二冲程汽油机工作原理

内燃机 柴油发动机
单缸发动机 多缸发动机 单列式发动机
电控喷射式发动机
内燃机
内燃机
双列式发动机
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发动机基本术语 (1)
基本术语
上止点，Top Dead Center, TDC 下止点， Bottom Dead Center, BDC
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发动机基本术语 (2)
压缩比，Compression ratio, CR
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进气过程
进气方式：
对称进气
• θi1 = θi2 • 利用活塞阀控制的曲轴箱进气; • 曲轴箱进气口开启角和关闭角对称 于上止点;
非对称进气
• θi1 ≠ θi2
• 簧片阀式
对称进气相位图
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簧片阀进气方式
在进气道中安装一个单向 簧片阀
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1e40f-6发动机
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簧片阀进气特点
一种气口尺寸仅对应一个最佳 转速，转速过高和过低都会使 给气比β降低。因此，在选择 气口尺寸时应根据该发动机的 转速选择。
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二冲程发动机扫气泵
二冲程发动机换气过程的特点是进、排气过程基 本同时进行，并利用新鲜充量扫除废气，所以， 新鲜充量会与废气混合，废气排出不彻底，容易 损失新鲜充量。如按曲轴转角计算，二冲程发动 机换气过程很短，为130°～150°曲轴转角，大 约是四冲程发动机换气过程的1/3左右。因此，二 冲程发动机换气过程的组织比较困难，其关键环 节是扫气泵和扫气形式。 为了利用新鲜充量扫除废气，二冲程发动机必须 设置扫气泵，使新鲜充量压力高于气缸内废气压 力。
散热片
化油器
空燃比影响发动机的动力性、排放性和热 负荷，在一定程度上需要折中，需根据具 体情况进行空燃比调整匹配。
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汽油机排放污染物生成机理
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主要污染物
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CO的生成机理
CO是燃料在燃烧过程中生 成的中间产物；
燃料燃烧过程中局部空间和 瞬时存在下列条件之一，则 CO不能继续燃烧生成CO2 而就被排出机外：
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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，如图曲线2所示。
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短路扫气
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扫气泵形式（2）
设置专门扫气泵 这种结构二冲程发动机的 扫气压力pk适中，pk = 109 ～ 150 k Pa ，因为 不希望消耗较多的功率驱 动扫气泵，所以不采取较 高扫气压力。 因扫气气体损耗大，多用 于二冲程柴油机。
带扫气泵的柴油机
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扫气泵形式（3）
废气涡轮增压做扫气泵 这种结构二冲程发动机驱动扫气泵时不消耗 额外功率，并和废气涡轮增压技术相结合 ，故扫气压力较高，pk = 140～200 k Pa ，根据需要，还可以提高扫气压力。用于 二冲程柴油机。
横流扫气 回流扫气 直流扫气
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横流扫气
扫气口和排气口沿着气缸圆周 布置，各在相对的一侧，扫气 口沿圆周和气缸中心线都有倾 斜角，控制气流方向，以提高 换气质量。
排气、扫气定时关于下止点对 称，扫气口比排气口先关，有 额外排气阶段。在气缸死角（ 图中A区域）容易积存废气， 容易出现新鲜充量短路，即新 鲜充量直接从扫气口流向排气 口，如图中B路线。
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。
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气口形状
在同样的气口面积下,高度小 ，宽度大的气口β大。反之， 高度大，宽度小则在所有的转 速下β都低。
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回流扫气
扫气口不是正对着排气口 设置，两者常位于气缸同 侧 。 扫气口有倾斜角，以控制 气流方向。 扫、排气定时对称，产生 额外排气。 克服横流换气中新鲜充量 短路的现象，扫气效果比 横流好。
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直流扫气
扫气口沿切线方向排列，形成 气垫，沿气缸轴线运动，将废 气推出气缸 。 可以实现不对称换气，使排气 门关闭较早，以实现过后充气 。 扫气效果最好。 结构复杂。
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二冲程发动机换气过程
二冲程内燃机的换气过程分为三个阶段
自由排气阶段 扫气阶段 额外排气阶段
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自由排气阶段
自由排气阶段
排气口开启到新鲜充量进入气缸，为自由排气阶 段。排气口一般在下止点前 60º~ 75º (CA )开启 ，排气口刚开启时，气缸压力较高，约为300 ~ 600 kPa，压力比p/pr超过1.9，是超临界排气。 在该阶段，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。自由排气阶段是二冲程内燃机换气过程的 最重要阶段，也包括超临界排气和亚临界排气， 排出大约70% ~ 80%的废气。
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曲轴箱压缩比
εk高则高速 β大。 εk低则 低速β大。这是因为εk大， 曲轴箱的压力变化大，各 气口前后压差大，气流运 动加快，εk大， βmax偏 向高速。 εk大低速 β小是 因为压差大造成涡流损失 大，能量消耗大所致。
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。
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理想扫气模式
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。当β =l时， η s =100%，在 扫气曲线上为一倾斜 45°的直 线。
四冲程汽 油机的工 作过程

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四冲程发动机工作过程
进气
Байду номын сангаас压缩
作功
排气
活 塞
活 塞
活 塞
活 塞
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二冲程发动机机体基本构造
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二冲程发动机
两个活塞行程内，即曲轴旋转一 周的时间内完成一个工作循环。
第一冲程：压缩、进气 第二冲程：做功、排气
