二冲程发动机

二冲程（或二冲程循环）发动机是一种内燃发动机，它在一个动力循环期间通过活塞的两个冲程（上下运动）完成一个动力循环，该动力循环在一次旋转中完成曲轴。四冲程发动机需要活塞的四个冲程才能在曲轴两转期间完成一个动力循环。在二冲程发动机中，燃烧冲程的结束和压缩冲程的开始同时发生，进气和排气（或扫气）功能同时发生。二冲程发动机通常具有较高的功率重量比，功率在称为功率带的狭窄转速范围内可用。二冲程发动机的运动部件比四冲程发动机少。

xxx台涉及气缸压缩的商用二冲程发动机归功于苏格兰工程师DugaldClerk，他在1881年为他的设计申请了专利。然而，与大多数后来的二冲程发动机不同，他有一个单独的充气气缸。曲轴箱扫气发动机，利用活塞下方的区域作为充电泵，通常归功于英国人约瑟夫戴。1879年12月31日，德国发明家卡尔·本茨制造了一种二冲程燃气发动机，并于1880年在德国获得了专利。xxx台真正实用的二冲程发动机归功于约克郡人AlfredAngasScott，他于1908年开始生产双缸水冷摩托车。带电火花点火的二冲程汽油发动机特别适用于轻型或便携式应用，例如链锯和摩托车。然而，当重量和尺寸不是问题时，循环的高热力学效率潜力使其成为在大型、重量不敏感应用中运行的柴油压燃发动机的理想选择，例如船舶推进、铁路机车和发电。在二冲程发动机中，与四冲程发动机相比，废气向冷却系统传递的热量更少，这意味着驱动活塞和涡轮增压器的能量更多。

曲轴箱压缩二冲程发动机，例如普通的小型汽油发动机，在全损耗系统中由汽油混合物润滑。石油预先与他们的汽油燃料混合，燃料与石油的比例约为32:1。然后，这种油通过在发动机中燃烧或作为废气中的液滴形成排放物，从历史上看，与功率输出相当的四冲程发动机相比，它会产生更多的废气排放物，尤其是碳氢化合物。在一些二冲程设计中，进气口和排气口的组合打开时间还可以允许一定量的未燃烧燃料蒸汽从排气流中排出。小型风冷发动机的高燃烧温度也可能产生NOx排放。然而，通过直接燃油喷射和基于油底壳的润滑系统，现代二冲程发动机产生的空气污染不会比四冲程发动机差，并且可以实现更高的热力学效率。

当机械简单、重量轻和高功率重量比是设计重点时，首选二冲程汽油发动机。通过将油与燃料混合，它们可以在任何方向运行，因为油藏不依赖于重力。过去，许多主流汽车制造商都使用过二冲程发动机，包括瑞典萨博和德国制造商DKW、Auto-Union、VEBSachsenringAutomobilwerkeZwickau、VEBAutomobilwerkEisenach和VEBFahrzeug-undJagdwaffenwerk„ErnstThälmann。日本制造商铃木和斯巴鲁在1970年代也是如此。由于对空气污染的日益严格的监管，二冲程汽车的生产于1980年代在西方结束。东欧国家一直持续到1991年左右，东德的特拉班特和瓦尔特堡。二冲程发动机仍然存在于各种小型推进应用中，例如舷外发动机、小型公路和越野摩托车、轻便摩托车、踏板车、嘟嘟车、雪地摩托、卡丁车、超轻型飞机和模型飞机。特别是在发达国家，污染法规意味着它们的使用许多这些应用正在被逐步淘汰。例如，本田在相当早地放弃了公路车型之后，于2007年停止在美国销售二冲程越野摩托车。由于其高功率重量比和可在任何方向使用的能力，二冲程发动机在手持式户外电动工具中很常见，包括吹叶机、链锯和细绳修剪机。二冲程柴油发动机主要用于大型工业和船舶应用，以及一些卡车和重型机械。

尽管原理相同，但各种二冲程发动机的机械细节因类型而异。设计类型根据将充气引入气缸的方法、对气缸进行扫气的方法（用燃烧的废气换成新鲜的混合气）和对气缸进行排气的方法而有所不同。

