摘 要

船舶的核心部件为船舶柴油机，虽然柴油机于19世纪末的时候便已经问世，可是直到1903年才实现将此机械装备到船舶上，并于1909年装备于汽车上。两次世界大战的爆发使得船用柴油机高速发展，各国由于海洋领土及海洋资源的争夺争相加大对船用柴油机的研发投入。同时经济全球化的到来使得航运需求以几何方式增长。

论文主要研究了船舶柴油机发展史，包括历史沿革，技术更迭，同时根据国内外研究情况对未来船用柴油机发展走向，趋势做出合理预判。同时在此基础之上，以一些独特的视角解释为什么柴油机会在船舶这种交通工具上流行起来而不是汽车。研究结果表明：

1）柴油机虽然相较于汽油机而言有着诸如压缩比高，进气量大，产生相同功率的情况下耗油更低等优势，但是由于生产成本过高（一般来说生产柴油机的成本要比同等级汽油机高8%～15%），养护成本也过高使得柴油机更适合装配在船舶上。

2）船舶柴油机发展趋势可以概括为：在朝着更高功率目标不断迈进的过程中不断提高燃油利用效率，降低污染物排放，主要技术的革新来自于燃油喷射的改进和增压技术的应用。

3）随着电子技术和计算机技术的迅速发展，柴油机控制向机电一体化方向发展，从而迈出了柴油机发展史上第三次革命—电控发动机的步伐。由于电子技术的发展，柴油机运行信息的实时获取能力有了极大的提高，而微型计算机的出现，使得信息处理的能力有了质的飞跃。

4）国内柴油机发展由于起步较晚，所以与国外的差距较大，而从未来趋势看，短时间内无法超越发达国家，甚至无法追赶上他们，所以必须得要先引进国外技术，消化吸收以后，再在别人的基础上进行创新，进而走属于我们自己的路。

关键词：历史沿革；技术进步；船舶柴油机；未来趋势

Abstract

A diesel engine is an engine that burns diesel fuel for energy release.Although the diesel was already available at the end of the 19th century, it was not until 1903 that this machine was fitted to a ship and was fitted to a car in 1909. The outbreak of the two world wars has led to the rapid development of marine diesel engines, and countries have been increasing their Ramp;D investment in marine diesel engines due to competition for marine territories and marine resources. At the same time, the arrival of economic globalization has led to a geometric growth in shipping demand.

The paper mainly studies the development history of marine diesel engines, including historical evolution, technological changes, and makes a reasonable prediction on the development trend and trend of future marine diesel engines according to the research situation at home and abroad. At the same time, on the basis of this, some unique perspectives have been used to explain why diesel engines will become popular on ships, rather than cars.Research indicates:

1) Although the diesel engine has advantages such as high compression ratio, large intake air volume, and lower fuel consumption when the same power is produced compared to the gasoline engine, the production cost is too high (generally, the cost of producing the diesel engine is lower than that of the gasoline engine). The gasoline engine of the same grade is 8% to 15% higher. The maintenance cost is too high, making the diesel engine more suitable for assembly on ships.

2) The development trend of marine diesel engines can be summarized as follows: In the process of moving toward higher power goals, fuel efficiency is continuously improved, pollutant emissions are reduced, and major technological innovations come from the improvement of fuel injection and the application of supercharging technology.

3) With the rapid development of electronic technology and computer technology, the development of diesel engine control toward the electromechanical integration has led to the third revolution in the development history of diesel engines - the pace of electronically controlled engines. Due to the development of electronic technology, the real-time acquisition capability of diesel engine operation information has been greatly improved, and the emergence of microcomputers has enabled a qualitative leap in information processing capabilities.

4) The technology of domestic marine diesel engines has a large gap compared to foreign countries.China's marine diesel engines must adhere to the "introduction digestion absorption innovation" domestic technology innovation road, and accelerate the development of ship supporting power.

