常规摩托车二冲程发动机的一些特点

fengzhu

一、徒有虚名的“排量”：
二冲程发动机“排量”的计算方法沿用了四冲程发动机的计算方法，既：以活塞行程x缸内径面积（活塞直径面积）＝活塞行程排量＝发动机标称排量。这样的计算方法在国际上是有争议的；因为二冲程发动机气缸体内排气孔的位置较高，一般都在曲轴转到四点钟位置时，排气孔就开始出现；当活塞在回升压缩的过程时，曲轴要转到八点钟位置，排气孔才能被活塞堵上。这样一来，气缸内实际上能保留与压缩到的燃汽只有活塞行程的３／４，活塞实际上所能压缩到的气体容积并不是发动机的标称排量。所以有的国家就不愿意按这样的方法来计算二冲程发动机的排量，而是以活塞所能实际保留与压缩到的容积作为二冲程发动机的“排量”。
因二冲程发动机的种类不同和上述原因，二冲程发动机的实际排量各有不同，例如公路赛车的二冲程发动机，发动机转速设计得很高，为了高转速时的换气，排气口与扫气口的位置就做得很高，有的发动机几乎是曲轴在三点钟位置时，排气口就开始出现。如此一来，发动机的实际排量就只有活塞行程排量的１／２。这样的发动机实际压缩排量与膨胀作功行程都打了很严重的折扣，燃油效率就非常之低；再加上为了达到超高转速，又将点火角定得比较超前，这使得发动机在低转速时表现得非常无力，只适宜在高转速状态下运转与换档，还非常地耗油。
某些大排量低转速的发动机在气缸上的设计上有时与上述赛车发动机相反，这样的发动机不但实际排量较大，具有中低转速时比较节油与有劲的优点。如此发动机一般的表现是：低转速时力矩较大，便于车辆起步与爬坡；中等转速时功率较大，利于车辆节油与机动；到高转速时力矩自动变小，有自动限制发动机最高转速的自我保护作用。（这样的作法还有保护缸体、活塞环的作用，可以大大延长发动机的维修保养期。）
　　　
二、偏高的升功率、转速与散热：
由于二冲程发动机的工作程序比四冲程发动机紧凑，在同样转速下“作功”的次数要多出一倍，所以就有了“二冲程发动机功率比四冲程发动机多一倍！”的说法。但实际上并非完全如此，因为通常二冲程发动机的“排量”有很大折扣，燃烧与作功的过程又不如四冲程发动机那么彻底，所以二冲程发动机在与同“排量”同转速的四冲程发动机相比较时，所发出的功率并不是整整大了一倍，而是只多出４０－６０％左右。而且二冲程发动机因换气不彻底导致燃烧不佳的结果，往往造成燃油效率比四冲程发动机要低许多，具体低多少是个很复杂的变数，要看发动机的转速与负载等许多方面。
但许多人都知道同“排量”下的二冲程发动机比四冲程发动机的“力道”要大许多，这就是二冲程发动机的另一特点优势：因为没有了象四冲程发动机那样许多丫丫叉叉的换气机构，二冲程发动机的转速可以比四冲程发动机高些。这样一来，同“排量”二冲程发动机的“功率”就可以做到真的比四冲程发动机多出一倍来。不过，在“升功率”多出一倍的情况下，发动机的散热又成了大问题，小排量发动机一般问题不大，多数缸体靠自然迎风的对流空气来冷却就行；而大排量的发动机就有点不好办，于是就有了“水冷”、“油冷”“强制风冷”等许多种的冷却方式。
　　　　　
三、简单欠缺的换气方式：
因为二冲发动机排气口结构的原因，二冲程发动机的废气不象四冲程发动机那样在吸气前被活塞强制性地挤走，而是要靠压进气缸的新鲜燃气来驱除废气。这样一来是简化了换气的过程，但从燃气质量、压缩比与燃油效率等几个方面来讲，二冲程发动机在小油门时，各方面的效率都比较低，要在大油门时工作效率才相对高些。要提高二冲程发动机的工作效率，发动机与摩托车更应该配给随机应变的点火角与多种档位；但实际上社会状况确确相反，多数二冲程发动机与轻型摩托车都比较简陋，发动机多是定点触发点火，摩托车没有变速换档，根本就没有四冲程发动机摩托车那样地讲究与完善。这使得二冲程发动机在性能发挥上处于很不公平的地步，更加难以胜过匹配四冲程发动机的摩托车。
二冲程发动机的换气方式看似简单，但只简单在换气结构上；实际缸内气流在不同的工况下变化多端，换气的真实效果变幻莫测，至今在国内外都没有哪个权威人士能将二冲程发动机的换气效果作出个精细准确的计算方法来。近年来也有个别厂家对某些二冲程发动机的换气结构作了点改善的设计，但基于二冲程发动机的基本结构原理，这样换气方式的效果不可能很彻底，怎么样都有废气掺杂残留在气缸内。而且在活塞开始压缩的初期，部分新充进气缸的燃汽被短路挤出排气口也是很难免的，这也是常规二冲程发动机排污与油耗较大的原因之一。
