軍艦動(dòng)力之柴油機(jī)篇http://hi.baidu.com/littlerabbit87/item/dd60d0a7a2920b218819d379

   柴油機(jī)作為主動(dòng)力裝置在艦艇上得到廣泛應(yīng)用已有50多年歷史。為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力
,，世界的柴油機(jī)制造廠出現(xiàn)了兼并或聯(lián)合組成大行業(yè)集團(tuán),，所以目前只有少數(shù)幾家能
制造艦艇高速大功率柴油機(jī)。它們是德國(guó)的MTU公司,、法國(guó)的SEMTPielstick公司,、意
大利的GMT公司和英國(guó)的Paxman公司等。
其中德國(guó)的MTU公司的艦艇柴油機(jī),，由于系列完整,、功率覆蓋面廣、通用性強(qiáng),、壽命
長(zhǎng),、低負(fù)荷性能好和起動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)而占據(jù)世界艦用柴油主機(jī)的絕大部分市場(chǎng),，雄居
主導(dǎo)地位。
    這些年來(lái),，除了MTU公司新開發(fā)了595系列柴油機(jī)和GMT公司在B230.2DVM型柴油機(jī)上發(fā)
展了A250.16HVM型柴油機(jī)外,，新型高速大功率柴油機(jī)發(fā)展較平穩(wěn)，多數(shù)是在原來(lái)機(jī)型
的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善提高,，擴(kuò)大用途,。
就是說(shuō)，繼承并發(fā)展各自的技術(shù)特色,，進(jìn)行系列化設(shè)計(jì),，通過(guò)機(jī)型變型來(lái)擴(kuò)大用途，
如MTU396機(jī)廢氣渦輪增壓用于潛艇,，396系列機(jī)繼04型后又推出TE型,；595系列機(jī)有9
種變型機(jī)。PielstickPA4-200型機(jī)功率提高后由VG型發(fā)展成VGA型,，采用復(fù)合增壓用
于潛艇等,。有的發(fā)展成長(zhǎng)沖程以擴(kuò)大用途，如GMT公司的B230/BL230,、法國(guó)S.A.C.M公
司的UD45/UD50,、Pielstick公司的PA6B-STC等。
    艦用高速大功率柴油機(jī)由于其應(yīng)用范圍的特殊性和使用條件的限制,，使它們的技術(shù)難
度極大,。一方面要求具有較高轉(zhuǎn)速、大功率,、結(jié)構(gòu)緊湊,、堅(jiān)實(shí)耐沖擊、重量輕,、體積
小,、比功率大、工作可靠并同時(shí)保持相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性,，使用壽命和維修方便,；另一方面
在性能上必須機(jī)動(dòng)性好，起動(dòng)時(shí)不冒白煙,，運(yùn)行中不冒黑煙和低工況性能好,。
    隨著柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展，艦用柴油機(jī)在性能,、可靠性和裝艦技術(shù)方面已取得明顯的進(jìn)
展，單機(jī)功率比過(guò)去同型機(jī)功率提高30％以上,，意大利GMTA250.20HVM型機(jī)最大功率
7750kW,，德國(guó)MTU-24V1163-93型機(jī)最大功率8824kW,，法國(guó)SEMT-Pielstick20VPA6-
280BTS型機(jī)10％超負(fù)荷功率可達(dá)9705kW。目前高速大功率柴油機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)都達(dá)到了新水
平,，平均有效壓力最高達(dá)2.94MPa(29.4bar,，MTU 1163-03型機(jī)，壓縮比ε：9.7),，有
的達(dá)3.02MPa(高速中等功率的MTU595型機(jī)),；最大燃燒壓力18MPa(MTU1163-03型)，,，
中高速PielstickPA6-BTC型機(jī)為15MPa,；燃油消耗率為210e/(kW?h) (長(zhǎng)沖程的PielstickPA6B
-STC型機(jī)為197e/(kW?h))；比重量最低2.8kg/kW,；增壓壓力0.5MPa(兩級(jí)增壓),；最高
噴油壓力130MPa(高速中等功率的MTU595系列機(jī)為150MPa)。
    20世紀(jì)70年代以后,，國(guó)外新建艦艇向大型化,、導(dǎo)彈化方向發(fā)展，并普遍采用使用先進(jìn)
技術(shù),、單機(jī)功率較大的新一代柴油機(jī)作推進(jìn)動(dòng)力或柴油機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合動(dòng)力裝置中的
巡航機(jī),。多年來(lái)，對(duì)于排水量在500t以下的高速,、機(jī)動(dòng)性好的艦艇(如高速巡邏艇和