Key Words：Historical evolution;Technological progress;Marine diesel engines; Future trends

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国外研究现状 1

1.3 国内研究现状 3

1.4 本文主要研究内容和技术路线 4

1.4.1 研究内容 4

1.4.2 技术路线 4

第2章 早期柴油机发展状况 5

2.1 柴油机的诞生 5

2.2柴油机应用于船舶推进 6

2.2.1柴油汽车在世界范围运用广么？ 6

2.2.2 柴油机相较于汽油机而言的优缺点 6

2.2.3柴油机运用于船舶的实例 9

第3章 电力推进运用于船舶 11

3.1电力推进的优势与未来的挑战 11

3.2电力推进系统的运用 12

3.3 控制策略 13

第4章 混合推进 15

4.1混合动力推进的好处和挑战 15

4.2混合动力推进系统的应用 15

第5章 船用柴油机的发展趋势及未来展望 17

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

船舶的核心部件为船舶柴油机，是鲁道夫狄赛尔在1892年发明的，柴油机是通过燃烧化石燃料从而推动机械运动的设备，正是由于是他发明的，所以柴油机又被称为是狄赛尔发动机。迪塞尔于1893年发表了著名的论文“取代现有蒸汽发动机和内燃发动机的合理的热发动机理论和设计”，其中所提出了定压加热循环，并申请了专利。 虽然柴油机于19世纪末的时候便已经问世，可是直到1903年才实现将此机械装备到船舶上，1903年当年，俄国的Vandal邮轮和法国的“佩迪特·皮埃尔”号成为最早装上柴油机的船，她们几乎同时下水。现如今，船用柴油机已是民用船舶，中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。由此可见船用柴油机在现如今全球的交通运输，经济文化交流中扮演着十分重要的角色。而本文则是通过对船用柴油机发展状况的过去，现在的分析，作出未来发展趋势的合理预测。

1.2 国外研究现状

国外船用柴油机的发展起步早，增速快，特别是19世纪初期经历了高速发展。从发展历程可以看出，早期柴油机主要应用于内河船舶和近岸潜艇，在经历了最初的发展阶段以后，柴油机技术日渐成熟，单机功率和可靠性都有大幅提高，为柴油机航向大海和远洋创造了基础。1910年，意大利坎蒂里公司建造了一艘678吨的海轮，命名为“罗马格那” 号，双桨推进。该船采用了两台瑞士苏尔寿公司的4缸二冲程柴油机，缸径310毫米，行程460毫米，单台输出功率为280千瓦（370马力）。同年，盎格鲁·萨克森（Anglo-Saxo）石油公司（荷兰皇家壳牌的子公司）订造了一艘1216载重吨（排水量2047吨）的单螺旋桨油轮“瓦卡纳斯”号。该船采用了一台370马力6缸4冲程柴油机（缸径400毫米，行程600毫米）。这艘船也是有史以来第一艘入籍劳氏船籍社的柴油机动力船舶。她被用于在新不列颠岛和新加坡之间运输石油。在运营过程中，柴油机的节能效果得到充分体现，日均消耗燃油为2吨，而同类型的蒸汽机船每天需要耗煤11吨。船上轮机部门的工作人员也减少了一半，该船一直服役到1932年。

1912年，是人类航海史上重要的一年。这一年，第一艘真正意义上的大型远洋轮船“锡兰迪亚”号建成，该船由丹麦远东公司（East Asiatic Company）公司投资。“锡兰迪亚”号由丹麦哥本哈根的伯梅斯特和韦恩船厂（Burmeister amp; Wain，简称Bamp;W）建造。Bamp;W创立于1846年，由伯梅斯特和韦恩两人创立，早期主要从事蒸汽机和蒸汽机轮船的生产。1898年Bamp;W公司从狄塞尔那里获得了柴油机在丹麦的生产特许权，并于1903年制造出第一台柴油机。“锡兰迪亚”号为一艘客货轮，于1911年11月下水，1912年2月交付使用。长112.8米，宽16.8米，总吨位4964吨，载重量为6800吨。她采用了两台Bamp;W自产的DM8150X型柴油机（8缸4冲程、缸径530毫米、行程750毫米，单机功率1250马力），双桨推进，航速可达12节以上。1912年，瑞士苏尔寿公司为了展示柴油机的潜力，投资建造了一台缸径为1000毫米，冲程1100毫米的1S100型单缸巨型柴油机。这台柴油机在150转时可发出1470千瓦（2000马力）的功率，它创造的柴油机缸径记录直到1960年代才被打破。该机研制成功也对船用柴油机向大型化发展产生了深远的影响。苏尔寿公司在1S100型柴油机采用了二冲程横流扫气结构，这种设计也成为苏尔寿柴油机的标志型结构，并一直沿用了70年。

