Historia silnika dwusuwowego
poniedziałek, 05 października 2009 00:00 | 
Wpisany przez Adams | 
Na podstawie książki Tadeusza Rychtera "ABC Silnika Dwusuwowego"
Początki dwusuwu
W historycznych wzmiankach o początkach silników spalinowych podanych jest zwykle wiele interesujących szczegółów przeważnie na temat czterosuwowego obiegu pracy, z pominięciem silników dwusuwowych. A przecież droga od silników parowych do silników pracujących na zasadzie wewnętrznego spalania prowadziła właśnie poprzez silnik dwusuwowy.
Para w silniku parowym cisnąca na tłok o dużej średnicy, wpuszczana do cylindra przez urządzenie rozrządcze, wykonuje pracę. Ogromny kocioł, ciągle ogrzewany paliwem stałym do wysokiej temperatury, dostarcza pary pod ciśnieniem. Skomplikowana maszyna parowa pracuje, pochłaniając wiele energii cieplnej, a oddając w zamian niewiele pracy mechanicznej. Duże wymiary maszyny uniemożliwiają użycie jej do napędu lekkich „pojazdów bez koni".
Należało więc pomyśleć o zastąpieniu pary innym czynnikiem, który wprowadzany do cylindra i zapalony zwiększyłby ciśnienie.
SilnikLenoir'a
Na taki właśnie pomysł wpadł Francuz, Etienne Lenoir. W roku 1859, prawie sto lat po wynalezieniu przez Jamesa Watta maszyny parowej, Lenoir konstruuje swój pierwszy, ciężki, wolnobieżny, gazowy silnik stacyjny, uznany za pierwszy silnik dwusuwowy na świecie.
Na silnik ten otrzymał francuski patent nr 43624 z datą 20 stycznia 1860 roku. Czytamy w nim:
„Mój wynalazek polega po pierwsze na zastosowaniu pewnej ilości gazu świetlnego i powietrza atmosferycznego, zapalanej elektrycznością jako siły napędowej".
„…Zastrzegam, jako moje wyłączne prawo sposób i rodzaj zasilania cylindra przez gaz świetlny i powietrze, i powodowanie jego działania, to znaczy, aby w następstwie poruszania się tłoka pozostawała pusta przestrzeń, wciągająca gaz i powietrze".
Pierwszy silnik Lenoira rozwijał moc 0,5 KM ( 0,368 kW ) przy 50 obr / min, jego skok wynosił - 215,9 mm, zaś średnica cylindra - 139,7 mm. Ruchem gazów sterował mechanizm rozrządowy, niewiele różniący się od swego pierwowzoru w maszynie parowej. Mechanizm składał się z dwóch zaworów suwakowych rozmieszczonych po obu stronach cylindra i pracujących między płaskimi powierzchniami na kadłubie cylindra a pokrywami rozrządu. Jeden zawór sterował wypływem spalin z cylindra, a drugi zaś napływem do cylindra mieszaniny gazu świetlnego z powietrzem. Zmieszanie gazu świetlnego następowało w znacznej mierze już w samym cylindrze.
Działanie obu stron tłoka było identyczne: gdy jedna strona wykonywała pracę, druga wypychała spaliny z cylindra. Początek drogi tłoka do zwrotu zewnętrznego był jednocześnie początkiem napływu do cylindra gazu i powietrza. Proces ten odbywał się przez około pół skoku tłoka, aż do chwili zamknięcia się kanału ssącego. Zapłon wykonywała iskra elektryczna, rosnące zaś ciśnienie spalin w cylindrze pchało tłok aż do końca skoku. Następnie otwierał się przewód wydechowy i przez cały powrotny ruch tłoka gorące spaliny były usuwane z cylindra.
Oczywiście taki sam proces, jednak opóźniony o 180° obrotu wału korbowego, zachodził po drugiej stronie tłoka.
