Silnik 2T miał ogromną moc z małej pojemności. Dlaczego zniknął z motocykli?

Dwusuwowe 125-ki i 250-tki sprzed trzech dekad osiągały moce, których pojemność absolutnie nie sugerowała. Silnik 2T miał jednak jedną zasadniczą cechę, która z czasem stała się jego największym problemem. Spalał nie tylko benzynę, ale również olej, a podczas pracy część niespalonej mieszanki mogła trafiać prosto do układu wydechowego. Normy emisji spalin idealnie trafiły właśnie w tę wadę.

Obserwuj Jednoślad.pl w

W latach 80. i 90. XX wieku niewielkie sportowe maszyny z jednostkami 2T potrafiły generować osiągi, których można było spodziewać się po znacznie większych silnikach. I chociaż chętnych na zakup nie brakowało, inżynierowie rozwijali i coraz dosadniej podkręcali moc – co również robili prostymi sposobami właściciele motocykli z jednostkami 2T – to problem pojawił się zupełnie gdzie indziej – ogromna zaleta w postaci prostoty i wysokiej mocy z małej pojemności nie miała kompletnie żadnej szansy pogodzić się z coraz bardziej restrykcyjnymi normami emisji spalin. Kolejne regulacje sprawiły, że producenci zaczęli przestawiać się na silniki czterosuwowe.

Jak właściwie działa silnik 2T, dlaczego potrafił być tak mocny i co sprawiło, że praktycznie zniknął z drogowych motocykli? Tutaj trzeba cofnąć się aż do XIX wieku.

Najważniejsza informacja:

1. Dwusuwowe silniki w motocyklach dziś są historią. Miały sporo zalet, ale nie brakowało również wad.
2. Jednostki 2T zostały skutecznie wyparte przez czterosuwowe silniki. To niejako efekt zaostrzania norm emisji spalin.
3. Zapach mieszanki, rezonans i charakterystyczny dźwięk pracy silnika – czym różni się 2T od 4T?

Obejrzyj koniecznie:

Historia silnika 2T zaczęła się jeszcze przed erą motocykli

Za jednego z najważniejszych pionierów silnika dwusuwowego uważa się szkockiego inżyniera Dugalda Clerka, który w 1878 roku rozpoczął prace nad konstrukcją wykorzystującą cykl dwusuwowy. Jego silnik oczywiście różnił się od współczesnych motocyklowych 2T, ale najważniejsza idea była już zauważalna – cały cykl pracy miał zostać wykonany podczas jednego obrotu wału korbowego. Konstrukcja została opatentowana w Wielkiej Brytanii w 1881 roku.

Warto przy tym wyprostować jedną rzecz – dwusuw nie był pierwszym silnikiem spalinowym w historii, a prace nad silnikami wykorzystującymi dwa suwy pojawiły się jeszcze przed Clerkiem. Jego znaczenie polegało przede wszystkim na stworzeniu pierwszego udanego silnika dwusuwowego z zapłonem i sprężaniem mieszanki, który stał się podstawą dalszego rozwoju tego rozwiązania. Dopiero później konstruktorzy zaczęli rozwijać układy, które znamy z motocykli. W przypadku niewielkich jednostek dwusuwowych szczególne znaczenie zyskała skrzynia korbowa wykorzystywana do wstępnego sprężania mieszanki.

Dwa suwy zamiast czterech. Na tym polega cała różnica

Jak najprościej wyjaśnić zatem zasadę działania? Silnik 2T wykonuje pełny cykl pracy podczas dwóch suwów tłoka i jednego obrotu wału korbowego, a silnik czterosuwowy potrzebuje na to dwóch obrotów wału. W klasycznym motocyklowym silniku dwusuwowym podczas ruchu tłoka w górę mieszanka znajdująca się nad tłokiem jest sprężana, a w tym samym czasie pod tłokiem – w skrzyni korbowej – powstaje podciśnienie i do środka trafia kolejna porcja mieszanki.

Po osiągnięciu przez tłok górnego martwego punktu następuje zapłon. Spalająca się mieszanka gwałtownie zwiększa ciśnienie, przesuwa tłok w dół i to właśnie ten ruch jest suwem pracy. W dalszej części ruchu tłok odsłania kanał wydechowy, przez który zaczynają wydostawać się spaliny. Chwilę później otwierają się kanały transferowe i sprężona wcześniej mieszanka ze skrzyni korbowej trafia nad tłok wypychając pozostałe spaliny – ten proces nazywa się przepłukiwaniem. I tutaj zaczyna się największy problem silnika dwusuwowego, bo w klasycznej konstrukcji podczas przepłukiwania świeża mieszanka i spaliny mają ze sobą bezpośredni kontakt, a więc część może zostać więc wyrzucona do wydechu zanim w ogóle zdąży się spalić. Europejskie badania JRC wskazywały właśnie straty mieszanki podczas przepłukiwania jako jedną z podstawowych przyczyn wysokich emisji w silnikach 2T.

Dlaczego silnik dwusuwowy jest tak mocny?

