几冲程发动机是什么？与二、四冲程原理有何区别？

发动机是将燃料的化学能通过燃烧转化为机械能的动力装置，其核心工作过程依赖于活塞在气缸内的往复运动，而“冲程”正是活塞从一个极端位置（上止点或下止点）到另一个极端位置的运动过程，根据完成一个完整工作循环（进气、压缩、做功、排气）所需的活塞行程数，发动机可分为二冲程、四冲程、六冲程等不同类型，其中二冲程与四冲程是当前应用最广的技术路线，二者在结构原理、性能表现及适用场景上存在显著差异,而六冲程等新型技术则处于探索阶段。

二冲程发动机：结构简单的高功率密度方案

二冲程发动机的特点是在一个活塞行程（上止点到下止点或下止点到上止点）内完成一个完整的工作循环，即曲轴旋转一圈（360°）实现一次做功，其工作过程可概括为“进气-压缩-做功-排气”四个阶段在两个行程内同步完成：

• 第一行程（活塞下行）：活塞从上止点开始下行，先关闭排气口，随后打开扫气口，由化油器或喷射系统预混的燃油混合气（或纯空气，在柴油机中）通过扫气口进入气缸，同时将上一循环残留的废气从排气口“扫出”（此过程称为“扫气”）；活塞继续下行至下止点，完成进气和排气，此时气缸内充满新鲜混合气。
• 第二行程（活塞上行）：活塞从下止点上行，先关闭扫气口，随后关闭排气口，气缸内混合气被压缩；当活塞接近上止点时，火花塞（汽油机）或喷油嘴（柴油机）点火/喷油，混合气燃烧膨胀，推动活塞下行做功；活塞到达下止点后，排气口打开，废气开始排出，同时下一轮扫气过程开启，活塞上行时完成排气和压缩，进入下一个循环。

结构特点：二冲程发动机无需复杂的配气机构（如凸轮轴、气门等），依靠活塞控制扫气口、排气口的开启与关闭，结构简单、零件少（比四冲程少约40%），体积和重量显著降低，其曲轴每转一圈即做功一次，理论功率密度是四冲程发动机的1.5-2倍（实际因扫气损失约为1.2-1.5倍）。

优势与局限：

• 优势：功率密度高、结构紧凑、制造成本低、低速扭矩大（适合频繁启停场景），维护简单（ fewer moving parts）。
• 局限：进排气过程重叠（“扫气损失”），部分新鲜混合气随废气排出，导致油耗高（比同排量四冲程高30%-50%）；燃烧不充分，HC、CO等排放污染物多（可达四冲程的3-5倍）；需在燃油中添加润滑油（混合润滑），易产生积碳，长期使用可能造成火花塞堵塞或排气系统污染。

应用场景：二冲程发动机凭借高功率密度和低成本优势，广泛应用于对排放要求较低、便携性或紧凑性要求高的领域，如摩托车（尤其是小排量踏板车）、船外机、小型发电机（≤5kW）、园林机械（割草机、油锯）以及部分农业机械（小型水泵）。

四冲程发动机：高效清洁的主流选择

四冲程发动机是通过四个活塞行程（曲轴旋转两圈，720°）完成一个工作循环，是目前汽车、船舶、大型发电机组等领域的绝对主流，其四个冲程分别为进气、压缩、做功、排气，每个冲程活塞运动一次，进排气由独立的配气机构（凸轮轴、气门、挺杆等）控制。

• 进气冲程：活塞从上止点下行，进气门开启，排气门关闭，空气（汽油机为混合气，柴油机为纯空气）被吸入气缸。
• 压缩冲程：活塞从下止点上行，进排气门均关闭，气缸内气体被压缩，温度和压力升高（汽油机压缩比8-12，柴油机16-22）。
• 做功冲程：活塞接近上止点时，汽油机火花塞点火或柴油机喷油嘴喷入柴油，混合气燃烧膨胀，推动活塞下行，通过连杆带动曲轴输出动力；此冲程是唯一对外做功的行程。
• 排气冲程：活塞从下止点上行，排气门开启，废气被排出气缸，活塞到达上止点后完成排气，进入下一个循环。

结构特点：四冲程发动机需配备配气机构（通常每缸2-4个气门，如DOHC双顶置凸轮轴结构）、正时系统（链条或皮带）、独立的润滑系统（机油循环）和冷却系统，结构相对复杂，零件数量多（比二冲程多约60%），但进排气过程分离，避免了混合气“短路”损失，燃烧更充分。

优势与局限：

• 优势：热效率高（汽油机30%-35%，柴油机40%-45%，远高于二冲程的20%-25%），燃油经济性好（油耗比二冲程低20%-30%）；燃烧充分，排放污染物少（可通过三元催化转化器进一步处理HC、CO、NOx）；润滑系统独立，机油消耗低，发动机寿命长（通常可达50万-100万公里）。
• 局限：结构复杂，制造成本和维护成本高；曲轴转两圈做功一次，低速扭矩和加速响应不如二冲程（需配合涡轮增压等技术优化）；体积和重量较大，对紧凑性要求高的场景受限。

