合肥工业大学内燃机学

第三节

二冲程内燃机的换气

一、二冲程内燃机的换气过程 二冲程内燃机与四冲程内燃机同样具有进气、压缩、燃烧、膨 胀和排气过程，不同的是这些过程只用两个活塞行程来完成，其中 差别最大的是换气过程。 二冲程内燃机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。

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图4-31是二冲程内燃机换气过程示意图。

通常把二冲程内燃机的换气过程分为三个阶段，即自由排气阶 段、扫气与强制排气阶段、过后排气(或过后充气)阶段。

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1、自由排气阶段 从排气口开启直到新鲜充量进入气缸(扫气口打开)为止，称为 自由排气阶段。 排气口一般在下止点前60~75°(CA)开启，排气口刚开启时， 气缸内压力较高，约为300~600kPa,压力比pb/pr超过临界值，气缸 内的燃气以声速流出。 在该阶段，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。 在自由排气阶段，缸内燃气可以流出大约70%~80%,所以它 是二冲程内燃机换气过程的一个重要阶段。

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2、扫气与强制排气阶段 当气缸压力下降到稍低于扫气压力ps时，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， 即是所谓的扫气与强制排气阶段(扫气口开到闭这一段期间)。 在这一阶段，除利用扫气气体强制将废气气体强制将废气排出 气缸外，还要充入新鲜充量。 在这一阶段初期，扫气口开度很小，而排气口已开大，主要的 流动阻力在扫气口。 随着活塞下行和废气迅速外流，缸内气体压力骤降，有可能形 成相当高的真空度，此时由于扫气口开度也已经加大，可以使新鲜 充量急速流入气缸内。 随后，扫气口与排气口开度均较大，扫气气流经过扫气口进入 气缸，将缸内废气从排气口压向排气管，实现气缸扫气。 很显然，发动机后燃、废气与缸壁、废气与新鲜充量的热交换、 排气管内压力波动等，都会给扫气与强制排气带来影响。 因此，合理设计一台燃烧良好、扫气完善的二冲程内燃机，需 要进行细致的理论研究和大量的调整试验工作。

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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，称为过后排气阶段。 一般二冲程发动机扫气口的关闭时刻早于排气口，这时由于活 塞上行

的排挤和排气气流的惯性作用，一部分废气或新鲜充量与废 气的混合气可以继续被排出，直到排气口关闭为止。 对于扫气口关闭时刻晚于排气口的发动机而言，由于可以获得 额外的新鲜充量，故这一阶段被称为过后充气阶段。 通常，该阶段所持续的时间较短。由于活塞已经开始上行，缸 内气体受到压缩而压力提高，这对过后排气是有利的，但不利于过 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。

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二冲程内燃机的换气过程与四冲程相比，有下列问题： (1)换气时间短 二冲程内燃机的换气过程持续的时间为120°~150°(CA),而 四冲程内燃机的换气时间为400°~500°CA,前者明显短于后者。 由于换气时间短，换气质量较差。 从气门叠开角占整个内燃机换气时间的比例来看，非增压内燃 机约为3%~8%,增压内燃机为20%~30%,而二冲程内燃机达到了 70%~80%。这就意味着在扫气期间，将有较多的新鲜充量经过排 气门直接流入排气管中，增加了空气消耗量(对于柴油机而言)或 混合气消耗量(对于汽油机而言)。这也是为什么同等功率下，与 二冲程增压发动机所匹配的增压器比四冲程发动机流量大的原因。 (2)进、排气过程同时进行 四冲程内燃机的换气过程在两个不同的活塞行程中进行，新鲜 充量与废气掺混的机会较少，换气终了时残余废气系数较小。 二冲程内燃机换气时活塞在下止点附近，进、排气过程同时进 行，新鲜充量与废气易于掺混，残余废气系数比较大。 上述原因使二冲程内燃机的换气质量比四冲程内燃机的差。

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(3)扫气消耗功大 二冲程内燃机虽无泵气损失，但消耗的空气量大，扫气泵耗功 多，使得其指示热效率明显低于四冲程内燃机，因此燃油消耗率较 高。 (4)HC排放高 对于二冲程汽油机而言，由于在扫气期间有较多新鲜充量短路 而直接流入排气管，导致其未燃HC排放远高于四冲程发动机。 另外，二冲内燃机的性能受换气过程的影响较大，而在变工况 运行时，换气过程的状况易偏离设计工况，换气的组织更加困难， 其性能明显变差。 一般而言，四冲程内燃机外特性上的最低燃油消耗在50%~ 60%标定工况，燃油消耗率曲线比较平坦；而二冲程内燃机外特性 上的最低燃油消耗在80%~90%标定工况，曲线变化陡峭，所以二 冲程内燃机变工 …… 此处隐藏：2148字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……