二冲程讲义

第二章 二冲程发动机的基本结构与工作原理 与四冲程发动机的区别 第一节 二冲程发动机的基本工作原理 一、二冲程发动机的基本结构 没有进、排气门，代之以进、排气孔，由活塞圆柱面控制其开闭。另外还有扫气孔，扫气时曲轴箱和气缸连通。 看起来和四冲程的有不小区别，首先是有三个气门：进气门，排气门，换气门。然后换气要通过曲轴箱。 发动机气缸体上有三个孔，即进气孔、排气孔和换气孔，这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。进气孔与化油器相通，可燃混合气经过进气孔流人曲轴箱，继而从换气孔进入气缸；而废气则从排气孔排出。 图为美国GM公司生产的710G3B型二冲程柴油机。在气缸盖上安装有排气门和泵-喷嘴，当排气门打开时，排出的废气冲击排气涡轮叶轮使其旋转，并带动离心式风机旋转，将空气加压，增压空气经冷却器，进入集流箱，再从缸套上的空气进气孔进入气缸。 二、二冲程发动机的工作原理 活塞由下止点往上止点运动，它将完成进气和压缩工作过程，属于活塞往复运动的第一个行程。活塞由上止点向下止点运动，它将完成燃烧膨胀（作功）和排气的工作过程，属于活塞往复运动的第二个行程。 当活塞由下止点向上止点运动而全部关闭换气口和排气口时，则排气和换气过程终止，气缸内的新鲜可燃混合气将开始初压缩。同时由于活塞向上移动，活塞下面的曲轴箱容逐渐增大，使曲轴箱内压力下降而形成真空度，当曲轴箱的真空度达到一定程度时，簧片阀自动开启，经化油器雾化的可燃混合气被吸入曲轴箱内当活塞继续向上运动，在将要接近上止点时，由火花塞发出电火花，将已被压缩的可燃混合气点燃。此时燃烧着的气体迅速膨胀，使燃烧室的温度和压力急剧升高，迫使活塞向下运动，活塞即通过连杆、曲轴作有用功。活塞由上止点向下止点运动时，曲轴箱内的压力将随容积的减小而增大，簧片阀就会逐渐自动关闭，此时进入曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩。当活塞下行至排气口开启时，废气就通过排气口、排气管、消音器排入大气中。当活塞再继续下行至换气口开启时，曲轴箱内被预先压缩的新鲜可燃混合气便通过换气口进入气缸，并驱使气缸内的废气进一步排出，这个过程称为扫气过程。这样发动机便完成了一个工作循环。 二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成，但它是在曲轴旋转一圈(360°)，活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此，二行程发动机（two-stroke-engine）与四行程发动机工作原理不同，结构也不一样。 例如曲轴箱换气式二行程汽油机，气缸上有三排孔，利用这三排孔分别在一定时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气的。工作原理如下：图2-7a 表示活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱（图2-7 b），活塞接近上止点时（图2-7c），火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气（图1-20d）。 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。 二行程柴油机的工作原理 二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下（图2-8）： 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外作功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。 三、发动机性能上的特点 1、二冲程发动机曲轴每旋转一圈，就有一个作功冲程。因此，在转速、进气条件等因素相同的条件下，理论上讲，二冲程发动机所能产生的功率应等于相同工作容积四冲程发动机所产生的功率的两倍。但因二冲程发动机的废气排出不完全，同时，由于扫气口先于排气口关闭而产生额外排气，所以实际上，二冲程发动机并不能等于四冲程发动机的二倍，而是1.5-1.7倍。 2、由于二冲程发动机的换气，有一部分可燃混合气随废气一同排出，因而燃油和润滑油消耗量都大。 3、由于二冲程发动机的换气时间短促，换气不完善，因而缸内残余废气较多，低速失火率高，燃烧情况差，加上换气过程中部分可燃混合气未参与燃烧就随废气排出去了，因此，排放污染严重，污染物中的HC值远高于四冲程发动机。 4、由于二冲程发动机作功冲程频率大，故工作较平稳。 5、由于二冲程发动机作功冲程频繁，每转需燃烧一次，因此发动机各零部件受热程度比四冲程发动机高得多，特别是活塞更为严重。 四.二冲程发动机的优点和缺点 A、 优点： *每转一转爆发1次，因此旋转平稳。 *不需要气门，零部件少，所以保养方便价廉。 *往复运动产生的惯性力小。振动小、噪音低。 *与四冲程发动机相比，转速相同时功率大。 *与四冲程相比，有倍的爆发力。因此在相同的容积下，假如平均有效压力相同，则功率为2倍（实际为1.7）。 B、 缺点： *进气排气过程的时间短，所以燃油损失大。 *在气缸壁的一侧有气口，活塞环接触到这里易于磨损。 *由于排气口在气缸上，所以易于过热。 *慢速不稳定。 *润滑油消耗多。 