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4沖程汽油發動機的工作原理

職場 更新时间:2024-08-03 15:51:41

大部分汽車發動機都是四沖程的,即發動機曲軸每旋轉兩周,經曆進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程完成一個工作循環。但是有一種發動機隻需要曲軸轉動一周、經曆兩個沖程即可完成一個工作循環,這就是兩沖程發動機。很多人對此很陌生,今天我們就來說說兩沖程發動機的結構和工作原理。

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二沖程發動機的結構相對比較簡單,主要由氣缸蓋、氣缸、活塞、活塞環等零件組成,在缸體上開有進氣孔、排氣孔和換氣孔;氣孔的開啟和關閉由活塞的位置決定。與四沖程發動機相比,沒有複雜的配氣機構和潤滑系統,冷卻系統一般都采用風冷,結構上大為簡化。

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二沖程内燃機的工作循環是在兩個活塞行程即曲軸旋轉一周的時間内完成的。在四沖程内燃機中,常把排氣過程和進氣過程合稱為換氣過程。在二沖程内燃機中換氣過程是指廢氣從氣缸内被新氣掃除并取代的過程。這兩種内燃機工作循環的不同之處主要在于換氣過程。

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兩沖程發動機同樣也分為汽油機和柴油機,它們的結構和工作原理略有差别。

二沖程汽油機工作原理

1.第一行程:活塞在曲軸帶動下由下止點移至上止點。

當活塞還處于下止點時,進氣孔被活塞關閉,排氣孔和掃氣孔開啟。這時曲軸箱内的可燃混合氣經掃氣孔進入氣缸,掃除其中的廢氣。随着活塞向上止點運動,活塞頭部首先将掃氣孔關閉,掃氣終止。但此時排氣孔尚未關閉,仍有部分廢氣和可燃混合氣經排氣孔繼續排出,稱其為額外排氣。當活塞将排氣孔也關閉之後,氣缸内的可燃混合氣開始被壓縮。直至活塞到達上止點,壓縮過程結束。

2.第二行程:活塞由上止點移至下止點。

在壓縮過程終了時,火花塞産生電火花,将氣缸内的可燃混合氣點燃。燃燒氣體膨脹作功。此時排氣孔和掃氣孔均被活塞關閉,惟有進氣孔仍然開啟。空氣和汽油經進氣孔繼續流入曲軸箱,直至活塞裙部将進氣孔關閉為止。随着活塞繼續向下止點運動,曲軸箱容積不斷縮小,其中的混合氣被預壓縮。此後,活塞頭部先将排氣孔開啟,膨脹後的燃燒氣體已成廢氣,經排氣孔排出。至此作功過程結束,開始先期排氣。随後活塞又将掃氣孔開啟,經過預壓縮的可燃混合氣從曲軸箱經掃氣孔進入氣缸,掃除其中的廢氣,開始掃氣過程。這一過程将持續到下一個活塞行程中掃氣孔被關閉時為止。

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二沖程柴油機工作原理

1.第一行程:活塞由下止點移至上止點。

當活塞還處于下止點位置時,進氣孔和排氣門均已開啟。掃氣泵将純淨的空氣增壓到0.12~0.14MPa後,經空氣室和進氣孔送入氣缸,掃除其中的廢氣。廢氣經氣缸頂部的排氣門排出。當活塞上移将進氣孔關閉的同時,排氣門也關閉,進入氣缸内的空氣開始被壓縮。活塞運動至上止點,壓縮過程結束。

2.第二行程:活塞由上止點移至下止點。

當壓縮過程終了時,高壓柴油經噴油器噴入氣缸,并自行着火燃燒。高溫高壓的燃燒氣體推動活塞作功。當活塞下移2/3行程時,排氣門開啟,廢氣經排氣門排出。活塞繼續下移,進氣孔開啟,來自掃氣泵的空氣經進氣孔進入氣缸進行掃氣。掃氣過程将持續到活塞上移時将進氣孔關閉為止。

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二沖程發動機潤滑方式:

二沖程發動機潤滑方式不同于四沖程發動機。四沖程發動機有一套完整的潤滑系統,在油底殼中存儲發動機機油,利用機油泵将機油打向需要潤滑的部件;而二沖發動機沒有油底殼,曲軸箱用于發動機進氣,是依靠吸入氣缸的混合氣中含有一小部分的機油來潤滑活塞和氣缸内壁的。因為有機油參與燃燒,所以發動機會冒藍煙,排氣藍煙的程度取決于混合氣中供合的機油比例。

