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坦克装甲车辆用发动机的选择原则
wusaite 2019-11-19 11:33
坦克装甲车辆用发动机的选择原则 伍赛特 1 发动机类型的选择 一般车辆可供考虑的动力大体有电气能源和热机两类。电气能源指各种蓄电池电动机系统。热机可有多种分类，如内燃或外燃、连续或间断燃烧、开式或闭式循环、压燃或火花点火、均匀供气或层供气等。车辆动力的选择不同于固定动力甚至船舶的动力，首先应以轻小为前提，从单位动力装置质量所能提供的功率和能量来考察。 目前装甲车辆上以内燃机（汽油机、柴油机）和燃气轮机为主，随着技术的发展，电气动力和混合动力会逐渐应用到装甲车辆上。 战斗车辆应采用汽油机还是柴油机，从 20 世纪 20 年代起就有争论。苏联在第二次世界大战时已选定专用柴油机，西方直到 20 世纪 50 年代才统一使用柴油机。尽管柴油机的比质量和比体积大于汽油机，但在具有同样容量的燃料时，车辆最大行程是汽油机的 1.3 ～ 1.6 倍，在战场上被击中后也不易着火，且没有电火花影响通信和电子装置。同时实践证明，因经济原因而方便地采用现成的航空、汽车发动机或其他民用大功率发动机都不合适。 20 世纪 60 年代以来发展成功的专用发动机，大多是适用多种燃料的高速柴油机，即在必要时也可以喷射煤油、汽油甚至机油等。不过，在拥有大量汽车的一些炮兵或步兵部队中，为了后勤简便且与汽车通用，又欢迎在他们的数量较少的装甲车辆上采用汽油机。有的轻型轮式车辆也采用大量生产的民用发动机。 在 20 世纪 60 年代的装甲车辆上就已经开始应用燃气轮机，与柴油机相比，虽然燃气轮机有燃油消耗率偏高、耗气量大、空气滤清器体积大、研制成本高和系列化难度大等缺点，但是它具有结构简单、质量小、体积相对较小、振动和噪声小等许多优点，特别是具有较大的转矩变化范围，可改善车辆的牵引特性，诚少排挡数目，越来越引起人们的重视。 当前世界装甲车辆发动机的装备和研制现状是 : 柴油机仍然处于统治地位，通过基本结构、燃烧系统、冷却系统、涡轮增压、中冷等新技术的应用，柴油机在继续发展，还具有强大的生命力 ; 燃气轮机实现了突破， 20 世纪 70 年代末首次作为主动力系统进入装甲车辆发动机行列， 20 世纪 80 年代初功率就达到了 1103 kW 。 20 世纪 80 年代以来，国外研制的高比功率柴油机先后付诸装备并进行了诸多改进和新的研发。德国 MTU 公司的 880 系列和美国康明斯公司的 AIPS （先进整体式推进系统）代表当前装甲车辆柴油机的最先进水平。目前发达国家坦克柴油机的比功率已经达到 70 kW/L 以上，新研制产品 HPD （高功率密度柴油机）高达 92 kW/L 。 我国装甲车辆用柴油机主要经历了类比、改进和创新三个阶段。经过半个世纪的发展，取得了很大进步，尤其是单一功率指标方面已接近国际先进水平。目前，主战坦克柴油机功率可达 1176 kW ，功率密度达 34.6 kW/L ，但从总体性能上看，与国际先进水平还有一定差距。 2 柴油机冲程数的选择 现在多数装甲车辆采用四冲程发动机，有少数采用二冲程发动机。二冲程发动机的单位体积功率比四冲程发动机高得多，但燃料经济性不好，低速特性差，影响最大行程，不适于在困难路面上行驶。当采用增压器以后，这些缺点相应得到改善。 3 气缸排列形式的选择 发动机的气缸排列形式中，直列气缸在一般缸径时的功率不够大，缸数过多会使机体过长。星形和ⅹ形排列的发动机高度大，曲轴中心过高，不便于连接传动部分，保养接近向下方的一些气缸有困难。对置活塞发动机的活塞顶和燃烧室的热负荷大，导致壳体和缸套易裂。立式对置活塞发动机的高度影响车体高度，卧式对置发动机影响车体的宽度或长度，它们都难以继续加大功率。 20 世纪 70 年代以来所研制的主战坦克发动机几乎都采用 V 形结构的气缸排列形式，包括许多轻型装甲车辆也如此， V 形结构夹角一般为 90 °或 60 °，气缸数多为 12 缸，也有 8 缸的。 现在的发展趋势是，发动机不但与传动装置组装为一体，冷却装置和空气滤清器等也都固定为一体，这样可取得最紧凑的空间和工作可靠性，整体拆裝和调整所需时间也大幅度地减少 90% 以上。 4 动力机组 用两台以上发动机来组成动力机组，可以获得分别工作和联合工作的不同功率及最低的油耗，但得到所需功率所占用的体积和质量大，并且不必要地具有多份附属装置和连接结构。现代装甲车辆要求发动机的主要指标是 : 单位体积功率为 350 kW/m 3 以上，比质量为 2kg/kW 以下，额定燃油消耗率不大于 245 g/ （ kW · h ），大修前的使用寿命在 500h 以上。在发动机尺寸指标中，比质量指标更重要。因为发动机本身占坦克质量的 4% ～ 5% ，占车体容积的 10% ，而车体却占坦克总重 30% ～ 40% ，因此加大发动机体积会引起车体容积特别是车重的迅速增加。目前研制的装甲车辆发动机，单位体积功率有的已高达 700 kW/m 3 。 参考文献 闫清东，张连第，赵毓芹 . 坦克构造与设计 下 . 北京：北京理工大学出版社 , 2006.05. 项昌乐，马彪 . 坦克设计 . 北京：北京理工大学出版社 , 1994.06. 伍赛特 . 主战坦克用柴油机应用前景展望及技术发展趋势研究 . 内燃机 ,2019(02):51-54.
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船舶推进装置的组成及传动方式
wusaite 2019-10-25 16:50
船舶推进装置的组成及传动方式 伍赛特 1 船舶推进装置的组成 推进装置也称主动力装置，是船舶动力装置中最重要的组成部分。它包括主机、传动设备、轴系和推进器等。其作用是由主机发出功率，通过传动设备和轴系传给推进器，以完成推进船舶的使命。图 1 为典型的船舶推进装置。 图 1 典型的船舶推进装置 2 船舶推进装置的传动方式 按传动功率方式不同，船舶推进装置的型式可分为直接传动、间接传动和特殊传动三大类。 2.1 直接传动 直接传动是主机动力直接通过轴系传给螺旋桨的传动方式，如图 1 （ a ）所示。在这种传动方式中，主机和螺旋桨之间除了传动轴系外，没有减速和离合设备，运转中螺旋桨和主机始终具有相同的转向和转速。 直接传动方式的主要优点是：结构简单，维护管理方便；经济性好，传动损失少，传动效率高；工作可靠，寿命长。 直接传动方式的缺点是：整个动力装置的重量、尺寸大，要求主机有可反转性能，非设计工况下运转时经济性差，船舶微速航行速度受到主机最低稳定转速的限制。 直接传动方式的应用：由于直接传动方式具有结构简单、经济性好、工作可靠等优点，所以广泛应用于以大功率低速柴油机为主机、采用定距桨推进的大中型商船。 2.2 间接传动 间接传动是主机和螺旋桨之间的动力传递除经过轴系外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）的一种传动方式，如图 1 （ b ）所示。 根据中间传动设备的不同，间接传动可分为只带齿轮减速器、只带滑差离合器、同时带有齿轮减速器和离合器三种形式。 间接传动方式的优点是：主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制；轴系布置比较自由，主机曲轴和螺旋桨轴可以同心布置也可以不同心布置；在带有倒顺车离合器的装置中，主机不用换向，使主机结构简单，工作可靠，管理方便，机动性提高：有利于多机并车运行及设置轴带发电机。 间接传动方式的主要缺点是：轴系结构复杂，传动效率较低。 间接结构方式的应用：间接传动多用于中小型船舶，以大功率中速柴油机、蒸汽轮机和燃气轮机为主机的大型船舶。 近年来，于动力装置节能的需要，提高螺旋桨的推进效率越来越被人们重视，而采用大直径低转速螺旋桨是有效途径之一。在 20 世纪 70 年代初，低速柴油机利用直接传动方式带动的螺旋桨转速多在 100 r/min 以上，中速柴油机通过减速箱减速一般也不低于 90 r/min 。 随着节能型船舶的 出 现，减速齿轮装置已扩大到低速柴油机的领域，甚至有的船舶低速柴油机经减速后，螺旋桨转速仅为 43 r/min ，螺旋桨直径可达 11 m 。以中速柴油机为主机的船舶，为了进一步降低螺旋桨转速，减速齿轮箱的减速比也相应加大，螺旋桨转速有的已降至 60 r/min ，随着动力装置节能技术的进一步发展，间接传动方式的应用范围将会进一步扩大。 2.3 特殊传动 特殊传动是指与直接和间接传动不同的一种传动方式。它通常指可调螺距螺旋桨传动， Z 形传动，电力传动，吊舱式推进器、喷水推进器传动，液压马达传动和同轴对转螺旋桨传动等。可调螺距螺旋桨传动在第六章第一节专门说明，喷水推进器传动、液压马达传动和同轴对转螺旋桨传动在一般商船和工程船舶中应用较少，本文只介绍 Z 形传动、电力传动和吊舱式三类。 2.3.1 Z 形传动 Z 形传动装置又称悬挂式螺旋桨装置。图 2 为 Z 形传动装置的结构原理图。主机 1 的功率经联轴器 2 、离合器 3 、带有万向节的传动轴 4 、上水平轴 8 、上部螺旋锥齿轮 9 、垂直轴 12 、下部螺旋锥齿轮 14 及下水平轴 15 传递给螺旋桨 13 ，从而推动船舶前进。 图 2 Z 形传动装置结构原理图 1 一主机； 2 一联轴器； 3 一离合器； 4 带有万向节的传动轴； 5 一滑动轴承： 6 一弹性联轴节： 7 ―滚动轴承； 8 一上水平轴； 9 一上部螺旋锥齿轮： 10 ―蜗轮蜗杆装置： 11 一齿式联轴器： 12 ―垂直轴； 13- 螺旋桨； 14 —下部螺旋锥齿轮； 15 一下水平轴： 16 ―旋转套筒； 17 一支架 Z 形传动方式最显著的特点是螺旋桨可绕垂直轴做 360 °回转。当启动一个电动机带动蜗轮蜗杆装置 10 运动时，蜗轮带动旋转套筒 16 在支架 17 中回转，同时使螺旋桨 13 绕垂直轴 12 在 360 °范围内做平面旋转运动。由于螺旋桨可绕垂直轴做 360 °回转，因此它具有以下优点： （ 1 ）操纵性能好。螺旋桨的推力方向可以自由变化，使船舶操纵性能优于其他传动方式，特 点 是 采 用两台主机，而每台分别带动一个 Z 形传动装置时，可以使船舶原地回转、 反 向移 动、快速进退以及微速航行等。 （ 2 ）可以省掉舵、艉柱和艉轴管等结构，使船尾形状简单，船体阻力减少。 （ 3 ）可以使用重量轻、体积小的中、高速柴油机，而不需要单独的减速齿轮装置，不需要主机有换向机构，可以延长柴油机使用寿命。 （ 4 ）由于这种传动装置是垂直悬挂在船尾，可由船尾部甲板开口处吊装，检修不用进坞， 可大大缩短修理时间 尽管如此，由于结构上的原因，传递功率会受到一定限制，因而仅适用于小型船舶，特别适用于港作船和在狭窄航道中航行的船舶。 2.3.2 电力传动 电力传动是主机驱动主发电机将发出的电供到主配电板，再由主配电板供电给主电动机从而驱动螺旋桨运转的一种传动方式。采用电力传动方式的船舶被称为电力推进船舶。电力传动装置的布置如图 3 所示。 图 3 电力传动装置布置图 （ 1 ）电力传动的优点 主机和螺旋桨之间没有机械联系，可省去中间轴及轴承，机舱布置灵活；主机转速不受螺旋桨转速的限制，可选用中、高速柴油机，并可在柴油机恒定转速下调节电动机转速，使螺旋桨转速得到均匀、大范围的调节；螺旋桨反转是靠改变主电动机（直流）电流方向来完成的，倒车功率大，操纵容易，反转迅速，船舶机动性能提高；主电动机对外界负荷的变化适应性好，甚至可以短时间堵转。 （ 2 ）电力传动的缺点 需要经过机械能变电能、电能变机械能两次能量转换，传动效率低；增加了主发电机及主电动机，使动力装置总的重量和尺寸都增加，造价和维护费用都提高。 （ 3 ）电力传动的应用 基于上述特点，电力传动主要用于对机动性能要求很高的船舶，需要从事特殊作业的船舶，以及具有大容量辅助机械的船舶；也适用于军用舰船。 1 ）起重船。在自航式起重船上，可利用起重机械的电力作为推进动力。如我国自行设计建造的 50 t 起重船，装有两台 55 kW 柴油发电机组，起重作业时，电网向起重机械供电；航行时，电网向两台推进电动机供电，维持 3 kn 左右的航速 2 ）消防船、救捞船。消防船在驶向火场的过程中，主发电机的功率全部用于船舶推进；到达火场后，需要用少量的电能维持低速推进，而把大部分的电能供给消防泵。电力推进不仅可以减少消防船上原动机的数量，而且便于实现驾驶台遥控，以获得良好的机动性和操纵性。救捞船与消防船类似，在到达救捞地点后，就可将主发电机组产生的电能大部分用于救捞设备如空压机、绞车等。 3 ）布缆船、航标作业船。在铺设电缆时，需要船舶保持精确的航向和较低的航速。采用电力推进后，可在达到上述要求的同时，将主发电机组的功率主要用于布缆作业。航标作业船与布缆船情况类似。 4 ）调查船、测量船。这类船上一般配备有大功率的甲板机械或科研设备，它们可与电力推进装置一起从主电网获得电能。电力推进船舶的机动性、低速航行性能较高，这对于航行状态多变、航区复杂的调查船和测量船十分有利。 5 ）挖泥船。采用电力推进的耙吸式挖泥船，其大功率的泥浆泵不必由专用的原动机带动，主发电机组的功率可以随意地分配给泥浆泵和推进装置。在挖泥时，船舶低速航行，大部分电能供给泥浆泵：航行时，电能全部供给推进装置，船舶保持高速航行。这样，既减少了原动机的数量，又提高了动力装置的经济性。 6 ）破冰船。电力推进的破冰船在低速时能发出较大推力，适合完成破冰任务。电动机的堵转特性使机组不会超载，并在螺旋桨被冰块卡住时不致损坏。电力推进装詈的机动性和恒功率自动调节性能，也改善了破冰船的工作效率。 7 ）拖船。电力推进装置的调速范围广，可保证拖船从自由航行状态到拖带状态都发出全功率，从而获得拖航工作的最佳效率。此外，在拖带过重时，电动机还可实现堵转，避免事故的发生。 8 ）渡轮。电力推进设备易于实现集中控制，除船尾设置主推进器外，还可方便地在船首及左右两舷设置侧推器，以便于渡轮在港口要道和狭窄水道中快速、灵活和安全地航行，并快速、准确地靠离码头。“烟大”号是国内首次采用全电丿推进系统的客滚船，由上海船舶研究设计院设计，天津新港船厂建造， 2006 年投人营运，长 182.6 m ，宽 24.8 m ，满载排水量 16 299 t ，服务航速 18 kn ，抗风能力 8 级，采用了 ABB 公司的 Azipod 电力推进装置（ 2 × 4 088kW ）。 9 ）大型邮轮。采用电力推进的大型邮轮，布詈方便、紧凑，增加了乘客房间，减少噪声，提高了舒适性。美国的“幻想”号、日本的“ Crustal harmony ”号等邮轮，都采用了电力推进方式。 2.3.3 吊舱式推进器 吊舱式推进器的结构与 Z 形传动装置类似，但工作原理不同，属于电力传动范畴，即柴油机或燃气轮机驱动发电 机 发电，电力通过电缆输送给安装在水下吊舱中的电动机，带动螺旋桨旋转。图 4 为吊舱式推进器的结构原理图。 采用吊舱式推进器的船舶，其推进电动机直接受到周围海水的冷却，冷却效果好，尺寸紧凑，效率高，操纵方便，功率范围较大。单台吊舱式推进器的功率范围为 5 000 ～ 25 000 kW ，四台推进器总功率可达 100 000 kW 以上。近年来，其在超大型豪华旅游船和大型客滚船上应用逐渐增多。 图 4 吊舱式推进器结构原理图 1 一回转电机； 2 ―回转轴承；： 3 一辅助设备： 4 ―船体线； 5 一后桨： 6 ―转子联轴节； 7 一后污水井： 8 ―轴承； 9 一散热翅片： 10 励磁机；： 11 一前污水井： 12 ―桨帽； 13 前桨； 14 ―桨轴； 15 ―外壳： 16 一污水泵： 17 一工作通道： 18 ―电液操纵系统： 19 ―滑环装置 3 船舶推进装置选型分析 发动机、传动设备、传动方式及推进器的类型很多，因此，它们可组合成多种推进装置。传动方式不同，装置的性能也将不同，并且有各自的优缺点和适用条件，在进行传动方式的选型时要综合分析，杈衡利弊，最后做 出 决策。 选择传动方案时要考虑的因素，主要有船舶的大小、用途和航区，发动机的形式和发展，传动设备的形式和发展，经济性能、安全可靠性能和运转管理性能等。船舶动力装置常见的选型方案如下： （ 1 ）一般远洋和沿海航行的货船、油船多采用直接传动，以提高装置的经济性。 （ 2 ）由于机舱空间有限，客船、滚装船多采用中速柴油机作为主机，通过减速齿轮箱驱动 定距桨或调距桨。 （ 3 ）在冰区航行的船舶，为了使主机和轴系不致因螺旋桨被冰块卡住而损坏，在采用低速柴油机时还加上液力耦合器。 （ 4 ）对于破冰船，由于希望在破冰时获得较大的机动性及螺旋桨被卡住时有较大的扭矩多采用电力传动。 （ 5 ）内河船舶由于受吃水的限制，常采用中、高速柴油机和齿轮减速传动。此时在主机和齿轮减速器之间一般设弹性联轴器，以吸收扭矩的冲击和减轻因轴线对中偏差造成的影响。 （ 6 ）对于工况多变的渔船和推、拖船，则采用调距桨装置更为适宜。 （ 7 ）双机单桨推进装置因并车和航行中检修主机的需要，必须加装离合器，如摩擦离合器、液力耦合器等。 在考虑经济性时，不但要看传动轴系本身的效率，还要将传动设备的效率、主机效率以及螺旋桨效率联系起来一块考虑。例如，就传动方式本身而言，直接传动的效率比齿轮减速间接传动的效率要高。但采用齿轮减速传动后，螺旋桨转速可以降低，直径可以增加，螺旋桨效率将会提高，因此整个推进装置的效率可能提高。图 5 所示为船舶推进装置的部分组合方案。 图 5 传统推进装置选型方案 参考文献 伍赛特 . 船用柴油机应用前景展望 . 柴油机设计与制造 ,2018,24(03):1-4. 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 . 内燃机 ,2018(06):54-57+62. 伍赛特 . 燃料电池应用于船舶动力装置的可行性及展望 . 内燃机与动力装置 ,2018,35(04):87-90+94. 伍赛特 . 蓄电池电动船舶的应用前景展望 . 机电技术 ,2018(05):117-120. 伍赛特 . 船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究 . 机电信息 ,2019(15):159-160. 黄连忠，赵俊豪 . 船舶动力装置与特种装备 . 大连：大连海事大学出版社 , 2016.01.
