在压缩过程即将终了时，喷油器将柴油以细小的油雾喷入气缸，在高温、高压和高速气流作用下很快蒸发，与空气混合，形成混合气。并在高温下自动着火燃烧，放出大量的热量，使气缸中气体温度和压力急剧上升。燃烧气体的最大压力可达6~9MPa，最高温度可达1800~2000K。高压气体膨胀推动活塞由上止点向下止点移动，从而使曲轴旋转对外作功。由于喷油和燃烧要持续一段时间，所以虽然活塞开始下移，但此时还有喷入的燃料继续燃烧放热，气缸内的压力并没有显而易见地下降，随着活塞下移，气缸内的温度和压力才逐渐下降。作功行程结束时，压力约为0.2~0.5MPa。
作功过程结束后，排气门打开，进气门关闭。活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动，燃烧过的废气便依靠压力差和活塞上行的排挤，迅速从排气门排出。由于排气系统有阻力，因此，排气终了时，气缸内废气压力略高于大气压力。气缸内残余废气的压力约为0.105~0.12MPa，温度约为700~900K。
活塞经过上述四个连续过程后，便完成了一个工作循环。当排气过程结束后，柴油机曲轴依靠飞轮转动的惯性作用仍继续旋转，上述四个过程又重复进行。如此周而复始地进行一个又一个的工作循环，使柴油机连续不断地运转起来，并带动工作机械作功。
如图2-3所示为带有扫气泵的气门气孔式二冲程柴油机工作过程示意图。这种类型的二冲程柴油机无进气门。气缸(气缸套)壁上有一组进气孔3，由活塞的上下运动控制进气孔的开、闭，气缸盖上设有排气门5。空气由扫气泵1提高压力以后，经气缸外部的空气室2和气缸壁上的进气孔3进入气缸，完成进气和扫气过程。燃烧后的废气由气缸盖上的排气门排出。
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