二冲程发动机特点概述.docx

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1、二冲程发动机特点概述可用于摩托车的发动机有许多种；按燃料性质来看有使用燃油的汽油机、柴油机、涡轮式发动机。使用液化汽的发动机。使用燃料电池的电动机。按发动机的结构特性来看，使用燃油的汽油机、柴油机、与使用液化汽的发动机是同一类。 目前一般的车用发动机都是使用燃油作燃料的活塞式内燃机，其中又分为二冲程发动机与四冲程发动机。在新潮的车辆中，有采用类似柴油机喷油燃烧方式的趋向；例如目前时新潮的“电喷”汽油机，其中有的燃烧方式就有接近柴油机的。 活塞式内燃机最主要的结构特征就是：以燃烧油料为主，有密封的燃烧室、汽缸与上下运动的活塞。其基本原理是：燃料与空气在密封的汽缸内混合压缩燃烧后，产生的高温膨胀气

2、体推动活塞移动，通过连杆与曲轴的力矩转换作用，发动机就有了主轴转动形式的动力输出。 为了达到发动机应有的功能，燃油活塞式内燃机的机体总成由各种不同作用的局部系统部分组成，大致是：启动、点火、进气、配气、配油、控制、燃烧、力矩转换、排气消音、等等。它们的合理组成与配合协调才能形成一个有效的活塞式内燃机。 活塞式内燃机按点火方式来分，有电火花引燃与压缩点燃两大类。按燃烧方式来说，有匀质燃烧与分层燃烧两大类。按供油方式来说，有化油器与喷油泵两大类。按配气方式来分有二冲程与四冲程两类，关于二冲与四冲的配气问题，书上讲的很多，在此帖中将省略些。 本帖这次主要阐述的是关于摩托车发动机中的点火、燃烧及燃料性

3、质；重点在目前比较流行的活塞式内燃机应用原理特点及改进要点，在三轮摩托车中使用的柴油机及特性，以及将来有发展趋势的电喷、分层燃烧等活塞式内燃机。 一、轻摩中最常用的二冲程汽油机： 这是一种比较特别的汽油内燃机，多用在简易车辆与轻型航空器上，日常生活里在轻摩发动机中最常见，在本版里有许多关于摩托车节油的帖子，多是拿它做试验后写出来的。在此以轻摩中最常用的50CC二冲程汽油机为例，阐述一下它的特点与不同其他发动机之处。 二冲程发动机与四冲程发动机相比，最显著的特征之一是换气方式，它的排气与进气方法脱离了四冲程发动机那种传统经典的呼吸式换气方式，很另类地采用了用新鲜燃汽给汽缸内吹汽扫气的换气方式，排

4、气与进汽都是在发动机的下半圈里同时进行，排气与进气的脉冲比较均匀。 因为它这种独特的换气方式，省去了发动机为换气再转一圈的消耗，在发动机转动的上半圈中就完成内燃机运转循环所必需的前期压缩与燃烧做功，一圈中就含有进汽、压缩、燃烧、排气等四个程序。所以它最显著的特征之二就是发动机每转都有燃烧作功，马力较大。 因为它这种换气方式，只用简单的簧片阀与汽缸体上的扫气口就省去了四冲发动机为换气所必须配备的气阀运动结构，所以发动机的结构比较简单轻便，整机制造成本较低，维护简单可靠耐用。因为发动机结构简单，运转比较轻便，转速也就比较地高，是它最显著的特征之三。 二冲程发动机与四冲程发动机相比，明显不同的特征之

5、四是燃烧室：二冲程发动机的燃烧室不象四冲程发动机那样要受进排气阀的约束，可以在较大的范围里自由设计，选择最好的形状与容积，充分利用挤气、涡流-等气流效应，还有最大的容积/面积比例来提高燃烧效益。 因发动机转速较高与每转都有燃烧作功的原因，故有的二冲程发动机比同排量的四冲程发动机要多出一倍的输出功率。加上它转速高、马力大、维护简单的特点，故多适宜用在需要轻型发动机的小型航空器与快艇、摩托车上。但因体积小而功率大，往往会有散热不足的问题。 从表面上看它的换气结构简单，省略了繁杂的气阀配气结构；但这种换气方式很难做到换气彻底，扫气时充入的燃汽会有泄漏损失，汽缸里还有残留废气，很难形成最佳燃汽状态。所

