船用柴油机价格

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船用柴油机价格的技术进步

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船用柴油机价格的技术进步

发布日期:2019-01-17 作者: 点击:

       1920年~1930年末,是柴油机技术发展的黄金时代,柴油机越造越大,功率越来越高。新技术的出现促进了柴油机的发展,主要技术革新来自于燃油喷射的改进和增压技术的采用。 

       在狄塞尔的柴油机设计中,使用的是气动式燃料喷射系统。这套系统利用压缩空气将柴油喷入气缸中,并达成良好的雾化,与空气混合形成可燃混合气,自动着火燃烧。由于柴油机的压缩比较高,气缸内的压力很大,要把柴油喷入气缸并雾化,空气喷射压力须远大于气缸压力。因此需要一整套专用的压缩空气生产、储存设备,还需要一套冷却设备降低压缩空气的温度。这些附属装置庞大笨重,不仅增加了系统的复杂性,也使得故障发生的可能性增加了。空气压缩机本身也由柴油机驱动,会消耗掉大约15%的输出功率,从而使柴油机的可用轴功率下降,经济性受到了会有影响。

       工程师们一直在思考如何摒弃笨重、复杂又不太可靠的空气压缩机、高压储气罐等设备。1910年,英国维克斯公司的工程师詹姆斯·麦克里基提出了机械喷射的方案,并申请了专利。此举大大提高了喷射效率,喷油压力大为提高(机械喷射可使喷油压力可以超过140bar(1bar=0.1兆帕,140bar约140个大气压,而采用空气喷射,仅仅能达到7兆帕),喷油压力的提高使燃料的雾化程度提高,和空气能更均匀的混合,燃烧更充分,从而发出更大的功率。

       1922年,德国的博世公司进一步改进了机械喷射结构,采用了紧凑且适用于高压的柱塞泵结构,并投入批量生产。从此柴油机部件生产向专业化分工发展,最终形成了产业化的规模。博世公司也逐步发展成为专业化的内燃机燃油喷射控制系统和汽车零部件供应商和技术带领者。

1930年代后,船用柴油机价格向大功率方向发展,二冲程的使用日趋普遍。对于两台气缸直径、活塞行程及转速等相同的柴油机,二冲程柴油机在一个循环中有1/2的冲程在作用,而4冲程柴油机仅有1/4时间做功,因此二冲程的输出功率要明显优于四冲程。实际上由于考虑到二冲程柴油机气缸上开有气口而使工作容积有所减少,机械传动的扫气泵也要消耗一点功率等因素,二冲程柴油机的功率只能增大60~80%。

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       二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同,主要差异在配气机构方面。二冲程柴油机没有进气阀,有的连排气阀也没有,而是在气缸下部开设扫气口及排气口;或设扫气口与排气阀机构。二冲程柴油机还专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气的扫气箱,利用活塞与气口的配合完成配气,从而简化了柴油机结构。

       二冲程柴油机的工作与原理为:一冲程,活塞从下止点向上止点运动。当活塞处于下止点时,排气阀和进气孔已打开,扫气室中的压缩空气便进入气缸内,并冲向排气阀,这产生清除废气的作用,同时也使气缸内充满新空气。当活塞由下止点向上止点运动时,进气孔首先由活塞关闭,然后排气阀也关闭,空气在气缸内受到压缩。二冲程,活塞从上止点向下止点运动。活塞行至上止点前,喷油器将燃油喷入燃烧室中,压缩空气所产生的高温,立刻点燃雾化的燃油,燃烧所产生的压力,推动活塞下行,直到排气阀再打开时为止。燃烧后的废气在内外压力差的作用下,自行从排气阀排出。当进气孔被活塞打开后,气缸内又进行扫气过程。

       二冲程内燃机换气后,气缸内残余多少废气,或者说气缸内能充入多少新鲜充量,直接影响内燃机性能。二冲程内燃机没有单独的排气冲程和进气冲程,不能利用活塞的推挤作用清除废气,要使气缸清扫干净比较困难,难以得到高的扫气质量。因此,改进二冲程内燃机的扫气作用是一项重要的工作。二冲程内燃机主要有横流、回流和直流3种扫气方式。

       在二战前,双动式的二冲程柴油机比较流行。不过双动柴油机的结构比较复杂,而且活塞杆穿透气缸,因此对气密要求很高,现代柴油机已经不再采用这种双动的方式了。

       采用增压技术在沙泵柴油机的发展中是一个里程碑,增压技术显著提高了进气压力,空气的压缩比进一步提高,在同等条件下,增压显著减少了柴油机的尺寸和重量,提升了输出功率。1920年代,二冲程柴油机的兴起后,在排气过程中就须用高压空气扫除气缸中的废气,并吹入新鲜空气,因此增压器的作用就更为重要了。

       1915年,布奇在苏尔寿的柴油机上进行了废气增压的试验。1927年,曼公司成功的在其生产的10缸4冲程柴油机上安装了废气增压装置,对功率提升非常明显,输出功率从1250千瓦提升到1765千瓦,提升幅度超过40%。曼增压柴油机成功安装到Preussen和Hansestadt Danzig两艘船上,到1929年,废气增压器已经安装到79台柴油机上。

       从总体来说,在二战前废气增压技术在柴油机上的应用还不是很普遍。这与当时旋转式的涡轮和压气机研究尚处于入门阶段有关,同时钢铁工业也不能提供足够的能经受长时间高温工况考验、可用于生产涡轮的耐热钢。大规模使用废气涡轮增压技术还是1950年代后的事情。今天,除了一些小功率柴油机之外,废气涡轮增压器几乎已经成为了船用柴油机价格的有必要备部件之一。

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