第二节 二冲程发动机与四冲程发动机的比较 一、工作原理的不同 不论是二种程发动机还是四冲程发动机，都要经过进（扫）气、压缩、燃烧膨胀、排气四个工作过程，才能完成一个工作循环。所不同的是： 1、在四冲程发动机中，曲轴每旋转两圈（720度），活塞往复移动两次，发动机完成一个工作循环，即每个冲程完成一个工作循环。而在二冲程发动机中，曲轴每旋转一圈（360度），活塞往复移动一次，发动机完成一个工作循环，即每二个冲程完成一个工作循环。 2、二冲程发动机与四冲程发动机每完成一个工作循环，其进、排气门或进、排、扫气口都只开启和关闭一次，但其开启和关闭的时间周期不同。 二、发动机性能上的特点 1、二冲程发动机曲轴每旋转一圈，就有一个作功冲程。因此，在转速、进气条件等因素相同的条件下，理论上讲，二冲程发动机所能产生的功率应等于相同工作容积四冲程发动机所产生的功率的两倍。但因二冲程发动机的废气排出不完全，同时，由于扫气口先于排气口关闭而产生额外排气，所以实际上，二冲程发动机并不能等于四冲程发动机的二倍，而是1.5-1.7倍。 2、由于二冲程发动机的换气，有一部分可燃混合气随废气一同排出，因而燃油和润滑油消耗量都大。 3、由于二冲程发动机的换气时间短促，换气不完善，因而缸内残余废气较多，低速失火率高，燃烧情况差，加上换气过程中部分可燃混合气未参与燃烧就随废气排出去了，因此，排放污染严重，污染物中的HC值远高于四冲程发动机。 4、由于二冲程发动机作功冲程频率大，故工作较平稳。 5、由于二冲程发动机作功冲程频繁，每转需燃烧一次，因此发动机各零部件受热程度比四冲程发动机高得多，特别是活塞更为严重。 三、总体布置的区别 1、四冲程发动机具有一套复杂的气门式配气机构，由凸轮轴控制气门定时开启、关闭，来完成进、排气过程。而二冲程发动机没有设置专门配气机构，它是利用活塞控制排气口和扫气口的开闭来完成扫气、排气过程的。 2、二冲程发动机的扫气、排气都在活塞下止点附近进行，气口都在气缸的下端，以下止点为对称布置。而四冲程发动机的配气机构设置在气缸盖上（或气缸体的侧面）。 3、二冲程发动机一般采用混合润滑方式或分离润滑方式，四冲程发动机一般都采用压力润滑与飞溅润滑相结合润滑方式。 四、二冲程与四冲程发动机的结构差异 1、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。 2、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。 3、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。 4、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，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。 5、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。 6、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。 7、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。 8、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。 9、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%。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。 10、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。 11、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。） 12、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。 13、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。 14、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。 15、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。 16、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。 17、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。 18、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。在没有脱离原始传统技术前，其燃油效益与排放污染的技术指标难以超过四冲程汽油机，不适宜往大排量方向发展。 第三节 二冲程发动机的换气过程 二冲程发动机不像四冲程发动机有专门用来换气的进气行程。二冲程发动机的换气，是在膨胀行程的后期和压缩行程的初期当活塞在下止点附近时完成的。在二行程发动机中，新气经扫气泵压缩后，泵入气缸并将废气挤出。 由于四行程发动机有专门的进、排气行程，换气时间较长（超过360°曲轴转角），换气可进行得较完善。