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电控柴油机高海拔标定技术概述
wusaite 2019-8-28 09:38
电控柴油机高海拔标定技术概述 伍赛特 1 总体概述 随着对汽车发动机动力性、经济性、排放性、驾驶性和舒适性等方面的要求不断严格，发动机电子控制技术不断得到应用。柴油机采用电控燃油喷射技术后，因其喷油参数灵活可控，在高原环境下能够对喷油参数进行修正，使柴油机更容易获得良好的空燃比，辅以喷油定时的大气压力修正或喷油压力的大气压力修正，能够改善高原下机械泵柴油机存在的空燃比偏离最佳值、有效热效率下降等问题，提高电控柴油机的动力性、经济性和可靠性等发动机性能。同时以高原环境下低温启动辅助设备的应用和标定，能够改善电控柴油机低气压低温启动性能，从而提高电控柴油机的高原环境适应性。 电控柴油机高原适应性的高低在很大程度上取决于其高原标定技术的成熟程度及标定试验的好坏。此外，电控柴油机燃油系统本身也受高原环境的影响，如高压共轨燃油喷射系统的低压回路、启动能力、系统压力控制／监控等均受到不同程度的影响，客观上也要求对电控柴油机进行高原标定。而随着发动机电子控制技术的发展，可变截面涡轮增压、双级涡轮增压和废气再循环等先进控制技术逐渐得到了应用。这些技术均需要考虑高原修正的问题，对电控柴油机的高原标定提出了新的挑战。 值得注意的是电控柴油机高海拔综合性能的提升是匹配和标定共同作用的结果，在进行电控柴油机标定之前必须进行对电控柴油机进行合理的硬件匹配工作。从狭义上讲，要为具有确定用途车型的发动机配用合适的电控系统。广义上还包括为实现整车的各种性能要求，而为整车、发动机和电控系统进行设计、选型、改造、适配和标定的整个过程。在进行电控柴油机高海拔标定之前，需要完成电控柴油机的燃烧室优化和增压器匹配等工作，不能将电控柴油机高海拔性能的提升完全寄希望于电控柴油机的标定工作，而应该将匹配和标定工作同时进行。 2 基本概念 常用的相关基本概念包括标定、“三高”标定、标定工况节点、脉谱和标定系统五个。 2.1 标定 标定是指根据整车的各种性能要求（动力性、经济性或排放性能等），调整、优化和确定电控系统软件的运行参数、控制参数和各控制模型的整个过程。其包括所有为此而进行发动机台架、整车转鼓、“三高（高温、高寒、高原）”试验和实际道路试验等过程。 2.2 “三高”标定 为了使车辆能够有更大的地域适应性，必须选择包括高寒、高温和高原在内的各种极端的气候条件对车辆进行试验和标定，以使车辆能够满足广泛的市场要求，在“高寒、高温和高原”条件下进行的标定试验，就是“三高”标定。图 1 是电控柴油机开发的基本流程，从该流程可以看出，“三高标定”是电控柴油车开发过程中必不可少的一环，整车在投向市场之前，必须完成柴油机高原环境适应性研究“三高标定”。其中高寒和高温标定主要是考虑进气温度的变化对整机性能的影响，高原标定需要同时考虑进气温度和进气压力的变化对整机性能的影响，并对相应的脉谱进行标定。 根据原机械工业部的调研结果表明：高原是对内燃机使用性能影响最为显著的环境，高原环境条件的变化造成柴油机整机性能的下降。柴油机在高原地区使用时，进气充量减小引起柴油机燃烧恶化，造成柴油机的动力性和燃油经济性下降、碳烟排放增加、热负荷增大、冷却性能降低和低温启动性能下降等问题。电控柴油机在开发过程中必须进行高原标定。 图 1 电控柴油机开发的基本流程 2.3 标定工况节点 标定工况节点是指为进行电控标定而确定的南发动机转矩、功率或平均有效压力和转速决定的离散工况点。对电控系统而言，由于转矩和功率不能直接控制，所以电控系统的控制软件一般用转速和功率的控制量，即绝对压力、进气流量、节气门位置（点燃式发动机）、油门位置或循环喷油量（压燃式发动机）来定义。 为了协调标定精度与标定工作量之间的矛盾，在保证节点范围能够覆盖发动机整个工作范围的前提下，在发动机性能变化大、使用频率高的区域或对使用有特殊要求的工况（如排放测试工况），标定工况节点密度应适当增大。常用工况可以通过发动机工况使用频率进行统计后确定，即调查各种工况在实际使用中出现的次数，在绘制工况频次统计图后得到。广西玉柴机器股份有限公司根据工况统计结果确定对公交柴油机进行公交循环的标定，其特征是提升其中低速燃油经济性，而对于其他柴油机可以根据需求采用高速公路循环进行标定，提升其中高转速性能。 2.4 脉谱 ECU 是电控柴油机的“控制中枢”，发动机或整车标定也主要是对 ECU 中的脉谱数据进行优化，当发动机控制系统移植到不同机型上，特别是开发新型的电控柴油机时，一些关键的脉谱都需要重新进行标定。 ECU 中有大量的数据表，有些代表了部件的固有特性，如压力传感器电压值与压力值之间的关系、燃油密度和温度的关系等；有些代表了发动机的稳态性能，如进气流量与进气压力和温度间的关系、喷油器油量与轨压和控制脉宽的关系等；有些则是控制策略不可缺少的部分，如启动油量与水温间的关系、基本油量与加速踏板和转速间的关系等，这些数据表统称为脉谱。脉谱的结构和不同脉谱之间的逻辑关系是电控柴油机控制系统开发的重要内容，是进行电控柴油机标定的前提和基础。 脉谱的节点数量和分布规律等要根据 ECU 容量和 ECU 运行的常用工况等因素考虑，如 ECD-U2 电控单元的喷油量脉谱、喷油定时脉谱和共轨压力脉谱采用密集的 18 × 26 矩阵。无锡威孚相应的喷油参数脉谱采用稀疏的 11 × 26 矩阵。 2.5 标定系统 一个功能完备的标定系统是进行电控柴油机标定的前提和基础。总的来说，国外标定系统开发和应用的时间早，技术成熟，开发了如 ATI 公司的 VISION 标定系统、 ETAS 公司的 INCA 标定系统、 AVL 公司的 CAMEO 标定系统和 Vector 公司的 CANape 标定系统等，这些标定系统已经形成成熟的产品，在国内外拥有大量的用户。国内部分高校也开发了各具特色的标定系统，如上海交通大学开发了具有脉谱数值和原始数值比较功能和权限设置功能标定系统；清华大学开发了发动机自动化性能试验系统和满足 CCP 协议的通用型标定系统；浙江大学和江苏大学等院校也开发了各自的标定系统。虽然上述标定系统在功能上和国外同类产品还存在差距，但自主开发标定系统能够降低开发成本，满足电控柴油机标定及其技术研究对研究平台的需求，并推动了标定技术的发展。 典型的标定系统主要由标定软件、接口硬件和测量模块组成，具有如下的基本功能： （ 1 ）能实时监控和显示各种传感器和执行器信号以及脉谱的图形数据和发动机各种状态参数值，以便能及时确定被标定节点和应标定或修改的参数值； （ 2 ）能对脉谱进行实时在线修改； （ 3 ）能够具有软件编程和数据管理等功能，使修改后的脉谱能够顺利预置于 ECU 中； （ 4 ）配套的发动机台架及测试设备应满足电控发动机试验或测试的各种基本要求。 此外，部分标定系统还集成了试验设计和数据优化等功能。 随着标定系统的不断发展，自动化标定系统逐渐得到了应用。自动化标定系统是在自动化试验台架的基础上，将试验过程和优化计算结合起来的系统，能够通过优化算法设计试验过程并自动完成试验和记录数据，同时能够对试验结果进行优化计算，并能根据试验结果得到最终的最优解。自动化标定系统一般分为自动化标定试验台架和标定软件。其中，自动化试验台架是自动化标定的试验基础，已经成为各种发动机研制和测试生产过程中必不可少的设备，其作用是自动完成发动机台架试验，并获得有效的试验数据。标定软件需要控制喷油参数并根据试验数据进行优化并确定控制系统中的控制参数。 AVL 公司在 1992 年成功开发了一个可以实现自动标定的台架试验系统。据介绍，利用该系统，可以对电控增压柴油机的喷油定时和 EGR 进行自动优化，使得原来需要 2 周以上的试验标定工作可以在 20 小时以内完成，并最终形成了 AVL 的 CAMEO 标定系统。德国 FEV 公司和 SCHENCK 公司的 VEGA 标定系统也实现了类似的功能，自动化标定系统已经成为标定系统发展的重要方向，该系统的实现意味着测试设备和标定系统需要满足相同的通信协议，使得排放分析仪、燃烧分析仪和发动机测功系统可以直接同标定软件进行通信。 参考文献 刘瑞林 . 柴油机高原环境适应性研究 . 北京：北京理工大学出版社 , 2013.02.
