
1877 - L'alemany Nikolaus Otto (1832-1892) construeix el motor de 4 temps.
1883 - “Germán W. Daimler” construeix un motor de combustió interna molt veloç.
1892 - L'alemany Rudolf Diesel inventa un motor ( anomenat motor diesel posteriorment ) que funciona amb un combustible que crema a gran pressió (gas-oil); el motor resulta ser molt més eficient que els motors de combustió interna existents fins aquell moment.
1903 - Els germans Orville (1871-1948) y Wilbur (1867-1912) realitzen el primer vol amb motor amb la seva “Kitty Hawk” que utilitza un motor de combustió interna.
1937 - L'enginyer britànic Frank Whittle (1907) construeix l'any 1937 el primer motor a reacció que funciona.
1939 - Hans von Ohain, enginyer alemany, construeix i pilota el “Heinkel He 178”, primer avió amb motor a reacció.
1970 - S'utilitza el motor a reacció amb turboventilador, el més utilitzat avui dia als avions, substituint als antics motors de 4 temps amb hèlixs
-
Parts d'un motor de combustió interna
Els motors de 2 Temps i de 4 Temps no són exactament iguals, per tant explicaré les parts comunes (que tenen tots dos motors), i les parts específiques que només tenen o bé els motors de 2 Temps o bé els de 4 Temps.
Parts comunes
Cilindre
En aquesta part és on es crema el combustible provinent del carburador. L'èmbol o pistó transcorre dins el cilindre amb una trajectòria rectilínia ascendent i descendent. Es poden diferenciar dos parts: el bloc i la camisa. El bloc és la part exterior del cilindre que està en contacte amb el medi; la camisa és la part interior on frega el pistó.
El cilindre de 2 Temps té uns espiralls de transferència que van des del càrter fins la cambra d'expansió de gasos. També té un altre orifici, on s'esdevindrà l'escapament dels gasos cremats.
Els cilindres de 4 Temps no tenen cap tipus d'espirall.
El cilindre està recobert d'un material molt dur per disminuir el desgast per contacte amb els segments de l'èmbol. Aquest material acostuma a ser el crom, o un de nou, que està composat per carboni, silici i níquel. Aquest supera el crom en duresa i prestacions.
A l'interior del cilindre s'arriba a les temperatures següents (valors orientatius que depenen del motor i de les seves prestacions):
- Cilindre 200º C
- Centre del pistó 360º C
- Culata 300º C
- Espirall d'escapament 700º C
- Segments 225º C
Degut a aquestes temperatures el cilindre s'ha de refrigerar; hi ha dos tipus de cilindres: els refrigerats per aire i per aigua. Els cilindres de 4 Temps de cotxes, camions, etc. estan refrigerats sempre per aigua. En les motocicletes normalment el motors de 4 Temps també ho estan, tot i que hi ha excepcions. En els cilindres de 2 Temps i ha diversitat, tot i que la refrigeració per aire està en desús.
El cilindre refrigerat per aire té uns avantatges i inconvenients respecte al d'aigua:
Avantatges
Disminució de les avaries.
Té menys inèrcia tèrmica, és a dir, s'escalfa i es refreda més ràpid. Un escalfament ràpid és avantatjós, ja que s'assoleix ràpidament la temperatura de règim, disminuint els desgasts de l'encesa en fred.
Inconvenients
Les temperatures de funcionament són més elevades. Les conseqüents avaries són més agosarades en aquest tipus de motor que en el refrigerat per aigua.
Major superfície de transmissió de calor. Són motors més voluminosos.
Són més sorollosos, bàsicament pel soroll produït per la vibració de les aletes. En els motors refrigerats per aigua, la cambra de refrigeració fa d'aïllament acústic.
Pistó
El pistó és l'element mòbil que es desplaça a l'interior del cilindre per a realitzar el cicle de funcionament; aquest és el que rep directament la força d'expansió dels gasos durant la combustió.
Realitza les següents funcions:
Transmet a la biela els esforços produïts a l'interior del cilindre durant l'expansió del gasos.
Comprimeix els gasos per aconseguir una bona combustió d'aquests.
Absorbeix la major part de la calor produïda en la combustió i la transmet a les parets del cilindre per evacuar-la mitjançant el circuit de refrigeració.
Facilita el procés d'intercanvi de calor sense canvis bruscs en la seva estructura.
Descobreix i obtura els espiralls d'admissió, càrrega i escapament.
Les parts més importants són les següents:
- Cap: Rep la pressió dels gasos cremats. En aquest hi ha els portasegments, on van allotjats els segments; aquests són elements elàstics que s'encarreguen de proporcionar un tancament hermètic a la cambra de combustió. Els portasegments porten incorporats uns límits cilíndrics per evitar que el segment es mogui per aquest.
-
Falda: És l'encarregada d'obrir els espiralls en els motors de 2 Temps. En els motors de 4 Temps aquesta no té funció. A la falda s'hi allotja el buló, que serveix per unir el pistó a la biela i transmetre els esforços de la fase d'expansió al cigonyal.
El pistó ha de reunir les següents condicions:
Tenir una estructura consistent, sobretot en llocs com el cap i allotjament del buló.
Tenir un pes reduït i estar perfectament equilibrats en els motors policilíndrics.
Ser resistents a temperatures elevades.
Oferir la major resistència possible al desgast i agents corrosius.
Tenir un coeficient petit de dilatació.
Presentar una gran conductivitat tèrmica.
Normalment els pistons són d'aleacions de tipus Al-Cu-Ni o Al-Cu-Fe.
Biela
Durant la fase d'explosió, el pistó es mou avall empès per la força de l'explosió; aquest moviment es transmès per la biela al cigonyal; la biela forma part del sistema biela-manovella que transforma el moviment rectilini del pistó en moviment giratori al cigonyal.
La funció que realitza la biela la fa sofrir esforços de tracció, compressió i flexió; per aquest motiu, la biela ha d'estar composta per materials que puguin suportar aquests esforços.
Degut al moviment alternatiu del pistó, l'esforç que recau sobre el buló és alternatiu i oscil·lant, el que produeix un fort desgast en la part inferior i superior del peu de la biela. Passa el mateix al cap, que degut a la seva unió amb el cigonyal ha de suportar el mateix tipus de desgast.
La única diferència del motor de 2 Temps amb el de 4 Temps, és que en el de 2 Temps el cap de la biela està format per una sola peça; aquest fet fa que la biela perdi rigidesa amb el cigonyal, però resisteix millor el fet d'estar menys engreixada que una biela d'un motor de 4 Temps, ja que un motor de 2 Temps no disposa de sistema d'engreixament propi.
Cigonyal
El cigonyal és l'element encarregat de transformar el moviment alternatiu del pistó en rotatiu i transmetre'l als altres òrgans del motor i a l'exterior per a la seva utilització. Els contrapesos serveixen per equilibrar el cigonyal i absorbir les forces originades per la inèrcia, que adquireixen el pistó i la biela en els punts morts (PMI i PMS). El punt màxim és anomenat Punt Mort Superior (PMS), i s'assoleix quan el pistó conclou la seva ascensió; el punt mínim, anomenat Punt Mort Inferior (PMI) s'assoleix quan el pistó finalitza el descens de la cursa o carrera. El cigonyal transmet el moviment a la transmissió primària (embragatge) i al volant magnètic. Per l'altre banda, tenim la transmissió primària, que va connectada mitjançant l'embragatge al canvi de marxes.
El material ha de ser resistent a l'elasticitat, resistent a la fatiga, dur, resistent al desgast... Normalment tot el conjunt biela-cigonyal-contrapesos està format d'acer amb els següents elements fosos: 1,3% C 1% Si 0,6% Mn 1,7% Cu 0,5% Cr 0,2% Ni.
Càrter
El càrter és l'element que s'encarrega de tancar hermèticament el cigonyal i a part, servir de suport al cigonyal i contenir el generador de corrent elèctrica.
El càrter d'un motor de 4 Temps està ple d'oli. Aquest oli serveix per a greixar la biela, pistó, cilindre, etc. El moviment del cigonyal el fa xarbotar i greixar el motor. Un càrter d'un motor de 2 Temps serveix de cambra d'admissió, no està ple d'oli i ha de ser molt més robust per no perdre gasos; això s'aconsegueix amb els coixinets de cigonyal.