Jak każdy prototyp wynalazku, silnik Lenoira był prymitywny i niskosprawny, pomimo że oczyszczanie cylindra ze spalin było dokładniejsze niż w niejednym współczesnym silniku dwusuwowym. Pamiętajmy jednak, że silnik ten miał nawet namiastki wstępnego sprężania świeżego ładunku, co znacznie ograniczyło jego sprawność. Dlatego też dalsze prace wynalazcy nad ulepszeniem silnika idące w kierunku doboru najlepszych kątów sterowania ruchem gazów, nie zostały uwieńczone sukcesami i silnik ten nie przekroczył nigdy mocy 1,5 KM ( 1,105 kW ) przy 100 obr / min.
Lenoir poczynił także próby użycia benzyny do napędu swego silnika, pracującego w dalszym ciągu na zasadzie silnika gazowego. Wbudował nawet tę ciężką maszynę do pojazdu, aby w 1863 roku wystartować do jazdy konkursowej na trasie Paryż - Joinville - le-Pont i z powrotem. Pojazd był jednak tak ciężki i topornie zbudowany, a szybkość tak mała, że Lenoir pozostał daleko w tyle za pojazdami parowymi; przebył jednak z honorem cała osiemnasto- kilometrową trasę.
Czy Lenoir rzeczywiście był wynalazcą silnika spalinowego? Przecież jego silnik był zestawieniem wielu różnych, dokonanych wcześniej wynalazków, z czego Lenoir nie robił tajemnicy. W prospekcie reklamowym z 1864 roku czytamy: „Maszyna Lenoira posiada tłok według patentu Streeta; działa wprost i obustronnie jak silnik Lebona; zapala się iskrą elektryczną jak maszyna de Rivaza; może być napędzana paliwem według opracowania Herskine - Hazarda, przy czym pomysł rozrządu za pomocą kołowych tarcz zapożyczony został od Talbota. Jednak tylko silnik Lenoira zasysa gaz i powietrze oddzielnie przez szczelinę w cylindrze, bez użycia zawsze niebezpiecznej mieszaniny, wymagającej zastosowania pompy - i to właśnie jest przedmiotem ochrony patentowej, której silnikowi Lenoira nie można odebrać".
Minęło kilkanaście lat, podczas których uwaga konstruktorów skupiła się na silniku o czterosuwowym cyklu pracy, gdy Anglik Dugald Clerk znów wrócił do prac nad silnikiem dwusuwowym. Jego silnik dwusuwowy, w którym po raz pierwszy zastosował wstępne sprężanie ładunku przez pompę ładującą, był tak wielkim osiągnięciem, że ten typ obiegu pracy, właściwy dzisiejszym silnikom dwusuwowym, jest często nazywany obiegiem Clerka.
Clerk umieścił cylinder pompy ładującej wzdłuż cylindra głównego, a jego tłok połączony był korbowodem z wykorbieniem przesuniętym o pewien kąt względem wykorbienia głównego cylindra. Napływ do cylindra świeżego ładunku następował w chwili, gdy tłok był niedaleko zaworu wewnętrznego, a spaliny wydostawały się przez odsłonięty kanał wydechowy.
Należy podkreślić, że sprawność cieplna tego silnika wynosiła już około 15%, co było ogromnym postępem w porównaniu z 2% uzyskanymi w silniku Lenoira.
Widzimy więc, że obieg pracy silnika Clerka, skonstruowanego w 1881 roku w zasadzie nie różnił się od współczesnych sprężarkowych silników dwusuwowych. Niestety, rozmiary i ciężka, masywna konstrukcja nie pozwoliły na zastosowanie takich silników w pojazdach.
Od tej chwili rozwój silników dwusuwowych postępuje szybko. Konstruktorzy coraz częściej dostrzegają, że silnik dwusuwowy ze względu na prostotę budowy, a więc i niewielkie wymiary, doskonale nadaję się do małych pojazdów, a przede wszystkim do motocykli.
Dwucylindrowy silnik Heinricha Sohneleina jest już konstrukcją zwartą, w której jako pompę ładuacą wykorzystano zamkniętą szczelnie skrzynię korbową.