活塞端口是最简单的设计，在小型二冲程发动机中最常见。所有功能仅由活塞在气缸中上下移动时覆盖和打开端口来控制。在1970年代，雅马哈为该系统制定了一些基本原则。他们发现，一般来说，加宽排气口会增加与提高排气口相同的功率，但功率带不会像提高排气口时那样变窄。然而，对于合理的活塞环寿命，单个排气口的宽度存在机械限制，约为孔径的62%。除此之外，活塞环会膨胀到排气口并迅速磨损。在赛车发动机中，xxx孔宽的70%是可能的，其中环每几场比赛就更换一次。进气持续时间在120到160°之间。传输端口时间设置为至少26°。当活塞处于下止点并且传输端口几乎完全打开时，赛车二冲程膨胀室的强大低压脉冲可以将压力降至-7psi。二冲程油耗高的原因之一是一些进入的加压燃料-空气混合物被迫穿过活塞顶部，在那里它具有冷却作用，并直接从排气管中排出。具有强反向脉冲的膨胀室阻止了这种流出的流动。二冲程油耗高的原因之一是一些进入的加压燃料-空气混合物被迫穿过活塞顶部，在那里它具有冷却作用，并直接从排气管中排出。具有强反向脉冲的膨胀室阻止了这种流出的流动。二冲程油耗高的原因之一是一些进入的加压燃料-空气混合物被迫穿过活塞顶部，在那里它具有冷却作用，并直接从排气管中排出。具有强反向脉冲的膨胀室阻止了这种流出的流动。与典型四冲程发动机的根本区别在于，二冲程的曲轴箱是密封的，是汽油和热球发动机进气过程的一部分。柴油二冲程通常添加罗茨鼓风机或活塞泵进行扫气。

簧片阀是一种简单但高效的止回阀形式，通常安装在活塞控制端口的进气道中。它允许不对称进气，提高功率和经济性，同时扩大功率范围。这种阀门广泛用于摩托车、沙滩车和船用舷外发动机。

进气通路由旋转构件打开和关闭。有时在小型摩托车上看到的一种熟悉的类型是连接到曲轴的开槽圆盘，它覆盖并打开曲轴箱末端的开口，允许电荷在循环的一部分期间进入（称为圆盘阀）。在二冲程发动机上使用的另一种形式的旋转式进气阀采用两个带有适当切口的圆柱形构件，该切口布置成一个在另一个内旋转——只有当两个切口重合时，进气管才具有通向曲轴箱的通道。与大多数电热塞模型发动机一样，曲轴本身可以构成其中的一个部件。在另一个版本中，曲柄盘布置成紧密配合在曲轴箱中，并设有一个切口，该切口在适当的时候与曲轴箱壁中的入口通道对齐，就像在Vespa小型摩托车中一样。旋转阀的优点是它可以使二冲程发动机的进气正时不对称，这是活塞端口式发动机不可能做到的。活塞端口式发动机的进气正时在相同的曲柄角上止点前后打开和关闭，使其对称，而旋转阀允许提前开始和关闭。与活塞端口或簧片阀发动机相比，旋转阀发动机可以定制以在更宽的速度范围内或在更窄的速度范围内提供更高的功率。当旋转阀的一部分是曲轴箱本身的一部分时，特别重要的是，不允许发生磨损。

在横流式发动机中，传输和排气口位于气缸的相对两侧，活塞顶部的导流板将新鲜进气引导到气缸的上部，将剩余的废气推向另一个导流板的一侧和排气口。导流板增加了活塞的重量和暴露的表面积，而且它使活塞冷却和实现有效的燃烧室形状更加困难，这就是为什么这种设计在1960年代之后在很大程度上被单流扫气所取代，特别是对于摩托车，但对于较小的或使用直接喷射的速度较慢的发动机，偏转活塞仍然是一种可接受的方法。