而二冲程发动机没有专门的进、排气行程，换气仅能在120°～150°曲轴转角内完成，因此，要完善二冲程发动机的换气是较困难的，组织好二冲程发动机的换气，对改善发动机性能是个重要的课题。 一、换气过程 在四冲程内燃机中一个工作循环要用四个冲程来完成。新鲜空气由活塞自行吸入，排气由活塞自行排出，实现换气过程所需要的能量（即泵吸功）由内燃机气缸自行给出。同样的工作循环在二冲程内燃机中是由两个冲程，即压缩（及换气）冲程与燃烧膨胀（及换气）冲程来完成的。如图所示： 从理论上讲，自排气口开启到扫排气口均关闭的那部分活塞冲程是不作功的，相应于这部分活塞冲程容积Vs称为损失容积， 二、换气 在二冲程内燃机发展的历史过程中，由于各种不同的目的和要求，曾经出现过多种多样的换气方案，主要有以下三类。 1、横渡（横流）换气方案 这是二冲程发动机最早采用的换气方案。它的特点是排气口和扫气口排列在气缸相对两壁上，气孔的中心线相互平行或者通过气缸中心。该方案的最大优点是结构简单。制造方便，此外，扫、排气口对应布置在气缸两侧，对减小发动机长度尺寸有利，但缺点甚多。 如图A所示，当活塞开启扫气孔后，气流不稳定而形成涡流，使废气不易排出。当活塞接近下止点时，换气可能形成短路，使空气直接由排气口逸出，使旁通损失增加。此外，由于扫排气定时对称，扫气口比排气口早关，使本来进入气缸的新鲜充量外逸一部分，因此换气效果不好。 气缸和活塞在排气口一侧，部分受热较严重，而扫气口一侧，由于受到扫气空气冷却，温度较低。整个活塞、气缸受热不均匀而产生变形。此外，由于扫气压力的作用，把活塞压在排气一侧，从而使活塞组产生单边磨损。 为了改善横流换气方案的换气质量，在小型二冲程发动机上，常用鼻状活塞如图B，来使气流转向，并减少旁通损失。但是由于鼻状活塞的表面积大，温度高，使进气加热，影响发动机功率增长，此外燃烧室形状不好，影响经济性，在缸径较大的发动机上，可应用倾斜的扫气孔，来改善换气品质如图C，一般角度取30°～40°，角度过小，使冲程损失百分比增加，对于S/D较大（S/D＞1.5）的柴油机，由于扫气达不到气缸上部，因而换气品质不好，横流扫气合适的S/D值为1.2～1.3。 2、回流扫气方案 主要特点是扫气口不是正对着排气口布置，通过扫气口的设计，使扫气空气的主流在气缸内沿着缸壁流动时转弯而形成迴线，再将废气挤走。这样可以部分克服横流换气时，大量新鲜空气旁通至排气口的缺点，扫气效果要比横流扫气好得多。如图A扫气口布置在排气口两侧。在型柴油机中，扫排气口可以是好几个，在小型柴油机中，排气口一个。扫气口为二个，有时简称为“三回流扫气”。 如图B，实质上是回流换气和横流换气的复合方式，是属于回流换气的一种类型。它在排气口的对侧又增设横流扫气的气口（又名副扫气口），其目的是希望清扫排气口对侧是的废气，其开启的时间可以稍晚于主扫气口。这种扫气方式，近年来在高速小型汽油机中有较多应用。回流换气并没有解决横流换气方案对称扫气的缺点，过后排气常常导致扫气效率的降低。为此，在一些大功率回流扫气柴油机上就采用在排气管中加装转阀装置。当活塞下行时，转阀首先打开气气口，而当活塞上行时，在未关闭排气口前，由转阀先将排气口关闭，从则避免过后排气，但由于转阀在高温废气中的冲刷下工作，很易出故障，也影响废气能量的利用，因此近年来，在大型回流换气柴油机上都将转阀去掉了，实际运行仍很好。 如这主要 是因为在高增压的条件下，扫气空气流量足够，有一些过后排气，损失部分扫气空气，对降低发动机的活塞、气缸盖的热负荷有好外这故。 在小功率通用汽油机和某些小型农用单缸风冷二冲程柴油机上广泛采用的曲轴箱三孔式扫气方案，从扫气型上说，它亦是横流扫气或回流扫气，只是用曲轴箱来代替扫气泵以简化结构。如图表示曲轴箱扫气中最常用的三孔式扫气方案。当活塞上行进行压缩过程时，曲轴箱容积增大，出现真空度，混合气通过单向簧片阀（如图A)或在活塞底边开启进气口(如图B)后进入曲轴箱。当活塞下行进行膨胀过程时，先打开排气口，然后曲轴箱中受压缩的混合气，通过扫气口进入气缸，完成扫气过程。此时单向簧片阀关闭如图A，或进气口被活塞遮住如图B，此活塞的作用如一配气之滑阀。 3、直流换气方案 它的主要特点是扫气空气的主流沿气缸轴线运动，换气品质质量好。如图A为气阀气孔直流换气方案。它有以下特点： 1）活塞由于受到扫气空气的冷却作用，工作条件较好。 2）由于排阀受凸轮操纵，因此可以实现不对称换气，使排气阀关闭较早，以实现过后充气。 3）在气缸横断面上，扫气口沿切线方向排列，以使空气在气缸中产生旋转运动，形成一个“空气活塞”，把废气推出气缸。 4）由于扫气孔沿整个气缸圆周密布，孔高可以缩短，因此冲程损失系数可以减少。 5）缺点是结构复杂。 图B，为对向活塞换气方案。扫、排气口的启闭由相反方向运动的活塞控制，两活塞运动错开一定的曲轴转角（9°～10 °）就可使排气孔比进气孔早开早关，造成不对称换气，同样也可造成切向进气，形成旋流。我国东风型内燃机车发动机就是应用这一换气方案。其缺点是上、下曲轴的传动机构极为复杂，整机高度尺寸增大。 第四节 二冲程内燃机的扫气效率 一、扫气效率的定义 为了表示二冲程内燃机的换气品质是否良好，应用各种效率的概念如图所示，其中应用得较多的是： 1、过量气空气系数（又名给气比） 对于非增压的四冲程内燃机，由于气阀重叠角较小，扫气作用不强烈，因此一般只应用充气系数来表示内燃机新鲜空气充满气缸的程度。它在试验测量上也非常方便，因为这时只需测出进气空气的流量，即可求得充气系数。