对置活塞二冲程柴油机介绍
二冲程内燃机
二冲程内燃机用扫气泵中，应用最广的是罗茨压缩机（见罗茨鼓风机）和离心压缩机。有的小型内燃机用曲 轴箱作为扫气泵。有的大型船用柴油机用活塞底部作为扫气泵，称为活塞底泵。
工作循环
当活塞从下止点开始向上移动时,扫气口和排气口均开启,新鲜充量(空气或可燃混合气)通过扫气泵提高压力 后，由扫气口压入气缸。一方面，清扫气缸内的废气使之由排气口排出;一方面,又使气缸充满新鲜充量。这就是 扫气过程。接着，活塞继续向上运动，先将扫气口覆盖，继而将排气口关闭,此时扫气过程结束。活塞再继续上行， 将封闭在气缸内的新鲜充量和未排净的少量废气的混合气压缩到上止点时即完成压缩过程.这时气缸内压力和温度 增高很多，活塞接近上止点时点火（或喷油），燃料燃烧，燃气压力和温度急剧升高，在高温高压气体作用下， 推动活塞从上向下运动，即为燃烧膨胀过程。这时，内燃机对外作功，通过连杆推动曲轴作旋转运动，将机械功 输出。当活塞继续下行打开排气口时，废气因压力较高便从排气口自行逸出，气缸内压力随即下降，待活塞打开 扫气口时供入新鲜充量清扫废气，活塞再移至下止点时即完成一个工作循环 。
工作原理
如果在两个冲程里完成进气、压缩、做功、排气这些循环动作，就叫二冲程，相应的内燃机叫二冲程内燃机。
辅助冲程：即进气冲程、压缩冲程和排气冲程的统称。为完成做功，这三个冲程都是为做功而准备的，故称 之为辅助冲程。
辅助设备：内燃机除主要做功部分之外，还有燃料、点火、冷却及润滑四个辅助设备系统。燃料系统主要是 化油器，它是把汽油和空气按一定比例配制成雾状的混合气体，以供给汽缸作为燃料使用；点火系统是由蓄电池、 线圈、火花塞等部分组成，火花塞是由齿轮来管理的，它能够按时在气缸中产生电火花，使压缩的混合气体燃烧 爆炸；冷却系统，主要部分是汽缸外部缸体的水套，使水在其中可以流动，因为燃料在汽缸中燃烧时，汽缸的温 度可以升到2000℃左右，使汽缸壁和活塞发热，易使机件损坏，故汽缸外壁的水套中的水吸热上升进入散热器， 降温后，再用抽水机将冷水打回水套中，使水循环地将汽缸冷却。小型内燃机和少数飞机也常用空气减热法，使 汽缸外壳与空气接触面积增大，将热散逸到空气中去；润滑系统，是为防止金属磨损，而在机内装有油盘、抽油 泵等装置向机件各部分输送润滑油，以减小摩擦损耗 。
6第六讲二冲程发动机基本原理
第六讲二冲程发动机基本工作原理
缺点：
1）不易将气缸内的废气排除干净，而且在换气时 减少了有效工作行程。因此，在同样的工作容积 和曲轴转速下，二冲程发动机的功率并不等于四 冲程发动机的两倍，只等于1.5~1.6倍。 2）在换气时有一部分新鲜可燃混合气随废气排出， 因此，二冲程 发动机不如四冲程发动机经济。
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第六讲二冲程发动机基本工作原理
进气、压缩行程
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2.作功、扫气行程
当活塞下方吸气、上方压缩的双重作用 结束时,燃烧室内被压缩的可燃混合气由火花塞点 火后爆发,推动活塞向下运动,对外输出动力. 活塞下行接近下止点前,一直被活塞堵住 的排气孔开始打开,废气便从排气孔排出.活塞再 稍许下降,扫气孔被露出,因活塞下行曲轴箱内被 压缩的可燃混合气便从扫气孔进入气缸.
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二、二冲程汽油机工作原理
结构：
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第六讲二冲程发动机基本工作原理
1. 进气、压缩行程
当活塞由下止点向上运动时,曲轴箱内 容积增大,产生较大的真空吸力,在真空吸 力的作用下,来自化油器的可燃混合气被吸 入曲轴箱内. 与此同时,上一循环进入气缸内的可燃 混合气则被压缩到燃烧室.