Największa zaleta 2T wynika bezpośrednio z jego budowy, ponieważ jeden suw pracy pojawia się przy każdym obrocie wału, podczas gdy w czterosuwie następuje co drugi obrót. Do tego silnik dwusuwowy konstrukcyjnie jest bardzo prosty i nie potrzebuje klasycznego układu rozrządu z zaworami, wałkami rozrządu i całym mechanizmem ich sterowania. Pracę zaworów przejmują po prostu kanały w cylindrze odsłaniane przez poruszający się tłok. Mniej elementów oznacza również mniejszą masę.

Niewielkie dwusuwy dobrze sprawdzały się w motocyklach sportowych i w latach 90. można było kupić 125 i 250, które dzięki niskiej masie, wysokiej mocy i charakterystycznej pracy silnika oferowały osiągi bardzo zaskakujące jak na swoją pojemność. W wyścigach znaczenie to było jeszcze większe i dwusuwowe motocykle klas 125, 250 i 500 cm3 przez lata stanowiły podstawę motocyklowych mistrzostw świata. Dziś niestety jest to nie do pomyślenia, a producenci borykają się nie tylko ze sporymi obostrzeniami dotyczącymi samych norm emisji spalin, ale ściśle muszą się także stosować do liczby silników przyznanych na sezon, paliwa i innych wytycznych, których zadaniem jest poprawa oddziaływania na środowisko.

Dyfuzor sprawiał, że mały silnik potrafił nagle dostać drugie życie

Jednym z najbardziej rozpoznawalnych elementów motocykli 2T był dyfuzor, czyli komora rozprężna układu wydechowego, której nie znajdziemy w klasycznych motocyklach z jednostkami czterosuwowymi. Układ wydechowy w silniku 2T nie pełni wyłącznie funkcji odprowadzania spalin, a dzięki odpowiedniemu kształtowi generowane są fale ciśnienia, które pomagają w sterowaniu procesem przepłukiwania cylindra i odzyskiwaniu części świeżej mieszanki, która mogłaby zostać wyrzucona do wydechu.

Dlatego właśnie silnik 2T mają tak charakterystyczną charakterystykę pracy – przy niewielkich obrotach silnik może zachowywać się dość spokojnie, a nawet zamula, ale po przekroczeniu określonego zakresu obrotów gwałtownie zmienia sposób oddawania mocy.

To charakterystyczna cecha silnika 2T. Jednocześnie jest jego wadą

Jedną z charakterystycznych cech dwusuwów jest sposób smarowania. W wielu motocyklach stosowano osobny zbiornik oleju oraz dozownik, który podawał odpowiednią ilość środka smarnego do układu dolotowego. Olej nie pozostaje więc wyłącznie w silniku tak jak w typowym czterosuwie i jest zużywany podczas pracy jednostki. Stąd charakterystyczny zapach spalin dwusuwu oraz charakterystyczna chmura dymu.

Dlaczego 2T zaczęły przegrywać z czterosuwami?

Nie chodziło o to, że silniki 2T nagle przestały działać albo że konstruktorzy nie potrafili ich dalej rozwijać, bo problemem stały się normy emisji spalin. Unia Europejska po raz pierwszy objęła emisje motocykle regulacjami w ramach dyrektywy 97/24/WE, która weszła w życie w 1999 roku. Początkowo normy Euro 1 osobno uwzględniały silniki dwusuwowe i czterosuwowe, a każdy kolejny etap był już coraz bardziej restrykcyjny. Euro 2 dla motocykli zaczęło obowiązywać w 2003 roku, a Euro 3 w 2006 roku. Jednocześnie zaostrzano między innymi limity emisji tlenku węgla oraz węglowodorów.

I właśnie węglowodory były dla klasycznych silników 2T ogromnym problemem. Podczas przepłukiwania część niespalonego paliwa trafiała do wydechu, a do tego dochodził spalany olej. Badania wykazały, że klasyczne silniki dwusuwowe emitowały znacznie więcej węglowodorów niż silniki czterosuwowe. Oczywiście można było rozwijać wtrysk bezpośredni, poprawiać przepłukiwanie czy stosować układy oczyszczania spalin, ale problem w tym, że wraz z kolejnymi normami konstrukcja dwusuwa stawała się coraz bardziej skomplikowana, a jego pierwotna zaleta, czyli prostota, zaczynała znikać.

Czterosuw był pod tym względem znacznie łatwiejszy do dostosowania do nowych wymagań. Rozwój elektronicznego wtrysku, precyzyjnego sterowania spalaniem i katalizatorów pozwolił producentom znacznie skuteczniej ograniczać emisje. JRC wskazywało, że osiągnięcie norm Euro 3 dla zdecydowanej większości motocykli czterosuwowych wiązało się właśnie z zastosowaniem elektronicznego wtrysku, spalania bliskiego stechiometrycznemu i katalizatora trójdrożnego.

Silniki 2T wciąż jednak budzą wiele emocji szczególnie za sprawą samej charakterystyki pracy. Nie były idealne, brzmiały inaczej, reakcja na gaz była zdecydowanie inna, ale generowały tyle mocy, że nie wskazywała na to sama pojemność silnika. Przegrały jednak walkę z normami emisji spalin i na dobre pożegnaliśmy je z drogowych motocykli już ponad dwie dekady temu.