高速導(dǎo)彈艇),，柴油機(jī)一直是主要的動(dòng)力裝置；對(duì)3500t以上的大型艦艇,，全燃?xì)廨啓C(jī)
或柴(油機(jī))燃(氣輪機(jī))交替使用動(dòng)力裝置(CODOG)是主要的動(dòng)力裝置,；對(duì)500-3500t左
右的現(xiàn)代護(hù)衛(wèi)艦，不論噸位和類型如何,，柴油機(jī)作動(dòng)力裝置具有明顯的優(yōu)勢(shì),，且更具
競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)椴裼蜋C(jī)具有熱效率高,、在整個(gè)工作范圍內(nèi)油耗低,、功率和轉(zhuǎn)速范圍廣、
有較高的功率體積比和功率重量比,、空氣耗量低,、排溫低、熱輻射少,、有較高的機(jī)動(dòng)
性和良好的起動(dòng)性,，以及機(jī)種單一、裝置簡(jiǎn)單,、運(yùn)行和管理方便,、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)
在整機(jī)功率1470?8088kW的大功率柴油機(jī)主要用于4000t以下的軍用艦艇，如作柴油機(jī)
電力推進(jìn)潛艇主機(jī)(MTU-396/SB83和396SE84型機(jī),，GMTA210SM型機(jī)),、護(hù)衛(wèi)艦和驅(qū)逐艦
主機(jī)(導(dǎo)彈驅(qū)逐艦全柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的Pidstiek18VPA6-280BTC型機(jī)，護(hù)衛(wèi)艦全柴油機(jī)
推進(jìn)系統(tǒng)的MTU-20V 1163TB93和20V956TB92型機(jī),，以及Pielstiek16VPA6-280STC型機(jī)
和16VPA6-280BTC型機(jī),。
    目前，由于德國(guó)MTU和法國(guó)SEMTPielstick這兩家目前世界上主要艦用高速大功率柴油
機(jī)公司成功地研制出了單機(jī)功率大(雖然較燃?xì)廨啓C(jī)的小)的新一代高速大功率柴油機(jī)
,，一方面使全柴油機(jī)動(dòng)力裝置(CODAD柴油機(jī)和柴油機(jī)聯(lián)合動(dòng)力裝置)有可能滿足同等
艦用功率(30000kW)的要求,；另一方面這些柴油機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)組成的柴油機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)
聯(lián)合動(dòng)力裝置(CODAG)，足可滿足6000t級(jí)艦艇功率要求,，加之高速大功率柴油機(jī)相繼
增壓技術(shù)的成熟應(yīng)用,，解決了部分負(fù)荷下低速大扭矩問(wèn)題，傳動(dòng)和控制系統(tǒng)均可簡(jiǎn)化
,，更使CODAG動(dòng)力裝置有可能再次在護(hù)衛(wèi)艦等艦艇動(dòng)力系統(tǒng)中得到垂青,。
目前，艦艇用柴油機(jī)已達(dá)到一種采用自動(dòng)化電子控制系統(tǒng)的非常先進(jìn)的發(fā)展階段,。相
對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)而言,，除比重量大和功率較小外，其主要缺點(diǎn)是噪聲大,，特別是低頻噪聲
,，這影響到艦艇的隱蔽性。因此,，必須對(duì)柴油機(jī)采用完善的降噪減振措施,，現(xiàn)在常用
的措施是采用雙彈性減振機(jī)座和隔聲罩。
一.德國(guó)MTU956/1163系列柴油機(jī)
(一)研究背景和計(jì)劃
    956系列柴油機(jī)是德國(guó)目前生產(chǎn)的缸徑最大的短沖程,、高速大功率柴油機(jī),。該機(jī)原系
西德曼恩公司1961年為鐵路機(jī)車設(shè)計(jì)的四沖程、渦輪增壓,、中冷的VV23/23TL高速柴
油機(jī),。首臺(tái)12缸機(jī)1966年11月裝車運(yùn)行；16缸機(jī)1969年投產(chǎn),。MTU公司成立后,，改稱
956柴油機(jī)。它的發(fā)展計(jì)劃分為兩個(gè)階段：第一階段轉(zhuǎn)速1500r/min,，單缸最大功率183
.75kW(250hp),；第二階段轉(zhuǎn)速提高到1575r/min，相應(yīng)功率為220.5kW(300hp)和183.
75kW(250hp)。柴油機(jī)的大修期預(yù)計(jì)用于快艇為6000?9000h,。該公司為滿足提高功率
,、降低比重量和比容積、改進(jìn)可靠性,、簡(jiǎn)化維修、降低費(fèi)用等要求,，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)
,，并組建了專門的生產(chǎn)線。1974年研制了20缸樣機(jī),，單機(jī)最大功率達(dá)4410kW(6000hp
),。
    956系列柴油機(jī)自1968年正式投產(chǎn)以來(lái)，已廣泛用于鐵路牽引,、艦艇推進(jìn)和發(fā)電,。1163