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第六讲二冲程发动机基本工作原理
2、换气机构：
无进排气门，换气是通过三个孔实现
进气孔 扫气孔 排气孔
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第六讲二冲程发动机基本工作原理
3、工作过程（视频）:
（1）、上行程：活塞上移三孔关闭压缩气体、继续 上移进气孔打开进气。 （2）、下行程：做功活塞下移，移到排气孔废气排 出、继续下移进气孔关闭，进气受压缩经过扫气 孔进入气缸。
继承与创新阿凯提斯动力公司致力开发对置活塞二冲程发动机
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售 、财 务和 运营 。 同时他 也 是公 司 最 早 起 于 １ 世 纪 末 的德 国 ，其 后 选 择 。对置活 塞（ ） ９ ＯＰ是两个 在一个 董事会 成 员。 多个 国家发 展 了这 一技 术并应 用于 普通气缸内向相反方向进行往复运
各 方面 。最 初 ，对 置活 塞二冲 程发 动 的活 塞 ，比起 只有一 个活塞 和气 记 者 ：在 传 统柴 油 机技 术 已经 动 机凭 借其 工 艺性 、高 功率 密度 和 缸 盖 的标准 曲柄滑 块 ，对置 活塞具
领 域 ，它在 二十 世 纪绝 大部分 时 间 运 动可 以在一 个 既定缸 径下产 生更
大 的气 缸排量 ，比起 只有一个 标准
曲柄滑 块或气 缸盖 的发 动机 ，减少 了气缸 数量 ，从而 减少 了缸 内传热 表 面积 。其次 ，在 活塞 速度不 变 的
情 况下 实现 了有 效 的在２： － ： １３ １ 之间的冲程缸径比，从而实现更有
Ｊ ｈｓｎ ｏ ｎ ｏ ：从 历史 上 看 ，对 置 都 表现 活跃 。从 历史 上看 ，所有类 型 的 发 动 机 都 面 临 着 许 多技 术 挑
1-2第二节--柴油机的基本工作原理
1 / 8第二节 柴油机的基本工作原理柴油机是以柴油作燃料的压燃式内燃机。
工作时，空气在气缸内被压缩而产生高温，使喷入的柴油自行着火燃烧，产生高温、高压的燃气，燃气膨胀推动活塞作功，将热能转变为机械功。
柴油机的工作循环由进气、压缩、喷油着火燃烧、膨胀作功和排气等过程组成。
这些过程可以由四冲程柴油机来实现，也可由二冲程柴油机来实现。
一、四冲程柴油机（非增压）的工作原理图1-2-1所示是四冲程柴油机的基本结构图。
工作时活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动。
活塞改变运动方向瞬时的位置称止点（死点），止点处的活塞瞬时运动速度为零。
离曲轴中心最远时的止点称上止点（T.D.C.），最近时的止点称下止点（B.D.C.）。
曲柄销中心与主轴颈中心之间的距离称曲柄半径R 。
连杆大、小端中心间的距离称连杆长度L 。
上、下止点间的距离称活塞行程（冲程）S 。
活塞行程等于曲柄半径的两倍，即S =2R 。
活塞在上、下止点间移动所扫过的容积称气缸工作容积V S 。
S D V s ⋅=24π （1-2-1） 式中，D 为气缸直径（缸径）。
活塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的气缸容积，称燃烧室容积（压缩室容积、余隙容积）V c 。
气缸总容积V a 与燃烧室容积之比称压缩比ε。
c s c c s c a V V V V V V V +=+==1ε （1-2-2） 显然压缩比是一个几何概念，它与柴油机的转速无关。
用四个行程（曲轴回转两转）完成一个工作循环的柴油机称四冲程柴油机。
图1-2-2是四冲程柴油机的工作原理简图。
图的上部表示四个行程中活塞、连杆、曲轴及气阀的相对位置。
图的下部表示相对应的气缸内气体压力随气缸容积的变化情况，称p-V 示功图。
1．进气行程活塞从上止点下行，进气阀打开。
由于活塞下行的抽吸作用，新鲜空气充入气缸。
为了能充入更多的空气，进气阀一般在上止点前提前开启（曲柄位于点1），在下止点后延迟关闭（曲柄位于点2），气阀开启的延续角（图中阴影线部分）约为220˚～250˚CA 。
二冲程发动机特点概述
二冲程发动机特点概述可用于摩托车的发动机有许多种；按燃料性质来看有使用燃油的汽油机、柴油机、涡轮式发动机。
使用液化汽的发动机。
使用燃料电池的电动机。
按发动机的结构特性来看，使用燃油的汽油机、柴油机、与使用液化汽的发动机是同一类。
目前一般的车用发动机都是使用燃油作燃料的活塞式内燃机，其中又分为二冲程发动机与四冲程发动机。
在新潮的车辆中，有采用类似柴油机喷油燃烧方式的趋向；例如目前时新潮的“电喷”汽油机，其中有的燃烧方式就有接近柴油机的。
活塞式内燃机最主要的结构特征就是：以燃烧油料为主，有密封的燃烧室、汽缸与上下运动的活塞。
其基本原理是：燃料与空气在密封的汽缸内混合压缩燃烧后，产生的高温膨胀气体推动活塞移动，通过连杆与曲轴的力矩转换作用，发动机就有了主轴转动形式的动力输出。
为了达到发动机应有的功能，燃油活塞式内燃机的机体总成由各种不同作用的局部系统部分组成，大致是：启动、点火、进气、配气、配油、控制、燃烧、力矩转换、排气消音、等等。
