注：版权归CIMAC所有 等离子喷涂镀层具有优异的耐磨和抗拉缸特性，目前被广泛用作低速柴油机活塞环外圈的标准镀层之一。近年来，市场对进一步改善活塞环镀层耐久性和粘附性的需求不断增长，以延长产品寿命。该种活塞环被应用在苛刻的工作环境下，比如配备在有废热回收系统的高功率发动机上。 为了满足这样的市场需求，曼恩公司挑战研究高耐久性活塞环镀层，并成功开发出采用HVOF喷涂方法的新型喷涂镀层。 在日本理研所，为了验证这种新型HVOF镀层方法作为活塞环表面处理技术的有效性，通过各种台架试验对上述提及的2种镀层方法形成的镀层膜性能进行对比和评估。 根据评价结果，与常规等离子镀层相比，HVOF镀层磨损量减少60％，镀层附着力提高了80％。抗拉缸性能是活塞环镀层所需的重要性能之一，但是在HVOF镀层的结果中，确认了与常规等离子喷涂镀层具有相当的抗拉缸特性。 通过对镀层材料和缸套材料在抗拉缸性试验中及试验后的温度、摩擦力矩等数据的进一步检测发现，常规等离子镀层与HVOF镀层在拉缸性质上存在差异。 在HVOF镀层的试验中，摩擦力矩在发生拉缸之前一直保持在极低的水平，在拉缸发生时上升。试验中HVOF镀层的缸套温度也低于传统等离子喷涂镀层。另一方面，常规等离子镀层的试验结果显示，随着接触载荷的增加，缸套温度和摩擦力矩增大，并且缸套温度达到HVOF镀层的1.35倍左右。 根据上述检测数据及对试验后各镀层和缸套材料的观察结果推断，镀层薄膜结构的不同会导致拉缸发生时的情况差异。对于传统的等离子镀层，摩擦热被认为是在试验初期产生的，镀层薄膜的细颗粒在试验过程中脱落，进而缸套材料被加热到高温引起油膜破裂，导致磨损发生。另一方面，在HVOF镀层由于镀膜颗粒之间的粘合力高，试验中几乎没有观察到细颗粒的脱落，并且由于镀层硬度高的影响，缸套表面变得类似于镜面。由此可知，当试验中摩擦表面不足以维持足够的油膜厚度时会导致油膜破裂，从而导致拉缸现象的发生。

本文介绍了埃克森美孚与Engineering和雪佛龙Oronite公司合作研究的成果。该研究使用相关的润滑剂特性和实验室数据模拟二冲程船用柴油发动机的润滑剂燃油经济性。测量的润滑剂特性包括摩擦和粘度等数据。以模拟潜在的发动机条件，包括测量摩擦的边界、混合和流体动力润滑等条件选择并设计实验室试验。在使用Bolnes发动机做完单一速度和负载验证概念试验之后，利用发动机硬件条件和操作条件为基础，为Enterprise试验发动机构建了另一个模型，该试验发动机是用于润滑剂开发的1/10比例单缸十字头柴油研究平台。Enterprise发动机具有更多参数，能够改变负载和速度，从而可以观察不同类型的润滑状态。 将相同的系统条件和气缸润滑油数据输入Enterprise燃油经济性模型，然后在Enterprise试验发动机中利用不同负载和速度进行测试验证。2种模型都能够获取润滑剂属性和实验室数据，并准确预测实际的发动机性能。在2个不同的发动机中验证该模型是否允许构建更复杂的模型，用于更好地预测大型船舶的某些发动机状况和润滑剂燃料经济性。 (版权归CIMAC所有)

