二冲程发动机发展前景探讨

1二冲程发动机应用的优势和劣势

1.1二冲程发动机的优势

相较于四冲程发动机，二冲程发动机具备一些优势：首先，二冲程每转一圈做功一次，在相同条件下输出功率理论上可以达到四冲程的2倍，因此功率密度更大，双倍动力冲程的特点使它比四冲程具有更惊人的推重比；其次，二冲程排气与进气的脉动比较均匀，使复运动的惯性力和冲击力更小，因此旋转更加平稳，扭矩输出更加均匀，振动更小；再次，二冲程省去了四冲程繁杂的配气机构，结构紧凑，因此更加轻巧，保养也更加方便价廉；另外，二冲程可在任何方位上随便翻转工作，大大增加了灵活性。

在某些特别行业领域，例如：对单纯需要功率较大的非道路使用的摩托车行业来说，二冲程整体结构简单，价格便宜，具备较高的功率密度和较强的平衡能力，极其受到很多厂家的偏爱，尤其是在比赛和户外越野领域应用广泛；在手持割草机、链式锯这一比功率较高的手持机械设备行业，二冲程则凭借自身整体重量较轻以及安全性较高的特征被广泛应用；另外，二冲程航空重油发动机凭借结构紧凑、体积较小、相较于四冲程而言更大的升功率和推重比，使其在航空领域具有得天独厚的优势。

1.2二冲程发动机的劣势

但不可否认，二冲程发动机的优势不足以掩盖它存在的明显缺陷：二冲程每转一圈做功一次，因此排气压力比四冲程高的多，带来排气噪声高的问题；二冲程每一转燃烧做功产生的热量较大，自然风冷时汽缸的散热能力跟不上，热负荷大，汽缸过热可能导致燃汽提前自行着火；二冲程普遍使用的润滑方法主要有两种，一种是把润滑油混合在燃料中，另一种则是利用分离润滑泵，但这两类润滑方法均无法回收利用润滑油，不仅大量损耗，还会产生焦状燃烧物造成活塞拥堵和漏气泄压等问题，如果燃烧物进入曲轴箱，还会造成主轴承以及连杆轴承磨损，并且运行过程中出现的金属屑难以像四冲程一样有效带出，大大加速了内部零件的磨损[1]；润滑不良造成零部件磨损，双倍动力冲程产生的高热负荷导致零部件变形、烧蚀等问题，因此二冲程发动机整体寿命短，一般来说，只有四冲程的1/3或1/2；虽然二冲程换气结构简单，省略了繁杂的配气结构，但由于新鲜燃汽和废气之间没有确定的分界面，而要想最大限度地排出废气，就必定要将进入的燃汽排出一部分，因此在换气过程中部分刚充入的新鲜燃汽会被挤泄出排气口形成泄漏损失，但汽缸里仍然有残留废气，这种方

二冲程发动机发展前景探讨

胡晓峰

（江苏苏美达机电科技有限公司，南京211100）

摘要:随着全球各国纷纷推进本国工业化发展建设，在极大促进本国经济迅速增长的同时，也给全球环境保护工作带来了巨大的挑战，我国现代化工业发展建设过程中产生的各类污染等问题也受到了国家、社会、工业企业和民众的广泛关注和重视。当前，国内外政策法规要求越来越严格，媒体舆论也一直鼓吹新能源取代传统动力，使得燃油动力发动机被推到风口浪尖上，但仔细分析，新能源目前仍然存在很多技术难题是短时间难以攻克的，而传统动力技术还没有到无路可走的地步，以后发动机会向更小型化、更轻量化、更高比功率的趋势发展。本文通过对二冲程发动机自身优劣势的分析，展望了未来二冲程发动机的主要技术发展前景，希望对我国未来二冲程发动机的创新提供相应参考借鉴。