二冲程发动机这种换气方式欠缺的地方很多，有许多地方看似简单往往不被人们所注意到，例如：簧片阀的开启要靠曲轴箱内的真空度，但曲轴箱的容积比活塞行程容积大许多，活塞上行容积所形成的真空度被曲轴箱内的容积所中和后，曲轴箱内的实际真空度就要降低很多。所以曲轴箱内的真空度再经过开启簧片阀的折扣后，一般二冲程发动机对化油器吸气的真空度比四冲程发动机要小很多。（一般在化油器后的喉管内测量到的真空度只有６－－９％个大气真空度。）这对于化油器的出油与燃油的雾化非常不利，也是二冲程发动机比四冲程发动机要耗油的原因之一。要是仔细分析还有许多许多，实在是难以一一细说。
　　　　　　
四、曲折多变的供油过程：
二冲程发动机的燃油供给途径比四冲程发动机要曲折些：燃油从化油器内出来与空气混合形成雾状燃汽后，不象四冲程发动机那样通过喉管直接被吸入汽缸内，而是通过簧片阀被吸入曲轴箱内，而后再由曲轴箱内被压进汽缸里。雾状燃汽在曲轴箱内逗留的情况比较复杂：箱体内壁有吸附与沉积新进燃汽中燃油颗粒的作用，也有将油膜加热随旋转气流加速挥发的作用，这两种效果相反的作用到底谁占上风，要看发动机的温度、转速、负载、油门开度、燃油浓速、雾化程度、内壁光洁度－－等等；所以二冲程发动机的“温度效应”很大，冷热机的效果显著不同；化油器也比较难以适应与调整。
因为二冲程发动机曲轴箱的内部容积很大，所以又有变相“蓄汽盒”（“蓄能器”）的作用。在曲轴箱内壁陈旧老化时，内壁油膜厚度增加，如果曲轴两端的密封轴承有点漏气，或是进汽喉管有点漏气，这时“蓄能器”的作用就特别明显，有时甚至到了发动机一脱档就飞车的地步。这样的状况对发动机靠收油门急减速很不利，也给车辆的换档与机动性带来了麻烦。虽然曲轴箱内壁的油膜蒸发作用给发动机的点火燃烧带来益处，但其油膜蒸发程度的不确定性造成的发动机怠速不稳、化油器难调、滑行耗油、燃汽浓度失控－－等许多方面的麻烦，是二冲程发动机给油特性令人难以捉摸的主要原因之一。（所以俺玩二冲程发动机的轻摩，重点主要放在供油系统上。）
　　　　　　
五、点火角与转速的效果：
二冲程发动机的转速比四冲程发动机要高，换气的效果又随发动机转速、油门－－而不同，这就使得二冲程发动机的出力特性与四冲程发动机有着明显差异。弥补这一弊端的措施之一是“点火角”：需要点火电路在较大的转速范围里，将点火角随发动机的转速自动调整到相对适宜的位置上去。笔者曾经长期试验过几种不同点火电路的轻摩，各种作法的效果差异很大：有时明明是原车上不去的陡坡，将发动机的点火角延迟一半，发动机就变得强劲有力将车辆开上去了。
但私自将发动机的点火角固定在低转速位置上也是不行的，因为二冲程发动机的转速范围比四冲程发动机要高出许多，延迟的点火角虽然对车辆有启动容易、怠速稳定、上坡有力－－等好处，但在发动机高转速时，因点火角延迟所导致的燃烧滞后，会给发动机带来缸体过热、转速难高－－等许多弊端。所以二冲程发动机比四冲程发动机更加需要有随机应变的点火角，不适宜用四冲程发动机那样的定点触发点火电路。
　　　　　
六、不完美的润滑方式：
二冲程发动机的润滑问题始终是一个历史遗留难题，因发动机的构造原理基本已经框定，所以润滑油无论是用“混合”或是“滴注”的方式加入发动机，都各有其利弊，而且最后都免不了是进入燃烧室被焚烧排出的结果。因此二冲程发动机比较四冲程发动机而言，在目前社会的环保舆论上，要受到外行们较强烈的谴责与非难。
在当今环保呼声越来越高的社会，如何减少二冲程发动机润滑油的消耗量与污染，是一个很难啃下的大难题。（似乎有关部门准备一禁了之！厂家也不打算对此再下功夫了？）虽然二冲程发动机的润滑方式会给环境带来污染，给自己也会带来积碳类的故障，但也有一点给自身带来的好处：与四冲程发动机相比，排气管不会生绣烂通掉。
　　　　　
七、无可奈何的燃烧质量：
目前常规二冲程发动机的燃烧质量远远不能与四冲程发动机相比：由于换气的不彻底性，导致压缩后的燃汽中还夹杂着有不少上次燃烧后残余的废气，这使得燃汽中氧气的含量降低，燃烧的温度、速度与效果都大受影响。在这类匀质燃汽的发动机里，为了确保火花塞的电弧能点燃油汽，就算是氧气含量少了，燃汽中的油浓度也不能降低，这使得油汽中还有不少富余的燃油未能参与氧化燃烧，造成了相当大的燃料浪费与排放污染。尤其是在发动机处于怠速与小油门的时候，其中还有发动机带档滑行与燃烧润滑油所带来的排放污染。
还有一点影响燃烧做功效率的地方是：当燃烧过的气体还没有膨胀到最大体积和最小压力时，活塞已经下降到排气口的位置，大量的“废气”是带着压力与热量被排出气缸的，这使得燃料燃烧做功的效率大受影响。作为二冲程发动机的结构来说，废气必须是带有压力才方便排出，这是个没法与四冲程发动机相比较的结构功率损失。如果是赛车用的高排气口发动机，这方面的损失还要大，发动机效率会更低。
　　　　　　
八、排气效应与排气管：
