Silnik dwusuwowy: jak działa, z czego się składa i czym się wyróżnia

Silnik dwusuwowy to prosta i lekka konstrukcja, która wykonuje pełny cykl pracy w zaledwie dwóch ruchach tłoka. Dzięki temu może zapewniać dużą moc w stosunku do swojej masy, ale jego działanie wiąże się też z określonymi wymaganiami i ograniczeniami. W artykule wyjaśniamy, jak przebiega praca takiego silnika, z jakich elementów się składa oraz co odróżnia go od silnika czterosuwowego.

Wyróżnione informacje:

Cykl pracy trwa dwa suwy tłoka i jeden obrót wału.
Prosta, lekka konstrukcja zapewnia dużą moc w stosunku do masy.
Tłok steruje kanałami, a skrzynia korbowa często spręża świeży ładunek.
Olej bywa dodawany do paliwa, co umożliwia pracę w różnych pozycjach.
Wady to większe zużycie paliwa, emisja spalin, hałas i nagrzewanie.
Silniki stosuje się m.in. w pilarkach, kosach, małych pojazdach i dużych jednostkach okrętowych.

Silnik dwusuwowy wykonuje pełny cykl pracy w jednym obrocie wału korbowego, czyli podczas dwóch ruchów tłoka między górnym a dolnym martwym położeniem. Nie ma osobnych suwów ssania i wydechu — zastępuje je płukanie cylindra. Dzięki temu silnik ma prostszą budowę i korzystny stosunek mocy do masy, ale wymaga precyzyjnej wymiany gazów.

Podczas ruchu tłoka ku górze zamykają się kanały cylindra, a tłok spręża mieszankę paliwowo-powietrzną. Jednocześnie w skrzyni korbowej powstaje podciśnienie, które zasysa świeży ładunek przez kanał dolotowy. Tuż przed górnym martwym położeniem świeca zapłonowa wytwarza iskrę. Mieszanka zapala się, a rozprężające się gazy spychają tłok w dół.

Prosta konstrukcja, która napędza piły i kosy

Gdy tłok porusza się w dół, spaliny rozprężają się i wykonują pracę, a świeża mieszanka w skrzyni korbowej spręża się, przygotowując do następnego cyklu. Po odsłonięciu kanału wydechowego spaliny opuszczają cylinder. Chwilę później otwiera się kanał przepłukujący, którym świeży ładunek wpływa do środka i wypiera resztki spalin. W prostych silnikach benzynowych tłok steruje kanałami, a skrzynia korbowa pompuje ładunek. Ta nieskomplikowana konstrukcja sprawdziła się w lekkich maszynach.

Podczas wymiany gazów część świeżej mieszanki może trafić do wydechu, zwiększając zużycie paliwa i emisję spalin. W wielu małych silnikach olej dodaje się do paliwa lub układu dolotowego, dlatego spala się on razem z mieszanką. Dla zainteresowanych: sprawdź, który silnik benzynowy wybrać do Insignii. Takie rozwiązanie jest lekkie i pozwala silnikowi pracować w różnych pozycjach — co przydaje się w pilarkach łańcuchowych i kosach spalinowych. Wiąże się jednak z głośniejszą pracą, większym obciążeniem cieplnym i mniej równym biegiem jałowym.

Z jakich elementów składa się silnik dwusuwowy

Silnik dwusuwowy tworzą cylinder, tłok, korbowód i wał korbowy. Wał zamienia ruch tłoka, poruszającego się między górnym i dolnym martwym położeniem, na ruch obrotowy. Pełny cykl pracy trwa dwa suwy, czyli jeden obrót wału. W wielu prostych konstrukcjach tłok sam odsłania i zasłania kanały w cylindrze, więc silnik nie potrzebuje oddzielnego układu rozrządu.

Kanały dolotowe, przelotowe i wydechowe doprowadzają świeży ładunek oraz odprowadzają spaliny. W małych silnikach benzynowych rolę pompy ładującej często pełni skrzynia korbowa: gdy tłok porusza się w dół, spręża mieszankę i kieruje ją przez kanał przelotowy do cylindra. Większe lub bardziej zaawansowane jednostki wykorzystują osobną pompę, na przykład mechaniczną pompę typu Roots, a czasem także zawory sterujące przepływem.

Najważniejsze elementy i układy silnika dwusuwowego to:

cylinder, tłok, korbowód i wał korbowy;
kanały dolotowe, przelotowe i wydechowe;
świeca zapłonowa oraz układ zasilania paliwem;
układ smarowania, chłodzenia i tłumik.

Świeca i olej pozwalają małemu silnikowi pracować w każdej pozycji

W silniku o zapłonie iskrowym świeca zapala mieszankę paliwowo-powietrzną, zwykle tuż przed osiągnięciem przez tłok górnego martwego położenia. W wielu dwusuwach benzynowych olej trafia do paliwa lub układu dolotowego. Dzięki temu silnik nie potrzebuje klasycznej miski olejowej ani rozbudowanego układu smarowania, a może pracować w różnych pozycjach — na przykład w pile spalinowej. Właśnie niewielka liczba części szczególnie zaskakiwała mnie, gdy byłem chłopakiem.