Carburador
Tot i que el carburador per a un motor de 2 Temps no és igual que el d'un de 4 Temps, la funció és la mateixa.
El carburador és l'aparell encarregat de fer la mescla homogènia entre l'aire aspirat de l'ambient amb el combustible.
Cubeta
A la cubeta s'aconsegueix el nivell necessari per a que el combustible que arriba del dipòsit pugui ser utilitzat.
El combustible arriba a ella a través d'una vàlvula accionada per una boia. La missió d'aquesta és la de mantenir el nivell de la gasolina per sota del sortidor.
Sortidor
El sortidor és un tub calibrat situat a l'interior del col·lector de l'aire. La seva boca de sortida es troba a l'alçada del difusor.
Rep el combustible de la cubeta. El combustible arriba al sortidor pel principi de vasos comunicants.
A la sortida de la cubeta va muntat un “chiclé” o calibre, que té la missió de dosificar la quantitat de combustible del sortidor, segons la depressió creada al difusor.
Filtre d'aire, col·lector d'aire i difusor
El filtre de l'aire és l'element encarregat de netejar l'aire que entra al col·lector i retenir les petites impureses o partícules que pugui contenir.
L'aire provinent del filtre s'introdueix al carburador a través del col·lector d'aire.
La missió del difusor és augmentar la velocitat de l'aire aspirat pel motor.
Funcionament
El funcionament del carburador està basat en l'anomenat efecte Venturi, que consisteix en aprofitar la depressió que crea tota la massa gasosa al circular per una canalització en la que existeix una reducció progressiva del diàmetre.
Aquest efecte crea una depressió en el difusor i per tant una sortida de la gasolina, que es polvoritza i es barreja amb l'aire.
És evident, que la mescla no serà igual per a tots el règims del motor; per tant, a mesura que anem donant gas, l'agulla cònica situada al sortidor puja i surt més gasolina del sortidor.
Alhora, el difusor d'aire, puja i deixa passar l'aire en la mateixa proporció que l'agulla deixa passar la gasolina.
El carburador, té petits mecanismes i reguladors que s'han d'optimitzar perquè la mescla esdevingui perfecte. Sempre variarà segons el tipus de motor.
Aquest procediment s'anomena la “posta apunt” o carburació.
Parts específiques d'un motor de 4 Temps
Culata
La culata és l'element que conté la cambra d'explosió i on es provoca la combustió de la mescla.
Degut a que el contacte entre les superfícies metàl·liques del cilindre i la culata no garanteix estanqueïtat, es posa enmig d'aquestes un peça anomenada junta de culata, que si garanteix l'estanqueïtat del sistema.
La culata d'un motor de 4 Temps és completament diferent a la d'un motor de 2 Temps. La culata d'un motor de 4 Temps inclou: un sensor de temperatura per controlar la temperatura del cilindre, la bugia, una entrada per al líquid refrigerant, la vàlvula d'escapament i la vàlvula d'entrada.
Vàlvules d'admissió i d'escapament
Cada cilindre consta de dues o més vàlvules d'admissió i d'escapament. Les vàlvules són obertures circulars.
La vàlvula d'admissió és l'encarregada de fer entrar la barreja en la fase d'admissió.
La vàlvula d'escapament és l'encarregada de deixar sortir els gasos cremats al tub d'escapament.
Arbre de lleves
És un mecanisme exclusiu del motors de 4 Temps, i només les motocicletes de gran cilindrada en tenen.
És l'òrgan que controla el moment d'obertura i tancament de les vàlvules. Consisteix en un eix en què hi ha unes prominències (lleves) que transformen el moviment de rotació en un moviment rectilini que obre la vàlvula. L'arbre de lleves fa girar el cigonyal mitjançant un engranatge. Controla la distribució de gasos en els cilindres i en regula l'entrada i la sortida. L'arbre de lleves gira a la meitat de la velocitat de l'arbre motor.
Bloc
Com el seu nom indica és un bloc (fet de foneria d'acer o d'un aliatge d'alumini) en el qual s'han perforat els cilindres.
Tub d'escapament
La missió d'un tub d'escapament en un motor de 4 Temps, és simplement la d'evacuar els gasos del cilindre i de reduir els nivells legals de soroll produïts pel procés de combustió (85 dB).
Parts específiques d'un motor de 2 Temps
Culata
Com ja he dit abans la culata d'un motor de 2 Temps és molt més senzilla. Només inclou: la bugia, l'entrada del líquid anticongelant i el sensor de temperatura.
També porta enmig una junta de culata. La funció és la mateixa en tot dos motors.
En les culates dels motors de 2 Temps hi ha diversitat causada pel seu sistema de refrigeració. En els sistemes refrigerats per aire, la culata presenta aletes iguals que el cilindre. En els refrigerats per aigua no hi ha aletes però hi ha un espai per a que circuli el líquid refrigerant.
Làmines d'admissió
És un dispositiu encarregat de regular el pas de la mescla provinent del carburador. Estan interposades entre el càrter i la tovera del carburador. Acostuma a tenir forma de “v”. Aquesta forma és especial per facilitar l'entrada de la mescla. L'estructura és molt simple, té un esquelet d'alumini. Allí van collades les làmines.
Quan el motor aspira, el pistó comença la seva cursa ascendent; les làmines s'obren fins al límit, deixant lliures les finestretes per on flueix la mescla carburada. Les làmines resten obertes mentre la pressió en el càrter es inferior a l'atmosfèrica, sense tenir en compte la posició del pistó. D'aquesta manera, variarà la durada de l'admissió segons el nombre de revolucions i l'obertura de la vàlvula de gas. Així s'aconsegueix millorar la càrrega al cilindre, i per tant, un millor rendiment.
Són d'un material molt especial que les fa deformables i recuperen sempre el seu estat inicial.
Els sistemes amb més rendiment porten làmines de carboni o plàstic.
Tub d'escapament
El tub d'escapament d'un motor de 2 Temps té unes funcions molt peculiars:
és l'encarregat de l'evacuació de gasos cremats, sempre per generar l'òptim procés de renovació de la càrrega amb la finalitat d'obtenir un bon rendiment del sistema. Per realitzar aquesta funció, el sistema d'escapament no ha de dificultar el pas dels gasos.
Fase a) Un bon tub d'escapament no ha de dificultar la sortida dels gasos cremats; si és al contrari el sistema perd.
Fase b) El retorn de les ones negatives que tenen un efecte de succió, penetra en el cilindre i atrau la mescla carburada del càrter cap a la cambra d'explosió. Fase c) El retorn de les ones positives de pressió que tenen un efecte de compressió, fa que la mescla nova quedi comprimida en el cilindre i no surti pel tub d'escapament.
És l'encarregat de reduir a nivells legals el soroll produït pel procés de la combustió (85 dB). Per això, consta d'un silenciador situat a la part posterior del tub d'escapament.
-
Cicle de funcionament
El funcionament de qualsevol motor d'explosió interna es basa en un procés o cicle tancat, és a dir, en finalitzar un cicle de treball, el motor torna a les seves condicions inicials. En el decurs d'aquestes transformacions, el motor rep energia tèrmica en forma de calor i la transforma en energia mecànica en forma de treball. Aquest treball obtingut provoca un moviment, que modificat, és transmès mitjançant un sistema d'engranatges a les rodes, on realitzen el principi d'acció-reacció amb el terra, i en provoquen el moviment. El motor de combustió interna (d'encesa provocada) té un cicle que es divideix en quatre etapes. Aquestes etapes són: admissió, compressió, explosió, i finalment l'escapament. Aquest cicle és produït gràcies al sistema de pistó-biela-cigonyal.
Com en el cicle Otto teòric de 4 Temps, la duració d'un temps és equivalent a la d'una cursa, s'acostuma a confondre les dues denominacions com si fossin una mateixa cosa. La denominació “motor de 2 Temps”, és totalment desencertada, ja que en qualsevol cas s'anomenaria “motor de 2 curses”. Encara es posa més de manifest, si es té en compte que no són dos, sinó sis, els temps que realitza.
