Początki Dwusuwu
W historycznych wzmiankach o początkach silników spalinowych podanych jest zwykle wiele interesujących szczegółów przeważnie na temat czterosuwowego obiegu pracy, z pominięciem silników dwusuwowych. A przecież droga od silników parowych do silników pracujących na zasadzie wewnętrznego spalania prowadziła właśnie poprzez silnik dwusuwowy.
Para w silniku parowym cisnąca na tłok o dużej średnicy, wpuszczana do cylindra przez urządzenie rozrządcze, wykonuje pracę. Ogromny kocioł, ciągle ogrzewany paliwem stałym do wysokiej temperatury, dostarcza pary pod ciśnieniem. Skomplikowana maszyna parowa pracuje, pochłaniając wiele energii cieplnej, a oddając w zamian niewiele pracy mechanicznej. Duże wymiary maszyny uniemożliwiają użycie jej do napędu lekkich „pojazdów bez koni".
Należało więc pomyśleć o zastąpieniu pary innym czynnikiem, który wprowadzany do cylindra i zapalony zwiększyłby ciśnienie.
Na taki właśnie pomysł wpadł Francuz, Etienne Lenoir. W roku 1859, prawie sto lat po wynalezieniu przez Jamesa Watta maszyny parowej, Lenoir konstruuje swój pierwszy, ciężki, wolnobieżny, gazowy silnik stacyjny, uznany za pierwszy silnik dwusuwowy na świecie. Na silnik ten otrzymał francuski patent nr 43624 z datą 20 stycznia 1860 roku. Czytamy w nim:
„Mój wynalazek polega po pierwsze na zastosowaniu pewnej ilości gazu świetlnego i powietrza atmosferycznego, zapalanej elektrycznością jako siły napędowej".
„…Zastrzegam, jako moje wyłączne prawo sposób i rodzaj zasilania cylindra przez gaz świetlny i powietrze, i powodowanie jego działania, to znaczy, aby w następstwie poruszania się tłoka pozostawała pusta przestrzeń, wciągająca gaz i powietrze".
Pierwszy silnik Lenoira rozwijał moc 0,5 KM ( 0,368 kW ) przy 50 obr / min, jego skok wynosił - 215,9 mm, zaś średnica cylindra - 139,7 mm. Ruchem gazów sterował mechanizm rozrządowy, niewiele różniący się od swego pierwowzoru w maszynie parowej. Mechanizm składał się z dwóch zaworów suwakowych rozmieszczonych po obu stronach cylindra i pracujących między płaskimi powierzchniami na kadłubie cylindra a pokrywami rozrządu. Jeden zawór sterował wypływem spalin z cylindra, a drugi zaś napływem do cylindra mieszaniny gazu świetlnego z powietrzem. Zmieszanie gazu świetlnego następowało w znacznej mierze już w samym cylindrze.
Działanie obu stron tłoka było identyczne: gdy jedna strona wykonywała pracę, druga wypychała spaliny z cylindra. Początek drogi tłoka do zwrotu zewnętrznego był jednocześnie początkiem napływu do cylindra gazu i powietrza. Proces ten odbywał się przez około pół skoku tłoka, aż do chwili zamknięcia się kanału ssącego. Zapłon wykonywała iskra elektryczna, rosnące zaś ciśnienie spalin w cylindrze pchało tłok aż do końca skoku. Następnie otwierał się przewód wydechowy i przez cały powrotny ruch tłoka gorące spaliny były usuwane z cylindra.
Oczywiście taki sam proces, jednak opóźniony o 180° obrotu wału korbowego, zachodził po drugiej stronie tłoka.
Jak każdy prototyp wynalazku, silnik Lenoira był prymitywny i niskosprawny, pomimo że oczyszczanie cylindra ze spalin było dokładniejsze niż w niejednym współczesnym silniku dwusuwowym. Pamiętajmy jednak, że silnik ten miał nawet namiastki wstępnego sprężania świeżego ładunku, co znacznie ograniczyło jego sprawność. Dlatego też dalsze prace wynalazcy nad ulepszeniem silnika idące w kierunku doboru najlepszych kątów sterowania ruchem gazów, nie zostały uwieńczone sukcesami i silnik ten nie przekroczył nigdy mocy 1,5 KM ( 1,105 kW ) przy 100 obr / min. Lenoir poczynił także próby użycia benzyny do napędu swego silnika, pracującego w dalszym ciągu na zasadzie silnika gazowego. Wbudował nawet tę ciężką maszynę do pojazdu, aby w 1863 roku wystartować do jazdy konkursowej na trasie Paryż - Joinville - le-Pont i z powrotem. Pojazd był jednak tak ciężki i topornie zbudowany, a szybkość tak mała, że Lenoir pozostał daleko w tyle za pojazdami parowymi; przebył jednak z honorem cała osiemnasto- kilometrową trasę. Czy Lenoir rzeczywiście był wynalazcą silnika spalinowego? Przecież jego silnik był zestawieniem wielu różnych, dokonanych wcześniej wynalazków, z czego Lenoir nie robił tajemnicy. W prospekcie reklamowym z 1864 roku czytamy: „Maszyna Lenoira posiada tłok według patentu Streeta; działa wprost i obustronnie jak silnik Lebona; zapala się iskrą elektryczną jak maszyna de Rivaza; może być napędzana paliwem według opracowania Herskine - Hazarda, przy czym pomysł rozrządu za pomocą kołowych tarcz zapożyczony został od Talbota. Jednak tylko silnik Lenoira zasysa gaz i powietrze oddzielnie przez szczelinę w cylindrze, bez użycia zawsze niebezpiecznej mieszaniny, wymagającej zastosowania pompy - i to właśnie jest przedmiotem ochrony patentowej, której silnikowi Lenoira nie można odebrać". Minęło kilkanaście lat, podczas których uwaga konstruktorów skupiła się na silniku o czterosuwowym cyklu pracy, gdy Anglik Dugald Clerk znów wrócił do prac nad silnikiem dwusuwowym. Jego silnik dwusuwowy, w którym po raz pierwszy zastosował wstępne sprężanie ładunku przez pompę ładującą, był tak wielkim osiągnięciem, że ten typ obiegu pracy, właściwy dzisiejszym silnikom dwusuwowym, jest często nazywany obiegiem Clerka. Clerk umieścił cylinder pompy ładującej wzdłuż cylindra głównego, a jego tłok połączony był korbowodem z wykorbieniem przesuniętym o pewien kąt względem wykorbienia głównego cylindra. Napływ do cylindra świeżego ładunku następował w chwili, gdy tłok był niedaleko zaworu wewnętrznego, a spaliny wydostawały się przez odsłonięty kanał wydechowy. Należy podkreślić, że sprawność cieplna tego silnika wynosiła już około 15%, co było ogromnym postępem w porównaniu z 2% uzyskanymi w silniku Lenoira. Widzimy więc, że obieg pracy silnika Clerka, skonstruowanego w 1881 roku w zasadzie nie różnił się od współczesnych sprężarkowych silników dwusuwowych. Niestety, rozmiary i ciężka, masywna konstrukcja nie pozwoliły na zastosowanie takich silników w pojazdach. Od tej chwili rozwój silników dwusuwowych postępuje szybko. Konstruktorzy coraz częściej dostrzegają, że silnik dwusuwowy ze względu na prostotę budowy, a więc i niewielkie wymiary, doskonale nadaję się do małych pojazdów, a przede wszystkim do motocykli. Dwucylindrowy silnik Heinricha Sohneleina jest już konstrukcją zwartą, w której jako pompę ładuacą wykorzystano zamkniętą szczelnie skrzynię korbową.