二冲程柴油发动机工作原理

二冲程柴油发动机工作原理

【摘要】

二冲程柴油发动机是一种简洁高效的发动机，其工作原理相对于四冲程发动机更加简单。在进气阶段，空气和燃油混合物进入气缸并压缩。在压缩和爆燃阶段，活塞向上运动，将混合物压缩至高压，然后点火爆燃，推动活塞向下运动。在排气阶段，废气被排出气缸。润滑系统起着润滑活塞和减少摩擦的作用。二冲程柴油发动机的优点是结构简单、功率密度高，但缺点是排放比较大。通过对二冲程柴油发动机工作原理的了解，可以更好地理解其运行过程，为相关领域的研究和应用提供参考。

【关键词】

二冲程柴油发动机，工作原理，引擎阶段，压缩和爆燃阶段，排气阶段，润滑系统，优缺点。

1. 引言

1.1 二冲程柴油发动机工作原理简介

二冲程柴油发动机是一种应用广泛的内燃机，具有简单结构、功率密度高等优点。它是在两个冲程内完成一次动力循环，即吸气、压缩、爆燃和排气，相比于四冲程发动机更为简洁高效。二冲程柴油发动机在工程机械、船舶和柴油发电机等领域得到了广泛应用。 二冲程柴油发动机的工作原理主要包括进气阶段、压缩和爆燃阶段、排气阶段和润滑系统。在进气阶段，工作气缸内形成负压，气缸内的混合气会通过进气门进入气缸内。随后活塞向上压缩混合气，增加其压力和温度，进入压缩和爆燃阶段。燃油喷入燃烧室后爆炸，从而推动活塞向下运动，产生动力。最后是排气阶段，废气通过排气门排出。润滑系统则保证发动机内部各部件的润滑和冷却。

通过了解二冲程柴油发动机的工作原理，我们可以更好地理解其运行机理和优缺点，为其应用和维护提供指导。

2. 正文

2.1 工作原理概述

二冲程柴油发动机是一种应用于内燃机领域的发动机类型，与四冲程柴油发动机相比，它们在结构和工作原理上有着明显的不同。在二冲程柴油发动机中，每个活塞在两个冲程内完成了所有必要的工作，这使得其工作过程更为简洁高效。

1. 进气阶段：在第一个冲程中，活塞下行，汽缸底部的进气阀打开，新鲜空气被抽入汽缸内。活塞上行，将废气排放出汽缸。

转 二冲程发动机 工作原理

转 二冲程发动机 工作原理

二冲程发动机工作原理

本文包括:

1.引言

2.二冲程基础知识3.火花塞点火

4.为汽缸注入燃料

5.压缩冲程

6.二冲程发动机的缺点

1.引言

如果您读过汽车发动机工作原理和柴油机工作原理，那么您就已经熟悉了今天道路上行驶的几乎所有汽车和卡车中的两类发动机。汽油和柴油汽车发动机都被归类为四冲程往复式内燃机。

还有第三类发动机，被称为二冲程发动机，通常用于低功率设备。一些可能拥有二冲程发动机的设备包括:

草坪和园艺设备(链锯、抛草机、修剪器)

越野摩托

机动脚踏车

摩托艇

小型舷外发动机

无线电遥控模型飞机

2.二冲程基础知识 在这篇文章中，您将全面了解关于二冲程发动机的信息:它的工作原理、使用它的原因以及它与通常在汽车中使用的汽油、柴油发动机的不同之处。一台二冲程发动机的结构如下图所示:

您会在诸如链锯和摩托艇之类的设备中看到二冲程发动机，因为它们与四冲程发动机相比有三个重要的优势:

二冲程发动机没有阀门，因此可以简化它们的构造并降低它们的重量。二冲程发动机每次回转都点火一次，而四冲程发动机每隔一次回转才点火一次。这大大提升了二冲程发动机的功率。二冲程发动机能够在任何定位下工作，这对链锯之类的设备非常重要。而标准的四冲程发动机如果不是竖立放置就可能会出现油的传输问题，而要解决这个问题则会增加发动机的复杂度。这些优势使二冲程发动机更轻便、简单而且制造起来成本更低。二冲程发动机同时还有利用同样的空间提供两倍功率的潜力，因为它每次回转有两倍的冲程数。较轻的重量和两倍的功率赋予了二冲程发动机与很多四冲程发动机设计相比更大的功率重量比(power-to-weightratio)。不过，您通常不会在汽车中看到二冲程发动机。这是因为二冲程发动机有一些显著的缺点，我们只要了解一下它的运行就能够理解这些缺点了。