二冲程发动机的排气效应比较强，当发动机的转速与排气管谐振频率相对应时，对发动机的增功与节油都有很大好处，问题是：排气效应与发动机的温度、点火角、油门、积碳、转速－－等多方面的因素有关，有时车辆未必正好行驶在发动机的最佳转速上；发动机点火角的最佳转速和发动机扫气的最佳转速，也未必与排气管的谐振频率正好一样。所以二冲程发动机在转速范围内有好几个作功有力的“突出点”，不象四冲程发动机的出力特性那么均匀。（例如赛车的发动机需要常在高转速状态下运行，所以就比较看重发动机在高转速时的排气谐振作用。）
因为二冲程发动机的润滑方式，二冲程发动机的排气管比较容易积累油垢与碳渣；虽然有保护排气管内壁的作用，但多数轻摩用的都是一次性排气管，内部积累的碳渣油垢使得摩托车几乎需要每年更换一根排气管。在这类问题上厂家如此漫不经心怠慢用户，这样的结果对广大用户十分不利：每年多耗费几十至上百￥不说，废弃的排气管也是污染环境和浪费资源的东西之一。其实排气管不是什么高难度的部件，只是多数厂家没有为顾客用户着想。要是排气管都做成象ＪＳ５０车的那种式样，可以抽出内芯清洗或是焚烧干净，结果就很好。
　　　　　
九、可以随意设计的燃烧室：
四冲程发动机的缸头上因为要安排进气阀门与排气阀门，所以对燃烧室的形状影响很大，没法按照最佳燃烧方案去设计燃烧室；甚至连火花塞的位置也要让位于换气阀门，安排不到活塞的最中心点。一般的四冲程发动机燃烧室不但形状不够理想，对燃烧效果不利，而且淬熄面积也比较大，用行话来说就是：“淬熄面积／燃烧容积”的数值比较高。此值过高会消耗燃烧所产生的热量，降低发动机的效率和冷热机效应严重。
而二冲程发动机的缸头就比较简单，只需要安排火花塞；这样一来就可以随意设计最佳形状的燃烧室，随意安排火花塞的最佳位置。可以设计成与活塞相配合的特殊形状，来提高燃烧效益。例如比较近代化的“半球形燃烧室”，在活塞上止点时，有着较小的淬熄面积，还有“挤气效应”冲出的气流来加强燃烧效果；这些都是四冲程发动机难以作到的。而且在缸体特殊材料的应用上，二冲程发动机的燃烧室比较容易做些。
　　　　　
十、让四冲程发动机望尘莫及的优势与前景：
上述一至八点的内容似乎都是在声讨二冲程发动机，似乎俺研究了十年的二冲程发动机就是为了声讨与打倒二冲程发动机。其实未必，任何事物都有其利与弊的两面，就看你是怎么去区别对待与应用罢了。二冲程发动机在结构简单与高转速方面有着让四冲程发动机望尘莫及的优势，这是二冲程发动机一向最吸引人们和最受到人们欢迎的地方，也是二冲程发动机最有发展前途的主流方面，吾等不可不认真对待之。
目前二冲程发动机最受人们重视的一面是“同等马力发动机的体积与重量都比四冲程发动机要小得多！”，这点对车辆与航空器都很重要。其次是二冲程发动机结构简单，可靠性比四冲程发动机要高得多，这点在运动竞赛与军用急救方面，有着不可小看的优势。再就是二冲程发动机成本低廉制作简单，便于简单化底成本地大批量快速生产，这点对于摩托车厂商来说，还是比较重要地。
　　　　
由于二冲程发动机所具备的特点与潜力，在经过采用现代化技术的用心推敲改进后，二冲程发动机的某些缺点有希望转化为赛过四冲程发动机的优点。例如：二冲程发动机换气不彻底问题咋看是个难题，其实燃汽中有少量的废气可以降低燃烧温度，在避免高温过氧环境下烧损缸体部件的同时，还可以避免产生象四冲程发动机那样高温高压燃烧中出现的一氧化氮，减少尾气排放中的“酸雨”成分。
上述说法不是俺私自谬论，国外讲究环保的先进内燃机车发动机已经开始这么做了，国内也有人试验在二冲程发动机的活塞上做出“废气回流孔”，据说有显著节油效果。至于二冲程发动机润滑油污染环境的问题，可将发动机的曲轴与气缸扫气口稍微改形一点，使润滑油滴少进入燃烧室，再采用好点的润滑油，发动机在运转时所需要添加的润滑油用量将大大减少，即时燃烧润滑油所带来的排放污染也将成倍下降。
　　　
关于二冲程发动机在燃料方面的损耗与污染问题，目前人们正在趋向于用喷射方式供给燃油；这样一来，二冲程发动机就可以利用涡轮加压进气技术，全部用纯新鲜空气来进行超排量的扫气与压缩，发动机效率将有大幅度的提高。限量喷射供油所形成的“富氧燃烧”，在合理节约燃料与提高燃烧质量的同时，发动机的燃烧污染与油耗污染将微乎其微。至于二冲程发动机的散热、点火角、排气管－－等，原先就不是什么大难题，在某些轻摩车型上早就有过优良作法，只是目前多数厂家敷衍了事才会如此局面。等二冲程发动机换气与供油的主要问题解决，这些小问题也将随之相对成为大问题，应该会被重视和解决。
　　　　　
待到二冲程发动机完成了上述的这些改进创新，进入了“按需供油、分层扫气、富氧燃烧、恒定压缩－－”的新面貌时，长期以来依仗着换气优势视为王者的四冲程发动机，难免还是结构繁杂守旧的传统经典款式；即时还能称霸天下继续存在吗？！？在此可以斗胆预言：“未来新型二冲程发动机必将全面占领摩托领域！笨重守旧的四冲程发动机必将退出历史舞台！！”。。。