应用场景：四冲程发动机凭借高效、清洁、可靠的优势，成为汽车（95%以上为四冲程汽油机/柴油机）、大型船舶（中低速柴油机）、工程机械（挖掘机、装载机）、铁路机车、固定式发电机组（≥100kW）等领域的核心动力源，近年来，随着混合动力技术的发展，四冲程发动机与电机结合的混动系统（如丰田THS、本田i-MMD）进一步提升了燃油效率和排放表现。

二冲程与四冲程发动机的对比

为更直观展示二冲程与四冲程发动机的差异，可通过下表对比关键特性：

对比维度	二冲程发动机	四冲程发动机
工作循环	2个行程（曲轴转1圈）完成1个循环	4个行程（曲轴转2圈）完成1个循环
结构复杂度	简单（无配气机构，零件少）	复杂（需配气机构、正时系统等，零件多）
功率密度	高（理论值为四冲程的1.5-2倍）	低（同排量下功率约为二冲程的70%-80%）
燃油经济性	差（油耗比四冲程高30%-50%）	好（热效率高，油耗低）
排放水平	差（HC、CO排放高，难控制）	优（燃烧充分，可加装催化器）
润滑方式	混合润滑（燃油+机油）或分离润滑	独立压力润滑（机油循环）
维护成本	低（零件少，结构简单）	高（零件多，需定期更换正时皮带、机油等）
主要应用场景	摩托车、船外机、小型发电机、园林机械	汽车、船舶、工程机械、大型发电机组

其他冲程发动机：探索中的技术方向

除二冲程和四冲程外，六冲程发动机等新型技术也曾被研究，其核心思路是在四冲程基础上增加“辅助冲程”，试图进一步提升热效率。六冲程发动机（又称“双循环发动机”）在四冲程做功后，利用废气热量向气缸内喷水，水蒸发成水蒸气推动活塞再次做功（第五、六冲程），理论上可回收部分废热，提升效率10%-15%，但该技术存在系统复杂、水蒸气控制难、材料耐热性要求高等问题，目前仍处于实验室或小规模试验阶段，未实现商业化应用，转子发动机（如马自达RX-7的汪克尔发动机）虽非传统往复式活塞发动机，但其“三角转子旋转三周完成一个工作循环”的原理，也可视为一种特殊形式的“冲程”技术，因密封、排放等问题,应用范围有限。

二冲程与四冲程发动机是内燃机技术的两大核心路线，二冲程以“简单、高功率”立足小型动力领域，四冲程以“高效、清洁”主导大型动力市场，随着全球排放法规日益严格（如欧7、国Ⅵ）和新能源技术（纯电动、混动）的崛起，传统内燃机正面临转型压力：二冲程需通过电子喷射、催化器等技术降低排放，四冲程则需与混动、涡轮增压、可变压缩比等技术结合，提升效率与环保性，无论是优化传统冲程技术还是探索新型动力循环，内燃机的发展仍将围绕“高效、清洁、智能”的核心目标展开。

FAQs

问题1：为什么汽车普遍采用四冲程发动机而不是二冲程？
解答：汽车采用四冲程发动机的核心原因在于其排放控制能力和燃油经济性，四冲程发动机进排气过程分离，燃烧更充分，HC、CO等污染物排放远低于二冲程（可满足国Ⅵ、欧6等严格标准）；其热效率（30%-45%）显著高于二冲程（20%-25%），油耗更低，符合汽车对“长续航、低成本”的需求，四冲程发动机润滑系统独立，寿命长，可靠性高，适合汽车长期、高负荷运行，而二冲程发动机因“扫气损失”导致的油耗高、排放差问题，难以满足现代汽车的环保要求，因此仅在摩托车等小型动力领域保留。

问题2：二冲程发动机如何通过技术改进降低排放？
解答：针对二冲程发动机排放高的痛点，主要从“燃烧优化”和“后处理”两方面改进：一是燃油供给系统升级，用电子喷射技术替代化油器，精确控制喷油量和时机，减少混合气“短路”损失（如缸内直喷技术，可降低HC排放20%-30%）；二是扫气系统优化，采用直流扫气（如活塞带导向屏）或回流扫气设计，改善缸内气流组织，提高扫气效率，减少未燃混合气随废气排出；三是后处理技术加装，如小型氧化催化器（可转化HC、CO）、颗粒捕集器（GPF，捕捉颗粒物）等，使排放满足非道路机械标准（如国Ⅲ、欧Ⅴ）；四是新能源替代，开发氢燃料二冲程发动机，燃烧产物仅为水，从根本上消除污染物排放，这些改进已使部分现代二冲程发动机（如船用发动机）的排放接近四冲程水平。