Fani motoryzacji doskonale wiedzą, że silniki dwusuwowe dosyć znacząco różnią się od silników czterosuwowych. Niemniej jednak wersje dwusuwowe znalazły bardzo szerokie zastosowanie m.in. w przemyśle budowlanym (zasilają m.in. pilarki łańcuchowe i ciężkie maszyny budowlane). Ponadto stanowią również źródło napędu wielu motocykli. Poznaj budowę silnika dwusuwowego, jego zalety i wady, a także schemat działania.
Czym jest silnik dwusuwowy?
Silnik dwusuwowy (ang. two-stroke engine) to rodzaj silnika spalinowego, w którym pełny cykl pracy zamyka się w dwóch suwach: pracy i sprężania. Tym samym cykl pracy zamyka się w pojedynczym obrocie wału korbowego. Teoretycznie zatem moc jednostkowa silników dwusuwowych powinna być znacząco wyższa w porównaniu do wersji czterosuwowych (gdzie jeden cykl pracy przypada na dwa obroty wału). Niestety w praktyce nie obserwuje się znaczących różnic, co spowodowane jest gorszą wymianą ładunku w silniku dwusuwowym.
Obecnie silniki dwusuwowe są sukcesywnie wypierane przez bardziej ekologiczne i oszczędne silniki czterosuwowe. Niemniej jednak z uwagi na niewielką masę i prostą konstrukcję, dalej wykorzystywane są jako źródło napędu wielu lekkich motocykli i skuterów. Znajdują się również na wyposażeniu różnego rodzaju sprzętu budowlanego, takiego jak zagęszczarki czy pilarki łańcuchowe. Co ciekawe, największy silnik na świecie jest również silnikiem dwusuwowym.
Historia silnika dwusuwowego
Patent na pierwszy komercyjny silnik dwusuwowy pojawił się już w 1881 roku. Złożył go szkocki inżynier Dugald Clerk. Jednak w przeciwieństwie do później wynalezionych silników tego typu, jego posiadał osobny cylinder ładunkowy. Konstrukcja oparta o wał korbowy, który pełnił jednocześnie funkcję pompy załadunkowej, została wynaleziona przez brytyjskiego wynalazcę Joseph’a Day’a. 31 grudnia 1879 roku niemiecki wynalazca Karl Benz wyprodukował pierwszy silnik dwusuwowy, który zdołał opatentować rok później na terenie Niemiec. Z kolei pierwszy i w pełni funkcjonalny silnik dwusuwowy stworzył Alfred Angas Scott, który zajął się produkcją chłodzonych cieczą, dwucylindrowych motocykli w 1908 roku.
Schemat działania silnika dwusuwowego
Zasada działania silnika dwusuwowego nieco różni się od pracy silnika czterosuwowego. Przede wszystkim w silniku dwusuwowym nie doszukamy się zaworów. To poruszający się wewnątrz cylindra tłok pełni funkcję zaworu dolotowego i wydechowego. Wraz ze zmianą położenia, odsłania on okna, który do komory spalania przedostaje się mieszanka paliwowo-powietrzna oraz odprowadzane są spaliny. W przeciwieństwie do wersji 4-suwowych, w silniku dwusuwowym na jeden cykl pracy tłoka, przypada jeden obrót wału korbowego.
Podczas pierwszego suwu do komory spalania przedostaje się ładunek paliwa wraz z powietrzem, który jednocześnie jest sprężany. Drugi suw to zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej, czyli tzw. „praca” oraz jednoczesne oczyszczenie komory z powstałych spalin. To powoduje, że zarówno dopływ świeżego paliwa, jak i wylot spalin odbywają się prawie w tym samym czasie. Poniżej postaramy się nieco dokładniej omówić obieg pracy w silniku dwusuwowym.
Suw sprężania
Pierwsza faza suwu sprężania to tzw. płukanie przestrzeni roboczej cylindra. Spaliny wydostają się z komory spalania poprzez kanał wylotowy. Co ciekawe wypierane są one świeżo tłoczoną mieszanką paliwowo-powietrzną.
Suw pracy
Faza, w której następuje zapłon ładunku, tuż przed osiągnięciem górnego martwego położenia tłoka. Na skutek eksplozji tłok przesuwa się w kierunku przeciwnym, czyli do dolnego skrajnego położenia. Od tego momentu ponownie rozpoczyna się cykl płukania.
Zobacz również: Mazut – definicja, pozyskiwanie, właściwości i zastosowanie
Zalety i wady silników dwusuwowych
Niestety zarówno konstrukcja, jak i schemat działania silnika dwusuwowego sprawiają, że ma on swoje dobre i złe strony. Trzeba jednak przyznać, że ten rodzaj silnika cechuje się niską wagą i banalnie prostą budową, co przekłada się na tanie koszty eksploatacji oraz serwisowania.
Do niewątpliwych zalet zaliczyć trzeba:
- duży moment obrotowy;
- dużą moc jednostkową;
- rezonans;
- łatwy rozruch;
- szybkie rozgrzewanie;
- łatwe serwisowanie;
- niewielkie koszty obsługi;
- praca w każdym położeniu z uwagi na zewnętrzne smarowanie;
- prostą budowę (mniej części ruchomych niż silniki czterosuwowe);
Dwusuwy mają również swoje wady. Oto najważniejsze z nich:
- zwiększona emisja spalin;
- konieczność stosowania mieszanki olejowo-paliwowej;
- nieregularna praca na biegu jałowym;
- duże obciążenie cieplne;
- głośna praca;
- zwiększone spalanie.
Budowa silnika dwusuwowego
Pierwszą i rzucającą się w oczy cechą konstrukcyjną silników dwusuwowych jest brak oddzielnego układu rozrządu. Funkcję pompy ładującej spełnia skrzynia korbowa, podczas gdy posuwisto-zwrotny ruch tłoka na przemian odsłania i zasłania kanały dolotowe i wylotowe w cylindrze. Dzięki przepływie ładunku przez skrzynię korbową, możliwe jest smarowanie silnika wtryskiem oleju do układu dolotowego lub dodanie go bezpośrednio do mieszanki paliwowej. W konsekwencji nie trzeba stosować zewnętrznych układów smarowania.
Stare wersje silników dwusuwowych wykorzystywane głównie w lekkich motocyklach, skuterach czy samochodach, nie zachwycały parametrami pracy. Spalały duże ilości oleju, odczuwalne były straty energii związane z przepompowywaniem ładunku przez skrzynię korbową i posiadały symetryczny rozrząd. Nowoczesne silniki dwusuwowe korzystają już z zaawansowanych mechanicznych pomp ładujących (głównie system Roots, czyli sprężarka z wirującymi tłokami). Ponadto posiadają rozrząd zaworowy (wykorzystujący przepłukiwanie wzdłużne) oraz ciśnieniowe systemy smarowania.
Zobacz również: Silnik Wankla – zasada działania, budowa, spalanie, wady i zalety
Zastosowanie silników dwusuwowych
Benzynowe – lekkie motocykle, motorowery, kosiarki do trawy. Montowane były w wielu pojazdach, takich jak Saab (pierwsze modele samochodów), Suzuki (lata 70. XX w.), Syrena, Trabant, Wartburg.
Średnioprężne – ciągniki rolnicze (np. Lanz Bulldog, Ursus C-45).
Wysokoprężne – lokomotywy, statki, samochody techniczne.