劉洋銘

摘要：從后期船舶柴油發(fā)動機的發(fā)展方向和趨勢來研究，本文提出了目前船舶柴油發(fā)動機的現(xiàn)狀，并分析了國外相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)和問題，為中國成為造船大國，船舶動能偉大的目標(biāo)，必須要實現(xiàn)符合船舶動力的技術(shù)獨立研發(fā)，積極吸收先進技術(shù)，先進的概念，先進的經(jīng)驗，堅持自主創(chuàng)新和實踐，研發(fā)了中國自主知識產(chǎn)權(quán)高性能船舶柴油發(fā)動機。

關(guān)鍵詞：船舶;柴油機;技術(shù)發(fā)展;趨勢;探索

Abstract： Based on the research on the development direction and trend of marine diesel engine in the later stage， this paper puts forward the current situation of marine diesel engine， and analyzes the relevant existing technologies and problems abroad. In order to become a big shipbuilding country and achieve the goal of great ship kinetic energy， it is necessary to realize independent research and development of technology in line with ship power， actively absorb advanced technology， advanced concept and advanced technology We have developed high-performance marine diesel engines with independent intellectual property rights in China.

Key words： ship;diesel engine;technology development;trend;exploration

0? 引言

船舶用柴油發(fā)動機是船舶承載最重要的動力源。伴隨著新的排放規(guī)定的實施和石油資源的削減。作為船舶最大的排放能源消耗機器，為了滿足節(jié)能削減排放的需要，技術(shù)開發(fā)和新能源的開發(fā)利用對策是必需的。船舶用柴油發(fā)動機核心關(guān)鍵部件的研發(fā)技術(shù)、高品質(zhì)燃料技術(shù)、高效廢氣凈化技術(shù)、可再生能源技術(shù)的應(yīng)用等，可為滿足海洋運輸?shù)母咝?、?jié)能和減排的需要作出巨大貢獻。

1? 國內(nèi)船舶柴油機技術(shù)分析

①工業(yè)基礎(chǔ)經(jīng)過多年的努力，我國船用柴油機的開發(fā)從無到有，迄今已取得了豐碩的成果，除此之外國家還建立了船用柴油機研究機構(gòu)和相應(yīng)企業(yè)。最近幾年，大多數(shù)已被列為國家高新技術(shù)項目，所以，我國柴油機的生產(chǎn)及自主研發(fā)、制造水平得到了的大大提高[1]。

②在引進新的技術(shù)和改革開放之前，我國引進了多種船用柴油機，通過引進外國先進技術(shù)，培養(yǎng)高水平技術(shù)人才，目前，已經(jīng)取得一些科研成就，同時也具備了和世界發(fā)達國家競爭力的能力，如今與國外的先進技術(shù)相比，我國與發(fā)達國家之間船用柴油機的制造技術(shù)差距越來越小。

2? 船舶柴油機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

船舶用柴油發(fā)動機是船舶用輔助裝置的核心，是中國造船產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展不可缺少的組成部分。近年來，隨著世界造船中心向亞洲轉(zhuǎn)移，中國船舶用柴油發(fā)動機產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。通過引進國外先進技術(shù)，形成了中高速船舶用柴油發(fā)動機可設(shè)計、制造、開發(fā)的產(chǎn)品群，部分產(chǎn)品達到國際先進水平。甚至為中國船舶用柴油發(fā)動機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。但是，中國的船舶用柴油機的開發(fā)，現(xiàn)在的綜合開發(fā)的條件無法滿足，產(chǎn)品設(shè)計、研究開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)等領(lǐng)域，國內(nèi)的柴油機制造企業(yè)與國際先進企業(yè)之間的差距還有很大。目前，國內(nèi)柴油機在中國造船業(yè)的匹配率還不到40%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于與制造業(yè)相關(guān)的其他產(chǎn)業(yè)。船舶用柴油發(fā)動機已經(jīng)成為影響中國造船行業(yè)進一步發(fā)展的瓶頸。在國際上，歐洲造船業(yè)中低速船舶用柴油發(fā)動機依然被發(fā)達國家壟斷，manb&w、WNS等知名企業(yè)的市場份額超過70%[2]。近年來，外國產(chǎn)品，新的燃料噴射裝置、機油泵、液壓、排氣閥門、智能控制燃料噴射等技術(shù)都采用單缸柴油發(fā)動機，輸出功率、機械強度、可靠性、自動化等，水平很高。國外先進的低速柴油機在油耗、環(huán)保、智能控制方面有很大優(yōu)勢。近些年來，中速船舶柴油發(fā)動機的制造技術(shù)和性能，特別是在大直徑、高功率產(chǎn)品的研發(fā)方面取得了很大的進步，可靠性、耐用年限、柴油發(fā)動機活塞內(nèi)的燃燒率也有很大的增加。通過增大柴油機的氣缸塊徑比和壓縮比，可以降低柴油機的燃料消耗量，使用更黏稠的燃料，大幅提高中速柴油機的經(jīng)濟性。同時，提高噴霧質(zhì)量，大幅提高柴油機內(nèi)燃燒壓力，降低有害氣體排放，采用先進技術(shù)。但是，作為使用最廣泛的船舶用柴油發(fā)動機產(chǎn)品，中國的中樞船舶用柴油發(fā)動機技術(shù)依賴于國外。

