既烧机油又烧汽油,动力还强劲——二冲程发动机工作原理解析

摘要:然后与新鲜混合气混合后一同进入燃烧室内烧掉.一般低端二冲程发动机在油箱中按照固定的比例添加机油和汽油,汽油和机油的比例约20:1,但这种方式机油的比例不精确.因为科学的汽油-机油混合比例应是动态变化的:发动机负荷大时,供给的机油应多……

大部分汽车发动机都是四冲程的,即发动机曲轴每旋转两周,经历进气、压缩、做功、排气四个冲程完成一个工作循环.但是有一种发动机只需要曲轴转动一周、经历两个冲程即可完成一个工作循环,这就是两冲程发动机.很多人对此很陌生,今天我们就来说说两冲程发动机的结构和工作原理.

二冲程发动机的结构相对比较简单,主要由气缸盖、气缸、活塞、活塞环等零件组成,在缸体上开有进气孔、排气孔和换气孔；气孔的开启和关闭由活塞的位置决定.与四冲程发动机相比,没有复杂的配气机构和润滑系统,冷却系统一般都采用风冷,结构上大为简化.

二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞行程即曲轴旋转一周的时间内完成的.在四冲程内燃机中,常把排气过程和进气过程合称为换气过程.在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程.这两种内燃机工作循环的不同之处主要在于换气过程.

两冲程发动机同样也分为汽油机和柴油机,它们的结构和工作原理略有差别.

二冲程汽油机工作原理

1.第一行程:活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点.

当活塞还处于下止点时,进气孔被活塞关闭,排气孔和扫气孔开启.这时曲轴箱内的可燃混合气经扫气孔进入气缸,扫除其中的废气.随着活塞向上止点运动,活塞头部首先将扫气孔关闭,扫气终止.但此时排气孔尚未关闭,仍有部分废气和可燃混合气经排气孔继续排出,称其为额外排气.当活塞将排气孔也关闭之后,气缸内的可燃混合气开始被压缩.直至活塞到达上止点,压缩过程结束.

2.第二行程:活塞由上止点移至下止点.

在压缩过程终了时,火花塞产生电火花,将气缸内的可燃混合气点燃.燃烧气体膨胀作功.此时排气孔和扫气孔均被活塞关闭,惟有进气孔仍然开启.空气和汽油经进气孔继续流入曲轴箱,直至活塞裙部将进气孔关闭为止.随着活塞继续向下止点运动,曲轴箱容积不断缩小,其中的混合气被预压缩.此后,活塞头部先将排气孔开启,膨胀后的燃烧气体已成废气,经排气孔排出.至此作功过程结束,开始先期排气.随后活塞又将扫气孔开启,经过预压缩的可燃混合气从曲轴箱经扫气孔进入气缸,扫除其中的废气,开始扫气过程.这一过程将持续到下一个活塞行程中扫气孔被关闭时为止.

二冲程柴油机工作原理

1．第一行程:活塞由下止点移至上止点.

当活塞还处于下止点位置时,进气孔和排气门均已开启.扫气泵将纯净的空气增压到0.12～0.14mpa后,经空气室和进气孔送入气缸,扫除其中的废气.废气经气缸顶部的排气门排出.当活塞上移将进气孔关闭的同时,排气门也关闭,进入气缸内的空气开始被压缩.活塞运动至上止点,压缩过程结束.

2．第二行程:活塞由上止点移至下止点.

当压缩过程终了时,高压柴油经喷油器喷入气缸,并自行着火燃烧.高温高压的燃烧气体推动活塞作功.当活塞下移2/3行程时,排气门开启,废气经排气门排出.活塞继续下移,进气孔开启,来自扫气泵的空气经进气孔进入气缸进行扫气.扫气过程将持续到活塞上移时将进气孔关闭为止.

二冲程发动机润滑方式:

二冲程发动机润滑方式不同于四冲程发动机.四冲程发动机有一套完整的润滑系统,在油底壳中存储发动机机油,利用机油泵将机油打向需要润滑的部件；而二冲发动机没有油底壳,曲轴箱用于发动机进气,是依靠吸入气缸的混合气中含有一小部分的机油来润滑活塞和气缸内壁的.因为有机油参与燃烧,所以发动机会冒蓝烟,排气蓝烟的程度取决于混合气中供合的机油比例.

