四冲程柴油机与二冲程柴油机的对比综述

四冲程柴油机与二冲程柴油机的对比综述
【摘要】柴油机根据工作方式的不同可以分为四冲程柴油机和二冲程柴油机，本文将在结构与原理及维修方面简单的介绍一下四冲程柴油机与二冲程柴油机的区别。

【关键词】柴油机；四冲程；二冲程
1引言
按照柴油机工作循环的不同可以将其分为四冲程柴油机和二冲
程柴油机。

四冲程柴油机属于高速机，高速柴油机广泛应用于海上作战、追捕、执法执勤等任务的需要。

二冲程柴油机属于低速机，大功率低速柴油机广泛应用于散货船、油船、集装箱船等大型远洋船舶上，由于船舶日趋大型化、巨型化与自动化以及对船舶主机的经济性、可靠性的要求日益提高，大功率二冲程低速柴油机的技术发展呈现出整体优化的趋势；本文将在结构原理以及维修保养方面浅谈一下四冲程柴油机与二冲程柴油机的区别。

2工作原理的区别
2.1四冲程柴油机工作原理：
柴油机的工作是由进气、压缩、动力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。

2.1.1进气冲程
第一冲程——进气，它的任务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。

当曲轴旋转时，连杆使活塞由上止点向下止点移动，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：造成气缸内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。

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
2.1.2压缩冲程
第二冲程——压缩。

压缩时活塞从下止点向上止点运动，这个冲程的功用有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，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就不断升高，当压缩终点的温度比柴油自燃的温度高时，喷入气缸的柴油被点燃，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。

在这一过程中进气阀门与排气阀门都是关闭的。

2.1.3动力冲程
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，因此气体的压力和温度便急剧升高，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。

2.1.4排气冲程
第四冲程——排气。

排气冲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。

排气阀一打开，具有一定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惯性使废气排出得干净，排气阀在上止点以后才关闭。

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。

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。

2.2二冲程柴油机的工作原理：
二冲程柴油机的一个工作循环是在曲轴旋转一圈内完成的。

即实现进气、压缩、膨胀和排气这四个步骤是在３６０°曲轴转角内完成的。

这种柴油机的压缩和膨胀是一个比较完整的活塞行程，所以称为二冲程柴油机。

而进气和排气则是在膨胀过程结束和压缩过程开始前的很短的时间内（先排气、后进气，并有进排气重叠）完成的。

2.2.1第一行程
活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。

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，空气停止充入，排气还在进行，这阶段称为“过后排气阶段”。

排气口关闭时，气缸中的空气就开始被压缩。

当压缩至上止点前时，喷油器将燃油喷入气缸，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。

2.2.2第二行程
活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。

活塞在高温高压燃气的推动下，由上止点向下运动，对外膨胀作功，活塞下行直至排气口打开，膨胀作功过程结束，气缸内大量废气靠自身压力从排气口排入排气管。

当气缸内的压力降至接近扫气压力时，下行活塞将扫气口打开，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，但扫气过程一直继续到下一个冲程排气口关闭为止。

对比综述：在相同的气缸尺寸和转速下，二冲程发功机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一个工作循环。

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动机高。

3结构特点
3.1燃烧室组件
3.1.1气缸体
（1）四冲程柴油机的进，排气口通常设置在气缸盖上，气缸筒只是一光孔；双缸柴油机的两气缸筒间铸有矩形通道，可通过正时链条并安装张紧机构。

（2）大多数二冲程柴油机的配气机构采用回流和横流扫气方式，在工作过程中利用活塞在下止点附近的一部分行程进行换气，故在气缸下部区域开有排气口和扫气口。

这些气口的形状、打小、位置及表面粗糙度非常重要，因为它们关系到柴油机扫气效率的高低，同时也影响发动机的工作性能。

3.1.2气缸盖
（1）四冲程柴油机气缸盖是一个很复杂的部件（尤其是采用顶置式气门机构的机型），气缸盖上设置有、排气口、气道、气门、气门导管的通道、气门弹簧、气门摇臂、凸轮轴及其驱动机构等。

