之前我有寫過大型船用二衝程柴油機換氣的工作原理，可能是因為寫的不好，所以沒什麼推薦。但是我覺得二衝程柴油機的工作原理（主要是換氣）是非常有意思的，值得講講的，所以我決定改進後再寫一篇，這也算是老話新談了吧。
發動機原理
今天我換了一種方式來寫，請一個“老朋友”來做幫忙，這樣講起來可能更形象一點。咱們先還是有請“老朋友”上場吧，由芬蘭的瓦錫蘭公司設計生產的，型號為14RT-flex96C.船用柴油機。14RT-flex96C是一款採用直列14缸設計的低速柴油發動機，接近10.9萬馬力，長27.3米，高13.5米，裝機總重2446噸（淨重2300噸），轉速102轉/分，使用重油，熱效率達到50%。14RT-flex96C.船用柴油機可以說是船用大型低速二衝程十字頭式柴油機的代表了，雖然說現在有點落伍了，但是用來做載體是再好不過的了。
14RT-flex96C.船用柴油機。
當我拿出這款柴油機的時候，估計又有人來噴我了，噴我準備拿著這款柴油機在頭條混幾年？我要奉勸噴子們，眼裡只會盯著這款柴油機噴，而忽略其背後的船舶發動機知識，本末倒置真是可惜了我的初衷啊！我為什麼老拿14RT-flex96C.船用柴油機做例子？只是想把它作為一個載體，這樣空洞的知識就會形象化，便於大家看懂。
四衝程發動機原理
四衝程柴油機的工作原理相信大家都非常瞭解，我就不再講解了。二衝程柴油機和四衝程柴油機最大的區別就是，沒有了獨立的進氣和排氣衝程，其進氣和排氣過程被重疊在了下止點位置，這樣只要兩個衝程就可以完成一個工作循環。而兩個衝程就可以完成一個工作循環，也就意味著兩臺氣缸尺寸和轉速相同的二衝程和四衝程柴油機，二衝程柴油機的功率是四衝程柴油機的一倍（實際達不到）；反之在相同功率的情況下，二衝程柴油機的轉速能減少一半。在相同功率的情況下降低轉速是有優勢的，因為14RT-flex96C是船用柴油機，為了匹配船舶螺旋槳低轉速高效率的特性，所以在保持功率不變的情況下要儘量降低轉速，這樣二衝程對於14RT-flex96C.船用柴油機降低轉速是有優勢的。
柴油機的四個衝程
既然我們知道了二衝程柴油機和四衝程柴油機最大的區別在於換氣，那麼我們寫二衝程柴油機的工作原理，其實只要寫換氣的原理就可以了。
二衝程柴油機的換氣形式能分為兩大類：彎流掃氣和直流掃氣。等下我先講簡單的彎流掃氣，再講複雜一點的直流掃氣，至於兩大類下面的細分我就不再講了。至於換氣為什麼叫掃氣，等下原理裡面會講到。
彎流掃氣
彎流掃氣的原理就是：通過在氣缸下部設置氣口，左邊為進氣（掃氣口），右邊為排氣，排氣口比進氣口高一點，進排氣的開關都是由活塞來控制的。此外二衝程柴油機在進氣位置還設有掃氣泵和掃氣箱。掃氣泵預先把空氣壓縮送入掃氣箱（掃氣箱的壓力大於大氣壓力）。當高溫高壓的燃氣膨脹做工，推動活塞下行到排氣氣口位置時，排氣口打開，缸內外的壓力差讓缸內剩餘的燃氣高速排出，缸內壓力隨之下降，當下降到掃氣壓力時，下行的活塞會把進氣口打開，掃氣箱裡的新鮮空氣就會充入氣缸，並進行掃氣，把缸內的廢氣經過排氣口掃出去。這樣就完成了氣缸的換氣工作。
彎流掃氣柴油機
彎流掃氣它具有結構簡單，可靠，便於維護的特點；不過因為其在缸內流動路線是是彎曲的，所以其掃氣路線長，流動阻力大，需要掃氣壓力較高；同時容易造成柴油機新氣和廢氣混雜嚴重，存在掃氣死角，還有氣流短路等問題引起柴油機換氣質量不高，最終導致彎流掃氣柴油機的燃油消耗率較高。
彎流掃氣原理
直流掃氣
直流掃氣的原理：就是在氣缸下部佈置一圈進氣口，的上部設置排氣閥，新鮮空氣從氣缸下部的掃氣口進入，驅趕空氣從上部的排氣閥排出，達到完成換氣的目的。
二衝程柴油機的氣缸套
這種換氣形式優勢很明顯，因為掃氣口一般設置成一定的傾斜角度，進入的新鮮空氣，在氣缸內旋轉，形成氣流界面，能使新新空氣不易和廢氣混合，並且掃氣路線是直線，掃氣阻力小，不存在死角，大大提高了換氣質量，降低了燃油消耗率，所以直流掃氣的大型低速二衝程柴油機成為了主流。而14RT-flex96C就是採用的直流掃氣的二衝程柴油機。
直流掃氣原理
當然直流掃氣還有一個很大的優勢是其對於“低轉速—長衝程”的適應性，所以直流掃氣發動機的發展也推動了低轉速—長衝程”柴油機的發展。所謂“低轉速—長衝程”就是自上世紀80年代爆發能源危機，為了省油興起的大型低速二衝程柴油機新的發展思路。
燃油
因為大型船舶基本上採用的低速主機直接驅動螺旋槳的形式（不用齒輪箱，螺旋槳和主機轉速一致），這時如果功率一定，螺旋槳的直徑越大，轉速越低，效率就越高。也就是說在不降低主機功率的情況下，降低主機轉速就能提高船舶的推進效率。降低主機轉速提高功率的方法有很多，比如增大行程缸徑比（低轉速—長衝程化）、提高最高爆炸壓力和平均有效壓力之比（現在低速機最高爆炸壓力能達到16~18MPa）、改進燃油噴射技術（採用高壓共軌系統）等等。我等下只講一下增大行程缸徑比（低轉速—長衝程化）。
航行中的船舶
低轉速—長衝程化，就是在柴油機功率不降低的情況下通過降低柴油機的設計轉速，同時加長衝程，活塞平均速度保持不變，這樣不僅能提高了柴油機自身效率，也提高了船舶整體推進效率，所以能達到節油的目的。這種設計的效果非常明顯，所以後來的柴油機的衝程也就越來越大，衝程缸徑比也就越來越大。現在最大的達到了4點幾，也就是說如果是半米的缸徑衝程能達到兩米多。當然這樣設計的後果就是柴油機的體積非常龐大，所以現在的船用低速機，動不動就十幾米高。
國產的大型低速柴油機
作者：小船人的夢想 2018年11月17號（凌晨）
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