Motor de dois tempos

Com o intuito de encurtar a parte não motora de um motor de 4 tempos eliminam-se os cursos de escape e de admissão, estas operações realizam-se quando o pistão se encontra nas proximidades do PMI. Assim temos um ciclo com quatro fases (admissão, compressão, expansão e escape) somente em dois tempos isto é em dois cursos do pistão A estrutura de um motor de 2 tempos é ligeiramente diferente da de um motor de 4 tempos pois este tipo de motor dispensa a distribuição, o que torna o motor muito mais simples, Martins (2005).

Um motor a dois tempos executa as quatro etapas do ciclo a cada volta (360°) da sua cambota. Para isso ser possível, é necessário efetuar uma compressão prévia da mistura a admitir no interior do cilindro. No exemplo da figura 19, a compressão prévia é feita no cárter por ação da parte inferior do pistão.

Figura 19 Etapas do funcionamento do motor de dois tempos. Adaptado de Giacosa (1986)

Neste motor é o pistão que abre e fecha as janelas de escape e de transferência. O primeiro tempo, isto é a 1ª meia volta (0°-180°) correspondente ao curso de trabalho, inicia-se com a inflamação da mistura, combustão, prossegue com a expansão até que o pistão abre a janela de escape (A) por onde começam a sair os gases de escape devido à sua elevada pressão e termina com a abertura da janela de transferência (C) o que permite a entrada da mistura

1º Tempo

Combustão, Expansão e Escape

2º Tempo

previamente comprimida no cilindro. O segundo tempo correspondente à etapa de retorno do pistão desde o PMI até ao PMS onde se dá numa primeira fase a lavagem do interior do cilindro, a admissão e na segunda fase a compressão. A fase da lavagem ocorre quando o pistão descobre a janela de transferência (C), enquanto a janela de escape também ainda está aberta, o que permite à mistura fresca forçar a saída dos gases de escape que ainda permanecem no cilindro. No final do primeiro curso e no início do segundo, ambas as janelas estão a descoberto e por isso pode-se considerar que a admissão da mistura fresca e o escape dos gases ocorrem simultaneamente. A fase de admissão de mistura fresca para o cárter inicia-se quando o pistão permite a abertura da janela de admissão (B)

Os motores de 2 tempos têm geralmente, uma estrutura muito similar, um mecanismo simples e poucas peças móveis, variando apenas no método da admissão e compressão prévia da mistura ar/combustível e do método de lavagem do cilindro. Têm também a particularidade do pistão funcionar como uma válvula, permitindo assim abrir e fechar todas as janelas do motor. Etapas do ciclo de 2 tempos

Expansão-Escape: Enquanto o pistão se aproxima do PMS, a mistura é comprimida até ao seu máximo. Um pouco antes de chegar ao PMS, inflama-se a mistura através da ignição por faísca e inicia-se a combustão. A expansão dos gases de combustão e a libertação de energia associada elevam a temperatura provocam o aumento da pressão na câmara de combustão, fazendo com que o pistão produza trabalho e, através da biela, movimente a cambota. Ao deslocar-se para baixo, o pistão desobstruirá a janela de escape. Esta abertura permite que os gases queimados sejam expulsos, por se encontram a pressões elevadas, enquanto a conduta da janela de escape está aproximadamente à pressão atmosférica existindo assim uma grande diferença de pressão. Na continuação do seu movimento descendente e próximo do PMI, o pistão descobre também a conduta da janela de transferência. Nesta altura, o cilindro possui uma pressão menor do que a existente no cárter, devido ao movimento descendente do pistão originar uma pressão na mistura presente no cárter. Deste modo, a mistura passa do cárter para a câmara de combustão o que também ajudará na evacuação dos gases queimados. Quando o pistão atinge o PMI começa a ascender de novo, a janela de transferência é obstruída, a janela de admissão volta a estar aberta e inicia-se o segundo tempo.

