摩托车发动机原理 第三章 二冲程发动机的换气过程
二冲程发动机的扫气与排气.pptx
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• 其实对这个问题重视得有点儿过了。当其它部分工作得十分完美的时候， 采用多路旁通对功率的增加作用十分有限。而活塞与汽缸之间哪怕只有一 点儿漏气，哪一种排气设计也弥补不了漏气所造成的功率损失。因此，初 学者在挑选发动机的时候，完全用不着考虑排气设计的问题。
二冲程发动机的排气和扫 气
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•Leabharlann 上一章介绍了二冲程发动机上旁通和进气口的工作原理。与此密切相关
的一个术语是扫气，即将废气清出燃烧室。直到二十世纪六十年代末，大部
分二冲程发动机还都只有一条旁通，在排气口的正对面。
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• 一个活塞折流板(68)和(69)将进来的气体向上导入燃烧室。这个过程有助于将 残留的废气挤出去。我们常常称这样的发动机为横流扫气、循环扫气或折流 扫气的发动机。二十世纪六十年代初，航模发动机工程师采用了按照摩托车 的标准而设计的排气系统。
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2冲程发动机工作原理
2冲程发动机工作原理
2冲程发动机是一种简单且高效的内燃机，其工作原理可以概括为下述几个步骤。
第一步，进气：活塞自上往下运动，通道中的混合气体（空气和燃油）被吸入气缸。
第二步，压缩：活塞自下往上运动，将混合气体压缩至缸体顶部，同时关闭进气和排气口。
第三步，点火：压缩到一定程度后，点火系统引发火花，点燃混合气体，产生燃烧。
第四步，推力：燃烧释放的高温高压气体推动活塞迅速向下运动，再次开启排气口。
第五步，排气：活塞运动至底部，将燃烧产物通过排气口排出气缸。
由于2冲程发动机在每个活塞往返运动中完成一个工作循环（进气、压缩、燃烧、排气），使得其工作周期短，具有高功率输出和轻便紧凑的特点。
然而，由于没有专门的气缸进行进气和排气，部分混合气体容易流失，同时燃烧产生的废气也不能完全排出，造成能量损失和环境污染。
因此，2冲程发动机在近年来逐渐被4冲程发动机取代。
第三章_二冲程发动机的换气过程
2.转阀进气方i1+ θi2 θi1≠ θi2 (2)阀缺角θic一定，进气口尺寸一定后, θi的值便是定值,可用 阀盘键槽的旋转，改变与曲轴的相对位置，可使整个角度提前 或迟后。当装上以后其相对于上、下止点的位置便是固定值， 不随任何工况而变，这是与簧片进气的主要差别。 (3)转阀打开气口以后，气口全开，进气阻力很小，故该型式 用在高升功率的发动机上。 (4)结构复杂，工艺要求高，特别是阀盘，通常用厚度仅 0.5mm的不锈钢片制作，要求平整、光滑、均匀。阀盘的轴向 间隙仅0.5mm左右，达不到要求就会出现密封不严、磨损，甚 致卡死。
上述是整个排气过程的说明。由 于在绝大多数摩托用二行程发动机中， 排气和扫气都是窗孔式并由活塞顶面 控制，故排气相角相对下止点对称。 排气窗口的高度是决定排气过程的最 重要参数。一方面，排气窗口高度要 足够，以使扫气口打开时气缸压力要 降到与曲轴箱压力pk相近，以避免废 气从扫气口大量倒流入曲轴箱。转速 高的发动机应选用窗口高的排气口， 以保证足够的自由排气时面值，使排 气充分。另一方面，排气窗口高度直 接造成有效行程损失，过后排气时间 过长，经济和排放指标变差，低速更 为明显(见图3—1 9)。具体选择排气口 高度值时，主要根据摩托车发动机的 设计目标而定。
