Silnik dwusuwowy jest to silnik spalinowy, w którym suw pracy następuje co drugi suw (przemieszczenie od górnego do dolnego skrajnego położenia) tłoka, a więc za każdym obrotem wału korbowego. Osiągają dzięki temu wyższą moc jednostkową, niż czterosuwowe (w czterosuwie jeden cykl pracy przypada na dwa obroty wału). Suw ssania i sprężania znany z cyklu czterosuwowego zastąpiony jest tzw. cyklem płukania, przeprowadzanym przez zewnętrzną względem cylindra pompę ładującą.
Obieg pracy silnika dwusuwowego
Suw sprężania – w pierwszej fazie suwu sprężania następuje płukanie przestrzeni roboczej silnika. Wtedy to spaliny powstałe w poprzednim cyklu pracy są wytłaczane przez kanał wydechowy napływającym świeżym ładunkiem.
Suw pracy – Przed dojściem do górnego martwego położenia tłoka następuje zapłon paliwa, które gwałtownie rozprężając się powoduje ruch tłoka w dół do dolnego skrajnego położenia. W końcowej fazie tego suwu może mieć miejsce początek cyklu płukania.
Jako pompa ładująca w najprostszych silnikach benzynowych wykorzystywana jest skrzynia korbowa. Rozrząd w takich silnikach najczęściej jest przeprowadzany poprzez odsłanianie i zasłanianie przez tłok odpowiednich kanałów w cylindrze, co upraszcza konstrukcję (brak oddzielnego układu rozrządu). Przepływ ładunku przez skrzynię korbową umożliwia smarowanie silnika wtryskiem oleju do układu dolotowego (lub dodanie go do paliwa), co pozwala na rezygnację z układu smarowania i dalsze uproszczenie konstrukcji. Taki uproszczony silnik, często stosowany dawniej w motocyklach i małych samochodach, jest jednak niedoskonały (niekorzystny symetryczny rozrząd, straty energii na przepompowanie ładunku przez skrzynię korbową, spalanie oleju) i nieefektywny, co jest przyczyna złej opinii o dwusuwach w ogóle i niemal zaniknięcia silników dwusuwowych niskoprężnych. Konstrukcje zaawansowane używają mechanicznych pomp ładujących (głównie systemu Roots), rozrządu zaworowego i ciśnieniowych układów smarowania.
Podstawową wadą silników dwusuwowych jest duże zużycie paliwa (niższa sprawność), wysoka emisja spalin oraz głośna praca. Głównym tego powodem jest utrudniona wymiana ładunku w silniku (oczyszczenie cylindra ze spalin podczas płukania nie zawsze jest zupełne). Obecnie najistotniejsze są kwestie ekologiczne (kwestie zanieczyszczania środowiska i nadmierna emisja dwutlenku węgla).
4-suw
Silnik ten posiada zawory w głowicy: wlotowe, przez które do cylindra dostaje się mieszanka (lub powietrze) i wylotowe, przez które z cylindra wydostaję się spaliny. Wyróżniamy 4 cykle pracy:
ssanie
sprężanie
praca
wydech
Silnik działa w sposób następujący:
Suw I - SSANIE
Otwiera się zawór ssący, tłok przesuwa się w dół do WZP (wewnętrzny zwrotny punkt). Wytwarza podciśnienie, dzięki któremu z kanału dolotowego, znajdującego się za zamykającym go zaworem ssącym, wciągnięta zostaje z gaźnika (lub układu wtryskowego i kanałów powietrznych) mieszanka paliwowo-powietrzna. Trafia ona do wnętrza przestrzeni cylindra, pomiędzy denko tłoka a głowicę, stanowiącym komorę cylindra (równią pojemności całkowitej). Tak się dzieje w silnikach wolnossących, natomiast w silnikach doładowanych mieszanka jest wtłaczana pod ciśnieniem. Kiedy tylko tłok przekroczy WZP, zawór ssący zostaje zamknięty.
Suw II - SPRĘŻANIE
Tłok przemieszcza się w górę cylindra i spręża mieszankę paliwowo-powietrzną. Sprężanie następuje pod ogromnym ciśnieniem do objętości komory spalania. Ale zanim ciśnienie osiągnie wartość maksymalną, na ok. 5 stopni obrotu wału korbowego zanim tłok osiągnie Zewnętrzny Zwrotny Punk, ZZP), następuje zapłon (tzw. wyprzedzenie zapłon.) Celem jest doprowadzenie do spalenia całej mieszanki w tej chwili, gdy tłok już przekroczył ZMP i może zostać odepchnięty przez rozprężające się gazy spalinowe, rozpoczynając suw pracy.