系列柴油機(jī)是在MA956系列柴油機(jī)基礎(chǔ)上，為適應(yīng)國(guó)際上主要交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速1200r/
min,、頻率60Hz的規(guī)格,，同時(shí)又保持適于作船舶主機(jī)的目的而發(fā)展起來(lái)的長(zhǎng)沖程柴油
機(jī)，它沖程長(zhǎng)280mm,，轉(zhuǎn)速1100～1200r/min,，設(shè)計(jì)額定功率每缸220.5kW(300hp)。1976
年9月,，MTU公司展出了20缸樣機(jī),，以后又研制了V型12和16缸機(jī)。1163和956系列柴油
機(jī)是同宗的兩系列柴油機(jī),，兩者具有相同的使用壽命,、易維修性和經(jīng)濟(jì)性。除與延長(zhǎng)
沖程有關(guān)的零部件外,，如曲軸,、曲軸箱、連桿,、活塞上部,、氣缸套、推桿等不同外,，
其余90％以上的零部件均相同,。兩系列機(jī)型可以采用相同的設(shè)備制造，因而生產(chǎn)中具
有較好的靈活性和經(jīng)濟(jì)性,。1163系列柴油機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)保留了956系列柴油機(jī)的設(shè)計(jì)原
則,，如重量輕、體積較小等。它仍采用渦輪增壓,、中冷,、單體式噴油泵、直接噴射,、
空氣起動(dòng),，功率可由柴油機(jī)曲軸任一端輸出全扭距負(fù)荷等。
1163系列柴油機(jī)主要用于艦船推進(jìn)和陸用電站,，特別適于裝柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合
動(dòng)力裝置的艦艇,。
(二)系統(tǒng)組成及性能
956/1163系列柴油機(jī)具有如下基本數(shù)據(jù)
缸徑(mm)：230；沖程(mm)：230/280,；轉(zhuǎn)速(r/min)：1500/1200(1163-03型為1300)
,；氣缸數(shù)：12、16,、20,；單缸工作容積(L)：9.56/11.63；結(jié)構(gòu)型式：V型60,；功率范
圍(kW)：1800～4400,；5200(20～956/1163-02型)；7400(20V1163-03型),；活塞平均
速度(m/s)：11.5/11.2,；12.28(956/1163-02型)；壓縮比：12,；9.7(1163-03型),；平
均有效壓力(MPa)：2.06(1163-03型2.94)；比重量(20V)(kS/kW)：3.75/3.89(20缸1163
-03型為2.8),；油耗(S/(kW/h))：210.8～235,；燃燒方式：直接噴射燃燒。
956/1163系列柴油機(jī)由機(jī)體,、曲軸,、活塞、氣缸蓋,、氣閥機(jī)構(gòu),、噴油系統(tǒng)、傳動(dòng)齒輪
箱,、增壓器和輔助裝置等主要零部件構(gòu)成,。
機(jī)體：956系列和1163系列的各個(gè)不同缸數(shù)機(jī)型的機(jī)體由三種不同的鑄鋼件(后端，后
部,；中部,；前端，前部)通過(guò)V形焊縫焊接而成。曲軸擱置在主軸承上,。主軸承蓋用兩
只直螺栓和兩只橫螺栓固定,。
曲軸(組件)：曲軸由鉻鎳鋼鍛造而成。1163系列曲軸的軸柄銷圓角經(jīng)淬硬處理,。平衡
重用螺栓固定在曲軸上,。設(shè)計(jì)曲軸時(shí)考慮到也可從前端的簧片減震器后面輸出全扭矩
。曲軸主軸承和連軒大端軸承均采用薄壁鋼背,、鋁合金軸瓦,，并有二元合金表層(摩
擦表面)。每一排相對(duì)的兩只氣缸的連桿并列在一個(gè)曲柄銷上,，呈V形分開。連桿大端
系在水平方向,，并可經(jīng)缸套取出,。曲軸通過(guò)“四點(diǎn)深槽球軸承”進(jìn)行軸向定位，該軸
承還能承受法蘭連接裝置的軸向推力,。
活塞：鋼頂,、鋁裙的組合式活塞，活塞頂由噴嘴供給的連續(xù)的潤(rùn)滑油冷卻,?；钊斏?SPAN lang=EN-US>
有三道壓縮環(huán)，活塞頂與活塞裙之間有一道彈簧內(nèi)脹式括油環(huán),，因此,，調(diào)換活塞環(huán)可
以不用移動(dòng)活塞裙和連桿就能進(jìn)行。
氣缸蓋：氣缸蓋為灰鑄鐵鑄件,，上有兩個(gè)進(jìn)氣閥和兩個(gè)排氣閥,，它們的氣道都經(jīng)過(guò)最
優(yōu)化布置。氣缸蓋與氣缸套之間有一鋼質(zhì)密封環(huán),。
氣閥機(jī)構(gòu)：每一列氣缸的氣閥由一根布置在機(jī)身外側(cè)的高置凸輪軸控制,。凸輪軸上的
單體式凸輪通過(guò)滾輪推桿、挺桿和搖臂來(lái)開,、閉進(jìn),、排氣閥。
噴油系統(tǒng)：噴油系統(tǒng)為單體噴油泵,，布置在氣缸蓋之間,，由短的高壓油管連接到各氣
缸蓋。因?yàn)橛凸芏?，所以可以省去燃油噴射定時(shí)器,。用液壓調(diào)速器控制噴油泵的油量
。它是通 過(guò)齒輪箱里的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)與凸輪軸一般高的調(diào)節(jié)軸。然后經(jīng)過(guò)該桿和控