但是对于二冲程发动机就不一样了，由于此时扫气作用是依靠扫气泵进行的，仅测出时气空气的流量，也不能直接得出充气系数，而且在这时最关心的是要求在尽可能小的过量空气系数之下，获得尽可能高的扫气效率。因此，在二冲程内燃机上充气系数就是居第二位，而是在实验中测定充气系数后，用公式建立起充气系数与扫气效率的关系。 二、扫气效率 在二冲程柴油机气缸中，换气有三种极限情况。从这三种极限情况出发，就可能得到三种标准扫气效率，而实际发动机的扫气效率则介于其间。因此，对标准扫气效率的研究，将为我们评定实际发动机品质提供标准。 1、完全扫气 假定活塞停在下止点，在整个换气过程中气口完全开启，并且没有任何阻力，扫气空气进入气缸后完全不和废气混合，也不从排气口短路逸出，而是直接将废气挤出气缸，这是最理想的换气过程。这时的扫气效率为： SHAPE \* MERGEFORMAT 2、完全混合 假定扫气空气进入气缸后，在任何时刻，任何地点都与气缸中的废气均匀混合，然后再由排气口排出。其他假定条件与完全扫气相同。 高X为任一瞬时气缸中新鲜空气的重量百分比。 dV为任一瞬时流入气缸的新鲜空气容积。如图所示。 由图可知，在任一瞬间时，由于新鲜空气dV流入气缸，使气缸中新鲜空气量增加，其增加的重量应等于流入气缸的新鲜空气重量减去流出气缸的新鲜空气重量。由于气缸内新鲜空气重量增加，使气缸中新鲜空气的重量百分比x也发生dx的变化，因此， 3、扫气空气短路旁通，此时扫气效率极低，接近于0 在各种换气方案的扫气效率和过量空气系数的试验关系中看出直流换气的扫气效率最高，直流和回流换气的扫气效率界于完全扫气和完全混合之间。因此，扫气效率的高低，主要受到空气和废气混合的影响。而横流扫气效率是界于完全混合和短路旁通之间，因此横流扫气效率的高低主要受到扫气空气旁通的影响。 影响发动机扫气效率的因素很多，除了上述换气方案以外，还有发动机的行程缸径比S/D、扫气压力Ps、发动机转速、扫排气口的大小和结构型式、扫气流入角、配气定时以及进排气管系的结构等。因此二冲程内燃机的扫气效率目前还无法依靠理论计算即可精确求出。各类换气方案的扫气效率和残余废气系数统计范围如下表所示： 三、换气过程的试验方法 1、换气过程的模型试验 当设计一台新的二冲程内燃机的配气系统时，除应对扫排气孔进行初步的换气计算外，更重要的是要进行模型试验，即利用模型来观察和研究换气过程的进行情况，以便找出在构造上和热力参数上足以保证达到高质量换气过程的参数，例如扫气口的尺寸和结构细节、扫气空气的流量、压力和温度以及扫气口的启闭时间等作为设计的依据。 随着生产和科学试验的发展，换气模型试验的方法很多。常用的是静态模型试验。如果需要比较确切地了解换气过程，求出某些参数间的关系（如扫气效率和过量空气的关系），则要采用动态模型方法（如水模拟一次循环动态模型、气体动模型等等）。 利用静态模型来观察气流的方法可以概分为两类：一类是观察横剖面气流的模型，另一类是观察纵剖面气流的模型。 2、发动机实际扫气效率的测定 在模型试验中，由于无法考虑实际发动机的温度，进排气管系结构、运转状态等的影响，因此并不代表发动机的实际换气情况，发动机的实际扫气效率也只有在工作着的柴油机上直接测出。其方法主要有： 1）废气分析法 利用能在短时间内启闭的取气阀，在扫气作用前后（在膨胀和压缩冲程中），从气缸中取出气体，进行分析，由CO2的浓度百分比，算出扫气效率。 设扫气前膨胀冲程中燃气的重量百分比为（CO2）E％，扫气后压缩冲程中新鲜充量中的CO2重量百分比为（CO2)C％。 因此，从在扫气后气缸内残余的CO2数量，可以列出下式 2）示踪气体法 这种方法是利用一定数量的示踪气体（例如甲胺CH3NH2)参和到扫气空气中，这种气体能完全燃烧，但在其它时间，无论在气缸内或在进排气系统中均没有变化。 设x为扫气系统中示踪气体的重量百分比 y为排气系统中示踪气体的重量百分比 第五节 二冲程发动机主要零件及检修特点 一、主要零件结构 1、气缸盖 气缸盖的上部是散热片，底面的中央是燃烧室。燃烧室的上方有一个螺孔，用来安装火花塞。气缸盖四周有四个孔，是用来安装气缸盖固定螺栓的。有些成型的气缸盖上还安装有启动减压阀等。 a)四冲程发动机气缸盖是一个很复杂的部件（尤其是采用顶置式气门机构的机型），气缸盖上设置有进、排气口、气道、气门、气门导管的通道、气门弹簧、气门摇臂、凸轮轴及其驱动机构等。为了润滑安装在气缸盖上面的这些零件，气缸盖的铸件内腔设有专用油道。 b)采用回流和横流配气机构的二冲程发动机的气缸盖上只铸有半球形燃烧室，不设进、排气口和气门等驱动零件，也没有润滑油油道，比四冲程发动机气缸盖要简单得多。 2、燃烧室 二冲程发动机一般采用半球型燃烧室。这种形状的燃烧室比较紧凑、面容比较小、热损小、容易制造。因此，在排量50ml的摩托车发动机上得到广泛的应用。燃烧室可直接压铸成型，也可经机械加工而成。其表面经抛光处理，以减少积炭的热辐射等损失。 3、散热片 摩托车发动机气缸盖散热片的散热量占风冷发动机全散热量的50%～60%左右。因此，气缸盖散热片的设计和布置方式是相当重要的。 对于回流扫气式二冲程发动机来说，散热片一般垂直布置。如国内50型轻便摩托车、80、100、125型摩托车的气缸盖几乎都是采用这种布置形式，如图所示。从散热角度讲，这种布置方式也是比较合理的，底部热量可通过散热传导至上面较冷的部位，从而获得良好的冷却效果。发动机的平置方式也是比较合理的，行驶中可以减少空气阻力。 