3.火花塞点火

可用于摩托车的发动机有许多种；按燃料性质来看有使用燃油的汽油机、柴油机、涡轮式发动机。使用液化汽的发动机。使用燃料电池的电动机。按发动机的结构特性来看，使用燃油的汽油机、柴油机、与使用液化汽的发动机是同一类。 目前一般的车用发动机都是使用燃油作燃料的活塞式内燃机，其中又分为二冲程发动机与四冲程发动机。在新潮的车辆中，有采用类似柴油机喷油燃烧方式的趋向；例如目前时新潮的“电喷”汽油机，其中有的燃烧方式就有接近柴油机的。 活塞式内燃机最主要的结构特征就是：以燃烧油料为主，有密封的燃烧室、汽缸与上下运动的活塞。其基本原理是：燃料与空气在密封的汽缸内混合压缩燃烧后，产生的高温膨胀气体推动活塞移动，通过连杆与曲轴的力矩转换作用，发动机就有了主轴转动形式的动力输出。 为了达到发动机应有的功能，燃油活塞式内燃机的机体总成由各种不同作用的局部系统部分组成，大致是：启动、点火、进气、配气、配油、控制、燃烧、力矩转换、排气消音、等等。它们的合理组成与配合协调才能形成一个有效的活塞式内燃机。 活塞式内燃机按点火方式来分，有电火花引燃与压缩点燃两大类。按燃烧方式来说，有匀质燃烧与分层燃烧两大类。按供油方式来说，有化油器与喷油泵两大类。按配气方式来分有二冲程与四冲程两类，关于二冲与四冲的配气问题，书上讲的很多，在此帖中将省略些。本帖这次主要阐述的是关于摩托车发动机中的点火、燃烧及燃料性质；重点在目前比较流行的活塞式内燃机应用原理特点及改进要点，在三轮摩托车中使用的柴油机及特性，以及将来有发展趋势的电喷、分层燃烧等活塞式内燃机。 一、轻摩中最常用的二冲程汽油机：这是一种比较特别的汽油内燃机，多用在简易车辆与轻型航空器上，日常生活里在轻摩发动机中最常见，在本版里有许多关于摩托车节油的帖子，多是拿它做试验后写出来的。在此以轻摩中最常用的50CC二冲程汽油机为例，阐述一下它的特点与不同其他发动机之处。二冲程发动机与四冲程发动机相比，最显著的特征之一是换气方式，它的排气与进气方法脱离了四冲程发动机那种传统经典的呼吸式换气方式，很另类地采用了用新鲜燃汽给汽缸内吹汽扫气的换气方式，排气与进汽都是在发动机的下半圈里同时进行，排气与进气的脉冲比较均匀。因为它这种独特的换气方式，省去了发动机为换气再转一圈的消耗，在发动机转动的上半圈中就完成内燃机运转循环所必需的前期压缩与燃烧做功，一圈中就含有进汽、压缩、燃烧、排气等四个程序。所以它最显著的特征之二就是发动机每转都有燃烧作功，马力较大。因为它这种换气方式，只用简单的簧片阀与汽缸体上的扫气口就省去了四冲发动机为换气所必须配备的气阀运动结构，所以发动机的结构比较简单轻便，整机制造成本较低，维护简单可靠耐用。因为发动机结构简单，运转比较轻便，转速也就比较地高，是它最显著的特征之三。二冲程发动机与四冲程发动机相比，明显不同的特征之四是燃烧室：二冲程发动机的燃烧室不象四冲程发动机那样要受进排气阀的约束，可以在较大的范围里自由设计，选择最好的形状与容积，充分利用挤气、涡流--等气流效应，还有最大的容积/面积比例来提高燃烧效益。因发动机转速较高与每转都有燃烧作功的原因，故有的二冲程发动机比同排量的四冲程发动机要多出一倍的输出功率。加上它转速高、马力大、维护简单的特点，故多适宜用在需要轻型发动机的小型航空器与快艇、摩托车上。但因体积小而功率大，往往会有散热不足的问题。从表面上看它的换气结构简单，省略了繁杂的气阀配气结构；但这种换气方式很难做到换气彻底，扫气时充入的燃汽会有泄漏损失，汽缸里还有残留废气，很难形成最佳燃汽状态。所以要求它的扫气口设计极为讲究，有时发动机性能上的差异，就是因为扫气口设计的不同。因为二冲程发动机每转动一圈就燃烧作功一次，所以单缸机的振动也比较均匀；但它的排气压力比四冲程发动机要高得多，要求发动机的排气口与排气管比较畅通，略有堵塞就影响发动机的最大马力。这与削弱排气声有矛盾，有时会用排气管中的“膨胀室”结构来解决问题。因为二冲程发动机独特的换气方式，油门越小时充入气缸的新鲜燃汽越少，气缸内残留的废气就越多。为了能够点着火，就要求充入燃汽的燃油浓度高些。在新鲜空气偏少的情况下，燃汽中油多氧少，多余的燃料就造成浪费与污染环境，这是二冲程发动机费油的原因之一。二冲程发动机的排气口位置高于扫气口，这样一来在换气的过程中，不免有部分刚充入的新鲜燃汽被挤泄出排气口，这也是二冲程发动机浪费燃料的短处之一。而且因为排气口的高度尺寸占去活塞行程的20--40%，所以二冲程发动机的实际工作排量只有标称排量的60--80%。　