基本介紹
- 中文名：二衝程柴油機
- 外文名：Two stroke diesel engine
- 排氣門：兩個或四個
- 噴射器：柴油機燃料的噴射器
簡述,工作原理,主要零部件,換氣方式,循環過程,示功圖,套用,優缺點,優點,缺點,
簡述
通過活塞的兩個衝程完成一個工作循環的柴油機稱為二衝程柴油機，油機完成一個工作循環曲軸只轉一圈，二衝程柴油機與四衝程柴油機基本結構相同，主要差異在配氣機構方面。二衝程柴油機沒有進氣閥，有的連排氣閥也沒有，而是在氣缸下部開設掃氣口及排氣口；或設掃氣口與排氣閥機構。並專門設定一個由運動件帶動的掃氣泵及貯存壓力空氣的掃氣箱，利用活塞與氣口的配合完成配氣，從而簡化了柴油機結，在四衝程柴油機中，活塞走四個衝程才完成一個工作循環，其中兩個衝程(進氣和排氣)，活塞的功用相當於一個空氣泵。在二衝程柴油機中，曲軸每轉一轉，即活塞每兩個衝程就完成一個工作循環，而進氣和排氣過程是利用壓縮及工作過程的一部分來完成的，所以二衝程柴油機的活塞沒有空氣泵的作用，為了排除燃燒後的廢氣，並把新鮮空氣充滿氣缸，必須在柴油機上安裝專用的掃氣泵(增壓器)。
工作原理
在四衝程柴油機中，活塞走四個行程才完成一個工作循環，其中兩個行程（進氣和排氣），活塞的功用相當於一個空氣泵。在二衝程柴油機中，曲軸每轉一轉，即活塞每兩行行程就完成一個工作循環，而進氣和排氣過程是利用壓縮及工作過程的一部分來完成的，所以二衝程柴油機的活塞沒有空氣泵的作用。為了排除燃燒後的廢氣，並使新鮮空氣充滿氣缸，必須在柴油機上安裝專用的掃氣泵（增壓器）。
第一行程：活塞從下止點向上止點運動。當活塞處於下止點位置時，排氣門和進氣孔早已打開，儲氣室中的壓縮空氣便進人氣缸內，並沖向排氣門，這產生清除廢氣的作用，同時也使氣缸內充滿新空氣。當活塞由下止點向上止點運動時，進氣孔首先由活塞關閉，然後排氣門也關閉，空氣在氣缸內受到壓縮，如圖a)、b）所示。
第二行程：活塞從上止點向下止點運動。
活塞行至上止點前，噴油器將燃油噴入燃燒室中，壓縮空氣所產生的高溫使霧化的燃油著火，燃燒所產生的壓力，推動活塞下行，直到排氣門再打開時為止。燃燒後的廢氣在內外壓力差的作用下，自行從排氣門排出，如圖b)、c）所示。活塞繼續下行，當進氣孔被活塞打開後，氣缸內又進行掃氣過程。曲軸每轉一轉，活塞走了兩個行程就完成一個循環，因此叫二衝程柴油機。
在相同的氣缸直徑和轉速下，二衝程柴油機的功率理應比四衝程柴油機增加一倍，但實際上，由於掃氣容積的損失、充氣時間較短、廢氣清除困難以及驅動掃氣需要消耗一部分功率等原因，使二衝程柴油機的功率只增加60%-70%左右。二衝程柴油機的另一優點是轉矩的均勻性比四衝程柴油機好，因為它曲軸旋轉一圈完成一個工作循環。
二衝程柴油機工作原理
二衝程柴油機工作原理主要零部件
（2）主要運動件：柴油機的主要運動件由活塞、連桿組件及曲軸組成，還有十字頭組件。活塞與氣缸及氣缸蓋構成燃燒室，保證柴油機工作過程的進行，同時通過連桿將活塞的往復運動變為曲軸的迴轉運動，使燃氣推動活塞的動力通過曲軸以迴轉的方式向外輸出。十字頭組件是船用二衝程十字頭式柴油機的特有部件。它的主要作用是將活塞組件和連桿組件連線起來，把活塞的氣體力和慣性力傳給連桿，承受側推力並給活塞在氣缸中的運動導向。主要包括十字頭本體，十字頭滑塊和十字頭軸承（連桿小端軸承）等。
換氣方式
結構：它的換氣是由上下的進、排氣兒完成的，故稱氣孔式直流換氣的二衝程柴油機。進、排氣孔的開啟和關閉分別由上、下活塞控制。工作時，兩個活塞在氣缸內作相對運動，燃燒室位於中部，兩個活塞通過連桿與上、下曲軸連線，兩曲軸通過齒輪輪連線，從一處對外輸出有效功。
