大多数汽车发动机采用四冲程,即发动机曲轴每两周旋转一次,经过进气、压缩、工作、排气四个行程完成一个工作周期。但是曲轴旋转一周,经过两次行程,就有一台发动机可以完成一个工作周期。这就是二冲程发动机。很多人对此很陌生。今天我们讲二冲程发动机的结构和工作原理。

二冲程发动机的结构比较简单,主要由气缸盖、气缸、活塞、活塞环等部件组成,气缸内有进气口、排气口、通气孔。气孔的开关和闭合由活塞的位置决定。与四冲程发动机相比,没有复杂的气体分配机构或润滑系统,冷却系统一般采用风冷方式,在结构上大大简化。

二冲程内燃机的工作周期是在两个活塞冲程,即曲轴旋转一周的时间内完成的。在四冲程内燃机中,排气过程和进气过程的总和称为通风过程。二冲程内燃机通风的过程是指废气从气缸内被新气体去除并更换的过程。这两种内燃机工作循环的区别主要在于通风过程。

二冲程发动机也分为汽油发动机和柴油机,它们的结构和工作原理略有不同。

二冲程汽油机工作原理

1.第一个行程:活塞被曲轴吸引,从低点移动到商店点。

当活塞仍处于下点时,进气口被活塞关闭,排气口和清洁孔打开。这时曲轴箱内的可燃混合物通过气孔进入气缸,清除其中的废气。活塞向上上升,活塞头先关闭扫频器,扫频器关闭。但是此时排气口尚未关闭,部分废气和可燃混合机通过排气口继续排出,据说是额外的废气。活塞关闭排气口后,气缸内的可燃混合机开始压缩。压缩过程结束,直到活塞到达停止点。

2.第二个行程:活塞从停止点移动到停止点。

压缩过程结束后,火花会产生火花,点燃气缸内的可燃混合物。燃烧气体膨胀立功。此时排气口和雨燕都被活塞关闭,但只有吸入口仍然打开。空气和汽油通过进气口继续流入曲轴箱,直到活塞裙关闭进气口为止。活塞继续向下,曲柄箱体积继续减小,混合气体被预先压缩。之后活塞头先打开排气口,膨胀的燃烧气体已成为废气,通过排气口排出。因此,工作过程结束,开始排气。然后活塞重新打开雨燕,通过预先压缩的可燃混合物从曲轴箱通过雨燕进入气缸,去除废气,开始空气清洗过程。该过程将在下一个活塞行程中继续,直到雨刮器关闭为止。

二冲程柴油机工作原理

1.第一个行程:活塞从下限移动到上限点。

活塞仍处于下点位置时,进气口和排气门都打开了。气泵将纯空气加压到0.12~0.14MPa后,通过气室和进气口进入气缸,消除废气。废气通过气缸顶部的排气口排出。活塞向上移动关闭进气口时,排气门也会关闭,进入气缸的空气开始压缩。活塞运动移动到停止点,压缩过程结束。

2.第二个行程:活塞从停止点移动到停止点。

压缩过程结束时,高压柴油通过喷油器喷射到气缸中,自行起火。高温高压燃烧气体使活塞运转。活塞向下移动2/3行程时,排气门打开,通过排气口排出。活塞继续往下走,进气口打开,从空气泵出来的空气通过进气口进入气缸,清洗空气。空气清洁过程将持续到活塞上升时进气口关闭为止。

二冲程发动机润滑方法:

二冲程发动机润滑方式与四冲程发动机不同。四冲程发动机有一个完整的润滑系统,可以在油底壳上储存发动机油,并使用油泵将油对准需要润滑的部件。李冲发动机没有机油底座,曲柄箱用于发动机吸入,吸入气缸的混合气体中含有一些机油,用于润滑活塞和气缸内壁。因为有参与燃烧的机油,所以发动机喷出蓝色烟雾,废气烟的程度取决于混合气体中供应的油的比例。

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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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