6、以要求它的扫气口设计极为讲究，有时发动机性能上的差异，就是因为扫气口设计的不同。 因为二冲程发动机每转动一圈就燃烧作功一次，所以单缸机的振动也比较均匀；但它的排气压力比四冲程发动机要高得多，要求发动机的排气口与排气管比较畅通，略有堵塞就影响发动机的最大马力。这与削弱排气声有矛盾，有时会用排气管中的“膨胀室”结构来解决问题。 因为二冲程发动机独特的换气方式，油门越小时充入气缸的新鲜燃汽越少，气缸内残留的废气就越多。为了能够点着火，就要求充入燃汽的燃油浓度高些。在新鲜空气偏少的情况下，燃汽中油多氧少，多余的燃料就造成浪费与污染环境，这是二冲程发动机费油的原因之一。 二冲程发动机的排气口位置高于扫气

7、口，这样一来在换气的过程中，不免有部分刚充入的新鲜燃汽被挤泄出排气口，这也是二冲程发动机浪费燃料的短处之一。而且因为排气口的高度尺寸占去活塞行程的20-40%，所以二冲程发动机的实际工作排量只有标称排量的60-80%。 因为它的转速较高，而且是每一转都要燃烧作功，发动机产生的热量较大，这类小排量发动机在自然风冷时，汽缸的散热比较成问题。为防汽缸过热导致燃汽提前自行着火，发动机的压缩比不能过大。这将致使发动机的效益偏低，对汽油的标号也要求高些，很难使用其他燃油。 因为它的转速较高，所以需要瞬间挥发性与燃烧性能都比较好的燃料；在一般的发动机中，多使用挥发性与热值都较高的汽油来做燃料。 二冲程汽油机

8、与四冲程汽油机虽然用的都是化油器供油，但在化油特性上有个很大的不同之处：二冲程汽油机的雾化燃油与新鲜空气不是直接进入汽缸燃烧，而是在曲轴箱里过上几圈，才在扫气时被压进汽缸。这使得燃料有更多的汽化时间与混合时间，也有了较大的供给惯性。 比较四冲程汽油机而言，二冲程汽油机的“冷热机效应”较为明显；这是因为二冲程汽油机的雾化燃油与新鲜空气要在曲轴箱里过上几圈，才被送进汽缸内燃烧，这使得燃料汽化程度与曲轴箱温度有着过于密切的直接关系。有时冬天摩托车启动困难就是因为发动机过冷，燃油难以汽化的原因。这是汽油机的通病，在二冲机上尤为突出。这种“冷热机效应”也有一定的时间惯性，故要求调节化油器都在热机时进行。

9、 为适应发动机的“冷热机效应”，二冲程发动机的化油器上都有“加浓”油路作冷机启动的应急备用，不提倡简单将化油器调节得供油过浓来适应冷机状态。二冲程发动机的燃烧中本身就已经含有润滑油，再将化油器调节过度，热机时严重富油，火花塞很容易积碳失灵。 二冲程发动机因为残留废气偏多，所以要求的燃汽浓度也比四冲程发动机要偏高点；再加上二冲程发动机的吸气负压比四冲机要低得多，所以四冲程发动机的化油器不可简单与二冲程发动机对换使用，否则供油比例严重失调。在换用化油器时，需要对化油器进行改进与调整。 二冲程发动机的润滑系统比较简单。过去多是使用含3-4%润滑油的混合汽油燃料，近代开始有改用随车小机油泵给发动机滴注