循環過程
當活塞在其行程頂端時，氣缸會儲滿高壓氣體。用噴油器將柴油噴入氣缸，缸體內的高溫和高壓使得柴油立即點燃。該過程與柴油機工作原理中所描述的過程相同。 燃料燃燒所產生的壓力驅動活塞向下運動。這就是動力衝程。 當活塞接近衝程底端時，所有的排氣門都打開。廢氣排出缸體，氣壓降低。 當活塞到達行程底端時，就打開了進氣口。受壓空氣填充氣缸，並排出剩餘廢氣。 關閉排氣門，活塞上移，重新關閉進氣口並且壓縮新充入的空氣。這就是壓縮衝程。 當活塞接近缸頂時，該循環將重複步驟1。
根據本說明，可以看出二衝程柴油機和二衝程汽油機之間的巨大差異：在柴油機中，向氣缸注入的只有空氣，而不是油氣混合體。這意味著二衝程柴油機不會產生困擾二衝程汽油發動機的環境問題。另外，二衝程柴油機必須有渦輪增壓器或增壓器，這意味著在鏈鋸中不會安裝二衝程柴油機，因為那樣太昂貴了。
示功圖
其中a—k線為掃氣過程，k點為掃氣終點，它取決於進氣孔和排氣閥關閉時刻。有的機型是排氣閥和進氣孔同時關閉。有的排氣閥提前關閉。k-c線為壓縮過程，其中c'點為開始向氣缸噴油的時刻。
二衝程柴油機的示功圖
二衝程柴油機的示功圖在第二衝程中，c-m線為膨脹過程，其中c-z線為燃料劇烈燃燒壓力急劇上升階段，z點為最高燃燒壓力點，m點為排氣閥開始打開的時刻。這時燃燒產物便從氣缸經排氣閥、排氣管排入大氣，壓力迅速下降，如m-n線所示，當氣缸內的壓力大約等於貯氣置室的壓力時，進氣孔才被打開(n點)，這時新鮮空氣應入氣缸進行掃氣過程，如n-a線所示。
現代四衝程和二衝程發動機都成功的使用在各個領域，他們都有各自的特點，一般船用大型低速柴曲機中均採用二衝程發動機，而中、高速柴濁機採用四衝程發動機的居多。
正相同的氣缸尺寸和轉速下，二衝程發功機的功率理應比四衝程發動機增加一倍，但實際上，由於掃氣容積的損失，充氣時間較短，廢氣清除困難以及驅動掃氣須要消耗一部分功率等原因，使二衝程發動機的功率只增加60～70%左右。二衝程發動機叫另一優點是扭矩的均勻性比四衝程發動機好，因為它曲軸轉一轉完成一個工作循環。掃氣過程時間短是二衝程發動機的一大缺點，此外，二衝程發動機的活塞、氣缸蓋、氣缸，氣閥的溫度都比四衝程發動機高。
套用
二衝程原理在車用（含工程機械用）柴油機行業套用較少，在大型低速船用柴油機套用廣泛。主要原因是船用柴油機的轉速較低，二衝程循環既有利於柴油機發揮最大的動力性能和經濟性能，又不至於導致熱負荷太高而降低零部件的使用壽命，從而整體提高了船用柴油機的實用性和可靠性。
優缺點
優點
（1）動力比四衝程柴油機好，因為它的壓縮比比四衝程柴油機高而且廢氣排放要好。
（2）二衝程機因為比四衝程機減少了2個衝程，所以效率要比四衝程機高。
（3）二衝程機多採用十字頭結構，因為活塞行程長，同樣功率所需要的爆炸壓力更低，對燃燒室部件機械要求降低。
（4）活塞行程長，衝擊減小，震動減少。
（5）扭矩的均勻性比四衝程柴油機好，因為它曲軸轉一轉完成一個工作循環。
（6） 迴轉較均勻。
（7） 結構較簡單。
缺點
（1）二衝程柴油機油耗大，因為它的燃油利用率要低些，有相當一部分的油氣沒有燃燒或燃燒不充分就被排放出去，所以尾氣中的碳氫化合物比四衝程的高好幾倍。
（2）二衝程機器啟動所需要的缸數多。
（3）掃氣過程時間短，掃氣不如四衝程機完全，造成對增壓器的依賴。
（4）二衝程柴油機的活塞、氣缸蓋、氣缸、氣閥的溫度都比四衝程柴油機高許多。
（5）換氣質量差、熱效率低。
（6）熱負荷較高。