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舰船动力系统发展趋势展望
wusaite 2019-8-25 10:53
舰船动力系统发展趋势展望 伍赛特 1 舰船柴油机领域 舰船柴油机技术在当前的发展主要表现在以下几个方面： （ 1 ）现代设计理论和方法在舰船柴油机上的应用。 （ 2 ）现代测试技术、新材料（如钛合金、碳纤维和耐高温耐磨陶瓷等）在柴油机上的应用。 （ 3 ）其他工业技术领域（航空、宇航和汽车等）已成功应用的新技术移植到舰船柴油机上。 （ 4 ）机电一体化技术在工业领域中的广泛应用，电子元器件可靠性的提高，将会加速电子调速器、电子喷射、可调进排气正时、可调式增压器等新技术在舰船柴油机上的应用。 （ 5 ）高速大功率舰船用柴油机的发展重点是提高可靠性和使用寿命、降低成本、降低油耗、改善低工况性能、降低排放、增加柴油机的适应性、简化维修和提高自动化水平。 舰船柴油机技术发展的基本趋势是：不但提高平均有效压力、提高单机功率、减少比重量和体积，尽可能降低各种工况下的燃油消耗率、降低 NO 及烟度，采用高压共轨或其他电喷供油系统、采用相继增压、低负荷用进排气旁通、高负荷用放废气等技术实现柴油机的全工况优化以及电子监控系统集成智能化。 2 蒸汽推进策统和联合推进统领域 我国海军在大中型驱逐舰上，多采用蒸汽推进系统和联合推进系统。由于舰船蒸汽推进系统的发展受到舰船柴油机和燃气轮机发展的影响，蒸汽动力在中小型舰船上的应用日益减少，但由于常规蒸汽动力具有功率大，寿命长和造价低等其他推进系统所不及的优点，因此其在大中型舰船和航空母舰上将被继续采用，并占有重要的位置。 3 舰船燃气轮机的展望 （ 1 ）海军大中型水面舰船推进动力的燃气轮机化趋势越来越明显，渐成不可逆转之势。 （ 2 ）舰船燃气轮机将继续奉行¨航空派生”为主的政策。 （ 3 ）现在简单开式循环燃气轮机已得到充分的发展。民航发动机的压比已从低于 12 提高到 30 左右，燃气初温也从 1 200 ℃增加到 1 600 ℃左右，近期内将可达到 1 700 ℃，考虑到航空改装的船用燃气轮机的初温一般比相应航空发动机的初温低 70 ～ 100 ℃，故近期内，预期会出现以燃气初温 1 600 ～ 1 650 ℃、压比约 35 运行的由航空改装的船用燃气轮机。此时发动机最大连续功率的耗油率约为 120 g/ （ kW · h ），比功约为 325 kW/ （ kg/s ），使较大功率的燃气轮机的耗油率至少在全功率下接近甚至低于目前高速柴油机的水平。 舰用燃气轮机的发展将围绕着提高功率、降低油耗（最大和部分工况）、更大的比功、低的排放指标、减少尺寸和重量，以及提高可靠性与可维性进行。 （ 4 ）发展燃气轮机装舰技术日趋重要。 4 综合电力推进系统领域 随着超导技术、电子技术和整个工业技术水平的发展，可以预料综合电力推进系统将会在今后的大中型军用与民用舰船上有较大的发展。美、英、法等国海军都相继制订了开发水面舰船综合电力推进计划，瓦锡兰等公司也在大力研究开发这项新技术。 5 常规潜艇动力系统领域 目前我国常规潜艇动力系统存在直接推进和电力推进两种形式。从世界常规潜艇发展趋势来看，电力推进已取代了直接推进的方式。从 20 世纪 80 年代开始，常规潜艇在延长水下经航时间、提高推进效率和采用新型推进器等方面有了很大的进展。常规潜艇动力系统的发展主要在以下几个方面。 5.1 加装AIP系统 常规潜艇加装 AP 系统是其发展趋势，西方许多国家竞相研究开发 AIP 系统就说明了这点。由于各个国家的潜艇活动区域不同，技术水平、拥有的产品专利各异，以及对常规潜艇的任务需求也不一样，因此形成了世界上常规潜艇 AIP 系统百花齐放的局面。但是随着时间的推移以及对 AIP 系统的深人研究，现在形势比较明朗，在众多的 A 系统系统中，热气机、小型核动力推进系统和燃料电池三种 AP 系统脱颖而岀，均已达到了实艇应用阶段，取得了预期的效果。其中热气机 AIP 系统在瑞典皇家海军的潜艇上已经服役了相当长一段时间，并向许多国家出口了该系统，是惟一在役的常规潜艇 AIP 系统。 热气机（ SE ）的热力循环方式是斯特林循环，因此也称为斯特林发动机。其工作特点是工质不与外界环境交流，形成闭式循环，振动和噪声小；低工况扭矩特性好；在整个负荷和转速范围内，热效率变化率比柴油机小；与柴油机相比，其由冷却水带走的热量大一倍，由排气带走的热量却很小；启动性能较差。 燃料电池（ FC ）是将燃料中的化学能直接转变成电能的一种特殊动力转换方式。从其最初实验至今已有一百多年历史，直到 20 世纪 60 年代才取得突破性进展，目前已在宇宙飞船、深潜器、航标灯和无人声纳站等领域得到应用。燃料电池具有热功转换效率高、几乎无噪声声隐蔽性好、排温低——红外隐蔽性好、排放无污染—一光隐蔽好、易于布置和安装、维护保养简单方便等优点，所以在舰船上有着广阔的应用前景。 燃料电池是缩短常规动力潜艇和核动力潜艇之间技术差距的有效途径之一，美国、德国、意大利、荷兰和日本等国正在进行这方面的技术开发工作，其中主要是美、德等国，美国以磷酸型燃料电池为中心开展研究，德国已完成常规柴电动力加装燃料电池的混合动力潜艇的海上试验，目前正在研制全燃料电池推进的潜艇。日本等其他国家正在进行将其应用在水面舰船和民船方面的研究工作。虽然燃料电池目前尚未真正达到可供经济实用的阶段，但在近几年内，预计将会在包括军船和民船在内的整个船舶领域开始进入实用化的阶段。如采用电热联供装置，其效率可达 80% 以上，是其技术发展的一个飞跃，也是舰船极为理想的动力源。所以在 21 世纪内，燃料电池作为舰船电源系统将受到人们日益普遍的重视。 常规潜艇采用 AIP 系统，极大地提高了潜艇的水下续航力，吸收了常规动力潜艇和核动力潜艇的长处，必将对常规潜艇的发展带来革命性的影响，可以预料，加装 AIP 系统必将是 21 世纪常规动力潜艇的标志性技术。 5.2 采用永磁推进电机 严格地说，永磁电机的概念早就提出来了，但是由于永磁材料的问题尚未解决，所以技术上的可行性未能实现，随着磁稳定性时间长、抗冲击、振动和高温的高导磁率磁体的出现，此项技术得以实现。与传统的舰船推进用电机相比，永磁电机诸多优点使其在舰船推进领域具有广阔的发展前景 目前永磁技术已应用于潜艇上，德国 U212 级潜艇采用了西门子公司的永磁电机作为推进电机。新一代柴电推进一一全电力舰船肯定会考虑采用永磁电机。 5.3 采用泵喷推进和磁流体推进 英、美、法等国新型潜艇广泛采用泵喷推进，使其全艇辐射噪声已经降到海洋背景量级，俄罗斯的“台风”级潜艇也准备采用喷水推进技术。 美国于 1980 年完成了 300 W 的磁流体推进船海上试验，并制造了 2 250 kW 的样机。日本在这一领域进展很快，于 1985 年成立了“磁流体推进开发委员会”，开始从事磁流体推进船的开发。 1992 年，世界上第一艘载人磁流体推进船“大和一号”在日本神户港正式试航成功，标志着磁流体推进技木进入实用阶段。 磁流体推进器是一种全新的推进装置。它利用海水的导电性能，让海水通过一定形状的槽道，槽道与海水形成电的回路，槽道外面由超导磁场广生高强度的永久磁场，当电流在槽道内的海水中流动时，在磁场的作用下，海水会产生洛伦兹力将海水推向船后或船首，使船产生向前或向后的推力。超导磁场是这种推进技术的必要因素，因为它们以较小的电损耗提供高磁场，而超导磁场需要深冷能量维持低温。 磁流体推进由于不需要螺旋桨和轴系等运动部件，而是直接将电磁能转换成推力，因此不会产生“空泡”现象，也不存在传动轴振动造成的噪声，所以速度快、效率高、隐蔽性好，它在潜艇、超高速客货轮等方面有着很好的应用前景。 5.4 采用综合全电力系统 舰船综合全电力推进系统研制已列入美、英等国海车的发展规划，并正在有计划地实施在我国综合全电力系统也开始受到关注，但仍有待技术决策部门规划，作出研制具体安排。 5.5 动力系统控制的网络化和智能化 随着计算机技术的发展，动力系统控制由单纯的遥控、微机自控向网络集中控制发展；由程序化控制冋智能化控制发展；由动力系统本身自成体系的控制系统向全艇分布总线式控制系统发展；由控制、监测、自动记录向控制系统性能监测、故障定位和专家系统方向发展。 5.6 开展仿生推进的先期研究开发工作 仿生推进是潜艇推进技术的革命，这种推进方式是仿生学和潜艇推进结合在一起的产品，它不光对潜艇的推进技术是一个跳跃式发展，对潜艇艇体设计、潜艇控制等都是一个全新的设计概念。 6 传动装置领域 随着舰船动力系统的发展，简单标准型后传动装置已不能完全满足需要，后传动装置今后的发展会有以下特点： （ 1 ）从单个传动部件的研究设计发展到整个后传动装置的综合研究设计。 （ 2 ）传动装置的研究设计与船一机综合分析研究相结合 （ 3 ）开展大功率、大扭矩，低重量功率比，高机动性，高抗冲击与振动，低噪声，并车传动和行星传动技术方面的研究。 7 舰船隐身性领域 为提高舰船的隐身性，对于动力系统而言，必须重点减小两方面的物理场： （ 1 ）降低舰船水下噪声场和水上噪声场，其中尤以动力系统机械设备运行时产生的结构噪声而形成的水下噪声场最为关键，这种噪声具有容易被识别的特点，对舰船隐身性的威胁最大。这方面的发展情况请参见第十三章有关内容。 （ 2 ）舰船的红外场主要由动力系统机械设备运行时排气中携带的热量产生，使之成为红外侦察仪和红外制导武器的目标。 同等功率下形成的红外场强依次为：燃气轮机（排气温度最高，排气中携带的热量次之），蒸汽轮机（排气温度第四，排气中携带的热量最多），热气机（排气温度次之，排气中携带的热量第三），柴油机（排气温度第三，排气中携带的热量第四），燃料电池（两者均第五），核反应堆则基本上无排放。其 250 ～ 600 ℃的排气是产生波长 3 ～ 5 m 中红外的辐射源，而中红外是红外制导导弹的目标，所以对中红外频段的抑制比较重要，现在都在对降低由前四者的排放而引起的红外场强进行研究。 8 推进监控系统 舰船推进控制系统包括推进系统自动控制和远操系统。舰船推进监控系统的主要功能是对推进系统的主要运行参数进行釆集、处理、运算并进行显示、报警和纪录，并对机器的运行状态进行监视、故障诊断和趋势预报等。在 20 世纪 60 年代以前，推进监控系统重点是发展主要设备的单元自动化。 到了 70 年代前后，计算机技术的引入给舰船推进监控系统带来了一场革命，舰船推进计算机监控系统的发展经历了从单个中央监控机到分布式小型机 / 微机再到现场总线网络系统。这种全数字、全分散和全开放式的局域网络推进监控系统的发展开创了难以预计的生命力。计算机网络技术的发展，通信可靠性大大提高，现场总线网络的出现又使控制与监测都可集成于一个系统之内，因而推进系统以至于机舱系统，可实现分散控制，集中管理。 目前国际上先进的军、民舰船领域正在发展以现场总线控制系统计算机网络技术标志的综合 平台管理系统（ PMS-Integrated Platform Management System ），它是当前推进监控以及机舱自动化技术水平的标志。民船则将从全船自动化向船岸一体化过渡。 PMS 的基础是可靠的平台网络和符合标准化、模块化的设备。 参考文献 邵开文，马运义 . 舰船技术与设计概论 . 北京：国防工业出版社 , 2009.07. 伍赛特 . 船用柴油机应用前景展望 . 柴油机设计与制造 ,2018,24(03):1-4. 伍赛特 . 燃料电池技术应用研究及未来前景展望 . 通信电源技术 ,2019,36(05):86-89. 伍赛特 . 船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究 . 机电信息 ,2019(15):159-160. 伍赛特 . 船用柴油机及轮机系统的节能措施研究 . 上海节能 ,2019(04):271-274. 伍赛特 . 高性能船舶动力装置发展前景 . 水运管理 ,2019,41(06):21-25. 伍赛特 . 核动力舰船发展前景展望 . 节能 ,2019,38(03):117-120. 伍赛特 . 潜艇用闭式循环柴油机 AIP 装置研究综述 . 中国水运 ( 下半月 ),2019,19(02):94-95. 伍赛特 . 斯特林发动机应用于潜艇 AIP 动力装置的前景展望 . 装备制造技术 ,2019(01):107-110+114. 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 . 内燃机 ,2018(06):54-57+62. 伍赛特 . 舰用燃气轮机动力装置的前景展望 . 现代制造技术与装备 ,2018(12):204-206. 伍赛特 . 燃料电池应用于船舶动力装置的可行性及展望 . 内燃机与动力装置 ,2018,35(04):87-90+94. 伍赛特 . 加汽式燃气轮机应用于舰船动力装置的前景分析 . 机电信息 ,2019(24):51-52.
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电控喷射柴油机的技术优势及其在工程机械领域的应用状况
wusaite 2019-8-10 19:41
电控喷射柴油机的技术优势及其在工程机械领域的应用状况 伍赛特 目前，国内工程机械发动机普遍采用涡轮增压及中冷技术，高技术含量的电喷技术还没有被广泛应用，发动机性能没有质的提高，影响了我国工程机械行业的整体水平。欧美国家对工程机械（非公路用）已经实施了相应严格的排放标准通过各种传感器检测出发动机的实际运行状态，输入到电子控制单元（ ECU ），形成数据 MAP ，从数据 MAP 中计算目标喷油量，向执行器发出指令，进行控制，并且反复循环操作。 1 电控喷射柴油机的技术优势 通常而言，柴油机采用电喷系统具有如下优点。 1.1 自由控制喷油压力 电控喷射柴油机的喷油压力不受曲轴转速以及凸轮形状的影响，可以根据需要灵活控制，能够提高喷油压力、提髙供油能量、改善雾化质量、缩短喷油延续时间，从而降低 NO x 排放。在大负荷工况下可以通过提高喷射压力。推迟喷油定时的方法求得 NO x 和颗粒（ PM ）的折中关系。在低负荷工况下则需要减少混合燃料的比例，同时降低喷油初期的喷射压力。 1.2 精确控制喷油量 根据传感器的信息。 ECU 计算出目标喷油量，计算出喷油装置需要的供油时间并向驱动单元发送驱动信号，从而控制喷油量。在基本喷油量、怠速转速控制、启动油量控制、各缸不均匀油量补偿控制、恒定转速控制等各种运行状况下，实现最佳喷油量控制。 1.3 精确控制喷油定时 通过各种传感器监测发动机当时的工况条件和环境条件，并根据这些实时条件计算出最佳喷油时间，将结果送给执行器（定吋控制阀 TCV ），控制流入或流出提前机构的工作油。由于工作油对提前机构的作用，改变燃油压送凸轮的相位角，或提前、或延迟，从而控制喷油定时。 1.4 自由控制喷油率 电喷柴油机能够自由地实现对喷油率的控制，不仅能够实现靴形喷油率，还可以实现多段喷油。 1.5 扩展了故障诊断、联络等功能 自我故障诊断功能就是由 ECU 监视，发现电子控制系统中故障产生的位置，并向驾驶员或修理人员提供故障信息的功能。同时可以解决运行参数及监测数据的存储与传递，有利于对机械的动态管理 2 电控喷射柴油机在工程机械领域的应用 采用电控喷射可以按照要求自由控制喷油时间、喷油压力、喷油量和啧油规律，在定的意义上实现了可控燃烧。在工程机械上使用电控柴油机，应将柴油机电控系统与主机的控制系统结合，将机械的最大功率与一般功率等模态特征用程序写入控制单元中，并将工程机械液压油油压、油温以及负载传感器信号输入到 ECU 中，可根据作业情况，选择包括柴油机冷起动时的喷油量、低速加浓、最佳喷油提前角、调整特性、转速、空燃比、正常压力补偿等最优化控制。达到较严的排放标准和更佳的经济性能，自我故障诊断能力可保证机械的可靠运行。 工程机械中已经开始采用电控柴油机，如卡特彼勒公司生产的 PM-102 ， PM-200 ， PM-201 型路面冷铣刨机装配了机械驱动式电控单体喷油系统（ MEUI ），它将电子控制技术的先进性与机械直接控制燃油喷射的简单性互相结合，并且在整个发动机运行速度范围内对喷射压力具有优良的控制能力，精确控制的燃烧周期降低了燃烧室温度从而减少排放，燃烧更充分，使得燃油费用转换成更多的工作输出，满足相应排放标准。 PM-200 型发动机装有 HEUI 电子喷射装置及 ADEM A-4 模块，可提高 22% 的喷射压力。便于燃油完全、高效燃烧，燃烧效率可提高 5% ， NO x 下降 40% ，转矩增加 35% ，个别工程机械产品的机外噪声已降至 72 dB 。如北京三环路改造工程为了提高施工速度和质量，减少对环境的污染，采用了瑞典戴纳派克公司最新一代 PL2100S 铣刨机，该机配备了康明斯 QSX15 型全电控柴油机，具有非常明显的燃油经济性和超强动力性，大大降低了发动机的噪声，尾气排放达到汽车排放的标准。如迪尔采用 EUI 系统（电控泵喷嘴），康明斯采用 IS 系统（一种交互式共轨喷射系统）等，并且有逐步扩大应用的趋势。 在我国电控柴油机技术取得了一定的成果。一汽采用电控可变预行程泵实现对 CA6110 系列柴油机的喷油控制和怠速、巡航的调速控制；威孚公司先后对 VE 分配泵、时间控制式分配泵、高压共轨系统进行了系统的研究和开发；位置控制式 VE 分配泵已推向市场；吉林大学、北京理工大学等科研院所相继展开电控技术的研究，并取得阶段性成果。 国内工程机械品种齐全，包括挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机械、压实机械、路面机械、桩工机械、叉车与工业搬运车辆、凿岩机械、混凝土机械等，电控柴油机在工程机械中的应用前景广阔，也符合我国工程机械的发展趋势。大型化、多用途、微型化、电子化与信息化、节能与环保是今后电喷柴油机技术发展的主流方向。 参考文献 蒋波 . 现代工程机械电液控制技术 . 重庆：重庆大学出版社 , 2011.10.