4、减压阀 减压阀的作用是：在启动发动机时，开启减压阀，使活塞上部空气与大气相通，以减轻启动力矩。发动机启动后应立即关闭减压阀。减压阀还可以用来使发动机熄火。嘉陵CJ50等轻型摩托车的气缸盖上曾装有减压阀。 减压阀在气缸盖上的位置如图所示。减压阀杆与缸盖的相对运动，使这个部位容易磨损，以致发动机运行一段时间后就必须进行维修。 总的来说，由于减压阀在气缸盖上的密封不易保证，维修也比较麻烦，所以，目前新开发的50型摩托车都取消了减压阀。 5、曲轴箱 曲轴箱是曲轴、连杆、所缸体、变速箱的主要支承件。曲轴臬应具有一定的强度、刚度；具有良好的耐冲击、抗振动、耐腐蚀能力；且具有重量轻、体积小、结构紧凑合理、易于制造等特点；铝合金是制造曲轴箱的理想材料，它有较高的强度和良好的铸造工艺性，便于铸造形状复杂、壁薄的曲轴箱。 曲轴、连杆机构是发动机的主要运动部件，其主要作用是把燃烧产生的气体压力转换为曲轴的旋转运动，以一定的旋转力矩由曲轴输出。 曲轴箱通常由曲轴箱体、曲轴箱盖组成。复杂的曲轴箱则由左、右箱体及左、右箱盖组成。曲轴箱和曲轴臬盖的结构、形状都是根据其功能而设计的。曲轴箱体结构形式可分为曲轴箱部分和变还部分两种。变速部分的曲轴箱是指变（减）速的齿轮结构设置在曲轴箱中，因此曲轴箱箱体中铸有变速器室。 二冲程发动机曲轴箱有一个独立封闭的曲柄室。根据摩托车所采用的传动变速方式，也分为设置变速室和不设置变速室两种。 不设置变（减）速成室的曲轴箱是批变（减）速齿轮机构不设置在曲轴箱中，发动机曲轴输出的动力通过皮带或链条传递到设置在后轮或其他位置上变（减）速器。这种结构的曲轴箱体如图所示。JH50、WY50等于摩托车的曲轴箱就属于此类。 6、曲柄轴室 二冲程发动机要求尽可能多地排除气缸内的燃烧废气，同时又要让新鲜可燃混合气充满气缸且不溢出。然而，由于排气管和消声器中的压力一般都比环境大气压高，而通过化油器混合气体的压力又低于大气压，因此必须对通过化油器的混合气体增压，使之进入气缸前的压力略高于气缸体废气的压力。所以应设计正确的配气相位，对新鲜混合气进行预压。 7、活塞 二冲程发动机和四冲程发动机在转速相同的情况下，二冲程机的作功次数多了1倍，故气缸内的平均温度比四冲程发动机高，活塞的热负荷也较大，经活塞吸收的高温燃气传给活塞环的热量也比四冲程机型高得多。据有关介绍，二冲程发动机活塞第一环槽的温度高达295~315℃，四冲程活塞机第一环槽的温度只有245~270℃。因此，二冲程发动机活塞的内腔顶部常制成为加强筋的圆拱形，这样既提高了活塞的刚度，又增加了散执能力。二冲程发动机的活塞较长，以便于在上止点时，其裙部能盖住气缸体上的排气口和扫气口，防止排气管中的废气倒流入曲轴箱。 二冲程发动机活塞的结构由三部分组成：头部、槽部和裙部。 （1）头部 头部顶面通常做成球形，与平顶活塞相比，球面顶活塞的优点是：有较好的刚性，能承受较大的热负荷，并能减少换气时使新鲜混合气从扫气口逃逸。缺点是：离火花塞较近，受热面积大，因而热负荷较大。 顶面常铸有箭头，一般指向排气侧，装配时应注意。有些脚踏启动的小排量摩托车，其活塞顶部常铸有一凹坑，是为了防止活塞在上止点附近与减压阀相撞。 （2）槽部 槽部一般开有两道环槽，用于安装活塞环。每道环槽上均有一个小孔，压入定位销后，能防止活塞沿轴向窜动，以免活塞环开口处弹入气缸的气口，折断活塞环。 （3）裙部 裙部加工有活塞销孔，销孔的上半部通常比下半部长，有时，上半部的壁厚还比下半部的壁厚大，原因是上部受力大。活塞销孔用于安装活塞销。销孔内加工有两个挡圈槽，安装挡圈槽能防止活塞销轴向窜动。为了减小活塞在上止点换向时所产生的“拍击”噪声，有的活塞销孔设计成偏心的。 裙部活塞销孔的下面，两边各开有一个缺口，以免阻挡曲轴箱中的混合气进入气缸的排气道；同时，还可减小活塞质量，增加裙部弹性，降低磨损。活塞阀和活塞-簧片阀进气的发动机，裙部开有窗口，和气缸的进气道一起，通称曲轴箱的吸气道。 裙部的横截面是椭圆形，短轴为活塞销孔方向，活塞在工作中，由于销座部位金属堆积较多，因而销孔方向的热膨胀较大，即活塞所受侧压力和燃气压力使得裙部沿销孔方向变大，而垂直于销孔的方向变小。为了使裙部在工作状态下变成圆柱形，以便很好的贴合，避免“拉缸”、“抱缸”等现象出现，在常温下，裙部横截面就做成了短轴为活塞销孔方向椭圆形。 有些活塞在销孔口处的裙部，外表面加工有凹坑，就是为了减少销孔处的金属堆积（当然也是为了减少活塞的质量），以减少热膨胀量。 活塞在工作中其温度从下到上逐渐减小的。当活塞与气缸的配合尺寸，一般是指具有较大公称值的长轴尺寸。测量时，要测具体规定的部位。为了增强活塞的刚性，常在活塞内壁和活塞销座处设有加台筋。 活塞环 四种程发动机活塞环随活塞上下运行中作3个方向运动（即轴向运动、径向运动和旋转运动），因此，环的磨损比较均匀。为防止二冲程发动机活塞环旋转运动时，其气环的开口被气缸筒内的扫、排气口卡住，活塞环槽内设有定位销，不让其产生旋转运动。显然，二冲程发动机的活塞环工作环境要比四冲程活塞环恶劣得多，再加上二冲程发动机的润滑条件又比四冲程机型差，其实际使用寿命也相对较短。 配气机构 四冲程发动机通过正时链条将曲轴的旋转运动传递给凸轮轴（采用下置式配气机构的机型由曲轴正时齿轮与凸轮轴齿轮啮合实现），凸轮轴在转动过程中，进、排气凸轮推动气门摇臂摆动，在气门弹簧的作用下，使进、排气门定时开闭，且保持气门关闭时的高度密封。 大部分二冲程发动机的配气机构，是可燃混合气通过专门的阀门（采用的阀门有活塞阀、簧片阀、旋转阀、活塞—簧片阀等4种），在一定压力下进入曲轴箱，再由曲轴箱进行扫气，来完成发动机的扫气和排气。 