Come funziona un motore a 2 Tempi vs 4 Tempi: vantaggi e svantaggi

Sei mai stato curioso di conoscere le differenze tra i motori a 2 tempi e quelli a 4 tempi? In questo articolo, esploreremo le caratteristiche e il funzionamento, oltre a vantaggi e svantaggi di ciascun tipo di motore. Entrambi i motori sono ampiamente utilizzati in vari settori, come quello automobilistico, motociclistico e nautico. Comprendere le differenze tra questi due tipi di motori ci aiuterà a fare una scelta sicura quando decideremo di acquistare una moto per le nostre specifiche esigenze.

La differenza fondamentale tra motori a 2 tempi e motori a 4 tempi riguarda il numero di tempi che il pistone compie per completare un ciclo di funzionamento.

Un motore a 2 tempi esegue un ciclo completo in soli due tempi, mentre un motore a 4 tempi richiede quattro tempi. Ma cosa significa questo in termini pratici e quali sono le implicazioni per le prestazioni, l’efficienza e l’ambiente? Continuiamo a leggere per scoprire di più.

Indice


Premessa

È importante notare che c’è un’altra differenza che potrebbe essere fatta sui motori e riguarda il tipo di movimento, che può essere rotativo o lineare. Tuttavia, in questo articolo ci concentreremo esclusivamente su quest’ultimo, motori lineari, poiché sono quelli più comuni e utilizzati.

Torniamo al motori a due tempi e quattro tempi lineari.
Iniziamo con il chiarire che esistono due posizioni del pistone: il punto morto superiore (PMS) che è la parte più alta che può raggiungere il pistone, e il punto morto inferiore (PMI) che è il fondo del cilindro dove il pistone raggiunge la parte più bassa. Entrambi i tipi di motori, due tempi e quattro tempi, convertono l’energia lineare del pistone (su e giù) in energia rotativa per l’albero motore (consulta anche la sezione dei manuali d’officina per maggiori informazioni). Adesso entriamo nel vivo della questione e vediamo il funzionamento di entrambi i motori, per poi passare alle differenze e alle caratteristiche.

Funzionamento del motore a 2 tempi

Iniziamo con le motorizzazioni a due tempi.
Il motore a due tempi, è un tipo di motore a combustione interna che completa il suo ciclo di funzionamento in soli due tempi, ovvero due movimenti del pistone. Più semplicemente potremmo definire i due tempi come: uno di andata e uno di ritorno. Questo tipo di motore è caratterizzato da una struttura semplice e da una potenza specifica elevata. Inoltre, la distribuzione del carburante all’interno della camera di scoppio e l’uscita dei gas di scarico, viene gestita quasi interamente dal pistone. Adesso, vediamo nel dettaglio il funzionamento di un motore a 2 tempi, aiutandoci anche con l’immagine.

ciclo 2 tempi

Aspirazione e compressione (1° tempo):

Quando il pistone sale verso l’alto (immagine a sinistra), si muove dal punto morto inferiore (PMI) verso il punto morto superiore (PMS), viene aperta la valvola di aspirazione (freccia rossa) chiamata anche lumaca o travaso, permettendo alla miscela (carburante-olio-aria) di entrare nella camera del cilindro (sotto al pistone). In questo momento, sempre il pistone, risalendo, chiude la valvola di uscita e comprime la miscela che è al disopra dello stesso. Appena prima di raggiungere la PMS nella sua parte più alta, la candela genera una scintilla avviando il secondo tempo.

Quindi, il pistone salendo fa entrare la miscela nuova (sotto il pistone), chiude il foro di “scarico” (in altro a Dx) e comprime la miscela (sopra il pistone).

Combustione ed espulsione (2° tempo):

Completato il primo tempo, il pistone si trova nella parte più alta del cilindro.
La candela ha generato la scintilla, che accende la miscela compressa e avviene la deflagrazione (scoppio) del carburante. La combustione produce un aumento di pressione e di temperatura all’interno del cilindro, spingendo il pistone verso il basso, portandolo dal punto morto superiore (MPS) verso il punto morto inferiore (PMI). Solo durante questa fase si produce l’energia necessaria per far muovere il veicolo o motociclo.

In questa fase di discesa, il pistone si avvicina al PMI, aprendo la valvola di scarico permettendo al gas di scarico di uscire dal cilindro. Contemporaneamente, la nuova miscela di aria-carburante che era sotto al pistone, viene aspirata verso la camera di scoppio e il ciclo ricomincia dall’inizio.

Questo risucchio del nuovo carburante in contemporanea con lo scarico, prevede che una piccola percentuale del nuovo carburante viene aspirato direttamente nello scarico, quini sprecato.