3? 船用柴油機技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 國外船用柴油機技術(shù)發(fā)展歷史

內(nèi)燃機技術(shù)的發(fā)展是繼蒸汽機之后渦輪發(fā)動機發(fā)展的又一個時代。為現(xiàn)代西方修船業(yè)的快速發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在過去的幾十年里，外國工業(yè)生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，發(fā)生了巨大的變化，促進了船用汽柴油機的發(fā)展。

①高功率密度。

②可靠性高。

③經(jīng)濟性好，自動化程度高。

④開發(fā)低噪音，緊湊型柴油機動力模塊。從1980年代中期到1990年代中期到21世紀(jì)初，船用柴油機的開發(fā)取得了長足的進步[3]。到21世紀(jì)初，增強的指數(shù)值已變?yōu)?8-32，新發(fā)動機的開發(fā)時間已大大縮短至3-4年，超高增壓技術(shù)，電控高壓燃油噴射技術(shù)，并且出現(xiàn)了智能技術(shù)。這些發(fā)展基于整體集成技術(shù)。

3.2 國產(chǎn)船用柴油機的發(fā)展?fàn)顩r

隨著大型船舶和自動化船舶的日益普及，船舶設(shè)備的質(zhì)量和要求越來越高。到目前為止，無論是低速、中速還是高速，船用柴油機的技術(shù)發(fā)展基本相同。主要原因是平均效率不斷提高。加壓，增加單機功率，減少油耗和排放，并進行電子控制。從技術(shù)發(fā)展過程來看，外國船舶發(fā)動機領(lǐng)先于我國，這表明我國的造船和機械制造水平與造船能力相比處于劣勢。隨著國際船舶配套技術(shù)的快速發(fā)展，近年來，世界各大船用柴油機公司相繼推出了采用最新科技成果和新設(shè)計理念的新型船用柴油機。例如模塊化設(shè)計技術(shù)、高效率增壓技術(shù)、高壓燃油噴射技術(shù)、燃燒與排放控制技術(shù)、智能技術(shù)等主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①船用柴油機動力系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展，柴油機的整體效率，不僅提高了柴油機的整體性能和在各種工況下的適應(yīng)性，但是還需要改進，主要研究內(nèi)容：船用柴油機輸出系統(tǒng)總體匹配設(shè)計技術(shù)、模塊化設(shè)計技術(shù)、船用柴油機輸出系統(tǒng)綜合優(yōu)化仿真技術(shù)。

②將虛擬技術(shù)應(yīng)用于船舶柴油機的虛擬設(shè)計中，制造、組裝、運行和維護的全過程?；诎l(fā)動機數(shù)據(jù)庫，利用“數(shù)字樣機”、“虛擬測試”、“虛擬制造”等相關(guān)軟件，技術(shù)和方法，進行船用柴油機的設(shè)計與開發(fā)研究，從試驗中實現(xiàn)船用柴油機。設(shè)計向“預(yù)測”設(shè)計轉(zhuǎn)變。

③智能電子控制技術(shù)開發(fā)柴油電子控制系統(tǒng)開發(fā)和工程應(yīng)用技術(shù)，電控系統(tǒng)（ECS），電子調(diào)速器設(shè)計技術(shù)，電控泵、柴油機運行電子管理系統(tǒng)等研究。

④船用柴油機可靠性技術(shù)柴油機零件（或模塊零件）將有更高的發(fā)展水平，特別是燃燒室零件和運動摩擦零件的可靠性將得到高度重視。

⑤船用柴油機的替代燃料技術(shù)。以大功率柴油機為動力的燃料將實現(xiàn)多樣化，并可使用重油、殘油和各種清潔燃料。對于LNG和LPG等燃料運輸船，開發(fā)單燃料或雙燃料汽油發(fā)動機，以方便使用運輸?shù)娜剂稀?/p>

