船舶柴油机技术发展现状与趋势探索

刘洋铭

摘要：从后期船舶柴油发动机的发展方向和趋势来研究，本文提出了目前船舶柴油发动机的现状，并分析了国外相关的现有技术和问题，为中国成为造船大国，船舶动能伟大的目标，必须要实现符合船舶动力的技术独立研发，积极吸收先进技术，先进的概念，先进的经验，坚持自主创新和实践，研发了中国自主知识产权高性能船舶柴油发动机。

关键词：船舶;柴油机;技术发展;趋势;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

船舶用柴油发动机是船舶承载最重要的动力源。伴随着新的排放规定的实施和石油资源的削减。作为船舶最大的排放能源消耗机器，为了满足节能削减排放的需要，技术开发和新能源的开发利用对策是必需的。船舶用柴油发动机核心关键部件的研发技术、高品质燃料技术、高效废气净化技术、可再生能源技术的应用等，可为满足海洋运输的高效、节能和减排的需要作出巨大贡献。

1  国内船舶柴油机技术分析

①工业基础经过多年的努力，我国船用柴油机的开发从无到有，迄今已取得了丰硕的成果，除此之外国家还建立了船用柴油机研究机构和相应企业。最近几年，大多数已被列为国家高新技术项目，所以，我国柴油机的生产及自主研发、制造水平得到了的大大提高[1]。

②在引进新的技术和改革开放之前，我国引进了多种船用柴油机，通过引进外国先进技术，培养高水平技术人才，目前，已经取得一些科研成就，同时也具备了和世界发达国家竞争力的能力，如今与国外的先进技术相比，我国与发达国家之间船用柴油机的制造技术差距越来越小。

2  船舶柴油机技术的发展现状

船舶用柴油发动机是船舶用辅助装置的核心，是中国造船产业可持续健康发展不可缺少的组成部分。近年来，随着世界造船中心向亚洲转移，中国船舶用柴油发动机产业迅速发展。通过引进国外先进技术，形成了中高速船舶用柴油发动机可设计、制造、开发的产品群，部分产品达到国际先进水平。甚至为中国船舶用柴油发动机产业的发展奠定了坚实的基础。但是，中国的船舶用柴油机的开发，现在的综合开发的条件无法满足，产品设计、研究开发、生产技术等领域，国内的柴油机制造企业与国际先进企业之间的差距还有很大。目前，国内柴油机在中国造船业的匹配率还不到40%，远远落后于与制造业相关的其他产业。船舶用柴油发动机已经成为影响中国造船行业进一步发展的瓶颈。在国际上，欧洲造船业中低速船舶用柴油发动机依然被發达国家垄断，manb&w、WNS等知名企业的市场份额超过70%[2]。近年来，外国产品，新的燃料喷射装置、机油泵、液压、排气阀门、智能控制燃料喷射等技术都采用单缸柴油发动机，输出功率、机械强度、可靠性、自动化等，水平很高。国外先进的低速柴油机在油耗、环保、智能控制方面有很大优势。近些年来，中速船舶柴油发动机的制造技术和性能，特别是在大直径、高功率产品的研发方面取得了很大的进步，可靠性、耐用年限、柴油发动机活塞内的燃烧率也有很大的增加。通过增大柴油机的气缸块径比和压缩比，可以降低柴油机的燃料消耗量，使用更黏稠的燃料，大幅提高中速柴油机的经济性。同时，提高喷雾质量，大幅提高柴油机内燃烧压力，降低有害气体排放，采用先进技术。但是，作为使用最广泛的船舶用柴油发动机产品，中国的中枢船舶用柴油发动机技术依赖于国外。

3  船用柴油机技术发展趋势

3.1 国外船用柴油机技术发展历史

内燃机技术的发展是继蒸汽机之后涡轮发动机发展的又一个时代。为现代西方修船业的快速发展奠定了技术基础。在过去的几十年里，外国工业生产力的迅速发展，发生了巨大的变化，促进了船用汽柴油机的发展。

①高功率密度。

②可靠性高。

③经济性好，自动化程度高。

④开发低噪音，紧凑型柴油机动力模块。从1980年代中期到1990年代中期到21世纪初，船用柴油机的开发取得了长足的进步[3]。到21世纪初，增强的指数值已变为28-32，新发动机的开发时间已大大缩短至3-4年，超高增压技术，电控高压燃油喷射技术，并且出现了智能技术。这些发展基于整体集成技术。

3.2 国产船用柴油机的发展状况

随着大型船舶和自动化船舶的日益普及，船舶设备的质量和要求越来越高。到目前为止，无论是低速、中速还是高速，船用柴油机的技术发展基本相同。主要原因是平均效率不断提高。加压，增加单机功率，减少油耗和排放，并进行电子控制。从技术发展过程来看，外国船舶发动机领先于我国，这表明我国的造船和机械制造水平与造船能力相比处于劣势。随着国际船舶配套技术的快速发展，近年来，世界各大船用柴油机公司相继推出了采用最新科技成果和新设计理念的新型船用柴油机。例如模块化设计技术、高效率增压技术、高压燃油喷射技术、燃烧与排放控制技术、智能技术等主要体现在以下几个方面：

①船用柴油机动力系统集成技术的发展，柴油机的整体效率，不仅提高了柴油机的整体性能和在各种工况下的适应性，但是还需要改进，主要研究内容：船用柴油机输出系统总体匹配设计技术、模块化设计技术、船用柴油机输出系统综合优化仿真技术。

