下一代高速发动机：目的和策略 8-未来发展的挑战和想法-法规、环境、全球趋势 Erwin Reichert, FEV Europe Dr. Martin Müther, FEV Europe GmbH Stefano Ghetti, FEV Europe GmbH Dr. Peter Heuser, FEV Europe GmbH Dr. Udo Schlemmer-Kelling, FEV Europe GmbH Max Bierl, FEV Asia GmbH Dr. Sven Lauer, FEV Europe GmbHlau Harsh Sankhla, FEV Europe GmbH 摘要 单缸排量为4-5L/cyl.的高速柴油机具有广泛的应用前景和性能需求。不同的排放要求落实到发动机上，就需要制定特定的减排策略，如有或没有尾气后处理。从船东的成本考虑，高可靠性和较长的维修间隔是最重要的。紧凑性布置和轻量化是新型高速发动机发展的另一个必需要求。此外，为了使停机时间尽可能短，服务友好性设计和预防性维护策略越来越受到关注。最后，燃料灵活性和推进装置匹配多样性也将在高速发动机发展中发挥越来越大的作用。 为了满足所有这些要求，我们将介绍一种经过深思熟虑的基础发动机设计策略，该策略为不同气缸配置(V12、V16、V20)提供尽可能高的零部件通用性。燃烧压力要求、增压策略和适当的后置系统将与效率和功率输出预期很好地平衡。通用的基础发动机功能与功率输出相关的增压、冷却和润滑系统模块相结合，功率范围为170到250千瓦/缸，是最具成本效益的解决方案。 本文将对合适的发展思路作出阐述，以很好地平衡不同的、有时是相互矛盾的目标。本文还将介绍相关的先进仿真技术，以确定最可行的目标实现设计要求。最后提出预防性维修策略。 关键词 高速柴油机、未来发展、目的和策略 译者简介： 王丽杰（1980），中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心，产品经理； 研究方向：柴油机总体；E-mail：wanglijie@csic711.com。 翻译：王丽杰 校对：胡军强

今天，所有的大型发动机生产者都面临着以下的挑战：用户的总经营成本、不断变化的边界条件和初期投入成本压力。此外，友好服务、大修周期、发动机设计生命周期简单升级的可能性和主要部件的通用性等问题也越来越重要。 此外，现在对发动机的要求越来越严格，与此同时，形式迅速变化并且相当不确定。对发动机制造商及其零部件供应商来说，最大的挑战是跟上这些市场变化的步伐。此外，为了满足排放和燃料消耗方面的需求，几乎每个项目都需要特定的发动机配置。为了实现这一点，发动机应该设计一个平台策略，它将涵盖广泛的应用场景。本文提出了压缩比的调整、涡轮增压模块的调整和可变气门正时的设置等设想。 为了应对未来在排放与油耗方面的需求，除了热力学优化外，提升机械设计的潜力也是一个非常有效的措施，摩擦损耗降低可以提高发动机效率。阐述了提高机械效率的可能措施，本文将描述曲轴偏置和增加连杆长度的影响和潜力。 发动机控制系统近乎无限的灵活性为发动机优化提供了很大的潜力。提出了通过调整喷油参数来补偿喷嘴磨损或结垢的几种方法。 在上述之外，下面的文章展示了的一些想法——这些想法还没有全部得到验证和/或证实——考虑到发动机设计、发动机换气、燃料喷入、燃烧和涡轮增压，改善了关于a.m.挑战的现状。在不对环境造成影响的情况下，所有这些建议都为提高成本效益、缩短交货时间和应用模块化的目标。 译者简介： 杨涛（1982-), 中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心，高级工程师； 研究方向：柴油机总体设计及开发；E-mail：yangtao@csic711.com。 翻译：杨涛 校对：鄢岚