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船用柴油机的技术现状与发展趋势
wusaite 2019-8-7 19:31
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 BW 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。 增压技术也是在这一阶段中发展起来的。 1905 年瑞士人 Alfred Buechi 提出了废气涡轮增压的专利。但在早期主要采用的是机械增压，目的是为了获得足够的扫气空气，基本上釆用往复泵和罗茨泵等形式，第一台废气涡轮增压柴油机由 MAN 公司于 1927 年生产，其安装的增压器由 Brown boveri 公司（ BBC ）生产，增压比为 1.3 。采用增压技术将该柴油机（缸径 540 mm ，行程 600 mm ）的功率由 1 250 kW （ 240 r/min ）提高到 1 765 kW （ 275 r/min ），当时由于增压器制造水平的限制，这台增压器的体积庞大、笨重，此项技术未能迅速推广。 1.1.2 船用柴油机发展的第二阶段 船用柴油机发展的第二阶段是从 20 世纪 40 年代至 70 年代。第二次世界大战之后，由于全球经济的迅速发展，对船舶运输业的要求不断增长。由于在这一阶段船舶一直向大型化及高速化方向发展，对船舶推进装置提出了新的要求，因柴油机动力装置的突出优点，使得柴油机在船舶动力装置中取得了明显的压倒优势。 这一时期是船用低速柴油机发展的黄金时期，其主要特征是向大缸径、大功率方向发展，以提高增压程度和加大气缸排量作为提高单缸功率的主要措施。加大气缸排量的主要手段是加大气缸直径， 1956 年最大气缸直径为 740 ～ 760 mm ， 1960 年最大气缸直径为 840 ～ 900 mm ， 1965 年最大气缸直径为 930 mm ，到 1970 年最大气缸直径达到了 1 060 mm 其相应的单缸功率 1956 年为 900 ～ 1 030 kW ， 1960 年为 1 540 ～ 1 700 kW ， 1965 年为 2 000 kW ， 1970 年为 3 000 kW ， 1977 年已达到 3 400 kW 。 在这一阶段，船用柴油机发展的主要技术特征是废气涡轮增压技术的成熟和普及。随着生产和技术的发展，废气涡轮增压器的设计和制造水平不断提高，废气涡轮增压器的性能得到改善，质量减轻，体积减小，使它能作为一个附件装在柴油机上。 20 世纪 40 年代，生产废气涡轮增压器的技术逐步成熟起来。 1946 年，瑞士 BBC 公司开始生产 VTR 轴流式涡轮增压器系列。废气涡轮增压技术在船用二冲程柴油机上的成功使用，使得船用柴油机的功率大大提高，是船用低速柴油机发展中的重要里程碑。国外称这一时期是船用低速柴油机的第一次飞跃。船用柴油机在此期间还完成了大缸径、焊接结构以及使用劣质燃油等重大技术成果，并逐步形成了多个船用低速柴油机系列。 1.1.3 船用柴油机发展的第三阶段 船用柴油机发展的第三阶段是从 20 世纪 70 年代开始至 90 年代末。 70 年代的两次石油危机诱发了世界范围内的能源危机。 1973 年石油涨价三倍，石油产品价格大幅度上涨使船用柴油机的燃油费用支出一跃占总营运成本的 40% ～ 50% 降低柴油机的燃油支出费用，提高柴油机的经济性已成为第一要求。此外，苏伊士运河的通航也使得对大型船舶的需求量减少。这一阶段着重于改进增压技术以提高柴油机的单机功率并降低比质量，提高柴油机的经济性和可靠性等。 这一阶段的最主要特征是各船用柴油机厂之间开始进行大规模地淘汰、调整和重新组合。柴油机技术不断趋于完善而柴油机的机型在逐渐减少。船用低速柴油机从以前的八个品牌（由八大船用柴油机制造厂生产）减少到三个。首先是瑞典的 Gotaverken 公司停产了自己的 GV 系列而改为生产丹麦 BW 公司的 KGF 系列；英国的 Doxford 公司停产了自己的 76J 系列而改为生产德国 MAN 公司的 KSZ 系列；对整个船用柴油机行业影响最大的是 20 世纪 80 年代初 MAN 公司和 BW 公司的合并以及 90 年代 Wartsil 公司和 Sulzer 的合并。船用柴油机制造公司的合并与重组导致柴油机机型的减少和系列的完备。在世界范围内，大型低速柴油机只有 MANBW 的 MC 系列柴油机和 Wartsila 公司的 Sulzer rta 系列柴油机。 这一阶段的第二个特征是节能技术研究和发展。在 20 世纪 70 年代末到 90 年代，各类节能型柴油机大量出现，机型更新周期大大缩短（甚至仅为 2 ～ 3 年），各类柴油机均采用各种节能措施降低油耗率，努力提高柴油机的有效热效率；同时，由于供给船用柴油机的燃油质量日益低劣，使得船用柴油机在使用劣质燃油的技术上又有了新的发展。目前，现代船用低速柴油机的油耗率已降低到 0.155 ～ 0.160 kg/ （ kW · h ），有效热效率可高达 55% 。船用柴油机的节能不仅仅在于提高柴油机本身的热效率，更着重提高柴油机动力装置的整体效率，也就是提高螺旋桨的推进效率。值得一提的是， 1975 年 11 月丹麦 BW 公司在 60000 散货船“帕纳马克斯号上的改进研究：在航速保持 16 kn 不变的情况下，将螺旋桨直径由 6.35 m 加大到 9m ，通过增加减速装置使螺旋桨转速由原来的 140 r/min 降低到 5 r/min ，达到了节约燃油 30% 以上的效果。这一研究成果引起了造船界的高度重视，降低柴油机转速、提高推进效率成为当时低速柴油机的发展趋势。这就导致了长行程以及超长行程低速柴油机的研制。根据散货船、油船和集装箱船对推进装置的不同要求，目前已形成了普通行程、长行程和超长行程的完备的柴油机系列在柴油机节能技术的发展的同时，柴油机的可靠性（在规定的使用期间按规定的负荷运转，不因故障而停车或降功率使用的能力）也有了长足的发展。各种先进技术（如材料、加工、结构等）和制造工艺的运用大大提高了船用柴油机的可靠性。船用低速柴油机的吊缸周期已从 60 年代的 5 000 ～ 6 000 h 提高到 8 000 ～ 12 000 h ，甚至高达 2 000 h 以上。在此期间船用二冲程低速柴油机的气缸排量没有进一步提高，气缸直径基本保持在 500 ～ 980 mm ，柴油机功率的提高主要依赖于增压技术的改进和柴油机强化程度的提高。此外，针对日益兴起的四冲程中速柴油机的竞争，开发了一系列小缸径（ 260 mm ， 350 mm ）的低速柴油机。 1.1.4 船用柴油机发展的第四阶段 船用柴油机发展的第四阶段是从 21 世纪初开始，其特征：一是电子控制在船用柴油机上的应用，实现了柴油机控制和管理的电子化、信息化和智能化；二是对柴油机有害排放的控制。现代船用柴油机控制与操纵自动化，即对船用柴油机及其附属设备进行自动控制及自动监视由来已久。 20 世纪 60 年代初曾进行在控制室内对主机集中控制与集中监视； 70 年代电子技术开始在柴油机上使用； 80 年代柴油机的电子控制技术已有了很大发展，除可监视柴油机的运行工况外，还可保持柴油机各运行参数的最佳值，以求得柴油机功率、燃油消耗率和其他有关性能的最佳平衡，并由此发展了对柴油机的故障诊断、未来趋势预报等技术，把柴油机的管理技术提高到一个崭新的水平。 电子控制式船用柴油机最典型的机型是 Wartsila 公司在 2000 年推出的 Sulzer rt-flex 全电子控制的智能型柴油机。该柴油机取消了凸轮轴传动齿轮、凸轮轴、燃油喷射泵、气阀控制机构及换向伺服器等设备，而将电子设备及其软件应用于船用柴油机并成为船用柴油机的基本组成部分。柴油机的所有主要功能如燃油喷射、排气阀驱动、柴油机的起动和气缸润滑都是全电子控制的。发动机的管理采用 DENS 模块和 MAPEX 监控与维护专家系统，不仅可以对柴油机的工作性能进行优化，而且可以检测柴油机的关键数据，并对这些数据进行智能化分析，以及实现利用专家知识在船评估和通过卫星通信全面支持数据储存和传输。 MANBW 公司也在 2003 年推出了 ME 系列电控柴油机，并开始装船使用；同时，日本三菱公司也与 Wartsila 公司合作开发了 LSE 系列电控柴油机。随着全球经济的发展，现代工业造成环境污染受到了广泛关注，为限制和控制船舶向大气排放有害物质，国际海事组织（ MO ） 1997 年召开了防止大气污染缔约国外交大会，通过了修订《 73/78 国际防止船舶造成污染公约》（ MARPOL 公约）的 1997 年议定书。该议定书新增了《 73/78 国际防止船舶造成污染公约》附则Ⅵ“防止船舶造成大气污染规则”，要求对 2000 年 1 月 1 日或以后建造的船上安装的船用柴油机有害排放进行控制。 2008 年 10 月，国际海事组织（ IMO ）海洋环境保护委员会（ MEC ）对 MARPOL 公约附则 VI 重新进行了修订，对于船舶的废气排放提出了更严格的要求。国际海事组织和世界各国对船用柴油机有害排放的控制内容主要包括氮氧化物（ NO x ）、硫氧化物（ SO x ）、微粒物质（ PM ）和温室气体（ CO 2 ） 为了满足国际海事组织和世界各国日益严格的排放法规要求并获得相应的证书，必须控制船用柴油机的排放，这已成为当前船用柴油机发展的中心任务，使得船用柴油机在燃料使用、燃烧方式、喷油设备等方面发生了重大变化，并对船用柴油机的发展产生了重大影响。在船用低速二冲程柴油机发展的同时，大功率四冲程柴油机自 20 世纪 50 年代开始也得到了稳步发展，至今已经历五代机型。它的最大优点是质量轻、尺寸小，可通过选用减速齿轮箱达到最佳的螺旋桨转速。在工作可靠性、使用寿命、经济性及对劣质燃油的适应性方面均有明显改进，基本上达到了与低速机相近的水平。近年建造的总吨位 2 000 总吨以上船舶中，使用中速机做主机的船舶数量达到了 35% ～ 40% ，装机功率也达到了装机总功率的 20% 左右。 1.2 国内柴油机的发展历程 我国是后期的低速船用柴油机生产大国，船舶低速柴油机的发展基本可以分为三个阶段。第一阶段是在 20 世纪 50 年代至 70 年代末期。由于当时的国际、国内环境，船用柴油机的发展立足于自主研发。我国对低速二冲程柴油机研制始于 1958 年，曾经研制并生产了 ES/DZ43/82ES/DZ58/100 、 ES/DZ76160 等机型，填补了我国大功率低速柴油机的空白，并在国产的沿海和远洋船舶上使用。 20 世纪 70 年代末至 2005 年是我国船用柴油机发展的第二个阶段。改革开放以来，逐步开始引进 Sulzer 、 MANBW 公司的专利进行生产，船用柴油机的生产技术和生产能力有了快速增长。这一阶段在引进国外先进技术的同时，没能重视和开发自主品牌的产品，导致国产低速机品牌从此消失，应该说是一个重大的损失。 自 20 世纪 80 年代初到 90 年代中期，国产主机装船率呈上升趋势。 1982 年，国产柴油机的装船率仅为 25% ，大部分是从日本进口。以后几年，随着国产柴油主机生产能力的提高，国产主机的装船比例迅速上升，由 1983 年的 35% 提高到 1984 年的 51% 和 1985 年的 80% ，到 1994 年为止，国产主机比例大致保持 80% 上下。到了 21 世纪初，由于主机生产跟不上造船业的快速发展，国产主机比例持续下降。在 2002 ～ 2004 年，我国造船产量大幅度攀升，尽管国产主机产量也在快速增长，但是国产主机装船率却不断下降， 2002 年降至 56% ， 2003 年进一步跌至 45% ， 2004 年更低， 22 000 kW 以上的船用柴油机几乎都要外购。据英国克拉克松研究公司报告， 2015 年我国造船完工量 1286 万修正载重吨，新承接船舶订单 1 025 万修正载重吨，手持船舶订单 3 987 万修正载重吨，分别占世界市场份额的 35.1% 、 30.3% 和 36.5% ，均位居世界第一。这更加突出了我国造机能力不足的问题。 2005 年以后是我国船用柴油机发展的第三个阶段。为了解决我国船用柴油机行业存在的产能较弱的问题，国家从政策、资金等各个方面对造机行业进行了扶持，同时对柴油机曲轴等配套行业也有较大的投入。 2005 ～ 2008 年，船用低速柴油机的制造出现了快速增长的势头。 2005 年前，规模较大的船用低速柴油机生产企业只沪东重机、大连船用柴油机厂和宜昌船用柴油机厂三家，目前已发展到 1. 家企业。截至 2016 年年底，沪东重机、大连船用柴油机厂等 企业已进入世界十大造机企业行列。然而不可回避的是，我国在专利生产方面依旧存在诸多短板。我国在船舶发动机领域起步晚、底子薄，缺少先进的理论基础和实际数据的积累，而且在生产制造过程中又受制于工艺、材料等多种因素的制约，所以在研发方面存在不足，关键零部件的性能也存在较大差距。 2016 年 12 月 26 日，由中船动力研究院有限公司（中国船舶工业集团公司，简称“中船集团”下属子公司）自主研发、制造的大功率小缸径船用低速柴油机 6EX340EF 顺利通过中国船级社（ CCS ）形式认可试验。作为中船动力研究院自主研发的大功率小缸径船用低速柴油机， 6EX340EF 填补了自主品牌二冲程低速柴油机领域的空白。 EX340 系列超长冲程低速柴油机缸径为 340 mm ，冲程达 1 600 mm ，转速为 144 ～ 169 r/min ，采用高强度紧凑设计，技术指标先进，设计单缸功率达 920 kW 。该型主机采用高效、高压比涡轮增压器和高压共轨燃油系统，优化了燃烧过程，提高了热效率；采用模块化电控燃油系统及集成式伺服油系统设计，以及单贯穿螺栓、单主轴承螺栓等多项易维护性设计；采用高强度结构设计，整机具有良好的振动、噪声特性。同时，该型主机满足国际海事组织（ IMO ） Tier II 排放要求，配置选择性催化还原（ SCR ）系统等后处理装置后，可满足 MO Tier III 排放要求 中船动力研究院推出的另一型自主品牌 1 000 kW 级功率中速机 12MV390 ，是我国新一代赶超世界最新水平的自主品牌大功率中速柴油机，该机同样采用了国际最先进的电控及燃油共轨系统，具备适用范围广、可靠性高、大修期长和维修便捷等多种优良特性，关键指标赶超了同等缸径范围中速柴油机的国际先进技术水平。它的诞生正式开启了我国大功率中速机的自主发展之路。 2 船用柴油机的现状及技术水平 2.1 船舶低速柴油机 船用低速柴油机制造商目前只有德国的 MAN Diesel Turbo 公司（ 2010 年 MAN 集团完成 MAN Diesel se 和 MAN Turbo AG 公司的合并成立）、芬兰的 Wrti 公司和日本的三菱公司。尽管每年各公司所占市场份额略有变化，但根据近年来的统计， MAN Diesel Turbo 公司约占 80% ， Wartsila 公司约占 18% ，而日本三菱公司仅约占 2% 。可以说在世界船用柴油机行业中，欧洲的品牌一统天下， MAN DieselTubo 和 Wartsila 两大品牌的市场份额合计高达 98% 。 世界船舶低速柴油机的研发中心在欧洲，制造中心在东亚。 2010 年， MAN Diesel Turbo 公司终止了其在丹麦工厂的低速机的生产， MAN DieselTubO 公司和 Wartsil 公司目前均已不再生产低速机。船用低速柴油机基本采用专利许可证授权的方式，由世界其他国家的造机企业从事许可证生产。 韩国、日本、中国是目前世界上主要的船用低速柴油机生产国，三个国家船用低速柴油机的产量占世界总产量的 90% 以上，但基本没有自己的品牌。韩国是当前居世界第一的造船和造机大国，拥有现代重工、斗山发动机、 STX 等大型企业，其低速柴油机的产量约占世界总产量的 50% （按功率计），全部属于许可证生产。日本低速柴油机生产是从 20 世纪 20 年代引进 Suer 和 BW 柴油机起步的，在大量生产专利机的同时，于 50 年代成功研发了自主品牌的船用低速机三菱 UE 型机，并于 20 世纪 50 年代中期成为世界第一造船大国， 70 年代中期成为世界第一大造机大国，但近年来在世界造船和造机市场的份额都有所下降，其自主品牌的三菱低速机只占全球市场约 2% 且仅限于日本国内。