二、二冲程发动机故障检修的特点 a)二冲程发动机的配气机构主要设置在气缸体或曲轴箱上，其配气位置基本无法改变。若混合气中机油成份过多，燃烧后生成的积碳堵塞在气缸气道口内，干扰了发动机正常的扫气和排气，使发动机排气不顺、阻力加大。因此，对于行驶数万公里的旧车，应着重检查气缸气口是否被堵塞？此外，若排气消声器内积碳过多，同样会增加废气的排气阻力，造成发动机动力下降。 b) 二冲程发动机的结构特点决定了曲轴箱部位的密封（包含进气管、化油器）不能有丝毫的泄漏。若曲轴箱密封不严造成漏气，会使发动机吸力减小，可燃混合气变稀，功率下降。检查的重点有：左、右曲轴箱的结合面泄漏（主要是平面度超差或是密封胶液失效）、或曲轴主油封严重老化，油封唇口与曲轴轴颈处密封不严产生泄漏、或簧片阀片与其阀座翘曲过度，以及簧片阀座上的橡胶层不耐汽油而起层脱落，使密封失效。此外，曲轴箱密封不良，还会造成冷车难起动故障。 c) 二冲程发动机和四冲程发动机匹配的化油器型式不同，其化油器怠速油路各有差异。在调整二冲程化油器怠速空气调节螺钉时，逆时针方向往外旋怠速空气调节螺钉，是加大进入怠速油系的空气量，可燃混合气会变稀；顺时针方向往里旋怠速空气调节螺钉，是减少进入怠速油系的空气量，可燃混合气会变浓。如果化油器空气量进入过多（尤其是在寒冷的冬季），将会直接影响发动机的加速性能。因此，在调整时应根据气候的变化灵活掌握，一般在冬季要调偏浓一点，即按车辆使用说明的规定将怠速空气调节螺钉顺时针方向往里旋一点；夏季则调偏稀一些（即将怠速空气调节螺钉逆时针方向往外旋一点。其调整量，以缓慢加大油门不熄火为标准。 综上所述，因四冲程发动机和二冲程发动机的工作原理、结构不同，其检修方法和特点也各有差异。对四冲程发动机，应定期检查机油泵滤网是否被异物堵塞，以确保润滑油路的畅通，坚持按质更换润滑油。对于行驶数万公里的车辆，若发现发动机加速性能变差，且进排气门间隙常需调整，其运转声响也日渐加大，应及时检查凸轮轴的润滑和磨损情况，能及时检查凸轮轴的润滑和磨损情况，以及气缸衬垫和进气管处是否存在老化开裂等异常现象，并视情更换受损零部件。对于二冲程发动机，则必须保证机油泵能正常工作，其机油流量适中，视气温高低的具体情况，调整好化油器的混合气比例；重点检查曲轴箱是否存在密封不良，并定期清除火花塞、燃烧室、气缸扫气口和排气口及排气消声器积碳，以确保其扫气顺畅，废气排得干净。 思考题： 1、分析二冲汽油机、柴油机的工作原理？ 2、分析二冲程发动机与四冲程发动机在哪些方面有区别？ 3、二冲程发动机的扫气方式有哪些？ 4、影响扫气效率的主要因素有哪些？ 5、分析二冲发动机示功图。 第三章 二冲程发动机燃油供给系统 第一节 二冲程发动机的燃油供给系统 燃油供给系统的作用是定时、定量地供给发动机一定比例的可燃混合气。此外供给系统还应能根据发动机各种不同工况的需求，适时的改变供给的混合气量。 二冲程发动机燃油系统主要由化油器、油箱、油箱开关等零件组成。此外二冲程发动机的燃油系统还应包括发动机的润滑油供给部分。 二冲程发动机的燃油供给系统工作过程：燃油由燃油箱经燃油开关，再经输油管流入化油器浮子室，在浮子室经主量孔或怠速理孔喷出后雾化，并与空气滤清器进入的空气混合，变成可燃混合气。可燃混合气经排气阀（或旋转阀）吸入曲轴箱，再由曲轴箱压入气缸上部的燃烧室，由火花塞点火，燃烧后膨胀做功。二冲程发动机的燃油供给系统的简图如图所示。 二冲程汽油机长期以来采用混合气扫气造成的燃油短路损失使二冲程发动机未燃HC排放超标、燃油消耗率过高。如此众多的摩托车采用二冲发动机心然会带来不容忽视的排放问题和能源问题。 近年来二冲程发动机技术的研究在世界范围内兴起。一方面随着科学技术的迅速发展，人们的环境保护意识在不断加强，降低和杜绝各种排放污染物等恶化环境的呼声日益高涨，各国政府对二冲程发动机的排放都做出了严格的排放标准要求。另一方面是人们对汽车使用二冲程发动机的研究越来越重视。现在汽车上主要采用四冲程发动机，人们在提高四冲程发动机的性能方面采用了很多方法，使四冲程发动机技术水平达到相当高的程度，再想大幅度提高其性能将有一定困难。而二冲程发动机在采用电子控制燃油喷射以后，怠速稳定性得到了改善，功率范围更广，燃油消耗率可能比四冲程发动机还低，尾气排放也可达到法规要求。因此，二冲程发动机完全有可能在汽车上得到复苏与应用。 第二节 二冲程发动机的燃油喷射系统 二冲程发动机燃油喷射系统采用涡流室内喷射式和缸内直喷式两程燃油喷射系统。 ①涡流室内喷射式：涡流室内喷射式，扫气时利用纯空气扫气，待排气口关闭以后，将涡流室内的新鲜混合气引人气缸。 它是在曲轴箱的侧面设计一个涡流室。涡流室的上方有一个电控燃油喷油器，由摩托车电控单元(ecu)控制其喷油时刻和喷油量。涡流室内侧上方壁上沿切线方向有一个与曲轴箱相通的连通管。经进气口进入曲轴箱的空气通过连通管沿切线方向进入涡流室，形成强烈的涡流。涡流室内侧面开有一个浓混合气扫气道，涡流室中央有一个稀混合气扫气道。 工作原理：当活塞由下止点往上止点开始运动时(即进行扫气、排气和点火冲程)，由于活塞下方的容积减至最小，使已经进入曲轴箱内的纯空气受压。有压力的纯空气一方面经一般扫气道进入燃烧室进行扫气，另一方面通过连通管沿切线方向进入涡流室形成强烈的涡流。当活塞运行到接近上止点即将点火的某一时刻(此时排气口已经关闭)，装于曲轴箱一侧的曲轴位置传感器便立即感知到这一时刻，迅速向电控单元(ecu)发送一个电压脉冲信号。