发布日期：2019-08-13 08:42

船用柴油机的技术现状与发展趋势

伍赛特

1 船用柴油机的技术现状及发展历程

1.1国外船用柴油机的发展历程

任何一门科学技术的发展，总是与社会生产力的需要和当时科学的发展水平相适应的。18世纪初，英国资本主义的发展促进了蒸汽机的发明，并由此开始了第一次工业革命，推动了生产力的发展。随着生产力的发展，蒸汽机热效率低以及过于笨重的问题越来越突出，已不能适应社会生产力的发展要求，因此产生了对新型动力机械的需求。

1876年，德国人奥托（Otto）第一次提出了四冲程循环（即进气、压缩、膨胀、排气）原理，并发明了电点火的四冲程煤气机。该煤气机运转平稳，热效率可高达14%在当时曾得到普遍使用。在1880年英国的 D.Clerk和J.Robson以及德国人 BEnz等，成功地开发了二冲程内燃机。1893年德国工程师 Rudolf Diesel申请了压缩发火内燃机专利，并于1897年在MAN公司成功研制出第一台使用液体燃料的内燃机（压燃式、空气喷射、定压燃烧），其效率比煤气机提高了近一倍。内燃机的问世，是继蒸汽机之后发动机发展史上的又一个里程碑，为现代工业的发展奠定了基础。柴油机由于其热效率高的固有优势，在它问世之后，就被应用于船舶运输业，对20世纪船舶运输业的发展起到了重要作用。

1.1.1船用柴油机发展的第一阶段

船用柴油机发展的第一阶段是从20世纪初至40年代。这一阶段是船用柴油机的初步发展期，尽管从1903年开始已经将柴油机用于船舶推进装置，但柴油机动力装置真正具有里程碑意义的是下列几艘船舶：最早的沿海柴油机船“ Romagna”轮，1910年下水，吨位为678总吨，它使用了两台“ Sulzer”公司生产的气口扫气二冲程柴油机（缸径310 mm，行程460 mm），额定功率280 kW，转速250 r/min；世界上第一艘远洋柴油机船“ Selandia”轮，1912年投入营运，吨位为7 400总吨，它装备了两台B&W公司生产的DM8150X柴油机（缸径530 mm，行程730 mm），额定功率90 kW，转速140 r/min；第一艘安装二冲程十字头式柴油机的“Monte Penedo”轮，1912年投入营运，吨位为6500总吨，它装备了两台 Sulzer公司生产的4s47柴油机（缸径470 mm，行程680 mm），额定功率为625 kW，转速160 r/min；第一艘由柴油机推进的大型客船“Aoyagi”轮，1924年投入营运，吨位为17 490总吨，它装备了四台 Sulzer公司生产的6ST70柴油机（缸径700 mm，行程990 mm），总功率9 560 kW，转速为127 r/min，该船舶的下水和投入营运打破了当时有关柴油机动力装置不能用于大型船舶推进的偏见。

这一阶段，在船舶领域，蒸汽机与柴油机并存，并在相互竞争中发展。但随着柴油机技术的不断发展及其产品性能的不断提高，柴油机逐渐取代了蒸汽机，20世纪40年代以后，新建商船已经很少有蒸汽机船了。某在船用柴油机发展的第一阶段里，柴油机在自身逐步完善中有了很大发展，其中最关键的技术是无气喷射技术。狄赛尔（Diesel）发明的柴油机是一种空气喷射式发动机，它需要用高压空气将燃油喷入柴油机的燃烧室并将其雾化。这种喷射和雾化方式存在很多问题：一是需要由柴油机带动两级式的压缩机以产生高压空气，使得柴油机在结构上非常笨重；二是喷射空气的压力不够高，仅仅略高于柴油机的压缩压力，因而燃油的喷射和雾化效果不佳，进而影响柴油机的燃烧过程；三是耗能高，带动空气压缩机大约需要消耗15%的柴油机功率。因此，在柴油机发明不久，就有许多研究人员致力于解决这一问题。1910年前后，英国Viickers公司的 McKechnie将机械式高压燃料喷射技术引入大型柴油机；1915年，McKechnie开发和试验了可运行的直接喷射式柴油机；1927年 R.Bosch生产出性能可靠的高压喷油泵，并在柴油机上正式使用，这是柴油机技术发展的一个突破性进步。喷油设备的改进使柴油机有了突飞猛进的发展，并广泛用于车辆、船舶等运输机械中，这一基本原理一直沿用至今。