二冲程发动机的换气性能利用多个气体流动变量进行说明。这些性能变量是在理论上表示扫气作用良好与否的值，有些变量不能直接进行检测。使用曲轴箱扫气法的点燃式二冲程发动机的全盘扫气性能值见表7-4。表7-4 二冲程发动机的扫气性能......
2023-06-28
二冲程发动机也分为点燃式发动机和压燃式发动机
【摘要】：二冲程发动机也分为点燃式发动机和压燃式发动机。目前最大型发动机和最小型发动机均采用二冲程压燃式发动机。二冲程点燃式发动机因燃料消耗率较高，且有害废气排放量大等问题，在汽车上不使用，主要用于摩托车等小型发动机上。这是因为二冲程发动机每旋转1周做功1次，四冲程发动机是每旋转2周做功1次。因此二冲程发动机的扫气过程是影响发动机性能和效率的最重要因素。
二冲程发动机也分为点燃式发动机和压燃式发动机。目前最大型发动机和最小型发动机均采用二冲程压燃式发动机。最小型发动机是配备预热塞的压燃式发动机，输出功率在100W以下的发动机也有。最大型发动机也同样采用二冲程压燃式发动机，因大型活塞的重量影响其转速受到限制，但能获得很大的输出功率，因此广泛使用在大型船舶等的动力系统上。二冲程点燃式发动机因燃料消耗率较高，且有害废气排放量大等问题，在汽车上不使用，主要用于摩托车等小型发动机上。
1.结构
二冲程发动机如图1-7所示，没有进气门和排气门，在气缸壁上设置有扫气口和排气口，在曲轴箱内设置有簧片阀，另外除了燃烧室外还有曲轴箱。气缸壁上的排气口和扫气口在活塞上下运动时不断开启和关闭。也有的二冲程发动机将进气口与排气口、扫气口一同设置在气缸壁上。
2.工作原理
二冲程发动机虽然仅以2个行程形成1个循环，但在1个循环中与四冲程发动机相同，进气、压缩、膨胀做功和排气4个行程都具备。新气（燃料空气混合气或空气）的压缩行程、膨胀做功过程与四冲程发动机相同，但进气和排气行程不同。四冲程发动机的进气和排气行程在曲轴旋转1周完成一次，但二冲程发动机新气和废气的交换以做功行程的下止点为中心、曲轴旋转1/2周时完成一次。
①压缩和进气过程：如图1-7a所示，活塞从下止点开始上升至完全关闭扫气口和排气口时，气缸内的新气开始被压缩。同时密闭的下部曲轴箱因活塞的上升导致压力下降处于真空状态，此时簧片阀开启，新气开始进入到曲轴箱内。
②燃烧和做功过程：如图1-7b所示，如果是点燃式发动机，在压缩行程末期通过火花塞点燃混合气；如果是压燃式发动机，在火花塞位置设置的喷油器喷射燃油并自发着火燃烧，使燃烧气体推动活塞向下运动。此时簧片阀关闭，活塞从上止点开始到排气口开启的位置膨胀做功，同时使进入到曲轴箱内的空气被压缩。
③排气过程：如图1-7c所示，活塞下降到排气口开启时，燃烧气体开始排放。此时曲轴箱内的混合气进一步被压缩，压力上升。
④扫气过程：活塞进一步下降时，如图1-7d所示，扫气口也开启，曲轴箱内被压缩的新气开始膨胀进入到气缸内，并驱赶气缸内的燃烧气体。新气进入并驱赶气缸内燃烧气体的过程称为扫气。活塞开始上升时，通过活塞将扫气口和排气口依次关闭。
图1-7 二冲程发动机的工作原理
3.指示线图
二冲程发动机的指示线图如图1-8所示。在指示线图中没有进气、排气过程，表示为a-c进气和压缩过程、c-d为燃烧过程、d-e-a膨胀过程和e-a-b扫气过程。从气门正时线图中可以看出，当活塞下降时首先开启排气口e（EO），其后开启扫气口f（SO），当活塞上升时首先关闭扫气口f′（SC），其后关闭排气口b（EC），以做功过程的下止点（BTC）为中心，约为曲轴旋转1/2周时完成新气和废气的交换。
4.特征
二冲程发动机的特征如下：
①在排气量、转速相同的条件下，如果不考虑扫气效率，二冲程发动机的输出功率为四冲程发动机的2倍。这是因为二冲程发动机每旋转1周做功1次，四冲程发动机是每旋转2周做功1次。但是，考虑各冲程损失和扫气效率、机械效率等的影响，实际输出功率为1.5～1.6倍。
②因每转都要做功，因此转矩变化小且均匀。
③因没有气门机构，即使有也简单，因此部件数量少，相对于输出功率的摩擦损失和机械性噪声小，尺寸小，比功率大。
④排出燃烧气体并且新气（燃料空气混合气或空气）进入的时间短，因此与四冲程发动机相比，实际有效行程小。
⑤在发动机结构层面上排气口和扫气口同时开启的重叠时间长，会使新气通过排气口排放，因此碳氢化合物的排放量大。
⑥在扫气作用不完全时，大量的燃烧气体会残留与新气混合，另外部分混合气会通过排气口排放，因此不仅因进气量不足导致平均有效压力下降，还会导致燃料消耗率增加。因此二冲程发动机的扫气过程是影响发动机性能和效率的最重要因素。
图1-8 二冲程发动机的p-V线图与气门正时
二冲程汽油机因不完全扫气的问题，只能供给浓可燃混合气，部分燃料在扫气过程中直接通过排气口排放，因此热效率低。同时虽然它没有燃料损失，但气缸内残留有过多废气，因此效率会降低。
二冲程柴油机所存在的上述问题，通过增压可以解决。当增压时，进气空气压力比排气背压大得多，因此能获得良好的扫气效果，尤其是柴油机即使在扫气过程中进气通过排气口排放，因不包含燃料，其效率也不会降低。因此，大型发动机多使用带扫气泵增压器的二冲程柴油机。表1-4为二冲程发动机与四冲程发动机的比较。
表1-4 二冲程发动机与四冲程发动机的比较
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