10、加入润滑油的做法。但怎么样也还是有部分润滑油进入汽缸参与燃烧，造成排放废气中有烟雾状焦油类污染物，气缸内的排气口与火花塞也容易积碳。 因为二冲程汽油机扫气方式的换气不彻底性，汽缸内还残留较多废气，为保持怠速状态更要加浓燃油，燃烧状态富油缺氧。这种燃烧温度偏低缺氧的状态，固然可以减少一氧化氮类酸性污染物产生，但产出一氧化碳与燃烧未尽的碳氢化合物偏多，所以整机耗油多污染偏大。 因为传统经典的二冲程汽油机不能较好地解决换气彻底与燃气泄漏的问题，还有部分机型是应用混合油方式来解决发动机润滑问题，所以整机耗油多污染大。 .因为二冲程发动机的转速较高，所以要求点火角随机应变的范围较大。目前许多轻摩发动机上

11、都采取了单一点火角的简单作法，这给二冲程发动机的性能带来很大的限制；须知二冲程发动机本身就有低转速时扭矩不足的缺点，再不用点火角来弥补点，发动机的性能怎能提高？ .目前许多传统经典的二冲程汽油机犹如原始教学模型，许多配件非常原始丑陋，整机耗油多且污染大；一般轻摩耗油率都在30-50KM/L，实际上这个数据是能够翻一番的。需要并且可以自行改进的重点有：化油器，随动点火角，燃烧室，扫气口，进汽喉管。 .目前二冲程汽油机多是被社会舆论所贬低压制，人们似乎忘记了它在发动机历史上的重要地位与突出贡献。出于政治手段与某种形势需要，社会舆论与车管政策对它的打击与限制是越来越多。 .其实二冲程汽油机的优点还是

12、很多的，有些方面还是四冲程汽油机所望尘莫及，只要有心将它好好改进更新换代，二冲程汽油机还是有很好的发展前景。 二、汽车上应用最多的四冲程汽油机： 这是一种比较经典的汽油内燃机，日常生活里在汽车与摩托车发动机中最常见，在本版里因为与轻摩关系不大而较少提起。它的结构在发动机中比较成熟，构造上与二冲程汽油机有许多不同的地方与特点，性能上也有许多优于二冲程汽油机的地方。因其耗油偏低排放污染较小，故广泛应用于需要经济耐用的通用车辆、飞机、快艇与摩托车上。关于它的资料，在一般的教材书籍中都比较多，所以本版很少再重复提起。在此仅以摩托车中常用的四冲程汽油机为例，阐述一下它与其他发动机不同之处的特点。 1.四

13、冲机与二冲程发动机相比，最显著的区别就是换气方式；它的排气与进气方法是按传统内燃机那种经典的呼吸式换气方式，很规范地通过活塞在汽缸内一进一退的方式，来解决发动机的排气与进气的换气问题。这需要发动机专门为换气程序转动一圈，再加上气阀机构的配合。 2.因为它这种经典规范化的换气方式，发动机需要转动两圈才可以完成一次运转程序：进汽、压缩、燃烧做功、排气，这四种程序是它最标准的工作状态。所以它最显著的特征之二就是发动机每两转才燃烧作功一次，导致同样排量发动机的输出功率理论上较二冲程发动机偏低些。 3.因为它这种规范化的换气方式，曲轴箱与换气无关。发动机必需具备为换气所必须配备的气阀运动结构，所以发动机

14、的结构比较复杂繁琐，整机体积与重量偏大。由于配气机构运转有点内耗与惯性，转速不宜偏高，故四冲程发动机的最高转速偏低，这是它最显著的特征之三。 4.四冲程发动机与二冲程发动机相比，明显不同的特征之四是燃烧室：四冲程发动机的燃烧室要受进排气阀的约束，不象二冲程发动机那样可以自由发挥。在设计燃烧室时要十分用心推敲，在不影响进排气阀的前提下，绞尽脑汁地去选择较好的形状，很难利用挤气、涡流-等气流效应来加强燃烧效益，同排量下淬熄层的面积也偏大许多。 5.从表面上看它的换气结构使用了繁杂的气阀配气结构，换气应该比较透彻；但实际上这种换气方式也有换气不彻底的短处，每次排气时还会留下燃烧室内的一些废气，所以气