Per això, amb més raó, els sud-americans (traduint als nord-americans) anomenen al motor de 2 Temps, motor de 2 curses, i al de 4 Temps, motor de 4 curses. Distingint d'aquesta manera la paraula cursa com un gir de 180º del cigonyal resulta molt correcte dir motor de 2 curses o de 4 curses.
La paraula temps, en la nostra definició, pot confondre el gir de 180º del cigonyal amb cada una de les parts que formen el cicle de funcionament tals com l'admissió, la compressió, l'explosió i l'escapament, a les quals també se les designa amb el nom de temps.
En el motor de 2 Temps s'efectuen també aquestes quatre fases del cicle de funcionament però amb la diferència que es produeixen simultàniament varies d'aquestes. Generalment s'acostuma a afegir el temps de precompressió i el temps de transferència, per distingir clarament totes les parts del cicle de funcionament. Així, el cicle de funcionament d'un motor de 2 Temps està format per: admissió, precompressió, transferència, compressió, explosió i escapament.
Explicaré per separat els motors de 2 Temps i 4 Temps perquè tot i que les fases són les mateixes, el funcionament és completament diferent.
Cicle de funcionament del motor de 2 Temps
Esquema de les parts del motor de 2 Temps
Figura 1: Parts d'un motor de 2 Temps
El motor d'explosió de 2 Temps té unes característiques generals comunes al motor de 4 Temps. Aquestes característiques són: el combustible usat, la forma de realitzar la combustió i el sistema d'encès. Funciona amb un cicle de treball realitzat en 2 Temps (o més ben dit, en 2 curses), durant els quals el seu pistó efectua dos desplaçaments alternatius o curses que corresponen a una volta o gir de 360º a l'arbre de lleves o cigonyal.
La característica principal d'aquest motor és que no porta vàlvules que regulin l'entrada i sortida de gasos; és el pistó qui realitza aquestes operacions en el seu desplaçament, a través d'uns espiralls situats a la part baixa del cilindre i pròximes al PMI.
La majoria es refrigeren per aire (directe o forçat) a través d'una sèrie d'aletes que rodegen tot el cilindre i cambra de combustió. Aquests motors no porten tampoc circuit de greixat, el qual es realitza per mescla d'oli amb el combustible en una proporció del 2% al 5%.
Temps d'admissió
La mescla es succiona per la depressió que crea el pistó al desplaçar-se. El moviment del pistó és ascendent i no descendent com en el de 4 Temps i la mescla no passa directament a la cambra de combustió, sinó que passa a l'anomenat càrter de precompressió.
Aquest càrter només té en comú amb el de 4 Temps la seva situació a sota del pistó que serveix d'allotjament pel cigonyal, però no s'utilitza com a dipòsit d'oli. Ja que en aquests tipus de motors, els de 2 Temps, la mescla ja porta dissolta a la gasolina una petita proporció d'oli (entre el 2% i el 5%), que serveix per greixar les parts mòbils.
Precisament, per disposar d'aquest tipus de greixat, en els coixinets del cigonyal i la biela no s'utilitzen casquets antifricció, sinó que s'utilitzen rodaments de boles, rodets i/o agulles que sí toleren aquest tipus de lubricació.
El carburador és la part del motor on es mescla l'aire i la gasolina en la proporció adequada, per així poder passar al càrter.
El temps d'admissió en sí, comença quan el pistó, en el seu recorregut ascendent, crea una depressió que succiona la mescla, al temps que va destapant l'espirall d'admissió, que permet el pas de la mescla cap al càrter.
L'espirall és un orifici practicat al cilindre que en aquest cas està comunicat amb el conducte d'admissió i per tant amb el carburador.
La durada del temps d'admissió està relacionada amb l'altura de l'espirall i la longitud del pistó pel costat d'admissió.
El motor de 4 Temps avantatge clarament en aquest sentit al motor de 2 Temps en quant a l'eficàcia de l'admissió.
Un altre inconvenient en aquest tipus d'admissió, és que l'espirall resta obert durant gran part del recorregut descendent del pistó, cosa que provoca retrocessos no desitjats de mescla, que disminueixen l'eficàcia de l'admissió i per tant el rendiment del motor.
L'admissió finalitza quan el pistó, en el seu recorregut descendent, tapa l'espirall d'admissió; i l'entrada de mescla para quan el pistó inicia la seva cursa descendent i comença a comprimir aquesta continguda al càrter. Això és conseqüència de la falta de depressió necessària per succionar la mescla.
Temps de precompressió
Teòricament comença quan el pistó al descendir tanca l'espirall d'admissió i comprimeix la mescla situada al càrter, que comença a ser precomprimida a poc d'iniciar-se la cursa descendent de la mateixa. Se'n diu precompressió, per distingir-la de la compressió pròpiament dita que precedeix a l'explosió.
Finalitza quan la part superior del pistó comença a descobrir els espiralls de transferència o trànsfers que comuniquen el càrter amb el cilindre i comença el temps de trasvassament o transferència, també conegut com a “barrido”.
Aquest temps no troba el seu equivalent en el motor de 4 Temps.
Tal com es determina la relació de compressió, al relacionar els volums del cilindre i de la cambra de combustió, s'estableix també l'anomenada relació de precompressió, referida en aquest cas al volum del càrter comparat amb el del cilindre. El seu valor oscil·la al voltant de 2 a 1, i és una de les xifres que es tenen en compte a l'hora de dissenyar un motor, per la seva gran incidència en omplir el cilindre.
Ha d'observar-se que és un valor teòric i relatiu, ja que la mescla només està precomprimida, en l'espai comprès entre el tancament de l'espirall d'admissió i l'obertura del trànsfer.
Figura 3: 2T, Temps de precompressió
Temps de transferència
És en el que es produeix el trasvassament de mescla fresca des del càrter fins al cilindre o cambra de combustió.
Comença quan la part de dalt del pistó, en la seva cursa descendent, descobreix els trànsfers i permet el pas de mescla a través dels mateixos des del càrter. Per realitzar això, és necessari que la pressió de la mescla sigui superior a l'existent en el cilindre, d'aquí la importància del temps de precompressió.
Hem de tenir en compte, també, que en aquest moment acaba de finalitzar el temps d'escapament i que encara existeix pressió residual en el cilindre. Els trànsfers van disposats als dos costats del cilindre, perpendicularment a l'eix imaginari que uneix els espiralls d'admissió i d'escapament. Comuniquen el càrter amb el cilindre i la seva orientació és fonamental pel rendiment del motor. Lògicament, van orientats en direcció contrària a l'escapament, per reduir, en la mesura que sigui possible, les pèrdues de càrrega (hem de tenir en compte que els dos estan oberts alhora).
Actualment, s'acostuma a disposar de 4 a 8 trànsfers, ja que, en la majoria dels casos, cada parella consecutiva està formada per un de sol bifurcat, per evitar que els segments s'enganxin en el mateix.
En molts casos es disposa també d'un trànsfer anomenat de greixat, a través del qual es lubrica el peu de la biela, al passar part de la mescla (amb el seu corresponent oli) per l'interior del pistó, a través d'un orifici practicat en el mateix que es comunica amb una escletxa disposada a la paret del cilindre.
Aquest tipus de transferència, denominada “barrido” per càrter, s'utilitza en motors de petita cilindrada (tots els usats en motocicletes i fora-bordes), però en els grans motors marins, no és el pistó el que impulsa la mescla, sinó una bomba auxiliar que només impulsa aire, ja que solen ser de cicle Diesel 2 Temps.
Aquí apareix un nou desavantatge del motor de 2 Temps respecte al de 4 Temps, ja que en aquest últim, la vàlvula d'escapament només està oberta en un petit interval de temps mentre s'omple el cilindre de mescla, mentre que el de 2 Temps, l'espirall d'escapament està obert durant tot el temps que dura l'omplert del cilindre.
Per aquest motiu, les pèrdues de càrrega, i per tant, el rendiment del motor, són molt més grans i anul·len gran part dels avantatges obtinguts per la seva simplicitat i lleugeresa.