2016年在赫尔辛基召开的CIMAC交流大会上，GE运输提交了一份关于下一代燃料机车开发的概述。 这篇后续文章将介绍将该产品推向市场所采取的步骤。 这方面的关键是增加天然气的替代率，以及完成耐久性、车队测试和排放认证。 示范设备运行至2017年年中，正式产品于2017年6月进入服务。到目前为止，我们的客户车队应用显示使用天然气与以前的柴油动力车队具有类似的可靠性。 在这段时间里，人们对双燃料机车的运行有了很多了解，本文将介绍双燃料机车的发展和经验教训，包括:  增加燃料替代比  爆震控制系统的开发与验证  发动机控制开发  燃料系统硬件验证  不使用后处理系统进行排放测试，达到美国环保署第3级标准的认证。 本文将涵盖以上主题，并讨论已完成的工作，向客户发布此产品。 译者简介： 杨涛（1982-), 中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心，高级工程师； 研究方向：柴油机总体设计及开发；E-mail：yangtao@csic711.com。 翻译：杨涛 校对：鄢岚

近年来，由于需求的多样性需要采用更先进的炼油技术，燃料总体上发生了变化。随着严格的排放法规，和为满足法规要求采用的先进的技术，发动机对燃油质量的波动变得更加敏感。大多数成品燃料的应用，如汽车和航空，如果不要求添加剂改进燃料的某些方面，就不能满足规范要求。但对于船用燃料，情况并非如此，因为在燃料被发动机消耗之前，对其进行了相当积极的处理。在汽车和航空领域，应用添加剂可以用来改善燃料使用中的某些方面，这在海洋工业自1990年代以来普遍存在。这最初开始于与AP Moller Maersk合作开发一种特定的船用添加剂，马士基当时正在寻找可能解决一系列集装箱新建筑锅炉和省煤器系统出现问题的措施。主要问题是对煤烟沉积物的高敏感性。这些沉积物对锅炉燃烧具有很大的风险，因此，为了降低这种风险，必须对锅炉进行非常高频率的清洗。Innospec找到了一种新型的解决方案，使用金属添加剂作为再生剂，减少燃烧过程中产生的煤烟量，降低过滤器中剩余煤烟的自燃温度。马士基继续在100多艘船舶上使用这种添加剂，并在1998年向CIMAC大会提交了一份关于这一主题的论文。 从上面初步发展开始，添加剂公司继续根据行业要求开发创新的处理方法，以提高船舶的可操作性。随着世界上一些大的航运公司在其数百艘船队的日常用油基础上使用添加剂，这些创新仍在继续。添加剂已被用于提高船舶的稳定性和兼容性，减少重油污泥的产生，改善馏出物的冷流动性能，并提高重油运行发动机的燃油消耗率(SFOC)。Innospec的许多产品都经过了独立第三方的验证，从而向最终用户保证，其声称的性能优势可以在服务中实现。最值得注意的是，在位于汉堡的壳牌海洋动力与创新中心，他们用一台测试引擎对燃油消耗率(SFOC)进行了测量，结果显示，SFOC在统计上显著下降。虽然第三方验证和实验室测试可以很好地表明减少了维护，但对航运公司来说，证明真实的燃油经济效益或改进可操作性才是最重要的。 本文将探索多年来使用特殊添加剂所获得的现场经验，以及通过世界上最大和最著名的航运公司之一所实现的成本节约来评估其有效性。 译者简介： 杨涛（1982-), 中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心，高级工程师； 研究方向：柴油机总体设计及开发；E-mail：yangtao@csic711.com。 翻译：杨涛 校对：鄢岚