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二沖程發動機有兩種潤滑方式,一種是混合潤滑,即将潤滑油混合在汽油中;另一種潤滑方式是分離潤滑,即利用機油泵,将潤滑油打入曲軸軸頸等處,然後與新鮮混合氣混合後一同進入燃燒室内燒掉。一般低端二沖程發動機在油箱中按照固定的比例添加機油和汽油,汽油和機油的比例約20:1,但這種方式機油的比例不精确。因為科學的汽油-機油混合比例應是動态變化的:發動機負荷大時,供給的機油應多些,而負荷小時,比例可以适當降低些。如小負荷時汽油和機油的配比為 100:1,中等負荷時汽油和機油的配比為60:1,隻有在大負荷時汽油和機油的配比才需要20:1。因此一些相對高級的二沖程發動機都采用了分離式潤滑。

分離控制的潤滑方式采用單獨的機油壺、機油泵和油管,利用機油泵将機油泵入發動機的化油器,在化油器内與汽油混合。這樣設計的好處是機油泵轉速和泵油量随着發動機轉速的增大而增加,實現了随發動機負荷的變化而調節潤滑機油的供給比例。

比如說鈴木獨有的CCI潤滑技術實現了機油的精确潤滑。油門拉線同時控制化油器和機油泵,機油泵負責将機油壺裡的機油泵入發動機曲軸及軸承潤滑,飛濺出來的機油實際上進入了曲軸箱;另一路機油進入氣缸,潤滑活塞和氣缸。實現了機油的精确潤滑。

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二沖程發動機優點:

1、二沖程發動機沒有進、排氣門, 沒有複雜的配氣機構和潤滑系統,冷卻系統一般都采用風冷,所以在結構上比四沖程發動機更簡單,重量比較輕,制造成本低廉,故障率也更低,維修也比較方便。

2、二沖程發動機曲軸每轉一周完成一個工作循環,作功一次。當曲軸轉速相同時,二沖程内燃機單位時間的作功次數是四沖程内燃機的兩倍。理論上二沖程發動機的功率應是四沖程發動機的兩倍(但實際上隻有1.5~1.7倍),發動機的升功率更高,動力性更好。

3、由于曲軸每轉一周作功一次,因此曲軸旋轉的角速度比較均勻,發動機運轉比較平穩,對于單缸發動機來說表現的更加明顯。

4、标準的四沖程發動機隻能在直立或傾斜角度不大的狀态下工作,否則就可能在油料晃動的時候發生故障。而二沖程發動機可在任何方位上運轉,即使是發動機處于倒立狀态仍可有正常工作,這個特點對于某些手持移動式小型設備非常重要,比如鍊鋸、除草機等。發動機使用的靈活性非常強。

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二沖程發動機缺點:

1、與四沖程發動機相比較而言,二沖程發動機的運動部件潤滑效果較差,零部件工作環境較惡劣,曲軸、活塞等零部件耗損得更快。所以二沖程發動機比四沖程發動機壽命短,一般隻有四沖程發動機壽命的1/3~1/2。

2、二沖程發動機進氣、排氣過程隻占曲軸轉角的130°~150°,進、排氣過程幾乎同時進行,利用新氣掃除廢氣,必然會有一些新鮮混合氣随廢氣流出排氣口,廢氣也不易清除幹淨。因此,二沖程内燃機的換氣質量較差,燃料效率不高,整車的油耗比較高。

3、二沖程發動機在低速運轉時,油門開度小,排氣不充分,掃氣不完全,燃燒室内新鮮混合氣濃度低,會使新鮮混合氣燃燒不完全,使廢氣中CH化合物的含量劇增;同時掃氣時有一部分新鮮混合氣随廢氣一同排出,混合氣中的潤滑機油燃燒不充分,也使排氣中的CH化合物增多。因此二沖程發動機廢氣污染很大。有數據表明,一輛排量50ml的二沖程摩托車用發動機,它的排氣污染大緻相當于五台排量2.0L轎車發動機。這是二沖程發動機被淘汰的最主要原因。

4、發動機排氣噪音大。燃燒産生的壓力還沒完全釋放完,部分燃料還沒有燃燒,就直接被排走,所以它的排氣噪聲比四沖程的發動機大很多。

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由于二沖程發動機的優缺點都很明顯,最主要是環保不達标,所以它的使用受到了很大的限制,一般隻是應用于那些不常使用和“推重比”很重要的場合。比如說剪草機、油鋸、航模、農作機械等,一些小型摩托車和比較講究動力性能的越野摩托上使用的也比較廣泛。還有就是坦克、船舶、重型運輸車輛等,這些車型對發動機的動力性要求高,又要求發動機的重量輕、體積小,二沖程發動機就是很好的選擇。

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老侯點評

在八九十年代滿街跑的摩托車,絕大多數都使用的是二沖程發動機。這些車的排氣管永遠是濕漉漉的,發動後冒出或深或淺的藍色煙霧,氣味非常難聞。這就是二沖程發動機最大的弊端:污染大。所以,盡管它的動力性好,但在全球節能減排、注重環保的大背景下,它被淘汰也是曆史的必然。據說現在有汽車廠家正在研究如何降低它的排氣污染。如果它能夠克服大氣污染這個難題,在将來也許會有重現光彩的那一天。

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