行程内燃机的工作原理详解

（一）二行程汽油机工作原理

活塞在气缸内往复运动两个行程，曲轴旋转一周，完成一个工作循环的内燃机，称为二行程内燃机。二行程汽油机完成一个工作循环也需向缸内引入可燃混合气，随后将其压缩，点火做功后再将燃烧后的废气排出。图4-7为一种用曲轴箱扫气的二行程化油器式汽油机的工作示意图。缸体上有三个孔，排气孔位于做功时活塞全行程的三分之二处，并稍高于扫气孔，进气孔位于气缸下部。

1.第一行程

活塞在曲轴的带动下，由下止点向上止点运动，当上行到将扫气孔、排气孔关闭时，活塞开始压缩上一循环吸入缸内的可燃混合气，同时活塞下方曲轴箱内形成一定的真空度，如图4-7a所示。活塞继续上行，进气孔开启，在大气压力作用下，可燃混合气自化油器流入曲轴箱，如图4-7b所示。

图4-7　二行程汽油机工作示意图

a压缩 b进气（可燃混合气） c燃烧 d排气 1—进气孔 2—排气孔 3—扫气孔

2.第二行程

活塞上行到接近上止点时，火花塞产生电火花，点燃缸内被压缩的可燃混合气，并产生高温、高压的膨胀气体，迫使活塞向下运动，带动曲轴旋转并输出功率，如图4-7c所示。

随着活塞向下运动，进气孔逐渐关闭，进入曲轴箱内的混合气被压缩。当活塞接近下止点时，排气孔开启，废气经排气孔、排气管、消声器排放到大气中。曲轴箱内预压缩的新鲜混合气经扫气孔进入气缸内，并进一步扫除废气，如图4-7d所示。废气被新鲜混合气扫除并取代的过程，称为“换气过程”，它一直延续到下一行程，即活塞上行将扫气孔、排气孔关闭为止。

由此可见，第一行程：活塞上方进行换气、压缩，活塞下方进气；第二行程：活塞上方进行做功、换气，活塞下方混合气被预压缩。

排气孔位置稍高于扫气孔，做功行程终了时，排气孔首先开启，缸内废气在残余压力作用下迅速排出，有利于排气干净；还可使缸内压力迅速降低，便于扫气孔开启时，新鲜混合气进入。

活塞顶部通常加工成特殊形状，便于从扫气孔进入气缸的新鲜混合气引入缸的上部，以防止新鲜混合气混入废气，随废气一同排出；又可驱赶废气，使排气更彻底。事实上，尽管如此，也不能完全避免新鲜混合气随废气一同排出缸外，造成可燃混合气损失的情况。所以，二行程内燃机的换气过程品质较差。图4-8为二行程内燃机示功图。

活塞由下止点向上止点运动，当排气孔（a点）关闭时，压缩过程开始。到上止点前开始点火（或喷油）燃烧，缸内压力迅速增高，c～f段即燃烧过程。接着活塞下行膨胀做功，一直到b点，排气孔被打开，开始排气。此时，缸内压力较高，一般为0.3MPa～0.6MPa，故废气从缸内排出时，压力迅速下降。当活塞继续下行将换气孔打开，曲轴箱内的新鲜可燃混合气（或空气）进入气缸。这段时间的排气称为自由排气。排气一直延续到活塞下行到下止点后再向上将排气孔关闭时为止。曲线bda为二行程内燃机的换气过程，大约占130°～150°曲轴转角。接着活塞继续上行，便重复压缩过程，进行新的循环。

图4-8　二行程内燃机示功图(www.xing528.com)

（二）二行程柴油机工作原理

图4-9所示为带扫气泵的二行程柴油机。它与二行程汽油机工作原理有很多相同之处，不同的是进入气缸的不是混合气而是纯空气。新鲜空气由换气泵提高压力（120kPa～1410kPa）后，经气缸外部的空气室和气缸上的进气孔进入气缸内，而废气由专设的排气孔排出。

1.第一行程

活塞由下止点向上止点运动，行程开始前，进气孔和排气孔都已打开，换气泵将提高压力后的空气泵入气缸进行换气，如图4-9a所示。活塞继续上行使进气孔、排气孔关闭，开始压缩缸内的空气，如图4-9b所示。当活塞接近上止点时，喷油器向缸内喷入雾状柴油，柴油迅速与空气混合，形成可燃混合气并自行着火燃烧，如图4-9c所示。

2.第二行程

活塞到达上止点后，燃料着火燃烧产生的高温、高压气体推动活塞下行做功。直至排气孔打开，废气随即靠自身压力排出缸外，如图4-9d所示。此后，进气孔开启，进行与二行程汽油机类似的换气过程，直至进气孔完全被遮盖。

图4-9　带扫气泵的二行程柴油机

a换气 b压缩 c燃烧 d排气

此种形式的内燃机称为气门—窗孔直流扫气柴油机，它利用纯空气扫除废气，经济性较高。

（三）二行程内燃机的特点

1.四行程内燃机的进、排气是两个独立过程，而二行程内燃机排气（或进气）过程是一个完全重叠的、以新鲜气体清扫废气的换气过程，时间极短。二行程内燃机换气时会不可避免地造成新鲜气体与废气的混合，使废气难以排净或新鲜气体随废气排出。

2.完成一个循环，二行程内燃机曲轴只需旋转一周，四行程内燃机需要两周。从理论上讲，当内燃机工作容积、压缩比、转速相等时，二行程内燃机功率应是四行程内燃机的两倍。实际上，由于二行程内燃机废气不易排尽，故一般为四行程内燃机的1.5～1.6倍。因此，二行程内燃机的经济性较差。

3.转速相同时，二行程内燃机的做功次数较四行程内燃机多一倍。因此，二行程内燃机运转较为平稳。

4.二行程内燃机配气机构简单，简化了内燃机的结构。

由于二行程汽油机可燃混合气部分损失，经济性较差，排放污染严重，使得其在大中型汽车上的应用受到限制。但它结构简单、质量轻、制造成本较低，在摩托车和微型汽车等小排量发动机的车辆上广泛采用。二行程柴油机由于换气过程中进入气缸的是纯空气，没有燃料损失，仍为一些汽车所采用。