制套筒來(lái)操縱噴油 泵的柱塞,。凸輪軸通過(guò)搖臂和滾輪挺桿使噴油泵工作,。
傳動(dòng)齒輪箱：鑄鐵制造的傳動(dòng)齒輪箱位于前端，用螺栓固定在機(jī)身上,。正齒輪呈螺旋
狀,，依靠錐面安裝在軸上。齒輪系具有只需替換二只惰齒輪就可倒轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),。所
有通過(guò)輪系帶動(dòng)的附件,，如各種泵和調(diào)速器，都裝在齒輪箱上,。
增壓器：956/1163系列柴油機(jī)的所有機(jī)型都采用脈沖增壓,，16或20缸發(fā)動(dòng)機(jī)采用2臺(tái)
MildAGL340型增壓器，而12缸機(jī)型只用1臺(tái)MTUAGL340增壓器,。排氣管的熱膨脹通過(guò)波
紋管補(bǔ)償,。
輔助裝置：為使整個(gè)傳動(dòng)或推進(jìn)系統(tǒng)具有緊湊的優(yōu)點(diǎn)，MTU均采用自己發(fā)展的齒輪箱
,、 液力耦合器和彈性聯(lián)軸節(jié),。
用作艦船主機(jī)的956/1163系列柴油機(jī)均采用隔聲罩和彈性安裝。
956/1163系列柴油機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展是研制兩級(jí)渦輪增壓的1163-03型柴油機(jī),。此機(jī)采
用 了一系列新技術(shù),，主要是停缸斷油和氣缸充量轉(zhuǎn)移技術(shù)和相繼渦輪增壓技術(shù)。由
于采用這些 新技術(shù),，使20缸的單機(jī)功率從956/1163-02型的5200kW提高到7400kW,，即
提高了約40％。它不但保留了原機(jī)型結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn),，還進(jìn)一步降低了重量功率比,，
它不但在低轉(zhuǎn)速下能長(zhǎng)期運(yùn)行，輸出很高扭矩,，并能降低油耗,。
1.停缸斷油和氣缸充量轉(zhuǎn)移技術(shù)
所謂“停缸”技術(shù)即停止對(duì)幾個(gè)氣缸噴油,，使其余氣缸獲得較多且霧化更好的燃油以
便 正常,、完全燃燒,。這樣可以在降低壓縮比后防止冒白煙和滑油被未燃燒的燃油稀
釋,，還解決了空載運(yùn)行問(wèn)題,。用整體式或組合(單體)式噴油泵的柴油機(jī)均能施行氣缸
停油,，只是前者采用分路控制齒條,，后者,，則在控制聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中裝了一個(gè)液動(dòng)(或氣
動(dòng))脫開活塞,。
但“停缸”技術(shù)還不能使壓縮比降到12以下的柴油機(jī)有效起動(dòng)并保持正常運(yùn)行,，因?yàn)?SPAN lang=EN-US>
即使預(yù)熱柴油機(jī)也不能保證燃油有效燃燒,，因此必須采用與“停缸”技術(shù)并用的“氣
缸充量轉(zhuǎn)移”技術(shù)才能使柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和空載運(yùn)行。充量轉(zhuǎn)移過(guò)程的開始和結(jié)束均
由一個(gè)位于供氣氣缸(即“停缸”氣缸)上的氣動(dòng)或液動(dòng)操縱閥控制,，該閥在整個(gè)充量
轉(zhuǎn)移過(guò)程中保持一直開啟,。受氣氣缸(即著火工作的氣缸)上有一止回閥，它靠輸氣管
道與受氣氣缸間的氣壓壓差自動(dòng)操作,。
對(duì)20缸機(jī),，在起動(dòng)和低速時(shí)僅有5個(gè)氣缸噴油燃燒，其余15個(gè)氣缸斷油泵氣,，向上述
5個(gè)氣缸轉(zhuǎn)移充量,，即輸送額外的進(jìn)氣。在轉(zhuǎn)速140r/min時(shí),，5個(gè)氣缸中的壓縮終點(diǎn)壓
力可達(dá)3.7MPa,，壓縮終點(diǎn)溫度可達(dá)765K，相當(dāng)于壓縮比提高到16,。采有停缸斷油和充
量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)后,，當(dāng)機(jī)艙溫度高于20℃時(shí)就不需預(yù)熱進(jìn)氣，但考慮到船舶在嚴(yán)寒地區(qū)航
行或長(zhǎng)時(shí)間低速航行,，因此在后空氣冷卻器的出口處安裝了進(jìn)氣預(yù)熱器，以高溫的氣
缸冷卻水預(yù)熱增壓空氣,。冷卻水預(yù)熱到400℃時(shí)起動(dòng),，4s達(dá)到空載轉(zhuǎn)速，40s后即達(dá)到
無(wú)白煙運(yùn)行(HC排放量為500ppm),。1163-03柴油機(jī)的低壓和高壓級(jí)渦輪增壓器與滑油
泵,、滑油冷卻器、濾清器,、淡水泵和海水泵一樣均裝在柴油機(jī)上,。
2.相繼渦輪增壓技術(shù)
相繼渦輪增壓技術(shù)就是根據(jù)負(fù)荷要求和轉(zhuǎn)速高低來(lái)控制參加工作的增壓器數(shù)目，即在
