二冲程内燃机

　　将实际循环进行若干简化，便于进行定量分析的理想循环。

　　（1）用简单公式阐明工作过程中各基本热力参数间的关系，以明确提高ηit的基本途径；

　　（2）确定ηit的理论极限；以判断内燃机工作过程的完善程度以及改进潜力。

　　（3）分析比较不同的热力循环方式的经济性和动力性。

　　（1）空气作为工质，理想气体；

　　（2）不考虑工质更换及泄露损失，忽略进、排气流动损失及影响；

　　（3）理想的绝热等熵过程；工质与外界不进行热量交换；

　　（4）理想的加热、放热过程。

　　（1）等容加热循环（Otto循环）；对应于点燃式内燃机

　　（2）等压加热循环（Brayton循环）；对应于燃气轮机

　　（3）混合加热循环（Diesel 循环）；对应于

　　优点

　　1.曲轴每转一周就有一个做功行程，当发动机工作容积和转速相同时，理论上二冲程发动机功率应等于四冲程发动机的两倍。

　　2.由于发生做功过程的频率较高，故运转比较均匀平稳。

　　3.由于没有专门的配气机构，所以结构简单，质量较小 。

　　4.使用维护简便。附属机构少，易受磨损须经常维修的部件数量较少。

　　缺点

　　1.  经济性较差。 2.  排放性差。

　　原因：由于二冲程发动机换气过程中新鲜气体损失较多，废气排除也不彻底，且气孔占据了一部分活塞行程，作功时能量损失较大，废气中未燃 产物多。

　　影响：实际上二冲程发动机的功率并不等于四冲程发动机的两倍，而是1.5-1.6倍左右。二冲程汽油机在一般汽车上很少采用，仅在摩托车、少数微型汽车及船用发动机上应用。

　　1.动力性能指标：发出多大功率，功率/扭矩储备多大。

　　2.经济性能指标：单位功率单位时间内的燃油消耗量。

　　3.可靠性与耐久性指标：大修或更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作能力。

　　4.环保性能指标（NOx、HC、CO、微粒、噪声）：单位功率单位时间内有害物排放量。

　　当活塞从下止点开始向上移动时,扫气口和排气口均开启,新鲜充量(空气或可燃混合气)通过扫气泵提高压力后，由扫气口压入气缸。一方面，清扫气缸内的废气使之由排气口排出;一方面,又使气缸充满新鲜充量。这就是扫气过程。接着，活塞继续向上运动，先将扫气口覆盖，继而将排气口关闭,此时扫气过程结束。活塞再继续上行，将封闭在气缸内的新鲜充量和未排净的少量废气的混合气压缩到上止点时即完成压缩过程.这时气缸内压力和温度增高很多，活塞接近上止点时点火（或喷油），燃料燃烧，燃气压力和温度急剧升高，在高温高压气体作用下，推动活塞从上向下运动，即为燃烧膨胀过程。这时，内燃机对外作功，通过连杆推动曲轴作旋转运动，将机械功输出。当活塞继续下行打开排气口时，废气因压力较高便从排气口自行逸出,气缸内压力随即下降，待活塞打开扫气口时供入新鲜充量清扫废气，活塞再移至下止点时即完成一个工作循环。

　　冲程内燃机换气后，气缸内残余多少废气，或者说气缸内能充入多少新鲜充量，直接影响内燃机性能。二冲程内燃机没有单独的排气行程和进气行程，不能利用活塞的推挤作用清除废气，要使气缸清扫干净比较困难，难以得到高的扫气质量。因此，改进二冲程内燃机的扫气作用是一项重要的工作。二冲程内燃机有横流、回流和直流3种扫气方式（图2）。①横流扫气:扫、排气口分别布置在气缸下部的两侧,扫气时新鲜充量易于横越气缸径直流向排气口。使用这种方式，废气清除得不干净，且有新鲜充量漏失，所以扫气质量不高,新机型很少采用；但这种方式结构简单,小型汽油机尚有采用的。②回流扫气：扫气口和排气口分别布置在气缸下部的同一侧，扫气流充入气缸后先向上流动，然后再折转流向排气口，在气缸内形成扫气回流。这种扫气方式的扫气质量较高，结构也简单，获得广泛应用。③直流扫气：有气口-气门式和气口-气口式（即对置活塞式）之分。扫气流由扫气口供入气缸，沿气缸轴线单向流动,同时绕气轴线旋转,将废气从排气口（排气门）扫出，新鲜充量与废气很少掺混。这种扫气方式的扫气质量最好，应用广泛，尤其适用于长行程船用柴油机。

　　二冲程内燃机用扫气泵中，应用最广的是罗茨压缩机（见罗茨鼓风机）和离心压缩机。有的小型内燃机用曲轴箱作为扫气泵。有的大型船用柴油机用活塞底部作为扫气泵，称为活塞底泵。也有少数二冲程内燃机采用螺杆压缩机和滑片压缩机作为扫气泵。　

