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)。
1.二冲程柴油机结构的特点
①进气孔布置在气缸下部,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排气门布置在气缸盖上,由凸轮轴驱动,保证在曲轴转一转时,气门打开一次。
③扫气泵,由柴油机通过传动齿轮传动,它将吸人的空气压缩至Pk=0.123-0.13MPa,送人气缸周围的储气室中,用于清除气缸内的废气和充填新鲜空气。
2.二冲程柴油机的工作原理
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。
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。