无论发动机的使用年限如何，船舶安全和遵守安全法规对航运公司至关重要。在温度最高的发动机室中，过热的风险最大，可靠的防火对于保护人和机器至关重要。国际海事组织协调的研究表明，商船上30%至50%的火灾起源于机舱，其中超过50% (DNV数据)的火灾是由于热表面的漏油造成的。 “联合国海上人命安全公约”旨在预防此类致命事故，并为船上的消防安全提供可靠的监管框架。为此，它定义了能够确保所有船舶发动机安全运行的规范。其中一项重要规定为：防止油系统泄漏引起火灾的最佳方法是识别并清除或适当隔离所有潜在的着火源。对此，关键要保证暴露部件的表面温度不得超过220℃。许多燃料，如柴油或汽油的“最低自燃温度”约为250°C，但据报道MAIT最低值只有225°C。 用于涡轮增压器、燃油管路和排气系统的高效隔热系统有助于最大限度地减少火灾危险，因为它们复杂的几何形状覆盖并保护了各个关键部件。但是它们的有效性主要取决于其制造材料，特别是它们的设计方式。尽管多种不同类型的隔热材料已经安装应用于发动机舱中，但仍需更有效、更耐用的隔热系统来满足当前和未来提出的的安全标准。Thermamax公司凭借在过去40年中与全球领先的发动机设备制造商的众多项目合作，在高温隔热方面积攒了丰富的经验，能够在船舶发动机舱的安全领域做出重大贡献。凭借着完全密封的防喷罩和隔热罩，Thermamax模块化隔热外壳可有效防止易燃液体渗入。 在基于最近与美国邮轮公司联合进行、密切合作的改造项目基础上，本文将详细说明一种符合SOLAS标准的设计，制造和安装隔热材料解决方案所必须的各个项目阶段，在没有引擎图纸的情况下提供并详细说明此方案的各种技术与要求。 该项目首先利用包括热成像在内的技术手段检查发动机，以确定范围。由于发动机的使用年限未知，因此需要对发动机的相关部件（排气管、涡轮增压器、废气门、气缸盖、燃油管路）进行3D扫描。基于扫描数据，开发了发动机的3D CAD模型，为隔热罩的开发奠定了基础。创建虚拟模型后，拥有了开始开发过程的所有数据。根据客户要求（温度低于220°C，100°C或甚至60°C）和0D / 1D热计算，我们定义了隔热概念（隔热包层的材料和厚度）并进行了隔热的详细设计。为了验证最终的概念并最小化设计环路，首先完成对完整隔热系统的热模拟，以确保该概念在最终隔热组件的所有区域中都有效。另外，利用振动分析排除隔热包层的固有频率接近发动机的激励频率的可能性。通过对此进行校对，可以保证绝缘包层的长期耐久性。作为下一个里程碑，新的隔热罩由合格的装配人员生产并安装在发动机上，以确保做到最佳安装并能明确关注到可能存在的热点。最后，进行热扫描和振动测量以验证隔热罩是否适合用途。 将上述功能叠加，可以让整个行业提高任何柴油或天然气发动机的安全性，并不用考虑所使用的产品的品牌或年龄。 （版权归CIMAC所有）

最近，IMO正在加强船用发动机的温室气体排放法规。通过提高压缩比来提高热效率是为了适应温室气体排放法规而提出的一种解决方案。但是二冲程发动机的最佳压缩比随发动机工况的不同而不同，不涉及燃烧过程和燃料类型。 首先，发动机的压缩比受到全输出功率下最大燃烧压力的限制。与高输出功率相比，低输出功率时最大燃烧压力较低，因此可以提高低输出功率下的压缩比。而且可在部分输出功率下提高压缩比，提高热效率。二冲程发动机的膨胀比是根据扫气口开启时间来确定的，以保证在高输出功率下气缸内所需气体的量。在发动机输出功率低的情况下，与高输出功率相比需要的空气量较少，因此增加有效膨胀比是可行的。 其次，通过延迟扫气口的开启角，可以提高有效膨胀比，扫气口是由活塞通过开启的。该活塞通过扫气口时，可以通过改变活塞顶部位置以增加压缩比而延迟开启角。因此，通过改变活塞顶位置和压缩比，优化有效膨胀比，提高部分输出功率下的热效率。 最后，燃烧特性如着火延迟和燃烧速度随燃料成分的变化而变化。这些都会导致气缸压力的意外升高或不完全燃烧，增加NOx、THC、烟灰等排放，造成排气系统摩擦学问题及其他缺陷，这也与压缩比有关。