它们的合理组成与配合协调才能形成一个有效的活塞式内燃机。
活塞式内燃机按点火方式来分，有电火花引燃与压缩点燃两大类。
按燃烧方式来说，有匀质燃烧与分层燃烧两大类。
按供油方式来说，有化油器与喷油泵两大类。
按配气方式来分有二冲程与四冲程两类，关于二冲与四冲的配气问题，书上讲的很多，在此帖中将省略些。
本帖这次主要阐述的是关于摩托车发动机中的点火、燃烧及燃料性质；重点在目前比较流行的活塞式内燃机应用原理特点及改进要点，在三轮摩托车中使用的柴油机及特性，以及将来有发展趋势的电喷、分层燃烧等活塞式内燃机。
一、轻摩中最常用的二冲程汽油机：这是一种比较特别的汽油内燃机，多用在简易车辆与轻型航空器上，日常生活里在轻摩发动机中最常见，在本版里有许多关于摩托车节油的帖子，多是拿它做试验后写出来的。
在此以轻摩中最常用的50CC二冲程汽油机为例，阐述一下它的特点与不同其他发动机之处。
二冲程发动机与四冲程发动机相比，最显著的特征之一是换气方式，它的排气与进气方法脱离了四冲程发动机那种传统经典的呼吸式换气方式，很另类地采用了用新鲜燃汽给汽缸内吹汽扫气的换气方式，排气与进汽都是在发动机的下半圈里同时进行，排气与进气的脉冲比较均匀。
船用二冲程柴油主机机型漫谈_宋汝涛
800
210
3.0
1991 Ⅴ 17.0
815
210
1992 Ⅵ 18.4
880
210
1982 Ⅰ 15.0 1440
133
1984 Ⅱ 16.2 1550
133
L50MC
3.24
1986 Ⅲ 16.2 1650
141
1991 Ⅴ 17.0 1810
148
1982 Ⅰ 15.0 2080
111
1984 Ⅱ 16.2 2240
然而 1970 年代末， 德国 MAN 公司收购 B&W，改 名 MAN B&W， 停 止 生 产 原 MAN 各 型 号 ， 专 门 生 产 MAN B&W，市场占有率超过 70%，且多数是缸径（mm） 500、600、700、800 的柴油机。 1.1 MAN B&W 前期开发的机型
机型分 L 型、S 型、K 型： 誗L 型是基本机型，冲程缸径比和转速居中，各类 船舶都可采用。 誗S 型专为散货船和油轮设计。 因为低转速时螺旋 桨效率高，而这两类船吃水深，可加大螺旋桨直径，所 以在 L 型基础上降低了转速，提高了冲程缸径比。 誗K 型专为速度较高的的集装箱船设计。 因为大 型集装箱船航速高，功率大，螺旋桨重量近百吨，尺度 受限， 所以在 L 型基础上提高转速， 缩小了冲程缸径 比，以求较高航速。 此外，MC 机型开发初期生产过 MCE 型机，后缀 E 表示经济型， 例如 6L70MCE 机，Pme 只有 13.6 bar，功 率 14 700 马力，最高转速 95 r/min。 表 1 列出 MAN B&W 前期开发的 MC 机型，表中： 誗同 一 缸 径 和 冲 程 ，MARK 数 字 越 大 ， 有 效 压 力 Pme 越高即功率越大； 誗MC 后再加 C，表示转速有所提高。 1.2 开发新型机以满足不同船舶的需要 誗为满足不同类型船舶需要，改变缸径。 誗为 适 应 LNG 液 化 天 然 气 运 输 的 需 要 ， 开 发 了
柴油机活塞简介
活塞环
对活塞环的要求：
活塞环应有良好的密封线能，且要耐磨，特别是抗熔着磨损的 性能要高；要有适当的弹性，足够的强度和热稳定性。 活塞环的材料要弹性较好，摩擦系数小，耐磨、耐高温、导热 性好、韧性好；有良好的初期磨合性、储油性和耐酸腐蚀。一般 采用合金铸铁（加硼、高硅）、可锻铸铁、球墨铸铁。为了提高 活塞环的工作能力，常采用的结构措施和制造工艺有：表面镀铬 以提高耐磨性；多孔性镀铬（松孔镀铬），以提高表面储油性并 加速新环的磨合；内表面刻纹以提高弹性；环外表面开设蓄油沟 槽；环外表面镀铜以利于磨合，喷镀钼以防止粘着磨损等。 活塞环应与气缸壁严密贴合，用漏光法检查时，环的漏光处应 不多于两处，每处漏光长度应＜30°弧度，漏光间隙应＜ 0.02~0.04mm，超过时应更换新环。活塞环的开口间隙要适当， 开口过小时无膨胀余地，易导致环的折断。开口过大时，又存在 漏气现象。 在回装活塞环时，每个环的开口之间应错开120°，且开口不 得对着活塞销座的方向，以此来保证气缸的密封性良好。
活塞的作用及工作条件
作用：活塞的主要作用是在保证密封的情况下完成
压缩和膨胀过程，并将气体力经连杆传递给曲轴。 筒形活塞还要承受侧推力，起着滑块的作用。二冲 程柴油机中的活塞还要启、闭气口，控制换气。 工作条件：在柴油机工作中，活塞受到燃气高温、 高压、烧蚀和腐蚀作用。它的热负荷和机械负荷很 高，而活塞材料在高温下机械性能又有所降低，所 以活塞在工作中易出现裂纹和变形。活塞与气缸之 间，在相对运动中产生摩擦和撞击。在气缸中，活 塞由于温度很高，燃气冲刷，往复运动等原因，它 和气缸之间不可能建立液体动力润滑，因此摩擦损 失功大，磨损严重。在中、高速柴油机中，活塞具 有较大的往复惯性力，使得柴油机的振动加剧。
活塞环
柴油机工作原理及构造
柴油机工作原理及构造柴油机概述一,定义:柴油机是用柴油作燃料的内燃机。
