李志磊

摘 要：艦船柴油機經(jīng)歷了較長時間的發(fā)展，已經(jīng)擁有一套屬于自己的設(shè)計規(guī)范、支撐研發(fā)的數(shù)據(jù)庫、設(shè)計開發(fā)流程等，但是其在低油耗、低排放以及一些影響柴油機性能的關(guān)鍵因素上仍存在一定的缺陷。本文對艦船柴油機技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行了分析，以期促進艦船柴油機的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：艦船柴油機 技術(shù)現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

中圖分類號：U664 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0094-02

近年來，艦船柴油機的技術(shù)發(fā)展迅速，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）功率密度高。柴油機強化指標（Pe·Cm）由發(fā)展之初的20提高到24，之后又經(jīng)過進一步提升，指標達到如今的32，技術(shù)上了3個臺階。（2）可靠性高、大修期長。艦船柴油機的綜合評價指標可以用可靠性和耐久性兩個方面作參考。目前各國的艦船柴油機在研發(fā)技術(shù)上，除了注重提高柴油機的功率、減少整機零件的數(shù)量，還注重提高工作可靠性和使用壽命。（3）經(jīng)濟性好、自動化程度高。艦船柴油機一般采用電子控制、監(jiān)測、管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)與柴油機的融合以及智能控制，促進了柴油機全工況高效率運行，降低柴油機全壽命周期費用。

1 當前國外艦船柴油機技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

國內(nèi)外市場的競爭日益激烈，為了滿足市場上越來越多樣化的需求，國內(nèi)外廠商在對柴油機的研發(fā)上都投入了較大的精力。主要表現(xiàn)在如下方面。

（1）聯(lián)合研發(fā)柴油機新技術(shù)，促進柴油機的技術(shù)改進。比如，AVL和奧地利格拉茲工業(yè)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合建立柔性單缸實驗室，專門研發(fā)對柴油機中單缸機的氣缸直徑和活塞行程進行調(diào)整或改善，促進單缸各項性能的改善。并且這種聯(lián)合研發(fā)的模式，可以有效降低整機研發(fā)的風(fēng)險，縮短了研發(fā)周期。再比如，MAN、KS等公司共同建立了極限中速單缸機研究實驗室。新研發(fā)單缸機燃燒壓力可達40MPa，氣閥、驅(qū)動系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)等都采用最先進的電控或電柔液控制，實現(xiàn)了單缸機各項性能的綜合提高。

（2）運用CAE、工程數(shù)據(jù)庫等，逐步形成以數(shù)字化樣機為標志的新型開發(fā)流程。國外著名的柴油機發(fā)動機研發(fā)公司，基本都有屬于自己研發(fā)系統(tǒng)的一套完整的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫收集了近幾年發(fā)動機工程實際驗證過的大部分數(shù)據(jù)，為公司的研發(fā)提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。而CAE技術(shù)的使用已經(jīng)不單單是針對柴油機某項技術(shù)、某個部件的研發(fā)分析，它是與開發(fā)設(shè)計流程進行融合之后，形成了一種全新的柴油機技術(shù)、零件的設(shè)計開發(fā)流程。因此，在進行柴油機設(shè)計開發(fā)的早期，可以參考CAE的客觀數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對柴油機原有功能的優(yōu)化。

另外，影響柴油機整體性能的關(guān)鍵技術(shù)，通過單杠機驗證之后，能夠快速獲得設(shè)計目標的數(shù)字化樣機，這就幫助省去了許多技術(shù)或零件探索過程中的性能、結(jié)構(gòu)試驗，使得整個柴油機的研發(fā)設(shè)計平均周期縮短，從而節(jié)約了研發(fā)成本。

（3）很多國外公司建立了完善的技術(shù)交流分析平臺，實現(xiàn)了柴油機技術(shù)的集約化。平臺集產(chǎn)品開發(fā)中的流程、設(shè)計、分析優(yōu)化、測試等過程為一體，融合了最新的計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工程分析、知識工程以及管理、工程數(shù)據(jù)管理和計算機輔助試驗等電腦分析技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的集約化。

2 國內(nèi)外艦船柴油機技術(shù)差距

我國艦船柴油機發(fā)展較為滯后，從最開始研發(fā)之初，多為借鑒國外的先進技術(shù)，但是經(jīng)過多年的技術(shù)投入，我國的艦船技術(shù)產(chǎn)化率得到了大幅度提升，據(jù)近期的統(tǒng)計，產(chǎn)化率達85%，性能可與國外的柴油機比肩，達到了引進水平。并且我國在引進的基礎(chǔ)上做了一定的改進，使其性能得到了一定提高。但是，我國艦船柴油機整體性能與國外先進技術(shù)相比，仍然存在一定的差距，筆者根據(jù)自己的從業(yè)經(jīng)歷，對國內(nèi)外柴油機技術(shù)做了一定的對比。

（1）我國現(xiàn)有的柴油機零部件技術(shù)水平較為落后，并且我國自主研發(fā)技術(shù)相對比較落后，與國外的先進技術(shù)存在差距，可靠性仍有待提高。改革開放以來，我國進行了一定的自主研發(fā)，例如，船用中速機，但是由于關(guān)鍵技術(shù)以及主要零部件標準的限制，該船用中速機多用于內(nèi)河航行，并沒有進入國際市場。