En realitat, a part de perjudicar greument el rendiment del motor, el principal desavantatge d'aquestes pèrdues de càrrega, és que generen emissions contaminants que dificulten, i en molts casos impossibiliten, la superació de les normatives anticontaminació en vigor.
Figura 4: 2T, Temps de transferència
Temps de compressió
Teòricament comença quan el pistó inicia la seva cursa ascendent i comença a comprimir la mescla, si en realitat aquesta només comença a ser comprimida, quan els espiralls situats per sobre del pistó estan tancats.
Això fa que, per arribar a una pressió adequada al final de la compressió, la relació de compressió (aquí més teòrica que en cap altre cas) sigui mot més elevada que en el de 4 Temps, arribant a valors normals de 15 a 1 o més.
Per això, molts fabricants (tots els japonesos) mesuren la relació de compressió a partir del tancament de l'escapament, amb el que s'aconsegueixen valors més pròxims a la realitat (els seus valors oscil·len entorn de 8 a 1).
S'ha d'observar, que el fet de que s'agafin relacions de compressió tant elevades respecte al de 4 Temps, amb la fórmula clàssica, no implica cap tipus d'avantatge en quant a la resistència a la detonació.
Pel contrari, si la relació de compressió es mesura des del tancament de l'escapament, el valor fins i tot descendeix per sota de les xifres normals d'un de 4 Temps. A la pràctica, tots dos tipus de motors arriben a valors similars de relació de compressió, que és la que determina (entre altres factors) la resistència a la detonació. Això és degut, a que en el de 4 Temps, no es té en compte l'RCA ( “Retraso Cierre Admisión” ), ja que si es mesura la relació de compressió a partir del tancament de la vàlvula d'admissió, s'observarà, que aquest valor és similar al de 2 Temps, mesurat des del tancament de l'escapament. Des d'un punt de vista més real, la resistència a la detonació ve donada (entre d'altres factors) per la pressió que s'aconsegueix al final de la compressió, i aquest és un valor que al mateix temps depèn del coeficient d'omplert, que és la relació entre el volum de mescla que s'hauria d'admetre en cada cicle (cilindrada unitària) i el que realment s'admet. Aquest valor, en motors atmosfèrics, està sempre per sota d'1, ja que per molt eficaç que sigui la distribució, l'omplert no és el 100% efectiu en cap motor d'admissió atmosfèrica (sense cap tipus de compressor). Per això, a l'hora d'analitzar les característiques tècniques d'un motor ràpid, no ens hem de deixar sorprendre pels seus alts valors de relació de compressió, ja que són motivats pel diagrama de distribució tan extrem (en quant a graus d'obertura) propi d'aquest tipus de motors, en especial en el que l'RCA pertany (en 4 Temps).
No s'ha de menysprear l'observació anterior dient que amb diagrames de distribució tan extrems, el coeficient d'omplert millora per si mateix. Aquesta observació mai és certa per si mateixa, ja que els valors del diagrama només determinen la zona de la corba del motor en què es produeix el millor omplert. En el cas d'un motor ràpid, un diagrama de distribució d'amplis valors, fa que, la corba de coeficient d'omplert, proporcioni els seus valors màxims a alt règim, amb el que els valors més alts de parell motor també s'aconseguiran a aquella velocitat. Al traslladar a la part alta de la corba de potència del motor els valors màxims de coeficient d'omplert (i per tant de parell motor), com vulgui que la potència sigui directament proporcional al règim, s'obté un alt valor de la mateixa per un valor de parell màxim (i per tant de coeficient d'omplert) similar al d'un motor semblant però menys potent.
En aquest últim, amb un diagrama de distribució menys extrem, s'ubica el parell màxim en una zona de la corba del motor més baixa, pel que el valor de potència màxima, al disminuir les RPM (revolucions per minut), és menor. En definitiva, els valors màxims de coeficient d'omplert (i per tant de parell motor), no tenen perquè ser inferiors en motors menys potents respecte a altres amb major valor de potència màxima. Per això, el fet que l'altura de l'espirall d'escapament respecte al PMS (i per tant el diagrama de distribució) influeixi sobre la relació de compressió, suposa un condicionant en el disseny del motor, del qual el de 4 Temps està lliure. Per una altra part, l'elevada relació de compressió teòrica limita en gran mesura el disseny de la cambra de combustió, la qual, pel seu volum petit, no permet disposar de formes i perfils que afavoreixin la creació de turbulències (per limitar les pèrdues de càrrega), així com la correcta propagació del front de flama.
Figura 5: 2T, Temps de compressió
Temps d'explosió
En un principi, és molt similar al de 4 Temps, afavorit lleugerament per l'absència de vàlvules, que sempre condicionen la ubicació de la bugia.
La principal diferència recau en la seva duració, ja que a meitat de cursa aproximadament (depèn lògicament del diagrama de distribució), el cap del pistó descobreix l'espirall d'escapament, finalitzant, per tant, el temps d'explosió.
El rendiment del motor no es veu afectat tant com podria semblar, ja que l'augment de volum originat pel desplaçament del pistó, fa que la pressió a l'interior del cilindre no sigui significativament alta com per generar treball.
El que passa dins el cilindre durant aquest temps és que la bugia desprèn una guspira i fa explotar la mescla comprimida pel pistó.
Això fa moure el pistó, una altra vegada, del PMS (punt mort superior) al PMI (punt mort inferior) cap a baix i fa girar el cigonyal.
Aquest fet és l'anomenat cursa motriu o cicle de treball.
En el moviment de baixada del pistó, abans d'arribar al PMI, aquest deixa obert l'espirall d'escapament, és en aquest moment quan acaba el temps d'explosió i comença el d'escapament.
Figura 6: 2T, Temps d'explosió
Temps d'escapament
Comença quan el pistó, en la seva cursa descendent, descobreix amb la part superior l'espirall d'escapament, que comunica el cilindre amb el conducte del mateix nom i que està situat davant mateix del d'admissió.
Com els gasos residuals encara posseeixen certa pressió de la combustió, s'afavoreix la sortida dels mateixos o al menys dels més pròxims a l'espirall. La resta, en la seva major part, són impulsats per la mescla fresca, la qual, orientada contra l'escapament, rebota a les parets del cilindre, creant turbulències que afavoreixen l'expulsió dels gasos residuals.
Aquí torna a sorgir de nou el problema de les pèrdues de càrrega, ja que les dites turbulències, també propicien la sortida de part de la mescla per l'escapament. A més, aquest problema es veu augmentat, perquè l'espirall d'escapament segueix obert fins que el pistó ha recorregut ja gran part de la seva cursa ascendent per les que les citades pèrdues de càrrega es segueixen produint durant la compressió.
Aquest factor, és conseqüència de la simetria respecte als punt morts que condiciona el diagrama de distribució dels motors de 2 Temps i del qual, pel seu sistema de distribució, està lliure el de 4 Temps.
L'interval de temps comprès entre l'obertura de l'espirall d`escapament i la dels trànsfers, és el que es coneix com escapament espontani, per tant els gasos residuals surten impulsats per la pressió residual de la combustió sense ser empesos per la mescla fresca.
La duració de l'escapament espontani ve determinada per la diferència d'altura respecte al PMS entre l'espirall d'escapament i els trànsfers, que, generalment, oscil·la entre els 10º-20º de gir del cigonyal.
El disseny del tub d'escapament és fonamental per un adequat “barrido”, ja que, amb dissenys adequats a cada motor, en els que es creen pressions i contrapressions, es pot millorar el rendiment del motor.
En aquest sentit, el de 2 Temps avantatge al de 4 Temps, en una optimització en el disseny de l'escapament d'aquests últims no millora el rendiment, ni de lluny com en el de 2 Temps. Als escapaments dissenyats per afavorir el “barrido” (aquí referit al conjunt dels temps de transferència i escapament, que en la seva major part es realitzen al mateix temps) se'ls coneix com “tubarros” i se'ls identifica per la seva disposició de cons oposats.