因为它的转速较高，而且是每一转都要燃烧作功，发动机产生的热量较大，这类小排量发动机在自然风冷时，汽缸的散热比较成问题。为防汽缸过热导致燃汽提前自行着火，发动机的压缩比不能过大。这将致使发动机的效益偏低，对汽油的标号也要求高些，很难使用其他燃油。因为它的转速较高，所以需要瞬间挥发性与燃烧性能都比较好的燃料；在一般的发动机中，多使用挥发性与热值都较高的汽油来做燃料。（有人习惯把二冲程发动机叫汽油机，其实二冲程发动机在航模发动机中会使用醇类燃料，在某些特种发动机上也有使用柴油的。）二冲程汽油机与四冲程汽油机虽然用的都是化油器供油，但在化油特性上有个很大的不同之处：二冲程汽油机的雾化燃油与新鲜空气不是直接进入汽缸燃烧，而是在曲轴箱里过上几圈，才在扫气时被压进汽缸。这使得燃料有更多的汽化时间与混合时间，也有了较大的供给惯性。比较四冲程汽油机而言，二冲程汽油机的“冷热机效应”较为明显；这是因为二冲程汽油机的雾化燃油与新鲜空气要在曲轴箱里过上几圈，才被送进汽缸内燃烧，这使得燃料汽化程度与曲轴箱温度有着过于密切的直接关系。有时冬天摩托车启动困难就是因为发动机过冷，燃油难以汽化的原因。这是汽油机的通病，在二冲机上尤为突出。这种“冷热机效应”也有一定的时间惯性，故要求调节化油器都在热机时进行。为适应发动机的“冷热机效应”，二冲程发动机的化油器上都有“加浓”油路作冷机启动的应急备用，不提倡简单将化油器调节得供油过浓来适应冷机状态。二冲程发动机的燃烧中本身就已经含有润滑油，再将化油器调节过度，热机时严重富油，火花塞很容易积碳失灵。二冲程发动机因为残留废气偏多，所以要求的燃汽浓度也比四冲程发动机要偏高点；再加上二冲程发动机的吸气负压比四冲机要低得多，所以四冲程发动机的化油器不可简单与二冲程发动机对换使用，否则供油比例严重失调。在换用化油器时，需要对化油器进行改进与调整。二冲程发动机的润滑系统比较简单。过去多是使用含3--4%润滑油的混合汽油燃料，近代开始有改用随车小机油泵给发动机滴注加入润滑油的做法。但怎么样也还是有部分润滑油进入汽缸参与燃烧，造成排放废气中有烟雾状焦油类污染物，气缸内的排气口与火花塞也容易积碳。因为二冲程汽油机扫气方式的换气不彻底性，汽缸内还残留较多废气，为保持怠速状态更要加浓燃油，燃烧状态富油缺氧。这种燃烧温度偏低缺氧的状态，固然可以减少一氧化氮类酸性污染物产生，但产出一氧化碳与燃烧未尽的碳氢化合物偏多，所以整机耗油多污染偏大。因为传统经典的二冲程汽油机不能较好地解决换气彻底与燃气泄漏的问题，还有部分机型是应用混合油方式来解决发动机润滑问题，所以整机耗油多污染大。.因为二冲程发动机的转速较高，所以要求点火角随机应变的范围较大。目前许多轻摩发动机上都采取了单一点火角的简单作法，这给二冲程发动机的性能带来很大的限制；须知二冲程发动机本身就有低转速时扭矩不足的缺点，再不用点火角来弥补点，发动机的性能怎能提高？.目前许多传统经典的二冲程汽油机犹如原始教学模型，许多配件非常原始丑陋，整机耗油多且污染大；一般轻摩耗油率都在30--50KM/L，实际上这个数据是能够翻一番的。需要并且可以自行改进的重点有：化油器，随动点火角，燃烧室，扫气口，进汽喉管（含“蓄能器”）。.目前二冲程汽油机多是被社会舆论所贬低压制，人们似乎忘记了它在发动机历史上的重要地位与突出贡献。出于政治手段与某种形势需要，社会舆论与车管政策对它的打击与限制是越来越多。.其实二冲程汽油机的优点还是很多的，有些方面还是四冲程汽油机所望尘莫及，只要有心将它好好改进更新换代，二冲程汽油机还是有很好的发展前景。 二、汽车上应用最多的四冲程汽油机：这是一种比较经典的汽油内燃机，日常生活里在汽车与摩托车发动机中最常见，在本版里因为与轻摩关系不大而较少提起。它的结构在发动机中比较成熟，构造上与二冲程汽油机有许多不同的地方与特点，性能上也有许多优于二冲程汽油机的地方。因其耗油偏低排放污染较小，故广泛应用于需要经济耐用的通用车辆、飞机、快艇与摩托车上。关于它的资料，在一般的教材书籍中都比较多，所以本版很少再重复提起。在此仅以摩托车中常用的四冲程汽油机为例，阐述一下它与其他发动机不同之处的特点。 1.四冲机与二冲程发动机相比，最显著的区别就是换气方式；它的排气与进气方法是按传统内燃机那种经典的呼吸式换气方式，很规范地通过活塞在汽缸内一进一退的方式，来解决发动机的排气与进气的换气问题。这需要发动机专门为换气程序转动一圈，再加上气阀机构的配合。2.