較高轉(zhuǎn)速和負(fù)荷時(shí),，全部增壓器參加工作,；在較低轉(zhuǎn)速和負(fù)荷時(shí)關(guān)閉部分增壓器，把
全部排氣引導(dǎo)到1臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)增壓器的渦輪,。
采用相繼渦輪增壓技術(shù),，可以使采用定增壓系統(tǒng)增壓器的柴油機(jī)既不影響其全負(fù)荷性
能，又能在部分負(fù)荷時(shí)克服定壓增壓的缺點(diǎn),，使柴油機(jī)能在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)都能保持
高的過(guò)量空氣系數(shù),，有助于提高燃油經(jīng)濟(jì)性，獲得良好的加速性,，滿足有關(guān)廢氣排放
的法規(guī)和降低零,、部件的熱負(fù)荷,。
1163-03型柴油機(jī)采用了單級(jí)和兩級(jí)增壓系統(tǒng)都適用的兩級(jí)定壓增壓系統(tǒng)。
它由有5臺(tái)增壓器串聯(lián)成高壓級(jí)和低壓級(jí)的渦輪增壓器組組成,。這些渦輪增壓器的渦
輪 蝸殼都用冷卻水冷卻,，壓氣機(jī)蝸殼不冷卻，排氣管外裝有水套,。由于排氣溫度不
能過(guò)于降低 而損失排氣熱能,，因此，排氣管和水套之間用空氣隔離,。高壓級(jí)和低壓
級(jí)的渦輪都靠近柴油機(jī)排氣出口處,。
對(duì)20V1163-03型柴油機(jī)，由于采用相繼增壓技術(shù),，因此,，當(dāng)負(fù)荷在4％以下時(shí)，只有
1臺(tái)渦輪增壓器組投入工作,；4～23％負(fù)荷時(shí),，2臺(tái)投入工作；23～52％負(fù)荷時(shí),，3臺(tái)投
入工作,；52～64％負(fù)荷時(shí)，4臺(tái)投入工作,；64～100％負(fù)荷時(shí),，所有5臺(tái)增壓器全部投
入運(yùn)行。因此增壓器效率很高,，也改善了燃燒狀況,，提高了低轉(zhuǎn)速時(shí)的扭矩，使得柴
油機(jī)的特性曲線比較豐滿,，同時(shí)降低了油耗和排溫,。
采用相繼增壓技術(shù)的1163-03型柴油機(jī)，在柴油機(jī)與高壓級(jí)渦輪之間的排氣管中(渦輪
前)有一排氣蝶閥,，由它根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速或增壓空氣的壓力開啟或關(guān)閉,。當(dāng)此蝶閥關(guān)
閉時(shí)，排氣管關(guān)閉,，使該側(cè)的渦輪停轉(zhuǎn),，與其相連的壓氣機(jī)也隨之停止工作，同時(shí),，
該側(cè)的排氣通過(guò)連接管引導(dǎo)到另一側(cè)排氣管,，與那側(cè)排氣管中原有的排氣一起推動(dòng)另
一渦輪。為防止壓縮空氣通過(guò)不工作壓氣機(jī)倒流和增壓器加速時(shí)壓氣機(jī)喘振,，在低壓
級(jí)壓氣機(jī)前的進(jìn)氣管中還裝有一只相應(yīng)的止回蝶閥,，用于關(guān)閉該側(cè)進(jìn)氣管,。總之,，這
些蝶閥的開啟和關(guān)閉是為了使所屬的渦輪增壓器組投入或停止工作,。
(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)
956/1163系列柴油機(jī)，為了使結(jié)構(gòu)緊湊,，采用60°V形以滿足不同氣缸數(shù)的曲軸組件
布置,。為了總裝簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了盡可能多的附件組裝化,，如滑油泵,、海水泵、淡水泵,、
滑油和燃油濾清器,、調(diào)速器、起動(dòng)空氣分配器和冷卻水調(diào)速器均裝在自由端的傳動(dòng)齒
輪箱體上,。而且,，柴油機(jī)、齒輪箱和液力耦合器可借助法蘭直接安裝,。
其他的設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括采用常規(guī)的滑動(dòng)軸承曲軸,、并列連桿、鋼頂組合式活塞,、單個(gè)的
4氣閥氣缸蓋,、氣閥由凸輪軸通過(guò)推桿和搖臂控制、凸輪軸裝在機(jī)身的外側(cè),、單體噴
油泵(由凸輪軸控制)、排氣管布置在v形夾角內(nèi),，以及進(jìn)氣總管布置在柴油機(jī)兩側(cè)等
,。
956/1163系列柴油機(jī)在艦艇上安裝時(shí)均采用雙彈性安裝。柴油機(jī)左,、右側(cè)機(jī)體上各裝
有4只柴油機(jī)彈性支承,，它們的立式支架用螺栓剛性地固定在底座上。柴油機(jī),、立式
支架及底座再安放在20個(gè)底座彈性支承上,。這20個(gè)底座彈性支承均布于底座兩側(cè)并固
定在船體的基座上。
柴油機(jī)彈性支承的支架裝在柴油機(jī)機(jī)體縱向一側(cè),，其底板用螺釘固定在柴油機(jī)底座上
,，中間加有彈性支承，柴油機(jī)通過(guò)彈性支承支架,、彈性支承和底板支承在柴油機(jī)底座
上,。沖擊和振動(dòng)由橡膠金屬元件支座吸收,，不傳到柴油機(jī)底座上。柴油機(jī)彈性支承中