Figura 7: 2T, Temps d'escapament
Cicle de funcionament del motor de 4 Temps
Esquema de les parts del motor de 4 Temps
Figura 8: Parts d'un motor de 4 Temps
Aquest motor, amb funcionament alternatiu del seu pistó en un cicle de 4 Temps, també conegut com motor Otto degut al seu inventor, és el més utilitzat per a vehicles turisme i motos de gran cilindrada.
La transformació d'energia es realitza en quatre fases de treball, durant les quals el pistó efectua quatre desplaçaments o curses alternatives.
Un sistema mecànic de biela-cigonyal, situat entre el pistó i l'arbre de lleves, transforma el moviment lineal del pistó en moviment de rotació de l'arbre, produint dos voltes completes del cigonyal o arbre de lleves en cada cicle de funcionament. L'entrada i sortida de gasos en el cilindre és controlada per dos vàlvules situades a la cambra de combustió. L'obertura i tancament d'aquestes la realitza un sistema de distribució sincronitzat amb el moviment de l'arbre de lleves o cigonyal. Otto va mantenir la tècnica del pistó mòbil ja utilitzat a la màquina de vapor; però en lloc de proporcionar-li pressió per les seves dues cares alternativament, ho va fer només per una, creant una cambra de combustió en el fons d'un cilindre que era variable segons la posició del pistó.
A la part alta de la cambra de combustió va posar dos vàlvules. Una d'elles s'obria per deixar passar al gas fresc i l'altra s'obria per expulsar el gas cremat, ja robada i aprofitada la major part possible de la seva energia, perquè es perdés en l'atmosfera. Però tot això, per a que funciones bé, havia de tenir un ritme, és a dir, una sèrie de moviments que després s'anirien repetint indefinidament i sempre exactament igual. Això és el que es deia cicle. I com que aquest cicle es realitzava en quatre temps o curses del pistó, al motor se'l va anomenar motor de 4 Temps. Aquest conjunt d'admissió, compressió, explosió i escapament es realitza simultàniament en un motor de 4 Temps mentre està encès i s'anomena el cicle de 4 Temps.
Figura 9: PMS i PMI
Com es pot observar als 4 Temps explicats més a baix, la transformació d'energia es realitza en un cicle de 4 Temps. En els dos primers la mescla es aspirada i comprimida, amb temps suficient per a realitzar una bona carburació i combustió de la mateixa; en el tercer temps es realitza la transformació d'energia, aportada pel combustible, en treball mecànic i, durant el quart temps, s'evacuen a l'exterior els gasos residuals i la calor restants que no s'han transformat en treball mecànic.
Dels 4 Temps que componen el cicle, només s'efectua treball efectiu útil en el tercer temps o d'explosió. L'energia produïda és recollida pel volant d'inèrcia que la retorna, en part, per realitzar els altres tres temps.
Per tant, el treball efectiu útil obtingut en el cicle és la diferència entre el treball total desenvolupat durant el temps d'expansió i el gastat en la realització dels tres temps improductius.
Temps d'admissió
Durant aquest temps el pistó es desplaça des del punt mort superior (PMS) al punt mort inferior (PMI) i efectua la seva primera cursa o desplaçament lineal. Durant aquest desplaçament l'arbre de lleves o cigonyal realitza un gir de 180º.
Mentre es realitza aquest recorregut del pistó, la vàlvula d'admissió resta oberta i, degut a la depressió o buit intern que crea el pistó en el seu desplaçament, s'aspira la mescla aire-combustible, que passa a través de l'espai lliure que deixa la vàlvula d'aspiració per, d'aquesta forma, omplir la totalitat del cilindre.
Aquest és l'anomenat temps d'admissió, perquè el cilindre s'està omplint de gas, o sigui, admeten gas fins, teòricament, omplir-se del mateix quant el pistó arribi al punt més baix possible, és a dir, al seu punt mort inferior (PMI).
El recorregut que efectua el pistó entre el PMS i el PMI s'anomena cursa, que multiplicada per la superfície del pistó, en funció del seu diàmetre anomenat calibre, determina el volum o cilindrada unitària, que correspon al volum de mescla aspirada durant l'admissió.
Figura 10: 4T, Temps d'admissió
Temps de compressió
En aquest temps el pistó efectua la seva segona cursa i es desplaça des del seu punt mort inferior (PMI) al seu punt mort superior (PMS). Durant aquest recorregut el cigonyal efectua un altre gir de 180º completant, d'aquesta forma, la primera volta de l'arbre de lleves.
Durant aquest desplaçament les vàlvules resten tancades i el pistó comprimeix la mescla, la qual queda allotjada a l'espai corresponent a la cambra de combustió situada per sobre del PMS.
En el moment en que el pistó arriba al seu PMI es tanca la vàlvula d'admissió i comença a ascendir de nou el pistó realitzant, llavors, la compressió del gas a l'interior del cilindre, ja que al cap del mateix no troba orifici que li permeti la seva sortida. I aquest pistó, encara que mòbil, és estancat.
Aquest temps s'anomena de compressió, i redueix el volum del gas admès tantes vegades com la relació que existeix entre tot el volum geomètric del cilindre i el que queda del mateix quan el pistó ha arribat de nou al seu PMS.
La pressió final aconseguida per la mescla en aquesta cambra de combustió està en funció de la relació de compressió del motor, la qual ve determinada per la relació que existeix entre el volum total aconseguit per la mescla en el cilindre i el volum de la cambra de combustió.
Fins aquí ja s'han realitzat dos temps del cicle.
Figura 11: 4T, Temps de compressió
Temps d'explosió
Quan el pistó arriba al final de la compressió, es fa saltar, per mitjà de la bugia, una guspira elèctrica a l'interior de la cambra de combustió per produir la ignició de la mescla, amb la qual cosa s'origina la inflamació i combustió de la mateixa. Durant aquest procés s'allibera l'energia calorífica del combustible, el que produeix una elevada temperatura a l'interior del cilindre. Amb l'increment de temperatura l'energia cinètica de les molècules augmenta considerablement i, al xocar aquestes contra les parets de la cambra de combustió i el cap del pistó, generen la força d'empès que fa que el pistó es desplaci.
La força d'empès aplicada sobre el cap del pistó ve determinada per la pressió interna creada a l'interior de la cambra de combustió, multiplicada per la superfície del mateix.
Aquesta força produeix el desplaçament del pistó, que realitza la seva tercera cursa des del PMS al PMI, i fa girar uns altres 180º al cigonyal.
Durant aquesta cursa, anomenada cursa motriu per ser la única que realitza treball, es produeix la transformació d'energia. La pressió baixa ràpidament per efecte de l'augment de volum i disminueix la temperatura interna a l'expansió, ja que part de la calor generada es dissipa a través de les parets del cilindre i les cambres de refrigeració.
Figura 12: 4T, Temps d'explosió
Temps d'escapament
En aquest temps el pistó realitza la seva quarta cursa o desplaçament des del PMI al PMS, mentre el cigonyal, amb el seu gir de 180º, completa les dos voltes de l'arbre de lleves.
Durant aquest recorregut del pistó la vàlvula d'escapament resta oberta. A través d'ella, per diferència de pressió, els gasos cremats procedents de la combustió surten a l'atmosfera; la resta dels gasos són expulsats pel pistó en el seu desplaçament.
Quan el pistó ha arribat al seu PMI de nou, el poder calorífic de l'explosió ha quedat eliminat. El gas ha donat de sí tot el seu poder calorífic i ja no serveix per ser utilitzat de nou. Resulta necessari treure'l de la cambra de combustió del cilindre per donar pas a l'entrada d'un nou gas fresc i bo per als nostres propòsits. Quan el pistó inicia la seva cursa ascendent s'obra la vàlvula d'escapament i el gas cremat (els químics dirien que té ara una altra composició ja que la gran temperatura aconseguida ha fet que es produís una cadena de reaccions químiques que han descompost el gas) surt a l'atmosfera deixant el cilindre net per a quan s'iniciï de nou un altre cicle.
Figura 13: 4T, Temps d'escapament
-
Comparació entre el motor de 2 Temps i de 4 Temps
És difícil establir una comparació general entre els motors de 4 Temps i els de 2 Temps, perquè tant en uns com en els altres hi ha veritables dissenys de motors d'una perfecció tècnica elevada i enginys menys aconseguits i per tant d'una execució tècnica i disseny molt discutibles.