15、阀对进、排气的相位还有点讲究。好处还是主要的：残留的废气较少，新鲜燃汽也没有泄漏损失，所以虽然发动机有换气机构的功率内耗，但总体上比二冲程发动机还是较为节油。 6.因为它的换气结构比较繁琐，所以发动机的结构比较笨重复杂化，整机制造成本较高，维护调整也比较复杂化点。但有一点二冲程发动机所没有的好处：曲轴箱与换气无关，如无故障毛病，只要加一次4T的润滑油就可以使用很长一段时间，不用老是关注发动机润滑的问题。如此换气方式还有一个特点是：适宜作大排量低转速的发动机。 7.因为它的转速不是太高，有一圈的进气压缩程序时间可以汽化燃料，所以对汽油的挥发性与燃烧性要求偏低些，可以使用价格低廉的燃料。 8.因为

16、发动机是每两转才燃烧作功一次，又有进气燃料汽化散热时间，气缸产生的热量比较容易散发。这类大排量的发动机除了自然风冷，还有水冷或是油冷方式。汽缸散热问题解决较好，因此不怕燃汽提前自行着火，发动机的压缩比可以适当大点，使得发动机效益提高点。 9.四冲程发动机的进气、压缩、膨胀、排气是在活塞的全部行程中进行，不象二冲程发动机的实际工作容积被排气口打了折扣；故四冲发动机的作功效益比二冲发动机要高出许多，标称排量就是它的实际工作容积。这就是许多四冲程发动机也能达到与同排量二冲程发动机一样功率的原因之一。 10.因为四冲程汽油机压缩比偏高，燃汽中残留废气较少，燃烧时氧气充足状态较好，所以燃烧时的瞬间温度偏

17、高。燃烧的温度偏高与富氧，固然可以减少一氧化碳与未燃的碳氢化合物，但在高温高压下容易产生一氧化氮类的酸性污染物。所以整机耗油低时，也不是完全没有污染。 11.因为传统经典的四冲程汽油机能较好地解决换气彻底与燃气缺氧的问题，也有较好的方式来解决发动机的润滑问题，所以整机耗油低而污染小，燃油效益与排放污染的技术指标都超过二冲程汽油机。但在疯狂飙车的同时，要小心四冲机富氧燃烧所带来的燃烧室零件烧蚀问题。 12.因为目前的四冲程汽油机使用的也是限制进气量的化油器，所以在小油门时发动机的实际进气量很低。这使得发动机工作时的实际压缩比严重偏小，发动机作功效益严重降低。故四冲程汽油机车辆多具备较多的档位，希

18、望能在较大的油门状态下偏低转速运行。 13.此外，四冲程发动机与二冲程发动机相比，明显不同的地方还有：燃料系统与曲轴箱无关，雾化燃油与新鲜空气是直接进入汽缸的，燃料的汽化主要是进气与压缩程序时在汽缸里完成。这是燃料最主要的汽化时间，对气缸也有一定的冷却作用。为此，还要讲究点进气环流技术。 14.四冲程汽油机也是用化油器供油，但在供油特性上与二冲程汽油机有点不同：化油器输出的雾化燃油与新鲜空气直接进入汽缸，没有曲轴箱的蓄积作用，燃料供给的惯性因此而减小。与二冲程汽油机相比较，四冲程汽油机在关小油门或是瞬间加大负载时，发动机比较容易熄火。 15.因为四冲程发动机的吸气负压比二冲机要大得多，所以不可

