四冲程柴油机循环原理（通过世界最大缸径柴油机）

以前每次写世界最大柴油机相关的文章，总有网友在下面问我：我国能造这种大型低速机吗？今天我就带大家看看我国制造的低速柴油机上的一个世界第一。由“上海中船三井造船柴油机有限公司”制造的世界最大缸径柴油机“8K98MC”，这货的缸径达到了惊人的980mm（近一米），比瓦锡兰公司设计生产的世界最大的型号为“RT-flex96C.船用柴油机”960mm的缸径还要大些。据传现在有了1080mm缸径的柴油机，不知道真假，有了解的网友介绍以下呗。

找不到8K98MC柴油机的照片，找了它弟弟8K90MC柴油机的照片顶一下

很可惜网上找不到“8K98MC柴油机”的照片，只在其官网找来了该柴油机的参数，型号：8K98MC，缸径：980mm，行程：2660mm，转速：94r/min，功率：45760Kw，重量：1514吨，长：17.3米，宽4.6米，高：14.8米。虽说这参数比不上世界最大的柴油机，但是就这数据也是很吓人的，据说其曲轴就重达几百吨。

大型低速机的曲轴

不过我们今天重点不是来讲这款柴油机有多大的，而是通过用这款柴油机，来讲讲大型低速二冲程柴油机的配气机构换气原理。通过上面的数据我们了解到，该款柴油机缸径近一米，行程达到2.66米，这么大一个空间的换气自然是个很大的学问啊！

大型低速二冲程柴油机的内部结构

相较于大部分汽车用的四冲程柴油机，船用的二冲程柴油机是不依靠活塞来进行进排气的，所以没有了单独的进气行程和排气行程。它把进排气的过程设置在下止点的位置。

四冲程柴油机原理

二冲程柴油机换气的基本原理就是：通过在气缸上设置气口，左边为进气，右边为出气，排气口比进气口高一点，进排气的开关都是由活塞来控制的。此外二冲程柴油机在进气位置还设有扫气泵和扫气箱。扫气泵预先把空气压缩送入扫气箱（扫气箱的压力大于大气压力）。当高温高压的燃气膨胀做工，推动活塞下行到排气气口位置时，排气口打开，缸内外的压力差让缸内剩余的燃气高速排出，缸内压力随之下降，当下降到扫气压力时，下行的活塞会把进气口打开，扫气箱里的新鲜空气就会充入气缸，并进行扫气，把缸内的废气经过排气口扫出去。这样就完成了气缸的换气工作。

二冲程柴油机的原理

其实上面讲的换气原理就是最基本的“弯流扫气”形式。它具有结构简单，可靠，便于维护的特点，不过因为其在缸内流动路线是是弯曲的，所以其扫气路线长，流动阻力大，需要扫气压力高，这样会造成柴油机，新气和废气混杂严重，存在扫气死角，还有气流短路等问题引起柴油机换气质量不高，最终导致“弯流扫气”柴油机的柴油机燃油消耗率较高。所以后来又发展出“直流扫气”的柴油机。

弯流扫气

直流扫气的原理：就是在气缸下部布置一圈进气口，的上部设置排气阀，新鲜空气从气缸下部的扫气口进入，驱赶空气从上部的排气阀排出，达到完成换气的目的。这种换气形式优势很明显，因为扫气口一般设置成一定的倾斜角度，进入的新鲜空气，在气缸内旋转，形成气流界面，能使新新空气不易和废气混合，并且扫气路线是直线，扫气阻力小，不存在死角，大大提高了换气质量，降低了燃油消耗率，所以直流扫气的大型低速二冲程柴油机成为了主流。

直流扫气的大型低速二冲程柴油机因其对“低转速—长冲程”的适应性，也推动了低转速—长冲程”柴油机的发展。所谓“低转速—长冲程”就是自上世纪80年代爆发能源危机，为了省油兴起的大型低速二冲程柴油机新的发展思路。

能源开采

因为船舶大型低速机基本上是采用的主机直接驱动螺旋桨的形式（没有齿轮箱），这时如果功率一定，螺旋桨的直径越大，转速越低，效率越高。也就是说在不降低主机功率的情况下，降低转速就是提高船舶的推进效率。

船舶

低转速—长冲程的柴油机就是：通过降低柴油机的设计转速，同时加长冲程，活塞平均速度保持不变，这样不仅能提高了柴油机的自身效率，还能达到节油的目的。这种设计的效果非常明显，所以后来的柴油机冲程也就越来越大，冲程缸径比也就越来越大，现在最大的达到了4点几，也就是说如果是500mm的缸径冲程能达到2000mm左右。但是因为“弯流扫气”的性质决定了冲程不能太长（现在湾流扫气的机器冲程缸径比最大的才做能到2点几），所以“弯流扫气”的柴油机就有些不能适应低转速—长冲程的要求了。这也是“弯流扫气”柴油机没落的一个原因之一吧。

世界最大的柴油机就是采用的直流扫气

所以世界最大的柴油机”RT-flex96C.船用柴油机“就是采用的”直流扫气“这种形式；而开头讲的我国制造的世界最大缸径柴油机”8K98MC船用柴油机“也是采用了这样形式的换气。

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作者：小船人的梦想 2018年8月