Silnik Sohneleina
Silniki dwusuwowe zyskują popularność
Już w 1902 roku francuska firma Ixion wchodzi na rynek z malutkim, mającym zaledwie 50 ccm objętości skokowej, pomocniczym silnikiem do roweru. Na owe czasy niektóre rozwiązania silnika były rewelacyjne: skok równy średnicy oraz napływ ładunku do skrzyni korbowej sterowany tarczą wału korbowego na zasadzie przepustnicy obrotowej. W tym samym roku Anglik Scott buduje silnik dwusuwowy 130 ccm, również jako pomocniczy do roweru.
Rok 1908 przyniósł nowy silnik Scotta - dwucylindrowy dwusuw, którego cylinder był chłodzony powietrzem, głowica zaś wodą. Wiele nowych rozwiązań w połączeniu z doskonałym wykończeniem nadały maszynie Scotta określenie Rolls - Royce’a wśród motocykli. Pomimo że w tym czasie zbudowano w Anglii więcej silników dwusuwowych, to jednak żaden z nich nie zyskał takiego rozgłosu, jak silnik Scotta.
Silnik Gillete
Od tego czasu silniki dwusuwowe stają się podstawowym źródłem napędu małych motocykli, konstruktorzy zaś prześcigają się w opracowywaniu oryginalnych konstrukcji. Mnożą się rozwiązania z pompami ładującymi, powstają coraz inne systemy płukania cylindrów, tworzone są kombinacje zaworowo - tłokowe sterowania przepływem gazów.
W roku 1919 angielska wytwórnia Stanger wypuszcza na rynek dwucylindrowy silnik widlasty, motywując swe rozwiązaniem lepszym chłodzeniem cylindrów niż przy położeniu równoległym. Niemiecki Dolf prezentuje unikalny sposób prowadzenia mieszanki przez w denku tłoka. Także niemiecka marka Vis-Simplex wbudowuje w głowicę zawór ssący o ruchu posuwisto - zwrotnym. Firma Schilba-Motor konstruuje silnik z noskowym tłokiem, który pozwala na wlot świeżego ładunku od góry cylindra. Modne też stają się silniki dwutłokowe.
Konstruktorzy dążą do uzyskania z silników jak największej mocy, aby zwycięzcami w wyścigach reklamować produkowany sprzęt. Zwiększa się liczba cylindrów, dochodząc, zwłaszcza w konstrukcjach włoskich, nawet do dwunastu.
Zapotrzebowanie na małe, „podręczne" pojazdy dwutłokowe z prostymi silnikami dwusuwowymi było ogromne, co zdecydowało o powstaniu bardzo wielu mniejszych i większych fabryk wytwarzających motocykle. Dziś nazwy te poszły już w zapomnienie, warto jednak wymienić niektóre z nich: Ziro, Levis, Sun, Economic, Bekamo, Ermag, Wardill, Orionette, Titan, Hirth, Jurisch, Garelli, Dunelt, Gillet, Gazda, Imperia, Galbusera, Francis, Barnett, Ner-a-car, Terrot i inne.
Osobny rozdział w historii silników dwusuwowych stanowią dzieje DKW. Z tą marką ( Deutscher Klein - Wagen ) spotykamy się w relacjach z roku 1922 z wyścigów motocyklowych, w których maszyny tej firmy zajmowały czołowe miejsca.
Założyciel DKW, Duńczyk J. S. Rasmussen ( już przed pierwszą wojną światową wytwarzał armatury, podczas wojny zaś budował ciężarowe samochody parowe i elektryczne) poszukiwał konstrukcji silnika benzynowego, który by najbardziej nadawał się do małych samochodów. Zdecydował się on na wybudowanie silnika dwusuwowego, dwucylindrowego do samochodu i w 1928 roku w Zchopau rozpoczął produkcję małego samochodu o objętości skokowej 500 ccm, pod marką DKW.
Zachęcony sukcesami pierwszego małego samochodu Rasmussen wypuszcza wkrótce nowy model o objętości skokowej 600 ccm, a potem również model czterocylindrowy z dwiema pompami ładującymi, o objętości skokowej 1060 ccm.
W dążeniu do ulepszania swych małych silników, Rasmussen opracował system „przepłukiwania zwrotnego" cylindrów; okazał się on o wiele lepszy niż wszystkie stosowane dotychczas systemy. Dopiero wówczas dowiedział się, że jego rozwiązanie jest identyczne z wynalazkiem inżyniera Schnürle. Nie ociągając się, zakupił po prostu patent i od tego czasu wszystkie silniki dwusuwowe DKW mają płukanie typu „Schnürle".