二冲程发动机有两种润滑方式,一种是混合润滑,即将润滑油混合在汽油中；另一种润滑方式是分离润滑,即利用机油泵,将润滑油打入曲轴轴颈等处,然后与新鲜混合气混合后一同进入燃烧室内烧掉.一般低端二冲程发动机在油箱中按照固定的比例添加机油和汽油,汽油和机油的比例约20:1,但这种方式机油的比例不精确.因为科学的汽油-机油混合比例应是动态变化的:发动机负荷大时,供给的机油应多些,而负荷小时,比例可以适当降低些.如小负荷时汽油和机油的配比为 100:1,中等负荷时汽油和机油的配比为60:1,只有在大负荷时汽油和机油的配比才需要20:1.因此一些相对高级的二冲程发动机都采用了分离式润滑.

分离控制的润滑方式采用单独的机油壶、机油泵和油管,利用机油泵将机油泵入发动机的化油器,在化油器内与汽油混合.这样设计的好处是机油泵转速和泵油量随着发动机转速的增大而增加,实现了随发动机负荷的变化而调节润滑机油的供给比例.

比如说铃木独有的cci润滑技术实现了机油的精确润滑.油门拉线同时控制化油器和机油泵,机油泵负责将机油壶里的机油泵入发动机曲轴及轴承润滑,飞溅出来的机油实际上进入了曲轴箱；另一路机油进入气缸,润滑活塞和气缸.实现了机油的精确润滑.

二冲程发动机优点:1、二冲程发动机没有进、排气门,没有复杂的配气机构和润滑系统,冷却系统一般都采用风冷,所以在结构上比四冲程发动机更简单,重量比较轻,制造成本低廉,故障率也更低,维修也比较方便.

2、二冲程发动机曲轴每转一周完成一个工作循环,作功一次.当曲轴转速相同时,二冲程内燃机单位时间的作功次数是四冲程内燃机的两倍.理论上二冲程发动机的功率应是四冲程发动机的两倍（但实际上只有1.5~1.7倍）,发动机的升功率更高,动力性更好.

3、由于曲轴每转一周作功一次,因此曲轴旋转的角速度比较均匀,发动机运转比较平稳,对于单缸发动机来说表现的更加明显.

4、标准的四冲程发动机只能在直立或倾斜角度不大的状态下工作,否则就可能在油料晃动的时候发生故障.而二冲程发动机可在任何方位上运转,即使是发动机处于倒立状态仍可有正常工作,这个特点对于某些手持移动式小型设备非常重要,比如链锯、除草机等.发动机使用的灵活性非常强.

二冲程发动机缺点:

1、与四冲程发动机相比较而言,二冲程发动机的运动部件润滑效果较差,零部件工作环境较恶劣,曲轴、活塞等零部件耗损得更快.所以二冲程发动机比四冲程发动机寿命短,一般只有四冲程发动机寿命的1/3～1/2.

2、二冲程发动机进气、排气过程只占曲轴转角的130°～150°,进、排气过程几乎同时进行,利用新气扫除废气,必然会有一些新鲜混合气随废气流出排气口,废气也不易清除干净.因此,二冲程内燃机的换气质量较差,燃料效率不高,整车的油耗比较高.

3、二冲程发动机在低速运转时,油门开度小,排气不充分,扫气不完全,燃烧室内新鲜混合气浓度低,会使新鲜混合气燃烧不完全,使废气中ch化合物的含量剧增；同时扫气时有一部分新鲜混合气随废气一同排出,混合气中的润滑机油燃烧不充分,也使排气中的ch化合物增多.因此二冲程发动机废气污染很大.有数据表明,一辆排量50ml的二冲程摩托车用发动机,它的排气污染大致相当于五台排量2.0l轿车发动机.这是二冲程发动机被淘汰的最主要原因.

4、发动机排气噪音大.燃烧产生的压力还没完全释放完,部分燃料还没有燃烧,就直接被排走,所以它的排气噪声比四冲程的发动机大很多.

由于二冲程发动机的优缺点都很明显,最主要是环保不达标,所以它的使用受到了很大的限制,一般只是应用于那些不常使用和“推重比”很重要的场合.比如说剪草机、油锯、航模、农作机械等,一些小型摩托车和比较讲究动力性能的越野摩托上使用的也比较广泛.还有就是坦克、船舶、重型运输车辆等,这些车型对发动机的动力性要求高,又要求发动机的重量轻、体积小,二冲程发动机就是很好的选择.

老侯点评

在八九十年代满街跑的摩托车,绝大多数都使用的是二冲程发动机.这些车的排气管永远是湿漉漉的,发动后冒出或深或浅的蓝色烟雾,气味非常难闻.这就是二冲程发动机最大的弊端:污染大.所以,尽管它的动力性好,但在全球节能减排、注重环保的大背景下,它被淘汰也是历史的必然.据说现在有汽车厂家正在研究如何降低它的排气污染.如果它能够克服大气污染这个难题,在将来也许会有重现光彩的那一天.

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