这种扫气方法使用精心设计和定位的传输端口，在新鲜混合物进入气缸时将其流向燃烧室。燃料/空气混合物撞击气缸盖，然后跟随燃烧室的曲率，然后向下偏转。这不仅可以防止燃料/空气混合物直接从排气口流出，而且还会产生涡流，从而提高燃烧效率、动力和经济性。通常，不需要活塞偏转器，因此这种方法与交叉流方案（上图）相比具有明显的优势。在1920年代中期早期形式的德国发明者AdolfSchnürle之后，它通常被称为Schnuerle（或Schnürle）循环清除，它在1930年代在该国被广泛采用，并在第二次世界大战后传播到更远的地方。循环扫气是现代二冲程发动机上使用的最常见的燃料/空气混合物传输类型。铃木是欧洲以外首批采用循环扫气二冲程发动机的制造商之一。此操作功能与德国摩托车制造商MZ和WalterKaaden开发的膨胀室排气装置一起使用。循环扫气、盘阀和膨胀室以高度协调的方式工作，显着提高了二冲程发动机的功率输出，特别是来自日本制造商铃木、雅马哈和川崎的发动机。铃木和雅马哈在1960年代的大奖赛摩托车比赛中取得了成功，这在很大程度上要归功于循环扫气提供的动力增加。循环扫气的另一个好处是活塞可以制成几乎平坦或略微圆顶，这使得活塞明显更轻、更坚固，因此可以承受更高的发动机转速。平顶活塞还具有更好的热性能，不易受热不均、膨胀、活塞卡死、尺寸变化和压缩损失。SAAB制造了基于DKW设计的750和850cc三缸发动机，该设计证明采用循环充电相当成功。最初的SAAB92有一个效率相对较低的两缸发动机。在巡航速度下，反射波、排气口阻塞发生的频率太低。使用相同DKW发动机中采用的不对称三端口排气歧管提高了燃油经济性。750cc标准发动机可产生36至42马力，具体取决于车型年份。蒙特卡洛拉力赛变体750cc（带有填充曲轴以实现更高的基础压缩）产生65马力。1966年的SAABSport提供850cc版本（与MonteCarlo的豪华内饰相比，这是一种标准内饰模型）。基础压缩包括二冲程发动机总压缩比的一部分。2012年在SAE上发表的工作指出，环路清除在任何情况下都比错流清除更有效。

在单流发动机中，混合气或增压空气在柴油的情况下，在由活塞控制的气缸的一端进入，而排气在另一端由排气阀或活塞控制排出。因此，清除气流仅在一个方向上流动，因此得名单向流。带阀布置在公路、非公路和固定式二冲程发动机（底特律柴油机）、某些小型船用二冲程发动机（GrayMarine）、某些铁路二冲程内燃机车（电动柴油机）中很常见和大型船用二冲程主推进发动机（瓦锡兰）。端口类型由对置活塞设计代表，其中每个气缸中有两个活塞，以相反的方向工作，例如JunkersJumo205和NapierDeltic。曾经流行的分体式设计就属于这一类，实际上是一个折叠的单向流。通过提前角排气正时，单流发动机可以通过曲轴驱动（活塞或罗茨）鼓风机进行增压。

该发动机的活塞为礼帽形；上段构成正圆柱体，下段起扫气作用。这些单元成对运行，一个活塞的下半部分为相邻的燃烧室充气。活塞的上部仍然依赖于全损耗润滑，但其他发动机部件采用油底壳润滑，具有清洁度和可靠性优势。活塞的质量仅比循环扫气发动机的活塞多约20%，因为裙部厚度可以更小。

许多现代二冲程发动机采用动力阀系统。阀门通常位于排气口内或排气口周围。它们以两种方式之一工作；他们要么通过关闭端口的顶部来改变排气口，从而改变端口正时，例如RotaxRAVE、雅马哈YPVS、本田RC-Valve、川崎KIPS、CagivaCTS或铃木AETC系统，或者通过改变音量排气，改变膨胀室的共振频率，如铃木SAEC和本田V-TACS系统。结果是发动机在不牺牲高速功率的情况下具有更好的低速功率。但是，由于动力阀处于热气流中，因此它们需要定期维护才能正常运行。