Suw III - PRACA
Tłok zostaje odepchnięty - z siła wręcz niewyobrażalną, jako że we wnętrzu komory spalania po zapłonie powstaje ciśnienie o wartości odpowiadającej, dla porównania, sile nacisku na tłok rzędu 5 ton! I takie siły muszą być przeniesione z denka tłoka poprzez korbowód na wał korbowy. Z tego jednego suwu pracy silnik musi uzyskać wystarczający impet obracający wałem korbowym, by przeprowadzić pozostałe trzy suwy. Łatwo więc pojąć, dlaczego silniki pracują tym równiej im więcej mają cylindrów. Powstała energia kinetyczna gromadzona jest w kole zamachowym (i/lub innych systemach wyrównujących i wyważających pracę silnika).
Suw IV - WYDECH
Jeszcze zanim tłok osiągnie WMP, otwarty zostaje zawór wydechowy i wciąż jeszcze nie do końca rozprężone gazy spalinowe mogą opuścić cylinder, kierując się w stronę układu wydechowego. Przemieszczający się w górę tłok wypycha z cylindra resztę gazów, a po przekroczeniu rozpoczyna cykl od początku.
Po zakończeniu wszystkich 4. suwów wał korbowy wykonał dwa pełne obroty.
Poniższy schemat ilustruje pełny cykl pracy silnika czterosuwowego.
OBIEGI
Obieg z doprowadzaniem ciepła przy stałej objętości i stałym ciśnieniu (Sabathe) jest obiegiem, według którego pracują współczesne, wysokoprężne silniki spalinowe
Sprawność obiegu Sabathe rośnie wraz ze wzrostem stopnia sprężania i izochorycznego przyrostu
ciśnienia , natomiast maleje ze wzrostem izobarycznego przyrostu objętości .
OBIEG RZECZYWISTY
Wykresy obiegów teoretycznych wykonane we współrzędnych p-V lub T-S wykazują znaczne różnice w stosunku do obiegów rzeczywistych.
Różnice między obiegami teoretycznymi i rzeczywistymi wynikają z warunków, w jakich te procesy
zachodzą, a mianowicie:
- doprowadzanie i odprowadzanie ciepła w obiegu rzeczywistym nie odbywa się przez podgrzewanie i
oziębianie, lecz przez spalanie, a jego szybkość i jakość może być zmienna,
- w obiegu rzeczywistym odbywa się ciągła wymiana ciepła między gazami i ściankami cylindra, tłoka i
głowicy oraz między ściankami i czynnikiem chłodzącym,
- napełnianiu cylindra świeżym ładunkiem towarzyszą straty przepływu w przewodach oraz zaworach
wlotowych i wylotowych,
- przepłukanie cylindra nie jest doskonałe, gdyż po zakończeniu wydechu zawsze pozostaje w cylindrze
pewna ilość spalin,
- ciepło właściwe gazów rzeczywistych zmienia się wraz z temperaturą,
- gorące ścianki komory spalania oddziałują na temperaturę ładunku (podgrzewają) zmniejszając
napełnienie cylindra,
- ilość czynnika w obiegu jest zmienna ze względu na nieszczelność cylindra.
Wykonywany jest indykatorem.
Średnie ciśnienie indykowane
Średnie ciśnienie indykowane jest to takie ciśnienie zastępcze (obliczeniowe) gazów na tłok, które - będąc stałe podczas całego rozprężania - wykonałoby taką samą pracę, jak zmienne ciśnienie rzeczywiście działające na tłok w ciągu jednego obiegu pracy . Dla projektowanego silnika średnie ciśnienie indykowane pt może być obliczone albo przez splanimetrowanie wyrysowanego na podstawie obliczeń wykresu indykatorowego z uwzględnieniem zaokrągleń i podstawienie do poprzednio podanego wzoru, albo też przez określenie tzw. teoretycznego średniego ciśnienia indykowanego p. Wartość p\ odpowiada wykresowi bez zaokrągleń. Dla silników dwusuwowych p't wyznacza się podobnie jak w silnikach czterosuwowych, lecz w odniesieniu do użytecznego skoku tłoka, a następnie obliczając pt uwzględnia się stratę części skoku wywołaną otwarciem okien wylotowych. Oznaczając przez crw wysokość okien wylotowych odniesioną do skoku tłoka. Dla silników gazowych zużycie paliwa może być określone w metrach sześciennych zużytego gazu na kilowatogodzinę.
GŁOWNE PARAMETRY PRACY SILNIKA.
Średnie ciśnienie indykowane pi i użyteczne pe
Moc indykowaną Ni i użyteczną Ne
Prędkość obrotową N0
Moment obrotowy M0
Sprawność silnika ni t nim ni e
Zużycie paliwa Ge i użyteczne Ge
Oraz stosujemy wskaźniki porównawcze dotyczą obciążeń cieplnych, mechanicznych, wykorzystywania pojemności skokowej silnika i materiałów wykorzystanych w silniku. Masy silnika
Np. szybkobieżność, Moc, Masa, ekonomiczność, ekologiczność.