導(dǎo)讀之前我有寫(xiě)過(guò)大型船用二沖程柴油機(jī)換氣的工作原理，可能是因?yàn)閷?xiě)的不好，所以沒(méi)什么推薦。但是我覺(jué)得二沖程柴油機(jī)的工作原理（主要是換氣）是非常有意思的，值得講講的....

之前我有寫(xiě)過(guò)大型船用二沖程柴油機(jī)換氣的工作原理，可能是因?yàn)閷?xiě)的不好，所以沒(méi)什么推薦。但是我覺(jué)得二沖程柴油機(jī)的工作原理（主要是換氣）是非常有意思的，值得講講的，所以我決定改進(jìn)后再寫(xiě)一篇，這也算是老話新談了吧。

發(fā)動(dòng)機(jī)原理

今天我換了一種方式來(lái)寫(xiě)，請(qǐng)一個(gè)“老朋友”來(lái)做幫忙，這樣講起來(lái)可能更形象一點(diǎn)。咱們先還是有請(qǐng)“老朋友”上場(chǎng)吧，由芬蘭的瓦錫蘭公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，型號(hào)為14RT-flex96C.船用柴油機(jī)。14RT-flex96C是一款采用直列14缸設(shè)計(jì)的低速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，接近10.9萬(wàn)馬力，長(zhǎng)27.3米，高13.5米，裝機(jī)總重2446噸（凈重2300噸），轉(zhuǎn)速102轉(zhuǎn)/分，使用重油，熱效率達(dá)到50%。14RT-flex96C.船用柴油機(jī)可以說(shuō)是船用大型低速二沖程十字頭式柴油機(jī)的代表了，雖然說(shuō)現(xiàn)在有點(diǎn)落伍了，但是用來(lái)做載體是再好不過(guò)的了。

14RT-flex96C.船用柴油機(jī)。

當(dāng)我拿出這款柴油機(jī)的時(shí)候，估計(jì)又有人來(lái)噴我了，噴我準(zhǔn)備拿著這款柴油機(jī)在頭條混幾年？我要奉勸噴子們，眼里只會(huì)盯著這款柴油機(jī)噴，而忽略其背后的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)知識(shí)，本末倒置真是可惜了我的初衷啊！我為什么老拿14RT-flex96C.船用柴油機(jī)做例子？只是想把它作為一個(gè)載體，這樣空洞的知識(shí)就會(huì)形象化，便于大家看懂。

四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)原理

四沖程柴油機(jī)的工作原理相信大家都非常了解，我就不再講解了。二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)最大的區(qū)別就是，沒(méi)有了獨(dú)立的進(jìn)氣和排氣沖程，其進(jìn)氣和排氣過(guò)程被重疊在了下止點(diǎn)位置，這樣只要兩個(gè)沖程就可以完成一個(gè)工作循環(huán)。而兩個(gè)沖程就可以完成一個(gè)工作循環(huán)，也就意味著兩臺(tái)氣缸尺寸和轉(zhuǎn)速相同的二沖程和四沖程柴油機(jī)，二沖程柴油機(jī)的功率是四沖程柴油機(jī)的一倍（實(shí)際達(dá)不到）；反之在相同功率的情況下，二沖程柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速能減少一半。在相同功率的情況下降低轉(zhuǎn)速是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)?4RT-flex96C是船用柴油機(jī)，為了匹配船舶螺旋槳低轉(zhuǎn)速高效率的特性，所以在保持功率不變的情況下要盡量降低轉(zhuǎn)速，這樣二沖程對(duì)于14RT-flex96C.船用柴油機(jī)降低轉(zhuǎn)速是有優(yōu)勢(shì)的。

柴油機(jī)的四個(gè)沖程

既然我們知道了二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)最大的區(qū)別在于換氣，那么我們寫(xiě)二沖程柴油機(jī)的工作原理，其實(shí)只要寫(xiě)換氣的原理就可以了。

二沖程柴油機(jī)的換氣形式能分為兩大類：彎流掃氣和直流掃氣。等下我先講簡(jiǎn)單的彎流掃氣，再講復(fù)雜一點(diǎn)的直流掃氣，至于兩大類下面的細(xì)分我就不再講了。至于換氣為什么叫掃氣，等下原理里面會(huì)講到。

彎流掃氣

彎流掃氣的原理就是：通過(guò)在氣缸下部設(shè)置氣口，左邊為進(jìn)氣（掃氣口），右邊為排氣，排氣口比進(jìn)氣口高一點(diǎn)，進(jìn)排氣的開(kāi)關(guān)都是由活塞來(lái)控制的。此外二沖程柴油機(jī)在進(jìn)氣位置還設(shè)有掃氣泵和掃氣箱。掃氣泵預(yù)先把空氣壓縮送入掃氣箱（掃氣箱的壓力大于大氣壓力）。當(dāng)高溫高壓的燃?xì)馀蛎涀龉ぃ苿?dòng)活塞下行到排氣氣口位置時(shí)，排氣口打開(kāi)，缸內(nèi)外的壓力差讓缸內(nèi)剩余的燃?xì)飧咚倥懦觯變?nèi)壓力隨之下降，當(dāng)下降到掃氣壓力時(shí)，下行的活塞會(huì)把進(jìn)氣口打開(kāi)，掃氣箱里的新鮮空氣就會(huì)充入氣缸，并進(jìn)行掃氣，把缸內(nèi)的廢氣經(jīng)過(guò)排氣口掃出去。這樣就完成了氣缸的換氣工作。