中国船用柴油机行业经过三十多年的发展，目前的生产规模和日本相当，但仍存在着产业集中度低、配套能力不足、技术压力大、对性能和质量要求较高的大缸径柴油机生产能力不足等问题。 近年来， MAN Diesel Turbo 公司成功地开发了 SME-B 系列和 GME 系列柴油， Wartsila 公司也开发了 X 系列低速柴油机。从上述参数可以看出，目前新型船用低速柴油机的活塞平均速度为 83 ～ 915 m/s ，平均有效压力高达 20 ～ 22MPa ，最大燃烧压力达 15 ～ 16MPa ，燃油消耗率约为 170g/ （ kW · h ），其动力性和经济性已经达到了相当高的水平。超长行程柴油机的 S/D 值都已达到 4.1 ～ 4.65 。 2.2 船舶中速柴油机 船用中速柴油机转速为 350 ～ 1 200 r/min ，大多为四冲程机，其体积较小，质量轻，制动速度快。大功率中速机主要用于客运班轮、作业船、滚装船等。近年来，中速机在开发大缸径、提 高 整机功率方面做了大量工作，并在燃用劣质燃油、降低油耗、提高零部件的可靠性、提高使用寿命及高增压等方面取得显著成效。目前虽然生产厂家较多，主要集中于 Wartsila 、 MAN Diesel Turbo 、 Caterpillar （ Mak ）等几家公司， wartsila 、 MAN DieselTubo （ SEMT Pielstick 皮尔斯蒂克已经并入 MAN ）在中速机方面同样走在世界最前沿。根据最新的报告显示，世界中速柴油机市场规模为每年 750 万马力。据 Wartsila 公司 2012 年年度报告， Wartsila 公司的中速机市场份额为 47% ， MAN Diesel Turbo 公司为 23% ， Caterpillar 公司为 5% ，其他公司的总和为 25% 中、 低 速船用柴油机一直以来都大量运用于船舶电站，为船上的各类设备提供电力，并开始在日渐繁荣的船舶电力推进中得到广泛应用。 我国的船用中速柴油机的生产在近年内也有较大的发展。通过自主研发和技术引进，缸径为 150 ～ 350 mm 的船用中速机从单缸强化程度到整机功率都有很大的提高。我国目前生产的中速机的机型中，引进的机型很多，主要包括洋马、大发、 Sulzer 、 MANBW 和 MTU 等多家公司的产品。这些产品的引进缩小了国产柴油机与国外的产品的差距，基本满足了国内造船业对中速机的要求。但也要看到，某些引进产品已趋于老化，市场竞争力逐步减弱。 3 船用柴油机的技术发展趋势 3.1 总体概述 21 世纪是一个挑战与机遇并存的世纪，其中能源与环境则是人类面临的最严峻的问题。能源资源储量有限，而能源消耗量却逐年增加，资源耗竭的危险正逐步逼近，这种危机感已成人们的共识；环境污染日趋恶化，严重地制约了经济的发展，已危及人类自身的生存。人类面临的能源与环境问题同样是船用柴油机面临的挑战，石油产品是船用柴油机的主要燃料，而柴油机的排放则是大气污染的重要污染源。 1997 年，国际海事组织《 MARPOL （ 73/78 ）公约》的新增附则 VI ：防止船舶造成大气污染规则，对船舶主机排放提出更严格的限制。特别是硫氧化物排放控制区（ SECA ）设立：波罗的海、北海、北美、美国加勒比海四个区域（ 2006 年 5 月强制实施）、氮氧化物排放控区的设立：北美和加勒比海两个氮氧化物排放控区（ 2016 年 1 月 1 日强制实施）、波罗的海和北海两个氮氧化物排放控区（ 2021 年 1 月 1 日强制实施）；以及 2017 年 1 月 1 日在中国珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域设立的排放控制区相关实施方案的生效。在这个大环境下，排放控制和节能成了当前船用柴油机发展的主要影响因素。 船用柴油机经过了一百多年的发展，尽管现代船用柴油机已经发展到一个很高的技术水平，柴油机的技术已趋完善，但随着生产力的发展，特别是在能源与环境问题的双重压力之下，将会对船用柴油机提出更高的要求，船用柴油机将得到继续发展和改进。从目前的情况看，柴油机动力装置在民用船舶上占统治地位这一状况不会发生变化。大型低速二冲程柴油机仍将是散货船、油船和集装箱船的主要动力装置。世界主要的柴油机生产商都已形成了普通行程、长行程和超长行程等不同系列的机型，如 Wartsil 公司的 RTA 和 RT-flex 的 U 、 T 和 C 系列柴油机和新开发的 X 系列柴油机， MAN DieselTubo 公司的 MC 和 ME 的 K 、 L 、 S 和 G 系列柴油机。各种机型气缸尺寸大中小完备，功率范围齐全，足以满足不同类型船舶对动力装置的需求。电子控制技术在柴油机上的成功应用，使电控柴油机逐步取代机械控制成为当前的主流机型。柴油机控制和管理的电子化、信息化和智能化，也促使柴油机性能全面提高。而大型客船、客滚船和滚装船发展及柴油机电力推进技术的推广应用，促进了大功率中速柴油机的开发。 当前船用柴油机发展的基本目标仍然是低排放、低能耗、可靠、强化和大功率，也可以概括为：在满足排放法规的前提下，兼顾节能与可靠性的要求，全面提高柴油机性能。根据此发展目标，今后船用柴油机的研究和发展趋势仍然表现在下列几个方面。 （ 1 ）降低船用柴油机排放的研究。排放控制是船用柴油机在 21 世纪面临的最严峻挑战，也是船用柴油机发展要解决的中心任务。随着对船用柴油机排放控制法规日益严格，如何来满足排放法规的要求，将是船用柴油机发展中的新课题。 （ 2 ）进一步提高船用柴油机的经济性。 （ 3 ）船用柴油机电子控制技术的不断完善。柴油机电子控制技术是计算机技术成功地 应用于传统机械产品的又一范例，通过对调节和控制精度的提高，使柴油机从动力性、经 济性、可靠性以及排放等综合性能方面得以全面提高，给柴油机带来了革命性的变化。电 控柴油机正逐步取代传统的机械控制柴油机。 （ 4 ） LNG 燃料在船舶上的应用。 （ 5 ）进一步提高船用柴油机的强化程度及柴油机的单缸和单机功率。 （ 6 ）改进船用柴油机的结构，提高可靠性与耐久性的研究。 3.2 降低船用柴油机排放的研究 大量矿物燃料的使用已经造成了臭氧层空洞、酸雨以及全球气候变暖等局部和全球性的环境污染问题。尽管海运是能源效率最高的运输方式，但由于船用柴油机个体庞大，排放总量巨大，使得船用柴油机排放成为大气污染的重要污染源。控制船用柴油机的排放是柴油机在 21 世纪面临的最严峻挑战。随着船用柴油机排放控制法规的日益严格，在提高柴油机的动力性、经济性的同时如何满足排放法规的要求，成为船用柴油机发展中的新课题。对船用柴油机排放的控制主要是对柴油机排放中的氮氧化物（ NO x ）、硫氧化物（ SO x ）、温室气体（ CO 2 ）和微粒物质（ PM ）的控制。 温室气体（ CO 2 ）的控制方面。 2011 年 7 月，在国际海事局组织（ MO ）海洋环境保护委员会（ MEPC ）第 62 次会议上，通过了对 MARPOL 公约附则Ⅵ新的修正案。这是个强制性的国际航行船舶温室气体（ GHCs ）减排法规，已于 2013 年 1 月 1 日强制实施。该修正案新增了“船舶能效规则”，要求新造船舶应满足“船舶能效设计指数（ EED I ）”和“船舶能效管理计划（ SEEMP ）”的要求，并获得主管机关签发的“国际能效证书”（ EC ）。国际海事组织设立能效指标是试图在 2010 ～ 2018 年期间逐步降低船舶动力装置平均 CO 2 排放值，达到目前排放值的 70% 。此外，欧盟、美国等也颁布了自己的一系列环保法规。这些法规的颁布和实施，对船用柴油机的发展产生了重大影响。这使控制船用柴油机排放，满足排放法规要求并获得相应的证书，成为当前船用柴油机发展的中心任务。围绕如何满足各种排放法规的要求将在船舶设计、新能源技术、配套设备应用等方面进行一系列的研究工作，使得船用柴油机在机器结构、运转工况、燃料使用、燃烧方式、喷油设备等方面发生相应的变化。目前采用的主要措施有： （ 1 ）废气再循环（ EGR ）技术； （ 2 ）进气加湿和喷水技术； （ 3 ）燃油喷射的控制和改进； （ 4 ）米勒循环 （ 5 ）废气催化转化（ SCR ）技术； （ 6 ）使用低硫燃油和废气水洗技术； （ 7 ）控制主机转速和船舶航速 （ 8 ）使用 LNG 燃料 上述各项措施中，有些技术只针对某种有害排放的，有些则可以全面改善柴油机的排放。 3.3 提高船用柴油机经济性的策略 提 高 船用柴油机的经济性和控制船用柴油机的 CO 2 排放是基本一致的。提高船用柴油机的经济性就是柴油机发出同样的功率可以使用更少的燃油，这也意味着 CO 2 排放的降低。由于降低 CO 2 排放相当于降低燃油消耗率，这就意味着对于未来船舶，每航次要减少 30% 的燃油消耗量。提高船用柴油机的经济性是实现降低能效设计指标的主要手段之一。提 高 船用柴油机的经济性的研究主要包括燃烧、增压、低摩擦、低磨损等方面。现代船用大型低速柴油机近十多年在提高经济性方面取得的成效超过了过去几十年，各种节能措施相继出现并日趋完善。这些措施主要如下所示。 3.3.1 增大行程缸径比S/D和降低柴油机的转速 增大行程缸径比 S/D 的主要目的是在保持活塞平均速度不变的情况下大幅度降低柴油机的转速，以提高螺旋桨的推进效率，从而提高动力装置的总功率。如果选用较大直径的螺旋桨，则可以在维持船舶航速不变的情况下降低主机功率。 S/D 的增加，也使得柴油机的压缩比增加，根据理论循环的结论，压缩比的提高会使柴油机本身的经济性有所提高。同时，由于气缸行程的增加，也使得柴油机的单缸功率随之提高。提高柴油机的 S/D 值，是自石油危机以来提高船用柴油机动力装置经济性的重要措施。 20 世纪 70 年代末期，二冲程低速柴油机的 S/D 值一般在 2 左右，但自 70 年代末期开始， S/D 的增大速度很快，并逐步开发了低速柴油机的长行程和超长行程柴油机系列。目前， Wartsila 公司最新开发的 X 系列柴油机的 S/D 值已达到了 443 ，而 MAN Diesel Turbo 公司最新研制的 GME 系列柴油机的 S/D 值甚至达到 465 。 S/D 的增加，使柴油机的转速大大降低，超长行程的柴油机转速一般为 7 080 r/min ，配桨转速最低达到 57r/min 。然而，增大 S/D 使柴油机结构复杂，造价增加，因而 S/D 的增加是有限度的。 3.3.2 提高最高爆发压力Pz与平均有效压力Pe之比Pz/Pe 柴油机的理论循环研究与实践证实，提高 P z /P e 可显著降低燃油消耗率。当 P z /P e 从 7.8 提升到 12 ，油耗率可降低达 12g/ （ kW · h ）因而，现代船用柴油机均采用这种措施降低油耗。但是，大幅度提高 P z 是十分困难的，它受到了柴油机负荷的限制，必须同时采取相应措施保证柴油机的可靠性。因而从 20 世纪 60 年代到 70 年代中期，船用柴油机的 P z 虽然逐步增加，但增加幅度不大（在近 20 年内 P z 仅提高约 2.5 MPa ）。从 70 年代中期到 80 年代中期，柴油机的 P z 值有了大幅度增长（增加约 5 MPa ）。目前有些低速柴油机的 P z 已达 16 MPa ，甚至 18 MPa ，而船用中速油机 P z 则达到 23 MPa 。在保持 P z 不变时降低 P e 值同样可降低油耗率，这也是目前广泛采用的节能措施。 3.3.3 采用定压涡轮增压系统和高效率废气涡轮增压器 在高增压柴油机上采用定压涡轮增压系统代替脉冲涡轮增压系统是现代柴油机的一大显著特点，同时也有利于提高增压器的效率和功率。新型高效涡轮增压器的发展和使用，使增压器效率由 20 世纪 60 年代的 50% ～ 60% 提高到 70% ～ 76% ，由此显著降低了柴油机的燃油消耗率。 为了使柴油机在全部负荷和速度范围内都能处于最优状态，新型高效涡轮增压系统中还设置了涡轮增压器切断装置或变喷嘴环增压器，当柴油机在低负荷下工作的时候，对装有多个涡轮增压器的大型柴油机，可自动中止其中一个增压器的工作，从而提升其他增压器的性能，对只装有一个增压器的柴油机，则可以通过可变喷嘴环（ VTA ）的技术，保证增压器的高效工作。 3.3.4 改进喷射与燃烧技术 改进喷射与燃烧技术一直是船用柴油机的重大研究课题之一。对于这一技术的研究主要有如下几个方面： 一是提高喷油压力。其主要目的是缩短喷射持续期，改善雾化质量，提高燃烧效率。这需要采取措施，优化喷射系统结构以提高雾化质量。目前高压喷射系统的啧射压力已达到 100 ～ 180 MPa 。 二是优化喷油定时。前文提到，提高最高爆发压力 P z 与平均有效压力 P e 之比 P z /P e 可以提高柴油机的经济性。当柴油机在部分负荷运转时，如能使最高爆发压力 P z 保持在标定值不变，就会使 P z 与 P e 的比值变大，燃油消耗减少。这需要在柴油机负荷变化时自动调整其喷油提前角，在机械控制的条件下，通过 VIT 机构实现，电控柴油机对喷油定时的控制会更加精确。 三是对喷油设备的改造。如在 MAN 柴油机上使用的滑阀式喷油器可以大幅度提高低负荷下的经济性。 3.3.5 降低摩擦损失功提高机械效率η 柴油机的摩擦损失约占机械损失的 40% ，因而降低摩擦损失是提高η的主要途径。降低摩擦损失需在润滑和摩擦学方面对柴油 机 各处摩擦损失进行深入研究，找到最具有节能潜质的地方，以增加柴油机的效率和减少发动机内部摩擦损失。如现代船用低速柴油机采用短裙和超短裙活塞，减少活塞环数量（如由 5 道减为 4 道）及改善活塞环的工作条件等措施都在降低摩擦损失、提高机械效率方面起到了一定的作用。改进材料摩擦性能并减少摩擦损失的研究将会开发出新的材料，用于气缸、活塞和轴承。 3.3.6 轴带发电机（PTO） 在主柴油机正常运转期间（通常要求主机转速 70% 标定转速），通过专设的恒速传动装置驱动发电机，可发出满足船舶航行所需要的电力。在主机转速变动或波动时通过恒速传动装置可保证发电机转速恒定，或可通过变频装置保证发出的电压与频率不变。采用轴带发电机在航行期间可停止柴油发电机运转。此装置并不直接降低主推进柴油机油耗率，但提高了船舶动力装置的经济性。这种装置的优点主要有：可使用油耗率较低的主柴油机提供电力，节省了柴油发电机运转时的滑油消耗，减少了柴油发电机的数量与维修费用。 3.3.7 柴油机废热再利用 柴油机的废气和冷却介质带走了燃料总发热量中 50% 左右的热量。充分利用这一部分废热的能量，对提高整个动力装置的经济性有重要意义。在 20 世纪 80 年代后期，由于增压器效率的提高，使用部分废气就可以保证柴油机所需的增压压力和空气质量，为提高柴油机总的热效率，设计了动力涡轮，使部分废气在单设的动力涡轮中膨胀做功，并经减速机构传给曲轴，组成涡轮复合系统（ TCS ）。但由于涡轮复合系统比较复杂，并造成废气锅炉可用能量下降，这一系统在出现几年后也不再使用。当前比较流行的节能设计是热效率系统（ TES ），其设计思想是兼顾增压器、动力涡轮和废气锅炉的能量平衡。在确保增压器有效工作的前提下，使用部分废气驱动力涡轮，并带动发电机组；然后利用在增压器和动力涡轮膨胀做功后的废气余热产生蒸汽，驱动一台小型的蒸汽轮机，与动力涡轮联合驱动一台发电机向船舶供电。目前这方面的问题仍在研究与探索之中。 上述这些措施不仅是以往提高柴油机经济性的主要手段，也将是今后继续提高柴油机经济性的研究内容。 3.4 船用柴油机电子控制技术的研究 柴油机电子控制技术是将电子设备及其软件应用于船用柴油机并成为船用柴油机的基本组成部分。柴油机电子控制的主要功能有燃油喷射、排气阀启闭、气缸润滑以及柴油机的操纵、控制和维护管理。 柴油机电子控制技术是微电子技术成功地应用于传统机械产品的又一范例，通过调节和控精度的提高，使柴油机从动力性、经济性、可靠性以及排放的综合性能得以全面提高，这也是当前船用柴油机研究和制造的发展方向。目前柴油机电子控制技术的研究已经取得了突破性的进展并进入了实用阶段，世界上主要的船用柴油机制造公司都推出了各自的电控柴油机系列，并逐渐成为市场上的主流产品，如 Wartsila 公司的 RT-flex 系列、 MAN Diesel Turbo 公司的 ME 系列以及三菱公司的 LSE 系列。 2012 年 Pantsil 公司的低速机订单全部是 RT-flex 系列，机械控制的 RTA 机型实际上己被电控柴油机所代替，其新开发的 X 系列柴油机不再有机械控制的机型。