Le fasi del motore a 4 tempi

Pistole e cilindro

Il motore a quattro tempi, noto anche come motore a ciclo “Otto“, è un tipo di motore a combustione interna che compie l’intero ciclo di funzionamento in quattro fasi distinte, o “tempi”. Le fasi di lavorazione sono le stesse del 2 tempi, tuttavia questi vengono spalmati nel ciclo di 4 tempi. Più precisamente, abbiamo: aspirazione, compressione, combustione e scarico, tutte fasi staccate tra loro. Inoltre, la distribuzione del combustibile e dei gas avviene tramite due valvole, dove la prima regola il carburante, la seconda i gas di scarico. In ultimo, non viene utilizzato olio nel carburante per la lubrificazione dell’impianto di alimentazione. Ecco le quattro fasi del motore:

motore 4 tempi
  • Aspirazione (1° tempo): il pistone scende, si muove dal punto morto superiore (PMS) al punto morto inferiore (PMI). Durante questa discesa, la valvola di aspirazione viene aperta e quella di uscita chiusa, così da permettere alla miscela di aria/carburante di entrare ed essere “aspirata” all’interno del cilindro;
  • Compressione (2° tempo): le valvole vengono chiuse, il pistone risale dal punto morto inferiore al punto morto superiore. In questa fase, il pistone comprime la miscela di aria/carburante al suo interno;
  • Scoppio o espansione (3° tempo): un attimo prima che il pistone raggiunge il punto più alto (PMS), la candela produce la scintilla che accende la miscela compressa. Questo scoppio, causa una rapida espansione dei gas in combustione (esplosi) e spinge il pistone verso il basso (PMI). Nei motori a 4 tempi, solo in questa fase viene fornita potenza necessaria per far muovere il veicolo o la moto;
  • Scarico o espulsione (4°tempo): il pistone raggiunto il punto più basso (PMI), inizia la risalita e in questo caso la valvola di scarico viene aperta permettendo ai Gas di uscire dal cilindro e di conseguenza, dallo scarico del veicolo. Terminato lo scarico e raggiunto il punto più alto (PMS) la valvola di scarico si richiude e ricomincia la fase di aspirazione (1° tempo).

Differenze

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La differenza fondamentale tra i motori a 2 tempi quelli a 4 tempi, come abbiamo visto in precedenza, riguarda il numero di fasi che il pistone compie per completare un ciclo di funzionamento. Un motore a 2 tempi effettua il suo ciclo completo ogni rotazione dell’albero motore, mentre il motore a 4 tempi richiede ne richiede due di rotazioni. Ma altra cosa fondamentale è il numero di cicli attivi.

Un motore a 2 tempi effettua una fase attiva ogni ciclo completo di due tempi, di opposto, il motore a 4 tempi genera una fase attiva ogni ciclo di quattro tempi. Da questo si intuisce che per ogni ciclo di funzionamento, riusciamo a generare più energia attiva in un motore a 2 tempi che non in un motore a 4 tempi. Quindi:

Motore 2 tempi: 1 fase attiva ogni 2 tempi di funzionamento e 1 giro dell’albero motore;
Motore a 4 tempi: 1 fase attiva ogni 4 tempi di funzionamento e 2 giri dell’albero motore.

Ma cosa significa questo in termini pratici e quali sono le implicazioni per le prestazioni, l’efficienza e l’ambiente? Continua a leggere per scoprire di più.

Emissioni gas nocivi.

I motori a due tempi e quattro tempi presentano differenze significative riguardo le emissioni di gas nocivi, vediamo quali:

  1. Motori a 2 tempi: questi motori tendono a produrre maggiori emissioni di gas nocivi rispetto ai motori a quattro tempi. Questo è dovuto principalmente al fatto che, nel motore a due tempi la fase di aspirazione e la fase di espulsione avvengono quasi contemporaneamente. Questo significa che parte della miscela fresca (aria-carburante/olio) non brucia, ma viene espulsa immediatamente con i gas di scarico. Se poi aggiungiamo il fatto che i motori due tempi utilizzano l’olio nella miscela, questo contribuisce ulteriormente all’inquinamento ambientale.
  2. Motori a 4 tempi: producono meno emissioni nocive rispetto ai motori a due tempi, poiché hanno fasi di aspirazione, compressione, espansione e scarico separate e distinte. Pertanto, la combustione della miscela aria-carburante avviene senza spreco di combustibile. Inoltre, nel carburante non viene utilizzato olio lubrificante, il che contribuisce a ridurre ulteriormente le emissioni inquinanti.

