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什麼是二行程機車?它的引擎運作原理是什麼?本文將帶你認識二行程引擎的各個組成部件、運作方式,以及與四行程引擎的差異。
自 20 世紀初以來,二行程引擎一直是最常見的摩托車動力配置。然而,隨著環保法規的日益嚴格,它的市場佔有率已大幅下滑。即便如此,仍有部分摩托車品牌持續改良二行程引擎,使其能符合現行的排放標準。
二行程引擎(又稱二循環引擎)是一種內燃機,能在活塞上下各一次的兩次行程中完成進氣、壓縮、燃燒與排氣四個步驟。換句話說,活塞上下一次即完成一個循環;而四行程引擎則需要四次行程才能完成。
歷史上,二行程引擎曾是摩托車領域的主流。然而,由於排放法規的嚴格限制,要讓二行程符合標準比四行程更具挑戰性。二行程引擎的歷史可以追溯到 1879 年,蘇格蘭人 Dugald Clerk 設計了第一台二行程引擎;隔年,德國的 Karl Benz 也製作並測試了多款原型,引領了後續的發展。
到了 20 世紀初,摩托車開始搭載二行程引擎。由於結構簡單、重量輕、製造成本低,這類引擎迅速在市場上普及,尤其適合小型、經濟型車款。
二行程引擎之所以稱為「二行程」,是因為它只需活塞兩次運動即可完成循環。循環包含四個階段:進氣(或稱吸氣)、壓縮、燃燒(或爆炸)與排氣。這四個步驟在二行程中會部分重疊,並分成兩個主要行程:
當活塞向上移動時,氣缸內的混合氣(空氣+燃油+潤滑油)被壓縮,同時曲軸箱內形成真空,吸入新的混合氣。當活塞接近上止點時,預進氣口打開,新混合氣填充曲軸箱,為下一個燃燒循環做準備。
當活塞到達上止點時,火星塞點燃已被壓縮的混合氣,引發爆炸,推動活塞向下運動。下降過程中,首先打開排氣口,讓高壓廢氣排出;接著進氣傳輸道(Transfer Port)開啟,將曲軸箱內預壓縮的新混合氣送入氣缸,將殘餘廢氣掃出,並填充新混合氣,準備進入下一循環。
二行程引擎可分為上半部(燃燒室區域)與下半部(曲軸區域),並透過傳輸道(Transfers)連接。
氣缸(Cylinder):圓筒形腔室,活塞在其中上下運動,側面開有進氣口與排氣口。
氣缸頭(Cylinder Head):覆蓋在氣缸上方,內含燃燒室。
曲軸箱(Crankcase):位於引擎下方,容納曲軸與連桿,並參與混合氣預壓縮過程。
活塞(Piston):在氣缸內上下運動,壓縮混合氣並將爆炸能量傳遞給連桿。
連桿(Connecting Rod):連接活塞與曲軸,將直線運動轉換為旋轉運動。
曲軸(Crankshaft):將活塞的直線運動轉換成旋轉運動,最終傳遞至變速箱與驅動輪。
化油器(Carburetor):將空氣與燃油按比例混合。
點火系統(Ignition System):產生高壓電,點燃混合氣。
排氣系統(Exhaust System):將燃燒廢氣導出並調整背壓,影響性能與排放。
1970 年代中期開始,二行程引擎引入可變排氣閥(Power Valve),依轉速調整排氣口開啟程度,改善低中轉速的扭力輸出。
同時,也引入了 簧片閥(Reed Valve)與旋轉閥(Rotary Valve)進氣系統,提升進氣效率與動力反應。
二行程引擎每轉一圈曲軸即可完成一次動力循環,動力輸出密集且高功率重量比。
四行程引擎需兩圈曲軸才能完成一次動力循環,輸出較溫和但耐用度更高。
二行程結構簡單、零件少、重量輕,但油耗與污染較高。
四行程零件多、重量重、製造成本高,但省油且排放較低。
優點
高功率重量比
結構簡單、維修容易
體積小、反應快
缺點
油耗高、排放污染多
發熱量高,需要有效冷卻
耐用度較低