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二冲程柴油机的原理和优缺点 |
导读：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构。而在四冲程柴油机中，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)。
1、二冲程柴油机工作原理
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。
（1）燃烧膨胀及排气冲程：
燃油在燃烧室内着火燃烧，生成高温高压燃气。活塞在燃气的推动下，由上止点向下运动，对外作功。（此时曲柄在点位置，此时燃气膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身高压自由排气，从排气口排人到排气管）活塞下行直至排气口打开，膨胀作功结束，气缸内大量废气靠自身压力从排气口排入到排气管。当气缸内的压力降至接近扫气压力时，下行活塞把扫气口打开，扫气空气进入气缸，同时把气缸内的废气经排气口赶出气缸。活塞运行到下止点，本冲程结束。
（2）扫气及压缩冲程：
排气口关闭时，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前点时，喷油器将燃油喷入气缸，与高温高压的空气相混合，自行着火燃烧。活塞由下止点向上移动，活塞在遮住扫气口之前，由扫气泵供给储存在扫气箱内的空气，通过扫气口进入气缸，气缸中的残存废气被进入气缸的空气通过排气口扫出气缸。活塞继续上行，逐渐遮住扫气口，当扫气口完全关闭后（此时曲柄在点位置，空气停止充人，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。排气口关闭时（此时曲柄在点位置，气缸中的空气就开始被压缩。当压缩至上止点前点时，喷油器将燃油喷人气缸，与高温高压的空气相混合，随即在上止点附近发火，自行着火燃烧。本冲程结束，并与前一冲程形成一个完整的工作循环。
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二冲程柴油机直流扫气结构图 |
2、二冲程柴油机的结构
（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。
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二冲程柴油机结构图 |
3、优缺点
（1） 二冲程柴油机的优点：
① 二冲程柴油机因为比四冲程柴油机少了两个行程，所以做功效率比四冲程柴油机高。
② 转矩的均匀性比四冲程柴油机好，因为曲轴转一圈完成一个工作循环。
③ 结构较简单。
（2）二冲程柴油机的缺点：
① 二冲程柴油机油耗较高，因为其换气损失较高。
② 扫气过程时间短，扫气不如四冲程柴油机完全，造成其对增压器过于依赖。
③ 二冲程柴油机的活塞、气缸盖等主要机件的温度都比四冲程柴油机高许多。
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