W roku 1932 kryzys gospodarczy zmusił Rasmussena do przystąpienia do koncernu Auto-Union, jednak marka DKW nadal pozostała przy małych samochodach osobowych z silnikami dwusuwowymi.
Rok 1938 przynosi rozwojowy model samochodu DKW - F8 z dwusuwowym silnikiem dwucylindrowym o objętości skokowej zwiększonej do 700 ccm oraz mocy 20 KM ( 14,7 kW ). W przygotowaniu znajduje się DKW - F9 z silnikiem trzycylindrowym 900 ccm, lecz model ten nie ukazuje się przed wybuchem wojny.
Wojna pokrzyżowała plany fabryce. Po wojnie część urządzeń została przejęta przez NRD, część zaś pozostała w Niemczech Zachodnich. Jednak oba kraje w krótkim czasie wznawiają produkcję samochodów z silnikiem F8, który w NRD zostaje wbudowany do samochodu P70. Silnik ten został odwrócony o 180°.
Opracowany tuż przed wojną model F9 zostaje wprowadzony do produkcji zaraz po wojnie jako IFA - F9 w NRD i DKW w Niemczech Zachodnich. Stąd też wynika podobieństwo konstrukcji, a także prawie identyczne sylwetki pojazdów tych dwóch, oddzielnych teraz firm.
Dalsza ich droga się rozdzieliła. W Niemieckiej Republice Demokratycznej IFA - F9 przekształcała się w Wartburg najpierw z tym samym, a potem z innym silnikiem, natomiast w wytwórni P70 zostaje opracowana nowa konstrukcja Trabanta. NRF pozostaje przy nazwie DKW, wypuszczając kolejno samochody F-12, F-102, Junior itd.
Oprócz DKW, silniki dwusuwowe do samochodów z powodzeniem stosowała znana w okresie międzywojennym czechosłowacka marka Aero, po wojnie zaś konkurencję z DKW podjęła szwedzka fabryka samochodów SAAB, wypuszczając coraz to doskonalsze pojazdy.
Grupę samochodów z silnikami dwusuwowymi zasiliła także polska Syrena, napędzana najpierw dwucylindrowym silnikiem S15, który, ciągle ulepszany, został przekształcony w trzycylindrowy silnik S31. Badania hamowniane i trakcyjne potwierdziły doskonałą opinię użytkowników o tym silniku i wykazały, że dorównuje on, a pod wieloma względami nawet przewyższa silniki innych marek.
O ile silniki dwusuwowe do napędu samochodów zastosowało niewiele wytwórni, o tyle dwusuwy stały się niemal wyłącznym źródłem napędu motorowerów i mniejszych motocykli ( do 350 ccm ). Zalety dwusuwów, ujawniające się zwłaszcza w małych pojazdach, czynią te silniki niezastąpionymi w tej dziedzinie.
Konstrukcje polskie
Dopiero w roku 1937 zastosowano pierwszy silnik dwusuwowy do napędu motocykla. Uczyniła to fabryka inż. Różyckiego, wypuszczając na rynek motocykl o nazwie MOJ, napędzany małym silnikiem dwusuwowym o objętości skokowej 130 ccm. Silnik ten o skoku 55 mm i średnicy cylindra 54 mm osiągał moc 5,5 KM ( 4,05 kW ) przy 3500 obr /min.
Rok później z konkurencją wystąpiła firma Steinhagen i Staransky, opracowując silnik do motorowerów i małych motocykli. Silnik ten, o objętości skokowej 98 ccm ( 50 x 50mm ), miał moc 3 KM ( 2,2 kW ) przy 3500 obr / min. Konkurencją były także angielskie silniki Villiers 98 ccm, sprowadzane do motocykli o dziwnej nazwie „Podkowa" oraz do motocykli SHL.
Należy także wspomnieć, że firma Steinhagen i Staransky wytwarzała również samochodowe silniki dwusuwowe dwu i trzycylindrowe o pojemnościach skokowych odpowiednio 585 ccm i 876 ccm.
