汽油发动机的构造组成(两冲程汽油发动机结构原理及谐振排气解析)(1)

如果你是一个两冲迷,你可能在一些追求性能的两冲仿赛,甚至是改装的两冲踏板车上看到排气有一个像大山芋一样肿起,你可能非常好奇,这种排气管为什么要这样做,有什么原理

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在这里首先要讲解下两冲程发动机的工作原理,如果你对两冲发动机了解了,可以跳过这一段

汽油发动机的构造组成(两冲程汽油发动机结构原理及谐振排气解析)(3)

两冲程与四冲程发动机区别是四冲程发动机进气/压缩/做功/排气 是在活塞下/上/下/上的过程中完成的,在这个过程中四冲程发动机曲轴转两圈做功一次

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而两冲程汽油发动机 的进气压缩做功排气在 活塞下/上两个行程之间就完成了,在活塞上行时利用曲轴箱的真空吸力吸入可燃混合气,在活塞下行时利用活塞下行的压力挤出在曲轴箱里的可燃混合气,可燃混合气把汽缸内燃烧完的废气从汽缸里挤走

由活塞裙决定二冲程进气的进气时间的这种进气方式需要把进气口布置在气缸壁上,这种进气方式结构简单,工作可靠。但由于是利用来开关进排气口。所以进排气口的开关时间必然和活塞的下止点对称。当活塞上升时,活塞裙部下端通过进气口下端,这时进气口开启。当活塞下行时,活塞裙部下端通过进气口下端,这时进气口关闭。在活塞关闭进气口之后,活塞才开始压缩曲轴箱内的混合气。而在此之前,进气口始终是开启的,活塞下行将把进入曲轴箱内的混合气从进气口处挤压一部分出去。这样就造成进气效果不佳。这种由活塞控制进气的方式叫活塞阀式

幸福250车型采用了旋转阀式控制进气,相比第一代活塞阀控制旋转阀略有所改良,但是由于其控制进气的开关没有随着转速提高改变,也就是说没有实时改变发动机的进气量调整,这就导致了采用旋转阀在低转速会发生废气反喷,高转速的情况下会发生进气量不足乏力的情况,主要代表车型有铃木的A100,TR125.雅马哈的DX100等

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而第三种就是大多数两冲玩家所接触的簧片阀进气系统,两冲玩家口中流传的NSR250等两冲车开阀前是猪,开阀后变虎 中开阀所开的阀门就是簧片阀门控制系统

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簧片阀的发明 解决了两冲发动机在低速时输出低,动力曲线不平顺的缺点但是这种系统也是有缺陷的,因为排气压力波的原因会造成的曲轴箱真空度下降 ,当混合气想从簧片阀进入曲轴箱时,会被簧片阀阻挡在外面,在下一次进气时与混合气一起进入汽缸,这就导致气缸内的混合气过浓

雅马哈的工程师在1983年左右发布了YAMAHA ENERGY INDUCTION SYSTEM,目的在于解决某个转数因为混合气残留簧片阀外过浓导致低转输出降低的情况

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这种系统有一个副腔用来稀释残留混合气,让低速输出的曲线不会降那么低

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说完了进气控制,谈谈两冲汽油车的排气管,上面这台车是哈雷铲头四冲程V2发动机,你可以发现这台车的排气管没有变化的弧度

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而上面这台车,你可以看到排气中段有一个很大的膨胀像是下图

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这种排气的名字叫谐振膨胀束波排气

束波排气管是铃木发明申请专利的,这种排气管的作用是把废气抽出和推回跑出汽缸的混合气

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两冲程汽油发动机在汽缸换气时,是用混合气推出燃烧过的废气的,而两冲发动机排气端口的开口上沿的位置,也就是排气口的大小,越大,发动机的燃烧室和活塞利用能量的距离就越短,这就导致了为了让活塞能够尽可能多的吸收能量,排气口必须做小,这就导致了排气阻力很大,废气没办法完全排出去,会残留在气缸内与混合气一起燃烧在另外一个方面,两冲程排气时,如果排气口阻力低,也会发生可燃混合气也随着废气一起排走浪费了

而束波排气管的出现解决了这个问题,这种排气管巧妙地利用排气谐振原理,做到降低排气阻力的同时,还能推回跑出汽缸的混合气

排气在流经膨胀室的过程中流动状态发生很大变化,一般认为扩散区段相当于开口管,排气压力波在扩散区段会产生一个反向的反射波,而收缩区段相当于闭端管,排气压力波不反向,直接返回排气口。

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在排气口开启初期,高压废气从排气口喷出,开始一段时间是利用排气惯性把废气抽吸出来,此后,谐振排气就开始起作用了:当高压波到达扩散区段时,产生负压反射波返回到排气口,并把废气吸出来,从而提高了排气效率。但由于这是正处于扫气阶段,一些新鲜混合气也被从排气口吸出,新鲜混合气被吸出的比例叫“给气比”。

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高压波通过扩散区段后,继续前进到达收缩区段,并在收缩区段产生正压反射波,反向返回发动机,在途中把排气管中的新鲜混合气再送回去,通过排气口反填充到汽缸中,从而提高了进气效率,这就是反填充效果。

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反填充极大的影响着两冲发动机的性能。排气过程中,温度变化不大,排气压力波的传播速度是音速,所以可以根据预先设计出的某一转速范围,设计出合理的膨胀室,使该转速范围得到最大的反填充效果,从而能大幅度的增加功率。在其他范围内,扭矩就大幅度的下降,这就是为什么两冲发动机的扭矩曲线比较陡峭的原因。

.(束波回压谐振消音器)制作公式

1:头段。

横截面大于气缸排气口10-15%

长度是其直径的6-8倍。

2:扩散锥。

7-10度。陡峭=束波尖锐。平缓=平滑。

3;膨胀室。

长度决定回转时间,回波压力。回转时间短有利高速。

4:收敛锥。

14-20度。陡峭 =尖锐 。平缓=平滑。

5:尾管。

其直径为头段直径的0.58-0.62倍。长度为直径的12倍。

以上只是简单的介绍了谐振排气膨胀室的基本原理和计算方法。实际影响反充填效果的因素还有很多,例如扩散区和收缩区的圆锥角度,排气膨胀室的容积,排气膨胀室的尾管的长度和直径,在膨胀室内还有各种反射波掺杂其间.还有排气惯性以及温度等等.一般日本,香港,台湾的摩托车生产厂和摩托车爱好者都是通过试验再来决定.所以将原装管改动还要考虑消音部分的第一快挡板的位置和角度对反充填效果的影响.

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