为了润滑安装在气缸盖上面的这些零件，气缸盖的铸件内腔设有专用油道。

（2）采用回流和横流配气机构的二冲程柴油机的气缸盖只铸有半球形燃烧室，不设进、排气口和气门等驱动零件，也没有润滑油油道，
比四冲程柴油机气缸盖要简单得多。

3.1.3活塞
二冲程柴油机和四冲程柴油机在转速相同的情况下，二冲程的做功次数多了1倍，故气缸内的平均温度比四冲程柴油机高，活塞的热负荷也较大，经活塞吸收的高温度燃气传给活塞环的热量也比四冲程机型高得多。

据有关资料介绍，二冲程柴油机活塞第一环槽的温度高达295~315℃。

因此，二冲程柴油机活塞的内腔顶部常制成为加强筋的圆拱形，这样既提高了活塞的刚度，又增加了散热能力。

二冲程柴油机的活塞较长，以便于在上止点时，其裙部能盖住气缸体上的排气口和扫气口，以防止排气管中的废弃倒流入曲轴箱。

3.2附属系统
3.2.1曲轴箱
（1）在四冲程柴油机中，曲轴箱不容纳可燃混合气，不设置进气口，也不装进气机构。

四冲程柴油机的曲轴箱与气缸部分几乎是连通的，利用活塞环与气缸壁的有效贴合和润滑油膜确保其良好的密封性能，防止气缸内的气体产生漏泄。

当活塞向下止点运行时，曲轴箱内呈正压状态，活塞向上止点运行时，曲轴箱内呈负压状态，曲轴箱内的气压始终处于正压和负压之间。

柴油机工作时，多多少少会有少量的可燃混合气和已燃废弃透过活塞环与气壁的微小缝隙窜入曲轴箱，如不及时排出，将严重影响发动机的正常运行。

因此，在四冲程曲轴箱的上口特意设置了与大气相通的“通气管”，以确保其内外压力平衡。

为了减少曲轴箱内的机油蒸汽对大气环境的污染，现代柴油机采用闭合式曲轴箱通风系统，用一根专用软管输送到空气滤清器中，使未燃的燃料重新进
行燃烧。

（2）二冲程柴油机大多利用曲轴箱进行扫气，它的曲轴箱上往往开有进气口，并装有进气机构（有的机型进气口设置在气缸体上），作为可燃混合气进入曲轴箱的通道。

因二冲程机型曲轴箱容纳来自化油器的可燃混合气，所以曲轴箱必须保持高度的密封。

二冲程多缸柴油机每缸的曲轴箱同样是互不连通的，以免互相窜起。

3.2.2配气机构
四冲程柴油机通过正时链条将曲轴的旋转运动传递给凸轮轴（采用下置式机构的机型由曲轴正时齿轮与凸轮轴齿轮啮合实现），凸轮轴在转动过程中，进、排气凸轮轴推动气门摇臂摆动，在气门弹簧的作用下，使进、排气门定时开闭，且保持气门关闭的高度密封。

大部分二冲程柴油机的配气机构，是可燃混合气通过专门的阀门（采用的阀门有活塞环、弹簧片、旋转阀、活塞——弹簧片等4种），在一定压力下进入曲轴箱，再由曲轴箱进行扫气，来完成柴油机的扫气和排气。

3.2.3润滑方式
四冲程柴油机设置有专门的润滑系统，机油泵吸油前，先通过机油滤清器进行过滤，再由机油泵泵出带有压力的机油来润滑曲轴、连杆大头轴承、活塞内腔、活塞销、变速器、气门驱动机构等，其余则利用曲轴曲柄臂、正时链条、变速齿轮的旋转运动，即采用飞溅润滑方式润滑气缸壁、活塞裙部、活塞环、活塞销等零件。