裝有一個(gè)包有橡膠的定程螺釘作為緩沖器來(lái)保持橡膠金屬元件不受更多的振動(dòng)沖擊,。

底座彈性支承是一種橡膠支承,，用螺釘固定在船體的基座上。機(jī)組通過(guò)橡膠底座支承
彈性安裝在船體基座上,，這樣,，橡膠底座支承就承受了柴油機(jī)起動(dòng)和停車時(shí)傳到船體
上的振動(dòng)。
雙彈性支承結(jié)構(gòu)既能有效地減少振動(dòng)噪聲,，又能在其基座上安裝隔聲罩,。
除此之外，956/1163系列柴油機(jī)在艦上安裝時(shí)還采用了隔聲罩,，隔聲罩為組裝式,。一
般的維修工作(包括吊缸)可在隔聲罩內(nèi)直接進(jìn)行，大修時(shí)將其逐漸卸下,。隔聲罩板吸
音材料厚60m,，可吸收噪聲30dB(A)，使機(jī)艙噪聲大大降低,。罩板還有散熱作用,，并保
持很小的低壓，以滿足有關(guān)部門的要求,。隔音罩前端裝有儀表板,，可以監(jiān)控柴油機(jī)的
壓力、溫度和轉(zhuǎn)速等,。
除上述防噪減振特點(diǎn)外,，956/1163系列柴油機(jī)與齒輪箱之間還采用了一個(gè)HK80型液力
耦合器，以此傳遞功率并使柴油機(jī)起動(dòng)平穩(wěn),。這不但避免了扭振,，同時(shí)也降低了齒輪
箱的噪聲。
956/1163柴油機(jī)目前已廣泛應(yīng)用在各國(guó)的水面艦艇,。由于它具有上述的非常良好的性
能,，因此，是目前最好的艦用主機(jī)之一,。
二.德國(guó)MTU396系列柴油機(jī)
(一)研制背景與計(jì)劃
MTIB96系列柴油機(jī)在331系列柴油機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展,，研制此系列柴油機(jī)的目的是為了能
直接驅(qū)動(dòng)頻率為50Hz和60Hz的三相交流發(fā)電機(jī)。
(二)系統(tǒng)組成及性能
MTU396系列柴油機(jī)從331系列柴油機(jī)主要改動(dòng)之處是將活塞行程由155 mm增加至185mm
,。它系四沖程,、直接噴射、脈沖渦輪增壓,、中冷高速柴油機(jī),，氣缸呈V形90°夾角,。
由于保留了原系列柴油機(jī)的基本特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，缸徑又保持不變,，因此96％的零,、部件
與原系列相同，而且?guī)缀蹩梢圆捎孟嗤纳a(chǎn)設(shè)備,，以至用同一生產(chǎn)線制造,。396系
列柴油機(jī)雖然單缸掃氣容積增至3.96L，但外形尺寸增加很少,，而且兩系列安裝尺寸
相同,，因而兩系列整機(jī)勿須改動(dòng)即可以換用。
396系列柴油機(jī)有6,、8,、12、16缸機(jī),，具有比功率高,，體積、重量小(如整個(gè)氣缸頭重
量?jī)H27kg),、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn),。設(shè)計(jì)中注意了簡(jiǎn)化附件，各種部件便于大量采用標(biāo)準(zhǔn)
化工具 組裝,，并考慮到不同用途,，可采用SAE“0”或“廠級(jí)標(biāo)準(zhǔn)法蘭和其他附件，
適用于小型艦 船主輔機(jī)和聯(lián)合動(dòng)力裝置的巡航機(jī),。
396系列柴油機(jī)油耗較低,，活塞平均速度也較低，因此有較長(zhǎng)的使用壽命,。
396系列柴油機(jī)采用氣缸體和曲軸箱為一體的機(jī)體,，由鑄鐵制造。自身有較大的剛性
,，并對(duì)扭轉(zhuǎn)、彎曲應(yīng)力不敏感,。采用V形90°的布置,，可以消除慣性力和第一階不平
衡力矩，運(yùn)行較平穩(wěn),。定時(shí)齒輪系布置在柴油機(jī)自由端整體鍛造的殼體上,。鋁合金鑄
造的油底殼構(gòu)成柴油機(jī)下部，作為柴油機(jī)支撐部件,，并有較大的剛度,。
為了結(jié)構(gòu)緊湊,，將推力軸承設(shè)計(jì)在機(jī)體上，滾珠座圈的止推軸承可承受平均3000kg的
軸向力和12000kg的沖擊負(fù)荷,。因此,，柴油機(jī)可用在有軸向推力的場(chǎng)合而不須安裝外
部推力軸承。
396系列柴油機(jī)由于熱負(fù)荷較高,，為滿足運(yùn)行壽命要求,，不再延用整體的鋁合金活塞
，而改用鋼頂,、鍛鋁裙部,、螺栓連接的組合式活塞。頂部有3個(gè)壓縮環(huán),，裙部有1個(gè)刮
油環(huán),。 滑油經(jīng)過(guò)固定噴嘴從活塞一側(cè)噴入組合式活塞的冷卻腔，滑油從中央流出,，
并潤(rùn)滑活塞銷,。由于活塞頂冷卻良好，因此降低了活塞環(huán),、活塞的磨損,。
并置式連桿采用模鍛和全部機(jī)加工，大端采用斜切,、齒輪定位,、螺栓連接。它們可以
同活塞一塊從氣缸中抽出來(lái),。
整體鍛造的曲軸全部機(jī)加工,。為減輕重量，曲柄銷是中空的,。所有軸頸表面均經(jīng)高頻
淬火和拋光處理,，平衡重用螺栓固定。
主軸承和連桿軸承是一般的薄壁多層金屬軸瓦,，帶有跑合鍍層,。主軸承由同一滑油通
