ตามชื่อที่แสดง เครื่องยนต์สองจังหวะจะเสร็จสิ้นรอบกำลังด้วยการเคลื่อนที่ของลูกสูบเพียงสองครั้ง เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์สี่จังหวะ การออกแบบสองจังหวะให้กำลังที่สูงกว่าด้วยระยะการเคลื่อนที่ที่เท่ากัน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการโครงสร้างน้ำหนักเบาและสมรรถนะสูง อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการเผาไหม้ที่ต่ำกว่าและการปล่อยมลพิษที่สูงขึ้นได้จำกัดการใช้อย่างแพร่หลายในยานพาหนะสมัยใหม่

เครื่องยนต์สองจังหวะมีต้นกำเนิดในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 วิศวกรชาวสก็อต Dugald Clerk ได้ออกแบบเครื่องยนต์สองจังหวะที่ใช้งานได้เป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2422 วิศวกรชาวเยอรมัน Karl Benz ได้ปรับปรุงแนวคิดนี้ในภายหลังและนำไปใช้ในรถต้นแบบยุคแรกๆ อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 เครื่องยนต์สองจังหวะได้รับความนิยมในการใช้งานในรถจักรยานยนต์ โครงสร้างที่เรียบง่ายและต้นทุนการผลิตต่ำทำให้เป็นแหล่งพลังงานที่ต้องการสำหรับรถจักรยานยนต์น้ำหนักเบาและประหยัด

เครื่องยนต์สองจังหวะทำงานโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างไปจากการออกแบบสี่จังหวะ ในขณะที่เครื่องยนต์สี่จังหวะจำเป็นต้องมีการเคลื่อนที่ของลูกสูบสี่ครั้งเพื่อให้รอบไอดี การบีบอัด การเผาไหม้ และไอเสียสมบูรณ์ เครื่องยนต์สองจังหวะจะบรรลุกระบวนการทั้งสี่อย่างสมบูรณ์ในเวลาเพียงสองจังหวะ:

1. จังหวะแรก (การเคลื่อนที่ของลูกสูบขึ้น):
   • ปริมาณ:ลูกสูบที่เพิ่มขึ้นจะสร้างสุญญากาศในห้องข้อเหวี่ยง โดยจะเปิดช่องไอดีเพื่อดึงส่วนผสมระหว่างอากาศบริสุทธิ์และเชื้อเพลิงเข้ามา การออกแบบบางอย่างรวมลิ้นวาล์วหรือวาล์วหมุนเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพไอดี
   • การบีบอัด:การเคลื่อนที่ขึ้นอย่างต่อเนื่องจะบีบอัดส่วนผสมในห้องเผาไหม้
2. จังหวะที่สอง (การเคลื่อนที่ของลูกสูบลง):
   • การเผาไหม้:ใกล้จุดศูนย์ตายบน หัวเทียนจะจุดส่วนผสมที่ถูกบีบอัด และดันลูกสูบลง
   • ไอเสีย:ลูกสูบทางลงจะเปิดช่องไอเสียก่อน ปล่อยให้ก๊าซเผาไหม้แรงดันสูงหลบหนีออกไป
   • การไล่:การเคลื่อนลงด้านล่างจะเปิดช่องถ่ายโอน บังคับให้ส่วนผสมใหม่จากห้องเหวี่ยงเข้าไปในกระบอกสูบเพื่อไล่ก๊าซไอเสียที่เหลืออยู่ การออกแบบการไล่ที่มีประสิทธิภาพถือเป็นสิ่งสำคัญต่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์

สถาปัตยกรรมที่ค่อนข้างเรียบง่ายของเครื่องยนต์สองจังหวะประกอบด้วยองค์ประกอบที่สำคัญหลายประการ:

