两冲程循环

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两冲程循环Two-stroke cycle)是内燃机基本運轉型式中的一種。两冲程循环与更常见的四冲程循环的区别只是冲程(活塞的直线运动)数量上的不同,雖然它们都有四个运动发生(进气,压缩,做功,排气),但两冲程循环以两个冲程完成上面四个運动,而四冲程循环以四个冲程完成一個循环。

运转的基本原理[编辑]

二行程引擎的運作動畫圖

两冲程发动机在结构上很简单,但是在运转过程中涉及到的力学很复杂。一个典型的简单的两冲程发动机有一个活塞,进气孔与出气孔分别在气缸的左右两端。活塞向下运动首先将出气孔掀开,排出几乎全部的废气,然后打开进气孔,在曲軸箱中壓縮過的混合氣(燃料中通常混合着一些油以便潤滑曲軸)通过进气孔进入气缸,同時將缸內剩餘的廢气掃出(通稱為「排氣」)。随后活塞向上运动,压缩混合物后用,火花塞将其点燃,靠混合物燃烧所产生的巨大的能量推动活塞向相反的方向运动。

運轉過程[编辑]

活塞的升起使之在封闭的曲軸箱产生一个相对的真空。汽化器与曲柄轴箱之间的连接因为活塞的上升而打开,空气-燃料混合物被吸进曲柄轴箱。与此同时,空气-燃料混合物在气缸内被压缩。

  • 膨胀冲程
    • 活塞处在上死点(TDC)。
    • 曲轴在0度或者360度。
    • 实际中这个过程是在0到150度之间完成的,但是在模型中是在0到120度之间完成的。
  • 进气/压缩冲程
    • 活塞从下死点(BDC)移动到上死点。

運用[编辑]

由於運作特性之故,两冲程主要运用于偏大与偏小的发动机组,但不像四冲程引擎,二行程引擎絕少用于中型发动机的範疇。

雖然對於大部分人的認知來說,二行程循環引擎通常都只是與汽油內燃機聯想在一起,但其實市面上仍然存在很少數的二行程柴油引擎系統。在柴油发动机的領域中,通常只有很大排氣量的動力系統,例如大型海事用发动机或是卡車與重型工程機具動力系統,才會見到二行程設計的版本,這些系統通常有兩個特點,第一就是運轉時的轉速很低,第二是通常都會搭配渦輪增壓器以提升功率表現。

優點[编辑]

一輛斯洛維尼亞車廠Tomos斯洛維尼亞語Tomos所製造的两冲程機車。攝於日本東京代官山街頭。

小型汽油机子通常都是两冲程的,常用在那些外置,高功率,低排氣量摩托车助力车踏板车卡丁车,以及一些园林用机器上,例如割草机电锯等等。因为简单的设计成本較低,又擁有很高的功率重量比(同样轉速的发动机两冲程的每秒做功次数是四冲程的两倍),因此在這些領域的应用很廣泛。至於在手持装置領域的應用上,二行程循環的動力裝置由於不需倚靠重力低落原理運作的機油儲槽(oil reservoir,視需求有盤狀、壺狀等多種設計),因此在操作時不用考慮方向問題,而較適合需求。

缺點[编辑]

排氣高污染是二衝程循環的最大缺點;因為進氣跟排氣要在同時進行,廢氣中有可能會含有未燃燒的燃料,造成浪費燃油及空氣污染。除此之外二行程循環的動力系統是倚靠額外添加的噴合油或預混潤滑油(事實上就是已經混合好適當潤滑油後一起銷售的二行程專用燃料)來進行引擎機件的潤滑,由於這類潤滑物質通常都比較難完全燃燒,因此也容易產生較嚴重的廢氣污染。

要解決這些缺點的方法是使用缸內直噴技術,可以讓二行程引擎的排氣污染降低到與四行程引擎相近。

限制及淘汰[编辑]

臺灣[编辑]

過去台灣的法規變相鼓勵二行程機車,法規將輕型機車定義為,引擎排氣量未滿50cc者,而輕型機車駕照是唯一不需要經由路考的駕照;但是輕型機車只有採用二行程引擎才有足夠馬力、重量又較輕(在擁擠處停車時、體能負擔明顯較低,在機車密度高的台灣是很常見的情況)。因此高外部成本的二行程機車,有強大的吸引力及競爭力。

二行程機車污染本來就比較高,還有不少因為老舊或缺乏良好保養而冒出刺鼻的白煙,總是引起民意及官員的反感;為了淘汰二行程機車,政府刻意把二行程機車(新車)排氣標準調到很高、比四行程機車高不少;新法規執行後,車廠停止在台銷售多數二行程機車。政府亦有提出一定的補貼淘汰老舊二行程機車;只是因為補貼不足、、二行程機車耐用性佳且舊車無須適用新標準、未對高污染車輛實施高稅率、車輛空氣汙染取締罰款機率過低及許多車主缺乏保養觀念,因此要有很長的時間才能讓臺灣街頭的二行程機車消失。

新發展的缸內直噴技術可以讓二行程引擎燃燒完全、污染低,只要能解決耐用度問題,將成為二行程機車再發展的機會。