Embora os princípios permaneçam os mesmos, os detalhes mecânicos dos vários motores a dois tempos diferem consoante o tipo. Os tipos de concepção variam de acordo com o método de introdução da carga no cilindro, com o método de extracção do cilindro (troca de escape queimado por mistura fresca) e com o método de extracção do cilindro.
Porta de entrada controlada por pistãoEdit
Porta de pistão é a mais simples das concepções e a mais comum em motores pequenos de dois tempos. Todas as funções são controladas unicamente pela cobertura do pistão e pela descoberta das portas à medida que este se desloca para cima e para baixo no cilindro. Na década de 1970, a Yamaha elaborou alguns princípios básicos para este sistema. Descobriram que, em geral, o alargamento de uma porta de escape aumenta a potência na mesma quantidade que o aumento da porta, mas a banda de potência não se estreita como quando a porta é elevada. No entanto, existe um limite mecânico à largura de uma única porta de escape, com cerca de 62% do diâmetro do orifício para uma vida útil razoável do anel. Para além disto, os anéis entram na porta de exaustão e desgastam-se rapidamente. Um máximo de 70% da largura do orifício é possível em motores de corrida, onde os anéis são trocados a cada poucas corridas. A duração da admissão é entre 120 e 160°. O tempo da porta de transferência é fixado a um mínimo de 26°. O pulso forte e de baixa pressão de uma câmara de expansão de dois tempos de corrida pode baixar a pressão para -7 psi quando o pistão está no centro morto inferior, e as portas de transferência quase totalmente abertas. Uma das razões do elevado consumo de combustível em dois tempos é que parte da mistura combustível-ar pressurizada de entrada é forçada através da parte superior do pistão, onde tem uma acção de arrefecimento, e directamente para fora do tubo de escape. Uma câmara de expansão com um forte impulso inverso pára este fluxo de saída. Uma diferença fundamental dos motores típicos de quatro tempos é que o cárter de dois tempos é selado e faz parte do processo de indução em motores a gasolina e a combustível quente. Os motores diesel a dois tempos acrescentam frequentemente um ventilador Roots ou uma bomba de pistão para a extracção.
Válvula de admissão ReedEdit
A válvula de palheta é uma forma simples mas altamente eficaz de válvula de retenção normalmente instalada na via de admissão da porta controlada por pistão. Permite a entrada assimétrica da carga de combustível, melhorando a potência e a economia, ao mesmo tempo que alarga a banda de potência. Tais válvulas são amplamente utilizadas em motores de motocicletas, ATV, e fora de borda marítima.
Válvula de entrada rotativaEdit
A via de admissão é aberta e fechada por um membro rotativo. Um tipo familiar por vezes visto em pequenas motocicletas é um disco ranhurado ligado à cambota, que cobre e descobre uma abertura no final do cárter, permitindo a entrada de carga durante uma parte do ciclo (chamada válvula de disco).
Outra forma de válvula de entrada rotativa utilizada em motores de dois tempos emprega dois membros cilíndricos com cortes adequados dispostos para rodar um dentro do outro – o tubo de entrada tendo passagem para o cárter apenas quando os dois cortes coincidem. A própria cambota pode formar um dos membros, como na maioria dos motores de modelo com vela de incandescência. Numa outra versão, o disco da manivela é disposto de forma a ser um ajuste de passagem no cárter, e é fornecido com um recorte que se alinha com uma passagem de entrada na parede do cárter no momento apropriado, como nas scooters de motor Vespa.
A vantagem de uma válvula rotativa é que permite que o tempo de admissão do motor de dois tempos seja assimétrico, o que não é possível com motores do tipo pistão-porto. A regulação de admissão do motor do tipo pistão-porto abre e fecha antes e depois do centro morto superior no mesmo ângulo da manivela, tornando-a simétrica, enquanto que a válvula rotativa permite que a abertura comece e feche mais cedo.
Os motores com válvula rotativa podem ser adaptados para fornecer potência numa gama de velocidade mais ampla ou potência mais elevada numa gama de velocidade mais estreita do que um motor com pistão-porto ou com válvula de palheta. Quando uma porção da válvula rotativa é uma porção do próprio cárter, de particular importância, não deve ser permitido qualquer desgaste.
Cross-flow scavengingEdit
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Num motor de cross-flow, os orifícios de transferência e escape encontram-se em lados opostos do cilindro, e um deflector no topo do pistão direcciona a carga fresca de admissão para a parte superior do cilindro, empurrando os gases de escape residuais para baixo do outro lado do deflector e para fora do orifício de escape. O deflector aumenta o peso do pistão e a área de superfície exposta, e o facto de tornar mais difícil o arrefecimento do pistão e a obtenção de uma forma eficaz da câmara de combustão é a razão pela qual este desenho foi largamente ultrapassado pela remoção uniforme de gases após os anos 60, especialmente para motociclos, mas para motores mais pequenos ou mais lentos que utilizam injecção directa, o pistão deflector ainda pode ser uma abordagem aceitável.
