يُستعمل المحرك الثنائي الشوط لتحريك الآليات الصغيرة وتشغيل تجهيزات الاستغناء عن الجهد البشري التي من قبيل منشار السلسلة وقصاصة العشب. يبيِّن الشكل6.4 رسماً مبسطاً لدورة المحرك.

الشكل :6.4 دورة المحرك ثنائي الشوط وصف خطوات الدورة مُدرج في النص. السمة الأساسية لهذا المحرك هي أن طرح نواتج الاحتراق وسحب مزيج الوقود والهواء يحصلان في نفس الوقت وفق المبين في d.

في الجزء (أ) من الشكل، يكون المحرك بالقرب من قعر شوطه ويكون المكبس على وشك الحركة إلى الأعلى ضاغطاً مزيج الوقود والهواء. ومع صعوده إلى الوضعية (ب)، يدخل مزيج جديد من الوقود والهواء إلى ما تحته في حين أن المزيج الذي فوقه يكون مضغوطاً. وعند ضغط عال بقدر كاف تقدح شمعة الاحتراق وتُشعل المزيج المضغوط، ويُدفع المكبس في شوط القوة (ج) نحو الأسفل. ومع اقتراب المكبس من أسفل الأسطوانة، تبدأ غازات الاحتراق بالخروج عبر فتحة العادم، ويحصل ذلك في نفس وقت دفع مزيج الوقود والهواء الجديد إلى أعلى الأسطوانة. ثم تتكرر الدورة.

يُعدُّ تصميم المحرك الثنائي الشوط الموصوف هنا تصميماً بسيطاً، وقد أُدخلت فيه تعديلات كثيرة لتحسين مردوده وخصائصه الأخرى. ومع ذلك يجب أن يكون واضحاً أن إحدى سمات التصميم، وهي دخول مزيج الوقود والهواء إلى الأسطوانة وخروج غازات الاحتراق منها في نفس الوقت، يمكن أن تؤدي إلى مشاكل تتعلق بعدم احتراق المواد الهدروكربونية كليا. وتتفاقم المشكلة لأن وقود هذا المحرك يتألف عادة من مزيج من البنزين ومزلّق نفطي كتلته المولية الوسطى أعلى من تلك التي للبنزين، ولذا تتأكسد بكفاءة متدنية في أثناء عملية الاحتراق مقارنة باحتراق البنزين الذي هو أخف منها.

ثمة سمة أخرى في تصميم هذا المحرك هي أن الاحتراق يحصل عند درجات حرارة أخفض من تلك التي يعمل عندها المحرك الرباعي الأشواط المألوف. وتؤدي هذه السمة مع السمة المذكورة آنفاً إلى غازات احتراق ذات تركيب فقير نسبياً بأكسيد مع النتروجين وغني بالأكسجين والمواد الهدروكربونية، حتى عندما يُشغل المحرك في ظروف صحيحة أمثال التفاعل.

تشابه المواد الهدروكربونية التي تنبعث من محرك القارب البحري الذي يعمل بالبنزين بطبيعته لا بمقداره، تلك التي تنبعث من الآليات البرية التي تستعمل نفس الوقود. وتتضمن مكوناتها مواد هدروكربونية عطرية، وخاصة عطريات الألكيل alkyl) (aromatics. وفي حالة محرك القارب، تُطرح الغازات في الماء مباشرة. ومع أن قابلية انحلال هذه الجزيئات الهدروكربونية في الماء قليلة، فإن مفاعيلها البيئية السامة في المتعضيات المائية يمكن أن تكون خطيرة.

تُصنع حالياً محركات قوارب ثنائية ورباعية الأشواط لها نفس خرج الاستطاعة (power output) ، ولذا من الممكن مقارنة الانبعاثات منها في نفس الظروف. في اختبار أُجري باستعمال محركين استطاعتيهما تساويان 7.3 كيلو واط ويعملان بالبنزين ⁽¹⁾، وُجد أن غازات العادم تتصف بالتركيب المبين في الجدول 3.4.

الجدول 3.4 غازات عادم مكونة من أول أكسيد الكربون وأكاسيد النتروجين ومواد هدروكربونية تنبعث من محركين استطاعة كل منهما تساوي 7.3 كيلو واط، أحدهما ثنائي الشوط والثاني رباعي الأشواط، يعملان في نفس الظروف⁽¹⁾.

تؤكِّد هذه البيانات المفعولين اللذين سبق ذكرهما، أي إن المحرك الثنائي الشوط يُصدر مقادير كبيرة نسبياً من المواد الهدروكربونية، ومقادير صغيرة نسبياً من أكاسيد النتروجين. يمكن استعمال الحفازات لتقليص الانبعاثات الهدروكربونية، لكن الحفّاز يجب أن يكون من النوع المؤكسد. ونظراً إلى أن معظم المحركات الثنائية الشوط صغيرة الحجم، فإن الغازات تُطرح بالقرب من حجرة الاحتراق وتكون حارة جداً. لذا قد يكون من الضروري تبريدها حتى درجة حرارة يكون عندها الحفّاز فعالاً، وإحدى طرائق تحقيق ذلك هي إدخال مزيد من هواء التبريد مباشرة قبل عبور منظومة التحفيز.

وتستطيع الحفازات تقليص الانبعاثات بنجاح حتى مستويات منخفضة كثيراً. يتضمن الجدول 4.4 بيانات لمحرك دراجة نارية عالي الأداء سعته تساوي 125 سنتيمتراً مكعباً، ويعمل في ثلاثة أنماط محرك عادي من دون تعديل، ومحرك ذو مكربن مستمثل مع تنظيف لغازات العادم، ومحرك ذو عادم مزود بمنظومة تحفيز، ومحرك تتوافق انبعاثاته مع مقايس الحكومة السويسرية الصارمة⁽²⁾ (الجدول 4.4)

----------------------------------------------------------

⁽¹⁾ F. Juttner [et al.], "Emissions of Two and Four-Stroke Outboard Engines: I. 5 Quantification of Gases and VOC," Water Research, vol. 29 (1995), pp. 1976-1982.

^{(2) F Laimbock quoted in: Gordon P. Blair, The Basic Design of Two-Stroke Engines (Warrendale, PA: Society of Automotive Engineers, 1990), p. 328.}