船舶混合动力系统仿真：从设计、运行到船级社认证的有效工具 8-未来挑战和未来发展理念：法规、环境和全球趋势 Ben Rogers1, Maria del Agua Sires2, Peter Davies2, Dave Rawlins1，Milan Cvetkovic1, （1.里卡多；2.劳氏船级社EMEA） 摘要：减少船舶排放的要求推动了技术革新，包括推进系统的混合动力。这一点得到了海事组织海洋环境保护委员会（MEPC）成员国的认可，MEPC在2018年4月强调，同意在2050年前将二氧化碳总产量减少50%。混合动力将是实现这一正式目标的一项重要技术。 应用于船舶的混合动力系统包括主发电机和辅助发电机（包括发动机和燃料电池），并与以电池形式的电存储相结合。当子系统和所有相关负荷要求相结合时，整个系统的复杂程度显著提高。混合动力系统提供了新的船舶运行模式，与传统系统相比具有更大的灵活性。因此，设计、操作和船级社认证过程对概念阶段应用的仿真支持非常有益，并贯穿整个生命周期，这将确保这三个方面的协调和简化。 在汽车和陆用电站系统行业内对混合动力的投资推动了仿真技术、软件和技术方法的发展，这些仿真技术、软件和技术方法可应用于海洋船舶领域，这将在未来发挥越来越重要的作用，应记住：仿真技术永远无法取代工程师，工程师必须利用其专业知识来评估所有潜在风险并确保安全可靠运行。 本文概述了一种仿真技术的方法，该方法使用了典型的混合动力系统，并举例说明了该方法在设计、运行到船级社认证过程中的应用。 关键词：船舶混合动力、仿真、环境法规 译者简介： 王哲（1984），中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心，工程师； 研究方向：船用柴油机设计研发；E-mail：13589592805@163.com。 翻译：王哲 校对：胡军强

Niigata新型低速柴油机34RT的研制——“Galapagos发动机的发展” 9-新型柴油机的发展 Tatsuya Kitajima, Hiroyoshi Tanaka, Hiroyoshi Tanaka, Tadashi Yamasaki, Hideaki Nagasawa （新泻动力系统有限公司） 摘要：“Galapagos发动机”被应用在日本和亚洲的一些地区。Galapagos发动机是四冲程低速柴油发动机，它像是在Galapagos群岛的生态系统一样，孤立而特殊。Galapagos发动机由正置式曲轴主轴承、一个进气阀、一个排气阀、一个用于驱动的非飞溅润滑的摇臂组成。从鲁道夫柴油机时代来看，四冲程低速发动机的变化不大，此种发动机的尺寸就输出功率而言不匹配，这与世界各地的发动机时代的发展趋势相逆的。 然而有许多用户支持这个发动机，主要是在日本的油轮或散货船、渔船，尤其是远洋渔船。在这个市场上，可靠性、经济性、易操作性和易于维护很重要。由于发动机转速较低，因此发动机具有噪声较低和稳定性良好，部件寿命长，不需要减速齿轮的直接螺旋桨驱动，操作简单，易于维护，结构简单等特点。除此之外，燃油经济性良好，部分负荷可以使用低质燃油，虽然很少，但需求稳定，综上，Galapagos发动机对这个市场具有许多吸引人的特性。 日本的几家公司在继续生产Galapagos发动机，但占据的份额较小。为了使Galapagos发动机更具吸引力，Niigata决定优化该发动机，改进后的发动机更名为“34RT”，该直列6缸发动机输出功率1471千瓦。迄今为止，34RT仍沿袭Galapagos发动机的吸引力，在采用最新的发动机开发技术的同时，目标是在满足节能和船用需求的前提下，达到最先进的中速柴油机水平。34RT发动机的缸径340mm，行程630mm，在280r/min 时输出功率1471kW，与前代不同的是，增加了最大气缸压力以降低油耗率。此外，关于环境法规，IMO三阶段在日本被搁置。 因此，根据市场需求，发动机机体也将适用于IMO二阶段。为实现环境和性能指标，考虑低烟、降噪和消除机舱内的油雾。 -长冲程 -高压缩比 -高爆压 -高压比涡轮增压器 -米勒循环和进排气正时优化 -高压燃油喷射 -多喷孔 在结构方面，为了不增加重量，提高可维护性，笼型进排气阀（2阀型，后附常规型号）悬挂轴承型结构广泛应用于中高速发动机，但很少用于低速四冲程柴油机。到目前为止，Galapagos发动机是Niigata新的挑战。Niigata认识到低速四冲程柴油机的竞争力体现在最优的燃油消耗率， 因此进行了上述设计。 本文介绍上述发动机的设计方法、特点和性能测试结果。 关键词：新型低速柴油机、Galapagos柴油机、34RT柴油机 译者简介： 王哲（1984），中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心，工程师； 研究方向：船用柴油机设计研发；E-mail：13589592805@163.com。 翻译：王哲 校对：胡军强 版权归CIMAC所有