En general els partidaris dels motors de 4 Temps, quan fan les seves comparacions, acostumen a enfrontar els motors de 4 Temps més perfectes amb les més discutibles realitzacions de 2 Temps i així es veuen en gran quantitat de llibres tècnics comparacions que no poden ser més desavantatjoses per els del cicle de 2 Temps. Com que sobre aquest motors la literatura tècnica és molt més escassa, aquesta comparació partidista a la inversa s'ha fet moltes menys vegades, per el que, en general, existeix la convicció que un motor de 4 Temps es infinitament més perfecte que un de 2 Temps. I això, naturalment, és del tot inexacte.
Anem a fer un assaig de comparació entre aquests dos tipus de motors, fent servir per això uns motors d'una tècnica semblant i fent referència, per tant, als motors de petita cilindrada.
Consum
El motor de 2 Temps modern ha sigut molt estudiat durant els últims anys. Actualment s'ha aconseguit que el seu consum específic a baix règim de càrrega sigui excel·lent i fins i tot, en alguns motors, resulta més econòmic que en motors iguals de 4 Temps. Però a plena càrrega el motor de 4 Temps és plenament més econòmic degut al seu alt règim de gir el consum del de 2 Temps és desproporcionat.
En el aspecte del consum el motor de 4 Temps té avantatges apreciables, en utilització normal, sobre el de 2 Temps.
Avaries
Els desgasts en els motors de 2 Temps són, en general, menors que en els de 4 Temps. La major quantitat de masses en moviment per part del cicle de 4 Temps al veure's recolzats dels complicats mecanismes de la distribució, fan que sigui relativament fàcil el desajustament ja sigui de corretges, engranatges, molles, etc. El 2 Temps, degut a la seva simplicitat, està exempt d'aquestes dificultats.
Però té el defecte de precisar, amb molta major freqüència, la neteja de la “carbonilla” que s'acumula d'una manera molt més accelerada en les parets de la cambra de combustió cosa que passa en molta menor escala als motors de 4 Temps. De totes maneres, en aquest aspecte de les avaries, hi ha certa desavantatge a favor dels de 2 Temps, per veure's menys afectat i tenir una major duració.
Facilitat de posar-se en marxa
La facilitat de posar-se en marxa és molt major per a un motor de 2 Temps que per a un motor de 4 Temps. El fet de que cada dos curses trobi una guspira elèctrica amb la seva corresponent càrrega de gas, ajuda generosament l'acció de la posta en marxa que es produeix fent falta, només, molt poc impuls a càrrec del mecanisme d'arrencament.
De totes formes el de 2 Temps és molt més delicat de carburació i requereix portar sempre el carburador ben regulat doncs té tendència a ofegar-se de gasolina amb major facilitat que el de 4 Temps.
Encara en temps molt fred la posada en marxa del de 2 Temps és fàcil, mentre que no passa el mateix amb el de 4 Temps. En aquest apartat també ens podem inclinar a favor del motor de 2 Temps.
Ralentí o marxa lenta
El ralentí o marxa lenta és la velocitat mínima a que pot girar el cigonyal d'un motor per mantenir-se a aquest en marxa però sense proporcionar pràcticament potència. És el que necessitem, per exemple, quan estem parats davant d'un semàfor amb la moto parada i el motor en marxa. El motor de 4 Temps pot aconseguir sense dificultats un ralentí perfecte, de gran suavitat de gir; el motor de 2 Temps, pel contrari, mai gira perfectament bé.
Soroll
Els motors de 4 Temps són més silenciosos d'una manera molt notable a baix règim de gir i si bé a altes revolucions la diferència és petita (el 4 Temps ha d'arrossegar tots els mecanismes de la distribució), resulta sempre més senzill que el motor de 2 Temps.
En això té grans avantatges en determinades circumstàncies ja que en els motors de motocicleta, i igualment passa en els fora-borda, on l'usuari es troba en contacte amb el motor, el soroll durant hores pot produir cansament i altres anormalitats.
Prestacions
El motor de 2 Temps és superior en potència efectiva sobre el de 4 Temps en un grau considerable. Des del punt de vista de potència específica és només lleugerament superior així com en el parell motor. Però és més elàstic i escala més fàcilment els alts règims de funcionament.
Des del punt de vista del pes per cavall, el motor de 2 Temps està molt per sobre del de 4 Temps, en especial en els motors refrigerats per aire. El motor de 2 Temps és més lleuger i alhora més potent i també una mica més petit per a una mateixa cilindrada. En aquest aspecte és superior.
Consum d'oli
Una de les majors dificultats del motor de 2 Temps es troba en el greixat. Al no poder constituir un circuit, independent com passa en el de 4 Temps, la quantitat d'oli desaprofitada és notable. El consum d'oli d'un motor de 4 Temps, degudament mantingut, pot establir-se, aproximadament, com un 2.50% en relació amb la quantitat de gasolina consumida. En el de 2 Temps és exactament el doble, és a dir, un 5%. Al marge d'aquest consum el de 4 Temps es troba molt millor greixat. També és veritat que existeixen motors de 2 Temps que funcionen correctament amb una mescla de només el 2% i que amb aquesta mateixa quantitat però utilitzant olis especials preparats pot funcionar qualsevol motor, però llavors s'ha d'usar olis sintètics especials, de gran qualitat, que el seu cost és tan superior als olis minerals que, encara que el consum sigui discret, equival pel seu preu a una major qualitat d'oli corrent.
Per una altra part l'oli del motor de 4 Temps, una vegada utilitzat, pot aprofitar-se i fins i tot regenerar-se per mitjà de màquines depuradores, cosa que té importància per a grans motors que consumeixen una gran quantitat d'oli; però en el cas del de 2 Temps l'oli es consumeix durant el procés de la combustió.
Fre motor
En els vehicles terrestres el motor utilitzat com a fre té la seva importància. El motor de 2 Temps és molt més ràpid en escalar alts règims, com ja s'ha dit, i per aquesta raó ofereix molt poca resistència al vehicle quan aquesta arrossega el motor. Pel contrari el motor de 4 Temps, quan no rep càrrega per part del carburador constitueix un fre important que reten suaument al vehicle. Per aquesta raó és necessari en les motocicletes de 2 Temps sobredimensionar els frens, doncs la marxa normal aquests seran més utilitzats que en una motocicleta equipada amb motor de 4 Temps.
Preu de fabricació i d'adquisició
El motor de 2 Temps, en general, és molt més senzill de construir que el de 4 Temps, no ja pel seu menor nombre de peces, sinó per la major facilitat de mecanitzat. Els òrgans de la distribució són, realment, mecanismes de precisió que han de construir-se d'acord amb unes toleràncies molt estretes. Per una altra part, la major complicació de les culates per allotjar en elles tots aquests mecanismes fan que el preu del de 4 Temps tingui que ser forçosament, superior al de 2 Temps. En conseqüència es dedueix d'això que el preu de venta és també inferior per a motors de igual cilindrada que en molts casos corresponen a major potència efectiva. En aquest aspecte el de 2 Temps ofereix avantatges més dignes de tenir-se en consideració.
Contaminació
En el motor de 2 Temps la combustió és més imperfecte que en la de 4 Temps. No sempre es disposa de les fraccions de segon necessàries per a la total combustió de la mescla...i els espiralls s'obren i es tanquen amb tanta rapidesa. Per una altra banda l'oli es crema a mitges, i tot això s'aboca a una atmosfera que en les grans ciutats no pot tenir un índex de puresa més compromès. En vista d'això, les autoritats municipals de moltes ciutats han prohibit els motors de 2 Temps per la seva característica de ser altament contaminants. Precisament aquest és el defecte que més perjudica al desenvolupament del motor de 2 Temps en les cilindrades mitjanes i grans, fins al punt que, per una part, ha col·laborat al desenvolupament més sofisticat del motor de 4 Temps per la motocicleta. L'aplicació de motors tetracilíndrics, amb quatre vàlvules per cambra, arbres de lleves en cap, etcètera, venen del desig d'aconseguir màquines de cilindrades elevades amb un singular poder d'acceleració, tal com és típic en els motors de 2 Temps. I per un altre costat, aquest defecte de la contaminació, ha produït l'estancament del motor de 2 Temps en la seva aplicació als automòbils (totalment desterrats avui dia amb aquest tipus de motor) i també per les motos de gran cilindrada, encara que es segueixi utilitzant amb gran èxit en les grans motos de competició de velocitat. Així doncs, en les proves realitzades comparatives de l'índex de contaminació entre els motors de 2 Temps o 4 Temps, l'avantatge a favor del segon es manifesta.