电控柴油机将会在数字化、信息化、智能化等方面继续完善。 3.5 船用柴油机代用燃料的研究 根据目前己探明的石油储量和每年的石油消耗量估算， 30 ～ 50 年内石油资源即将枯竭。面对日益严峻的能源形势，柴油杋开发和使用代用燃料势在必行。代用燃料包括煤制液体燃料、生物燃料、气体燃料等作为船舶燃料油的代用燃料，要满足下列几个基本条件：（ 1 ）有丰富的存储量；（ 2 ）在目前高油价时代与燃料油相比在经济上要有竞争力；（ 3 ）含硫量要低。实际上就是既要满足船舶营运的要求，又要满足日益严格的排放法规的要求。尽管人们对于船舶新能源和代用燃料做了很多研究，但目前比较成熟，可以在船舶上实际使用的只有液化天然气（ LNG ）。 3.6 改进柴油机的结构和提高可靠性与耐久性的研究 对柴油机及其零部件的结构与性能改进的研究从柴油机产生至今一直都在进行。近年来，这方面的研究主要是借助于计算机，通过有限元计算，研究柴油机结构内部的受力状况，并根据柴油机及零件的受力状况进行结构优化设计，这使得柴油机的机座、机架、气缸体、气缸盖等主要零部件结构简化，受力合理，尺寸和质量降低，可靠性提高。另外，新材料、新工艺的应用，如活塞环外侧喷涂的陶瓷材料，用于排气阀及阀座的耐热材料等的使用，都使柴油机的可靠性和耐久性得以提高。 3.7 提高船用柴油机功率的策略 提高船用柴油机的单缸功率和单机功率是船用柴油机的设计和制造人员的主要课题之。从柴油机问世以来，它的最大功率一直在不断提高，近 30 年中，柴油机的单机功率不断突破，如在 1981 年最大的柴油机功率为 35 520kW ， 1988 年为 45 840kW ， 1993 年为 48 600kW ， 20 世纪末，世界上两大著名船用柴油机公司所生产的 Sulzer12RTA96C 和 MAN BW 12K98MC 型柴油机的功率分别达到了 65 800 kW 和 68 840 kW 。现在， Wartsila 14RT-flex96C 和 MAN 14K98ME7 型柴油机的功率分别达到 80 080 kW 和 87 220 kW 。 为了降低营运成本，各种运输船舶一直向大型化方向发展。当前的船用柴油机能够满足大型油船和散货船的推进要求，研发最大缸径和最大功率的柴油机主要是为了满足大型集装箱船对主机功率的要求，这是集装箱船的大型化和高速化决定的。虽然受 2008 年爆发的国际金融危机和近年来出台的一系列排放法规的影响，大型集装箱船的航速有所降低，所需功率也有所下降，气缸直径超过 1 m 的 K108ME 柴油机没有如期开发，但集装箱船的大型化必须有更大功率的柴油机的推进，这决定了船用柴油机仍然将继续增大功率。 当前釆用的技术手段主要是通过提高柴油机的强化程度保证所需的推进功率，增加 S/D 值降低转速和提高推进效率。为大型集装箱船推进新开发 G95MEC92 型柴油机是 MAN DieselTurbo 公司推出的有史以来最大的发动机，其外形尺寸已超过没有如期开发的 K108ME 柴油机。尽管 G95ME 柴油机的气缸直径和单缸功率比 K108ME 稍小，其单缸功率已超过现存的任何一台柴油机，它的平均有效压力已达 2 MPa ，具有更高的强化程度及更低的燃油消耗率。 3.46 m 长的活塞行程使其转速只有 70 ～ 80 mim ，配以直径 99 m 的六叶螺旋桨，可使其具有更高的推进效率。 9 ～ 10 缸的 G9ME 柴油机，足以推进 13000 ～ 14000 TEU 的集装箱船，更大型的 18000 TEU 的集装箱船，则可选取双主机的推进方式。 3.8 船舶混合动力推进系统的应用 船舶混合动力推进系统的应用，包括如下几方面： 3.8.1 柴油机余热混合推进系统 该系统主要利用船舶主机、发电机组在输出动力和电能时，柴油机的废热生产蒸汽（或其他热媒介质）和空调用冷媒水，从而达到有效地利用资源、节省燃料消耗的目的。 3.8.2 太阳能电力混合动力推进系统 配备该系统的船舶将采用太阳能、锂电池及柴油发电机组多种能源混合推进船舶。目前主要应用在小型游船上，智能化混合动力管理系统是其技术关键。在不同的日照情况下，船体行驶所使用的动力可通过计算机在太阳能和柴油机组间进行自动调配，节省电力和减少排放均达到 30% 以上。 3.8.3 基于超级电容混合动力推进系统 基于超级电容混合动力的船舶电力推进系统包括混合供电电源、充电系统、驾驶操作控制系统、推进系统、控制系统。此系统中的超级电容相对于蓄电池其充电速度快，可以在短时间内完成，并具有无排放、无污染、利于环保、同时具有噪声小，可以提高船舶舱内的舒适度。 3.8.4 混合型电动船动力系统 混合型电动船动力系统采用柴油一电动配置、船用燃料电池、电池组、太阳板或可缩回的风力发电机和紧凑型的超导电动机等设备。该推进系统在提高船舶整体效率的同时，综合利用各种可再生能源。性能监控、动力管理和冗余是该类型动力系统的技术关键。在未来十年，混合动力的概念将应用于工作船、客船和小型货船，对于大型货船，只能用作辅助动力。 参考文献 伍赛特 . 船用柴油机应用前景展望 . 柴油机设计与制造 ,2018,24(03):1-4. 伍赛特 . 柴油机行业技术特点及应用前景分析研究 . 内燃机 ,2018(05):56-59. 伍赛特 . 船用柴油机及轮机系统的节能措施研究 . 上海节能 ,2019(04):271-274. 伍赛特 . 船舶电力推进系统的技术特点及发展趋势研究 . 机电信息 ,2019(15):159-160. 伍赛特 . 蓄电池电动船舶的应用前景展望 . 机电技术 ,2018(05):117-120. 伍赛特 . 燃料电池应用于船舶动力装置的可行性及展望 . 内燃机与动力装置 ,2018,35(04):87-90+94. 伍赛特 . 舰用燃气轮机动力装置的前景展望 . 现代制造技术与装备 ,2018(12):204-206. 任传倜 . 船舶动力装置绿色度评价体系研究 . 大连海事大学 ,2009. 刘文科 . 现代船舶柴油机提高经济性的主要措施 . 合作经济与科技 ,2010(04):66. 王志远 . 浅析船舶柴油机节能途径 . 科技信息 ,2013(22):227-228. 吴培莉 . 船舶电控柴油主机建模及仿真研究 . 大连海事大学 ,2012.
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清洁燃烧技术概述
wusaite 2019-7-31 10:16
清洁燃烧技术概述 伍赛特 清洁燃烧技术是技术和学术层面的措施 , 其以煤和石油产品的高效率低污染燃烧为主要目标。研究内容主要有： （ 1 ）燃烧室及炉膛内各种气流运动 ( 包括气固、气液两相流 ) 的研究； （ 2 ）高温高压下液体燃料的雾化、蒸发和混合过程的研究； （ 3 ）火焰传播杋理及其稳定性硏究； （ 4 ）燃烧反应动力学的研究； （ 5 ）燃烧有害产物生成杋理及其控制技术的硏究； （ 6 ）燃烧过程中传热传质的研究；燃烧过程数学模拟的研究 实用的煤清洁燃烧技术主要有： （ 1 ）循环流化床燃烧； （ 2 ）分级燃烧或浓淡偏差燃烧； （ 3 ）贫氧燃烧 , 包括烟气再循环燃烧、低空气过剩系数燃烧； （ 4 ）水煤浆技术； （ 5 ）煤气化技术和地下煤气化技术； （ 6 ）低热值煤气燃烧技术； （ 7 ）固硫技术。 实用的石油产品清洁燃烧技术主要包括有汽油机稀薄燃烧及缸内直喷、柴油机的预混合燃烧等。
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坦克发动机历史发展及未来发展趋势
wusaite 2019-7-13 12:49
坦克发动机历史发展及未来发展趋势 伍赛特 0 引言 凡是将热能转变为机械能的机器统称为热机，蒸汽机、汽轮机、内燃机、燃气轮机和火箭发动机等都属于热机。 18 世纪 60 年代开始了以蒸汽机广泛使用为主要标志的工业革命，这是人类历史上在使用铁器之后的第一次技术革命。到了 19 世纪 60 年代，又发明了一种比蒸汽机更为轻便和效率更高的动力机械——内燃机。 一般所说的内燃机都是指往复活塞式内燃机，其基本特点是燃料在汽缸内直接燃烧，推动活塞往复运动而作功。习惯上又把内燃机称为发动机。内燃机广泛应用于各种军用战斗车辆上，其最新技术水平往往体现在坦克发动机上。 1 国外坦克发动机的历史发展 坦克是在第一次世界大战以后迅速发展起来的一种武器。在坦克发展的初期，都直接选用汽车、拖拉机等车辆上的汽油机作为动力装置，功率范围为 66 ～ 298 kW 。例如， 1916 年英国生产的第一批 I 型坦克是选用大型拖拉机用的直列六缸汽油机，功率为 77kW ；法国坦克采用的是直列四缸水冷汽车用汽油机。第一次世界大战后的若干年内，各国研制、生产了多种坦克，使得各种类型发动机竞相在坦克上得到采用，但除少数柴油机外，主要的应用对象还是汽油机。 随着对坦克发动机性能要求的提高，选用的发动机，不论在功率范围、结构型式，还是在车内总体布置上，已不能满足坦克的要求。因此，一些国家开始研制专用的坦克发动机。美国在 1932 年研制了星形七缸风冷坦克汽油机， 1940 年研制了 12 缸风冷坦克汽油机（ AV1790 — 2 ）； 20 世纪 40 年代，苏联开始设计专门的 B2 型坦克用柴油机，功率为 367 kW ，安装在著名的 T-34 坦克上。但其他国家仍采用汽油机作为坦克动力，功率范围为 88 ～ 515 kW ，且型号繁杂。 第二次世界大战后的 10 ～ 15 年间，坦克主要使用 V 型 12 缸四冲程水冷柴油机或风冷汽油机。但由于柴油机的燃料消耗率低，相同的油箱容积，坦克的行程储备大，柴油运输、储存均比汽油安全等因素，故其他国家也开始进行从汽油机向柴油机的过渡。 20 世纪 50 年代后，基本实现了柴油机化，功率范围为 176 ～ 598kW 。 20 世纪 50 年代，苏联和德国开始研制机械增压柴油机，至 60 年代初，废气涡轮增压技术日趋成熟，并在柴油机上得到广泛应用。具有代表性的是美国 AVDS 1790 — 2 涡轮增压风冷坦克柴油机，功率为 562kW ，安装在 M60 坦克上。 20 世纪 70 年代，废气涡轮增压技术继续得到发展，增压压比不断提高。中冷技术的应用，更使功率得到大幅度提高。德国的 MB873Ka — 501 坦克柴油机，增压压比高达 2.5 ，功率为 1 103 kW ，安装在豹 - Ⅱ坦克上。到了 80 年代，随着微电子控制技术、高压燃油喷射技术、涡轮截面可调技术的应用，使发动机的性能又有了突破性的进展。英国的 CV 2TCA 增压、中冷柴油机，增压压比高达 3.0 ，汽缸容积仅 26.16 L ，功率达 883 kW ，该机首次装有高灵敏度的电子调速器和电子伺服控制装置，安装在“挑战者”主战坦克上。在此期间，法国的超高增压技术也有了很大的发展。 20 世纪 90 年代后，坦克发动机不再大幅度提高功率，而是朝着缩小体积、提高可靠性、维修性，以增加单位体积功率、延长大修间隔期、缩短维修时间为主要目标。法国的带有超高增压、旁通补燃的 UDV8X1500 柴油机，汽缸排量为 16.47L ，功率达 1 103 kW ，单位体积功率为 689 kW/m 3 ，达到了一个新的水平，安装在“勒克莱尔”主战坦克上，于 20 世纪 90 年代初装备部队。而德国研制的 MT883Ka-500 柴油机，单位体积功率更高达 1 144 kW/m 3 。 2 我国坦克发动机的历史发展 我国从 1956 年开始建立自己的坦克工业。通过引进苏联的 B2 柴油机生产设备和工艺， 1958 年生产出第一台大功率 12 缸坦克柴油机，功率为 382kW ，型号为 12 150L ，安装在某中型坦克上，并逐渐形成了 150 系列，通过调整功率、转速，分别安装在轻型坦克、水陆坦克上；其六缸机安装在装甲输送车上。 经过多年对废气涡轮增压技术的研究，以及对性能、结构可靠性、装车适应性等采取的多种试验， 20 世纪 80 年代大功率废气涡轮增压柴油机通过技术鉴定，功率为 537 kW ，型号为 12V150ZL 。 我国自行为新型主战坦克研制的、更大功率的废气涡轮增压、中冷柴油机，功率达 883 kW ，型号为 C12V150ZAL 。在此基础上，又成功研制了功率为 441 kW 的 B6V150ZAL 柴油机和水上功率为 1 176kW 的 D12V150ZALL 等高性能柴油机。 经过 40 多年的发展，我国的坦克发动机工业早已从测绘仿制为主过渡到自行研究设计为主的阶段。有着较为完善的研究所和制造厂，具备了自行开发新型号的能力。 3 坦克发动机的技术特点 坦克是陆军的主要突击力量，它有强大的火力、坚固的防护和灵活的机动性。坦克发动机则对其机动性有最直接的影响。 3.1 大功率 对一定吨位的坦克，发动机功率愈大，则其机动性愈好。现代坦克的总功率已高达 1 103 kW ，甚至更高，而其吨功率也达 22kW/t 以上。 3.2 体积小，高度低 坦克发动机体积的大小，直接影响坦克的总体布置。减小发动机的体积，可相应减小坦克的外形尺寸，还有利于减小坦克的质量，提高其机动性；或相应增大战斗部分的空间，增加弹药或燃料的数量。特别是降低发动机高度，有利于降低坦克的高度，提高坦克的战场生存能力。 3.3 比油耗低 比油耗低不仅具有经济意义，而且在油箱容积一定的条件下，可提高坦克的行驶半径，增强其战技性能；或在坦克行驶半径一定的条件下，减小油箱体积。 3.4 起动性好 坦克是战斗车辆，发动机起动性能的好坏，直接影响坦克投入战斗准备时间的长短，因此要求坦克发动机能在任何条件下，迅速可靠起动。 3.5 工作可靠，维护简便 坦克发动机的工作条件恶劣，环境变化较大。因此，应保证在各种外界条件下可靠地工作，减少故障的发生。同时，由于经常需要在野外进行维护保养工作，工作条件较差，因此维护保养工作量应尽量减小，而且方便易行。 4 坦克用燃气轮机 除了往复活塞式内燃机外，从 20 世纪 60 年代开始，苏联和美国分别进行了坦克燃气轮机的研制。 1976 年，经过激烈的争论和技术评定，美军陆军正式宣布选定燃气轮机为其主战坦克的动力装置。 1979 年命名为 AGT 1500 的坦克燃气轮机正式投人生产，功率为 1 119 kW ，安装于 M1 主战坦克上。 1982 年美国开始对第四代坦克推进系统的论证， 1984 年作为第四代推进系统动力装置方案之一的 LV100 燃气轮机开始研制。 1978 年，苏联完成了 GTD-1000 燃气轮机的研制，功率为 809kW ，安装于 T-80 主战坦克上。此后，经不断的改进，由 GTD-1000 至 GTD-1250 ，功率提高至 920 kW ，安装于 T-80y 主战坦克上。 5 坦克发动机的发展趋势 尽管现在已有坦克采用燃气轮机作为动力装置，但坦克柴油机仍将在今后相当长一段时间内是坦克的主要动力装置。当然，它自身也会不断地发展。 5.1 主要技术发展 增压技术方面：在增压系统的研究方面，超高增压系统、复合增压系统的研制，都有可能取得较大的进展，以提高发动机的功率密度；在涡轮增压器部件方面，可调截面涡轮增压器的应用，也将大大提高增压柴油机的性能。 电控技术方面：电子调速器、电控喷油装置等部件的应用，将大大改善增压柴油机的性能；整机的电子控制技术也将得到迅速的发展。 低散热技术方面：高温冷却技术、零部件隔热技术等的应用，将有利于提高柴油机的经济性和减小辅助系统体积。 5.2 辅助系统主要部件研制 （ 1 ）高风压、大流量、高效率和结构紧凑的风扇； （ 2 ）流量大、体积小的空气滤清器； （ 3 ）高效率的滤清元件和散热元件； （ 4 ）陶瓷材料、隔热材料的应用等。 总之，坦克发动机今后将朝着高的功率密度、良好的扭矩特性、低的燃油消耗率、高的可靠性和寿命、良好的维修性方向发展。在总体结构上，发动机的辅助系统以及传动装置将与发动机本体朝着集成化、模块式机组方向发展，以进一步减小体积、减少质量和使拆装简捷。 参考文献 伍赛特 . 主战坦克用柴油机应用前景展望及技术发展趋势研究 . 内燃机 ,2019(02):51-54. 伍赛特 . 主战坦克动力装置展望研究 . 机电技术 ,2018(06):118-120. 伍赛特 . 内燃机与燃气轮机的差异对比 . 内燃机 ,2018(04):10-13. 骆清国 . 车用动力装置 . 北京：兵器工业出版社 , 2005.12:2-5.