εk=(Vk+Vs)/Vk 现代摩托车发动机的曲轴箱压缩比εk=1.25-1.4之间。
当活塞从上止点向下行走，到图3-1 a)所示的位置时，排气 口打开，由于这时缸内压力高达0.3~0.4MPa，废气以声速从 排气口排出，排气过程开始，从排气口打开到扫气口打口这段 排气叫先期排气。 活塞继续下行打开扫气口，当曲轴箱压力pk>p(气缸压力)时， 新气从曲轴箱通过扫气口进入气缸，同时驱赶废气继续排出。 由于这时利用新气清扫废气，故该过程称为扫气过程，如图 3—1b所示，此过程一直进行到下止点后扫气口关闭为止。当 活塞继续上行关闭排气口止，整个换气过程结束。下面分别就 此三个过程进行分析。
双冲程发动机的工作过程
双冲程发动机的工作过程双冲程发动机是一种相对较新的发动机形式，相较于传统的四冲程发动机，双冲程发动机适用于高功率输出的场合，并且拥有更小的体积和更轻的重量，使得它得以应用于各种不同的领域，例如航空、轮船、摩托车、发电机等。
本文将从理论和实际两个方面，对双冲程发动机的工作过程进行详细介绍。
一、理论方面的工作过程双冲程发动机的工作过程相对来说比较简单。
它只有两个冲程——压缩和爆炸。
在压缩冲程中，发动机将空气和混合气压缩到高压状态，然后在接下来的爆炸冲程中，点火使混合气爆炸，产生动力并释放出热能。
但是，与传统的四冲程发动机相比，双冲程发动机的压缩和爆炸冲程可以同时进行。
具体来说，当某个活塞移动到其行程的顶部时，空气和混合气将被压缩，并且点火器将同时点火，以引发燃烧。
这样一来就消除了四冲程发动机中的操作停顿时间，从而降低了发动机的质量和体积，并使得它更易于维护。
二、实际方面的工作过程虽然双冲程发动机的理论工作过程相对简单，但是在实际的发动机中，它却经历了许多复杂的过程。
首先是进气过程。
在进气冷却器中，空气被冷却并压缩，从而提高了进气密度，以获得更高的性能和功率。
其次是混合气的进入过程。
混合气在进入气缸之前必须经过喷嘴，其中燃油经过调整和过滤后，混合气才能够以精确的比例进入气缸。
接下来是压缩和爆炸冲程。
在压缩冲程中，缸体的活塞上升并压缩混合气和空气混合物。
在接下来的爆炸冲程中，混合物被点燃并产生高压，从而向外驱动活塞以产生能量。
这个过程将会发生两次（即双冲程），从而在每个缸体中产生两倍的工作量。
最后是排放过程。
在排放冷却器中冷却排放气体，并捕获或过滤其中的有害物质，然后将其释放到环境中。
这有助于保护环境，并使发动机的性能更加适用于各种不同的领域。
综上所述，双冲程发动机的工作过程相比于传统的四冲程发动机更加简单和高效。
这种类型的发动机不仅重量轻、体积小，而且可以在各种领域中得到广泛的应用。
虽然它在现实中也会经历一些复杂的过程，但是作为目前最先进和最有前途的发动机类型之一，它具有广泛的发展前景。
三章发动机的换气过程-精品文档
切诺基,n＝5600r/min，排气提前角56
强制排气阶段：
气缸内压力下降到接近排气管内压力 时（下止点后10~30 CA ），压力差很小， 废气需依靠活塞上行被强制推出。
进气阶段：
排气门关闭后，活塞继续下行，新鲜气体 被吸入气缸。
由于进气系统有一定的阻力，因此进气阶段 气缸内的压力低于大气压力。
新鲜气体在进气管中，受到排气管的加热 （汽油机中），流入气缸内的气体受到缸内残 余废气的加热，其温度高于大气温度。
惯性进气阶段：
利用气流的惯性进气，进气门滞后关。转 速越高，活塞平均速度和进气流速越大， 进气气流动能越大，故高速内燃机进气滞 后角较大。 从活塞行至下止点到进气门完全关闭时的 曲轴转角，称为进气滞后角，一般为40～ 70°CA.
