Proste i tanie w produkcji małe silniki dwusuwowe wypierane są z rynku przez czterosuwy głównie z powodów ekologicznych. Ich tradycyjne gaźnikowe wersje nie spełniają obowiązujących norm emisji spalin. Ponadto kłopotliwe bywa ich smarowanie, mimo że w większości przypadków współczesne dwusuwy wyposażone są w dozowniki oleju.
Ryszard Romanowski
Można przypuszczać, że taniej kosztował rozwój silnika czterosuwowego niż prace nad dwusuwami. Przez lata rozwoju silniki czterosuwowe zaczęły dorównywać mocą dwusuwom o tej samej pojemności skokowej. Tymczasem w sporcie motorowym nadal dwusuw ma przewagę, a główną jego wadą jest właśnie ekologia. Wielu motocyklistów i kibiców wyścigów motocyklowych uważa, że apogeum rozwoju wyścigów Grand Prix nastąpiło w roku 2001. Był to ostatni rok, w którym jeździły bardzo lekkie i szybkie maszyny „królewskiej” klasy 500. Zasilane elektronicznymi wtryskami dwusuwowe silniki V4 osiągały moce ponad 200 KM. Honda Racing Corporation rozpoczęła pracę nad elektronicznym wtryskiem w 1988 roku. Pięć lat później podczas Grand Prix Niemiec motocykl napędzany takim silnikiem przełamał barierę 200 mil (około 320 km/h) prędkości maksymalnej. Później było już tylko szybciej.
Silnik do Hondy NSR500, rok 1997
Od lat hobbyści pieczołowicie restaurują te maszyny lub na bazie ich używanych silników budują nowe motocykle. Przykładami mogą być Suter MM2, Romax lub 2 Stroke Attack Rolanda Sandsa itp. W salonach takie motocykle są niedostępne i można je kupić jedynie u małych producentów, za ceny dorównujące supersamochodom. Dlatego często słyszy się opinie o spisku producentów, którzy wpłynęli na zmianę regulaminów wyścigowych, ponieważ wyszli z założenia, iż lepiej budować i sprzedawać skomplikowane i drogie czterosuwy zamiast stosunkowo prostych lecz sprawniejszych dwusuwów, których spaliny dzięki wtryskowi są równie czyste. Być może jest w tym ziarno prawdy.
Zasilane wtryskiem dwusuwy cały czas oferuje w swoich skuterach śnieżnych firma Arctic Cat
Dopiero niedawno producenci pomyśleli o klientach mających sentyment do dwusuwów, które szczególnie w wykorzystaniu sportowym są znacznie tańsze i mniej kłopotliwe w eksploatacji, zapewniając znacznie wyższą dynamikę. Renomowane firmy, takie jak KTM i Honda, zapowiadają wprowadzenie na rynek motocykli z silnikami dwusuwowymi, wyposażonymi w elektroniczny wtrysk paliwa. Honda opatentowała swoje nowe rozwiązanie w lipcu 2015 roku, a KTM zapowiada premierę na rok 2018.
Tymczasem zastosowanie wtrysku w dwusuwie ma długą historię. Tyle, że w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku nie chodziło wyłącznie o ekologię. Ówczesny mechaniczny wtrysk paliwa zapewniał zwiększenie mocy silnika, korzystniejszy przebieg momentu obrotowego, większą równomierność pracy, łatwiejszy rozruch, zmniejszenie zużycia paliwa, płynne przyspieszanie od małej prędkości również na wysokim biegu i szybką reakcję na zmianę położenia przepustnicy. Cenną zaletą w silnikach stosowanych do napędu jednostek pływających, motolotni i skuterów śnieżnych jest brak wrażliwości na zmianę położenia silnika i działanie sił bezwładności. Porównanie silników NSU Lux o pojemności 200 ccm wykazało wzrost mocy silnika z wtryskiem w całym zakresie obrotów i wzrost wartości maksymalnej o 1,25 KW. Przy czym krzywa mocy jest bardziej płaska niż w silniku gaźnikowym.
350-tka Motobecane
Zużycie paliwa silnika zasilanego wtryskiem dochodziło do 270 g/kW ∙ h podczas gdy silnika gaźnikowego 380 g/kW ∙ h. Dwusuwowy silnik z wtryskiem okazał się oszczędniejszy niż porównywana jednostka czterosuwowa o pojemności 250 ccm. W silnikach NSU stosowano niewielką pompę typu Metabo, napędzaną długim popychaczem. Porównywalne, lecz nieco mniej korzystne różnice otrzymano podczas badań dwucylindrowych silników Goliath o pojemności 886 ccm. Przypisano to gorszemu chłodzeniu dużych cylindrów, wskutek mniej intensywnego parowania paliwa w ich wnętrzu oraz zachowania identycznych rozmiarów okien w obu wersjach, a także umieszczeniu świec i wtryskiwaczy we wspólnych wnękach, co znacznie zmniejszyło powierzchnię chłodzenia komory spalania. Silniki Goliath zasilane były przy użyciu dwusekcyjnej pompy Bosch PFM 2 KL. W przypadku zasilania wtryskowego najwięcej problemów dostarcza rozwiązanie smarowania układu korbowego. W większości przypadków stosowano smarowanie pod ciśnieniem wytwarzanym przez pompę. Układy wtryskowe stosowane wcześniej wyłącznie na torach wyścigowych trafiły do seryjnych silników motocyklowych i przegrały z powodu kosztów. Nie było wówczas wyśrubowanych norm czystości spalin i klienci wybierali tańsze rozwiązanie godząc się z jego wadami. Konsekwentnie zasilanie wtryskowe rozwijali amerykanie m.in. w skuterach śnieżnych Arctic Cat. Rozwój elektroniki spowodował zmniejszenie elementów układu oraz wzrost jego niezawodności. Owocem pięcioletnich prac inżynierów francuskiej, nieistniejącej już marki Motobecane, był trójcylindrowy sinik o pojemności 350 ccm, a następnie 500 ccm, zaprezentowany na paryskim Salonie Samochodowym w 1973 roku.
Motobecane 500 i jego silnik
Układ elektronicznego sterowania wtrysku powiązano z bezstykowym układem zapłonowym opartym na kondensatorze wysokonapięciowym. Częstotliwość dawkowania, dochodząca do 6000 dawek na minutę, była wartością nieosiągalną w układach mechanicznych. Dawkowanie paliwa pod koniec napełniania cylindra spowodowało znaczne zmniejszenie strat płukania. Zużycie paliwa spadło z 460 do 310 g/kW ∙ h.
Niestety francuska marka rozpoczęła pracę nad wtryskiem za późno. W tym czasie trudno było przekonać klientów do motocykli niepochodzących z Japonii. W końcu podzieliła los wielu europejskich producentów motocykli i przegrała z japońską „wielką czwórką”. W latach siedemdziesiątych maksymalnie ograniczano koszty i już w roku 1976 zaprzestano produkcji dużych motocykli, a w 1981 roku ta stara marka przestała istnieć. Przekształciła się w firmę MBK, produkującą niewielkie motorowery.
Dwusuw Rotax BRP (Bombardier Recreational Products)
Prace nad zasilaniem wtryskowym silnika Syreny prowadzono również w Polsce. Mimo obiecujących efektów samochodowe silniki dwusuwowe zniknęły z rynku.
Zasilane wtryskiem dwusuwy cały czas oferuje w swoich skuterach śnieżnych firma Arctic Cat. Wytrzymują one wszelkie porównania z czterosuwowymi konkurentami, a przy tym gwarantują znacznie lepszą dynamikę. Zaburtowe silniki dwusuwowe E-TEC z bezpośrednim wtryskiem paliwa przeznaczone do napędu łodzi oferuje również Evinrude. Silnik te są znacznie lżejsze i oferują wyższy moment obrotowy niż jednostki czterosuwowe o tej samej mocy. Bezpośredni wtrysk paliwa oferuje również Rotax. Silnik o dwóch cylindrach i pojemności 800 ccm rozwija aż 160 KM. Główną przyczyną prac nad dwusuwami w tych firmach była niska masa tych jednostek, w porównaniu z czterosuwami o podobnych mocach.
Nad wtryskiem do dwusuwu intensywnie pracowali włoscy producenci skuterów Vespa i Aprilia. Ta ostatnia produkuje najbardziej chyba wyrafinowane technicznie skutery na świecie.
Schemat Rotax BRP
W systemie Orbital stosunek powietrza do paliwa wynosi nawet 25 do 1. Wtrysk stosowała również marka Beta, produkująca motocykle crossowe i enduro, a od 2013 – produkująca maszyny o tej samej specyfikacji hiszpańska firma Ossa. Uniwersalne układy wtryskowe do silników dwusuwowych oferują wyspecjalizowani producenci części, tacy jak np. Athena i Ecotrons. Współczesne układy wtryskowe wykorzystują dwa wtryskiwacze o różnych średnicach. Mniejszy dozuje paliwo przy niskich obrotach i na biegu jałowym, następnie do pracy rusza wtryskiwacz o większej średnicy. Pompa dostarcza paliwo pod ciśnieniem 2,5 barów.
Dzięki elektronicznej jednostce sterującej, przejścia w pracy wtryskiwaczy są płynne i nieodczuwalne dla kierowcy. Urządzenie automatycznie kompensuje zmiany ciśnienia atmosferycznego, związanego z wysokością nad poziomem morza oraz zmiany temperatury.
Uniwersalny układ wtryskowy do silników dwusuwowych Ecotrons
Badania prowadzone jeszcze w latach siedemdziesiątych m.in. przez japońską firmę Fuji wykazały, że najkorzystniejsze jest umieszczenie wtryskiwaczy w głowicy. Badania przeprowadzono na pionowym silniku z przepłukiwaniem zwrotnym systemu Schnurle. Wtryskiwacze umieszczano również w kanałach przepłukujących i skrzyni korbowej, jednak te rozwiązania były mniej korzystne. Obecnie budowane silniki mają wtryskiwacze w głowicach.
Ciekawą zaletą zasilanych wtryskiem dwusuwów jest możliwość hamowania silnikiem od momentu, gdy automatycznie wyłączy się pompa wtryskowa. Hamowanie silnikiem w pojeździe, którego silnik dwusuwowy jest zasilany gaźnikiem, nie daje większych efektów. Poza tym, przy tradycyjnym systemie smarowania negatywnie wpływa na trwałość jednostki. W przypadku smarowania pod ciśnieniem ten problem nie występuje.
Motocykl JJ2S - prototyp
Niezwykle ciekawe rozwiązanie opracowane w Polsce opisywaliśmy już na naszych łamach. Dwusuwowy silnik Jędrzeja Jacka Synakiewicza JJ2S pozbawiony jest typowych wad już poprzez swoją konstrukcję, oddzielającą przestrzeń wymiany ładunku od skrzyni korbowej. W związku z tym, zachowując zalety silnika o obiegu dwusuwowym jest tak „czysty” jak czterosuw. Jego układ korbowy może być smarowany pod ciśnieniem.
Polski silnik JJ2S pozbawiony jest typowych wad silników dwusuwowych
Silnik JJ2S może być konstruowany w dowolnym układzie cylindrów. Prototyp silnika został uruchomiony w 2006 roku lecz do dzisiaj konstrukcja nie doczekała się zainteresowania przemysłu, a jest znacznie ciekawsza niż opatentowane rozwiązania Hondy i KTM, które niebawem pojawią się na rynku.
Pozbawione dawniej występujących wad silniki dwusuwowe stanowią ciekawą alternatywę dla ciężkich i skomplikowanych silników czterosuwowych.
Ryszard Romanowski
Literatura:
C. Kordziński, J. Pogorzelski: Małe silnik spalinowe, WKŁ Warszawa, 1982
artykuł pochodzi z wydania 4 (115) kwiecień 2017
