学习报告提纲：
1.船用二冲程柴油机的发展历史
2.船用二冲程直流扫气柴油机的换气过程
1).二冲程柴油机的换气过程
2).二冲程柴油机换气的特点
3.总结与展望
参考文献
船用二冲程直流扫气柴油机的换气过程摘要：阐述了船用二冲程柴油机的发展历史，并详细介绍了船用二冲程直流扫气柴油机的换气过程，即一共分为自由排气、强制排气和扫气、过后排气三个阶段，并与四冲程柴油机换气过程作了简要比较。
关键词：二冲程；直流扫气；船用柴油机；换气过程。
作为大型船舶的主推进动力装置，如今二冲程直流扫气柴油机的应用已经越来越广泛。
但是，由于其缺乏单独的换气行程，换气的质量相对四冲程柴油机来说相对较差。
而换气质量的好坏将对燃油雾化、燃烧及产物排放等有着很大的影响。
因此对二冲程直流扫气柴油机换气过程的研究有着极其深远且积极的意义。
一、船用二冲程柴油机的发展历史
随着社会的发展和科学技术的提高，内燃机的发展也日新月异。
自从1876年德国人奥托(N．A．Otto)第一次提出了四冲程循环(即工作过程包括进气、压缩、膨胀、排气四个冲程)原理，并发明了电点
火的四冲程煤气机后，1880年英国的D．Clek和J．Robson,以及德
国人K．Benz等人成功地研制了二冲程内燃机。
1892年德国工程师RudolfDiesel又发明了压缩发火的内燃机并申请了专利，并于1897
年在MAN公司制成了第一台应用于实践的柴油机，该柴油机工作过程采用空气喷射，压缩发火，定压燃烧。
1904年柴油机首次应用于
船舶动力装置。
在此后40多年中，柴油机在自身逐步完善中有了很
大的发展。
直到60年代到70年代，船用低速柴油机进入了高速发展时代，它在船舶动力装置中取得了明显的压倒性优势。
二冲程柴油机
发展过程从投入使用到现在己经有了一百多年的历史，自从二冲程柴油机诞生以来，由于其在各种动力机械中具有热效率高，功率范围广，起动迅速，维修方便，运行安全，结构紧凑使用寿命长等优点，而且在气缸尺寸与转速相同，算上气口行程损失和扫气泵损失的情况下，二冲程柴油机发出的功率约为四冲程机的1.6~1.8倍。
所以二冲程柴油机如今逐渐成为了船舶的主推进装置。
在20世纪八十年代以前，二冲程柴油机出现过多种换气形式。
根据气流在气缸内的流动路线的不同，可以将二冲程柴油机的换气形式分为弯流和直流两大类。
其中弯流扫气是指扫气过程中扫气空气自下而上，然后由上而下清扫废气；直流扫气是指扫气过程中气流在气缸内自下而上呈盘旋状清扫废气。
排气阀一扫气口式直流扫气在气缸下部均匀的布置一圈扫气口，在气缸盖上装有排气阀。
进气口在纵向(与气缸轴线成一定的角度)和横向(与气缸半径成一定的角度)两个方向有倾斜角。
扫气时，空气从气缸下部进气口端进入气缸，沿气缸中心线上行驱赶废气从气缸盖上的排气阀排出气缸。
扫气空气进入气缸后有向上和绕气缸轴线旋转的运动。
这一旋转的气流形成“气垫”，使空气与废气不易掺混，扫气效果比较好。
同时排气阀的启闭由排气凸轮控制不受活塞运动的限制，所以排气阀可以迟于扫气口关闭，也可以与扫气口同时关闭，甚至早于扫气口关闭。
然而不同的换气形式对换气质量有重要的影响，弯流扫气柴油机气流扫气时气流在气缸内的流动路线长(通常大于2S)，新鲜空气与废气易掺混且存在死角与气流短路现象，因而换气质量较差。
尤其在横流扫气中，缸套下部的进、
排气口两侧受热不同，容易产生变形。
而直流扫气时，气流在缸内流动路线短(约为S)，新气与废气不易掺混，因而换气质量较好，同时
缸套下方受热均匀，因此目前船用二冲程柴油机普遍广泛采用气口—气阀式直流扫气（如图1）。
图1-直流扫气
二、船用二冲程直流扫气柴油机的换气过程
船用二冲程直流扫气柴油机和四冲程柴油机同样具有进气、压缩、燃烧、膨胀和排气过程，不同的是这些过程只用两个活塞行程来完成，其中差别最大的是换气过程。
1．二冲程柴油机的换气过程