Niigata动力系统下一个百年的研发 9-新型柴油机的发展 Shinsuke Takahashi, Keitaro Hironak, Shoji Kato (Niigata电力系统有限公司) 摘要：Niigata动力系统将于2019年6月2日庆祝Niigata柴油机诞生100周年。自从1919年6月2日日本第一台船用柴油机M4Z在东京成功开发以来，Niigata一直在全球范围内供应柴油机。我们目前销售王牌，AHX系列发动机，旨在改善性能，同时达到IMO NOx第2阶段要求，并使该中速发动机在环境要求不断提高的情况下优化性能。直列式28AHX的开发始于2006年，第一台发动机于2010年交付使用。在28AHX的开发过程中，Niigata利用三维CAD进行设计，在发动机性能、结构、流体分析等方面采用了多种仿真技术，取得了良好的排放指标、燃油效率和瞬态性能。从那时起，Niigata在2012年为较小的发动机市场开发了17AHX，为较大的电力市场开发了V28AHX。继先前的HX和HLX系列的旗舰发动机之后，这些发动机在许多国家交付。此外，Niigata在28AHX的基础上，开发了28AHX-DF船用燃气发动机，并于2014年投放市场。现在，Niigata正在开发一款新型发动机，覆盖17AHX～28AHX之间的输出范围。新机型是一款四冲程中速柴油发动机，输出功率范围为1300～2300kW，直列6缸和8缸。考虑到船舶实际运行情况，正在研制的新型发动机，正在提高低负荷区的性能，并从现有HX型发动机的现场跟踪经验中得到反馈，从而达到了较高的可靠性和良好的维修性。考虑到要更换的发动机的最小尺寸，新发动机尺寸和重量减小的同时，增加平均有效压力，实现了超过25%的功率增加，其大小和重量几乎相当于HX型发动机。此外，作为Z-PELLER（我们的螺旋桨商标）的制造商，Niigata在拖船和OSV市场上占有很大的份额，功率范围覆盖500～4500马力。Niigata有一个优势，作为我们的原始产品，结合主发动机和推进器提供推进系统。新发动机的开发使我们能够在所有的输出范围内提供一个系统，它结合了操作界面友好的AHX型发动机和Z型发动机。此外，Niigata正专注于系统集成。2012年，Niigata在日本第一艘混合推进拖船“Tubasa”配装了混合推进系统。全球首次在拖轮上采用锂离子电池，实践证明，在实际运行中，可以降低30%以上的燃油消耗。2015年，Niigata在日本除液化天然气运输船外的第一艘天然气燃料船“Sakigake”号拖轮使用了一个推进系统，其中包括28AHX-DF。在“Sakigake”,中，采用了发动机直接驱动固定螺距螺旋桨，这是世界上第一个使用燃气发动机的案例。随着28 AHX-DF的高瞬态性能表现，证明了与柴油机有着几乎相同的工作性能。通过这些系统集成技术，将双燃料发动机与混合动力系统相结合，可以实现更高的瞬态性能，并降低环境成本。在柴油机发展史上，我们将在百年之际推出AHX系列，我们的柴油机将在未来继续发展。目前，继承AHX的技术和技术诀窍，寻求更高性能的下一代AHX系列的开发正在进行中。另一篇文章中宣布了这一发展的另一部分，Niigata的下一代发动机将在不久的将来推向市场。 关键词：AHX系列发动机、系统集成 译者简介： 王哲（1984），中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心，工程师； 研究方向：船用柴油机设计研发；E-mail：13589592805@163.com。 翻译：王哲 校对：胡军强 版权归CIMAC所有

