1.4 二冲程往复式航空活塞发动机的工作原理
与四冲程往复式航空活塞发动机相比，二冲程往复式航空活塞发动机的一个工作循环中仅有两个冲程，曲轴旋转一周，发动机对外做功一次。
二冲程往复式单缸航空活塞发动机的典型结构如图1-19所示。其包括火花塞、气缸、扫气孔（换气孔）、连杆、曲轴箱、曲轴、活塞、进气口、排气口等。与四冲程往复式单缸航空活塞发动机相比，二冲程往复式单缸航空活塞发动机没有进气阀和排气阀，进气口、排气口的开启和关闭由活塞的位置决定；此外，二冲程往复式单缸航空活塞发动机的缸体上开有扫气孔，用于曲轴箱与气缸之间的气体交换。
二冲程往复式单缸航空活塞发动机的第一冲程中，活塞由下死点移动到上死点；在第二冲程中，活塞由上死点移动到下死点，如图1-19所示。具体工作过程如下。
第一冲程：当活塞处于下死点时，进气口被活塞关闭，扫气孔和排气口开放。此时，曲轴箱内的可燃性混合气体经扫气孔进入气缸，扫除气缸中的废气；在曲轴的惯性力作用下，活塞向上死点运动，运动过程中活塞首先将扫气孔关闭，但此时排气口尚未关闭，仍有部分废气和可燃性混合气体被排出；活塞继续向上运动并将排气口关闭，之后，气缸内的可燃性气体被压缩，当活塞到达上死点时，压缩过程结束，如图1-19 所示。
第二冲程：在压缩过程结束时，火花塞点火将气缸内的可燃性混合气体点燃，此时排气口和扫气孔均被活塞关闭但进气口开启，空气和燃油经进气口进入曲轴箱。随着燃气膨胀做功，活塞向下死点运动，曲轴箱的容积减小，曲轴箱内的混合气体也被预压缩；在活塞运动过程中，排气口首先被开启，膨胀做功后的废气经排气口排出。至此，做功过程结束；随后，扫气孔被开启，预压缩后的混合气体从曲轴箱经扫气孔进入气缸。当活塞到达下死点后，进入下一个工作循环的第一冲程，如图1-19所示。
相对于四冲程往复式单缸航空活塞发动机，二冲程往复式单缸航空活塞发动机具有以下优点：
（1）曲轴旋转一周，火花塞点火一次，发动机旋转平稳；
（2）无进气阀、排气阀等零部件，结构相对简单；
图1-19 二冲程往复式单缸航空活塞发动机的典型结构
（3）往复运动产生的惯性力小、振动小、噪声低；
（4）转速与四冲程往复式单缸航空活塞发动机相同时，二冲程往复式单缸航空活塞发动机的功率更大。
二冲程往复式单缸航空活塞发动机也存在燃油损失大、活塞易磨损等缺点。目前，低空长航时的航测无人机普遍使用二冲程往复式单缸航空活塞发动机。
二冲程活塞发动机工作原理
【项目小结】
本项目主要讲述了航空活塞发动机的相关知识。航空活塞发动机是无人机动力系统里重要的组成部分，其主要有四冲程发动机和二冲程发动机两种类型。其主要机件包括气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构和机匣。为了保证发动机的正常工作，航空活塞发动机一般都具有燃油、点火、润滑、冷却和启动等工作系统。
四冲程发动机每完成一个循环，活塞在上死点与下死点之间往返两次，连续地移动四个行程，分别叫作进气行程、压缩行程、膨胀行程（工作行程）和排气行程。
二冲程往复式航空活塞发动机的一个工作循环中仅有两个冲程，曲轴旋转一周，发动机对外做功一次。
现代航空活塞发动机都采用奥托循环，它由绝热压缩、等容燃烧、绝热膨胀和等容放热四个热力过程组成；影响奥托循环的热效率因素是气缸压缩比，压缩比越大，热效率越高。
热力学第二定律是人们在实践中总结出来的客观规律，它说明了要制成只从一个热源吸收热量并把它全部转换成机械功的发动机是不可能的，这是热机效率不可能任意高的根本原因。
【巩固提高】
1.奥托循环的组成有哪些？影响循环热效率的因素有哪些？
2.热力学第二定律的物理意义是什么？
相关知识可参考二维码视频资料。
二冲程发动机工作原理
九缸星型发动机原理
汽油发动机的工作原理
油动无人机燃料探析
【实训1】
活塞发动机的调试
任务描述
二冲程活塞发动机是油动无人机的主要动力装置，其正常运行直接决定无人机的任务飞行。活塞发动机若出现紧急故障，必须立即排除故障，并调整至正常状态，确保任务顺利展开。本实训项目通过活塞发动机的组装与调试，使学生能够掌握发动机的组装及调试技能。
任务目标