柴油机属于压缩点火式发动机，它又常以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。
柴油机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到500～700℃的高温。
然后将燃油以雾状喷入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。
燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功二 :历史法国出生的德裔工程师鲁道夫,狄塞尔，在1897年研制成功可供实用的四冲程柴油机。
1)1905年制成第一台船用二冲程柴油机。
2)1922年，德国的博世发明机械喷射装置，逐渐替代了空气喷射。
3)二十世纪20年代后期出现了高速柴油机，并开始用于汽车。
4)二十世纪50年代，柴油机进入了专业化大量生产阶段。
特别是在采用了废气涡轮增压技术以后，柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。
三,分类柴油机种类繁多。
1! 按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。
②按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。
③按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机。
④按转速可分为高速(大于1000转／分)、中速（300～1000转／分）和低速（小于300转／分）柴油机。
⑤按燃烧室可分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机。
⑥按气体压力作用方式可分为单作用式、双作用式和对置活塞式柴油机等。
⑦按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机。
⑧按用途可分为船用柴油机、机车柴油机、车用柴油机、农业机械用柴油机、工程机械用柴油机、发电用柴油机、固定动力用柴油机。
⑨按供油方式可分为机械高压油泵供油和高压共轨电子控制喷射供油。
⑩按气缸排列方式可分为直列式和V形排列,水平对置排列,W型排列,星型排列等.11 按功率大少可分为小型（200）中型（200-1000）大型（1000-3000）特大（3000以上）四 ,世界最大柴油机瓦锡兰苏尔寿 Wartsila-sulzer 14RT-flex96-C 配4台ABB TPL85增压器两冲程4涡轮增压14缸柴油共轨电喷发动机单缸排气量1820升单杠功率7780马力总功率108920 马力整机重1300吨最佳工况每小时耗油 6400升柴油机基本理论1 无论结构简单还是复杂的柴油机，主要都是由下列机构和系统组成的:1、曲柄连杆机构（包括：气缸体、曲轴、连杆、活塞、缸套、缸盖等零部件）。
二冲程柴油机和四冲程柴油机的组成
二冲程柴油机和四冲程柴油机的组成二冲程柴油机和四冲程柴油机在工作原理上有所不同，因此它们的组成也有一些差异。
1. 二冲程柴油机组成：- 气缸：用于容纳活塞和燃烧室。
- 活塞：由金属制成，通过连杆与曲轴相连，用于实现往复运动。
- 曲轴：将活塞的线性运动转化为旋转运动，并输出动力。
- 燃烧室：用于混合空气和燃油，实现燃烧过程。
- 气门：控制进、排气过程的开关装置。
- 燃油喷射系统：负责将燃油喷射到燃烧室中进行燃烧。
- 润滑系统：用于润滑活塞、曲轴等运动部件，减少摩擦损失。
- 冷却系统：用于散热，防止发动机过热。
- 进、排气系统：包括进气管道和排气管道，用于引入新鲜空气和排出废气。
2. 四冲程柴油机组成：- 气缸：用于容纳活塞和燃烧室。
- 活塞：由金属制成，通过连杆与曲轴相连，用于实现往复运动。
- 曲轴：将活塞的线性运动转化为旋转运动，并输出动力。
- 燃烧室：用于混合空气和燃油，实现燃烧过程。
- 气门：控制进、排气过程的开关装置。
- 燃油喷射系统：负责将燃油喷射到燃烧室中进行燃烧。
- 润滑系统：用于润滑活塞、曲轴等运动部件，减少摩擦损失。
- 冷却系统：用于散热，防止发动机过热。
- 进、排气系统：包括进气管道和排气管道，用于引入新鲜空气和排出废气。
- 凸轮轴：控制气门的开关时机。
- 缸盖和缸体：组成发动机的主要结构部分。
- 止回阀：用于控制气缸内的气体流动方向。
总的来说，二冲程柴油机比四冲程柴油机简单，没有凸轮轴和气门控制系统，因此结构相对较简单。
而四冲程柴油机由于采用了进、压、燃、排四个冲程，所以在结构上更加复杂一些。
二冲程柴油机工作原理
二冲程柴油机工作原理
二冲程柴油机是一种用于驱动车辆或发电机的内燃机，其工作原理如下。
1. 进气阶段：当活塞向下运动时，活塞上部的进气孔暴露出来，此时汽缸内的压力降低，新鲜空气通过进气管进入汽缸。
与此同时，曲轴上的连杆机构将曲轴的旋转运动转化为推动活塞的线性运动。
2. 压缩阶段：当活塞开始向上运动时，进气孔被活塞上部的盖板遮挡，阻塞了进气口。
随着活塞的上升，压缩室的压力逐渐升高，将进气的空气压缩成高压气体。