Tuż przed wybuchem wojny wyprodukowano kilka motocykli marki PZInż. Sokół 200, w których zastosowano również silnik dwusuwowy. Silnik ten, skonstruowany przez inż. Rudawskiego miał objętość skokową 198 ccm i osiągał moc 7 KM ( 5,15 kW) przy 4200 obr / min.
Rusza również wytwórnia motocykli SHL, znanych pod tą samą nazwą współcześnie. Nazwa motocykla pochodzi od pierwszych liter nazwy fabryki wyrobów blaszanych i maszyn rolniczych - Suchedniowska Huta Ludwików. Wkrótce fabrykę przeniesiono z Suchedniowa do Kielc, gdzie w 1937 roku rozpoczęto produkcję motocykli z importowanymi silnikami Villiers 98 ccm. Niestety, wojna przerwała prace nad stopniowym wyeliminowaniem importu silników i przejściem na produkcję krajową na podstawie licencji zagranicznej.
Odbudowa polskiego przemysłu motoryzacyjnego po wojnie zaczęła się od wznowienia produkcji motocykli Sokół. Nazwę tę nadano pierwszemu powojennemu motocyklowi Sokół 125, wzorowanemu na DKW - 125RT.
Rok 1948 przynosi już serię 200 sztuk silników S01 wykonanych w kraju. Teraz następuje dynamiczny rozwój przemysłu motocyklowego, przy czym wszystkie motocykle i skutery napędzane są silnikami dwusuwowymi. WFM, SHL, WSK - Świdnik są powszechnie znanymi producentami motocykli i silników, które dobrze służą tysięcznym rzeszom użytkowników.
Rok 1952 jest rokiem przełomowym w przemyśle samochodowym. Zapada decyzja o rozpoczęciu produkcji polskiego samochodu małolitrażowego Syrena, napędzanego pierwszy raz w historii polskiej motoryzacji silnikiem dwusuwowym. Prosty, dwucylindrowy silnik S15 o objętości skokowej 750 ccm, osiągający moc 27 KM ( 19,85 kW ), przy 3800 obr / min, ciągle ulepszany, w końcu przekształcił się w trzycylindrowy silnik dwusuwowy o objętości skokowej 850 ccm i znakomitych osiągach 40 KM ( 29,45 kW ) przy 4300 obr / min.
Nie sposób również nie wspomnieć o drugim polskim samochodowym silniku dwusuwowym, zastosowanym w samochodach małolitrażowych Mikrus. Stosunkowo niewielka seria tych samochodów uszczęśliwiła tylko małą liczbę amatorów. Trwałość zespołów, a więc i silnika tego samochodu, okazała się zaskakująca. Niektóre Mikrusy do dziś toczą się na swych małych kółkach po polskich drogach.
Polskę można chyba nazwać pojazdów z silnikami dwusuwowymi. Dwusuwy królują w motocyklach, są wyłącznym środkiem napędu motorowerów, popularna Syrena ma silnik dwusuwowy; silniki dwusuwowe służą rowerzystom i motorowodniakom, a stosowane są również w ciągnikach ogrodowych Dzik, w pompach strażackich, piłach do ścinania drzew, agregatach prądowo twórczych, a także w wielu narzędziach i maszynach.
Przyszłość dwusuwu
W latach pięćdziesiątych małe silniki dwusuwowe znalazły powszechne zastosowanie w wielu konstrukcjach mikrosamochodów, w których rozwoju dopatrywano się możliwości zaspokojenia potrzeb człowieka pracy.
Inaczej patrzył na silnik użytkownik. Dla niego obojętny był koszt produkcji i trudności związane z wytwarzaniem silnika. Użytkownik chciał mieć samochód z silnikiem pewnym, cichym, równo pracującym i łatwym w obsłudze. A dwusuw, niestety, nie spełnia większości stawianych mu wymagań, zużywa ponadto więcej paliwa, powoduje również znaczne zanieczyszczenie powietrza przez spaliny.
