船用二冲程低速机技术进展与船用发动机油评定（可编辑）

船用二冲程低速机技术进展与船用发动机油评定（可编辑） 船用二冲程低速机技术进展与船用发动机油评定 润 滑 油 第 卷第 期年月. . .. 文章编号: ? ? 船用二冲程低速机技术进展与船用发动机油评定 黄胜军,赵玺,翟月奎 巾困石油大连润滑油研究开发巾心,辽宁 大连 摘要:介绍了国内外船用低速二冲程发动机的现状、发展趋势, 和公司船机的最新技术以及美孚、道达尔、 壳牌石油等国外油公司评定船用发动机油的试验台架。强调船用发动机油的开发要与船用发动机技术的发展紧密结合,通过 与船用发动机制造商 的合作取得相关油品认证对于油品公司具有重要意义。 关键词:低速机;二冲程;发动机;船用油;评定;台架 中图分类号:. 文献标识 码:?? ? , , ?, , : ? ? , ,, . .?.: ; ? ; ; ; ;品。船用润滑油的研发要与发动机的技术进步紧密引言 船用二冲程十字头低速机具有单机功率大、发 结合,加强与船用发动机制造商 的合作显得 动机效率高及可燃烧劣质渣油等优点,拥有直接、可 尤为重要。 靠的动力输出,运行和维护成本低,不论是现在还是 船用低速机的现状及发展 将来,都是远洋货运船的最佳动力输出机组。 全球船用低速机产品市场主要被公 近年来,船用发动机技术进入快速发展期,船舶 司、 公司以及日本三菱重工所垄断。 发动机技术在向大缸径、长冲程、大功率、低能耗和 和公司的缸径~ ,功率 ~ 的低速柴油机产品分别占世界份 低排放等方向发展。由于气缸行程缸径比增大,注 油量降低,润滑油在高温区的停留时间延长,要求润 额的 %和 %,日本三菱重工的份额近 %,主 滑油具有更好的热氧化安定性和更高的酸中和能 要装备在本国船舶上?。 力、扩散速度及优异的抗磨性能;随着现代炼油工艺 目前,船用低速机的发展趋势是: 单机、单缸功率越来越大。公司 的不断发展,催化裂化技术广泛应用可能使船用渣 油中的催化剂残留量提高,燃料油灰分和稠环芳烃 已推出缸径为 、单机最大功率可达 . × 的柴油机,该公司 机的最大单缸功 含量增加,结果导致十字头低速机必须使用高温清 净性及抗磨性更好的船用气缸油;现代船机应用了 率为。油耗、排放和烟度不断降低。 大量新及新工艺也要求有更加适用的润滑油产 圄盈盈 润 滑 油 年第卷 产品性能不断提高,平均有效压力已达 .于各种货船的需求,功率覆盖 ~ ~~ 。 . . ~ . ,最高燃烧压力为 . ~ . ~ . 。 发动机的设计理念是:简单,可靠,紧凑,轻 质。自从年应用以来,此系列发动机不断地进采用先进的电子液压控制系统、高压共轨 行更新升级。系列发动机主要技术特点有: 燃油喷射系统等,低速二冲程柴油发动机的可靠性 和操作简便性进一步提高。目前, 公司、 使用镍铬合金排气门,提高寿命。 阀控喷射泵精确控制喷射定时,并且稳定 公司分别推出了电子控制的 型机以及? 智能型机。 可靠。燃料多样化。为降低成本,增大动力,大功 所有的缸套、燃烧室部件经受低温、拉压应 力,以延长寿命。 率的二冲程低速机正由燃用柴油转向重油,燃用重 油的主机需求量大幅增加。使用可变喷射定时以达到部分负荷下优越 公司和 公司均是采取技术 的燃料消耗。凸轮轴由齿轮传动保证定时的长期稳定。 外包方式,与世界许多国家和地区的发动机生产商 签订技术许可证,生产 和发动采用多级气缸润滑以达到最佳的机油分 布。 机。目前, 主机有 %在中国生产, ?引进了“”技术,它将使 主机有 %也在中国生产。大连船用柴油机厂、沪东重机股份有限公司 和宜昌船舶 发动机大修间隔时间大大延长,以及较低的气缸油 供给率。“ ”的主要特点有 见图 : 柴油机厂 承担了大批 和 深度研磨出理想的气缸套跑合面。 