Potenza

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La differenza tra i motori a due tempi e quattro tempi riguardo la potenza, velocità e accelerazione è principalmente legata alla struttura e al funzionamento dei due tipi di motori:

  • Motori a 2 tempi: generalmente, i motori a due tempi hanno un rapporto potenza-peso più elevato rispetto ai motori a quattro tempi. Questo perché produce potenza in ogni rotazione dell’albero motore. A parità di cilindrata e dimensioni, i motori a due tempi possono generare più potenza rispetto ai motori a quattro tempi.
  • Motori a 4 tempi: pur avendo una struttura più complessa e pesante, generano potenza solo ogni due rotazioni dell’albero motore. Pertanto, a parità di cilindrata e dimensioni, i motori a quattro tempi tendono a produrre meno potenza rispetto ai motori a due tempi. Tuttavia, i motori a quattro tempi offrono una erogazione di potenza più lineare e prevedibile, il che può essere vantaggioso in termini di controllo e guidabilità del veicolo.

Velocità

A parità di peso, potenza e tipologia di veicolo, la velocità massima raggiunta dai motori a due tempi e quatto tempi dovrebbe essere simile. Questo perché entrambi i motori generano la stessa potenza massima.

Tuttavia, è importante considerare che la caratteristica di erogazione della potenza, la curva di coppia e il regime di funzionamento dei due motori sono diversi, il che potrebbe influire sulle prestazioni complessive del veicolo.

Accelerazione

  • Motori a 2 tempi: avendo un rapporto potenza-peso elevato, possono offrire un’accelerazione più rapida, soprattutto nelle moto e auto leggere. Tuttavia, la curva di coppia dei motori a due tempi è meno lineare rispetto a quella dei motori a quattro tempi, il che può rendere l’accelerazione meno prevedibile e più aggressiva.
  • Motori a 4 tempi: Anche se i motori a quattro tempi hanno generalmente un rapporto potenza-peso inferiore rispetto ai motori a due tempi, l’accelerazione di un veicolo equipaggiato con un motore a quattro tempi è lineare e la curva di coppia è molto stabile.

Vantaggi e svantaggi

Vantaggi dei motori a 2 tempi

  1. Facilità di produzione e minor peso: i motori a due tempi hanno meno parti in movimento, il che li rende più semplici da costruire e più leggeri.
  2. Maggiore potenza: poiché hanno una fase attiva ad ogni rotazione dell’albero motore, generano maggiore potenza specifica, a parità di dimensioni e peso.

Svantaggi dei motori a due tempi:

  1. Consumi: a causa del loro funzionamento e della quantità di carburante “sprecato” ad ogni ciclo, vie è una maggiore consumo di carburante
  2. Emissioni inquinanti: i motori a due tempi emettono una maggiore quantità di gas di scarico, bruciano olio e sprecano una piccola parte del carburante incombusto, il che li rende meno ecologici.
  3. Durata del motore: a causa del loro funzionamento “stressato” e dell’assenza di un’impianto di lubrificazione (chiuso) del motore, i due tempi hanno una durata inferiore rispetto ai motori a quattro tempi.
  4. Rumorosità: i motori a due tempi generalmente sono più rumorosi.

Vantaggi dei motori a 4 tempi:

  1. Efficienza della combustione: consumano meno carburante rispetto ai motori a due tempi, questo è dovuto al ciclo a fasi distinte, che rende la combustione più controllata ed efficiente.
  2. Emissioni ridotte: per le stesse motivazioni di cui sopra, i motori a quattro tempi emettono meno gas nocivi rispetto ai 2 tempi.
  3. Durata: grazie a una lubrificazione e a un funzionamento più efficiente, i motori a quattro tempi hanno una durata maggiore rispetto ai motori a due tempi.
  4. Silenziosità: i motori a quattro tempi tendono ad essere meno rumorosi rispetto ai due tempi.

Svantaggi dei motori a due tempi:

  1. Complessità: sono più complessi da produrre, con più parti in movimento e una manutenzione più impegnativa.
  2. Maggiore peso: a causa della loro complessità e quantità ingranaggi, i motori a quattro tempi sono più pesanti.
  3. Minore potenza: generano una fase attiva ogni 2 rotazioni dell’albero motore, per questo produce meno potenza specifica.
  4. Costo di produzione: avendo più particolari, ingranaggi e essendo più complessi, il costo per produrli è maggiore.

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Conclusioni e dati

Caratteristica2 Tempi4 Tempi
Fasi attive per ciclo1 su 21 su 4
Accelerazione●●●
Consumi●●●●
Emissioni gas nocivi●●●●●
Efficienza combustione●●●●
Potenza specifica●●●●●●
Gestione accelerazione●●●
Gestione Potenza●●
Affidabilità●●
Rendimento●●●●
Durata ●●●●
Dimensioni e peso●●●
Costi produzione●●●●
Manutenzione●●●●
Costi manutenzione●●
Miscela SiNo
Brucia olioSiNo
Distribuzione carburantepistone2 valvole
Potenza del frenomotore●●●
Inquinamento ●●●●●