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二冲程发动机工作循环
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二冲程发动机工作过程
二冲程内燃机同样具有进气、压缩、燃烧、膨胀和排气过 程，这些过程只用两个活塞行程来完成，其中差别最大的 是换气过程。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 充量由扫气口流人气缸，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，在压缩行程 的开始，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。
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其他关键部件及其对发动机性能影响
散热片多少、形状及其分布直接影响冷却 效果，进而影响进气密度和发动机动力性 ； 冷却空气通过时，空气阻力要求小，制造 散热片的材料要有良好的导热性，散热片 要有一定的机械强度； 通过CAE 等现代设计手段可以很方便的研 究各参数对散热性能的影响，从而达到择 优的目标。
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扫气泵形式（1）
曲轴箱作扫气泵 将曲轴箱封闭，利用活塞运动实现曲轴箱 进气过程，并压缩曲轴箱内气体，提高其 压力，起到扫气泵作用。 曲轴箱内最高压力与曲轴箱压缩比有关。 曲轴箱容积大，故压缩比低（ e k = 1.3 ~ 1.55 ），这种扫气泵的充气效率低，扫气 压力pk低，约为108 k Pa 。
反应着的气体温度突然过低；
反应着的气体突然缺乏氧化剂 ；
反应物停留在合适于反应条件 （如温度和浓度等）的时间过 短；
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NOx生成机理
气门气口式
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扫气效果评价参数
扫气系数
s
Gf Gt
G f 为换气后留在缸内的新鲜气质量 Gt 为换气后留在缸内气体的总质量
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关键部件及其参数对扫气的影响
S/D的影响:在其它条件不变的情况下，S/D增加，扫气效
率下降；
扫气压力的影响:扫气压力增压，容易造成新气与废气的
混合，从而使扫气效率下降；
二冲程汽油机工作原理
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1
主要内容
汽油机工作原理及其关键部件 汽油机主要污染物生成机理
二冲程发动机排放特点及主要影响因素 二冲程发动机降排路线分析
2
汽油机工作原理及其关键部件
3
内燃机分类
内燃机 水冷发动机 风冷发动机 内燃机 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机 化油器式发动机
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影响换气的部件及其参数
影响换气过程的部件及其参数主要有：
气口
• 尺寸 • 形状
扫气泵形式 曲轴箱
• 压缩比·
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气口尺寸
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，当扫气口刚 打开时，气缸内压力高于曲轴箱内压 力，使得燃烧废气倒流入曲轴箱内， 扫气不完全，给气比β较小。
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扫气阶段
扫气阶段 随着活塞下行及废气迅速外流，缸内气体 压力骤降，可形成较高的真空，此时扫气 口开度也已加大，使新鲜充量急速流入气 缸。随后，扫气口与排气口开度均较大， 扫气气流经过扫气口进入气缸，将缸内废 气从排气口压向排气管，实现扫气。
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额外排气阶段
额外排气阶段 扫气口关闭到排气口关闭，为额外排气阶段。 因为结构原因，二冲程发动机扫气口关闭时刻 早于排气口。在这一阶段，由于活塞上行的排 挤和排气气流的惯性作用，部分废气与新鲜充 量的混合气继续排出，直到排气口关闭为止。 对于扫气口关闭时刻晚于排气口的发动机而言 ，由于可以获得新鲜充量的额外加入，故这一 阶段被称为过后充气阶段。
发动机转速n： n增加，扫气压力增加，气流紊流加剧，
新气与废气混合，扫气效率ηs下降；
扫气道仰角γ：一般在20°以内。 水平夹角及焦距： 扫气道形状：无气流分离，如渐缩型气道。
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二冲程发动机换气过程特点
换气时间短，换气质量差。在扫气期间，将有较 多的新鲜充量经过排气口直接流入到排气管中， 增加了新鲜充量的消耗量。 进排气过程同时进行，新鲜充量与废气易于掺混 ，残余废气系数较大。 扫气消耗功大，再加上扫气损失，其指示热效率 明显低于四冲程内燃机，因此燃油消耗率较高。 排放高，对于化油器式二冲程汽油机而言，由于 在扫气期间有较多新鲜充量短路而直接流入排气 管，导致其未燃HC排放较高。
θi1≠ θi2且θi1 > θi2 。 中低速不会产生反喷，稳定性和经济性好。 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。
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进气过程衡量指标
给气比
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=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 愈大动力性愈好。
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η s等于零的一条横线曲线3。
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实际扫气方式
上述三种标准扫气型式都是理想化的，在 实际二冲程发动机上是三种型式在一台机 子上交互存在而有所接近。
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扫气形式
废气和新鲜充量在气缸中的流动方式称为
扫气形式，也对换气过程的效果起着重要 作用。 扫气形式有以下几种基本类型：
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二冲程发动机工作特点
曲轴旋转一周即为一个工作循环，压缩和进 气（新鲜混合气进入曲轴箱）为一个冲程， 燃烧和排气在一个冲程； 理论上二冲程发动机功率是四冲程发动机功 率的2倍，事实上，由于各类损失等原因， 这一数值约为1.5~1.7倍左右； 没有单独的换气过程，利用扫气将燃烧废气 扫出，不可避免存在新鲜混合气损失，未燃 HC排放高。
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发动机基本术语 (3)
曲轴箱压缩比 εk εk=(Vk+Vs)/Vk Vk为活塞位于下止点时曲轴箱容积；Vk+Vs( 工作容积)为活塞位于上止点时曲轴箱容积。
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四冲程发动机与二冲程发动机
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四冲程发动机工作原理
四冲程发动机：活塞往复四个冲 程完成一个循环的发动机。 四个循环：
• • • • 进气行程 压缩行程 作功行程 排气行程