Conclusió
Com a resum del que precedeix i reunint avantatges i inconvenients d'un i altre motor, podem arribar a la conclusió que les forces estan molt igualades. Avantatges molt propicies té el motor de 2 Temps, que no posseeixen els motor d'un altre cicle i a la inversa. Cert que el motor de 2 Temps posseeix una experiència en la seva investigació inferior a l'efectuada amb el de 4 Temps i que, per tant, el futur d'aquell és més segur i sobre tot en les cilindrades mitges, la indústria i la tècnica es troba més preparada per a la construcció de motors de 4 Temps que per als seus oponents. Els motors de 2 Temps demostren certa superioritat només en motors d'explosió de petites cilindrades. El seu principal defecte és, avui dia, el consum i la contaminació de l'ambient.
-
Comparació dels cicles teòrics dels motors de 2 i 4 Temps
Analitzant el cicle de 2 Temps i comparant-lo amb el de 4 Temps es pot observar que el treball desenvolupat en aquest motors, per a una mateixa cilindrada, resulta inferior degut a la forma d'omplert i d'escombrat dels gasos al cilindre.
En els motors de 4 Temps, l'admissió i l'escapament es realitzen durant dos curses completes del pistó i l'expansió durant tota la cursa útil del mateix. Però, en els de 2 Temps, l'admissió en el cilindre i l'escapament de gasos es realitzen durant un petit recorregut del pistó que depèn del posicionament dels espiralls respecte al PMI. El pistó té un menor recorregut útil en l'expansió i, per tant, s'obté una menor superfície útil en el diagrama; això representa, en conseqüència, un menor treball desenvolupat.
Aquests inconvenients no es presenten en els motors de 4 Temps, ja que aquests disposen de dos curses completes per a l'omplert i evacuament de gasos, sent aquest temps independents del desenvolupament teòric del diagrama, que estarà solament condicionat per les característiques volumètriques del cilindre.
-
Comparació de tres models de motos
| Honda VF 750 F | Suzuki GS 500 E | Yamaha YZF-R1 |
Motor | ||
|
|
|
|
|
|
Carburació | ||
|
|
|
Alimentació | ||
|
|
|
Quadre | ||
|
|
|
|
|
|
Forquilla | ||
|
|
|
Suspensió de darrera | ||
|
|
|
Lubricació | ||
|
|
|
Dimensions i pesos | ||
|
|
|
Taula 1: Característiques tècniques de tres models de motos.
Transmissió
| Honda VF 750 F | |||
| Velocitats | Relacions internes | Nombre de dents | Percentatge |
| 1ª | 2'733 | 41/15 | 37'9 |
| 2ª | 1'895 | 36/19 | 54'7 |
| 3ª | 1'500 | 33/22 | 69'1 |
| 4ª | 1'240 | 31/25 | 83'6 |
| 5ª | 1'037 | 28/27 | 100 |
Taula 2: Transmissió Honda VF 750 F
| Suzuki GS 500 E | |||
| Velocitats | Relacions internes | Nombre de dents | Percentatge |
| 1ª | 2'461 | 32/13 | 34'5 |
| 2ª | 1'777 | 32/18 | 47'8 |
| 3ª | 1'380 | 29/21 | 61'6 |
| 4ª | 1'125 | 27/24 | 75'6 |
| 5ª | 0'961 | 25/26 | 88'5 |
| 6ª | 0'851 | 23/27 | 100 |
Taula 3: Transmissió Suzuki GS 500 E
| Yamaha YZF-R1 | ||
| Velocitats | Relacions internes | Nombre de dents |
| 1ª | 2'500 | 16/43 |
| 2ª | 1'842 | |
| 3ª | 1'500 | |
| 4ª | 1'333 | |
| 5ª | 1'200 | |
| 6ª | 1'115 | |
Taula 4: Transmissió Yamaha YZF-R1
Corbes de parell motor i potència
Honda VF 750 F
Gràfic 1: Parell motor i potència de Honda VF 750 F
Honda VF 1000 F
Gràfic 2: Parell motor i potència de Honda VF 1000 F
Suzuki GS 500 E
Gràfic 3: Parell motor i potència de Suzuki GS 500 E
-
Discussió de la comparació dels tres models de motos
En aquest apartat realitzarem una comparació dels tres models de motos citats anteriorment. Per realitzar aquesta comparació ens basarem en les dades de les taules de l'apartat anterior. Anirem comparant els tres models segons els sub-apartats que tenim a les taules superiors.
Motor
En aquest aspecte trobem algunes diferències segons el model i la marca de la moto. A la moto Honda trobem un motor de 4 Temps, amb 4 cilindres en forma de “V” a 90º i refrigerat per aigua; en el cas de la Suzuki ens trobem amb un motor de 2 cilindres inclinats 15º endavant, de 4 Temps i refrigerat per aire; i per últim en la Yamaha hi trobem un motor de 4 Temps, 4 cilindres en paral·lel inclinats cap endavant i refrigerat per aigua.
Aquí ens trobem en què els dos models d'una major cilindrada, l'Honda i la Yamaha, tenen 4 cilindres; això és perquè, al ser més grans, necessiten un major treball per obtenir una major potència. La Suzuki, al ser més petita, no necessita tanta potència i amb un motor de 2 cilindres ja en té prou. També veiem que l'Honda i la Yamaha tenen una major refrigeració al tenir refrigeració per aigua i això fa que el motor no s'escalfi tant i funcioni amb un rendiment major. I per últim, en els tres casos veiem que totes són de 4 Temps, per tant, no hi ha diferències.
Carburació
En el sistema de carburació observem que el nombre de carburadors depèn del nombre de cilindres del motor, així, l'Honda i la Yamaha tenen 4 carburadors i la Suzuki només en té 2. També veiem que la Suzuki i la Yamaha utilitzen la mateixa marca, però diferents models; i en canvi l'Honda utilitza una marca diferent que funciona a depressió.
Cada marca de motos porta uns carburadors diferents que s'han d'adaptar a les necessitats de la moto, perquè amb una bona carburació obtenim bones respostes de la moto.
Alimentació
L'alimentació no depèn gaire del motor de cada model, simplement tindria un aspecte pràctic en el recorregut de quilometres sense reposar el carburant. Per exemple, l'Honda, a una velocitat constant de 90 Km/h, consumeix 5'3 l. El seu consum mitjà és de 6'8 l, i la seva autonomia, acabant amb la reserva, és de 320 Km. L'alimentació depèn del dipòsit, com més gran sigui, més litres hi cabran, per això observem que l'Honda és la que té més volum, amb 22 l; la Yamaha, amb 18 l; i per últim, la Suzuki, amb 17 l. També compten amb una part d'aquests litres com a reserva, que vol dir que s'ha d'omplir el dipòsit abans que es consumeixin aquests litres.
Quadre
Aquí veiem que l'Honda i la Suzuki tenen el mateix tipus de quadre, de doble cuna, amb tubs d'acer de secció rectangular i la columna de direcció muntada a sobre de rodaments de rodets cònics. Les úniques diferències són la part desmuntable per deixar sortir el motor: en l'Honda és a l'esquerra, i en la Suzuki és a la dreta, sota el motor; i que el quadre de l'Honda està pintat d'alumini. L'angle d'avanç de l'Honda i la Suzuki és molt similar, ja que les dos són motos turisme, i en canvi, el de la Yamaha és bastant més reduït ja que aquesta és “Racing”. En canvi l'avanç és similar en els tres models.