四冲程发动机的充量系数
图3-5 η CH随n的变化关系 图3-6 四行程发动机 充量系数的范围
在实际使用中， 如果进气门间隙 过大，不仅使气 门的时间-断面值 减少，还使进气 滞后角减小，改 变充量系数随转 速的变化趋向， 影响车辆的使用。
图3-8 进气滞后角对充量系数、 扭矩、功率的影响
自由排气阶段：
ηsc=ma/(ma+mr)=1/(1+r) (ηsc大则残余废气少)
mr—残余废气质量；r=mr/ma 残余废气系数
二、容积效率ηv
指封存在气缸内的总气体质量与在进气状态下（Ps、
Ts）封存在气缸内的空气质量m’之比
ηv=(ma+mr)/m’
对非增压发动机，进气状态指空气滤清器后进气管内的气体状态。 对增压发动机，指压气机后进气管内的气体状态。
二冲程发动机工作原理
二冲程发动机工作原理
二冲程发动机是汽车发动机的一种，它在每个气缸中有两次运动循环：一次吸气，一次排气。
每个气缸的运动循环分为两个阶段：吸气和排气。
吸气：当活塞从最高位置向下运动时，气缸内的压力降低，气门开启，空气从进气管道中进入气缸，当活塞达到最低位置时，吸气阶段结束。
排气：当活塞从最低位置向上运动时，气门关闭，空气被挤出到排气管道，当活塞达到最高位置时，排气阶段结束。
二冲程发动机可以提供较高的功率和较低的排放。
由于它的排气和吸气阶段都很短，所以它可以比四冲程发动机更快地达到最高转速。
二冲程发动机工作原理
二冲程发动机工作原理一、汽油机构成汽油锯一般都采用曲轴箱预压扫气式二冲程机，都是缸风冷的。
按作用功能分：汽油机由机械、电气、供油、气流四个系统组成。
1）机械系统包括气缸、活塞组、连杆、曲轴、箱体等。
作用是实现气体密封，承受气体压力及机械力，保证一定运动关系。
2）电气系统包括磁电机、点火线圈、火花塞等。
其作用是由曲轴传动磁电机产生电能、完成气缸适时高压点火。
3）供油系统由油箱、油箱开关、滤油器、输油管和化油器组成。
其作用是储存和提供燃油、润滑油，并使燃油与空气混合成适当配比的可燃气。
4）气流系统包括空气滤清器、进气阀门、排气消声器等，作用是提供助燃空气，带油进气缸及降低排气噪声。
二、基本工作原理二冲程发动机工作原理图起动力传动曲轴时，活塞组受曲轴、连杆牵连，当活塞向着气缸顶部（向上）运动时，曲轴箱产生负压，空气经空气滤清器，化油器带上的燃油。
通过进气阀门吸入曲轴箱，当活塞向背离气缸部（向下）运动时，曲轴箱中可燃气被压缩，当扫气口开放时，可燃气经扫气道压入气缸，活塞再次向上运动时，可燃气在气缸中被压缩，压力和温度提高，经电器点火燃烧，受热气体压力进一步提高，气体膨胀、推动活塞向下运动带动曲轴旋转、输出动力、当排气口开放时，燃烧后的废气先由压力喷出，再由扫气气流驱扫出气缸，经消声器排出机外，进气、压缩、膨胀、排气、周而复始，曲轴就不断旋转，做功。
曲轴怠速时，离合器是分离的，曲轴旋转并不带动传动轴，满足了停止传动轴而不停机的需要。
当曲轴转速升到离合器结合转速以上时，离合器结合，传动轴转动，带动机器工作，机器的开或停、快或慢由油门控制件控制。
三、汽油机的特点和分类汽油机”这个名词可泛指各类动力机，产生动力的能源不同，动力机可分为电动机、风力发动机、水力发动机等。
作为移动动力用的发动机，以热能转变为机械能的热力发动机最为普遍，热机的“热”是燃料通过燃烧产生的，燃烧在发动机内进行的，这种发动机称为内燃机，内燃机也有活塞式和旋转叶轮式结构，常见的内燃机是往复活塞式，随使用的燃料不同，内燃机又可分为汽油机、柴油机、煤油机等，汽油机是燃用汽油的内燃机。
二冲程汽油机原理
二冲程汽油机原理二冲程汽油机是一种常见的内燃机，其工作原理相对简单，具有结构简单、重量轻、功率密度高等优点，被广泛应用于小型机械设备和交通工具中。