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创新发明：可用于船舶驱动的百叶窗板式推进桨
热度 8 kiwaho 2017-6-6 12:45
上一篇博文谈到我的创新发明，如何用于可垂直起飞的扑翼飞机推进桨。根据触类旁通的思维模式，其实同样的发明思路，也可用于船舶推进桨，以取代传统的螺旋桨。 其实，板式推进法早就用于人力驱动的小船，只是达不到动力学意义上的精致。 下图的小木船上，小伙子荡起的双桨，本质上就是板式推进桨： 相似的还有棹、橹。本网名博武际可教授，还专门写了一篇大作，详细分析了摇橹的力学性质，吸引了一万六千人围观： 谈摇橹 。 鱼类的尾巴，动物的 鸭掌，还有游泳爱好者常用的助推工具--脚蹼，都属于板式桨这一大类。 稍微带点情趣的当属娱乐性质的脚踏船，如下图： 这种板式驱动，实际上是基于旋转运动的板式驱动，其动画原理图如下： 上述传统推进模式，因船体受力方向，无法与推水方向严格平行，故而效率很低，直接用于大型机动船舶是不可行的。 大型船舶100%使用螺旋桨推进系统，如下图： 其水流情况见下图： 然而，螺旋桨并没有好到哪里去，只是驱动简单而已。总之，使用旋转的驱动方式，是人类的独门偏好。 有没有比螺旋桨效率还要高的推进方式呢？当然有，而且效率也许能成倍提高！ 下图是我发明的船用4- 百叶窗板式桨 原理图： 简化的单百叶窗推进桨系统如下图。此方案类似于单二极管半波整流，不像4百叶窗“全桥整流”那么高效。驱动连杆回撤时，相当于空载，不推进船体。 工作原理几乎一目了然，而且我早先的文章中已有详细描述，恕不赘言。 用上我的百叶窗板式推进桨后，船体驱动力，可以始终平行于水面和前进方向，理论上最大限度地利用了动力能源，能很好契合船用柴油发动机的威力。 更奇妙的是，通过控制4扇百叶窗，可以省去或辅助舵控系统，实现方便的转向功能。例如右边的两扇百叶窗全开，可以右舷转弯；左边两扇百叶窗全开，则左舷转弯。 由于水的比重比空气大数百倍，不像用了同样推进系统的扑翼机，非得使用脉冲输入，船用完全无需驱动端脉冲输入。现有船用柴油机生产厂，若能生产直接往复式冲击的柴油机，既可节约成本，又方便了新的动力推进系统的应用。 直接应用现有内燃机，还得配置将圆周运动转换为往复运动的变速箱，虽麻烦且效率略有降低，但也很方便，不用惊动内燃机厂改生产线。 下图示意了船尾的推进系统布局： 采用此系统的船舶，过去螺旋桨特有的空化（cavitation）现象，可以有效杜绝，能提高桨的使用寿命。 螺旋桨旋转时，虽然水主要产生平动，但还会附带产生旋动，而旋动会产生很大的浪花，造成局部低压。此时水中游泳的人，或者大鱼，若是过于靠近螺旋桨，基本上必死无疑，而且死的很惨。 我的百叶窗桨就无此问题。水不带旋，人或鱼若意外靠近，虽仍有危险，但要命的可能性低得多，一般会被直推到船尾很远处。 本发明用于潜艇推进，性价比也优越于螺旋桨。 推广创新发明之所以不易，有时主要因为产业联动的配套跟不上。拿这个发明来说，需要配套的船用柴油机，最好应改型，以适应直线驱动的需要。这些都是牵一发而动全身的事情。 再此，我愿意登高一呼：内燃机产业，别死守扭矩输出的传统产品一辈子，要尽快成立一个行业联盟，指导直线驱动发动机的标准化，为其分出一部分产能，以呼应新的驱动方式如雨后春笋般涌现的局面。 据说中国以后的航空母舰、护卫舰，将像下饺子那样，大批量生产、下水服役。若能使用我的这一发明，当惊世界殊！ 真有趣，我的创新发明，本质上像是一颗大白菜，拿来炒了三道味道鲜美的好菜！呵呵。
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洁油，一种比汽油省油30%的新型柴油，外观和挥发性像汽油
热度 1 scientister 2014-7-7 10:22
我发明了洁油，一种低辛烷值汽油。 低辛烷值汽油不是标准的汽油，是一种新型柴油。它的十六烷值与柴油一样，它的馏程与汽油一样，是一种挥发性强的轻质柴油，可以被压燃，并且易于与空气混合，因此燃烧之后，尾气中的颗粒状杂质少。 在现在大力推广柴油动力的情况下，这种新型柴油（低辛烷值汽油）就更加值得推广应用了。 这样讲，大家就容易理解，也不会有误会和意见分歧。 低辛烷值汽油的优点： 　　1、高效： 　　压燃式汽油机使用低辛烷值汽油，与普通汽油机相比，可以增加热效率30%，省油30%，减少二氧化碳排放30%。输出相同的功率，压燃式汽油机只需要70%的燃料。 　　压燃式汽油机采用柴油机的工作原理，压缩比高，却没有爆震的危险，还可以实现稀薄燃烧和分层燃烧。低辛烷值汽油挥发性比柴油好，容易与空气混合均匀，燃烧后尾气碳烟排放少。 　　2012年，全国汽油消费量8684万吨，可节约汽油1737-2605万吨/年，减少温室气体排放5000-7800万吨/年以上。全球汽油消费量10亿吨，可节约汽油2-3亿吨/年，温室气体的排放量将减少6-9亿吨/年。 　　2、环保： 　　低辛烷值汽油又可以称为无芳烃低辛烷值汽油，顾名思义，这种汽油可以不含芳烃，芳烃是有毒性的。出于环保的要求，欧洲刚刚提出无芳烃燃料的概念，低辛烷值汽油已经实现了这个概念。 　　普通汽油为了增加抗爆性不得不添加抗爆剂，如：甲基叔丁基醚（MTBE）和甲基环戊二烯三羰基锰（MMT）等，使用MTBE或者MMT等抗爆剂会对环境造成二次污染,低辛烷值汽油不需要添加MTBE或者MMT等抗爆剂。因此使用低辛烷值汽油的压燃式汽油机汽车，最突出的优点是清洁和环境友好，有利于降低空气污染和解决雾霾问题。 　　3、资源综合利用： 　　低辛烷值汽油的原料使用的是目前生产高辛烷值汽油所放弃使用的“边角料”原料，不但清洁高效环保，而且成本低廉。 　　原来添加在汽油中的芳烃，可以作为化工原料，不再与汽油争资源。 　　有关专家认为：“低辛烷值汽油是一种比柴油更适合柴油机的燃料”，“压燃式低辛烷值汽油机是一种最完美的内燃机”。 新型柴油的燃点与柴油一样，就是可以在柴油机被压燃，气缸压缩比可以很高，这一点跟柴油一样。 　　区别是：新型柴油分子链比较短小，馏程跟汽油一样，就是挥发性跟汽油一样。新型柴油喷射到压缩的空气中之后，比普通柴油容易与空气混合均匀，柴油在空气中分散能力差，需要超高压力的喷射油泵，新型柴油不需要太高的喷射压力就可以很好地让燃料与空气混合。结果是，新型柴油燃烧后的尾气中碳烟（黑烟）比使用柴油少很多。既优化了排放，又节省了燃料，碳被更多地转化为二氧化碳。所以，发动机效率显得更高。 　　低辛烷值汽油和压燃式汽油机的应用，以北京为例，相当于减少100万辆汽车的排放，汽车尾气的排放总量回到2009年的水平，有利于减少雾霾的生成因素。
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[转载]世界卫生组织（WHO/IARC）对柴油机尾气的致癌性分类为1类
keylabteam 2012-6-25 17:36
柴油机尾气可以导致癌症 2012-06-13 14:47 来源 SCIENTIFIC AMERICAN 分享到： 世界卫生组织（WHO）专家本周二表示，柴油机尾气与致命性的致癌物：石棉，砷和芥子气具有一样的致癌性。 总部在法国的国际癌症研究机构（IARC）宣布将柴油机尾气的致癌性从2A分类中调整至第1类（明确导致癌症发生的一类），这一决定在汽车和卡车制造商中引起恐慌。 专家指出，他们的这一决定是一致的，是有明确的科学证据的，他们呼吁全世界的人们尽量减少暴露在柴油机尾气中。相关专家发现柴油尾气可引起肺癌，另外与膀胱癌的发生成正相关。 独立专家们进行了为期一周的评估会，评估了柴油和天然气尾气致癌性的最新相关数据，最终作出这一决定。
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2012新年随想
keylabteam 2012-1-1 21:13
新年对我来说已经没有年轻时候的那种期盼和憧憬，但是，还是有一些计划和安排、以及对过去一年的回顾。这是多年养成的习惯。2011年有很多收获：课题组的同事们都各方面有很大进步，是我最欣慰的事情；研究生同学们的课题和学业都有进步，我感觉到教书育人的成就；自然科学基金重点项目是一个准备多年的课题，在大家的努力下，我们可以如愿以偿地启动了，希望这个研究课题能够在柴油机尾气对健康影响研究方面有所突破；还有一些计划在准备之中。总之，希望我们的这些工作在本领域上保持一个领先的位置。相信我们笨鸟先飞，勤能补拙，我们一步一个脚印地走，会把老师留给我们的思想、学风传承下去。 昨天一个同事分享了一个ppt，很有趣，也与大家一起分享。 2012年过得更美好.ppt
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[转载]多孔泡沫金属在柴油机排气净化中的应用研究
hewu 2011-11-4 13:46
目前，针对柴油机微粒的净化技术措施主要有DPF过滤技术、等离子技术、电压和静电吸附技术以及重力旋风分离技术，相对而言，DPF技术被公认为是目前最有效的微粒后处理技术。DPF技术中，直流式过滤法是最为简单的方法。过去，由于价格低廉、制作工艺简单，国内通常采用泡沫陶瓷材料作为过滤载体，但因k下降率低、机械性能差、回热不均、热再生易破裂等因素一直制约了其发展。泡沫金属作为新兴材料是近几年的研究热点。研究表明，具有一定孔隙尺寸的开孔金属泡沫体可用作高温气体和液体过滤材料 。 1 多孔金属材料性能与过滤机理分析 1．1 泡沫金属材料和陶瓷材料的对比分析与陶瓷材料相比，金属材料的强度、韧性、导热性方面更胜一筹，此外它还具有同等尺寸下重量轻、k下降率高、背压低等优点，特别适于越野车、农用机械设备、军用移动电站等经常在恶劣工况下作业的柴油机；再生方面，均匀的热度分布使其不会在加热过程中开裂或熔化，因其高热传导率还可用作热再生装置的辐射加热器；在成本上，应用粉末冶金技术，可以降低其成本。泡沫金属目前已有应用，HJs与SHW等公司采用该材料制成的过滤体由泡沫合金骨架焊接而成，与壁流式蜂窝陶瓷的结构相似，它们的k下降率相当；在铁铬铝与堇青石的对比试验中，同等尺寸下，铁铬铝制成的载体壁厚可减少1／3，大大降低了压力损失 。 1．2 多孔泡沫金属炭烟过滤机理分析 对于多孔材料而言，对炭烟颗粒的捕集机理主要分为拦截、惯性碰撞、扩散及重力沉降等4种 。它们与微粒和过滤纤维之间的相对大小及相对速度有很大的关系。4种过滤机理在柴油机排放微粒过滤中的作用是不尽相同的，较小的微粒由于扩散作用而在纤维上沉积；较大的微粒，则主要通过拦截和惯性捕集效应沉积；更大的微粒则以重力沉降方式沉积。事实上柴油机排放微粒的过滤是几种机理综合作用的结果，而其中，惯性碰撞机理是主导方式，这是因为金属纤维及各节点的尺寸都相对较大，微粒的流速较高，重量较轻等特点，使得扩散、拦截、沉降的作用相对较小。 2 泡沫金属过滤性能试验研究 图1是4种不同孔径的铜、锰合金泡沫材料，单块尺寸为100ram×100mm×20mm，其平均孔径由大至小分别为6．5mm、4．5mm、2mm、1mm。图2是装满5块过滤材料的过滤器腔体，a—e表示5个不同槽位。采用岩棉材料填充过滤器内侧与上表面的空隙，并用耐高温橡胶在盖板4个贴合边进行密封防止漏气。下述各独立试验均采用干净的过滤材料进行，防止干扰。 四种不同孔径的泡沫金属 过滤器实体及其槽位分布 试验选用某型号通用式小型柴油机，额定功率5kW，排量0．39L。采用订Y一100不透光烟度计测量烟度值；采用水柱式u型管测试过滤器的排气背压；其他仪表用于柴油机各工况测试。 表1 试验用仪器仪表 2．1 不同孔径、不同厚度金属过滤体的过滤特性分析A、B、c、D表示孔径不同的4种材料，将不同数量的同种材料按表2规则装人过滤器槽位内分别进行5次试验，不同孔径材料按此法各进行1轮试验。 表2 不同个数过滤体的排放位置 机组工况为带载3kW，转速1500转，每运行5min后改变一次过滤体数量，测试排气背压与k下降率。试验结果如图3、图4所示。 图3 过滤体排气背压随厚度变化规律 图4 过滤体k下降率随厚度变化规律 试验结果表明，D过滤体由于孔径过大，虽然其排气背压值很小，但在5块过滤体同时使用下，k下降率仍然未达到20％ ；A过滤体虽然k下降率较高，但从其背压曲线走向可知，在长时间工作后，有可能因堵塞影响发动机正常工作；B、C曲线平缓，测试值适中，3块2mm与4块4．5mm过滤体在机组运行一段时间后，排气背压均在0．04kPa左右，k下降率也均接近40％ 。由于时间较短，各参数值都较低，初步判定B、c的孔径较为适合过滤微粒，需要进行长时间参数特征试验作进一步判断。 2．2 长时间工作条件下排气背压与k下降率的变化规律分析 用A、B分别表示3块2mm与4块4．5mm过滤体。机组工况为带载3kW，转速1500转，起动后，每半小时测试一次排气背压与k下降率。实验结果如图5、图6所示。 图5 排气背压随时间变化规律 图6 k下降率随时间变化规律 从图上可以发现，A、B在前2小时内，排气背压都随时间呈线性增长的趋势，后期走向不同，这是由于B孔径较大，金属纤维上附着的微粒不断被气流吹走，而新的微粒又不断附着，背压形成了一个动态平衡；而A过滤体由于其孔径较小，微粒附着阻力较大，因而背压不断上升，到达一定临界值后必须通过再生才能重复使用。