• กระบอกสูบ:โครงสร้างแกนกลางที่เกิดการเคลื่อนที่ของลูกสูบ ซึ่งประกอบด้วยช่องไอดี ไอเสีย และช่องถ่ายโอน
• ลูกสูบ:ส่วนประกอบแบบลูกสูบที่แปลงพลังงานการเผาไหม้เป็นการเคลื่อนที่ทางกล
• ฝาสูบ:สร้างห้องเผาไหม้และบรรจุหัวเทียน
• เพลาข้อเหวี่ยง:แปลงการเคลื่อนที่ของลูกสูบเชิงเส้นเป็นแรงหมุน
• ก้านสูบ:เชื่อมโยงลูกสูบเข้ากับเพลาข้อเหวี่ยง
• ห้องข้อเหวี่ยง:ทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บน้ำมันหล่อลื่นและทำหน้าที่อัดล่วงหน้า
• หัวเทียน:จุดไฟส่วนผสมที่ถูกบีบอัด
• ระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง:ไม่ว่าจะเป็นคาร์บูเรเตอร์หรือระบบฉีดเชื้อเพลิงสำหรับผสมอากาศ-เชื้อเพลิง
• ระบบไอเสีย:จัดการการขับก๊าซและลดเสียงรบกวน

การออกแบบสองจังหวะต่างจากเครื่องยนต์สี่จังหวะที่มีบ่อน้ำมัน การออกแบบสองจังหวะใช้วิธีการหล่อลื่นทางเลือก:

• การหล่อลื่นพรีมิกซ์:น้ำมันผสมกับเชื้อเพลิงโดยตรง ง่ายกว่า แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า
• การหล่อลื่นแบบแยกส่วน:ระบบฉีดน้ำมันเฉพาะเพื่อการหล่อลื่นที่ดีขึ้น

ข้อดี:

• อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่สูงขึ้น
• โครงสร้างทางกลที่เรียบง่ายกว่า
• ลักษณะการเร่งความเร็วที่เหนือกว่า

ข้อเสีย:

• ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงต่ำ
• การปล่อยมลพิษที่สูงขึ้น
• การหล่อลื่นต่ำกว่า
• อายุการใช้งานสั้นลง

วิศวกรได้พัฒนานวัตกรรมหลายอย่างเพื่อจัดการกับข้อจำกัดของเครื่องยนต์สองจังหวะ:

• วาล์วไฟฟ้า:จังหวะเวลาของพอร์ตไอเสียที่แปรผันเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในช่วง RPM
• กกวาล์ว:ปรับปรุงการควบคุมไอดีและประสิทธิภาพ
• การฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง: การจ่ายเชื้อเพลิงที่แม่นยำเพื่อการเผาไหม้ที่สะอาดยิ่งขึ้น
• การกำจัดแบบแบ่งชั้น:ลดการปนเปื้อนประจุใหม่จากก๊าซไอเสีย

แม้จะมีความท้าทาย เครื่องยนต์สองจังหวะยังคงอยู่ในการใช้งานเฉพาะทาง:

• รถจักรยานยนต์และสกู๊ตเตอร์ขนาดเล็ก
• มอเตอร์ติดท้ายเรือเดินทะเล
• อุปกรณ์จัดสวน
• ยานพาหนะการแข่งขัน

ความก้าวหน้าในการฉีดเชื้อเพลิง เทคนิคการกำจัด และเชื้อเพลิงทางเลือกอาจช่วยรักษาเครื่องยนต์สองจังหวะในการใช้งานเฉพาะกลุ่ม ซึ่งความหนาแน่นของกำลังและความเรียบง่ายยังคงได้เปรียบ

เครื่องยนต์สองจังหวะถือเป็นบทสำคัญในประวัติศาสตร์เทคโนโลยีระบบขับเคลื่อน แม้ว่าความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมได้ลดบทบาทลงแล้ว การสร้างสรรค์นวัตกรรมอย่างต่อเนื่องอาจรักษาความเกี่ยวข้องในภาคส่วนเฉพาะที่ซึ่งข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์มีมากกว่าข้อจำกัด