MAN Energy Solutions (MAN ES)开发了两种吸引人的发动机型- 满足TierIII排放要求的23/30DF和28/32DF双燃料发动机。这两款机型在结实且经良好应用验证的机型基础上，简单而巧妙地设计，使其升级到具备双燃料(DF)能力。随着2020年硫限令的推行以及国际海事组织要求在2050年温室气体排放量减少50%，以液化天然气作为燃料，采用奥托循环是一种很有前途的方法。双燃料(DF)发动机使用最少量的液体微喷引燃油作为点火源。虽然对全工况优化控制的燃油系统实行只喷少量的引燃油是很困难的事，但控制引燃油量少量微喷是一个关键，以限制NOx 排放在IMO TierIII限值以下。到目前为止，这只能通过采用独立的微喷引燃油系统或新的高压共轨技术来实现。两种方法对机器的制造成本、燃油系统的成本以及使用维护成本都有相当大的影响。而且在改造项目中，很难应用这种新的技术。新型23/30DF和28/32DF双燃料发动机利用传统的主喷油器，在气体运行模式下以智能化模式实现少量微喷燃油。本文着重论述了在市场上是独一无二的喷油系统的设计开发。两款发动机型性能表现见试验台架数据。

非公路应用，如机车、矿用卡车、内河运输船、渡轮或拖船每年运作数千小时，需要可靠性强，成本经济的内燃机。如今，这些应用大多采用柴油发动机。但渐渐收紧的排放法规和有限的石油储量导致发动机更加复杂，成本更高。这就引出了一个问题:压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)是否可成为柴油的替代燃料?从可用性、基础设施、成本和排放来看，将来从柴油转向天然气是值得好好讨论的。动机很明确，但不足也很大:天然气设备的可用性(加油设备、储罐、发动机)、天然气运行使用经验(加油、运维）及明确的规章制度。本文将论述一种基于4000系列柴油和天然气的2MW的气体发动机设计开发。我们将解释为什么这款产品在船舶应用方面尤其有前途。文中将介绍天然气供应和注入系统等设计的改进提高，也会讨论安全问题以及在机器上的设计实现。台架试验结果将展示满足排放要求的典型船舶应用性能。 译者简介： 鄢岚（1979），中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心， 高级工程师； 研究方向：柴油机及气体机产品开发；E-mail：yanlan@csic711.com。 翻译：鄢岚 校对：胡军强

燃气发动机在分布式发电、油气压缩和船舶推进等领域的应用越来越广泛。机器性价比高，动力可靠、油耗低，且符合相关排放法规是这些应用共同的要求。为了最大限度地提高发动机效率，同时满足排放标准，燃料供给的预燃室燃烧系统显示出高效率。然而，这样的系统需要燃料供给装置、压缩装置和控制装置，而显得相当复杂。这种复杂性增加了成本和降低了可靠性。相比之下，被动式预燃室系统依靠活塞的动量和主燃烧室流动动态来提供富天然气混合，满足了可靠性和成本目标的要求，但对于大缸径发动机 (大于170mm)来说这种形式的预燃室能量不够。 本文描述了一种基于大缸径、高BMEP的天然气船用发动机采用的新颖方法，用于提高先进的被动式预燃室的燃烧性能和火花塞可靠性。详细讨论了关键系统属性，包括使用多个非对称被动式预燃室和缸内分层空气燃料的形成混合分布。此外，还讨论了采用高保真燃烧CFD进行测定进气口、活塞顶和被动式预燃室的适当几何形状。最后，讨论了在发动机效率、燃烧稳定性和排放权衡方面的预期结果。 译者简介： 鄢岚（1979），中国船舶重工集团公司第七一一研究所研发中心， 高级工程师； 翻译：鄢岚 校对：胡军强