3. 燃烧阶段：当活塞接近顶点时，喷油器将燃油喷入汽缸中，燃油与高温高压空气混合，形成可燃气体。
由于高压气体的压力迫使活塞向下运动，产生的动能将向下压缩的气体推向顶部。
4. 排气阶段：当活塞再次向上运动时，排气门打开，将燃烧产生的废气排出汽缸。
废气的排出也带走了部分废热，提高了柴油机的效率。
通过这一循环，活塞将能量从高压气体转换为机械能，驱动车辆或发电机工作。
二冲程柴油机相较于四冲程柴油机具有结构简单、体积小、重量轻等优点，但由于进／出气门的设置不同，其排放污染较大，燃油经济性较差。
因此，现代柴油机大多采用四冲程工作原理。
对置活塞二冲程柴油机热平衡和余热可用能分析
对置活塞二冲程柴油机热平衡和余热可用能分析马富康;苏铁熊;赵振峰;王豪【摘要】Through the opposed-piston two-stroke diesel full condition bench test,the thermodynamic parameters in each operation condition were determined.The thermal balance was analyzed based on the one law of thermodynamics and compared to the conventional diesel, and the waste heat exergy was analyzed based on the second law of thermodynamics.Results show that: peak of the effective thermal efficiency appears in high-speed and medium-load area;at low-speed and low-load, cooling water accounts for the major part of waste heat energy, and lower than conventional diesel;at high-speed and high-load, exhaust gas energy accounts for the major part of waste heat energy, and higher than conventional diesel.Exhaust gas exergy is larger than cooling water exergy, and the maximum value can reach 67% of exhaust gas energy with great development space.%基于对置活塞二冲程柴油机全工况台架试验, 确定其各工况下各子系统的热力学参数.采用热力学第一定律, 分析了发动机的热平衡特性, 并与传统四冲程柴油机进行了比较;采用热力学第二定律, 分析了发动机的余热可用能.结果表明: 该发动机在高转速、中负荷时, 有效热效率最高;在低转速、低负荷时, 冷却项占余热比重较大, 但低于传统四冲程柴油机;在高转速、高负荷时, 排气项占余热比重较大, 高于传统四冲程柴油机.其中, 排气余热的可用能较高, 最大达排气项能量的67%, 具有很大的利用空间;而冷却项可用能较低, 利用空间较小.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】7页(P433-438,445)【关键词】对置活塞;二冲程柴油机;热平衡;余热可用能【作者】马富康;苏铁熊;赵振峰;王豪【作者单位】中北大学机械与动力工程学院, 山西太原 030051;中北大学机械与动力工程学院, 山西太原 030051;北京理工大学机械与车辆学院, 北京 100081;上海汽车集团股份有限公司乘用车公司, 上海 200041【正文语种】中文【中图分类】TK422以汽车大众化为标志的内燃机行业在20世纪得到迅速发展，汽车保有量的增加，能源危机和环境问题凸显，人类在探索高效、清洁动力的道路上一方面在积极致力于传统发动机的改进；另一方面也在积极追求新技术新原理，探索新的动力机形式，其中对置活塞二冲程柴油机以其高效、高功率密度等优点被广泛研究[1].对置活塞二冲程柴油机与传统柴油机相比，其发动机结构、燃烧室结构、缸内气流运动以及燃油喷射方式均不相同， Gerhard Regner等人研究了对置活塞二冲程柴油机的性能和排放，发现其特殊的结构形式有利于降低发动机的质量和复杂性，减少机油消耗和燃油消耗[2]； Randy E.Herold研究了对置活塞二冲程柴油机的热力学过程，发现与传统四冲程柴油机相比，其燃烧室的面容比较小，工质在燃烧过程中比热容变化小，指示热效率更高，相同工况的最大爆发压力更小[3]；Fabien Redon等研究了低负荷工况下对置活塞二冲程柴油机的性能，发现该发动机既能满足缸内燃烧温度的限制，又能实现较高的排气温度，保证了催化剂处于理想的温度[4]. 但是目前的研究尚未对对置活塞二冲程柴油机的热平衡和余热可用能展开分析. 根据目前的研究，提高传统内燃机能量利用的方法主要有两方面，一方面是提高内燃机的热效率，另一方面是余热的回收和利用[5]. 