通过实训项目，了解活塞发动机的部件及构成，能够独立完成活塞发动机的拆装，熟悉和掌握活塞发动机高低速油针的调节规律，掌握活塞发动机的启动流程，具备基本的活塞发动机调试能力，掌握无人机发动机常见故障的分析与排除方法，了解无人机发动机的调试检验流程、方法和标准。DLE-40活塞发动机组件与发动机主体分别如图1-20和图1-21所示，在拆装过程中，注意部件的安装与检查，避免出现部件的错装与漏装。
图1-20 DLE-40活塞发动机组件
图1-21 DLE-40活塞发动机主体
任务实施
一、安全检查
1.将航空活塞发动机用螺栓固定在平整台面上，并采取防松措施。
2.台面木板厚度为15～20 mm，确保工作台牢固。
3.检查航空活塞发动机机械连接紧固情况，若有松动，应予以拧紧并采取防松措施。
4.检查航空活塞发动机螺旋桨是否正常、紧固是否良好。
二、状态检查
1.检查燃油是否充足。
2.检查油路是否畅通。
3.检查火花塞是否紧固。
4.检查发动机转动是否正常。
三、启动准备
1.打开电源开关。
2.关闭阻风门。
3.将节气门推至大马力位置（油门全开）。
4.连接好启动电机与铅酸蓄电池，注意红正黑负。
5.将启动电机紧压在桨帽上，二人协力，约定好启动口令。
6.口令下达时，按下电机开关使螺旋桨转动（如果发动机已经达到启动状态，会短暂运行后熄火）。
7.航空活塞发动机停止运转后，打开阻风门。
8.将油门收至怠速或中低速，准备正式启动运行。
四、启动实施
1.将启动电机紧压在桨帽上，二人协力，约定好启动口令。
2.口令下达时，按下电机开关使螺旋桨转动。
3.当观察到航空活塞发动机已启动运行时，松开电机开关，同时取下启动电机。
4.后退一步，将启动电机放置在规定位置。
5.启动时间最长5 s，超过5 s需暂停启动。
6.等待15 s，按照前述动作进行第二次启动。
7.若启动3次均未能启动航空活塞发动机，则立即停止启动，检查航空活塞发动机存在的故障。
五、故障定位与排除
1.检查油针预置是否正确。查看说明书确定高速和低速两个油针的圈数值，将汽化器的两个油针拧到底，然后按照各自规定的数值退相应的圈数进行预置。
2.检查点火系统工作是否正常。若不正常，则根据现象分析原因，查找故障点并予以排除。
3.检查供油系统工作是否正常。若不正常，则根据现象分析原因，查找故障点并予以排除。
4.检查活塞发动机其他部位是否正常。若不正常，则根据现象分析原因，查找故障点并予以排除。
排除所发现的故障后，重新进行“启动准备”与“启动实施”，若所有影响活塞发动机启动的故障均被排除，则活塞发动机进入正常运行状态。
若活塞发动机开始运行后，出现缸温异常、转速异常、声音异常等情况，则说明活塞发动机还存在其他故障，需立即调至低转速并停机，进行进一步故障排查。
六、发动机调试
当所有故障均被排除后，活塞发动机启动后即可开始正常运行，下一步需进行无人机发动机性能的调试。
1.低速油针调整
（1）低速油针打开到说明书要求的圈数附近，启动活塞发动机。
（2）调整活塞发动机进入怠速，调节低速油针，使活塞发动机转速稳定在峰值上。此时，检测活塞发动机转速，应不高于2 000 r/min。
（3）慢推油门至节气门打开一半的位置，观察发动机状态变化，若转速能够比较灵敏地跟随油门升高，则正常；若转速不能比较灵敏地跟随油门升高，则需对低速油针进行微调直至反应灵敏。
2.高速油针调整
（1）调整发动机节气门至60%的位置，调节高速油针使发动机转速稳定在峰值上，继续松油针1/8圈左右使活塞发动机工作在稍微富油的状态。
（2）加大油门并保持10 s以上，此时，检测活塞发动机转速，应不低于8 000 r/min。
（3）降到怠速，观察活塞发动机状态变化。若活塞发动机能马上（2 s内）降到怠速，则油针位置正确，否则需进行微调直至能够顺利跟随。
七、停车
将活塞发动机调到小马力状态，运行约半分钟，关闭发动机电源开关，发动机停车。
若活塞发动机无法停车，可以用手捂住汽化器进气口迫使活塞发动机停车。
若无法捂住汽化器进气口，可掐住油管采用断油法使活塞发动机停车。
活塞发动机调试工卡见表1-1。
表1-1 活塞发动机调试工卡
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① cc是容积/体积单位，意思是立方厘米。
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航模汽油发动机—汽化器基本原理介绍
航模汽油发动机—低高速油针调节
航模汽油发动机—汽油机基础磨合调试教程