关键词:二冲程；优势；劣势；发展前景；探讨研究

通过铁液的冲入，使中转包内铁液形成一定的运动，从而使碳化硅均匀的分散到铁液当中，但是当包中铁液静置后，大量的碳化硅又浮出了表面，形成浮渣无法吸收；方案3随铁屑一同加入到电炉内，碳化硅在熔炼炉内，除去在铁液中增碳、增硅以外，还进行脱氧反应。在熔炼的高温下，SiO2将发生脱碳反应，碳化硅的脱氧作用，使得脱氧产物在铁液中有一系列冶金反应，减轻锈蚀炉料中氧化物的有害影响，有效的净化铁液，从而提高碳化硅的吸收率。

4结论

①用感应电炉熔炼时，考虑到碳化硅的密度低，熔清后加入，易浮在液面，还是随固体炉料一并加入为好。②碳化硅的熔点很高，在2700度左右，然而在我们普通铸造生产的感应电炉里面，不可能有这么高的温度，在我们正常铸造熔炼温度下，碳化硅的溶解是熔融状态逐渐分解的、扩散的，所以在炉内加入碳化硅的时间应该比其他合金早一些，让其有充分的温度，时间条件去分解。

参考文献:

[1]王春祺，铸铁孕育理论与实践[M].天津：天津大学出版社，1992：127-128.

[2]吴荷生，吴玉彬，巫瑞智.碳化硅在当今铸铁厂的应用[D].哈尔滨理工大学材料学院（150080）.

[3]张文和.铸铁的SiC孕育处理.南京铸造学会（210002）.

[4]周继扬.铸铁彩色金相学[M].机械工业出版社，2002：26-

28.图1

Internal Combustion Engine&Parts

式无法彻底换气，很难形成最佳的燃汽混合状态，大量未燃和不完全燃烧的燃汽直接排出，因此二冲程燃油消耗量要高于四冲程近50%[1]，并且CO与HC偏多，排放污染大；在排气口与火花塞处易形成积碳，低负荷状态下，油门开度较小，扫气效率会更低，废气多就要求加浓燃油，如果难以有效调控燃烧室内混合气体浓度，燃烧状态富油缺氧温度偏低，火花塞极易断火，因此工作状态很不稳定；另外，二冲程的“冷热机效应”较为明显，燃料汽化程度与曲轴箱温度有着直接关系，雾化燃油与新鲜空气不是直接进入汽缸燃烧，而是先进入曲轴箱进行更多的汽化与混合，才在扫气时被压进汽缸，冬天由于发动机过冷燃油难以汽化混合导致启动困难。

存在的这些缺陷，导致传统二冲程发动机在一般大众市场里逐渐消失了，这些不足意味着二冲程只能应用于那些不经常使用和单位效率很重要的场合。[2]

2未来二冲程发动机的技术发展前景

目前市面上四冲程发动机相关的技术潜力挖掘已经到了瓶颈期，很难再有大幅的提升，而新型二冲程发动机是顺应趋势的首选，而且二冲程发动机在相关的领域内的应用需求仍然十分巨大，因此，全球各国对于二冲程的研究从未停止，这些研究主要针对传统二冲程发动机的几大致命弱点：燃料消耗大、废气排放超标、寿命短，寻找技术解决方案。

2.1优化配气方式

优化配气方式，目的是在扫气这个环节减少新鲜燃汽随废气的排出量。一种方式是将利用燃汽扫气改为利用新鲜空气，这在理论上能够全面规避燃汽的泄漏损耗，然后利用灵活可调节的喷油方式让发动机在各种情况下实现燃烧经济性和排放性能的综合提升；另一种方式是在发动机箱体上增加一段供油管和一个供油孔，进气过程活塞上行时，新鲜空气进入曲轴箱，燃油进入油管，活塞下行时，曲轴箱内空气被压缩并有部分被压缩至油管内，当活塞运行至下至点附近时，进油口打开，部分废气流入进油管，扫气初期时，曲轴箱内的空气压缩进油管内的燃油进入汽缸，利用之前进入油管的废气缓冲扫气，达到减少燃汽损耗的目的。

