二衝程內燃機

如果在兩個衝程里完成進氣、壓縮、做功、排氣這些循環動作，就叫二衝程，相應的內燃機叫二衝程內燃機。

【輔助衝程】即進氣衝程、壓縮衝程和排氣衝程的統稱。為完成做功，這三個衝程都是為做功而準備的，故稱之為輔助衝程。

【輔助設備】內燃機除主要做功部分之外，還有燃料、點火、冷卻及潤滑四個輔助設備系統。燃料系統主要是化油器，它是把汽油和空氣按一定比例配製成霧狀的混合氣體，以供給汽缸作為燃料使用；點火系統是由蓄電池、線圈、火花塞等部分組成，火花塞是由齒輪來管理的，它能夠按時在氣缸中產生電火花，使壓縮的混合氣體燃燒爆炸；冷卻系統，主要部分是汽缸外部缸體的水套，使水在其中可以流動，因為燃料在汽缸中燃燒時，汽缸的溫度可以升到2000℃左右，使汽缸壁和活塞發熱，易使機件損壞，故汽缸外壁的水套中的水吸熱上升進入散熱器，降溫后，再用抽水機將冷水打回水套中，使水循環地將汽缸冷卻。小型內燃機和少數飛機也常用空氣減熱法，使汽缸外殼與空氣接觸面積增大，將熱散逸到空氣中去；潤滑系統，是為防止金屬磨損，而在機內裝有油盤、抽油泵等裝置向機件各部分輸送潤滑油，以減小摩擦損耗。

工作循環 當活塞從下止點開始向上移動時（圖1a）, 掃氣口和排氣口均開啟，新鮮充量(空氣或可燃混合氣)通過掃氣泵提高壓力后，由掃氣口壓入氣缸。一方面，清掃氣缸內的廢氣使之由排氣口排出；一方面，又使氣缸充滿新鮮充量。這就是掃氣過程。接著，活塞繼續向上運動，先將掃氣口覆蓋，繼而將排氣口關閉(圖1b)，此時掃氣過程結束。活塞再繼續上行，將封閉在氣缸內的新鮮充量和未排凈的少量廢氣的混合氣壓縮到上止點時即完成壓縮過程(圖1c)。這時氣缸內壓力和溫度增高很多，活塞接近上止點時點火（或噴油），燃料燃燒，燃氣壓力和溫度急劇升高，在高溫高壓氣體作用下，推動活塞從上向下運動，即為燃燒膨脹過程。這時，內燃機對外作功，通過連桿推動曲軸作旋轉運動，將機械功輸出。當活塞繼續下行打開排氣口時，廢氣因壓力較高便從排氣口自行逸出（圖1d），氣缸內壓力隨即下降，待活塞打開掃氣口時供入新鮮充量清掃廢氣，活塞再移至下止點時即完成一個工作循環。掃氣方式 二衝程內燃機換氣后，氣缸內殘餘多少廢氣，或者說氣缸內能充入多少新鮮充量，直接影響內燃機性能。二衝程內燃機沒有單獨的排氣行程和進氣行程，不能利用活塞的推擠作用清除廢氣，要使氣缸清掃乾淨比較困難，難以得到高的掃氣質量。因此，改進二衝程內燃機的掃氣作用是一項重要的工作。二衝程內燃機有橫流、迴流和直流3種掃氣方式（圖2）。①橫流掃氣：掃、排氣口分別布置在氣缸下部的兩側，掃氣時新鮮充量易於橫越氣缸徑直流向排氣口。使用這種方式，廢氣清除得不幹凈，且有新鮮充量漏失，所以掃氣質量不高，新機型很少採用；但這種方式結構簡單，小型汽油機尚有採用的。②迴流掃氣：掃氣口和排氣口分別布置在氣缸下部的同一側，掃氣流充入氣缸后先向上流動，然後再折轉流向排氣口，在氣缸內形成掃氣迴流。這種掃氣方式的掃氣質量較高，結構也簡單，獲得廣泛應用。③直流掃氣：有氣口-氣門式和氣口-氣口式（即對置活塞式）之分。掃氣流由掃氣口供入氣缸，沿氣缸軸線單向流動，同時繞氣軸線旋轉，將廢氣從排氣口（排氣門）掃出，新鮮充量與廢氣很少摻混。這種掃氣方式的掃氣質量最好，應用廣泛，尤其適用於長行程船用柴油機。二衝程內燃機用掃氣泵中，應用最廣的是羅茨壓縮機（見羅茨鼓風機）和離心壓縮機。有的小型內燃機用曲軸箱作為掃氣泵。有的大型船用柴油機用活塞底部作為掃氣泵，稱為活塞底泵。也有少數二衝程內燃機採用螺桿壓縮機和滑片壓縮機作為掃氣泵。特點和應用 與四衝程內燃機相比，二衝程內燃機因曲軸轉一圈即作功一次，升功率較大；又因沒有氣門和傳動機構（氣口-氣門式除外）,結構簡單、輕巧。但為了掃除廢氣必須充入較高壓力的新鮮充量，因而需要裝掃氣泵，這就要消耗一部分功率去驅動掃氣泵。此外，由於有少部分新鮮充量從排氣口逸失，燃料經濟性較差。3千瓦以下的小型動力設備、摩托車和船外掛機大多採用二衝程汽油機。遠洋船用低速大功率柴油機全部採用二衝程式，這是因為除升功率大等特點外，在低速時容易清掃廢氣和增壓，而且燃料經濟性好。燃料消耗率最低可達175克/（千瓦·時）。少數中、高速船用和汽車用柴油機也採用二衝程內燃機。優劣之處優點1.曲軸每轉一周就有一個做功行程，當發動機工作容積和轉速相同時，理論上二衝程發動機功率應等於四衝程發動機的兩倍。2.由於發生做功過程的頻率較高，故運轉比較均勻平穩。3.由於沒有專門的配氣機構，所以結構簡單，質量較小。4.使用維護簡便。附屬機構少，易受磨損須經常維修的部件數量較少。缺點1. 經濟性較差。 2. 排放性差。原因：由於二衝程發動機換氣過程中新鮮氣體損失較多，廢氣排除也不徹底，且氣孔佔據了一部分活塞行程，作功時能量損失較大，廢氣中未燃 產物多。影響：實際上二衝程發動機的功率並不等於四衝程發動機的兩倍，而是1.5-1.6倍左右。二衝程汽油機在一般汽車上很少採用，僅在摩托車、少數微型汽車及船用發動機上應用。