因此，通过优化压缩比可以获得稳定的燃烧。 从这些点出发，为了根据发动机输出功率或燃料组成来实现最佳压缩比，DU & IHI公司为十字头式二冲程发动机设计了一种前所未有的可变压缩比(VCR)系统，该系统可以在发动机连续运行时改变压缩比。本文介绍了实现前所未有的VCR系统的机理，以及实现VCR系统所需要的关键设备技术。 通过在活塞杆与十字头销之间安装液压缸，改变十字头销与活塞杆的投影长度，建立了十字头二冲程发动机VCR系统。本文详细介绍了VCR系统的组成和发动机试验性能。液压腔内最大液压压力为100MPa，主要来自于燃烧压力。因此，考虑用新的密封圈来密封这种液压。此外，密封圈的使用寿命要求为4年。对多种密封圈材料和形状进行了初步测试，确定了满足上述要求的最优密封圈。 VCR系统由安装在十字头销上的液压系统进行液压操作，十字头销是往复运动的。往复运动由于止回阀和液压油的惯性力对液压系统产生影响。因此，在考虑惯性力的情况下对液压系统进行了仿真，并对液压系统的可靠性进行了研究。 因此，DU&IHI已经成功建立了VCR系统所需的关键设备技术，并将继续改进这些技术，以支持WinGD、DU和IHI之间的联合开发。 (版权归CIMAC所有)

Enterprise是一种定制的尺寸为1/10、灵活燃料、单缸十字头船用柴油试验机，并以此作为平台研究船用润滑油。该发动机设计的重点是保持与全尺寸发动机类似的润滑剂边界条件。Enterprise规定的额定转速为625rad/min，与全尺寸船用发动机的线性平均活塞速度相匹配，减少了行程，并且平均有效压力能够达到18 bar。高旋涡、单向扫气、二冲程燃烧系统用于分馏柴油或重油。液压电子单元喷油器燃油喷射系统含有2个定制的三孔喷嘴喷油器，具有加油功能，喷油器由马勒柔性ECU进行驱动。使用工业变速空气压缩机及闭环电子控制压力调节来提供进气增压。使用电动气动蝶阀实现电子控制排气背压。为Enterprise提供定制的小型Hans Jensen Lubetronic气缸润滑系统，该系统能够在每次喷射时为每个润滑器提供0.88 mg气缸油，最高发动机超速额定值为656 rpm。4个独立的温度冷却控制系统用于控制衬里温度分布。4个冷却液区域及系统油和汽缸油供应都控制在1°C以内，以保持一致的热边界条件。 该发动机配有缸内压力传感器，内联扭矩传感器和多个过程温度和压力测量装置，可进行详细的热力学效率分析，实验设施可精确测量缸套磨损、活塞和活塞环上沉积物的特性。 IR Telemetrics的无线电遥测系统用于测量发动机运行期间的活塞顶部温度。详细描述发动机设计考虑因素和实验设施，以及系统油和气缸油粘度对摩擦和效率的影响的研究结果。设计测试基质以比较基础油料化学性质和系统油及汽缸油的粘度。使用规定的燃料经济性测试模型完成实验，该模型由重复的6个速度/负载操作条件组成。 采用自动控制测功系统以确保测试程序的可重复性。初步测试表明，冷却液、机油和排气温度在变工况时5分钟内可达到稳定状态。 系统滑油粘度对摩擦有显著影响，粘度从SAE 30降低到SAE 20，摩擦平均有效压力降低6%以上，有效燃油消耗率(BSFC)降低2%以上。化学效应在系统和气缸油中也很明显。使用每种操作条件之间的重复性比较来确保结果在统计学上有效。对于初始汽缸油粘度实验，观察到的变化在规定的/正常的重复性范围内;正在进行的试验将确定边界条件控制的改进是否能够在该发动机平台上测量如此幅度的气缸摩擦变化。 （版权归CIMAC所有）

