摩托车发动机原理 第三章 二冲程发动机的换气过程

二冲程发动机换气过程的描述（二）
一、二冲程发动机的换气过程
二冲程发动机进气、压缩、燃烧、膨胀和排气过程是用两 个活塞行程来完成的，其换气过程的工作顺序是：在膨胀行程 的末期，活塞下行，首先打开排气口，开始排气，而后扫气口 开启，具有一定压力的新鲜充量由扫气口流入气缸，并强迫废 气由排气口流出，进行充量更换，然后，活塞到达下止点后又 上行，依次将扫气口和排气口关闭，换气过程结束。新鲜充量 由扫气泵提供，扫气泵的作用是对新鲜充量进行压缩，使其压 力提高后，再进入气缸。
2．过后排气[对应时面图MDGM]
从扫气口关(SC点)到排气口关(EC点)称作过后排气。，它是 靠活塞上行强制把充量排出。这时由于气缸进气已结束，气 缸中大量的新气也随废气一起被排出，使燃料流失，油耗率 增加，同时使HC排放增加，使二冲程发动机的排放指标HC远
远高于四冲程发动机。因此，这一段愈少愈好。
增加曲轴箱的压缩比受结 构的限制不可能太大，一般 εk=1.25～1.4之间。
3．转阀进气方式对β的影响
图3—1 6是在日本山叶G—1型摩托车发动机上，利用拖动法测得的不
同进气相位角，不同转速下，转阀进气的给气比β的变化曲线。
4．簧片阀进气方式
图3-17是簧片阀进气的发动机剖面图及簧片阀另件图。这 种进气方式由于开启角大，关闭角小，可防止低速进气反喷， 低速给气比较活塞阀进气方式高。高速区，由于簧片阀的流 通阻力损失大，其β比前两种进气方式低，另外。曲轴箱上的
在下止点后活塞上行，扫气期间 气缸压力增加，从而产生气缸向曲轴 箱倒流，pk增加，故 β下降。
曲线(b)表示对该转速下，气口尺 寸适中。在IC点pk高，SC点pk低β最大。
曲线(c)表示气口尺寸过小。在IC 因尺寸过小阻力大，pk上升慢，直到IC 时pk还很低。在扫气期间，其压力下降 也慢，直到扫气口关闭(SC)时，压力pk 还很高，故给气比β也较小。
2)由于在进气道中安装簧片阀而存在阻力，高速 充量比活塞阀式低。结构稍复杂，可靠性也差些。
2.转阀进气方式 它也是一种非对称的进气方式。
其特点：
(1) θi= θi1+ θi2
θi1≠ θi2
(2)阀缺角θic一定，进气口尺寸一定后, θi的值便是定值,可用阀
盘键槽的旋转，改变与曲轴的相对位置，可使整个角度提前或
1。驱赶排气(扫气过程) [对应时面图 HMGKH]
从图3-18中气缸压力p=pk以后，气缸压力迅下降，这时因 曲轴箱压力pk高于气缸压力p，促使新气通过扫气口按照一定 的路线驱赶废气，清扫废气的质量与扫气的型式、扫气口扫 气道的形状尺寸以及扫气压力及其变化等有关(详见后一节)。 (忽略气缸向曲轴箱倒流)。
二、给气比特性及其影响因素
衡量曲轴箱进气过程的主要指标是给 气比β 。 也称扫气过量空气系数。
β=m1/ms= 每 循 环 供 给 的 新 气 质 量 / 在大气状态下气缸工作容积Vs所占有 的空气质量
由于β是衡量进入曲轴箱的新气量的 多少， β愈大愈好。 影响给气比β的因素 (一)进气方式对给气比的影响 1、活塞阀进气方式的给气比特性曲 线
的主要指标。
2、给气效率ηt ： t