k下降率的变化曲线的走向与排气背压走向较为一致，A过滤体曲线后期有走缓趋势，这主要是因为开始阶段不断积累微粒减小了平均孔径，使k下降率不断增加，但排气背压的升高使柴油机排放的微粒增多。 2．3 转速与气流速度对过滤特性的影响 由于B的k下降率仍然有限，选择单块A作进一步试验。机组工况为带载3kW，机组稳定运行1小时后，每隔5rain调整一次转速，使其从1800转均匀改变到2600转。试验结果如图7所示。 图7 转速对过滤特性的影响 提高转速，排气背压随之线性增长，这主要是由于动压与转速平方成正比，这个过程中微粒同时在过滤层积累。在转速达2600转后再调整回2200转，实测排气背压为2kPa，低于原先3kPa的测试值。究其原因，主要是高转速与高流速下，部分附着微粒被高速气流带走，从而降低了排气背压。相应的k下降率曲线则较为复杂，转速到2200转前k下降率不断上升，之后则下降，这可能是因为前期排气流速下微粒的附着量大于吹走量，后期随着气流速度增加，导致吹走的微粒量增加。 2．4 负载与温度对过滤特性的影响 采用3块2mm过滤体进行负载试验，在机组额定转速下，使阻性负载从1～5kW调节，过滤器的过滤特性如图8所示。 图8 负载对过滤特性的影响 在负载增大后，过滤体的排气背压不断上升，但速度不断趋缓，前期快速上升主要是因为微粒排放量的增多，后期主要是因为温度上升使PM减小，同时流速的增加，使被吹散的微粒量增多。k下降率则随负载增大不断减小，但走势较为平坦，这可能是因为在微粒随负载增加而增多的前提下，一方面温度升高增大了附着微粒的粘性，使其不易被吹散；另一方面排气流速也在提高，两方面有一定程度的抵消作用。 2．5 冷、热起动与怠速工况下过滤器过滤性能分析 使用两个过滤器及旁通阀形成两个支路，在起动(3分钟左右)与正常工况下切换至相应支路，其中起动支路使用5×2ram过滤材料，正常支路使用3 X2mm过滤材料，系统净化方案如下图所示： 图9 系统净化方案 2．5．1 起动工况 柴油机冷起动时，由于缸内压压缩温度很低，燃油的雾化、气化条件差，很难发展为扩散燃烧，使黑烟的排放量很大，由于时问短，排放量大，此时对炭烟的净化最为困难。采用5块2mm进行对PM的净化，可以达到较好的效果。光吸收系数从净化前1．79m -1 下降到0．58 m -1 。热起动由于缸内温度升高，燃烧条件有所改善，采用过滤器可使光吸收系数从0．96m -1 下降到0．27m -1 。 2．5．2 怠速工况 柴油机在怠速工况下喷油量为怠速油量，排放量相对较小，此时，由于工况较为稳定，加装过滤器对其碳烟过滤效果显著。采用3块2mm进行对PM的净化，可以达到较好的效果。光吸收系数从净化前0．22 m -1 下降到0．08 m -1 。 2．5．3 加载工况 柴油机在加载后，特别在高负载下，由于供油量迅速增加，而转速与供气量如果不能及时跟上，将使混合气变浓，燃烧条件恶化，从而产生大量黑烟。采用3块2mm的净化。光吸收系数从净化前1．44 m -1 下降到0．32 m -1 。 2．6 泡沫金属材料的再生试验 2．6．1 热再生模拟试验 用柴油浇于使用过的泡沫金属材料表面，点燃，用热电偶测试实时温度，其平均值约350℃ ，燃烧30s左右完成，待泡沫金属冷却后进行观察，并用毫克天平进行燃烧前后称重对比。 2．6．2 反吹再生模拟试验 采用1500W 电吹风进行反吹再生模拟试验，测试风速为10m／s，从泡沫金属出气一侧连续吹风1 min,并用毫克天平进行燃烧前后称重对比。两个实验结果如下表所示： 表2 再生试验分析 由于柴油燃烧过程中产生了新的炭颗粒，因而再生率计算结果偏低，若能以清洁的助燃剂或以电加热方式进行，再生率将会进一步提高。反吹再生对泡沫金属过滤体的再生作用一般，主要原因在于一方面附着在金属纤维上的碳粒在高温下有很强的粘性，另一方向在于电吹风的功率偏小，若能以大功率冷风进行反吹，可能对泡沫金属的再生有一定效果。 3 小结 在一定的横截面积下，泡沫金属材料的厚度、孔径大小等对k下降率及排气背压均有较大的影响。为提高过滤体的k下降率和降低排气背压，应对其厚度、孔径大小及横截面积作综合考虑。平均孔径2mm的泡沫金属过滤体过滤性能良好。柴油机的转速、排气流速、负载、温度等对泡沫金属的过滤性能影响较大；柴油机不同工况下，要选择不同的组合方式才能发挥泡沫金属的最佳过滤性能，通过对以不同厚度过滤体组成的过滤体的两路切换，可以实现良好的微粒净化效果。热再生模拟试验结果较为理想，可作为泡沫金属材料再生方式使用。反吹再生方案的可行性有待进一步论证。开孔泡沫金属材料作为新兴过滤材料必将在柴油机尾气净化领域发挥更为重要的作用。
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破旧的设备，简陋的条件，成就重大的技术发明 （有图有真相）
热度 3 scientister 2011-6-2 09:17
汽油机的效率比柴油机低30%。 如果让汽油机的压缩比达到柴油机的水平，那么汽油机的效率可以与柴油机相当。为了实现这个目标，内燃机工作者几十年如一日开展研究和攻关，做了大量工作，但是没有取得突破。 有人设想：不要再去提高汽油的抗爆性，而是去降低它的抗爆性，那么它就有可能被压燃。采用压燃的点火方式，就不存在点燃式汽油机的爆震的问题了。具体说，就是把汽油的辛烷值降下来。理论上是可行的，实践呢？于是乎，需要通过试验来验证这个理论。 然而，哪里有压燃式的汽油机呢？现实生活中没有，试制一台压燃式汽油机，要花多少钱啦？这个问题困扰博主好几年。终于，博主想到可以借用柴油机来做验证试验，虽然不完全适应汽油燃料，但是至少可以验证“能否被压燃”这个问题。博主于2010年6月，下决心开展验证试验。 找了很多地方，没有人肯出借柴油机用于汽油试验。 后来，博主看到一台非常破旧的农用翻斗车，尝试联系到了翻斗车的主人，花100元钱租到了柴油机的试验使用权，花8元钱买一个油桶用于卸载油箱剩余的柴油，终于可以开展验证试验了。 租用机器、买试剂（包括5块钱93号汽油），试验的直接支出大约200块钱。够节省、够强大吧？！ 下图就是那台破旧的翻斗车，由于油箱的柴油无法完全卸载，汽油只能从断开油箱的油管直供。黑色油管用塑料扎绳固定在吊环上。 下图是简陋的实验室，一间农民的储物间，调配低辛烷值汽油的地方 试验证明，低辛烷值汽油可以顺利地被压燃。 发布验证试验论文 《低辛烷值汽油在压燃式汽油机的应用》 的地址： http://group.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=506306do=blogquickforward=1id=450660 论文论述了这种汽油的清洁性、环保性，和高效率性能，以及低成本。不可不看！ 为什么说这是一项重大发明呢？ 2010年中国消耗汽油7158万吨，全球消耗汽油10亿吨。当40号汽油替代93号、97号汽油的时候，中国可以减少汽油消耗2170万吨/年，全球减少汽油消耗3亿吨/年。每年减少的二氧化碳排放量也很多，大家可以自己计算一下。 这项发明对世界范围人与自然的和谐相处具有重大贡献。 尽管后来博主委托专业内燃机实验室开展了“台架试验”，但是这次验证试验仍然是最重要的！ 请读者帮忙把帖子顶到首页， 请编辑帮助宣传博主艰苦奋斗，创造条件搞科研的精神。 谢谢大家！
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从日本核电站爆炸说起，小数点后面N个9都是无用
热度 10 iwesun 2011-3-15 21:13
从日本核电站爆炸说起，专家的小数点后面N个9都是无用 　　说起了，日本核电站爆炸，又想起一件事儿，专家们忽悠的小数点后面的N个9。 　　这次核电站爆炸，其实很荒谬。 　 　　地震本身并没有造成毁灭性的破坏。 　　保护系统起作用了，反应堆自动关闭，于是停电了。 　　停电了， 冷却系统不工作，柴油机启动了，却因地震，自保护，也关闭了。 　　 　　这事儿，好玩了，每一个专家忽悠啥事情的时候，都是一定说，能考虑都的都考虑了，安全性达到了小数点后面N位。 　　当然，这个小数点的N个9，又不是白来的，以前猴子饿了，随手捡个苹果，都不用洗刷刷，就吃了。 　　现在，因为你这小数点的N个9,你的权力指数也上升到天文数字，货币是权力的量化。 　　水博，这类天天忽悠，他的水电是安全，又好处多多，而且你说的坏处，他一一避免了，各项指标，都达到了小数点后面N个9。 　　只有好处，没有坏处。 　　唯一的坏处，他不告诉你。 　　就是他的权力指数直线上升，你的直线下降。 　　其实忽悠是人皆有之，全世界皆如此。 　　 　　但这玩意儿，在中国这个奴隶国家，还是很有特色的，非常有特色。 　　也没办吧，忽悠君王，确实是瓜分权力的捷径。 　　 其实，你这Ｎ个9，原本没错，只是你相对论没学要，你再怎么搞N个9，也是没有意义的，常量的导数＝０，信息＝０，相等于不存在。 　　 　　啥东西有意义？ 　　就是你这N个9，后面的随机才有意义。 　　更可怕的是，编码是随体系变化的，由体系本身确定。 　　我可以直接把你的N个9后面的随机，提出放到前面，你说万年一遇，我就让你天天都遇。 　　专家呀专家， 科学离开了仙术，是虚弱无力的。 　　上帝从来都不说话，就是因为他太虚弱了。
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“命苦”啊，看不得人家“求问”(mirror)
liwei999 2010-8-25 16:14
立委按: 刚夸了镜先生貌似进入教学旺盛期，镜兄就叫苦了。说老实话，一般而言，辅导上进不是什么好差事。作为工业导师，立委辅导硕士博士实习生也有过几十例了，感觉就是一个烦，遇到大脑短路的傻小子更是如此。毋庸讳言，上进女青年则另当别论，问题越傻，问相越天真越可爱。相信不少老帮菜都有足够的自信做上进女青年不厌其烦循循善诱的导师，可惜并非人人有这个机会。孔夫子的有教无类，伟则伟矣，实行起来怕不容易。这不，镜先生也牢骚了么。 命苦啊，看不得人家求问。 (1708 bytes) Posted by: mirror Date: August 24, 2010 11:07PM 《美开发出自动除尘太阳能电池板-----原理分析》（ ）一文也是求上进青年的文章。 太阳能电池的研发一直有，为了转换效率1％的提高的而努力着。有时候看着这些学子太辛苦了，忍不住问几句他们对整个行业的认识。很可惜，能对整个行业有个客观认识的人士不多。从工程的价值观看，对本来就很低密度的太阳光，作为一般的用途（民用）不差这个1个百分比的转换效率。因为整个系统中，初始转换效率只是众多因子中的一个。 太阳能电池板的自动除尘的课题，也不是来自民用，而是火星勘探的话题。有这样的技术很好，但是不能因此就认为这个技术可以非常适合在灰尘和颗粒物污染高度集中的地区使用。其中的道理也十分简单：漂亮的首饰不是为了装饰丑女而设计的。 自动除尘的技术应该说已经实用了。当然不是用在太阳电池上，而是用在了单反的数码相机上了。这样的技术调查、技术积累是做科研的必修课。今天已经用上了，原理和专利很可能很久以前就有了。能知道原理更好，不知道也要推测个不离谱才好。不能一个不懂， 求指点~~~~~~~！的样子。如果是女孩儿，尚有几分可爱；若要是个男士，就很令人作呕了。 镜某推测的原理是这样的：通过检测表面层振动频率的变化，可以知道表面上是否落上了灰尘，有少质量的灰尘。这是个很常规的技术。同样的表层素材，可以换个振动频率，做个行进波伍的将这些灰尘抖落下来，或者是移动到边缘处。 另一个提问是《冲灯柴油机是什么》（ ）。由冷迸式柴油机与老式冲灯柴油机相比的句子，镜某以为是打错了字了。错把冲程变冲灯。说实在的，这个冷迸式单缸卧式柴油机的说法镜某也不知道。但是从节油一项看，大约可以推测其原理。同样的汽缸体积，温度低则吸进的空气量多，可以有助于发动机出力。因此冷迸式是要把进气的温度降低一些的做法。这个些事情在原理上都不是什么问题。问题是如何在有限的成本当中安排解决这个问题。 就是论事儿，就事儿论是，就事儿论事儿。 http://www.starlakeporch.net/bbs/read.php?1,65440,65440#msg-65440
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冲灯柴油机是什么
热度 2 liuqingshui 2010-8-24 20:38
读文献如下，上海新祥机器厂，采取几种引擎之长，设计制造成功冷迸式单缸卧式柴油机。冷迸式柴油机与老式 冲灯 柴油机相比有下列显著优点：（ 1 ）用油节省，可节省柴油 20%-30% ；（ 2 ）转速均匀，管理方便；（ 3 ）节约原料。冲灯式柴油机 上海新祥机器厂，采取几种引擎之长，设计制造成功冷迸式单缸卧式柴油机。冷迸式柴油机与老式 冲灯 柴油机相比有下列显著优点：（ 1 ）用油节省，可节省柴油 20%-30% ；（ 2 ）转速均匀，管理方便；（ 3 ）节约原料。冲灯式柴油机是什么意思？冷迸式柴油机是什么。
个人分类: 农业机械化|4898 次阅读|1 个评论
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