道經(jīng)鉆油孔，供油潤(rùn)滑,，而后潤(rùn)滑連桿軸承,。活塞銷軸承是壓入連桿小端的,。
單體式氣缸頭由鉻合金鑄鐵制造,，各自用8個(gè)螺栓固定在機(jī)體上，拆裝容易。由缸套
出來(lái)的冷卻水,，經(jīng)8個(gè)O型環(huán)密封的孔道進(jìn)入氣缸頭,，冷卻氣缸頭。噴油嘴放置在氣缸
頭中心,，氣缸頭與缸套之間的密封仍采用平鋁環(huán),。為防止滑油被燃油稀釋，兩腔分開
,。兩對(duì)進(jìn),、排氣閥放置在噴油嘴周圍的同心圓上，成對(duì)地被叉型搖臂驅(qū)動(dòng),。為保證使
用壽命,，閥座處壓入有閥座圈，閥桿鍍鉻且排氣閥內(nèi)充入鈉,，加強(qiáng)導(dǎo)熱性能,。閥由兩
根安置在V形機(jī)架高處的剛性凸輪軸，經(jīng)滾柱挺桿和短的推桿驅(qū)動(dòng),。
濕式氣缸套由鉻鉬合金鑄鐵制造,，具有較高的耐磨性能，缸套壁較厚以防止穴蝕,。
為降低柴油機(jī)的高度,，采用兩個(gè)脈沖式渦輪增壓器，后者由單級(jí)徑流渦輪和壓氣機(jī)組
成,，縱向布置在柴油機(jī)功率輸出端的各排氣缸體上部,。渦輪殼體和排氣歧管水冷。板
式增壓空氣中間冷卻器由冷卻滑油熱交換器出來(lái)的水冷卻,。
整體式布洛克型噴油泵用法蘭與調(diào)速器一起安放在柴油機(jī)V形夾角內(nèi),。從上面易接近
，能夠在不拆除其他部件的情況下拆下來(lái),。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)由機(jī)械,、液壓和氣動(dòng)三
種控制方式實(shí)現(xiàn)。
柴油機(jī)可以在0℃以上用電力齒條軸起動(dòng)機(jī)構(gòu)起動(dòng),；低于0℃時(shí),，則需借助擰入進(jìn)氣歧
管的火焰加熱塞。柴油機(jī)也可選用空氣起動(dòng),。
為了減振,，柴油機(jī)采用橡膠三點(diǎn)彈性支撐，柴油機(jī)可在縱傾100和橫搖±22.50情況下
正常工作,。
396-03型柴油機(jī)有如下技術(shù)參數(shù)：
缸徑(mm)：165,；行程(mm)：185；氣缸數(shù)：6,，8,，12，16,；單缸排量(L)：3.96,；轉(zhuǎn)
速(r/min)(最大功率時(shí))：2100；單缸功率(kW)：120,；活塞平均速度(m/s)：13,；平
均有效壓力(MPa)：1.73；比重量(kg/kW)：2.86,、2.68,、2.48、3.5,；油耗率(g/(kW
/h))：210/231,；噴油泵：整體式，布置在V形夾角內(nèi),；連桿：并列連桿,；活塞：組合
式(鋼頂、鋁裙),，滑油冷卻,；曲軸箱：灰鑄鐵或球墨鑄鐵；曲軸軸承：滑動(dòng)軸承,；增
壓方式：?jiǎn)渭?jí)渦輪增壓,，中冷。
MTU396系列柴油機(jī)還有潛艇專用型,，此型稱MTU396SB,，是德國(guó)用于潛艇(P6071級(jí))的
第一代廢氣渦輪增壓柴油機(jī)。在當(dāng)前幾型潛艇柴油機(jī)中,，它是目前性能較好的一種,。
由于技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)(尤其是油耗)，目前已被一些國(guó)家的海軍選用為新型潛艇的動(dòng)力裝
置,。雖然初始價(jià)格較高,，但較長(zhǎng)的大修間隔(18000h)和較低的燃油耗可補(bǔ)償這一缺點(diǎn)
。
MTU396SB潛艇柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
①新型的廢氣渦輪增壓器
該機(jī)采用了MTU公司自行研制的整體鑄造,、單級(jí)徑流式ZR170廢氣渦輪增壓器,，它除了
解決了潛艇在通氣管工況時(shí)高排氣背壓和高進(jìn)氣真空度對(duì)柴油機(jī)工作的影響外，還解
決了高溫排氣對(duì)渦輪軸承工作可靠性的影響,。
②防振降噪措施
a.彈性支撐的中間機(jī)體,。為降低柴油機(jī)的噪聲，該柴油機(jī)機(jī)體在通用的基礎(chǔ)上作了修
改，即在曲柄箱和深式油底殼之間安裝了彈性支撐的中間機(jī)體,，使柴油機(jī)低頻結(jié)構(gòu)噪
聲明顯下降,，315～6001h范圍內(nèi)降低了5～10dB(A)。但600～800Hz范圍內(nèi)的高頻結(jié)構(gòu)
噪聲有所提高,，大約提高了5～10dB(A),，現(xiàn)正在研究解決中。
b.排氣消聲冷卻器,。安裝了直徑為800mm的排氣消聲器后,，距機(jī)組1m處的消聲值降低
了20dB(A)；排氣溫度從550℃降至450t,，降低了100℃,。
c.進(jìn)氣消聲器。它對(duì)降低高頻進(jìn)氣噪聲具有良好效果,。
d.雙彈性(雙層隔振)安裝機(jī)架裝置,。采用此裝置安裝柴油發(fā)電機(jī)組可大大降低發(fā)電機(jī)
組傳至艇體的結(jié)構(gòu)噪聲和水中爆炸的沖擊波對(duì)機(jī)組的影響。
③雙夾層結(jié)構(gòu)型式的排氣管和增壓器渦輪
采用雙夾層結(jié)構(gòu)的排氣管和增壓器渦輪,，可使廢氣不與冷卻水夾層直接接觸,，這樣，
