二冲程柴油机

两个冲程完成一个循环的柴油机

二冲程柴油机的一个工作循环是在曲轴旋转一圈内完成的，即实现进气、压缩、膨胀和排气这四个步骤是在360°曲轴转角内完成的。这种柴油机的压缩和膨胀是一个比较完整的活塞行程，所以称为二冲程柴油机。而进气和排气则是在膨胀过程结束和压缩过程开始前的很短的时间内（先排气、后进气，并有进排气重叠）完成的。

简述

通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机，油机完成一个工作循环曲轴只转一圈，二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同，主要差异在配气机构方面。二冲程柴油机没有进气阀，有的连排气阀也没有，而是在气缸下部开设扫气口及排气口；或设扫气口与排气阀机构。并专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气的扫气箱，利用活塞与气口的配合完成配气，从而简化了柴油机结，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)。

工作原理

在四冲程柴油机中，活塞走四个行程才完成一个工作循环，其中两个行程（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，即活塞每两行行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，并使新鲜空气充满气缸，必须在柴油机上安装专用的扫气泵（增压器）。

第一行程：活塞从下止点向上止点运动。当活塞处于下止点位置时，排气门和进气孔早已打开，储气室中的压缩空气便进人气缸内，并冲向排气门，这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，然后排气门也关闭，空气在气缸内受到压缩，如图1中a)、b）所示。

第二行程：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使雾化的燃油着火，燃烧所产生的压力，推动活塞下行，直到排气门再打开时为止。燃烧后的废气在内外压力差的作用下，自行从排气门排出，如图1中b)、c）所示。活塞继续下行，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，活塞走了两个行程就完成一个循环，因此叫二冲程柴油机。

在相同的气缸直径和转速下，二冲程柴油机的功率理应比四冲程柴油机增加一倍，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需要消耗一部分功率等原因，使二冲程柴油机的功率只增加60%-70%左右。二冲程柴油机的另一优点是转矩的均匀性比四冲程柴油机好，因为它曲轴旋转一圈完成一个工作循环。

主要零部件

（1）主要固定件：柴油机的主要固定件由机座、机架、气缸和气缸盖等组成，它们构成了柴油机的骨架，支撑运动件和辅助系统。气缸盖是燃烧室的上盖。除和气缸套、活塞共同组成燃烧室外，在它上面还要安装各种阀件。这些阀件有喷油器、气缸起动阀、示功阀、安全阀、排气阀(气阀-气口式二冲程柴油机)等。另外，对于设置进、排气阀的气缸盖上还要布置进、排气道和气阀摇臂机构。

（2）主要运动件：柴油机的主要运动件由活塞、连杆组件及曲轴组成，还有十字头组件。活塞与气缸及气缸盖构成燃烧室，保证柴油机工作过程的进行，同时通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的回转运动，使燃气推动活塞的动力通过曲轴以回转的方式向外输出。十字头组件是船用二冲程十字头式柴油机的特有部件。它的主要作用是将活塞组件和连杆组件连接起来，把活塞的气体力和惯性力传给连杆，承受侧推力并给活塞在气缸中的运动导向。主要包括十字头本体，十字头滑块和十字头轴承（连杆小端轴承）等。

换气方式

结构：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。

循环过程

当活塞在其行程顶端时，气缸会储满高压气体。用喷油器将柴油喷入气缸，缸体内的高温和高压使得柴油立即点燃。该过程与柴油机工作原理中所描述的过程相同。燃料燃烧所产生的压力驱动活塞向下运动。这就是动力冲程。当活塞接近冲程底端时，所有的排气门都打开。废气排出缸体，气压降低。当活塞到达行程底端时，就打开了进气口。受压空气填充气缸，并排出剩余废气。关闭排气门，活塞上移，重新关闭进气口并且压缩新充入的空气。这就是压缩冲程。当活塞接近缸顶时，该循环将重复步骤1。

根据本说明，可以看出二冲程柴油机和二冲程汽油机之间的巨大差异：在柴油机中，向气缸注入的只有空气，而不是油气混合体。这意味着二冲程柴油机不会产生困扰二冲程汽油发动机的环境问题。另外，二冲程柴油机必须有涡轮增压器或增压器，这意味着在链锯中不会安装二冲程柴油机，因为那样太昂贵了。

示功图

其中a—k线为扫气过程，k点为扫气终点，它取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。

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。

应用

二冲程原理在车用（含工程机械用）柴油机行业应用较少，在大型低速船用柴油机应用广泛。主要原因是船用柴油机的转速较低，二冲程循环既有利于柴油机发挥最大的动力性能和经济性能，又不至于导致热负荷太高而降低零部件的使用寿命，从而整体提高了船用柴油机的实用性和可靠性。

优缺点

优点

（1）动力比四冲程柴油机好，因为它的压缩比比四冲程柴油机高而且废气排放要好。

（2）二冲程机因为比四冲程机减少了2个冲程，所以效率要比四冲程机高。

（3）二冲程机多采用十字头结构，因为活塞行程长，同样功率所需要的爆炸压力更低，对燃烧室部件机械要求降低。

（4）活塞行程长，冲击减小，震动减少。

（5）扭矩的均匀性比四冲程柴油机好，因为它曲轴转一转完成一个工作循环。

（6）回转较均匀。

（7）结构较简单。

缺点