Europejskie wytwórnie samochodów z silnikami dwusuwowymi zaczęły zastanawiać się nad zaspokojeniem wymagań klientów. Ponadto niektóre kraje zachodnie wprowadziły zakaz dopuszczania do ruchu samochodów z silnikami dwusuwowymi, zanieczyszczającymi znacznie atmosferę spalinami. Pierwsza załamała się DKW. Przez długi jednak czas wytwórnia ta usiłowała zastosować w silnikach dwusuwowych takie rozwiązania konstrukcyjne, które usunęłyby kłopoty eksploatacyjne. DKW miała duże osiągnięcia w opracowaniu smarowania mechanizmów silnika pod ciśnieniem, unikając tym sposobem konieczności niewygodnego mieszania paliwa z olejem. Ostatecznie jednak przestała produkować silniki dwusuwowe, pomimo że były one konkurencyjne w osiągach z silnikami czterosuwowymi.
Samochody SAAB próbowały jeszcze konkurować z czterosuwowami, ale spadająca stale liczba sprzedawanych pojazdów zmusiła fabrykę do kapitulacji. Bogate doświadczenia firmy w zakresie konstrukcji silników dwusuwowych musiały zostać zamknięte w archiwum,a samochód SAAB wyposażono w czterosuwowy silnik Forda Taunusa 12M lub silnik opracowany w mającej duże doświadczenie w czterosuwach angielskiej firmy Triumph.
Wobec prawie całkowitego zaniku mikrosamochodów, silniki dwusuwowe pozostały jeszcze tylko w trzech samochodach osobowych: Trabant, Wartburg i polskiej Syrenie.
Wydaje się jednak, że zarówno fabryka w Zwickau ( NRD ), jak i bielskie FSM myślą o zmianie dwusuwu na silnik czterosuwowy. Świadczą o tym ukazujące się co pewien czas notatki w prasie.
Tak więc silnik dwusuwowy do napędu samochodów prawdopodobnie już niedługo przejdzie do historii. Nie można tego twierdzić z całą pewnością ponieważ nieraz genialne niekiedy wynalazki były zarzucane i po kilkudziesięciu latach wracano do starego. Nie można więc przewidzieć, czy silnik o dwusuwowym obiegu pracy nie będzie kiedyś podstawowym źródłem napędu samochodów, nie będzie to jednak silnik tłokowy. Wydaje się, że przyszłość należy do silników, z których zostanie wyeliminowany posuwisto-zwrotny ruch tłoka, a więc silników z tłokiem wirującym, jeżeli w ogóle świat pozostanie przy silnikach spalinowych.
Natomiast silnik dwusuwowy z pewnością jeszcze długo będzie podstawowym źródłem napędu motocykli. Taniość jest tu zasadniczym argumentem, popartym prostotą budowy silnika, a więc także łatwością obsługi i napraw.
Wady silników dwusuwowych, które dyskwalifikowały dwusuw w napędzie samochodów, nie mają większego znaczenia w tak mało komfortowym typie pojazdu, jakim jest motocykl lub skuter.
Zasada działania silnika dwusuwowego
W cylindrze porusza się tłok połączony korbowodem z wałem korbowym. Wał korbowy obraca się w szczelinie zamkniętej przestrzeni kadłuba. Nazywać ją będziemy skrzynią korbową.
Ruchem mieszanki paliwowej i spalin steruje tłok. Poruszający się w cylindrze, odsłania i przysłania wycięte w ściance cylindra okna, do których jest doprowadzana świeża mieszanka lub z których są odprowadzane spaliny.
Najniżej znajduje się okno ssące. Do niego przyłączana jest rura ssąca z gaźnikiem. Dolna krawędź tłoka odsłania okno ssące gdy tłok znajduje się w pobliżu zwrotu zewnętrznego.
Zwrot zewnętrzny, w skrócie ZZ, oznacz skrajne położenie tłoka w cylindrze, który odpowiada najmniejszej objętości wnętrza cylindra. Tłok znajduje się w tedy najdalej od wału korbowego, a więc najbliżej głowicy cylindra.
W innych położeniach tłoka okno ssące jest zasłonięte.