过去几年，多个海洋环境立法在全球范围内生效，例如2020年，硫含量上限调整为0.5％，同时启动了新的立法以减少航运产品对环境的影响。海洋保护协会第72届会议期间通过了关于减少船舶温室气体排放的初始IMO战略，这是一个重要的里程碑，表明各国之间将致力于共同努力实现低碳运输。 对于新法规的实施或不断变化的市场要求，客户积极致力于减少碳排放的技术改造，同时要求对发动机可靠性和大修间隔时间的影响最小或几乎没有影响。如果发动机相对较新并且使用年限要求高，这一点就更为重要。本文重点介绍了一些改进技术作为产品生命周期维护的解决方案，以缓解不断变化的市场需求。 提升燃油效率是二冲程低速发动机减少二氧化碳排放的方案之一，可使部分发动机符合IMO温室气体排放目标。这种改进方案通过改变发动机的压缩比、燃油喷嘴及发动机参数，实现燃烧室内更好的空气、燃料分布，最终在NOx值保持不变的同时实现更低的燃料消耗。 2018年4月，瓦锡兰成功完成了RT-flex82T发动机的使用测试，实现了燃油耗降低4g/kWh（加权平均值）。压缩比和喷嘴孔直径的增量分别为6％和16％。 在过去的二十年中，单缸功率输出随着转速和燃料消耗的降低反而增加。燃烧压力、每循环的燃料、冲程缸径比的增加大大改变了缸内的热力学条件，最终导致在腐蚀性环境中需要连续或间歇地监测，以避免活塞运行问题或气缸套高磨损。瓦锡兰实时气缸滑油监测系统，可实时测量残余BN，其传感器安装在气缸套底部的收集盘。滑油监测系统可以指示随着环境和发动机功率的变化，气缸内的腐蚀环境变化，从而通过调节气缸滑油供应速率以控制腐蚀性磨损。TBO的预测考虑腐蚀作为气缸套磨损的主要原因似乎是合理的。 从2020年1月1日起，全球所有剩余船舶燃料的含硫量上限为0.5%，这将致使海洋市场存在多种多样的燃料，从合规燃料如馏分油或剩余的低硫燃料，到为满足SOx排放水平而与洗涤器配合使用采用的高硫燃料。发动机的燃料喷射系统将面临处理各种燃料的挑战。在RT-flex发动机上，喷油控制单元(ICU)按要求的燃料量对气缸进行喷油。第一代ICU设计用于对剩余的船舶燃料操作，馏分油操作时间不长，特别是在车间试验或大修期间。长时间使用馏分油会导致喷射控制阀阀座磨损严重，从而显著降低使用中的TBO。第三代ICU采用了新的喷射控制阀，在多燃料使用时有更强的耐磨性，它可以通过适配器板、新的高压管道和软件对第一代ICU发动机进行改造，另一个优势在于它的维修友好设计，可在船上完成大修。 (版权归CIMAC所有)

摘要：气缸润滑油系统是大型二冲程船用柴油机运行的重要部件。它通过在滑动界面提供一层薄薄的油膜来控制缸套和活塞环上的机械摩擦损失和磨损。Hans Jensen SIP润滑系统将润滑油以喷雾的形式注入气缸的进气中，从而使气缸顶部对润滑油的需求最大范围的得到均匀的覆盖。在过去的几十年里，为了降低船用柴油机的运行成本，对润滑油消耗的优化越来越给予重视。 本文对大型二冲程发动机活塞环上润滑油的输送进行了理论和实验研究。 采用一维雷诺方程，对活塞环与缸套之间的润滑油进行了建模，该方程包括几何参数、粘度参数、压力参数和表面速度参数。采用有限差分法求解雷诺方程所描述的润滑油压力，使之与活塞环上的力保持平衡。利用该方法，可以预测润滑油膜厚度。 在新研发的往复运动缸套、静止活塞环试验台上进行了试验研究。使用Hans Jensen SIP润滑系统，将润滑油作为喷雾喷射到气缸套表面。这个装置模仿了发动机内部的工作状态，同时气缸套安装传感器来测量油膜厚度。 本文对缸套润滑油膜的质量和稳定性，以及不同的工作条件对润滑油膜的影响进行了研究。开展了不同润滑剂注入量、粘度、注油策略的试验，并对试验结果进行了介绍和分析。研究结果表明，在一定程度上大型二冲程船用柴油机扫气排油与缸套磨损量有关。 关键词：大型船用柴油机；润滑油运输；试验研究 版权归CIMAC所有