二冲程汽油机的工作过程可以分为四个基本阶段：进气、压缩、爆炸和排气。
在进气阶段，活塞向下运动，缸内气门开启，混合气体通过进气道进入缸内。
同时，曲轴转动带动活塞向下，形成负压，使混合气体尽量充满缸内。
接下来是压缩阶段，活塞开始向上运动，缸内气门关闭。
曲轴的运动将活塞推向缸顶，同时将混合气体压缩，使其达到较高的温度和压力。
压缩过程中，混合气体中的燃油被压缩成细小的颗粒，并与空气混合。
随后是爆炸阶段，当活塞接近缸顶时，点火系统将火花插入缸内，引发燃烧。
燃烧的混合气体迅速释放出能量，推动活塞向下运动。
燃烧产生的高温和高压气体推动活塞向下运动，产生动力。
最后是排气阶段，活塞再次向上运动，将排气门打开。
高温高压的废气通过排气门排出缸外。
同时，曲轴的运动将活塞推向缸底，准备开始下一次循环。
二冲程汽油机与四冲程汽油机相比，最大的区别在于工作过程中没有独立的排气阶段。
在二冲程汽油机中，排气过程与进气过程同时进行，这样可以减少排气阻力，提高排气效率。
然而，由于没有独立的排气过程，二冲程汽油机的燃烧效率相对较低，废气中的一部分未完全排出，导致燃烧产生的能量不能充分利用。
为了改善二冲程汽油机的燃烧效率，减少废气排放，现代二冲程汽油机通常采用一些辅助装置。
例如，在进气阶段增加压缩空气供应，使混合气体更加均匀，提高燃烧效率。
另外，还可以采用排气增压技术，增加排气压力，提高排气效率。
二冲程汽油机是一种简单而高效的内燃机，其工作原理相对简单，但在实际应用中仍存在一些问题需要解决。
通过不断的优化和改进，二冲程汽油机在小型机械设备和交通工具领域仍然具有广泛的应用前景。
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二冲程发动机换气过程的描述（二）
一、二冲程发动机的换气过程
二冲程发动机进气、压缩、燃烧、膨胀和排气过程是用两 个活塞行程来完成的，其换气过程的工作顺序是：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入气缸，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，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。
2．过后排气[对应时面图MDGM]
从扫气口关(SC点)到排气口关(EC点)称作过后排气。，它是 靠活塞上行强制把充量排出。这时由于气缸进气已结束，气 缸中大量的新气也随废气一起被排出，使燃料流失，油耗率 增加，同时使HC排放增加，使二冲程发动机的排放指标HC远
远高于四冲程发动机。因此，这一段愈少愈好。
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。
3．转阀进气方式对β的影响
图3—1 6是在日本山叶G—1型摩托车发动机上，利用拖动法测得的不
同进气相位角，不同转速下，转阀进气的给气比β的变化曲线。
4．簧片阀进气方式
图3-17是簧片阀进气的发动机剖面图及簧片阀另件图。这 种进气方式由于开启角大，关闭角小，可防止低速进气反喷， 低速给气比较活塞阀进气方式高。高速区，由于簧片阀的流 通阻力损失大，其β比前两种进气方式低，另外。曲轴箱上的
在下止点后活塞上行，扫气期间 气缸压力增加，从而产生气缸向曲轴 箱倒流，pk增加，故 β下降。
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。
2)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，可靠性也差些。
