Patrząc na historię silników dwusuwowych, wydaje nam się niewiarygodne, że jednostki napędowe tego typu trafiały do samochodów, a przecież w pewnym momencie konkurowały one nawet z silnikami czterosuwowymi o palmę pierwszeństwa na rynku motoryzacyjnym. Ciekawym pytaniem jest to, czy w przypadku wygranej silników dwusuwowych pojawiłyby się dzisiejsze restrykcyjne normy emisyjne, które dla tych jednostek byłyby niemożliwe do spełnienia. W dzisiejszym artykule omówimy, jak działa silnik dwusuwowy, wyjaśnimy, dlaczego został wyparty przez czterosuw i czy ma kiedykolwiek szansę na powrót.

Historia silników dwusuwowych

Pierwszy prawdziwy silnik dwusuwowy został stworzony przez szkockiego inżyniera i wynalazcę Sir Dugalda Clerka w 1878 r. i opatentowany w 1881 r. Pierwowzór znacząco odbiegał od dzisiejszych jednostek tego typu, ponieważ posiadał oddzielny cylinder kompresyjny. W niecałą dekadę później angielski inżynier Joseph Day opracował pierwszy dwusuwowy blok silnikowy ze wstępną kompresją w skrzyni korbowej. Interesujące jest to, że pracownik tego inżyniera, Frederic William Caswell Cock, opracował w 1894 r. mechanizm sterowania zasysem i wydechem mieszanki paliwowej przez tłok silnikowy, co zbliżyło jego wynalazek do maszyny znanej nam dzisiaj. Seryjna produkcja rozpoczęła się na początku XX w. Silnik dwusuwowy z miejsca zyskał ogromną popularność wśród motocyklistów, choć producenci samochodów byli nastawieni mniej entuzjastycznie. Po tym, jak dwusuwy podbiły Wielką Brytanię, Niemcy i Austrię, zaczęły one być wykorzystywane w wyrobach firm Zündapp, DKW i Puch.

Do lat trzydziestych XX w. silniki dwusuwowe działały z wysokimi stratami, niezależnie od konstrukcji, choć w innych aspektach zapewniały znakomite osiągi. Problem ten rozwiązał wynalazek Adolfa Schürle, tzw. współprądowy układ oczyszczania, który opracowany został głównie dla dwusuwowych silników wysokoprężnych. Wyłączne prawa patentowe nabyła firma DKW, dzięki czemu zyskała monopol na tę technologię aż do wygaśnięcia praw patentowych.

Kolejny wielki przełom nastąpił w latach pięćdziesiątych XX w., kiedy odkryto, jak wykorzystać oscylacje i fale ciśnienia gazów do bardziej wydajnej kompresji. Zasada działania komory rozprężnej w układzie wydechowym, nazywanej również komorą rezonatora, była znana już w latach trzydziestych, a pod koniec lat pięćdziesiątych to innowacyjne rozwiązanie osiągnęło dobre rezultaty w silnikach wyścigowych MZ (dawniej IFA) opracowanych przez wschodnioniemieckiego inżyniera Waltera Kaadena. Jednak zanim MZ zdążyło naprawdę wystartować, dysydent Ernst Degner przemycił na Zachód motocykl wyścigowy, który znalazł się w posiadaniu firmy Suzuki. To naturalnie przyśpieszyło rozprzestrzenianie się wynalazku, ale okazało się śmiertelnym ciosem dla MZ.

W jaki sposób działają silniki dwusuwowe?

Jeśli cykl pracy składa się z dwóch pełnych suwów tłoka, które przypadają na jeden obrót wału korbowego, wówczas mówimy o silniku dwusuwowym, zaś w przypadku cyklu pracy składającego się z czterech suwów mamy do czynienia z silnikiem czterosuwowym.
Oczywiście nie oznacza to, że w cyklu pracy silnika dwusuwowego czegoś brakuje. Dzięki dodatkowemu wykorzystaniu elementów takich jak skrzynia korbowa i sprężarka silnik dwusuwowy osiąga w dwóch krokach to, co silnik czterosuwowy w czterech.

W silnikach dwusuwowych sprężanie i rozprężanie to dwa główne suwy, poza tym wykonywane są jeszcze dwie inne czynności, mianowicie ssanie i wydech. Dwusuwowy silnik Otta nie posiada zaworów, w przeciwieństwie do jego wersji czterosuwowej. Mieszanka wpływa i wypływa przez szczeliny lub kanały na ściankach cylindrów. Szczeliny te są otwierane i zamykane przez ruch tłoka – zazwyczaj otwory wydechowe i czyszczące górną krawędzią, a otwory ssące dolną krawędzią. W pracy bierze również udział skrzynia korbowa, do której silnik zasysa świeżą mieszankę. Tam następuje jej kompresja, a następnie przepływ do komory cylindra przez kanał lub szczelinę. Niewątpliwą zaletą konstrukcji jest jej prostota, niewielki rozmiar i waga, łatwa obsługa oraz długa żywotność. Przy tej samej objętości skokowej i prędkości obrotowej jest ona w stanie uzyskać 60-80% więcej mocy niż wersja czterosuwowa.

Zaletom tym towarzyszy jednak wysokie zużycie paliwa, niska sprawność i znaczna emisja spalin, której ograniczenie w przypadku silnika dwusuwowego jest niemożliwe, przez co nie ma on obecnie praktycznych szans na zastosowanie w samochodach osobowych. W przeszłości znane marki samochodowe eksperymentowały z tym źródłem zasilania (Subaru, Saab, Suzuki, Auto Union itp.), ale obecnie wszystkie firmy zaprzestały ich produkcji.

Dwusuwowy diesel

Należy dodać, że istnieje nie tylko silnik z cyklem Otta, ale także wersja dwusuwowego silnika wysokoprężnego. Silnik ten również wykonuje pełny cykl pracy podczas jednego obrotu wału korbowego. W tym przypadku wymiana ładunku odbywa się w sposób mieszany: świeże powietrze trafia do komory cylindra przez szczeliny zasłaniane i odsłaniane przez tłok, a spaliny opuszczają ją przez zawór lub zawory umieszczone w głowicy cylindra. Istotna różnica polega na tym, że w przypadku silnika wysokoprężnego powietrze nie jest wprowadzane do komory cylindra przez skrzynię korbową, ale przez mechaniczną sprężarkę doładowującą (dmuchawę Rootsa) napędzaną przez wał korbowy lub zewnętrzny mechanizm.

Może się to wydawać zaskakujące, ale dwusuwowy silnik wysokoprężny ma najwyższą moc właściwą spośród wszystkich silników cztero- i dwusuwowych, a jego zużycie paliwa jest imponująco małe. Jednocześnie silnik taki ma stosunkowo skomplikowaną konstrukcję ze względu na dodatkowe wyposażenie, choć jednostki dwusuwowe są zasadniczo prostsze niż czterosuwowe. Do tego dochodzi jeszcze masa dodatkowej sprężarki, która zabiera jeszcze dość dużo mocy silnikowi przy średnim obciążeniu, przez co jest to rozwiązanie mniej ekonomiczne.