直喷在二冲程发动机中具有相当大的优势。在化油器二冲程中，一个主要问题是一部分燃料/空气混合物直接通过排气口排出，未燃烧，而直接喷射有效地消除了这个问题。两种系统正在使用中，低压空气辅助喷射和高压喷射。由于燃油不通过曲轴箱，因此需要单独的润滑源。

柴油发动机仅依靠压缩热来点火。在Schnuerle端口和循环扫气发动机的情况下，进气和排气是通过活塞控制的端口发生的。单流柴油发动机通过扫气口吸入空气，废气通过顶部提升阀排出。二冲程柴油机全部通过强制感应进行扫气。一些设计使用机械驱动的罗茨鼓风机，而船用柴油发动机通常使用排气驱动的涡轮增压器，当排气涡轮增压器无法提供足够的空气时，使用电动辅助鼓风机进行低速运行。直接与螺旋桨相连的船用二冲程柴油发动机能够根据需要向任一方向启动和运行。燃油喷射和气门正时通过使用凸轮轴上的一组不同的凸轮进行机械重新调整。因此，发动机可以反向运行以使船只向后移动。

二冲程发动机使用曲轴箱对空气燃料混合物进行加压，然后再传输到气缸。与四冲程发动机不同，它们不能被曲轴箱和油底壳中的油润滑：润滑油会随燃油一起被冲走并燃烧。供应给二冲程发动机的燃料与油混合，这样它就可以沿其路径覆盖气缸和轴承表面。汽油与油的体积比范围为25:1至50:1。混合物中残留的油与燃料一起燃烧，产生熟悉的蓝色烟雾和气味。二冲程机油于1970年代问世，专门设计用于与汽油混合并以最少的未燃烧油或灰烬燃烧。这导致火花塞结垢显着减少，这在以前是二冲程发动机的一个问题。其他二冲程发动机可能会从一个单独的二冲程油箱中泵送润滑油。这种油的供应由节气门位置和发动机转速控制。在雅马哈的PW80(Pee-wee)和许多二冲程雪地摩托中可以找到示例。该技术被称为自动润滑。这仍然是一个全损系统，油的燃烧与预混系统相同。鉴于油在燃烧室中燃烧时没有与燃料适当混合，因此它提供了稍微更有效的润滑。这种润滑方法消除了用户在每次加注时混合汽油的需要，使电机更不易受到大气条件（环境温度、海拔）的影响，并确保适当的发动机润滑，在轻载（如怠速）时油量更少等等高负荷油（全油门）。一些公司，如庞巴迪，有一些油泵设计在怠速时不喷油以降低烟度，因为发动机部件上的负载很轻，不需要额外的润滑，超出燃料提供的低水平。最终，喷油仍然与预混汽油相同，因为油在燃烧室中燃烧（尽管不如预混那么完全），并且气体仍然与油混合，尽管不如预混那么彻底。这种方法需要额外的机械部件将油从单独的油箱泵送到化油器或节气门体。在性能、简单性和/或干重是重要考虑因素的应用中，几乎总是使用预混润滑方法。例如，越野摩托车中的二冲程发动机主要考虑性能，简单，重量。电锯和割灌机必须尽可能轻，以减少用户的疲劳和危险。如果在节气门关闭的情况下高速旋转，二冲程发动机会出现缺油现象。摩托车从长坡上下来，也许是通过换档从高速逐渐减速时。二冲程汽车（例如20世纪中叶在东欧流行的汽车）通常在动力系统中配备飞轮机构，当油门关闭时允许发动机空转并需要使用刹车来减速。包括柴油在内的大型二冲程发动机通常使用类似于四冲程发动机的油底壳润滑系统。气缸必须加压，但这不是从曲轴箱完成的，而是通过辅助罗茨式鼓风机或专用涡轮增压器（通常是涡轮压缩机系统），它具有用于启动的锁定压缩机（在此期间它由发动机的曲轴），但在运行时解锁（在此期间它由流经涡轮的发动机废气提供动力）。