Figura 14: Angle d'avanç i avanç
Forquilla
En els tres models és bastant igual; tenen forquilla telescòpica. I en general no tenen gaire més diferències a part del diàmetre del tub de la forquilla. La forquilla és una part molt delicada perquè quan es frena amb el fre davanter, la suspensió es comprimeix i es pot perdre el control de la direcció, per això totes tres incorporen sistemes molt avançats de tecnologia.
Suspensió de darrera
Veiem que les dues primeres, Honda i Suzuki, tenen un monoamortidor central de flexibilitat variable. A aquest tipus de suspensió, Honda l'anomena Pro-Link, i Suzuki Full-Floaster, però ve a ser el mateix.
Així que en aquest apartat tampoc hi trobem gaires diferències entre els tres models.
Lubricació
En aquest apartat també trobem que cadascuna té la seva capacitat d'oli al càrter. Una bona lubricació és essencial per a que el motor no tingui pèrdues per fregament, i per a que les peces no es desgastin.
Per fer la comparació només disposo de les dades de capacitat, i no de les dades del sistema de lubricació, per tant, no puc dir quina té la millor lubricació.
Dimensions i pesos
Aquí veiem les mides i els pesos dels diferents models, i aquestes estan relacionades amb el tipus de moto que és. Com ja hem dit, l'Honda i la Suzuki són turismes, i estan fetes per viatjar amb un gran rendiment del motor i amb una gran potència. I la Yamaha és “Racing” i està feta per aprofitar la seva potència al màxim i córrer.
Tot això es veu reflexat en les dades de les mides i els pesos de la taula superior.
Transmissió
Com veiem l'Honda té 5 marxes, les altres dues en tenen 6. Cada marxa té una relació interna que ve determinada pel nombre de dents.
Com podem veure, segons les dades, l'Honda té una major força d'arrencada, i va adquirint velocitat amb una diferència molt petita entre les velocitats. Això vol dir, que entre dues marxes, hi ha molt poca diferència de velocitat, però en total aconsegueix una gran velocitat.
La Suzuki és la que té més diferència entre totes les seves marxes. Observem que té menys força d'arrencada que l'anterior i entre les seves sis marxes hi ha més variació de velocitat. En velocitat no supera a l'Honda ja que la Suzuki és més petita en tots els aspectes.
La Yamaha té sis velocitats, com la Suzuki, però té molt poca variació de relacions internes entre marxa i marxa, com l'Honda. Això fa que tingui una força d'arrencada inferior a l'Honda, i molt poca variació entre les marxes, però al final, i comptant amb tots els aspectes, la Yamaha obté una major velocitat.
Corbes de parell motor i potència
No em pogut obtenir les corbes de la Yamaha, així que hem agafat el mateix model que l'Honda però amb la cilindrada de la Yamaha.
Aquí observem que la que té més potència a un règim màxim és l'Honda VF 1000 F, veiem que a les 10000 rpm obté uns 115 CV de potència, mentre que l'Honda VF 750 F, obté només uns 90 CV i la Suzuki uns 42 CV. També observem que l'Honda arriba a les 10500 rpm, mentre que la Suzuki li costa arribar a les 10000 rpm.
A la corba de parell motor observem que la Suzuki i l'Honda VF 1000 F arriben, al voltant de les 8000 rpm, al seu parell màxim que són uns 85 Nm, mentre que l'Honda VF 750 F arriba, també a 8000 rpm, a uns 75 Nm de parell màxim.
-
Conclusions
Les conclusions a les que he arribat al llarg de tot el treball, segons els objectius que tenia al començar-lo, són les següents:
Al començament del treball he explicat el funcionament del motor de 2 Temps i de 4 Temps, així que puc dir que els motors de combustió interna que porten els vehicles, més en concret les motocicletes, segueixen el mateix procés de treball.
El funcionament d'aquests motors, els de 2 Temps i els de 4 Temps, segueixen un mateix cicle de 4 temps que es compon de: admissió, compressió, explosió i escapament. El que passa és que els motors de 2 Temps fan aquest cicle en 2 curses i els de 4 Temps en 4 curses.
També faig referència al sistema d'entrada i sortida de gasos de la cambra de combustió, de manera que els de 4 Temps porten vàlvules d'admissió i escapament, i en canvi els motors de 2 Temps tenen espiralls per on passa la mescla.
El segon objectiu era comparar els diferents funcionaments de motor, i en aquest aspecte s'han posat de manifest els punts positius i els punts negatius de cadascun d'ells.
S'ha trobat que els motors de 2 Temps no es fan servir per a grans motors, sinó que per a grans motors s'utilitzen motors de 4 Temps. La contaminació és una de les causes per la qual, el motor de 2 Temps, no està molt estès.
Aquesta contaminació és una conseqüència de les pèrdues de gasos que té aquest motor. Tots aquests aspectes han provocat el ràpid desenvolupament del motor de 4 Temps per a motos i cotxes de gran cilindrada.
La conclusió a la que he arribat del tercer punt ha estat els diferents cicles que fan els motors de 2 i 4 Temps. Per començar, el de 4 Temps fa 4 curses i esta format per 4 cicles o temps: admissió, compressió, explosió i escapament. En canvi, el motor de 2 Temps és molt més simple quant a les curses, que només en fa 2.
Això, per exemple, fa que s'encengui molt més ràpid que el de 4 Temps. Però és més complex quant als temps que realitza, que no en són 2, sinó 6: admissió, precompressió, transferència, compressió, explosió i escapament, amb la diferència que alguns d'ells són simultanis.
L'últim objectiu ha estat el més difícil d'assolir degut a la falta d'informació sobre aquest tema. Aquest tema tractava de comparar diferents models de motos segons les seves característiques tècniques.
Amb aquesta comparació he arribat a la conclusió que cada model de moto està fet per a realitzar una funció determinada, per exemple, la Yamaha YZF-R1, com ja he dit anteriorment, és Racing, això vol dir que és com una moto de competició i per això necessita molta potència.
Les altres dues motos de la comparació, Honda VF 750 F i Suzuki GS 500 E, són turismes, és a dir, que serveixen, més aviat, per realitzar viatges, amb menys potència però amb totes les prestacions i comoditats i sense oblidar-se de cap detall d'una moto potent.
-
Bibliografia
-
PEREZ BELLÓ, Miguel Angel: Tecnología de la motocicleta vista desde el automóvil, CIE DOSSAT 2000, Madrid 2000
-
DE CASTRO VICENTE, Miguel: El motor de dos tiempos i de cuatro tiempos, Editorial Ceac, Barcelona 1994
-
DE CASTRO VICENTE, Miguel; ESTÉVEZ SOMOLINOS, Segundo; DE IMPERIAL, Juan Miralles: El motor de dos tiempos, Editorial Ceac, Barcelona 1992
-
SANZ GONZALEZ, Ángel: Tecnología Automoción 4, Formación profesional segundo grado, Editorial Edebé, Barcelona 1990
-
JOSEPH, Joan; GARÓFANO, Francesc; GARRAVÉ, Jaume: Tecnología Industrial II, Editorial Mc Graw Hill, Madrid 2000
-
GOMIS I TORRES, Pròsper; CANTONS I RAFEL, Josep M.; MINGUELLA I TERRADES, Josep A.; PIÑOL I MUNTÉ, Jordi; SOLER I LUZ, Salvador: Mecànica, Editorial Casals, Barcelona 2000
-
Revista Moto Tecnica: Suzuki GS 500 E, nº 1, setembre 1994, pàgines 6-13
-
Revue Moto Technique: Honda VF 750 F, Honda VF 1000 F, nº 56, desembre 1991, pàgines 7-19
-
Manual del propietario: Yamaha YZF-R1, Yamaha Motor Co., Ltd., 1ª Edició, desembre 1999
-
Revista SOLO-MOTO, nº49, març 1987, pàgines 15 i 25
-
Internet: Pàgina web: www.keveney.com
Índex
FIGURES
GRÀFICS
TAULES
Treball de Recerca
1
Els Motors de les Motocicletes
Descargar
| Enviado por: | Jordi Peries |
| Idioma: | catalán |
| País: | España |
Todos los derechos reservados.