⑥全生命周期經(jīng)濟和低排放技術(shù)，開展船用柴油機性能和燃燒技術(shù)研究，重點研究高壓增壓技術(shù)、高壓共軌燃油噴射技術(shù)、高效燃燒技術(shù)等方面的突破。為解決船用柴油機在整個生命周期內(nèi)的低負(fù)荷性能和滿負(fù)荷性能的工程問題、情況甚至經(jīng)濟問題。結(jié)合船用柴油機的結(jié)構(gòu)、工作要求、運行環(huán)境和燃料類型以及其他實際情況，對噴射控制技術(shù)進行研究，例如噴水燃燒，廢氣再循環(huán)（EGR）和減少大功率柴油機的NOX滿足世界環(huán)境保護的要求更加嚴(yán)格的要求。

4? 船用柴油機技術(shù)前景

4.1 船用柴油機動力系統(tǒng)采集，虛擬機仿真研發(fā)，全智能數(shù)字技術(shù)

①動力系統(tǒng)綜合技術(shù)船舶用柴油機技術(shù)的開發(fā)，改善柴油機的整體效率，不僅柴油機攔網(wǎng)的各指標(biāo)的性能和各種工作條件下的適應(yīng)性，有必要改善。船舶用柴油發(fā)動機動力系統(tǒng)的研究，包括主體匹配設(shè)計研究、模塊設(shè)計研究、船舶用柴油發(fā)動機動力組裝技術(shù)。

②虛擬機仿真研究與開發(fā)技術(shù)主要用于船用柴油機車體的設(shè)計、系統(tǒng)制造、零件裝配、車體的操作與維護。這項技術(shù)主要基于船用發(fā)動機各種參數(shù)的數(shù)據(jù)，使用模擬和數(shù)字原型、虛擬（制造，測試）以及其他相關(guān)軟件，技術(shù)和方法來進行船用柴油機各種參數(shù)的設(shè)計、開發(fā)和研究。船用柴油機設(shè)計的目標(biāo)是從實驗轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M預(yù)測。

③全智能數(shù)字技術(shù)。全智能數(shù)字技術(shù)是通過全智能船用柴油機智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)，調(diào)試設(shè)計技術(shù)以及柴油機智能控制管理研究來進行的。

4.2 船用柴油機性能可靠性，燃料使用，節(jié)能環(huán)保技術(shù)

①從可靠性的角度看，船舶用柴油發(fā)動機的系統(tǒng)組件（或模塊），特別是燃燒室內(nèi)組件的可靠性和系統(tǒng)傳動性對機械性能得到高度評價。我們研究了船舶用柴油發(fā)動機各種性能指標(biāo)的可靠性分析技術(shù)、摩擦磨耗試驗技術(shù)、故障診斷分析和總結(jié)技術(shù)[4]。

②在燃料使用方面，船舶用柴油燃料的使用向著多樣化和循環(huán)利用的方向發(fā)展。例如，船舶用柴油發(fā)動機，不僅使用各種清潔的原材料生產(chǎn)的殘留油、重油、廢油，而且運輸方便，研發(fā)設(shè)計簡單。使用可再生燃料的船舶用柴油發(fā)動機。從船舶用柴油發(fā)動機燃燒的節(jié)能環(huán)保的觀點出發(fā)，重點放在高壓高效燃燒技術(shù)的研究開發(fā)上。

③在節(jié)能環(huán)保技術(shù)方面，船用柴油機可以在高負(fù)荷或滿負(fù)荷運行時使用高效燃燒燃料，設(shè)計出新型柴油機，以減少雜質(zhì)氣體等的排放，從而達到節(jié)能環(huán)保的要求[5]。

5? 總結(jié)

高性能船舶動力單元正在向多樣化、高效率、長壽命高速發(fā)展。推進動力，安裝空間，單體高速船的傳動系統(tǒng)，水翼，安裝空間的選擇和布置，傳動系統(tǒng)，發(fā)動機特定功率，獨立的完整性和功率輸出，促進了船舶的多分集發(fā)展方向。各國都非常重視船用燃?xì)廨啓C的應(yīng)用，提高船舶運行的研成果，開發(fā)高性能海洋燃?xì)廨啓C電力。為了滿足船舶的高性能要求，柴油發(fā)動機的性能正在不斷增加。目前，柴油發(fā)動機更適合中小型高性能船舶要求。

把船舶柴油機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢作為研究目標(biāo)，第一，以實踐需求中產(chǎn)生的問題，制訂研究方案，通過對船舶柴油機技術(shù)發(fā)展的敘述，了解到相應(yīng)的變化數(shù)據(jù)和有實際意義的參考數(shù)據(jù)，把發(fā)展成為海洋大國為目標(biāo)出發(fā)，應(yīng)該把自主創(chuàng)新吸取他國先進思想與技術(shù)為主，自學(xué)和引進技術(shù)為輔，為我國柴油機技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)自主生產(chǎn)、創(chuàng)新奠定昌盛之路。

參考文獻：

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