因为它这种经典规范化的换气方式，发动机需要转动两圈才可以完成一次运转程序：进汽、压缩、燃烧做功、排气，这四种程序是它最标准的工作状态。所以它最显著的特征之二就是发动机每两转才燃烧作功一次，导致同样排量发动机的输出功率理论上较二冲程发动机偏低些。3.因为它这种规范化的换气方式，曲轴箱与换气无关。发动机必需具备为换气所必须配备的气阀运动结构，所以发动机的结构比较复杂繁琐，整机体积与重量偏大。由于配气机构运转有点内耗与惯性，转速不宜偏高，故四冲程发动机的最高转速偏低，这是它最显著的特征之三。 4.四冲程发动机与二冲程发动机相比，明显不同的特征之四是燃烧室：四冲程发动机的燃烧室要受进排气阀的约束，不象二冲程发动机那样可以自由发挥。在设计燃烧室时要十分用心推敲，在不影响进排气阀的前提下，绞尽脑汁地去选择较好的形状，很难利用挤气、涡流--等气流效应来加强燃烧效益，同排量下淬熄层的面积也偏大许多。5.从表面上看它的换气结构使用了繁杂的气阀配气结构，换气应该比较透彻；但实际上这种换气方式也有换气不彻底的短处，每次排气时还会留下燃烧室内的一些废气，所以气阀对进、排气的相位还有点讲究。好处还是主要的：残留的废气较少，新鲜燃汽也没有泄漏损失，所以虽然发动机有换气机构的功率内耗，但总体上比二冲程发动机还是较为节油。6.因为它的换气结构比较繁琐，所以发动机的结构比较笨重复杂化，整机制造成本较高，维护调整也比较复杂化点。但有一点二冲程发动机所没有的好处：曲轴箱与换气无关，如无故障毛病，只要加一次4T的润滑油就可以使用很长一段时间，不用老是关注发动机润滑的问题。如此换气方式还有一个特点是：适宜作大排量低转速的发动机。 7.因为它的转速不是太高，有一圈的进气压缩程序时间可以汽化燃料，所以对汽油的挥发性与燃烧性要求偏低些，可以使用价格低廉的燃料。（有人习惯以为四冲程汽油机只能使用汽油，其实四冲程汽油机可以使用许多种类的燃料，许多能够形成可燃汽态的普通燃油都行。）8.因为发动机是每两转才燃烧作功一次，又有进气燃料汽化散热时间，气缸产生的热量比较容易散发。这类大排量的发动机除了自然风冷，还有水冷或是油冷方式。汽缸散热问题解决较好，因此不怕燃汽提前自行着火，发动机的压缩比可以适当大点，使得发动机效益提高点。9.四冲程发动机的进气、压缩、膨胀、排气是在活塞的全部行程中进行，不象二冲程发动机的实际工作容积被排气口打了折扣；故四冲发动机的作功效益比二冲发动机要高出许多，标称排量就是它的实际工作容积。这就是许多四冲程发动机也能达到与同排量二冲程发动机一样功率的原因之一。 10.因为四冲程汽油机压缩比偏高，燃汽中残留废气较少，燃烧时氧气充足状态较好，所以燃烧时的瞬间温度偏高。燃烧的温度偏高与富氧，固然可以减少一氧化碳与未燃的碳氢化合物，但在高温高压下容易产生一氧化氮类的酸性污染物。所以整机耗油低时，也不是完全没有污染。11.因为传统经典的四冲程汽油机能较好地解决换气彻底与燃气缺氧的问题，也有较好的方式来解决发动机的润滑问题，所以整机耗油低而污染小，燃油效益与排放污染的技术指标都超过二冲程汽油机。但在疯狂飙车的同时，要小心四冲机富氧燃烧所带来的燃烧室零件烧蚀问题。12.因为目前的四冲程汽油机使用的也是限制进气量的化油器，所以在小油门时发动机的实际进气量很低。这使得发动机工作时的实际压缩比严重偏小，发动机作功效益严重降低。故四冲程汽油机车辆多具备较多的档位，希望能在较大的油门状态下偏低转速运行。 13.此外，四冲程发动机与二冲程发动机相比，明显不同的地方还有：燃料系统与曲轴箱无关，雾化燃油与新鲜空气是直接进入汽缸的，燃料的汽化主要是进气与压缩程序时在汽缸里完成。这是燃料最主要的汽化时间，对气缸也有一定的冷却作用。为此，还要讲究点进气环流技术。14.四冲程汽油机也是用化油器供油，但在供油特性上与二冲程汽油机有点不同：化油器输出的雾化燃油与新鲜空气直接进入汽缸，没有曲轴箱的蓄积作用，燃料供给的惯性因此而减小。与二冲程汽油机相比较，四冲程汽油机在关小油门或是瞬间加大负载时，发动机比较容易熄火。15.因为四冲程发动机的吸气负压比二冲机要大得多，所以不可简单换用二冲程发动机的化油器。如换用二冲机化油器时，需要对其进行一定的改进与调整。鉴于四冲程发动机转动两圈一次的吸气过程，所以它的进汽脉冲就没有二冲程发动机那么均匀，进气系统更需要使用“蓄能器”来缓和进气负压波动和形成人工环流。 16.四冲程汽油机的“冷热机效应”原因与二冲程汽油机有所不同。因为四冲程发动机燃油系统与曲轴箱无关，燃料汽化主要是在进气与压缩过程中的汽缸内完成，故四冲程汽油机的“冷热机效应”主