因此，研究该发动机的热平衡可以掌握热量分配关系，认识对置活塞二冲程柴油机的能量转化和传递过程，为提高热效率提供研究方向；而由于该发动机采用二冲程，排气项能量比重大，研究余热可用能可以为该发动机的节能减排和热效率的提高提供依据[6]. 本文以对置活塞二冲程柴油机为研究对象，对发动机进行全工况试验，分析热平衡和余热可用能，为优化发动机的热效率和余热利用提供理论基础.内燃机中能量的转化与传递过程非常复杂，彼此既相互独立又互相转化，燃料在内燃机的气缸内燃烧所产生的热量，一部分转化为曲轴的有效功，对外克服阻力矩做功，一部分随排气排出，一部分通过传热的方式由冷却介质散失到缸外，此外机械摩擦功造成的有效功损失最后也转化成热量散失. 结合内燃机的控制体积建立热平衡系统是分析内燃机热平衡的有效方法，如图 1 所示.从图 1 可以看出，进入内燃机的热流包括燃料的化学能和进气的焓，而排出内燃机的热流包括有效功率、排气带走的热量、冷却介质带走的热量、未燃尽的燃料和对流换热与辐射流失的热量[7]. 内燃机稳态的热平衡方程为式中： Hfuel是燃料的化学能，即式中：是燃料的质量流量； HL是燃料的低热值； Pe是内燃机的有效功率.Hex是排气的焓，即式中：是进气的质量流量； cp-ex是排气的定压比热容； Tex是排气温度.Hin是进气的焓，即式中：是进气的质量流量； cp-in是排气的定压比热容； Tin是排气温度. Qcooling是传入冷却介质的热量，即式中：是冷却水的质量流量； cw是冷却水的比热容； Tin-w和Tex-w是冷却水的进、出温度.Qmisc是其余的损失，包括未燃尽的燃料和通过对流换热和辐射损失的热量.为直观地分析内燃机的各项能量的分布情况，将各项能量转换成占燃料总热量的百分比，如下式中：ηf是燃料的化学能所占比例；ηet是有效热效率；ηex是排气能量所占总热量的比例；ηcooling是传入冷却介质的热量所占总热量比例；ηmisc是杂项损失占总热量比例.本文的研究对象是一台机械增压式对置活塞二冲程柴油机，主要参数见表 1.实验装置示意图如图 2 所示，对置活塞二冲程柴油机原理样机如图 3 所示.主要测试仪器和设备见表 2，环境温度保持在15 ℃左右，各个温度传感器均经过了标定[8].试验前首先对柴油机进行整机性能状态调整，使其工作温度及性能满足要求，当进出水温差波动范围小于0.1 ℃/min，则柴油机达到热平衡，然后进行热平衡试验. 转速范围为800～2 400 r/min，变化间隔为200 r/min；负荷(平均有效压力，BMEP)范围为0.1～0.8 MPa，变化间隔为0.1 MPa.3.1 热平衡掌握对置活塞二冲程柴油机有效热效率的分布可以为燃油利用率的评价提供基础，图 4 显示了柴油机有效热效率的分布情况. 在低负荷工况下，负荷对有效热效率的影响大于转速，而在高负荷工况下，转速对有效热效率的影响较大. 相同转速下，有效热效率随负荷的增大先增加后减小，因为在低负荷时，动力输出少，摩擦功所占的比例大，而转速及其他因素不变时指示热效率变化较小，随着负荷的增加，摩擦功基本不变，输出功增加，有效热效率提高. 而在高负荷时，过量空气系数降低导致燃烧恶化，指示热效率下降，摩擦功不变，有效热效率相应的下降[9]. 二冲程发动机受换气质量影响大，所以高负荷下转速对有效热效率的影响增大. 对置活塞二冲程柴油机的有效热效率的峰值区域在2 000 r/min以上的中负荷处，与传统柴油机相比，转速较高，因为相同工况下最大爆发压力较小，摩擦损失减小[3].图 5 显示了柴油机排气项热量占燃油能量比例的分布情况，从图中可以看出，大部分工况下排气项热量较高，约1/3的燃油能量被废气带走，在中低负荷处，排气能量所占比例最小. 相同负荷下，随着转速升高，排气项热量所占比例增大. 因为随着转速的增加，每次循环的换热时间减少，更多的能量随排气流出.图 6 显示了传给冷却项的热量占燃油能量比例的分布情况. 从图中可以看出，在低负荷区域冷却项热量所占比例较大，转速对其影响小，只随负荷的增加而减少. 因为在低负荷时，机械损失的比重较大，而大部分的机械损失最后都通过热转换传递给冷却水. 随着负荷的增大，转速对冷却项的影响增大，在中高负荷时，随着转速升高传给冷却项的热量所占比例减少.图 7 显示了一台传统四冲程增压中冷柴油机标定转速下各项比例关系变化的负荷特性[7]，发动机主要参数见表 3.对比传统四冲程增压柴油机，对置活塞二冲程柴油机由于进、排气活塞存在相位差，在内止点前后会发生进排气活塞同向追赶的过程，燃烧过程的等容度提高，所以有效热效率较高[10-11]. 因为采用二冲程结构，排气时刻较早，导致排气温度和压力高，排气项热量占燃料能量的比例较大. 对置活塞二冲程柴油机与传统柴油机相比，燃烧室面容比较小，零部件较少，因此冷却项所占燃料能量的比例较小[3]. 由于对置活塞二冲程柴油的燃烧室由气缸套和进、排气活塞顶组成，内止点时刻，活塞顶面积占燃烧室总面积的83%，活塞顶面的温度高，相比于传统柴油机，燃烧室壁面的平均温度更高，文献[12]指出较高的壁面温度有利于减少燃烧过程的不可逆损失.3.2 余热可用能上节采用热力学第一定律分析了对置活塞二冲程柴油机的热平衡，其依据是能量守恒定律，阐明了热力过程中能量之间的数量关系. 