利用这些优化的扫气方式，可以明显降低排气中的燃料质量流量，理论上可以降低约20%的燃油消耗率，污染物排放也可以降低约50%。但仍需注意：二冲程的配气相位是扫气管道位置决定的，但受制于铸造加工精度的限制，大批量生产时，形位公差、表面粗糙度等均会导致最终配气相位、进气量与设计方案存在较大的差异，这就会导致缸内气流和燃油雾化无法形成良性配合[3]，另外，燃油与新鲜空气雾化混合的时间更短对此提出了更高的要求；由于工作循环的压力及空燃比变化较大，可能会造成失火及燃烧不稳定的问题，影响动力性能的输出；二冲程发动机先天存在热负荷大的问题，润滑油的供给方式配置不当会造成零部件异常变形和磨损，直接影响整机的寿命。

2.2缸内直喷的创新

二冲程缸内直喷技术是由柴油发动机成熟技术衍生而来的，目前是二冲程发动机的一个重要发展方向。采用紧凑型燃烧室，压缩比就能提高到13:1左右，能够促使燃烧速度加快；通过配气方式的优化，使缸内形成较强的空气旋流，改善燃油雾化混合的效果；采用燃油喷射定时与分段喷射技术，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集，通过缸内气流组织在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，外层逐渐稀薄；选择高能点火和宽间隙火花塞，有利于火核形成，合理置于燃烧室中央，可缩短点火距离；浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层，实现分层燃烧，提高了燃烧的稳定性，并降低了NOx和HC的排放。

然而，压缩比增大势必伴随着零部件强度的提升，原先轻便的结构设计也要适应强度提升的要求进行强化，轻便也就不再是特点了；如果选择高压喷射方式，由于添加高压油泵、传感器、电池等装置，成本高难以商业化推广应用；低压喷射无需传感器、电池，是个不错的选择，喷射压力比大气压高100mbar即可，但需综合考虑喷油器的放置位置、角度和兼顾各工况负荷时的精确喷油定时，才能提高燃油雾化效果，减少泄漏损失。缸内直喷技术的产品化过程还需要解决很多的问题，还要大量的匹配试验来验证系统的完善性。

2.3润滑方式的革新

解决润滑方式的缺陷，就要将润滑油与燃料分离，避免润滑油参与燃烧，并改善零部件的润滑效果。一种可借鉴的方式是四冲程润滑方式，润滑油存放在曲轴箱内，通过活塞上下行运动所产生的压力，配合曲轴及其机构的运动，使润滑油雾化并进入相应的润滑部位，并通过单向阀实现油气分离和润滑油的回油；另一种革新的方式是润滑油存放在特定腔室内，通过油泵经油道送至各部位润滑，为了防止多余的润滑油进入汽缸，活塞设气环与油环，润滑油通过回油口循环回油泵，为了避免曲轴箱内新鲜燃汽与润滑油接触与混合，可在各运动付两端装设油封封堵。

采样这些润滑方式，润滑油非但不进入汽缸燃烧，而且构建了良好的润滑循环工作系统，零部件的磨损回归到与四冲程相差不大的水平，整机寿命得以提升，废气排放也能得到有效改观。

3结束语

从技术发展上看，二冲程的革新，已经不仅仅是哪一个单项技术的改进就能全面优化的，加工精度的提高、气道结构的升级、缸内气流组织的强化、直喷及雾化混合方式的改进、点火技术的提升、润滑方式的革新等需要多方面优化组合，才能实现二冲程发动机质的飞越，达到减少泄漏损耗、提高燃烧速度和全面性、减少污染物排放以及提升整机寿命的目的。因此，技术人员需要更加全面深入的钻研，才能够充分发挥二冲程发动机最终的应用优势，从而进一步促进我国生态环境保护以及资源可持续发展的整体质量和效率。

参考文献院

[1]马富康，赵长禄，张付军，等.对置活塞二冲程汽油机分层稀燃组织研究[J].北京理工大学学报，2018（1）：12-19. [2]汽车百科全书编纂委员会.汽车百科全书.北京：中国大百科全书出版社，2010.

[3]刘宇航，张付军，高宏力，等.对置活塞二冲程柴油机新鲜充量短路研究[J].兵工学报，2018（6）.