　　供入气缸的充气压力必须高于大气压力，非增压二冲程内燃机一般为0.12～0.14兆帕。排气机构有两种型式，一种为排气口，另一种为排气门。排气口也是沿气缸圆周布置在气缸上，由活塞控制排气口的开启和关闭；排气门布置在气缸盖上，由凸轮和传动机构控制。

二冲程内燃机　　如果在两个冲程里完成进气、压缩、做功、排气这些循环动作，就叫二冲程，相应的内燃机叫二冲程内燃机。

　　【辅助冲程】即进气冲程、压缩冲程和排气冲程的统称。为完成做功，这三个冲程都是为做功而准备的，故称之为辅助冲程。

　　【辅助设备】内燃机除主要做功部分之外，还有燃料、点火、冷却及润滑四个辅助设备系统。燃料系统主要是化油器，它是把汽油和空气按一定比例配制成雾状的混合气体，以供给汽缸作为燃料使用；点火系统是由蓄电池、线圈、火花塞等部分组成，火花塞是由齿轮来管理的，它能够按时在气缸中产生电火花，使压缩的混合气体燃烧爆炸；冷却系统，主要部分是汽缸外部缸体的水套，使水在其中可以流动，因为燃料在汽缸中燃烧时，汽缸的温度可以升到2000℃左右，使汽缸壁和活塞发热，易使机件损坏，故汽缸外壁的水套中的水吸热上升进入散热器，降温后，再用抽水机将冷水打回水套中，使水循环地将汽缸冷却。小型内燃机和少数飞机也常用空气减热法，使汽缸外壳与空气接触面积增大，将热散逸到空气中去；润滑系统，是为防止金属磨损，而在机内装有油盘、抽油泵等装置向机件各部分输送润滑油，以减小摩擦损耗。

　　气缸盖中有进气道和排气道，内装进、排气门。新鲜充量(即空气或空气与燃料的可燃混合气)经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸。膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管，最后经排气消声器排入大气。进、排气门的开启和关闭是由凸轮轴上的进、排气凸轮，通过挺柱、推杆、摇臂和气门弹簧等传动件分别加以控制的，这一套机件称为内燃机配气机构。通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统。

　　为了向气缸内供入燃料，内燃机均设有供油系统。汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合，然后经进气管供入气缸，由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室，在高温高压下自行着火燃烧。

　　内燃机气缸内的燃料燃烧使活塞、气缸套、气缸盖和气门等零件受热，温度升高。为了保证内燃机正常运转，上述零件必须在许可的温度下工作，不致因过热而损坏，所以必须备有冷却系统。

　　内燃机不能从停车状态自行转入运转状态，必须由外力转动曲轴，使之起动。这种产生外力的装置称为起动装置。常用的有电起动、压缩空气起动、汽油机起动和人力起动等方式。

　　内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。这些过程中只有膨胀过程是对外作功的过程，其他过程都是为更好地实现作功过程而需要的过程。按实现一个工作循环的行程数，工作循环可分为四冲程和二冲程两类。

　　四冲程是指在进气、压缩、做功（膨胀）和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭。流过空气滤清器的空气，或经化油器与汽油混合形成的可燃混合气，经进气管道、进气门进入气缸；压缩行程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。

　　二冲程是指在两个行程内完成一个工作循环，此期间曲轴旋转一圈。首先，当活塞在下止点时，进、排气口都开启，新鲜充量由进气口充入气缸，并扫除气缸内的废气，使之从排气口排出；随后活塞上行，将进、排气口均关闭，气缸内充量开始受到压缩，直至活塞接近上止点时点火或喷油，使气缸内可燃混合气燃烧；然后气缸内燃气膨胀，推动活塞下行做功；当活塞下行使排气口开启时，废气即由此排出，活塞继续下行至下止点，即完成一个工作循环。

　　内燃机的排气过程和进气过程统称为换气过程。换气的主要作用是尽可能把上一循环的废气排除干净，使本循环供入尽可能多的新鲜充量，以使尽可能多的燃料在气缸内完全燃烧，从而发出更大的功率。换气过程的好坏直接影响内燃机的性能。为此除了降低进、排气系统的流动阻力外，主要是使进、排气门在最适当的时刻开启和关闭。

　　实际上，进气门是在上止点前即开启，以保证活塞下行时进气门有较大的开度，这样可在进气过程开始时减小流动阻力，减少吸气所消耗的功，同时也可充入较多的新鲜充量。当活塞在进气行程中运行到下止点时，由于气流惯性，新鲜充量仍可继续充入气缸，故使进气门在下止点后延迟关闭。

　　排气门也在下止点前提前开启，即在膨胀行程后部分即开始排气，这是为了利用气缸内较高的燃气压力，使废气自动流出气缸，从而使活塞从下止点向上止点运动时气缸内气体压力低些，以减少活塞将废气排挤出气缸所消耗的功。排气门在上止点后关闭的目的是利用排气流动的惯性，使气缸内的残余废气排除得更为干净。