19、简单换用二冲程发动机的化油器。如换用二冲机化油器时，需要对其进行一定的改进与调整。鉴于四冲程发动机转动两圈一次的吸气过程，所以它的进汽脉冲就没有二冲程发动机那么均匀，进气系统更需要使用“蓄能器”来缓和进气负压波动和形成人工环流。 16.四冲程汽油机的“冷热机效应”原因与二冲程汽油机有所不同。因为四冲程发动机燃油系统与曲轴箱无关，燃料汽化主要是在进气与压缩过程中的汽缸内完成，故四冲程汽油机的“冷热机效应”主要与气缸温度有关。通常冷机启动需要“加浓”，调节化油器也是在热机时进行。 17.与二冲程发动机不同的是，四冲程发动机润滑系统比较完善，使用耐用的4T汽油机润滑油，存储在与汽缸分隔的曲轴箱内，加

20、注一次可以使用较长时间。理论上润滑油不参与燃烧，没有燃烧润油造成的污染与损耗；这是目前社会上认为四冲程发动机污染环境较小的原因之一。 18.因为四冲程发动机转动两圈才燃烧作功一次，单缸机的振动比较明显，它的排气脉冲也没有二冲程发动机那么均匀。因为四冲程发动机的排气压力较小，又有个专门的排气程序，所以四冲程发动机的排气管与二冲程发动机排气管有所不同，可以加强些排气消音效果。 19.由于四冲程发动机多是大排量，燃烧室的直径尺寸也比较偏大，故对点火时机也有需要变化的要求。为了四冲程发动机在低转速时具有大扭矩优势的同时，又能提高发动机的最高转速，要求发动机的点火角必须能够随机应变。采用单一点火角的做法

21、，会大大降低发动机的性能。 20.由于人们多年对四冲程发动机的重视研究，目前许多经典的四冲程汽油机结构都比较成熟，许多零配件只需考虑材料质量问题。整机耗油低而污染小；一般四冲轻摩的耗油率都在50-80KM/L，这样的数据已经潜力不大，基本上能符合环保与车管政策的要求。需要并且可以自行改进的重点不多，只有：化油器，随动点火角，进汽喉管加“蓄能器”。 21.目前四冲程汽油机被社会舆论所无知认同，人们似乎忘记了它也是存在着某些缺陷与弊端。出于政治手段与社会形势的需要，社会舆论与车管政策用它来打击与限制二冲程发动机，似乎四冲程发动机的完美无缺已成定论，不需要再去改进与提高它的素质，叹哉。 22.其实四

22、冲程汽油机的缺点还是不少，有些方面还不及二冲程汽油机，也需要用心将它好好改进更新换代。从理论上来讲，四冲程汽油机潜力未尽，还应该有更好的性能表现。关于四冲程汽油机的改进工作，本版的帖子不多；关于四冲程汽油机的发展前景，后面还有专题介绍。 三、汽油机小结： 1.工作程序：不管是转动一圈燃烧作功一次的二冲程发动机还是转动两圈燃烧作功一次的四冲程发动机，它们不同的地方主要是是换气方式与润滑方式；而经典规范化的“进汽、压缩、燃烧做功、排气，”这四种工作程序都没少，只是它的工作状态有所调整改变。 2.化油器：因为它使用的都是挥发性能较好的汽油，所以在传统的汽油发动机中，使用的都是传统经典的化油器来给它配

23、制雾化燃汽。在使用汽油机的摩托车中，化油器的质量与性能对摩托车的外在性能表现有关键作用，所以有时改进车辆的重点多是放在化油器上。 2.电火点燃：与压燃式发动机不同的是，汽油内燃机不是靠压缩空气的温度点火，点燃油汽燃烧作功用的是局部高温的电火花。故汽油机多自备磁电机与高压电路，发动机运转时需要按时点火，“点火角”的随机变化往往是发动机性能的关键之一。 3.燃烧性质：作功燃烧的油汽都是由电火花点燃，燃烧层是由点到面是在匀质的燃汽中逐渐扩展形成，汽缸内的压力是逐渐上升的，这样发动机运转比较地平稳。偶尔在点火角不当、油汽浓度不当、或是压缩比不当与发动机缸体过热时，也有滞燃与暴燃现象。但在基本正常的发动

