كما يوحي الاسم، يكمل محرك ثنائي الأشواط دورة طاقة في حركتي مكبس فقط. بالمقارنة مع محركات الأشواط الأربعة، توفر تصميمات ثنائية الأشواط خرج طاقة أعلى عند الإزاحات المكافئة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب بناء خفيف الوزن وأداءً عاليًا. ومع ذلك، فإن كفاءة الاحتراق المنخفضة والانبعاثات العالية قد حدت من اعتمادها على نطاق واسع في المركبات الحديثة.

يعود أصل محرك ثنائي الأشواط إلى أواخر القرن التاسع عشر. صمم المهندس الاسكتلندي دوغالد كليرك أول محرك ثنائي الأشواط عملي في عام 1879. قام المهندس الألماني كارل بنز لاحقًا بتحسين المفهوم وتطبيقه في النماذج الأولية للسيارات المبكرة. ومع ذلك، لم تكتسب محركات ثنائية الأشواط شعبية في تطبيقات الدراجات النارية إلا في أوائل القرن العشرين. جعلها البناء البسيط وتكاليف التصنيع المنخفضة مصدر الطاقة المفضل للدراجات النارية الخفيفة والاقتصادية.

تعمل محركات ثنائية الأشواط بشكل مختلف جوهريًا عن تصميمات الأشواط الأربعة. في حين أن محركات الأشواط الأربعة تتطلب أربع حركات للمكبس لإكمال دورات السحب والضغط والاحتراق والعادم، فإن محركات ثنائية الأشواط تنجز جميع العمليات الأربع في شوطين فقط:

1. الشوط الأول (حركة المكبس لأعلى):
   • السحب: يخلق المكبس الصاعد فراغًا في علبة المرافق، ويفتح منافذ السحب لسحب خليط الهواء والوقود النقي. تتضمن بعض التصميمات صمامات القصب أو الصمامات الدوارة لتحسين كفاءة السحب.
   • الضغط: تستمر الحركة التصاعدية في ضغط الخليط في غرفة الاحتراق.
2. الشوط الثاني (حركة المكبس لأسفل):
   • الاحتراق: بالقرب من النقطة الميتة العليا، تشعل شمعة الإشعال الخليط المضغوط، مما يدفع المكبس إلى الأسفل.
   • العادم: يفتح المكبس الهابط أولاً منافذ العادم، مما يسمح لغازات الاحتراق ذات الضغط العالي بالهروب.
   • التنظيف: تفتح الحركة الهابطة الإضافية منافذ النقل، مما يجبر الخليط النقي من علبة المرافق إلى الأسطوانة لتطهير غازات العادم المتبقية. يعد تصميم التنظيف الفعال أمرًا بالغ الأهمية لأداء المحرك.

تتكون البنية المعمارية البسيطة نسبيًا لمحركات ثنائية الأشواط من عدة مكونات أساسية:

• الأسطوانة: الغلاف الأساسي حيث تحدث حركة المكبس، ويتميز بمنافذ السحب والعادم والنقل.
• المكبس: المكون الترددي الذي يحول طاقة الاحتراق إلى حركة ميكانيكية.
• رأس الأسطوانة: يشكل غرفة الاحتراق ويضم شمعة الإشعال.
• عمود المرفق: يحول حركة المكبس الخطية إلى قوة دورانية.
• ذراع التوصيل: يربط المكبس بعمود المرفق.
• علبة المرافق: بمثابة خزان تشحيم ويؤدي وظائف ما قبل الضغط.
• شمعة الإشعال: يشعل الخليط المضغوط.
• نظام توصيل الوقود: إما المكربن أو حقن الوقود لخلط الهواء والوقود.
• نظام العادم: يدير طرد الغازات وتقليل الضوضاء.

على عكس محركات الأشواط الأربعة المزودة بحوض الزيت، تستخدم تصميمات ثنائية الأشواط أساليب تشحيم بديلة:

• التشحيم المسبق: الزيت ممزوج مباشرة بالوقود، وهو أبسط ولكنه أقل فعالية.
• التشحيم المنفصل: نظام حقن الزيت المخصص لتحسين التشحيم.

المزايا:

• نسبة القدرة إلى الوزن الأعلى
• بناء ميكانيكي أبسط
• خصائص تسارع فائقة

العيوب:

• ضعف كفاءة الوقود
• انبعاثات أعلى
• تشحيم أقل
• عمر تشغيلي أقصر

طور المهندسون العديد من الابتكارات لمعالجة قيود ثنائية الأشواط:

• صمامات الطاقة: توقيت منفذ العادم المتغير لتحسين الأداء عبر نطاقات دورة في الدقيقة.
• صمامات القصب: تحسين التحكم في السحب والكفاءة.
• الحقن المباشر للوقود: توصيل الوقود بدقة لاحتراق أنظف.
• التنظيف الطبقي: تقليل تلوث الشحنة النظيفة بغازات العادم.

على الرغم من التحديات، تستمر محركات ثنائية الأشواط في التطبيقات المتخصصة:

• الدراجات النارية والدراجات البخارية ذات الإزاحة الصغيرة
• محركات خارجية بحرية
• معدات تنسيق الحدائق
• مركبات المنافسة

قد تؤدي التطورات في حقن الوقود وتقنيات التنظيف والوقود البديل إلى الحفاظ على محركات ثنائية الأشواط في التطبيقات المتخصصة حيث تظل كثافة الطاقة والبساطة مفيدة.

تمثل محركات ثنائية الأشواط فصلاً مهمًا في تاريخ تكنولوجيا الدفع. في حين أن المخاوف البيئية قد قللت من دورها، فإن الابتكار المستمر قد يحافظ على أهميتها في القطاعات المتخصصة حيث تفوق مزاياها الفريدة قيودها.