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船用柴油機價格的技術進步

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船用柴油機價格的技術進步

發布日期:2019-01-17 作者: 點擊:

       1920年~1930年末,是柴油機技術發展的黃金時代,柴油機越造越大,功率越來越高。新技術的出現促進了柴油機的發展,主要技術革新來自于燃油噴射的改進和增壓技術的采用。 

       在狄塞爾的柴油機設計中,使用的是氣動式燃料噴射系統。這套系統利用壓縮空氣將柴油噴入氣缸中,并達成良好的霧化,與空氣混合形成可燃混合氣,自動著火燃燒。由于柴油機的壓縮比較高,氣缸內的壓力很大,要把柴油噴入氣缸并霧化,空氣噴射壓力須遠大于氣缸壓力。因此需要一整套專用的壓縮空氣生產、儲存設備,還需要一套冷卻設備降低壓縮空氣的溫度。這些附屬裝置龐大笨重,不僅增加了系統的復雜性,也使得故障發生的可能性增加了??諝鈮嚎s機本身也由柴油機驅動,會消耗掉大約15%的輸出功率,從而使柴油機的可用軸功率下降,經濟性受到了會有影響。

       工程師們一直在思考如何摒棄笨重、復雜又不太可靠的空氣壓縮機、高壓儲氣罐等設備。1910年,英國維克斯公司的工程師詹姆斯·麥克里基提出了機械噴射的方案,并申請了專利。此舉大大提高了噴射效率,噴油壓力大為提高(機械噴射可使噴油壓力可以超過140bar(1bar=0.1兆帕,140bar約140個大氣壓,而采用空氣噴射,僅僅能達到7兆帕),噴油壓力的提高使燃料的霧化程度提高,和空氣能更均勻的混合,燃燒更充分,從而發出更大的功率。

       1922年,德國的博世公司進一步改進了機械噴射結構,采用了緊湊且適用于高壓的柱塞泵結構,并投入批量生產。從此柴油機部件生產向專業化分工發展,Z終形成了產業化的規模。博世公司也逐步發展成為專業化的內燃機燃油噴射控制系統和汽車零部件供應商和技術帶領者。

1930年代后,船用柴油機價格向大功率方向發展,二沖程的使用日趨普遍。對于兩臺氣缸直徑、活塞行程及轉速等相同的柴油機,二沖程柴油機在一個循環中有1/2的沖程在作用,而4沖程柴油機僅有1/4時間做功,因此二沖程的輸出功率要明顯優于四沖程。實際上由于考慮到二沖程柴油機氣缸上開有氣口而使工作容積有所減少,機械傳動的掃氣泵也要消耗一點功率等因素,二沖程柴油機的功率只能增大60~80%。

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       二沖程柴油機與四沖程柴油機基本結構相同,主要差異在配氣機構方面。二沖程柴油機沒有進氣閥,有的連排氣閥也沒有,而是在氣缸下部開設掃氣口及排氣口;或設掃氣口與排氣閥機構。二沖程柴油機還專門設置一個由運動件帶動的掃氣泵及貯存壓力空氣的掃氣箱,利用活塞與氣口的配合完成配氣,從而簡化了柴油機結構。

       二沖程柴油機的工作與原理為:一沖程,活塞從下止點向上止點運動。當活塞處于下止點時,排氣閥和進氣孔已打開,掃氣室中的壓縮空氣便進入氣缸內,并沖向排氣閥,這產生清除廢氣的作用,同時也使氣缸內充滿新空氣。當活塞由下止點向上止點運動時,進氣孔首先由活塞關閉,然后排氣閥也關閉,空氣在氣缸內受到壓縮。二沖程,活塞從上止點向下止點運動?;钊兄辽现裹c前,噴油器將燃油噴入燃燒室中,壓縮空氣所產生的高溫,立刻點燃霧化的燃油,燃燒所產生的壓力,推動活塞下行,直到排氣閥再打開時為止。燃燒后的廢氣在內外壓力差的作用下,自行從排氣閥排出。當進氣孔被活塞打開后,氣缸內又進行掃氣過程。

       二沖程內燃機換氣后,氣缸內殘余多少廢氣,或者說氣缸內能充入多少新鮮充量,直接影響內燃機性能。二沖程內燃機沒有單獨的排氣沖程和進氣沖程,不能利用活塞的推擠作用清除廢氣,要使氣缸清掃干凈比較困難,難以得到高的掃氣質量。因此,改進二沖程內燃機的掃氣作用是一項重要的工作。二沖程內燃機主要有橫流、回流和直流3種掃氣方式。

       在二戰前,雙動式的二沖程柴油機比較流行。不過雙動柴油機的結構比較復雜,而且活塞桿穿透氣缸,因此對氣密要求很高,現代柴油機已經不再采用這種雙動的方式了。

       采用增壓技術在沙泵柴油機的發展中是一個里程碑,增壓技術顯著提高了進氣壓力,空氣的壓縮比進一步提高,在同等條件下,增壓顯著減少了柴油機的尺寸和重量,提升了輸出功率。1920年代,二沖程柴油機的興起后,在排氣過程中就須用高壓空氣掃除氣缸中的廢氣,并吹入新鮮空氣,因此增壓器的作用就更為重要了。

       1915年,布奇在蘇爾壽的柴油機上進行了廢氣增壓的試驗。1927年,曼公司成功的在其生產的10缸4沖程柴油機上安裝了廢氣增壓裝置,對功率提升非常明顯,輸出功率從1250千瓦提升到1765千瓦,提升幅度超過40%。曼增壓柴油機成功安裝到Preussen和Hansestadt Danzig兩艘船上,到1929年,廢氣增壓器已經安裝到79臺柴油機上。

       從總體來說,在二戰前廢氣增壓技術在柴油機上的應用還不是很普遍。這與當時旋轉式的渦輪和壓氣機研究尚處于入門階段有關,同時鋼鐵工業也不能提供足夠的能經受長時間高溫工況考驗、可用于生產渦輪的耐熱鋼。大規模使用廢氣渦輪增壓技術還是1950年代后的事情。今天,除了一些小功率柴油機之外,廢氣渦輪增壓器幾乎已經成為了船用柴油機價格的有必要備部件之一。

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