摘要：根据国际海事组织（IMO）的要求，自2020年起，船用燃料的硫含量不得超过0.5%，该规定将改变船用柴油机的工作条件。新规实施后，相关燃料产品会面临诸多不确定性，为此，整个海洋产业都忧心忡忡。船主必须决定是投资废气减排技术以继续使用高硫燃料，还是改用硫含量不超过0.5%的新燃料。但是，燃烧室部件和润滑系统的耐久性并不能受到上述新规的影响。WinGD公司采用最先进的气缸润滑系统及独一无二的气缸套、活塞和活塞环设计，可以延长燃烧室部件的大修间隔时间。自2005年首次建立排放控制区以来，WinGD公司就已在高硫残余燃料和低硫燃料应用领域深耕多年，丰富的使用经验将助力WinGD船用柴油机在2020年实现平稳过渡。 WinGD公司所实施的润滑油综合验证体系包含实验室分析和现场测试性能评估两部分，并且与润滑剂供应商密切配合完成。经过验证的汽缸油具有各种碱值，适合低硫燃料、高硫燃料和气体燃料等不同使用场景。而且，WinGD公司已在油品取样、分析和结果评估等方面积累了丰富的现场经验，可以为客户设置更为准确的气缸润滑参数。同时，配合使用最先进的铬陶瓷活塞环和内孔绗磨气缸套，发动机的性能可以保持稳定可靠，不受工况影响。 鉴于船舶主机不再燃烧高硫燃料，可以利用这一契机，为燃烧室和润滑系统的设计开发新的技术。目前，严苛的负荷加载性要求对于冷却的要求较高，而且加装燃料的燃烧性能也各不相同，但随着硫含量的降低，由腐蚀引起的气缸套磨损必将逐渐减少，我们正好可以对气缸套的冷却过程进行优化以满足更高的冷却要求。此外，活塞环工作面的特性不再主要取决耐腐蚀性，这意味着我们可以针对成本和大修间隔时间进行优化，更灵活地选择活塞环的基材以适应未来的涂层工艺要求。还可以通过新参数设置优化气缸润滑系统，延长润滑剂的停留时间，不必再持续添加新润滑剂以中和气缸套工作面上的酸性腐蚀物质。另外，随着气缸润滑剂添加量的减少，可以通过增加氧化稳定性、控制沉积物和提高润滑能力的方式来应对复杂工况（例如未来采用新型发动机后，可能出现单机运行工况边界进一步降低或者平均有效压力增加）。最后，作为技术开发领域的先驱，WinGD公司正在研发新的活塞技术。新技术的应用领域包括但不限于：新的活塞环基础材质、具有更高耐用性和耐磨性的涂层、活塞冷却、活塞裙定心技术、温度可灵活控制的缸套冷却系统，以及优化的润滑剂供应系统。 另一方面，IMO的限硫规定也为进一步优化发动机设计提供了契机。WinGD公司的研发工作旨在为被许可人、造船厂、经营者和船主提供最佳的解决方案，实现功能、可用性和成本的优化。总而言之，WinGD公司将始终致力于为发动机设计和参数设置提供创新的解决方案，以满足即将到来的立法规定和船舶经营者的新要求，确保发动机运行的可靠性。 关键词：高硫燃料；润滑系统；优化研究 版权归CIMAC所有