A admissão-compressão: corresponde ao curso de retomo do pistão ao PMS: Quando o pistão atinge o PMI, este começa a deslocar-se para o PMS. No início desta deslocação, a janela de transferência está desobstruída, fazendo com que a mistura de ar e combustível entre no cilindro. Com a obstrução da janela de transferência, a mistura de ar e combustível deixa de entrar e durante o restante percurso é comprimida pelo pistão. Enquanto o pistão se desloca do PMI para o PMS origina-se uma depressão no cárter devido à da subida da parte inferior do pistão, o que permite a entrada da mistura de ar atmosférico e combustível para dentro do cárter, que é comprimida durante a maior parte do curso seguinte. No final da compressão salta a faísca na vela de ignição, inflamando-se a mistura e inicia-se um novo ciclo

Vantagens dos motores de dois tempos:

- em cada volta completa da cambota realiza-se um ciclo podendo assim desenvolver mais potência para uma mesma cilindrada (em comparação com o motor de quatro tempos) e a sua marcha é mais regular;

- ao funcionar como se fosse uma válvula, enquanto abre e fecha janelas, o pistão torna o sistema de alimentação mais simples e barato;

- a manutenção é mais simples, pois possui poucas peças;

- possibilidade de operar em qualquer orientação visto que o cárter não armazena o lubrificante;

- são favoráveis à utilização do ciclo Diesel pois com este tipo de combustível, os motores a dois tempos comprimem somente ar na fase de compressão. Desta forma, o gasóleo é injetado diretamente no ar comprimido realizando-se assim uma queima completa do combustível;

- baixo peso, baixo custo, alta potência por unidade de cilindrada em comparação com os motores de quatro tempos e respostas rápidas de aceleração.

Desvantagens:

- após a fase de escape, uma parte dos gases queimados continua dentro do cilindro contaminando a nova mistura;

- devido à fase de admissão da mistura no cilindro ser simultânea à expulsão dos gases de escape no interior do cilindro, o processo de lavagem destes motores é complexo e parte da mistura fresca admitida pode perder-se de imediato através da janela de escape, desperdiçando combustível e contribuindo para as emissões poluentes;

- uma vez que o óleo é o lubrificante do motor, é necessário que se misture com o combustível. Sendo assim, o óleo será inserido na câmara de combustão e consequentemente estará presente na queima juntamente com o combustível. A queima torna-se assim ineficiente (dificuldade do ar em reagir com o combustível) e desperdiça- se o combustível contido na mistura, pois mesmo não estando queimado é expulso pela janela de escape juntamente com o óleo. Os gases não queimados e o óleo são emitidos para o ambiente na forma de hidróxidos de carbono, fuligem e hidrocarbonetos elevando a poluição atmosférica e levando a um menor rendimento. Assim depositam-se mais resíduos na câmara de combustão, e dá-se uma maior emissão de poluentes gasosos; - pouca durabilidade devida à ineficiência do seu sistema de lubrificação para as peças

- a fase de admissão-compressão não é realizada de forma efetiva pois, enquanto o pistão executa o seu movimento ascendente, as janelas de escape e de transferência estão abertas, ocorrendo assim perdas de pressão e consequentemente perdas de potência. Só quando estas janelas se encontrarem fechadas é que a compressão é efetiva. O mesmo sucede com a expansão que não é completamente aproveitada;

- os motores a funcionar segundo este ciclo produzem muito ruído.

Comparação entre os dois modos de funcionamento

Observando o que foi dito anteriormente sobre estes dois modos de funcionamento, verifica-se que um motor a dois tempos, com a mesma cilindrada de um de quatro tempos, tem uma estrutura de funcionamento mais simples, isto é, pode ter apenas três peças móveis (pistão, biela e a cambota) e não tem válvulas. Assim, as perdas por atrito são reduzidas, as peças são mais leves e consegue-se gerar uma maior potência. Mas este facto é obtido à custa de grandes emissões de poluentes, o que na conjuntura atual das leis de emissão de poluentes, se torna um grande problema para este tipo de motores, fazendo com que percam algum mercado. O que realmente importa hoje em dia num motor é:

- a sua eficiência em termos de aproveitamento da energia do combustível (menores perdas nos seus ciclos termodinâmicos);

- o facto de ser económico (existe o risco de o combustível se tornar gradualmente mais caro tornando-se assim muito dispendioso);

- a necessidade de ter baixas emissões de poluentes.

Estes aspetos encontram-se num motor a quatro tempos. Para além disso, na indústria aeronáutica, um motor a dois tempos é menos flexível porque a sua eficiência diminui mais acentuadamente quando se variam as condições de rotação, altitude, temperatura, etc. Em face destes argumentos utilizar-se-á o motor em estudo segundo o ciclo de quatro tempos. Assim, estes motores poderão ser utilizados respeitando mais facilmente a legislação relativa às emissões de gases poluentes em vigor e poderão ser também económicos, fiáveis e potentes.