对二冲程柴油机而言，它不能像四冲程机那样实现其关键部位的压力润滑和机油的循环使用，而只能以下列2种方式进行润滑：（1）预混合润滑法：将机油按一定比例预先掺入燃料中，并充分搅
拌，依附混合在燃料中的机油润滑柴油机内的运动摩擦副零件的表面。

（2）分离润滑法：将燃料和机油分别装在2个机油箱内，通过机油泵将机油压送至化油器的柱塞腔内与燃料空气混合进入曲轴箱，其机油流量则由油门开度来控制。

这两种润滑方式的机油全部参与混合气循环的一切过程，而不能回收。

就其应用最多的分离而言，曲轴箱内的主轴承、连杆打小头滚针轴承，以及气缸、活塞组件等摩擦副都是依附机油、汽油和空气混合气体进行润滑的。

并且在发动机的整个工作过程中，总是用新鲜的润滑油，几乎随燃料全部烧掉，因此易造成火花塞积碳、气环粘结和排气口（含排气消声器）堵塞。

3.2.4可燃混合气体的组成
四冲程柴油机的可燃混合气是由柴油、空气按一定比例混合而成；二冲程柴油机的可燃混合气由柴油、机油和空气按一定比例混合而成。

因此，二冲程与四冲程柴油机匹配的化油器形式不同：从化油器的结构上来讲，绝大多数四冲程柴油机采用真空膜片阀化油器（也有少数机型采用柱塞式化油器），用怠速调节螺钉调整进入怠速油系中的混合气量；二冲程柴油机用柱塞式化油器的怠速调节螺钉是调整进入怠速油系中的空气量。

4维修及保养方面的区别
4.1两种柴油机的维修特点
由上述内容可以看到，除去汽缸、活塞总成的维修是两者共同点外，四冲程柴油机的维修主要来自于配气机构，而二冲程柴油机的维
修主要来自于曲轴连杆总成。

（1）四冲程柴油机配气机构集中在汽缸头和正时链。

对于磨损和损坏的组件和零件为凸轮轴、气门、气门弹簧、摇臂、摇臂轴、正时链、主动及从动时规齿轮和张紧装置等，一般采用更换新件的方法。

对于凸轮轴两轴颈与轴孔磨损超差的维修，一般采用轴孔镶套的方法，使之恢复正常的配合间隙。

对于气门漏气需更换新气门，还需进行气门的研磨。

（2）二冲程柴油机的维修。

曲轴连杆总成是二冲程发动机维修的重点和难点。

对于磨损和损坏的曲轴油封和轴承，必须更换新件。

对于连杆大头孔、滚针轴承、轴的磨损稍差，一般采用更换曲轴连杆总成的方法，也可采用更换连杆总成的方法，但其分解和组装需在大型专用设备上进行，而且需认真检测，即使对单件零件（如曲轴油封、曲轴轴承)的更换，都必须对柴油机部分和传动部分（起动装置、离合器、变速器等）进行总拆装，不仅拆装工作量远远大于四冲程发动机，而且对拆装质量的要求也很高。

机油泵供油正常与否，关系到相关零件和组件的使用寿命，所以是二冲程发动机维修的项目之一。

4.2两种柴油机的保养
（1)四冲程柴油机应经常检查齿轮的油面，保持正常的油面高度；保证机油泵的正常工作和油道的畅通；定期更换机油；酌情检查时规链条的松紧度和气门间隙，并调整。

（2)二冲程发动机必须保证机油泵的正常工作和油道的畅通，调整好混合气中机油的比例。

定期清除火花塞、燃烧室、排气口、扫气口及排气管等的积碳。

5结束语
通过以上的分析，我们已经发现，四冲程柴油机与二冲程柴油机在工作原理、结构、维修、故障诊断以及保养等方面存在诸多不同。

通过本文的介绍，我们要切实掌握它们之间所存在的不同与差异，了解两种柴油机在性能上和工作特点上的差别，为我们以后在管理和保养方面打好坚实的基础，确保所管理设备时刻处于良好的状态。