Wyżej umieszczone są dwa inne okna: wydechowe i przelotowe. Okno wydechowe połączone jest z rurą wydechową, przez którą spaliny uchodzą z cylindra. Zostanie ono odsłonięte, gdy tłok zbliża się do zwrotu wewnętrznego .
Zwrot wewnętrzny, w skrócie ZW, oznacza skrajne położenie tłoka w cylindrze, które odpowiada największej objętości wnętrza cylindra. Tłok znajduje się wówczas najbliżej wału korbowego a najdalej od głowicy cylindra.
Nieco później odsłonięte zostaje okno przelotowe, połączone kanałem przelotowym z wnętrzem skrzyni korbowej. Dolne krawędzie okien ( wylotowego i przelotowego ) muszą być na tym samym poziomie, co górna krawędź tłoka w chwili, gdy znajduje się on w położeniu zwrotu wewnętrznego.
Rozważmy teraz, jak pracuje silnik dwusuwowy. Zacznijmy od chwili, gdy tłok sunie ku górze i spręża znajdującą się już w cylindrze mieszankę paliwową.
Co się dzieje w tym czasie pod tłokiem i w szczelnej skrzyni korbowej? Wszystkie okna są zasłonięte przez tłok, który sunąc ku górze powoduje rozrzedzenie mieszanki znajdującej się w skrzyni korbowej. W skrzyni tej ciśnienie maleje do niższego niż ciśnienie atmosferyczne ( na zewnątrz silnika ).
Tłok zbliża się do zwrotu zewnętrznego i jego dolna krawędź odsłania okno ssące. Przez okno to napływa mieszanka, wtłaczana z rury ssącej i gaźnika wskutek niższego ciśnienia atmosferycznego do skrzyni korbowej i przestrzeni pod tłokiem. Gdy tłok sunie ku górze wykonując suw sprężania, jednocześnie odbywa się zassanie świeżej mieszanki do skrzyni korbowej. Jest to więc zarazem suw ssania i sprężania. Trwa on tylko przez czas, w którym tłok sunie z dołu do góry; wał korbowy obuci się wtedy o połowę obrotu.
Gdy tłok dojdzie do położenia zwrotu zewnętrznego, nastąpi ( za pomocą iskry elektrycznej ) zapłon sprężonej w cylindrze mieszanki, a gwałtowne zwiększenie ciśnienia gazów pchnie tłok ku dołowi. Zaczyna się suw pracy ( rozprężania ).
Tłok zbliża się do zwrotu wewnętrznego. Jego górna krawędź odsłania okno wydechowe, połączone z rurą wydechową. Spaliny, mające jeszcze znaczną prężność, wylatują na zewnątrz przez okno i rurę wydechową. Rozpoczął się więc wydech. W chwilę
później tłok odsłania okno przelotowe, łączące skrzynie korbową z wnętrzem cylindra. Świeża mieszanka zaczyna przepływać ze skrzyni korbowej ( z której wypycha ją sunący do dołu tłok ) do cylindra. Wypchnie ona resztę spalin z cylindra i napełni go nową porcją palnego ładunku. Po dojściu tłoka do położenia zwrotu wewnętrznego suw pracy, a zarazem suw wydechu i napełniania cylindra, zostanie zakończony.
W silniku dwusuwowym suw ssania i sprężania oraz suwy pracy i wydechu są więc połączone. Cały obieg pracy takiego silnika odbywa się w czasie zaledwie jednego obrotu wału korbowego, czyli dwóch suwów tłoka, stąd nazwa - silnik dwusuwowy.
Silniki dwusuwowe i czterosuwowe
Porównywanie silników dwusuwowych z czterosuwowymi jest częstym tematem dyskusji między użytkownikami pojazdów. Argumenty za i przeciw opierane są przede wszystkim na ocenie wygody eksploatacji silników oraz uzyskiwanych osiągów. Przy porównaniach powinniśmy jednak brać pod uwagę także cechy silników istotne dla producenta.
Zasadniczą zaletą silników dwusuwowych jest ich nieskomplikowana budowa. Brak zarówno zaworowego mechanizmu rozrządu, jak i układu smarowania, a także zapłon mieszanki przy każdym obrocie wału korbowego powodują, że silnik dwusuwowy jest tani, łatwy w obsłudze, a ze względu na niewielkie wymiary zewnętrzne - również łatwy do umieszczenia w pojeździe.