通过分析发现，柴油机大部分工况下，散热损失和排气能量的损失之和大于50%，在运行工况从低速、小负荷向高速、大负荷转变时，损失的热量从散热损失占主要部分转变成排气能量占主要部分. 为了进一步探讨能量的有效利用途径，仅分析能量关系是不够的，还需要分析能量的“质量”，即结合第二定律进行有效能分析.与机械能相比，余热是低品质的能量，不能完全转化成可用能，因此需要进一步通过的热力循环将其转化成有效功. 卡诺循环体现了工质做功的最高效率，采用卡诺循环进行余热的热力循环计算，可以分析余热潜在的最大可用能[13-14]. 卡诺循环的公式为式中： EX,Q是余热的可用能； Q表示余热的能量； T0表示环境温度； T表示余热的温度.式中：ηExe,p表示余热的可用能占余热能量的比例.式中：ηExe,eff表示了余热可用能占燃料总能量的百分比.图 8 显示了在负荷为0.8 MPa时，各项能量可用能占自身的比例. 因为冷却介质的流量大，比热容大，所以受运行条件影响小，冷却介质的进出口温差小，而且为了保证柴油机处于合适的运行工况，冷却介质应保证在合适的温度，不宜进行利用. 对置活塞二冲程柴油机受换气方式的限制，缸内高温高压气体未能得到充分膨胀，还有大部分能量直接随排气带出，具有较大的利用空间[15].图 9 显示了排气余热可用能占排气余热的比例. 随着转速和负荷的增大，排气温度不断升高，ηExe,p也随之升高，且负荷对ηExe,p的影响大于转速. 在高转速、高负荷时，ηExe,p超过了60%，具有很大的利用空间[15-16]. 图 10 显示了排气余热可用能占燃料总能量的比例，在高速、中等负荷以上区域，排气余热可用能的比例超过了20%，具有很大的利用空间，用以改善燃油消耗率.1) 对置活塞二冲程柴油机的能量分布受负荷和转速的共同影响. 在大多数工况下，负荷对有效热效率的影响大于转速；受到换气质量影响，大负荷工况下转速对有效热效率的影响增大. 对置活塞二冲程柴油机的最佳燃油消耗区域在中高转速中等负荷.2) 大部分工况下排气能量较高，约1/3的燃油总能量被废气带走，排气项能量在中等负荷处所占比例最小. 与传统四冲程柴油机相比，排气项能量所占比例更高.3) 传递给冷却项的热量在低负荷区域所占比例较大，负荷对其影响大于转速. 对置活塞二冲程柴油机与传统柴油机相比，燃烧室面容比小导致冷却项占燃料能量的比例小.4) 冷却项的可用能较少，而排气项能量中的可用能比例大，在高速、中等负荷以上区域，排气项能量可用能占燃料能量的比例超过了20%，充分利用可以有效改善燃油消耗.【相关文献】[1]Pirault J P, Flint M. 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二冲程柴油机工作原理
二冲程柴油机工作原理
二冲程柴油机是一种常见的内燃机，其工作原理是通过压缩空气使柴油燃料自燃，从而产生动力。
相比于四冲程柴油机，二冲程柴油机具有结构简单、体积小、重量轻、功率密度高等优点，因此在一些特殊场合得到广泛应用。
二冲程柴油机的工作原理可以分为四个步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
首先，活塞向下运动，进气门打开，空气通过进气道进入气缸内。
接着，活塞向上运动，进气门关闭，同时压缩空气，使其温度升高。
当活塞运动到顶点时，喷油器喷入柴油燃料，燃料与高温高压的空气混合，自燃产生爆炸，推动活塞向下运动，产生动力。
最后，排气门打开，废气通过排气道排出气缸。
二冲程柴油机的工作原理与四冲程柴油机有所不同。
四冲程柴油机需要四个冲程才能完成一个循环，而二冲程柴油机只需要两个冲程。
这是因为二冲程柴油机的进气和排气是同时进行的，而四冲程柴油机需要通过气门控制进气和排气的时序。
此外，二冲程柴油机没有气门，而是通过活塞运动控制进气和排气，因此结构更加简单。
二冲程柴油机的工作原理虽然简单，但也存在一些问题。
由于没有气门控制进气和排气的时序，容易出现进排气混合的情况，导致燃烧不充分，降低发动机效率。
此外，由于没有气门，进气和排气的噪音较大，对环境和人体健康造成一定影响。
二冲程柴油机是一种结构简单、功率密度高的内燃机，其工作原理是通过压缩空气使柴油燃料自燃，产生动力。
虽然存在一些问题，但在一些特殊场合仍然得到广泛应用。
二冲程柴油机分析
二冲程柴油机分析二冲程柴油机的工作原理主要包括进气、压缩、燃烧、排气四个过程。
在进气过程中，活塞在运行过程中将混合气体进入发动机的气缸中。
然后，活塞向上运动，压缩混合气体，使其达到较高的温度和压力。
随后，柴油喷射器将高压燃油喷射到气缸中，与高温高压空气混合并燃烧。
最后，活塞向下运动，将燃烧后的废气排出。
二冲程柴油机的结构相对简单，主要由气缸、曲轴连杆机构、缸盖、缸盖等部件组成。
其中，气缸盖位于气缸的上方，用于密封气缸。
曲轴连杆机构由曲轴和连杆构成，用于将活塞的线性运动转换为曲轴的旋转运动。
缸盖位于底部，用于密封和支持气缸。
1.结构简单：二冲程柴油机相比于四冲程柴油机少了一个冲程，因此其结构相对简单，部件较少，重量较轻。
这使得二冲程柴油机在一些对重量和体积有要求的设备中具有优势。
