第四节 二冲程柴油机的工作原理

　　 在四冲程柴油机中，活塞走四个冲程才完成一个工作循环，其中两个冲程(进气和排气)，活塞的功用相当于一个空气泵。在二冲程柴油机中，曲轴每转一转，即活塞每两个冲程就完成一个工作循环，而进气和排气过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的，所以二冲程柴油机的活塞没有空气泵的作用，为了排除燃烧后的废气，并把新鲜空气充满气缸，必须在柴油机上安装专用的扫气泵(增压器)。下面的动画是气阀式直流换气的二冲程柴油机的工作原理图。这种发动机的构造主要有以下特点：

　  (1)进气孔2布置在气缸下部，其高度约为活塞行程的10～20％左右。进气孔的打开和关闭，由气缸内运动的活塞来控制；
　　(2)排气阀布置在气缸盖上，由凸轮轴驱动，保证在曲轴转一转时，气阀打开一次；
　　(3)扫气泵3，由发动机通过传动齿轮传动，它将吸人的空气压缩至pk=0.123～0.13MPa，送入气缸周围的贮气室1中，用于清除气缸内的废气和充填新鲜空气。 
　　二冲程发动机的工作原理如下：
　　第一冲程——活塞从下止点向上止点运动。 
　　当活塞处于下止点时，排气阀和进气孔早已打开，贮气室l中的压缩空气便进入气缸内，并冲向排气阀，这动产生清除废气的作用，同时也使气缸内充满新空气。当活塞由下止点向上止点运动时，进气孔首先由活塞关闭，然后排气阀也关闭；空气在气缸内受到压缩。
　　第二冲程——活塞从上止点向下止点运动。 
　　活塞行至上止点前，喷油器将燃油喷入燃烧室中，压缩空气所产生的高温，立刻点燃雾化的燃油，燃烧所产生的压力，推动活塞下行，直到排气阀再打开时为止。燃烧后的废气在内外压力差的作用下，自行从排气阀排出。当进气孔被活塞打开后，气缸内又进行扫气过程。曲轴每转一转，活塞走了两个冲程就完成一个循环，因此叫二冲程柴油机。 
　　图2—8为二冲程柴油机的示功图。其中a—k线为扫气过程,k点为扫气终点，它敢决于进气孔和排气阀关闭时刻。有的机型是排气阀和进气孔同时关闭。有的排气阀提前关闭。k-c线为压缩过程，其中c'点为开始向气缸喷油的时刻。

 在第二冲程中，c-m线为膨胀过程，其中c-z线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶段，z点为最高燃烧压力点，m点为排气阀开始打开的时刻。这时燃烧产物便从气缸经排气阀、排气管排入大气，压力迅速下降，如m-n线所示，当气缸内的压力大约等于贮气置室的压力时，进气孔才被打开(n点)，这时新鲜空气应入气缸进行扫气过程，如n-a线所示。 
　　从二冲程柴油机的工作原理可知，在扫气过程中，活塞不做有效功，相对这部分活塞行程容积Vn称为损失容积，而活塞的实际工作容积为：

  而实际压缩比为：

　  几何压缩比与四冲程柴油机一样为：

  扫气过程容积损失的多少通常用损失容积Vn对几何工作容积Vh的比值表示：

 在二冲程柴油机中，y=10～38% 。
　　现代四冲程和二冲程发动机都成功的使用在各个领域，他们都有各自的特点，一般船用大型低速柴曲机中均采用二冲程发动机，而中、高速柴浊机采用四冲程发动机的居多。
　　正相同的气缸尺寸和转速下，二冲程发功机的功率理应比四冲程发动机增加一倍，但实际上，由于扫气容积的损失，充气时间较短，废气清除困难以及驱动扫气须要消耗一部分功率等原因，使二冲程发动机的功率只增加60～70％左右。二冲程发动机叫另一优点是扭矩的均匀性比四冲程发动机好，因为它曲轴转一转完成一个工作循环。
　　扫气过程时间短是二冲程发动机的一大缺点，此外，二冲程发动机的活塞、气缸盖、气缸，气阀的温度都比四冲程发动机高。
　　在二冲程柴油机中，根据气流在气缸中流动路线不同，还有其他的换气型式。它们在船舶柴油机中都得到广泛的应用。现简介如下：
　　1.气孔式直流换气的柴油机
　　下图左所示为对动活塞式柴油机，它的换气是由上下的进、排气儿完成的，故称气孔式直流换气的二冲程柴油机。进、排气孔的开启和关闭分别由上、下活塞控制。工作时，两个活塞在气缸内作相对运动，燃烧室位于中部，两个活塞通过连杆与上、下曲轴连接，两曲轴通过齿轮轮连接，从一处对外输出有效功。

 

 

 2.横流换气的二冲程柴油机 
　　上图中所示为这种柴油机机的简图，它的进气孔和排气孔分别设正气缸下部的两侧，它们的开关均由活塞控制。为了保证先进行自由排气，一般排气孔的上边缘比进气的上边缘高一些。 
　　3.回流换气的二冲程柴油机 
　　上图右所示，这种柴油机的特点是：进气孔和排气孔设正气缸下部的同一侧，排气孔位于进气孔的上方。换气时，空气从向上倾斜的进气孔，流经活塞顶部推动废气上行，在气缸盖底部转向下行，最后由倾斜的排气孔排出。由于换气时气流方向弯曲，故称回流换气的二冲程柴油机。这种柴油机比直流气阀式柴油机简单，但换气质量较差。