W silniku dwusuwowym zapłon następuje przy każdym obrocie wału korbowego; mogłoby się więc wydawać, że osiągi dwusuwów powinny dwukrotnie przewyższać osiągi silników czterosuwowych. Okazuje się jednak, że zamknięcie obiegu silnika w dwóch zaledwie suwach powoduje takie przeszkody w napełnianiu cylindra mieszanką oraz oczyszczeniu go ze spalin, iż sprawność tych silników nie jest duża. Dlatego też silniki dwusuwowe nie tylko nie przewyższają czterosuwów osiągami, lecz są również mniej ekonomiczne.
Mniejsza ekonomiczność dwusuwów wynika z niskiej sprawności obiegu dwusuwowego oraz konieczności dodawania do paliwa oleju, który zostanie następnie spalany. Co prawda, silnik czterosuwowy również wymaga okresowej wymiany oleju, jednak w ogólnym bilansie silnik dwusuwowy zużywa go nieco więcej.
Nieprzyjemne dla otoczenia i dla kierowcy jest znaczne dymienie silników dwusuwowych oraz ich nierównomierna praca bez obciążenia. Znaczne zanieczyszczenie atmosfery przez dwusuwy jest szczególnie szkodliwe dla zdrowia, toteż niektóre kraje w ogóle nie dopuszczają do ruch pojazdów z takimi silnikami.
Dodatkowy kłopot stanowi konieczność mieszania paliwa z olejem przed wlaniem do zbiornika.
Nowe rozwiązania konstrukcyjne umożliwiają usunięcie wielu wad silników dwusuwowych. Na przykład zastosowanie automatycznego smarowania zmniejsza ilość oleju w paliwie, co poprawia pracę silnika i znacznie ogranicza dymienie; unika się przy tym wstępnego mieszania benzyny z olejem. Zastosowanie sprężarek poprawia sprawność dwusuwów powodując, że ich osiągi zaczynają konkurować z osiągami silników czterosuwowych. Zamknięte obiegi cieczy chłodzącej umożliwiają samoczynną ( bez obsługową ) pracę przez kilka lat. Niestety, wszystkie te usprawnienia komplikują jednak znacznie konstrukcję silnika dwusuwowego, odbierając mu zaletę, która jest prosta, nieskomplikowana budowa.
W zastosowaniu silników dwusuwowych do napędu samochodów napotyka się znaczną przeszkodę: średnica cylindra jest ograniczona ze względu na poprawne napełnianie świeżym ładunkiem, a liczbę cylindrów limituje długość wału korbowego o niewielkiej sztywności. Ograniczona jest więc maksymalna objętość skokowa silnika, która w praktyce nie przekracza 1000 ccm ( wyjątkowo 1200 ccm ). Objętość ta umożliwia uzyskanie mocy około 50 KM (36,85 kW), a więc zaledwie wystarczającej do napędu niewielkiego samochodu.
Silniki dwusuwowe chłodzone powietrzem są natomiast idealnym źródłem napędu mniejszych pojazdów jednośladowych, są bowiem niewielkie, nieskomplikowane, a więc i tanie, co jest sprawą istotną przy niskiej cenie całego pojazdu. Natomiast użycie dwusuwu do napędu samochodu, choć jeszcze częste w niektórych krajach, nie jest najlepszym rozwiązaniem, czego dowodem może być stale malejąca liczba marek i typów samochodów z silnikami dwusuwowymi.
Jednak wynika z tego, nie można dać jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, który silnik jest lepszy: dwusuw czy czterosuw. Rozważania takie można prowadzić tylko w odniesieniu do określonej klasy pojazdów, biorąc pod uwagę istniejące udoskonalenia konstrukcji oraz aktualny poziom sieci stacji obsługowych. Żaden z tych silników nie jest lepszy ani gorszy - jest po prostu inny, każdy z nich jest dobry, jeżeli jest prawidłowo zastosowany i obsługiwany.
Poprawiony (wtorek, 09 lutego 2010 18:03)