电控单元(ecu)收到这一信号后，经分析、运算、比较，立即向电磁喷油器的电磁线圈电路发送一驱动脉冲信号。 使喷油器针阀打开，立即向涡流室内喷射燃油。在涡流离心力的作用下，燃油颗粒和密度大的浓混合气沿涡流室内壁高速流动，并通过涡流室内侧壁上的浓混合气扫气道迅速引人燃烧室，点燃火焰；密度小的稀混合气则分布在涡流室的中心部位，并通过位于涡流室中心部位的稀混合气扫气道引人气缸，正常燃烧作功，从而实现了用纯空气扫气(扫气时只有纯空气的损失， 避免了浪费及由此产生的环境污染)；用浓混合气点燃火焰，易于起燃；用稀混合气正常燃烧，从而显著提高了发动机的热效率，大大降低油耗和排污量。如图所示，是一种改进型涡流室内喷射式结构图，其工作过程和工作原理与上述相同但性能更优。其主要改进处是将涡流室安装在温度很高的气缸壁上，可充分利用发动机工作时的热量，使喷油器喷人涡流室内的燃油充分雾化，燃烧效果更佳，排放污染物更少。 ②缸内直喷式 气道内燃油喷射系统(pfi)可以称为传统的电子控制燃油喷射系统，pfi发动机是在气道内喷油与空气混合进入气缸燃烧。是直接在缸内喷射汽油，利用缸内气体流动与空气混合，组织分层燃烧。其喷油器安装在缸头上，喷油器的布置方式根据各个研究机构所提出的组织气流和燃烧理论不同而设计也不相同，其活塞的结构也会因此有不同的结构。根据组织气流的不同缸内直喷式发动机结构可以分为三种。 涡流：采用碗形活塞，喷油器中置，火花塞侧置。喷油器在火花塞附近形成较浓混合气，大部分油雾都集中在活塞的凹坑中，靠周围形成的涡流同浓区内的空气混合，与周围的稀区形成分层所示。也有喷油器侧置、火花塞中置的结构，靠进气系统形成涡流带动油雾在缸内形成分层混合气 滚流：喷油器侧置，火花塞中置，以独特的活塞结构及配气系统配合，使缸内形成滚动气流，使油雾运动到火花塞附近被点燃，其他区域是稀气甚至纯空气。 挤流：活塞外沿挤气带将油雾挤压在中心位置的火花塞附近，形成分层气体，实现稀薄燃烧。四冲程发动机的气缸盖在布置燃油喷油器和火花塞后，还要布置配气系统。现有缸内直喷式发动机大都是喷油器中置方式，配以双顶置凸轮轴(iphc)驱动囚气门工作，这是囚冲程机最容易实现的一种结构形式。二冲程机则简单得多，气缸盖只需要布置喷油器和火花塞，在缸内喷油需有一定的喷油压力才能达到较好的雾化效果。柴油发动机一般靠高压油泵达到，这样在工艺上要求很高。 工作原理：缸内直喷式发动机的设计目的是使发动机在中低负荷时，实现较稀的混合气燃烧，更加充分利用燃料热值和有利于环保。 缸内直喷式发动机以独特的结构组织气流在火花塞附近形成可点燃并能良好燃烧的浓混合气(这部分混合气空燃比为最佳值，其他区域是渐稀甚至是纯空气)，使整体空燃比可达40：10周围的稀区和超稀区可以由浓区燃烧带来的升温加热达到可燃条件，再由传播过来的火焰点燃。电控燃油供给系统根据负荷所需要的功率精确配给燃油，而不根据空燃比来配给燃油。 缸内直喷式发动机靠电控单元(ecu)收集负荷要求(节气门信息)、进气条件、转速、凸轮信息(配气相位)、缸内温度、排气各成分的含量等信息，经过电控单元(ecu) 计算或查询试验数据库得到喷油量、喷油初始角、喷油持续角和喷油压力， 同时也得到非常准确的点火参数和egr(废气再循环)百分比。因此，依靠电子控制系统可以使缸内燃烧更加合理，从而得到良好的动力性、燃油经济性和很低的污染排放量。 第三节 二冲程发动机排放控制方案 一、FAI电喷系统（Fuel Atomized Injection/Free Armature Injection) 电喷系统是通过不同的传感器感知各种工况和环境的变化以驾驶员的意图，以数字化的精确方式向发动机提供最佳的燃油量和点火提前角。应用于中小排量发动机的不少尝试，长期以来一直在技术和成本方面的难题。成本方面因为旋转式油泵、调压器、喷油器、以及供电要求等很难解决，技术方面因为进气管压力波动等喷油精度不高。由FAI喷射单元、ECU、节气门体、点火器、点火线圈、火花塞和各种传感器组成的FAI电喷系统，成功克服了上述困难。 FAI电子控制单元 电子控制单元也叫ECU，是电喷系统的控制大脑，FAI电子控制单元主要由输入回路、A/D转换器、单片计算机CPU和输出回路组成。 传感器 传感器的功用是采集控制系统所需的信号，并将其转换成电信号通过线路输送给ECU，开环FAI电喷系统采用的传感器有进气温度传感器、缸头温度传感器、转速传感器、节气门位置传感器，而闭环FAI电喷系统再加一个氧传感器。其中：节气门位置传感器用于检测节气门开度大小，转速传感器彩用原发动机的点火脉冲发生器，检测发动机的瞬时转速和曲轴相位，缸头温度传感器用于检测发动机缸头温度状态，判断发动机的热状态，进气温度传感器用于采集进气温度信号，修正大气密度的变化，氧传感器实时检测发动机排气中氧气的含量，以动态反馈修正喷油量，使混合气浓度始终处于理论当量比，保证发动机燃烧性能，自学习功能可以保证发动机即使在不能闭环控制时，混合气浓度也处于最佳稳定状态，同时不受发动机运行时间、磨损等慢变过程的影响。 FAI燃油喷射单元 FAI电磁燃料喷射装置，其喷射能量源于电磁驱动的直线脉冲泵，脉冲电信号（PWM电压波）加给线圈产生的电磁能量，通过电枢和柱塞等脉冲式压缩燃油，产生（1－5）Mpa的瞬态压力，经过喷油嘴将燃料雾化喷出。 FAI喷射单元将汽车电喷系统的“油泵－调压器－喷油嘴”功能高度集成，而驱动PWM波类似，通过调节驱动脉宽，可以调节输入系统的能量，从而准确控制喷油量。 