（2）關(guān)鍵技術(shù)落后。艦船柴油機關(guān)鍵技術(shù)，如高增壓技術(shù)、高壓噴射技術(shù)、智能化技術(shù)等，是影響柴油機性能的主要因素，并且對于一些零部件的生產(chǎn)，如調(diào)速器、活塞環(huán)的生產(chǎn)研發(fā)技術(shù)較差，仍然受限制于國外技術(shù)的引進，使得我國的柴油機技術(shù)發(fā)展緩慢，不能形成高性能的產(chǎn)品。

（3）研發(fā)模式落后。與國外相比，國內(nèi)船舶柴油機產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新基礎(chǔ)和能力較差，主要體現(xiàn)在對于艦船開發(fā)流程、開發(fā)手段以及開發(fā)過程中設(shè)計準則、規(guī)范標準等研發(fā)模式上。比如，德國對于艦船柴油機的設(shè)計中，開發(fā)流程主要采取CAE集成技術(shù)，并強調(diào)設(shè)計開發(fā)流程，對于一些零部件的驗證在研發(fā)早期就已經(jīng)實踐，而我國在艦船柴油機的研發(fā)流程較為傳統(tǒng)，沒有使用到較為先進的CAE技術(shù)。

3 艦船柴油機技術(shù)發(fā)展趨勢

應(yīng)當下市場對艦船柴油機的要求，未來艦船柴油機技術(shù)發(fā)展趨勢應(yīng)該向著以下幾個方面發(fā)展。

3.1 艦船柴油機面臨技術(shù)上的變革

未來艦船柴油機的發(fā)展方向，應(yīng)該向著生產(chǎn)的集約化以及低碳排放的方向發(fā)展，既要提高柴油機發(fā)動機的性能、效率等，又要降低油耗、實現(xiàn)環(huán)保低碳。在通常情況下，低碳排放與低油耗之間是一種相互制約的關(guān)系。當下，艦船柴油機在低耗、低排放方面主要研發(fā)用于應(yīng)對IMO TierII和IMO TierIII的技術(shù)措施。其中，應(yīng)對IMO TierII的技術(shù)措施通常是發(fā)動機內(nèi)部措施或通過加濕空氣的方法進行，但是在一定程度上會增加油耗。應(yīng)對IMO TierIII排放，必須采取一些附加措施，比如，國際上最常用的是SCR技術(shù)，這一技術(shù)能夠幫助減少NOx的排放，延長柴油機部件的使用壽命。

3.2 高壓共軌燃油系統(tǒng)

對高壓共軌燃油系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，是降低柴油機排放的主要手段。對高壓共軌燃油的調(diào)節(jié)是控制NOx排放的主要手段，并且系統(tǒng)調(diào)節(jié)的精度越高，柴油機發(fā)動機對NOx的排放量越少。并且，在實際的應(yīng)用中，系統(tǒng)中的高壓油泵供油規(guī)律一般是不連續(xù)性或者按一定的時序供油，因此，這種規(guī)律導(dǎo)致共軌內(nèi)壓力差生波動大，從而對柴油機的各缸噴射的性能產(chǎn)生影響，比如，其一致性或重復(fù)性的影響。此后，經(jīng)過我國技術(shù)的改進，高壓共軌燃油系統(tǒng)逐漸由最初的整體式發(fā)展為分段式，后經(jīng)進一步改造形成分布式系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的共軌系統(tǒng)。

3.3 電控系統(tǒng)

由于高壓共軌燃油系統(tǒng)的復(fù)雜性，為與之相適應(yīng)，國外的MAN公司投入并研發(fā)了新一代的電控系統(tǒng)，這一系統(tǒng)由噴射模塊、機旁控制箱和通信接口組成。其中，噴射模塊相較于之前的系統(tǒng)，功能得到優(yōu)化升級，而機旁控制箱相較于之前的系統(tǒng)，功能得到一定簡化。這一新系統(tǒng)的研發(fā)促進了艦船柴油機油耗的大幅度降低，另外向空氣中排放NOx的量大幅度減少。此外，還具有以下優(yōu)勢：統(tǒng)一了燃油的接口、支持共軌技術(shù)、可變正時渦輪、可變氣閥正時、水乳化燃油、空氣加濕裝置以及其他前沿技術(shù)。

3.4 降低CO2排放量的措施

多種燃料發(fā)動機被用到了艦船柴油機上，因為其具有熱效率高和排放低的優(yōu)勢，比如，LNG船是使用燃料發(fā)動機最多的一種艦船。而氣體發(fā)動機的排放物的量要優(yōu)于柴油機主要排放物，尤其是NOx和SO2的排放。

4 結(jié)語

針對艦船柴油機的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，如何提升我國艦船柴油機研發(fā)能力提出了建議。加強基礎(chǔ)開發(fā)平臺的建設(shè)，將柴油機研發(fā)技術(shù)、支撐研發(fā)的數(shù)據(jù)庫、設(shè)計開發(fā)流程、與設(shè)計開發(fā)流程對應(yīng)的設(shè)計規(guī)范、標準和指南，以及先進的單缸機及專項技術(shù)研究驗證平臺與國際接軌，促進艦船柴油機技術(shù)的發(fā)展。另外，要加強對艦船柴油機關(guān)鍵技術(shù)的研究，包括緊跟國際形勢的高壓共軌技術(shù)、低排放技術(shù)等，促進艦船柴油機技術(shù)發(fā)展的平穩(wěn)性。

參考文獻

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