对于直流扫气二冲程柴油机，其换气过程的工作顺序是：在膨胀行程的末期，活塞下行，首先打开排气口，开始排气，而后扫气口开启，具有一定压力的新鲜空气由扫气口流入气缸，并强迫废气由排气口流出，进行充量交换，然后活塞到达下止点后又上行，依次将扫气口和排气口关闭，换气过程结束。
图2是二冲程柴油机换气过程示意图。
图2-二冲程柴油机换气过程示意图
根据换气过程中气缸的压力变化特点，通常把二冲程柴油机换气过程分为三个阶段，即自由排气阶段、强制排气和扫气阶段以及过后排气阶段。
1）自由排气阶段（B—R）
从排气口的开启点B到开始进气的点R（此时气缸内的压力与扫气压力p k相等）为止称为自由排气阶段。
在这一阶段里，气缸内的废气借助于缸内与排气管中的压力差(p-p r)经开启着的排气口高速流入排气管中，使气缸内的压力急剧降低。
一般来说，当活塞下行到点D开启扫气口时，气缸内的压力p d仍略高于扫气压力p k。
但因扫气口的节流和排气的流动惯性，不会发生废气经扫气口倒冲至扫气箱去。
但若因排气口堵塞而使p d超过p k很多时，则有可能发生废气倒冲现象，甚至引起扫气箱着火。
2）强制排气和扫气阶段（R—C）
当气缸压力下降到稍低于扫气压力p k时，新鲜空气经扫气口进入气缸，直到活塞下行到下止点后再上行将扫气口关闭为止，即是强
制排气和扫气阶段。
此阶段主要靠新鲜空气与缸内废气的压力差，利用新鲜空气清扫废气把废气从气缸中强制排出。
显然，在此阶段新鲜空气与废气发生掺混，并有部分新鲜空气经排气口排出。
3）过后排气阶段（C—E）
从扫气口关闭（点C）到排气口关闭（点E）为止称为过后排气阶段。
在这一阶段，缸内的部分新鲜空气将经仍开启着的排气口排至排气管，是一个新气损失阶段，因此越短越好。
若能以某种方式控制排气口，使它与进气口同时关闭或早于进气口关闭，则可避免过后排气损失或实现过后充气。
点E后，气缸内开始压缩行程。
2．二冲程柴油机换气的特点
二冲程柴油机的换气过程和四冲程柴油机相比有很大的不同，主要表现在：
（1）二冲程柴油机用于换气的时间大大小于四冲程柴油机。
整个换气过程大约中只120～150°，而四冲程柴油机则在450°以上。
（2）二冲程柴油机的换气主要是依靠进、排气口之间的压差，用新鲜空气驱赶废气的扫气方式，新鲜空气的进入和废气的排除过程同时进行。
由于新鲜空气和废气之间没有明确的界面，必然在缸内发生掺混，而且气缸内部还存在着扫气空气达不到的死角，以及新鲜空气的短路流动。
因此，二冲程柴油机在换气终了时缸内残留的废气较多，换气没有四冲程柴油机干净。
（3）二冲程柴油机为实现扫气所需的气体压力差较大，空气的消耗量也较大，在换气过程中所消耗的功较多。
（4）二冲程柴油机的气缸容积不能充分利用。
二冲程柴油机由于气缸下端开有气口，因此，并不是整个气缸工作容积都能用来容纳空气。
活塞行程中气口高度所占的那部分叫做失效行程。
通常以行程失效系数ψs来表示，即活塞在下止点位置时的活塞上平面到气口上边沿的距离与活塞行程之比。
为了保证扫气空气在合适的压力下通过气缸，扫气口和排气口应具有足够的流通能力。
因此，它必须具有一定的总宽度、一定的高度和一定的开启时间。
三、总结与展望
大型低速二冲程气阀-气口式直流扫气柴油机因其效率高、功率大、工作可靠、寿命长等优点，越来越多地作为主机应用于船舶上。
然而由于二冲程柴油机没有单独的换气行程，因而换气质量相对于四冲程机较差，所以其工作性能在很大程度上取决于换气过程的完善程度。
只有换气过程进行得完善，压缩过程开始时气缸内残留的废气量少，新鲜空气量多，才能为为燃油的良好燃烧创造条件，从而提高柴油机的动力性，减少排放污染以及提高柴油机的整体可靠性能等。
参考文献
[1] 赵峰.直流扫气柴油机扫气过程仿真分析及优化[D].大连海事大学,2010.DOI:10.7666/d.y1696498.
[2] 赵峰,兰红安.直流扫气柴油机扫气流场分析[J].柴油机设
计与制
造,2012,18(3):12-16.DOI:10.3969/j.issn.1671-0614.2012.03.00 3.
[3] 杜荣铭主编.船舶柴油机.大连：大连海事大学出版社，1999.。