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，空气喷射压力必须远大于气缸压力。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，经济性受到了一定的影响。 伴随着工业革命带来的全球经济的发展，船用柴油机技术进步飞速，一方面是为了满足日益增长的全球跨区域交通运输的需求，另一方面则是由于两次世界大战的爆发使得各国争相投入船用动力的研究，以便在海洋领土的争夺上占据主导权。二战前，柴油机还很少装备大型军舰。但有一个特例，那就是德国。德国作为第一次世界大战中的战败国，其海军受到《凡尔赛和约》的严格限制，被禁止建造排水量超过一万吨，主炮口径超过280毫米的军舰。德国海军针对条约限制，开始积极探索柴油机在军舰上的应用，并于1928年在“莱比锡”级轻巡洋舰上试验柴油机动力。该级巡洋舰共建成两艘，分别是“莱比锡”号和“纽伦堡”号。舰长177米，宽16.3米，吃水5.65米，排水量8380吨（“纽伦堡”号有所增加，布局有所变化）。两舰采用蒸汽轮机和柴油机混合动力，动力布置非常独特，其中中间一轴采用4台曼公司2冲程7缸柴油机驱动，总功率为12400马力；外侧两轴仍采用蒸汽轮机驱动，总功率66000马力。这种动力配置并不成功，两种动力装置必须同时使用，军舰的续航力也并不高，为5700海里/19节。该级舰主要武器为9门150毫米炮和6门88毫米炮，4座3联533毫米鱼雷发射管，若干轻型高炮，还载有2架水上飞机。这只是其中的一个例子，不得不说由于战争的进行，各国对船用柴油机的投入迅速加大，这使得柴油机的发展进入到全盛时期，各种新型柴油机技术争相问世。

1.3 国内研究现状

而相比较国外，国内柴油机的发展则完全相反，起步晚，发展速度慢。1994 年以来我国船用柴油机发展严重滞后。据日本赤岩昭滋先生统计，在1982-2001 年20 年间中国船厂建造的2664 艘、1692.6 万总吨船舶，共装用柴油主机3691 台、853.6 万千瓦，其中国产主机1851 台、568.1万千瓦，进口主机1503 台、259.5 万千瓦，制造国不明的主机337 台、26.0万千瓦，按台数计，国产主机占50%，进口主机占41%，按功率计，国产主机占67%，进口主机占30%。 统计数据来源于或依赖于日本赤岩昭滋先生的统计，也从另一个侧面反映了一个严峻现实，过去20多年关心我国船舶配套业（尤其是船用柴油机）发展的本土专家和学者实在太少了。

而本次研究的目的重在通过船舶柴油机发展现状的分析对未来船用柴油机应用前景作出一个展望，通过几个方面对船用柴油机国内外发展状况进行总结，再结合国家政策，未来趋势进行展望。

我国船用柴油机发展关系到国家重大的政治与经济安全战略，2003 年以来，中央领导同志十分重视并充分肯定了船舶工业在国民经济发展中的积极作用，尤其是2004 年宏观调控的背景下对船舶工业更快、更大发展寄予殷切期望。在这种背景下，我们认为，我国船用柴油机工业已经具备跨越式发展的基础和各种有利条件，未来十五年中我国船用柴油机制造业将极有可能雄居世界第一。也许由于世界造船业持续景气，中国造船业称雄世界可能并不需要那么长的时间。由于我国船舶柴油机与国外水平存在很大差距，要大力发展我国造船工业，实现世界第一造船大国的目标，我国船舶柴油机必须坚持走“引进—消化—吸收—创新”的国产化技术创新之路，加快船舶配套动力的发展。