Dugald Clerk
Dugald Clerk (1854, Glasgow – 1932, Ewhurst , Surrey ) oli skotlantilainen insinööri, joka suunnitteli maailman ensimmäisen onnistuneen kaksitahtimoottorin vuonna 1878 ja patentoi sen Englannissa vuonna 1881. Hän oli valmistunut Andersonin yliopistosta Glasgowssa (nyk. University of Strathclyde ) ja Yorkshire Collegesta, Leedsissä (nyk. University of Leeds ).
Clerkin työ polttomoottorin parissa
Dugald Clerk oli kirjoittanut aiheesta laajan kirjan, joka kattaa öljy- ja kaasumoottorin kehityksen sen varhaisesta alusta ja yksityiskohtaiset tiedot omasta työstään tällä alalla. Ensimmäinen painos on tuotettu vuonna 1886, tässä artikkelissa käytetyt viittaukset ovat vuoden 1896, tarkistetusta ja päivitetystä 7. painoksesta.
Clerk aloitti työskentelyn oman moottorinsa parissa lokakuussa 1876. Siihen asti kaupallisilla markkinoilla saatavilla olleet moottorit perustuivat belgialaisen insinööri Étienne Lenoirin vuonna 1860 patentoimaan suunnitelmaan. Lenoirin moottori oli kaksitoiminen kaksitahtimoottori, mutta se käytti puolet joka iskustaan ajamalla kaasuseosta sylinteriin. Ranskalaisen Pierre Hugonin moottori oli tästä hivenen kehittyneempi versio, mutta molemmat olivat hyötysuhteeltaan melko tehottomia, koska kumpaisessakaan moottorissa ei käytetty puristusta. Lenoirin moottori käytti 2690 litraa kaasu-ilmaseosta tunnissa yhden hevosvoiman tehon tuottamiseen ja Hugonin moottori 2407 litraa. Seuraava kaupallinen moottori oli saksalaisten Nikolaus Otton ja Eugen Langen yhtiön NA Otto & Cien vuonna 1864 esittelemä konstruktio, jossa työtahdin paineena oli ympäröivä ilmanpaine, ja joka puolitti kaasuseoksen kulutuksen Lenoirin ja Hugonin moottoreihin nähden. Toukokuussa 1876 valmistui Otton ensimmäinen yksitoiminen, nelitahtinen moottori, jossa sylinteriin muodostettiin puristuspaine. Clerk päätti kehittää moottorin, joka käyttäisi hyödykseen puristusta, mutta toimisi kaksitahtisyklillä, koska hän näki että moottorin painossa ja toiminnassa saavutettaisiin etuja, kun moottori tekisi tuplasti työtahteja Otton moottoriin nähden.
Alkuun Clerk teki kokeita moottoreilla, jotka olivat perusajatukseltaan Lenoirin moottorin kaltaisia, mutta niissä oli erillinen puristusjärjestelmä ja uudenlainen sytytysjärjestelmä. Yksi tällainen moottori oli näytteillä vuonna 1879. Vei kuitenkin aikaa vuoden 1880 loppupuolelle, ennenkuin Clerk onnistui tekemään nimeään kantavasta kaksitahtimoottorista kaupallisen tuotteen.
Kirjassaan "Gas and Oil Engines" Clerk antaa tunnustustusta aiemmille kaasumoottorien kehittäjille, William Barnettille vuoden 1838 ja Lemuel Wrightille vuoden 1833 patenteistaan.
Clerk-sykli
Tutkimustyönsä perusteella Nikolaus Otto tuli vakuuttuneeksi, että hänen suunnittelemallaan moottorilla oli käytännön arvoa ja hän patentoi Otto-syklin vuonna 1877. Clerk seurasi kaksitahtisella moottorillaan Otton vanavedessä ja sai omalle moottorilleen patentin vuonna 1881.
Clerkin sykli toimii seuraavasti: "Moottorissa on kaksi sylinteriä, toinen on pumppu- ja toinen työsylinteri. Pumppusylinterin käyttövoima otetaan samalta kampiakselilta jota työsylinteri käyttää, omalla kammentapillaan, jonka kampikulma on työsylinteriin nähden suorassa kulmassa ja pumppusylinteri on johtava. Ensimmäisen jakson aikana paineen sytyttämä polttoaineseos painaa männän alas. Toisessa vaiheessa pakokaasuja poistetaan sylinteriseinämän pakoaukon kautta. Kun työsylinterin paine on laskenut ympäröivän ilmanpaineen tasalle, imutahdin puuttuessa ei mäntä muodosta sylinteriin alipainetta, joka imisi kaasuseoksen sisään, vaan tarvitaan pumppusylinteri joka avaa paineellaan venttiilin, jonka kautta kaasuseos työnnetään työsylinteriin. Kolmannessa vaiheessa sylinteriin syötetään korkeapaineista polttoaineseosta. Kierros päättyy loppupuristukseen ennen uutta sytytystä.. Tätä kiertoa kutsutaan Clerk-sykliksi.
Clerkin moottorin tärkeimpiä ominaisuuksia oli, että se yhdisti Otto-tyylisen polttoaineseoksen puristuksen kaksitahtimoottoriin ja sai tällä keinolla luotua moottorin, jonka periaatteita hyödynnetään tänäkin päivänä. Clerkin kaksitahtimoottorin periaatetta pystytään hyödyntämään erityisesti hitaasti käyvissä raskaissa kaksitahtidieseleissä, kuten rahtilaivojen ja junien moottorit, koska kaksitahtimoottorin hyötysuhde on vastaavan kokoista nelitahtimoottoria parempi ja rakenne yksinkertaisempi.
Seuraavan suuren läpimurron kaksitahtisten moottorien kehityksessä teki englantilainen insinööri Joseph Day vuonna 1889. Hän kehittti nykyaikaisen kaksitahtimoottorin, jossa on kampikammio, jonne polttoaineseos syötetään. Dayn keksintö mahdollisti venttiilittömän rakenteen, jonka ansiosta kaksitahtisten moottorien kokoa voitiin pienentää ja kierrosnopeutta nostaa.