24、机状态下，点燃式的汽油机运转起来，与压燃式的柴油机相比较而言，还算是平稳柔和的发动机。 4.压缩比：因为汽油机的转速较高，发动机产生的热量较大，这类发动机又多是自然风冷，汽缸的散热比较成问题。为了防止燃汽在过热的汽缸里提前自行着火，发动机的压缩比就不能过大，这将导致发动机的作功效益偏低。对汽油的标号也要求高些，还很难指望使用其他燃油。 5.燃料：既然汽油内燃机已经选择了化油器提供匀质燃汽与电火花点火逐步扩展燃烧的这种工作方式，就只能使用象汽油这样挥发性较好而燃点又较高的燃料。如果使用的燃料性质不对，例如使用挥发性很差而燃点又偏低而的柴油，将导致化油器很难输出可燃的油汽；就算设法形成了足够的燃汽

25、，还会有因全部燃汽同时受压爆燃，缸内压力上升过速而炸毁发动机的后果。 6.冷热机效应：不论是二冲程发动机还是四冲程发动机，它们出于不同的原因，都有“冷热机效应”，这也是汽油机的共同点之一。“冷热机效应”在汽油机中的表现是：发动机冷态时难启动、怠速不稳、作功无力、油烟偏多、耗油较大，而热机时则一切正常或是表现出燃汽过浓。这是汽油机难以避免的通病，其主要原因就是：燃烧是在燃料汽化状态时最好，而汽油挥发性与温度密切有关，在发动机较冷时汽油难以利用发动机的热量来快速挥发；燃油汽化条件不好，燃烧的状态就很勉强。而到了发动机已经烧热时，燃料汽化条件较好；燃烧状态好了，发动机冷机时所表现出的毛病自然也就消除

26、。 7.汽油发动机实际压缩比的矛盾：汽油机为了防止最大油门时的过度压缩引爆燃汽，在本身的最大压缩比设计上已经是比压燃式发动机偏低很多，就这样还时常避免不了“暴燃”现象。而民用车用发动机的特点之一就是：只有偶尔才使用最大油门，平时多是小油门状态下工作的。 这就给汽油机的高效率运转带来很大不便：汽油燃料的点火特性之一就是要求浓度必须适中，使用化油器的特点就是燃油供应与空气要同步按比例地限制，在限制进气量的同时减少燃料供应。但进气量减少就导致发动机作功时实际压缩比不足，也就是发动机的作功效率大大降低。 在许多车辆上有传动变速档位，可以使发动机在低转速大油门的状态下工作，变相地缓和压缩比不足的这一矛盾

27、。但这样还要牵涉到点火角与散热问题，所以汽油点燃式发动机在摩托车上的实际应用效率是很低的，特别是小油门时。各人车辆的耗油率偏差很大，也有这方面的原因。 8.汽油发动机的散热效率矛盾：汽油发动机为了防止缸头过热燃汽和汽缸过热提早磨损，在设计上必须保证有足够的散热性，这就给发动机效率带来很大的影响：小油门时发动机温度不够，燃烧效益不够好；大油门时发动机过热，使发动机磨损加剧。一般的摩托车发动机只能维持中等油门时的散热，遇到连续上坡大油门低车速的时候，发动机就会处于过热状态。有的发动机采用液冷散热的方式，但在冷机时，发动机的燃油效益有些受影响。某些发动机上有回收余热的做法，但在摩托车发动机上似乎一时还做不到。 9.汽油发动机由于含有点火电路、化油器、配气阀门、等复杂结构上的磨损变化，再加上汽油燃料的某些苛刻特点，使得摩托车发动机的工作状态变化多端。一般人对摩托车在使用技术上也很难精通，这就形成了汽油发动机车不如电瓶车，柴油车可靠好用的感觉，实际上也是有点如此，汽油发动机的确是一种需要小心侍侯、不太适于菜鸟的东西。如何扬长避短发挥汽油发动机的优势，本文集后面还将展开探讨与论述。 -下集预告“压燃式发动机”-