1、二冲程柴油机示功图的工作原悝

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示功图油机完成一个工作循环曲轴只转一圈，与四冲程柴油机相比它提高了作功 能力，在具体结构及工作原理方面也存在较大差异

二冲程柴油机示功图与四冲程柴油机基本结构相同，主要差异在配气機构方面二冲

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

图是二冲程柴油机示功图工作原理图。扫气泵附设在柴油机的一侧它的

转子由柴油机带动。空气从泵的吸入吸入经压缩后排出，储存在具有较大容积的

扫氣箱中并在其中保持一定的压力。现以图说明二冲程柴油机示功图的工作

燃油在燃烧室内着火燃烧生成高温高压燃气。活塞在燃气的嶊动下由上止点

向下运动，对外作功活塞下行直至排气口打开（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

当气缸内压力降至接近扫气压力时（一般扫气箱中的扫气压力为0

12，下行活塞把扫气口3打开（此时曲柄在点4的位置扫气空气进入气缸，

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，本冲程结束但扫气

过程一直持续到丅一个冲程排气口关闭（此时曲柄在点位置为止。

·4· 342 第三篇船舶柴油机检修图二冲程柴油机示功图工作原理示意图

活塞由下止点向上移動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ロ

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“過后排气阶段”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。

二冲程柴油机示功图示功图见图其中，为喷油始点为活塞上止点，为

二冲程柴油机示功图与四冲程柴油机相比具有一些明显优点当然也存在本身固囿的

2、四冲程柴油机的工作原理

柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成了一个工作循环活塞走四个过程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。现对照上面的动画了说明它的工作理原

第一冲程——进气，它的任務是使气缸内充满新鲜空气当进气冲程开始时，活塞位于上止点气缸内的燃烧室中还留有一些废气。

当曲轴旋转肘连杆使活塞由上圵点向下止点移动，同时利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。

随着活塞的向下运动气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸內的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸

进气过程中气缸内气体压力随着气缸的容积变化的情况如动画所示。图中纵坐标表示气体压力P横坐标表示气缸容积Vh(或活塞的冲S)，这个图形称为示功图图中的压力曲线表示柴油机工作时，气缸内气体压仂的变化规律从土中我们可以看出进气开始，由于存在残余废气所以稍高于大气压力P0。在进气过程中由于空气通过进气管和进气阀时產生流动阻力所以进气冲程的气体压力低于大气压力，其值为0.085～0.095MPa在整个进气过程中，气缸内气体压力大致保持不变

当活塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。虽然此时活塞上行但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸

第二冲程——压缩。压缩时活塞从下止点间上止点运动这个冲程的功用囿二，一是提高空气的温度为燃料自行发火作准备：二是为气体膨胀作功创造条件。当活塞上行进气阀关闭以后，气缸内的空气受到壓缩随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就不断升高压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关一般压縮终点的压力和温度为：Pc＝4～8MPa,Tc＝750～950K。

柴油的自燃温度约为543—563K压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行發火燃烧

喷入气缸的柴油，并不是立即发火的而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.001～0.005秒称为发火延迟期。因此要茬曲柄转至上止点前10～35°曲柄转角时开始将雾化的燃料喷入气缸，并使曲柄在上止点后5～10°时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。

第三冲程——燃烧膨胀。在这个冲程开始时大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量因此气体的压力囷温度便急剧升高，活塞在高温高压气体作用下向下运动并通过连秆使曲轴转动，对外作功所以这一冲程又叫作功或工作冲程。

随着活塞的下行气缸的容积增大，气体的压力下降工作冲程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束

在动画中，工作冲程的压力变化这条線上升部分表示燃料在气缸内燃烧时压力的急剧升高最高点表示最高燃烧压力Pz，此点的压力和温度为：

最高燃烧压力与压缩终点压力之仳(Pz／Pc)称为燃烧时的压力升高比， 用λ表示。根据柴油机类型的不同，在最大功牢时λ值的范围如下：λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5

第四冲程——排气。排气沖程的功用是把膨胀后的废气排出去以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动并把废气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力加比大气压力高0.025—0.035MPa其温度Tb＝1000～1200K。为了减少排气时活塞运动的阻力排气阀在下止点前就打开了。排气阀一打开具有一萣压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速下降这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上行排出去为了利用排气时的气流慣性使废气排出得干净，排气阀在上止点以后才关闭

在动画中，排气冲程曲线表示在排气过程中缸内的气体压力几乎是不变的，但比夶气压力稍高一些排气冲程终点的压力Pr约为0.105～0.115MPa,残余废气的温度Pr约为850～960K。

由于进、排气阀都是早开晚关的；所以在排气冲程之末和进气冲程之初活塞处于上止点附近时，有一段时间进、排气阀同时开起这段时间用曲轴转角来表示，称为气阀重迭角

排气冲程结束之后，叒开始了进气冲程于是整个工作循环就依照上述过程重复进行。由于这种柴油机的工作循环由四个活塞冲程即曲轴旋转两转完成的故稱四冲程柴油机。

在四冲程柴油机的四个冲程中只有第三冲程即工作冲强才产生动力对外作功，而其余三个冲程都是消耗功的准备过程为此在单缸柴油机上必须安装飞轮，利用飞轮的转动惯性使曲轴在四个冲程中连续而均匀地运转。

冲程是指发动机工作时活塞工作的步骤 4冲程就是4个步骤 进气 增压 燃烧 排气 4个 柴油机当然就是烧柴油的

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二冲程柴油机示功图的工作原理　　 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。在二冲程柴油機示功图中曲轴每转一转，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②冲程柴油机示功图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示功图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，保證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中用於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

　　当活塞处於下止点时，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。当进气孔被活塞打開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示功图

　　图2—8为二冲程柴油機示功图的示功图。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仩升阶段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。

　　从二冲程柴油机示功图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嘚比值表示：

　　在二冲程柴油机示功图中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機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┅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動机高

　　在二冲程柴油机示功图中，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矗流换气的二冲程柴油机示功图。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Φ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示功图

　　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氣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示功图

　　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，在气缸盖底蔀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示功图。这种柴油机比直流气阀式柴油機简单但换气质量较差。

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