Loop scavengingEdit
- Top dead center (TDC)
- Bottom dead center (BDC)
Este método de aspiração utiliza portas de transferência cuidadosamente moldadas e posicionadas para direccionar o fluxo de mistura fresca para a câmara de combustão quando esta entra no cilindro. A mistura combustível/ar atinge a cabeça do cilindro, depois segue a curvatura da câmara de combustão, e depois é desviada para baixo.
Isto não só impede que a mistura combustível/ar viaje directamente para fora da porta de escape, mas também cria uma turbulência giratória que melhora a eficiência de combustão, potência e economia. Normalmente, não é necessário um deflector de pistão, pelo que esta abordagem tem uma vantagem distinta sobre o esquema de fluxo cruzado (acima).
Aften referred to as “Schnuerle” (ou “Schnürle”) scavenging loop após Adolf Schnürle, o inventor alemão de uma forma inicial em meados da década de 1920, tornou-se amplamente adoptado naquele país durante a década de 1930 e espalhou-se ainda mais após a Segunda Guerra Mundial.
Loop scavenging é o tipo mais comum de transferência de mistura combustível/ar utilizada em motores modernos de dois tempos. A Suzuki foi um dos primeiros construtores fora da Europa a adoptar motores de dois tempos a dois tempos com laço. Esta característica operacional foi utilizada em conjunto com o escape da câmara de expansão desenvolvido pelo fabricante alemão de motociclos, MZ, e Walter Kaaden.
Loop scavenging, válvulas de disco, e câmaras de expansão trabalharam de forma altamente coordenada para aumentar significativamente a potência dos motores de dois tempos, particularmente dos fabricantes japoneses Suzuki, Yamaha, e Kawasaki. A Suzuki e a Yamaha tiveram sucesso nas corridas de motociclos em Grand Prix nos anos 60 devido, em grande parte, ao aumento de potência proporcionado pelo loop scavenging.
Um benefício adicional do loop scavenging foi o pistão poder ser feito quase plano ou ligeiramente abobadado, o que permitiu ao pistão ser sensivelmente mais leve e mais forte, e consequentemente tolerar velocidades mais elevadas do motor. O pistão “flat top” tem também melhores propriedades térmicas e é menos propenso a aquecimento desigual, expansão, gripagens do pistão, alterações dimensionais, e perdas de compressão.
SAAB construiu motores de três cilindros de 750- e 850-cc com base num desenho DKW que se revelou razoavelmente bem sucedido empregando carregamento em laço. O SAAB 92 original tinha um motor de dois cilindros de eficiência comparativamente baixa. À velocidade de cruzeiro, onda reflectida, o bloqueio da porta de escape ocorreu a uma frequência demasiado baixa. A utilização do colector de escape assimétrico de três portas utilizado no motor DKW idêntico melhorou a economia de combustível.
O motor padrão de 750cc produziu 36 a 42 cv, dependendo do ano do modelo. A variante de Rally Monte Carlo, 750-cc (com uma cambota cheia para maior compressão da base), gerou 65 cv. Uma versão de 850 cc estava disponível no SAAB Sport 1966 (um modelo de caimento padrão em comparação com o caimento de luxo do Monte Carlo). A compressão da base compreende uma parte da taxa de compressão global de um motor de dois tempos.
Uniflow scavengingEdit
- Top dead center (TDC)
- Bottom dead center (BDC)
Num motor uniflow, a mistura, ou “carregar ar” no caso de um diesel, entra numa extremidade do cilindro controlado pelo pistão e o escape sai na outra extremidade controlado por uma válvula de escape ou pistão. O fluxo de gás de exaustão é, portanto, apenas num sentido, daí o nome uniflow. O arranjo valvulado é comum em motores a dois tempos, rodoviários, fora de estrada e estacionários (Detroit Diesel), certos pequenos motores marítimos de dois tempos (Gray Marine), certas locomotivas diesel de dois tempos (Electro-Motive Diesel) e grandes motores de propulsão principal marítimos de dois tempos (Wärtsilä). Os tipos portados são representados pelo desenho oposto do pistão em que dois pistões estão em cada cilindro, trabalhando em direcções opostas, tais como o Junkers Jumo 205 e o Napier Deltic. O design outrora popular de pistão único divide-se nesta classe, sendo efectivamente um unidireccional dobrado. Com a temporização de escape de ângulo avançado, os motores uniflow podem ser sobrealimentados com um ventilador (pistão ou Roots) accionado por cambota.
Motor de pistão escalonadoEdit
p> O pistão deste motor tem a forma de “top-hat”; a secção superior forma o cilindro normal, e a secção inferior executa uma função de limpeza. As unidades funcionam em pares, com a metade inferior de um pistão a carregar uma câmara de combustão adjacente.
Este sistema ainda depende parcialmente da lubrificação de perda total (para a parte superior do pistão), sendo as outras partes lubrificadas pelo cárter com benefícios de limpeza e fiabilidade. O peso do pistão é apenas cerca de 20% mais pesado do que um pistão com laço, porque a espessura da saia pode ser menor.