1.1.5 单缸二冲程发动机的工作原理

1.单缸二冲程汽油机的工作原理

所谓二冲程发动机，是指曲轴旋转一周，活塞在汽缸内上、下往返两个行程，即可完成发动机的进气、压缩、做功、排气四个工作过程。单缸二冲程汽油机的工作示意图如图1.8所示。在汽缸内壁活塞向下止点行程三分之二处开始依次开有排气口、换气孔和进气口三个孔口，排气口最高，进气口最低。活塞顶做成斜的不对称的凸形，汽缸孔口和活塞顶的这种特殊结构，有利于二冲程发动机进气尽可能充分、排气尽可能彻底。

（1）第一个冲程。曲轴旋转带动活塞由下止点向上止点运动，当活塞上行至关闭换气孔和排气口（图1.8（a））时，已进入汽缸的新鲜混合气开始被压缩，直到活塞到达上止点，压缩过程结束。

活塞上行时，其下方曲轴箱内形成一定真空，当活塞上行至进气口开启时，燃料供给系统供给的新鲜混合气，在曲轴箱真空吸力作用下进入曲轴箱，如图1.8（b）所示。

（2）第二个冲程。活塞上行接近上止点（图1.8（c））时，火花塞产生电火花，点燃混合气，燃烧后形成的高温、高压气体推动活塞由上止点向下止点运动做功。当活塞下行到关闭进气口后，活塞下方曲轴箱内的可燃混合气被预压。

活塞继续下行至活塞顶打开排气口（图1.8（d））时，部分燃烧后的废气在膨胀做功残余压力作用下经排气口排出，紧接着换气孔开启，曲轴箱内经预压的可燃混合气经换气孔进入汽缸，并扫除汽缸内的残余废气，这一过程称为换气过程。一直延续到下一个冲程活塞再次关闭换气孔和排气口为止。

图1.8 单缸二冲程汽油机的工作示意图

由二冲程汽油机工作过程可知：第一个冲程中活塞上方进行换气、压缩工作，活塞下方进行进气工作；第二个冲程中活塞上方进行做功、换气工作，活塞下方进行预压缩工作。换气过程跨越两个冲程。

2.二冲程柴油机的工作原理

图1.9所示为带有换气泵的二冲程柴油机工作示意图，新鲜空气经换气泵提高压力（0.12～0.14MPa）后经汽缸外部的空气室和汽缸壁上的进气孔进入汽缸内，废气则由专门的排气门排出。它与二冲程汽油机有很多相近之处，主要区别是：换气过程由换气泵辅助完成，吸入汽缸的是纯空气。

图1.9 带换气泵的二冲程柴油机工作示意图

（1）第一个冲程。曲轴旋转，活塞从下止点向上止点运动。行程开始前，进气孔和排气门均开启，由扫气泵提高空气的压力，高压空气进入汽缸进行换气，如图1.9（a）所示。当活塞上行至进气口、排气门关闭时，开始压缩，如图1.9（b）所示。当活塞接近上止点时，高压柴油经喷油器以极细雾状喷入汽缸自行着火燃烧（图1.9（c））。

（2）第二个冲程。活塞到达上止点，着火燃烧的高温高压气体推动活塞向下运动对外输出动力，当活塞下行到三分之二行程时，排气门开启，将做功后的废气在残废压力作用下排出汽缸外，如图1.9（d）所示。此时进气口开启，进入换气过程。

由二冲程发动机工作过程不难看出，二冲程发动机具有以下明显特点。

① 二冲程发动机没有气门或只有排气门，从而省去了配气机构或使配气机构更为简单，简化了发动机结构，具有重量轻、制造成本低的特点。

② 其做功次数是四冲程发动机的两倍，理论上在汽缸工作容积、压缩比、转速相同的情况下，二冲程发动机的功率是四冲程发动机的两倍，实际上由于换气过程有窜气损失，膨胀做功不充分，其功率只有四冲程发动机的1.5～1.6倍。

③ 在转速相同的情况下，二冲程发动机的做功次数比四冲程发动机多出一倍，因此单缸二冲程发动机比单缸四冲程发动机运转更平稳。

但二冲程发动机在换气过程中要带走部分混合气，经济性比较差，排气污染严重；但因结构简单、重量轻，在小排量摩托车、移动机具的动力机上应用较多。二冲程柴油机的换气过程没有燃料损失，多用于对动力机要求功率大、重量轻的轮船上。