空燃比控制策略 燃油喷射单元安装在进气管上，采用进气道喷射方式，燃油直接喷射到进气阀杆上，ECU中储存有全工况的基本供油MAP，理论上，热车稳态工况下发动机要求供油系统的每个供油点都要落在这个曲面上。基本喷油脉宽采用速度－开度法确定，即由发动机转速和节气门开度来确定，起动瞬间、暖机过程、大气温度、缸盖温度、节气门变动速度、氧传感器在小开度时分辨率较高。 点火控制策略 FAI点火系统由蓄电池、ECU、磁电机、无进角直流点火器、点火线圈、火花塞等组成。 无级进角直流点火器 1、工作原理：直接替代原车点火充电线圈和点火器，并且具备无级全自动进角功能，性能比普通自动进角点火器更胜一筹。 2、工作电压： 12V 3、主要型号：S-407、408、409 4、适用车型： [S-407]：适用于GY6、WH等点火器插头相同的125车型。 [S-408]：适用于珠江ZJ、佛斯弟FXD等点火器插头相同的125车型。 [S-409]：适用于大沙CH-125等点火器插头相同的125车型。 5、安装方式：首先将点火器插好，然后将红色电源线接入蓄电池正极端子即可。 FM4213摩托车点火进角控制集成电路，1999年11月10日由上海复旦微电子股份有限公司生产，适用于四冲程摩托车电容放电式电子点火器的专用集成电路，它由磁电机上的传感器发出的PC 脉冲控制，输出一个相位随转速变化的正脉冲，从而触发可控硅产生高压，实现可变进角的点火功能。 用FM4213可以制作以电瓶供电的直流电子点火器，也可制作用磁电机供电的交流电子点火器。制作的直流电子点火器的价格比现在使用分离元件制作模拟电子点火器成本高出5元左右，但是在性能上远远高于现在普遍使用的模拟电子点火器的性能。 二、夹气喷射系统 传统二冲程发动机与四冲程发动机相比较，具有质量小、体积小、结构简单、体积排量功率大等优点。从其原理上讲，二冲程机还有泵气损失和摩擦损失都较四冲程机小的优点。但它也有一些缺点，扫气时燃油短路(可使多达40%的可燃混合气流入大气造成环境污染)、不易着火、部分负荷时燃烧变差、油耗过高等，这就使得许多国家和地区不得不限制二冲程汽油机继续使用。 为了解决二冲程发动机油耗高和排污严重的问题，世界上许多研究单位都提出了不同的解决方案。在诸多方案中，法国石油研究所开发的IAPAC ( In-jection Assisted Par Air Comprime)系统和SCIP( Simplified Camless IAPAC)系统、美国福特汽车研究所的AFI (Air-forced Injection)系统、澳大利亚澳必托公司的ASDI(f.ir-assisted Synerject DirectInjection)系统，具有较强代表性。现就各种技术方案进行分析。 1、IAPAC 此技术是法国石油研究所开发的，其基本原理是：轴箱压缩空气扫气、低压气动燃油直接喷射。 发动机的整个工作过程如图所示。压缩行程与普通二冲程发动机工作过程一样；膨胀行程时，活塞向下运动，曲轴箱内的压力升高，簧片阀开启，压缩气体便进入稳压管，直到扫气口打开，引起曲轴箱内压力骤降，所以稳压管内气体压力值保持着曲轴箱内压力的峰值。 即簧片阀的开启时间段为活塞从上止点至下止点的某段时间里，在这一阶段(此时气门是关闭的)燃油便可喷出来自稳压管的压缩空气迅速地雾化来自喷油器的燃油。扫气时用的是曲轴箱内的纯空气，扫气开始时，稳压管内的气体压力保持不变。 2、SCIP 该系统仍保持了IAPAC的基本特征，其革新之处在于改用膜驱动的形式来驱动气门，更适合小型二冲程机，其它的部件装置与经典的IAPAC系统一样。如图给出的是缸盖膜腔结构图。 由于其工作原理是膜片受压驱动，因此膜片便是整个部件的关键。上膜腔直接通向曲轴箱，下膜腔通向气缸，由于上下腔的压力不同，导致膜片受压，从而克服弹簧的预紧力，使气门运动。膜片位移，即气门升程的影响因素：1)主要因素是由膜分割的上腔与下腔的压力差(膜片直径应大于气门座直径)；2)气缸与稳压管的压力差；3)弹簧初始预紧压力。 气门的控制是整个部件运动的关键。气门的打开要在扫气快结束的时候，主要为了尽量避免燃油短路；气门的关闭要在缸内压力增加前，避免缸内气流回流到稳压管；燃油的喷射要先于气门的开启，这样做的两大好处是：1）可以使用标准低价的喷油器；2)燃油喷射压力不必高于气缸气体压力且喷射压力不是燃油雾化的关键因素。除了前面介绍的IAPAC发动机的一些优点以外，还具有气门升程不需要凸轮轴、凸轮等一系列机械驱动机构，大大简化了气缸盖设计的复杂性；对原始发动机的改进程度降至最低等优点。 3、AFI 该系统的系统结构如图所示。整个系统的关键部件是混合喷射器，其机构如图所示.混合喷射器的工作过程如下：每个循环中，燃油喷射在空气喷射之前，通过电磁控制阀的计量，喷人混合储气室中，部分燃油蒸发形成空气燃油的混合物。 空气喷射时，在空气电磁阀的控制下，压缩空气进人混合室，并打开弹簧加载的气阀，把混合物吹进燃烧室。这样便形成了雾状燃油蒸气云，很好地细化了燃油油滴。 燃油喷射正时可根据发动机的不同工况而调整，但并不严格，只要在空气喷射以前，燃油计量完毕并喷人混合室即可。空气喷射直接控制着喷嘴阀门的开启，至关重要，因此必须精确。每一循环空气和燃油的喷射量以及其各自的喷射正时，这4个独立的参数可以分别调节来优化发动机的运转。燃油和空气电磁脉宽的控制精确性并不同等重要。改变燃油电磁脉宽就改变了燃油喷人气缸的数量，因此其值必须精确。改变空气电磁脉宽