2.排气效率高：由于每个活塞的下行冲程同时完成了排气和进气过程，二冲程柴油机的排气效率相对较高。
这使得二冲程柴油机在一些高速运转和负载变化较大的应用场景中具有优势。
3.运行可靠：二冲程柴油机的结构简单，没有气门机构，减少了故障点和维护成本。
同时，由于其冲程较短，活塞运动频率较高，冲击力较大，因此活塞、曲轴等部件的强度要求较高，使得运行更加可靠稳定。
然而，二冲程柴油机也存在一些不足之处。
首先，由于每个活塞的上行和下行冲程同时完成了进气、压缩、燃烧和排气等过程，因此燃烧不完全和排放污染物的问题较为突出。
其次，由于缺少气门机构，对冷却和润滑的要求较高，需要采取措施进行冷却和润滑。
此外，二冲程柴油机的功率密度较小，不能适应大功率、高速的工况要求。
综上所述，二冲程柴油机是一种结构简单、重量轻、占用空间小、运行可靠、维护方便的内燃机。
尽管存在一些不足，但在一些对重量和体积有要求、负载变化较大的应用场景中仍具有一定的优势和应用价值。
相信随着技术的不断发展，二冲程柴油机在未来会有更好的发展和应用。
二冲程发动机工作原理
二冲程发动机工作原理
二冲程发动机是一种简化结构的内燃机，它在每两个行程内完成一次工作循环，相比四冲程发动机，它的工作原理更为简单。
二冲程发动机的工作原理如下：
1. 进气行程：活塞下行时，气缸内形成负压，进气门打开，混合气通过进气道进入气缸，同时会被发动机底部的传动机构压缩。
2. 压缩行程：活塞上行时，气缸内的混合气被压缩，然后被提前点火的火花塞点火。
由于压缩行程和爆发行程在同一行程内完成，所以火花塞的点火时机需要提前一定角度。
3. 爆发行程：混合气被点燃后，燃烧产生的高温高压气体迅速膨胀，将活塞推向下行，同时通过传动机构输出动力。
4. 排气行程：活塞再次上行时，废气通过排气口排出气缸，排气门打开，废气被排出，同时新鲜空气通过进气门进入气缸，为下一次工作循环做准备。
需要注意的是，二冲程发动机的简化结构使其无法完全实现自动化的气门控制，故其进气和排气过程需要通过传动机构来实现。
同时，由于混合气和废气在同一行程内进出气缸，二冲程发动机的排放性能相对较差，污染物排放较高。
总的来说，二冲程发动机通过简化内部工作原理实现了高功率
输出，但由于其排放性能差等问题，目前在汽车领域被逐渐取代。
二冲程与四冲程柴油机区别
1、二冲程柴油机的工作原理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，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。
图是二冲程柴油机工作原理图。
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气箱中，并在其中保持一定的压力。
现以图说明二冲程柴油机的工作原理。
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。
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012，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下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工作原理示意图扫气及压缩冲程：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。
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对置活塞二冲程柴油机介绍
1992年，乌克兰马利切夫制造厂的6ТД-2正式被列装于T-84坦克，之后该型发动机经过强化改造后，新一代机型6ТД-3功率达到1103kW(1500ph－马力)，这两个发动机的主要性能指标见表1。
表1 乌克兰6ТД-2、6ТД-3发动机主要技术指标
主要系统构成为：曲柄连杆机构，传动机构，涡轮增压系统，燃料系统，调节和控制系统，润滑系统，冷却系统，进排气系统，带辅助起动装置的起动系统，紧急警告和发动机保护系统。
其结构特征为：
1)几何压缩比大约为18.5，实际压缩比为14.7~14.8；
2)气缸体、曲轴箱采用的材料是铝合金AL-5；
3)活塞的设计重点考虑了热负荷的问题，在组合活塞的顶部使用了耐热钢
20Kh25N20S2，有效阻止活塞铝体的过热，组合活塞的裙部使用了AK4-1铝合金；
4)活塞传力给连杆是通过活塞销和滚针轴承，滚针由耐热钢制造；
5)曲轴有两根，一个为进气曲轴，另一个为排气曲轴，曲轴之间通过主传动装
置连接，保证同步、同方向旋转，曲轴采用高强度合金模锻，并经过机加、渗氮和抛光工艺处理；
6)每个气缸配置4个喷油嘴；
7)两级离心式压气机，单级轴流涡轮；
8)油泵的最高供油压力为75MPa。
综合上述性能结构指标，可以看出：乌克兰发展的6ТД-2、6ТД-3，标定功率为883kW～1103kW，单位体积功率达到1096 kW/m3，处于世界领先水平。
另
外，其在高速柴油机燃烧系统、布局与系统分析技术、耐高热负荷、低散热技术等单项技术领域也有明显的优势。