摘要：柴油机的设备性能的两大主要指标为其动力输出值和能耗数值，简而言之，能量转化效率是该设备工作的第一参考指标。而要使柴油机的工作效率得到提高，就必须进行动力系统的优化和节能方向的改造。本文即通过对现有柴油机现状和问题的分析，从动力优化和节能改造两方面考虑，提出提高柴油机运行效率的合理化建议和方案，同时为柴油机的未来式效率提升提供理论基础。

关键词：船用柴油机;动力优化;节能改造;分析

1船用柴油机的动力性能

①柴油机动力特点。柴油机的本质特点单位时间能量输出高，能源转化率高从而属于经济适用型发动机，通常使用于功率需求大的大型机械设施的能源供应。作为内燃机的一种，柴油机的工作同样使用常见的四冲程，不同于汽油内燃机的特点是，其粘性较强挥发性较弱，同时具有低于汽油的自燃点，故而在可燃性气体形成及其点燃的过程上不同于汽油内燃机，即采用压燃而非汽油内燃机的点火式点燃。由于柴油机在压缩缸内气体过程中可以将气体压缩至500～700摄氏度，缸内压强可达40～50倍大气压，而当上止点与活塞相互靠拢后，喷油喷头将以较强的作用力在细微时间内向燃烧室喷出燃料，油缸内部油体发生爆炸从而带动活塞运动。状态下油缸中温度在1900～2000摄氏度左右，内部压强在60～100个大气压，故而相较于汽油内燃机，该过程将产生更加巨大输出功。

②一般柴油机的优势。柴油机本身就具有热效率较高、单位里程单位载重情况下价格低的，同时由于柴油机采用压燃，也就意味着其不需要点火系统的支持，这就使其供油系统被允许设计地更加简易，使其自身的安全性大于汽油内燃机，与此同时，由于自燃和爆燃问题不再成为性能的主要影响因素，故而其将允许拥有更高的压缩比。从而使其自身热效率以及经济价值均优于一般内燃机，在输出相同功率的前提下，柴油机将拥有较低的转速，在运载质量大的载重型车辆或较大型的机械设备。

③一般柴油机的弊病。由于柴油内燃机的工作强度大，对其自身结构的主要力学性能：硬度、韧性、强度都有较高的要求，故而使柴油机普遍占地面积较大，结构厚重。与此同时，由于其喷油结构的精度要求高于一般内燃机，其整体造价就相对偏高。由于采用柴油，在寒冷情况下发动困难也是其性能上的弊病。

2船用柴油机动力优化提高方法

2.1优化总体思路

首先是采取新动力能源的替代和融合，尤其是在当前油电混大范围普及的情况下，在电能的使用上进行大功率的配适柴油机使用的能源开发是势在必行的策略之一。油電混动的节能优越性在东路优化方面有着广泛的成功案例，而在与柴油机进行结合的时候，应抓住普通内燃机进行油电混动的经验教训，将配适与柴油机的部分进行合理采纳和搬运，对于柴油机不配适的部分坚决进行方案修改。其次是采用高效区高压比的增压设备，以载荷较高的地方为发展的基点，与此同时，对油缸内燃烧室的结构设计应更加注重载荷能力层面的优化升级。最后为柴油机机体设计地重新审视和升级，人们普遍希望通过外部环境和外挂设施的改进和优化进行动力属性的优化，殊不知在柴油机本身结构上仍存在不合理结构造成的油品损耗量增加以及零件的不合理磨损。因此应当更加充分地对一般柴油机的设计结构进行改进和革新。

2.2提高发动机缸体燃烧室密封性。

发动机缸体内部燃烧室的密封能力问题一直是限制其发展的一大弊病。在其活塞环装边缘、喷油部分、气门底座等部分，这些部分的密封出现问题造成的漏气会导致发动机点燃困难，轻则会导致压缩比变小从而使燃烧不充分，大大降低燃油利用率，与此同时还会使发动机整体输出功率大大削减。

2.3 油气混合充分

能源和空气混合的充分性问题是其燃烧充分性的核心保障，要做到较高程度混合，就要从两点进行改良：首先是保证喷油嘴的工作性能和喷油压力的充足，以完成对柴油的雾化喷射。其次是保证气缸内部气体发生较大幅度的持续运动，促使油气比较地完全混合。

2.4合适的空燃比

缸内燃烧的空气与燃油比例通常因为设计量固定而很少被问津，但空燃比的合理性考量，需要根据每一台柴油机的实际情况进行重新设计研究，不同的进气能力和喷油嘴规格都会使原本研究的到的最佳空燃比参数被变更。

2.5新能源的融入

当核能、生物质能等未来式低碳能源在船舶的燃机上得以应用，在保证其供给链条、安全性能的前提下，将再一次大幅度改变船舶动力的现阶段格局，成为最有机会升级甚至完全取代化石能源的能源形式。

3节能改造方式

①冷却液合理利用。在节能改造层面，冷却液作为一种可循环的热能传导部分，其自身捕捉到的残余热量仍然非常可观，如何将这些散失的热能进行二次甚至多次的利用实现更加贴近可持续发展的能源运用，就必须对冷却液的工作流程和设备进行优化。首先在温度允许范围内对发动机进行一定保温处理，在确定部件在高温环境的温度工作上线后，对其热能进行一定保留，促使压燃的更简易进行。其次，从冷却循环管道的设计上进行优化，尽最大可能避免冷却液温度在不必要的地方进行热量吸收和热量传导，对容易发生热传递而不需要热传递的地方进行隔热物质的添和处理，同时对于管线的设计长度、与发动机需散热部分的贴合度都需要进行优化性的思考。

②油缸余热利用技术。油缸存在的余热同样是值得利用的能源部分。对机体本身应当进行适应性改造，在结构设计上应贴合余热收集的方式和规律，使余热收集变得更加高效全面，这就对对油缸、管道的设计配合能力产生了较高要求，意在使油缸的外部形状更加符合配合前提下的工程学设计。同时，余热收集之后应当注重对余热的保存和使用，尽管部分余热收集仅能在改造过程中，仅能对余热进行部分的收集，且收集到的余热分散在冷却液中后温度上升有限，但对机体的余热回收技术进行优化后能够回收在23～27度的余热能源。这种技术改造能够加强对余热资源的回收使用。

4船用柴油机动力未来发展趋势

能源利用率高、整体能耗低廉的船舶动力研发和设计是未来发展方向。可以通过优化柴油机热力动力和节能改造，达到削减单船发动机数量降低的结果;降低用于考核工况的能源损耗;采用新式的双燃料、多能源混动发动机、发动机降磨损来提高船只的整体动力效率和减少燃料的消耗。

参考文献：

[1]曾庆祥. 采用联合废热回收提高船用主机动力系统性能的研究[D].哈尔滨工程大学，2017.

[2]李磊. 船用柴油机关键件多学科设计优化方法研究[D].东南大学，2015.