2.转阀进气方式 它也是一种非对称的进气方式。
其特点：
(1) θi= θi1+ θi2
θi1≠ θi2
(2)阀缺角θic一定，进气口尺寸一定后, θi的值便是定值,可用阀
盘键槽的旋转，改变与曲轴的相对位置，可使整个角度提前或
1。驱赶排气(扫气过程) [对应时面图 HMGKH]
从图3-18中气缸压力p=pk以后，气缸压力迅下降，这时因 曲轴箱压力pk高于气缸压力p，促使新气通过扫气口按照一定 的路线驱赶废气，清扫废气的质量与扫气的型式、扫气口扫 气道的形状尺寸以及扫气压力及其变化等有关(详见后一节)。 (忽略气缸向曲轴箱倒流)。
二、给气比特性及其影响因素
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=m1/ms= 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愈大愈好。 影响给气比β的因素 (一)进气方式对给气比的影响 1、活塞阀进气方式的给气比特性曲 线
的主要指标。
2、给气效率ηt ： t
m0 mt
二、标准扫气
所有的扫气过程，可用三种标准扫气形式来评 价。
1、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箩不与废气混合，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。
εk=(Vk+Vs)/Vk
现代摩托车发动机的曲轴箱压缩比εk=1.25-1.4之间。
当活塞从上止点向下行走，到图3-1 a)所示的位置时，排气 口打开，由于这时缸内压力高达0.3~0.4MPa，废气以声速从排 气口排出，排气过程开始，从排气口打开到扫气口打口这段排 气叫先期排气。
活塞继续下行打开扫气口，当曲轴箱压力pk>p(气缸压力)时， 新气从曲轴箱通过扫气口进入气缸，同时驱赶废气继续排出。 由于这时利用新气清扫废气，故该过程称为扫气过程，如图 3—1b所示，此过程一直进行到下止点后扫气口关闭为止。当 活塞继续上行关闭排气口止，整个换气过程结束。下面分别就 此三个过程进行分析。
簧片阀，能够吸 收曲轴箱内压力 的微弱波动，所 以给气比随转速 变化比较平缓。 在低速也几乎看 不到小的波峰的 存在。
第四节 二冲程发动机的排气过程
排气过程分为自由排气和强制排气两个阶段。
一、自由排气段[对应时面图BHKB]
从排气口打开到气缸内压力p与扫气口压力pk相 等p=pk时止这段排气称为自由排气。其特点是缸 内废气靠压差自由流出，在时面图上对应面积 BHKB。自由排气又包括两个部分：先期排气(超 临界状态)和亚临界排气。
二冲程发动机的曲轴箱进气过程
一、进气方式的分类
到目前为止，曲轴箱进气方 式可分为对称进气和非对称 进气两大类。
(一)对称进气方式 利用活塞阀控制的曲轴箱进 气便属于对称进气方式。其 特点是曲轴箱进气口开启角 和关闭角对称于上止点。(见 图3—1 c)。其配气相位图如 图3—2所示。即θi1 = θi2 。这 种进气方式由于对称上止点。 其缺点是：
当β =l时， ηs =100%，在扫气曲线上为一倾斜
45°的直线(见图3-30)。 2、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。
换气过程分为三个阶段，自由排气阶段、扫气与强制排气阶 段和过后排气或过后充气阶段。
1.自由排气阶段—从排气口开启直到新鲜充量进入气缸为止。 特点 ：
（1）下止点前60～75°（CA）开启，气缸内压力较高，约为 300—600kPa，气缸内的燃气以声速流出。