出于讨论的目的，用摩托车的术语来思考是方便的，排气管面向冷却空气流，曲轴通常沿与车轮相同的轴线和方向旋转，即向前。这里讨论的一些考虑因素适用于四冲程发动机（如果不进行大量修改就无法反转其旋转方向），几乎所有发动机也都向前旋转。还需要注意的是，活塞的正面和背面分别是它的排气口和进气口侧，与活塞的顶部或底部无关。常规汽油二冲程发动机可以在短时间和轻负载下倒车，几乎没有问题，这已被用于在没有倒档齿轮的MesserschmittKR200等微型汽车中提供倒车装置。在车辆有电启动的情况下，通过向相反方向转动钥匙来关闭电机并向后重新启动。二冲程高尔夫球车使用了类似的系统。传统的飞轮磁电机（使用接触断路器点，但没有外部线圈）在反向工作时同样出色，因为控制点的凸轮是对称的，无论向前还是向后运行，在上死点之前断开接触都同样好。簧片阀发动机与活塞控制端口一样向后运行，但旋转阀发动机具有不对称的进气正时并且运行不佳。许多发动机在任何时间段的负载下向后运行都存在严重的缺点，其中一些原因是普遍的，同样适用于二冲程和四冲程发动机。

在成本、重量和尺寸是主要考虑因素的大多数情况下，这个缺点是可以接受的。问题的出现是因为在向前运行时，活塞的主要推力面在气缸的背面，特别是在二冲程中，气缸是最冷和润滑xxx的部分。干式发动机中活塞的前表面不太适合作为主要推力面，因为它覆盖并暴露了气缸中的排气口，这是发动机最热的部分，活塞润滑处于最边缘。活塞的正面也更容易受到伤害，因为发动机中xxx的排气口，位于气缸的前壁。活塞裙和活塞环有被挤压到这个端口的风险，因此让它们在对面的墙上（在横流发动机中只有传输端口）压得最厉害，并且支撑也很好。在某些发动机中，小端被偏移以减少预期旋转方向上的推力，并且活塞的前表面被做得更薄更轻以进行补偿，但是当向后运行时，这个较弱的前表面会承受更大的机械应力，它不是设计的抵抗。这可以通过使用十字头以及使用推力轴承将发动机与最终负载隔离来避免。因此，让它们在对面的墙上（只有横流发动机中的传输端口）压得最紧总是xxx的，而且支撑也很好。在某些发动机中，小端被偏移以减少预期旋转方向上的推力，并且活塞的前表面被做得更薄更轻以进行补偿，但是当向后运行时，这个较弱的前表面会承受更大的机械应力，它不是设计的抵抗。这可以通过使用十字头以及使用推力轴承将发动机与最终负载隔离来避免。因此，让它们在对面的墙上（在横流发动机中只有传输端口）压得最厉害，总是xxx的，而且支撑也很好。在某些发动机中，小端被偏移以减少预期旋转方向上的推力，并且活塞的前表面被做得更薄更轻以进行补偿，但是当向后运行时，这个较弱的前表面会承受更大的机械应力，它不是设计的抵抗。这可以通过使用十字头以及使用推力轴承将发动机与最终负载隔离来避免。这个较弱的前表面承受了增加的机械应力，它不是设计来抵抗的。这可以通过使用十字头以及使用推力轴承将发动机与最终负载隔离来避免。这个较弱的前表面承受了增加的机械应力，它不是设计来抵抗的。这可以通过使用十字头以及使用推力轴承将发动机与最终负载隔离来避免。大型二冲程船用柴油机有时被制成可逆的。与四冲程船舶发动机（其中一些也是可逆的）一样，它们使用机械操作的阀门，因此需要额外的凸轮轴机构。这些发动机使用十字头来消除活塞上的侧推力并将活塞下空间与曲轴箱隔离。除了其他考虑之外，现代二冲程的油泵可能无法反向工作，在这种情况下，发动机会在短时间内出现缺油现象。向后运行摩托车发动机相对容易启动，并且在极少数情况下，可以通过回火触发。这是不可取的。带有簧片阀的模型飞机发动机可以安装在牵引机或推进器配置中，而无需更换螺旋桨。这些电机是压燃式的，因此没有点火正时问题，并且在前进和后退之间几乎没有区别。