既可減少?gòu)U氣的熱損失,，又可減少排氣管向機(jī)艙的散熱量,。
④深式油底殼
采用專門設(shè)計(jì)的深油底殼可適應(yīng)潛艇的極度傾斜。
(三)技術(shù)特點(diǎn)分析及述評(píng)
396-03型柴油機(jī)是頗具特點(diǎn)的柴油機(jī),，MTU公司首先在16V 396-03型柴油機(jī)上使用了
“停缸”,、“氣缸充量轉(zhuǎn)移”和“相繼增壓”技術(shù)，因此,，功率和低負(fù)荷性能均有明
顯改進(jìn),。
MTU396系列柴油機(jī)的396-04型柴油機(jī)是MTU公司的相繼增壓等先進(jìn)技術(shù)在水翼艇、高
速客船等396-03系列柴油機(jī)上使用已得到了充分肯定后繼續(xù)發(fā)展的一型柴油機(jī),。發(fā)展
此機(jī)的目的是由于低負(fù)荷時(shí)增壓空氣溫度偏低,，不利于氣缸內(nèi)燃燒，特別是在柴油機(jī)
強(qiáng)載度提高后,，這方面的問(wèn)題顯得更為突出,。MTU公司將396-03型發(fā)展為04型始于1990
年。改進(jìn)措施之一是采用了MTU公司最新研制出的“分流循環(huán)冷卻”技術(shù),，通過(guò)改進(jìn)
柴油機(jī)冷卻系統(tǒng),，把中冷器由原來(lái)的海水冷卻(代號(hào)為“B”)改為現(xiàn)在的淡水冷卻(代
號(hào)為“E”)，高負(fù)荷時(shí)淡水冷卻增壓空氣,，低負(fù)荷時(shí)淡水在中間冷卻器中加熱增壓空
氣,，使柴油機(jī)在低負(fù)荷時(shí)的性能更趨完善,。
1.分流循環(huán)冷卻(或稱雙循環(huán)冷卻)技術(shù)
MTU柴油機(jī)現(xiàn)有三種增壓空氣冷卻方式：
①TB型：中間冷卻器用海水冷卻的增壓空氣“外部”冷卻方式；
②TC型：中間冷卻器處于柴油機(jī)冷卻循環(huán)回路中,，且用淡水冷卻的增壓空氣“內(nèi)部”
冷卻方式,；
③TE型：中間冷卻器處于柴油機(jī)分流循環(huán)冷卻回路中的增壓空氣“內(nèi)部”冷卻方式。

“TE”型分流循環(huán)冷卻系統(tǒng)結(jié)合了“TB”和“TC”型兩種方式的優(yōu)點(diǎn),，高負(fù)荷時(shí)增壓
空氣冷卻方式如同“TB”型，部分負(fù)荷或空轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)氣加熱方式又如同“TC”型,。
“TE”型柴油機(jī)的中間冷卻器連接在柴油機(jī)冷卻水回路中,，但卻不同于一般的內(nèi)冷式
循環(huán)中間冷卻器，冷卻水從柴油機(jī)中流出(約85℃)后約三分之二的水流不經(jīng)任何冷卻
直接回到冷卻水泵的進(jìn)水口,，僅三分之一的水流有可能經(jīng)熱交換器散熱,，再流經(jīng)中間
冷卻器和滑油冷卻器回到水泵進(jìn)水口，因此,，前者的冷卻水回路稱柴油機(jī)(曲軸箱,、
氣缸蓋、渦輪增壓器,、軸承座殼)高溫循環(huán)回路,，后者稱低溫循環(huán)回路。
在低溫循環(huán)回路中,，冷卻水熱交換器前有一調(diào)溫器,，它根據(jù)不同的工況直接控制來(lái)自
柴油機(jī)的冷卻水是否經(jīng)過(guò)冷卻水熱交換器冷卻及需經(jīng)過(guò)冷卻的水流量。
空載和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),，柴油機(jī)的熱狀況較低,，其冷卻水溫度僅為75℃。為使進(jìn)氣溫度
較高以促進(jìn)燃燒,，防止柴油機(jī)冒白煙,，調(diào)溫器使低溫循環(huán)回路中的全部冷卻水(約三
分之一柴油機(jī)冷卻水)繞過(guò)冷卻水熱交換器不經(jīng)散熱進(jìn)入低溫循環(huán)回路中的中間冷卻
器，使增壓空氣加熱至70～80℃,，這樣,，即使在環(huán)境溫度低的情況下也能達(dá)到完全燃
燒。
隨著柴油機(jī)負(fù)荷的提高,，熱狀況也隨著提高,，對(duì)進(jìn)氣加熱的要求也逐漸降低。當(dāng)負(fù)荷
達(dá)到一定程度后,，則反而要求對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行冷卻,。此時(shí)調(diào)溫器根據(jù)負(fù)荷上升情況逐步關(guān)
小旁通到中冷器的通道，逐漸打開液流到冷卻水熱交換器的通道,，讓相應(yīng)增加的冷卻
水流經(jīng)冷卻水熱交換器參與冷卻,，因此進(jìn)入中冷器的冷卻水溫已從85～12降到約50℃
,，氣缸前。的增壓空氣溫度逐漸降低,，進(jìn)氣量得以增加(全負(fù)荷時(shí)柴油機(jī)進(jìn)氣溫度80
℃,，而出水溫度則為85℃)。在中等功率范圍及全負(fù)荷工況下,，提高了柴油機(jī)輸出功
率,，同時(shí)也限制了柴油機(jī)受熱零部件最大熱負(fù)荷的提高。在起動(dòng)怠速工況下,，它使進(jìn)
氣溫度提高,，從而改善了起動(dòng)性能及燃燒狀況，避免了進(jìn)氣冷卻過(guò)度所帶來(lái)的問(wèn)題,。