摘要：在未来的几十年内，全球天然气发动机在能源市场中的份额可能会继续上升。从不同的能源前景来看，可以确定高负荷大缸径的天然气发动机会在非道路应用中发挥着重要作用，因为它们有可能可以通过新的燃烧过程和增加峰值燃烧压力来实现更高的效率并满足严格的排放法规。但由此产生的运行条件会对气阀/阀座摩擦副产生影响。从最近的实际应用结果可以看出，如果沿用当前的材料和设计，气阀/阀座摩擦幅会出现严重的磨损。 虽然已经提出了大量的气阀磨损模型，但是，对气阀磨损的可靠预测仍然是主要的关注点。基于Archard或其他研究成果的数值磨损模型可以应用到多种软件工具中。然而，由于摩擦系统的接触条件复杂和对磨损机制缺乏了解，这些磨损模拟的结果通常不能用于摩擦学系统中去。高负荷气体发动机的磨损与接触区域的材料状况有关，同时也与摩擦膜的形成有关。为了研究气阀磨损这种复杂的现象，可以通过进行部件试验，实际了解气阀关闭速度和燃烧峰值压力对摩擦副材料性能、磨损形为的影响规律。 本文对大缸径的燃气发动机气阀/阀座磨损副的寿命进行了数值模拟和试验研究。提出了一种计算不同的气阀关闭速度和燃烧峰值压力下的磨损系数有限元计算方法。此方法可以定量地描述气阀和阀座磨损量。 采用独特的摩擦试验台进行了2种不同模式的实验，即模式I(气阀关闭速度)和模式II(燃烧峰值压力)。对实验产生的气阀和阀座磨损进行了定量评估，并将其作为ABAQUS用户子程序的输入参数。在改进的Archard磨损模型的基础上，开发了能计算气阀与阀座之间累积磨损的用户子程序。预测的累积磨损经过与试验台上测量的实际磨损进行对比修正。 数值模型中包含了根据实验测试结果确定的依赖于载荷的摩擦学行为。仿真结果能够与实验测得的磨损结果具有一致性和重现性。因此，数值模拟可以用来比较不同气阀和阀座结构的耐磨损性能。最终，该磨损模型可以引入大缸径燃气发动机的开发中，作为一种新的气阀磨损估算方法。 关键词：摩擦系统；气阀磨损类型；估算方法 版权归CIMAC所有

摘要：人们相信未来的天然气和燃气发动机一定会迈向低碳化的时代。与其他化石燃料相比，天然气储量丰富，燃烧清洁，产生的二氧化碳排放量更少。燃气发动机在发电方面的应用已经很成熟且性能稳定，工作中可以在启停和负载变化时响应快速，使其可以满足高峰用电时的需求。 对电力日益增长的需求推动了发动机技术的快速发展，发动机技术的进步提高了效率，减少了排放，并增强了运行的灵活性。为了实现更高的效率，发动机制造商通过设计改进和材料技术开发，通过提高压缩比、优化燃烧来提高功率密度。例如，短活塞顶和钢活塞技术现在变得越来越普遍。这些高效的发动机在较高的BMEP下运行，发动机部件承受着更高的工作温度。在这些工作条件下，一些发动机的设计可能对爆震很敏感，因此控制燃烧室沉积物（通常来自润滑油灰）成为了可靠运行的关键因素。为了更好地控制爆震风险并满足颗粒物的排放标准，这些发动机的润滑油消耗量可以设计为低至0.05 g/kWh。 高的BMEP和工作温度、低的润滑油消耗将会导致润滑油工作应力的提高，从而加速其劣化。因为其在氧化程度，碱度消耗和粘度增加方面更快地达到限值，使得换油间隔变短。润滑油劣化加速可导致沉积物增加，尤其是在活塞顶部和环槽等高温区域，这会导致效率损失、活塞运行出现可靠性问题。 作者详细阐述了现代燃气发动机中造成润滑油劣化的几个因素，通过一整套测试结果提出了改善润滑油性能的策略，并通过一系列试验对比优选，经单缸、多缸试验机试验室试验和实船试验。通过对在严苛工作条件下使用过的润滑油的性能对比，得到了最好性能的润滑油，且已证明可以改善润滑油寿命和对沉积物的控制。 本文强调了在全尺寸发动机的试验台上，结合实船发动机和试验程序，采用适用的筛选技术，通过观察现场发动机性能来获取试验结果的重要性。 关键词：润滑油消耗；现代燃气发动机；发动机性能 版权归CIMAC所有