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二沖程柴油機的原理和優缺點 |
導讀：通過活塞的兩個沖程完成一個工作循環的柴油機稱為二沖程柴油機，油機完成一個工作循環曲軸只轉一圈，二沖程柴油機與四沖程柴油機基本結構相同，主要差異在配氣機構方面。二沖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。并專門設置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構。而在四沖程柴油機中，活塞走四個沖程才完成一個工作循環，其中兩個沖程(進氣和排氣)，活塞的功用相當于一個空氣泵。在二沖程柴油機中，曲軸每轉一轉，即活塞每兩個沖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，所以二沖程柴油機的活塞沒有空氣泵的作用，為了排除燃燒后的廢氣，并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)。
1、二沖程柴油機工作原理
二沖程柴油機的一個工作循環是在曲軸旋轉一圈內完成的。即實現進氣、壓縮、膨脹和排氣這四個步驟是在３６０°曲軸轉角內完成的。這種柴油機的壓縮和膨脹是一個比較完整的活塞行程，所以稱為二沖程柴油機。而進氣和排氣則是在膨脹過程結束和壓縮過程開始前的很短的時間內（先排氣、后進氣，并有進排氣重疊）完成的。
（1）燃燒膨脹及排氣沖程：
燃油在燃燒室內著火燃燒，生成高溫高壓燃氣。活塞在燃氣的推動下，由上止點向下運動，對外作功。（此時曲柄在點位置，此時燃氣膨脹作功結束，氣缸內大量廢氣靠自身高壓自由排氣，從排氣口排人到排氣管）活塞下行直至排氣口打開，膨脹作功結束，氣缸內大量廢氣靠自身壓力從排氣口排入到排氣管。當氣缸內的壓力降至接近掃氣壓力時，下行活塞把掃氣口打開，掃氣空氣進入氣缸，同時把氣缸內的廢氣經排氣口趕出氣缸。活塞運行到下止點，本沖程結束。
（2）掃氣及壓縮沖程：
排氣口關閉時，氣缸中的空氣就開始被壓縮。當壓縮至上止點前點時，噴油器將燃油噴入氣缸，與高溫高壓的空氣相混合，自行著火燃燒。活塞由下止點向上移動，活塞在遮住掃氣口之前，由掃氣泵供給儲存在掃氣箱內的空氣，通過掃氣口進入氣缸，氣缸中的殘存廢氣被進入氣缸的空氣通過排氣口掃出氣缸。活塞繼續上行，逐漸遮住掃氣口，當掃氣口完全關閉后（此時曲柄在點位置，空氣停止充人，排氣還在進行，這階段稱為“過后排氣階段”。排氣口關閉時（此時曲柄在點位置，氣缸中的空氣就開始被壓縮。當壓縮至上止點前點時，噴油器將燃油噴人氣缸，與高溫高壓的空氣相混合，隨即在上止點附近發火，自行著火燃燒。本沖程結束，并與前一沖程形成一個完整的工作循環。
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二沖程柴油機直流掃氣結構圖 |
2、二沖程柴油機的結構
（1）主要固定件
柴油機的主要固定件由機座、機架、氣缸和氣缸蓋等組成，它們構成了柴油機的骨架，支撐運動件和輔助系統。氣缸蓋是燃燒室的上蓋。除和氣缸套、活塞共同組成燃燒室外，在它上面還要安裝各種閥件。這些閥件有噴油器、氣缸起動閥、示功閥、安全閥、排氣閥(氣閥-氣口式二沖程柴油機)等。另外，對于設置進、排氣閥的氣缸蓋上還要布置進、排氣道和氣閥搖臂機構。
（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回轉運動，使燃氣推動活塞的動力通過曲軸以回轉的方式向外輸出。十字頭組件是船用二沖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接起來，把活塞的氣體力和慣性力傳給連桿，承受側推力并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。
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二沖程柴油機結構圖 |
3、優缺點
（1） 二沖程柴油機的優點：
① 二沖程柴油機因為比四沖程柴油機少了兩個行程，所以做功效率比四沖程柴油機高。
② 轉矩的均勻性比四沖程柴油機好，因為曲軸轉一圈完成一個工作循環。
③ 結構較簡單。
（2）二沖程柴油機的缺點：
① 二沖程柴油機油耗較高，因為其換氣損失較高。
② 掃氣過程時間短，掃氣不如四沖程柴油機完全，造成其對增壓器過于依賴。
③ 二沖程柴油機的活塞、氣缸蓋等主要機件的溫度都比四沖程柴油機高許多。
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