彎流掃氣柴油機(jī)

彎流掃氣它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，便于維護(hù)的特點(diǎn)；不過(guò)因?yàn)槠湓诟變?nèi)流動(dòng)路線是是彎曲的，所以其掃氣路線長(zhǎng)，流動(dòng)阻力大，需要掃氣壓力較高；同時(shí)容易造成柴油機(jī)新氣和廢氣混雜嚴(yán)重，存在掃氣死角，還有氣流短路等問(wèn)題引起柴油機(jī)換氣質(zhì)量不高，最終導(dǎo)致彎流掃氣柴油機(jī)的燃油消耗率較高。

彎流掃氣原理

直流掃氣

直流掃氣的原理：就是在氣缸下部布置一圈進(jìn)氣口，的上部設(shè)置排氣閥，新鮮空氣從氣缸下部的掃氣口進(jìn)入，驅(qū)趕空氣從上部的排氣閥排出，達(dá)到完成換氣的目的。

二沖程柴油機(jī)的氣缸套

這種換氣形式優(yōu)勢(shì)很明顯，因?yàn)閽邭饪谝话阍O(shè)置成一定的傾斜角度，進(jìn)入的新鮮空氣，在氣缸內(nèi)旋轉(zhuǎn)，形成氣流界面，能使新新空氣不易和廢氣混合，并且掃氣路線是直線，掃氣阻力小，不存在死角，大大提高了換氣質(zhì)量，降低了燃油消耗率，所以直流掃氣的大型低速二沖程柴油機(jī)成為了主流。而14RT-flex96C就是采用的直流掃氣的二沖程柴油機(jī)。

直流掃氣原理

當(dāng)然直流掃氣還有一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)是其對(duì)于“低轉(zhuǎn)速—長(zhǎng)沖程”的適應(yīng)性，所以直流掃氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展也推動(dòng)了低轉(zhuǎn)速—長(zhǎng)沖程”柴油機(jī)的發(fā)展。所謂“低轉(zhuǎn)速—長(zhǎng)沖程”就是自上世紀(jì)80年代爆發(fā)能源危機(jī)，為了省油興起的大型低速二沖程柴油機(jī)新的發(fā)展思路。

燃油

因?yàn)榇笮痛盎旧喜捎玫牡退僦鳈C(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳的形式（不用齒輪箱，螺旋槳和主機(jī)轉(zhuǎn)速一致），這時(shí)如果功率一定，螺旋槳的直徑越大，轉(zhuǎn)速越低，效率就越高。也就是說(shuō)在不降低主機(jī)功率的情況下，降低主機(jī)轉(zhuǎn)速就能提高船舶的推進(jìn)效率。降低主機(jī)轉(zhuǎn)速提高功率的方法有很多，比如增大行程缸徑比（低轉(zhuǎn)速—長(zhǎng)沖程化）、提高最高爆炸壓力和平均有效壓力之比（現(xiàn)在低速機(jī)最高爆炸壓力能達(dá)到16~18MPa）、改進(jìn)燃油噴射技術(shù)（采用高壓共軌系統(tǒng)）等等。我等下只講一下增大行程缸徑比（低轉(zhuǎn)速—長(zhǎng)沖程化）。

航行中的船舶

低轉(zhuǎn)速—長(zhǎng)沖程化，就是在柴油機(jī)功率不降低的情況下通過(guò)降低柴油機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，同時(shí)加長(zhǎng)沖程，活塞平均速度保持不變，這樣不僅能提高了柴油機(jī)自身效率，也提高了船舶整體推進(jìn)效率，所以能達(dá)到節(jié)油的目的。這種設(shè)計(jì)的效果非常明顯，所以后來(lái)的柴油機(jī)的沖程也就越來(lái)越大，沖程缸徑比也就越來(lái)越大。現(xiàn)在最大的達(dá)到了4點(diǎn)幾，也就是說(shuō)如果是半米的缸徑?jīng)_程能達(dá)到兩米多。當(dāng)然這樣設(shè)計(jì)的后果就是柴油機(jī)的體積非常龐大，所以現(xiàn)在的船用低速機(jī)，動(dòng)不動(dòng)就十幾米高。

國(guó)產(chǎn)的大型低速柴油機(jī)

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作者：小船人的夢(mèng)想 2018年11月17號(hào)（凌晨）