m0 mt
二、标准扫气
所有的扫气过程，可用三种标准扫气形式来评 价。
1、完全扫气(perfect scavenging) 完全扫气也称排挤扫气或称全驱扫气。它是
扫气用新鲜气进入气缸后箩不与废气混合，并 将废气向前排挤，当废气全部被排挤出排气口 时，新气刚好到达排气口。这种情况最为理想， 流入气缸的新气体积等于被排挤出的废气体积。
εk=(Vk+Vs)/Vk
现代摩托车发动机的曲轴箱压缩比εk=1.25-1.4之间。
当活塞从上止点向下行走，到图3-1 a)所示的位置时，排气 口打开，由于这时缸内压力高达0.3~0.4MPa，废气以声速从排 气口排出，排气过程开始，从排气口打开到扫气口打口这段排 气叫先期排气。
活塞继续下行打开扫气口，当曲轴箱压力pk>p(气缸压力)时， 新气从曲轴箱通过扫气口进入气缸，同时驱赶废气继续排出。 由于这时利用新气清扫废气，故该过程称为扫气过程，如图 3—1b所示，此过程一直进行到下止点后扫气口关闭为止。当 活塞继续上行关闭排气口止，整个换气过程结束。下面分别就 此三个过程进行分析。
簧片阀，能够吸 收曲轴箱内压力 的微弱波动，所 以给气比随转速 变化比较平缓。 在低速也几乎看 不到小的波峰的 存在。
第四节 二冲程发动机的排气过程
排气过程分为自由排气和强制排气两个阶段。
一、自由排气段[对应时面图BHKB]
从排气口打开到气缸内压力p与扫气口压力pk相 等p=pk时止这段排气称为自由排气。其特点是缸 内废气靠压差自由流出，在时面图上对应面积 BHKB。自由排气又包括两个部分：先期排气(超 临界状态)和亚临界排气。
二冲程发动机的曲轴箱进气过程
一、进气方式的分类
到目前为止，曲轴箱进气方 式可分为对称进气和非对称 进气两大类。
(一)对称进气方式 利用活塞阀控制的曲轴箱进 气便属于对称进气方式。其 特点是曲轴箱进气口开启角 和关闭角对称于上止点。(见 图3—1 c)。其配气相位图如 图3—2所示。即θi1 = θi2 。这 种进气方式由于对称上止点。 其缺点是：
当β =l时， ηs =100%，在扫气曲线上为一倾斜
45°的直线(见图3-30)。 2、完全混合扫气(perfect mixing scavenging) 扫气用新气进入气缸后，立即与气缸中的
废气均匀混合，从排气口排出与进气量相等积 体的混合气。这种扫气是靠新气不断流入，并 不断排出混合气，从而使气缸的混合气中，废 气浓度逐渐稀释来实现，故也称稀释扫气。
换气过程分为三个阶段，自由排气阶段、扫气与强制排气阶 段和过后排气或过后充气阶段。
1.自由排气阶段—从排气口开启直到新鲜充量进入气缸为止。 特点 ：
（1）下止点前60～75°（CA）开启，气缸内压力较高，约为 300—600kPa，气缸内的燃气以声速流出。
（2）排气流量与排气管内的气体状态无关，只取决于缸内气 体的状态和排气口流通截面的大小。
第三章 二冲程发动机的换气过程
第一节 换气过程的描述（一）
在摩托车用二冲程发动机中，几乎全部采用曲轴箱换气形 式，其换气过程如图3-1所示。
活塞向上止点运动时，上部气缸内气体受压缩(图c)。活塞下 面封闭的曲轴箱容积增大，曲轴内压力Pk迅速下降，当上行到某 一位置时，活塞下边缘(也有在活塞裾部开有窗口)打开进气口(图 c)，这时在P。-Pk的压差下，新气流进曲轴箱，这个过程叫曲轴 箱进气。曲轴箱开始进气经过上止点，到进气开始的对称位置关 闭为止。在活塞边缘关闭气口后，活塞再下行便开始压缩，使曲 轴箱内进入的新气压力提高。曲轴箱内压缩也是一个多变过程， 其最高压力与曲轴箱压缩比有关。当活塞位于下止点时曲轴箱容 积为Vk最小。当活塞位于上止点时，曲轴箱容积最大Vk+Vs(工 作容积)。则曲轴箱压缩比 εk为
2．亚临界排气[对应图3-18中时面图AHKSA]
从扫气开始(S0)点到气缸压力p=pk止这一段为自由排气的 亚临界排气段。其特点是排气速度取决于压差△p=p-pr。由于 这时压差小，流速低，排出废气的量不多。
二、强制排气段[对应时面图HDKH3 ]
从气缸压力p=pk后新气进入气缸驱赶废气开始到排气口关 闭止这段排气称作强制排气段。它包括驱赶排气(扫气)和过后 排气两部分。前者是指在新气的驱赶下排气，后者指在活塞 向上排挤下排气。
（3）缸内燃气可以流出大约 70％～80％。 2. 扫气与强制排气阶段—扫气口开启，新鲜充量进入气缸，
直到活塞下行到下止点后再上行将扫气口关闭为止。
特点：
利用扫气气体强制将废气排出气缸外，还要充入新鲜充量。
3.过后排气或过后充气阶段—从扫气口关闭到排 气口关闭期间。
特点：
该阶段所持续的时间较短。由于活塞已经开始上 行，缸内气体压力提高，对过后排气是有利的而不利 于过后充气。要达到过后充气的目的，就必须提高扫 气泵的扫气压力，相应地增加扫气泵消耗的机械功。
3、短路扫气
扫气空气毫无扫气作用立即从排气口排出。它在扫气曲线上为
ηs等于零的一条横线(图3-30)曲线3。
上述是整个排气过程的说明。由 于在绝大多数摩托用二行程发动机中， 排气和扫气都是窗孔式并由活塞顶面 控制，故排气相角相对下止点对称。 排气窗口的高度是决定排气过程的最 重要参数。一方面，排气窗口高度要 足够，以使扫气口打开时气缸压力要 降到与曲轴箱压力pk相近，以避免废 气从扫气口大量倒流入曲轴箱。转速 高的发动机应选用窗口高的排气口， 以保证足够的自由排气时面值，使排 气充分。另一方面，排气窗口高度直 接造成有效行程损失，过后排气时间 过长，经济和排放指标变差，低速更 为明显(见图3—1 9)。具体选择排气口 高度值时，主要根据摩托车发动机的 设计目标而定。
图3—10为活塞阀进气方式的给气比 特性曲线。通常，在设计的标定转速 下， β最高，当转速下降时β急剧下 降，在低速区又出现一个小的高峰， 整个曲线呈马鞍形。
2、活塞阀进气方式影响β的因素
1)气口尺寸对 β的影响
图3-12可以看出，a曲线表示因气 口尺寸过大而出现进气反喷。因从IO 到上止点曲轴箱压力很快达到大气压 线(虚线)，当活塞从上止点向下行走时 多曲轴箱受压缩，因气口过大而未关 故产生曲轴箱向进气管倒流，使IC点pk 低。
第六节 二冲程发动机的扫气过程
一、二冲程发动机扫气过程评价指标
二冲程发动机的扫气过程直接影响发动机的性能
指标。评价二冲程发动机扫气过程好坏嘲评价指标有：
1、 扫气效率η ：
s
s

m1 m
式中：m0=m1
s

m0 m0 mr
ηs表示扫气品质的好坏， ηs高，说明进入气缸