Układ zasilania obejmuje gaźnik lub wtrysk paliwa, a pozostałe elementy to układ chłodzenia i tłumik połączony z kanałem wydechowym. Jeśli interesuje cię ta tematyka, sprawdź, ile punktów zyskasz za litr paliwa w Orlenie. W silniku chłodzonym powietrzem ciepło odprowadzają żebra cylindra; w chłodzonym cieczą — płaszcz wodny i chłodnica. Dwusuw ma mniej części i jest prosty w serwisie, jednak wymiana ładunku bywa mniej dokładna niż w czterosuwie, co może zwiększać zużycie paliwa i emisję spalin oraz powodować głośniejszą pracę.

Ciekawostka: w wielu małych silnikach dwusuwowych skrzynia korbowa nie tylko mieści wał, lecz także spręża świeżą mieszankę i tłoczy ją do cylindra — pełni więc funkcję, którą w innych konstrukcjach wykonuje osobna pompa.

Jakie zalety i wady wyróżniają silniki dwusuwowe

Silnik dwusuwowy wykonuje pełny cykl pracy podczas jednego obrotu wału korbowego, dlatego suw pracy przypada na każdy obrót. Zapewnia to dużą moc w stosunku do masy i pojemności. Konstrukcja pozostaje prosta: w małych jednostkach tłok odsłania i zasłania kanały w cylindrze, więc nie potrzeba rozbudowanego układu rozrządu.

Mniej elementów ułatwia obsługę i zwykle obniża koszty napraw. Silnik szybko się nagrzewa, często łatwo odpala i może pracować w różnych położeniach — to przydatne w pile łańcuchowej czy kosie spalinowej. W prostych modelach olej dodaje się do paliwa albo podaje do dolotu, dlatego nie ma klasycznego układu smarowania z miską olejową.

Prostota ma jednak swoją cenę. Podczas płukania cylindra świeży ładunek wypiera spaliny, lecz część mieszanki może uciec przez kanał wydechowy, a komora nie zawsze oczyszcza się dokładnie. W efekcie rosną straty paliwa, spada sprawność, a kontrola emisji staje się trudniejsza. Dlatego poza najmniejszymi zastosowaniami lekkie benzynowe silniki dwusuwowe w dużej mierze ustąpiły oszczędniejszym jednostkom czterosuwowym.

Mały silnik, wielka moc — ale za jaką cenę?

Dwusuwy bywają głośne, pracują nierówno na biegu jałowym i mocno się nagrzewają. Wiele małych modeli spala olej razem z paliwem, co zwiększa emisję zanieczyszczeń. Ich zaletą jest możliwość pracy w dowolnym położeniu, ale zapach i hałas szybko przypominają o kosztach tej wygody.

Dwusuwy napędzają zarówno małe urządzenia, jak i wielkie silniki okrętowe czy stacjonarne. Jeżeli zgłębiasz tę tematykę to sprawdź, który diesel do Mondeo MK3 wybrać. W przeszłości stosowano je w lekkich motocyklach, motorowerach oraz samochodach takich jak Syrena, Trabant i Wartburg. Nowoczesne konstrukcje wykorzystują między innymi osobne pompy ładujące, zaworowy rozrząd i ciśnieniowe smarowanie, by ograniczać część strat. Mimo wad prosta budowa, mała masa i duża moc z niewielkiej pojemności nadal sprawdzają się tam, gdzie liczą się właśnie te cechy.

Gdzie stosuje się silniki dwusuwowe i dlaczego

Silniki dwusuwowe stosuje się tam, gdzie liczą się mała masa, prosta budowa, duża moc w stosunku do pojemności lub praca w różnych pozycjach. Oto najważniejsze przykłady:

Skutery, motorowery i lekkie motocykle – są lekkie, zwarte i proste, a wał wykonuje cykl pracy przy każdym obrocie. Nadal napędzają najmniejsze pojazdy, choć coraz częściej ustępują oszczędniejszym i mniej emisyjnym silnikom czterosuwowym.
Piły i kosy spalinowe – mogą pracować w dowolnej pozycji, dlatego dobrze sprawdzają się w urządzeniach często przechylanych lub odwracanych. Ich prosta konstrukcja ułatwia rozruch, a smarowanie zapewnia zwykle olej dodawany do paliwa lub wtryskiwany do układu dolotowego.
Małe maszyny i silniki modelarskie – niewielkie wymiary, mała masa i korzystny stosunek mocy do pojemności pozwalają napędzać nimi modele oraz niektóre małe urządzenia, w tym kosiarki. W takich zastosowaniach prostota może przeważać nad większym zużyciem paliwa.
Starsze samochody osobowe – silniki dwusuwowe napędzały między innymi Syreny, Trabanty, Wartburgi i wczesne modele Saaba. Producenci wybierali je ze względu na małe rozmiary i prostą budowę, jednak wysokie spalanie oraz emisja spalin doprowadziły do ich wycofania.
Silniki stacjonarne i ciągniki rolnicze – dawniej stosowano tu silniki średnioprężne zasilane różnymi paliwami, takimi jak nafta, olej napędowy, spirytus czy benzyna. Przykładami są Lanz Bulldog oraz polski Ursus C-45.
Statki i lokomotywy – duże silniki wysokoprężne napędzały statki, lokomotywy, takie jak ST44, oraz ciężkie pojazdy techniczne. Nowoczesne silniki okrętowe i stacjonarne nadal korzystają z tej konstrukcji; należą do nich ogromne silniki wodzikowe, na przykład Wärtsilä-Sulzer RTA96-C.

Źródła: