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.
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 mph (około 320 km/h) prędkości maksymalnej. Później było już tylko szybciej.
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.
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.
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 Motobécane, był trójcylindrowy sinik o pojemności 350 ccm, a następnie 500 ccm, zaprezentowany na paryskim Salonie Samochodowym w 1973 roku.
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.
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.
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.
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.
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.
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