第一章 柴油机的基本知识

第一节 柴油机的基本结构

一、柴油机的基本工作原理

柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。它的基本工作原理是使燃油直接在发动机的气

缸中燃烧，将燃油的化学能转变成热能，从而生成高温高压的燃气，因燃气膨胀，推动活塞

运动，通过曲柄连杆对外做功，将热能转变为机械能。

柴油机中燃油的化学能要经过燃烧才能转变成热能。要燃烧就必须有空气。为此，在喷

入燃油之前必须先使空气进入气缸。但光有空气和燃油若无点火源（热源）还是不能燃烧。

柴油机是压缩发火的，为此，要将从大气中吸入柴油机气缸内的室温空气，先依靠活塞上行

压缩，使之达到足够高的温度和压力。此时再将燃油以雾化状态喷入，即可在高温高压的空

气中自然。燃油燃烧后放出大量的热能，使燃气的压力、温度急剧增高，在气缸内膨胀，推

动活塞作功。膨胀终了时，气体失去了作功能力，变成废气，排出气缸，以便新气再次进入。

综上所述，柴油机每作一次功，必须经过进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程才能

实行，进行了这五个过程就完成了一个工作循环。然后不断重复进行这些过程，使柴油机持

续工作。

二、柴油机的基本结构

柴油机的基本结构如图l-1所示，柴油机要按前述工作原理工作，必须包括以下部件、

系统和装置。

（一）固定部件

主要由气缸盖1、气缸套3、机体10、机座8、主轴承9等构成柴油机本体和运动件的

支承，并和有关运动部件配合构成柴油机的工作空间。

（二）运动部件

主要由活塞2、活塞销4、连杆5、连杆螺栓6、曲轴7等组成。它们与固定部件配合完

成空气压缩及热能到机械能的转换。

（三）配气系统

它包括进气系统和排气系统。

进气系统主要由空气滤清器、进气管件、气缸盖内的进气道、进气阀16、气阀弹簧20、

摇臂15、顶杆13、凸轮轴11和凸轮轴传动机构等所组成，用来在规定的时间内向气缸内充

入足够的新鲜空气。

排气系统主要由排气阀19、气阀弹簧20、摇臂15、顶杆13、凸轮轴11和传动机构以