迷糊

长见识，只知道有二冲四冲，今天学了些，谢谢楼主

linhaird

越来越严厉的排放法规下二冲程的生存空间越来越小，也少有企业进行这方面的探索，至少国内目前如此。

vehicular

太好了，谢谢，十分需要这方面的知识

li840202

现在都在强调环保，二冲程任重而道远啊，呵呵

jac2005mg

长见识，只知道有二冲四冲，今天学了些，谢谢楼主

xunmozhe

长见识了,只是二冲的车,在中国不允许上市了

linluo128

要研制出高效的二冲发动机，可不可以把现有的四冲技术移植到两冲上呢？电喷。涡轮。可变点火。。。

xiepingdaodi

原帖由 linluo128 于 19-9-2009 16:06 发表
要研制出高效的二冲发动机，可不可以把现有的四冲技术移植到两冲上呢？电喷。涡轮。可变点火。。。

这样意见值得考虑，望高手研究研究！

weilaiqq

按楼主说的，那可就太好了，又省油又环保

肚皮他爹

2冲基本已经绝迹了  上世纪日本的摩托如NSR等都是末代霸王了
污染大 油耗高 已经不适合现在环保的大方向了  
个人愚见

sunshine

原帖由 肚皮他爹 于 26-11-2009 19:03 发表
2冲基本已经绝迹了  上世纪日本的摩托如NSR等都是末代霸王了
污染大 油耗高 已经不适合现在环保的大方向了  
个人愚见

现在国内出口东欧和一些欠发达国家，还有大量的二冲摩托车市场存在。
虽然二冲有其很大的缺点，但是其优点是四冲不可比拟的，在国外一些公司从来就没有停止过对二冲的研发。
我相信当缸内直喷能够用着摩托车发动机上的时候，市场上二冲会开辟出一遍大的领地。

lancerevo10

长见识了，学习当中，我也很喜欢两冲程发动机，喜欢它的特性

fgy107

二冲是内燃机的研究方向，同等功率下节油40-60%，中国人不在意在些，主要是国家不重视技术研究，国企又没有这个资金，即使每年预算出来也不会被上级主管领导批准的，民企只有一个宗旨抄袭别人的，只管挣前，不愿投入，二冲已经在发达国家能达到比较高的排放标准了。