②将虚拟技术应用于船舶柴油机的虚拟设计中，制造、组装、运行和维护的全过程。基于发动机数据库，利用“数字样机”、“虚拟测试”、“虚拟制造”等相关软件，技术和方法，进行船用柴油机的设计与开发研究，从试验中实现船用柴油机。设计向“预测”设计转变。

③智能电子控制技术开发柴油电子控制系统开发和工程应用技术，电控系统（ECS），电子调速器设计技术，电控泵、柴油机运行电子管理系统等研究。

④船用柴油机可靠性技术柴油机零件（或模块零件）将有更高的发展水平，特别是燃烧室零件和运动摩擦零件的可靠性将得到高度重视。

⑤船用柴油机的替代燃料技术。以大功率柴油机为动力的燃料将实现多样化，并可使用重油、残油和各种清洁燃料。对于LNG和LPG等燃料运输船，开发单燃料或双燃料汽油发动机，以方便使用运输的燃料。

⑥全生命周期经济和低排放技术，开展船用柴油机性能和燃烧技术研究，重点研究高压增压技术、高压共轨燃油喷射技术、高效燃烧技术等方面的突破。为解决船用柴油机在整个生命周期内的低负荷性能和满负荷性能的工程问题、情况甚至经济问题。结合船用柴油机的结构、工作要求、运行环境和燃料类型以及其他实际情况，对喷射控制技术进行研究，例如喷水燃烧，废气再循环（EGR）和减少大功率柴油机的NOX满足世界环境保护的要求更加严格的要求。

4  船用柴油机技术前景

4.1 船用柴油机动力系统采集，虚拟机仿真研发，全智能数字技术

①动力系统综合技术船舶用柴油机技术的开发，改善柴油机的整体效率，不仅柴油机拦网的各指标的性能和各种工作条件下的适应性，有必要改善。船舶用柴油发动机动力系统的研究，包括主体匹配设计研究、模块设计研究、船舶用柴油发动机动力组装技术。

②虚拟机仿真研究与开发技术主要用于船用柴油机车体的设计、系统制造、零件装配、车体的操作与维护。这项技术主要基于船用发动机各种参数的数据，使用模拟和数字原型、虚拟（制造，测试）以及其他相关软件，技术和方法来进行船用柴油机各种参数的设计、开发和研究。船用柴油机设计的目标是从实验转变为虚拟预测。

③全智能数字技术。全智能数字技术是通過全智能船用柴油机智能控制系统的应用和开发，调试设计技术以及柴油机智能控制管理研究来进行的。

4.2 船用柴油机性能可靠性，燃料使用，节能环保技术

①从可靠性的角度看，船舶用柴油发动机的系统组件（或模块），特别是燃烧室内组件的可靠性和系统传动性对机械性能得到高度评价。我们研究了船舶用柴油发动机各种性能指标的可靠性分析技术、摩擦磨耗试验技术、故障诊断分析和总结技术[4]。

②在燃料使用方面，船舶用柴油燃料的使用向着多样化和循环利用的方向发展。例如，船舶用柴油发动机，不仅使用各种清洁的原材料生产的残留油、重油、废油，而且运输方便，研发设计简单。使用可再生燃料的船舶用柴油发动机。从船舶用柴油发动机燃烧的节能环保的观点出发，重点放在高压高效燃烧技术的研究开发上。

③在节能环保技术方面，船用柴油机可以在高负荷或满负荷运行时使用高效燃烧燃料，设计出新型柴油机，以减少杂质气体等的排放，从而达到节能环保的要求[5]。

5  总结

高性能船舶动力单元正在向多样化、高效率、长寿命高速发展。推进动力，安装空间，单体高速船的传动系统，水翼，安装空间的选择和布置，传动系统，发动机特定功率，独立的完整性和功率输出，促进了船舶的多分集发展方向。各国都非常重视船用燃气轮机的应用，提高船舶运行的研成果，开发高性能海洋燃气轮机电力。为了满足船舶的高性能要求，柴油发动机的性能正在不断增加。目前，柴油发动机更适合中小型高性能船舶要求。

把船舶柴油机技术发展现状和趋势作为研究目标，第一，以实践需求中产生的问题，制订研究方案，通过对船舶柴油机技术发展的叙述，了解到相应的变化数据和有实际意义的参考数据，把发展成为海洋大国为目标出发，应该把自主创新吸取他国先进思想与技术为主，自学和引进技术为辅，为我国柴油机技术的发展实现自主生产、创新奠定昌盛之路。

参考文献：

[1]邱俊，闫晓伟.船用柴油机的现状和发展趋势[J].船电技术，2011，31（6）：49-50.

[2]张南林.舰船柴油机技术现状及发展趋势[J].舰船科学技术，2010，32（1）：17-21.

[3]敖晨阳，徐飞，霍柏琦.国外舰船柴油机发展现状及趋势[J].舰船科学技术，2013，35（12）：1-3.

[4]杨金超，吴文锋，万伟，等.油船晃荡液货舱溢出油气处理装置的设计[J].机械工程师，2016（10）：76-78.

[5]伍赛特.基于潜艇AIP动力装置的热力发动机闭式循环特征研究[J].内燃机，2018（6）：54-57，62.