（2）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。
第三章 二冲程发动机的换气过程
第一节 换气过程的描述（一）
在摩托车用二冲程发动机中，几乎全部采用曲轴箱换气形 式，其换气过程如图3-1所示。
活塞向上止点运动时，上部气缸内气体受压缩(图c)。活塞下 面封闭的曲轴箱容积增大，曲轴内压力Pk迅速下降，当上行到某 一位置时，活塞下边缘(也有在活塞裾部开有窗口)打开进气口(图 c)，这时在P。-Pk的压差下，新气流进曲轴箱，这个过程叫曲轴 箱进气。曲轴箱开始进气经过上止点，到进气开始的对称位置关 闭为止。在活塞边缘关闭气口后，活塞再下行便开始压缩，使曲 轴箱内进入的新气压力提高。曲轴箱内压缩也是一个多变过程， 其最高压力与曲轴箱压缩比有关。当活塞位于下止点时曲轴箱容 积为Vk最小。当活塞位于上止点时，曲轴箱容积最大Vk+Vs(工 作容积)。则曲轴箱压缩比 εk为
2．亚临界排气[对应图3-18中时面图AHKSA]
从扫气开始(S0)点到气缸压力p=pk止这一段为自由排气的 亚临界排气段。其特点是排气速度取决于压差△p=p-pr。由于 这时压差小，流速低，排出废气的量不多。
二、强制排气段[对应时面图HDKH3 ]
从气缸压力p=pk后新气进入气缸驱赶废气开始到排气口关 闭止这段排气称作强制排气段。它包括驱赶排气(扫气)和过后 排气两部分。前者是指在新气的驱赶下排气，后者指在活塞 向上排挤下排气。
（3）缸内燃气可以流出大约 70％～80％。 2. 扫气与强制排气阶段—扫气口开启，新鲜充量进入气缸，
直到活塞下行到下止点后再上行将扫气口关闭为止。
特点：
利用扫气气体强制将废气排出气缸外，还要充入新鲜充量。
3.过后排气或过后充气阶段—从扫气口关闭到排 气口关闭期间。
特点：
该阶段所持续的时间较短。由于活塞已经开始上 行，缸内气体压力提高，对过后排气是有利的而不利 于过后充气。要达到过后充气的目的，就必须提高扫 气泵的扫气压力，相应地增加扫气泵消耗的机械功。
3、短路扫气
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
ηs等于零的一条横线(图3-30)曲线3。
上述是整个排气过程的说明。由 于在绝大多数摩托用二行程发动机中， 排气和扫气都是窗孔式并由活塞顶面 控制，故排气相角相对下止点对称。 排气窗口的高度是决定排气过程的最 重要参数。一方面，排气窗口高度要 足够，以使扫气口打开时气缸压力要 降到与曲轴箱压力pk相近，以避免废 气从扫气口大量倒流入曲轴箱。转速 高的发动机应选用窗口高的排气口， 以保证足够的自由排气时面值，使排 气充分。另一方面，排气窗口高度直 接造成有效行程损失，过后排气时间 过长，经济和排放指标变差，低速更 为明显(见图3—1 9)。具体选择排气口 高度值时，主要根据摩托车发动机的 设计目标而定。
图3—10为活塞阀进气方式的给气比 特性曲线。通常，在设计的标定转速 下， β最高，当转速下降时β急剧下 降，在低速区又出现一个小的高峰， 整个曲线呈马鞍形。
2、活塞阀进气方式影响β的因素
1)气口尺寸对 β的影响
图3-12可以看出，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。
第六节 二冲程发动机的扫气过程
一、二冲程发动机扫气过程评价指标
二冲程发动机的扫气过程直接影响发动机的性能
指标。评价二冲程发动机扫气过程好坏嘲评价指标有：
1、 扫气效率η ：
s
s
m1 m
式中：m0=m1
s
m0 m0 mr
ηs表示扫气品质的好坏， ηs高，说明进入气缸