发动机订单,不仅满足了我国国内造船厂的需求,还 在缸套顶部加装抗抛光环,以清除顶环台 大量远销海外。 积炭。国外船机主要产品及其技术 . ? 低速机 缸套面保证适当的温度分布。 ? 系列低速柴油机已经经历 最佳的气缸润滑油供给和分配。 了 多年的发展,成为一个能够适应现代船舶设计 顶环采用陶瓷镀铬预处理。 的最可靠的发动机系列。系列低速机可以适用 有效的去除扫气冷却器中携带的水分。 图? 低速柴油机气缸技术? 目前在进行向 系列发动 情况下,改善气缸油在缸套上的分布,减少润滑油 机引入共轨技术,即 ? 系列。它使得排放大 耗,降低发动机运行成本。这一目的是通过使用非 大降低,部分负载时燃料消耗下降,采用全电子控制 常灵活、精确的供油正时来实现。 使得操作更加简单,采用了液压驱动的排气阀等等。 ? 燃油共轨技术的主要特点有: 这些改变使 ? 系列发动机具备了顶级性能。 能够精确控制喷油量。 低速机采用了新的气缸润滑系统??脉冲 可变的喷油速率以及自由的喷油压力调节。 润滑系统,该系统可以在不影响活塞运行可靠性的 可独立控制喷射阀的开 闭。 圈盘豳第 期 黄胜军等.船用二冲程低速机技术进展与船用发动机油评定 持续地改进与完善, 的 船用低速柴 完美的平衡,通过精确的喷射定时控制,使每个气缸 油机在市场上已占有相当重要的地位。为满足功率 提高后各零部件的可靠性, 低速柴油机 设计上主要有以下特点,见图 。 气缸套壁厚有所增加,以提高承受机械负 荷的能力。 气缸套增加了钻孔冷却且支承凸缘高度 比原来的短,相应的气缸盖加深,将暴露于燃烧 室表面的较大部分包含在钢制气缸盖内,因而可 避免以往因过热而导致铸铁件缸套产生裂纹的 现象。 采用新型 活塞,该活塞将活塞环向下 曩 ’ ????? ???????? ??????????????. ???????????????????????????????? 移动,降低活塞环的热负荷,以减少高温下环台和环 ;. 年份 槽内生成积炭的倾向。 皇 在缸盖和缸套间加装活塞清净环,可刮去 . 活塞顶环台的积炭。 餐排气阀壳进行了设计改进,壁厚增加,冷 却水量减少。目的是为了消除阀壳腐蚀的危险。 此外,为了避免排气阀液压启闭系统在泄漏时导致 的排气阀面与阀座之间的撞击,采用了阻尼关闭机 构。 对第一道环进行了加厚设计且采用了设计概念,具有一定气密 年份 性,它能改善缸套和第二道环的热负荷,延长了检修 图低速机参数的发展变化 问隔,使活塞环运行在最佳压力下,这样可以获得最系列发动机功率覆盖 ~ ,转 佳的油膜载荷。 速覆盖 ?/ ,缸径从?。经过 原设计结构 高顶岸结构 图 低速机气缸主要技术 . ./ ? 系列 动机中,使用重油的大型船用柴油机也开始采用这 现代化的微机电子控制技术早已应用到汽车发 种技术。与 型柴油机相比, 型柴油机由于采 圈盘阳 澜 澍 沛年第卷 用了电子控制系统,机械零部件减少了大约左 在液压回路中,润滑油被作为媒介 如图 ,它 右。 系列发动机功率覆盖 ~ ,转 经由精滤器过滤后,由液压动力供应单元增高压力 速覆盖 ~ / ,缸径从 ~ 。 后,经过防护管进入液压气缸单元。每个气缸都有 一 这种柴油机的燃油喷射和排气阀等重要参数都 个液压气缸单元 ,它由燃油增压器和排气 是电子控制的,改变了传统柴油机由凸轮轴控制的 门执行器组成。此外,上还装有 燃油喷 方式。燃料喷射是由增压器完成的,相比传统射和气门执行控制阀 和阿尔法注油器等设 备。阿尔法注油器是一个计算机控制的间歇式气缸 发动机的燃油泵更为简单。 发动机上的燃油柱 塞是由高压油控制的,可控制燃油喷射定时、压力分 润滑器系统,能够减少润滑油用量。 布和喷射的燃油量。 燃油压力增压器 排气门执行器 件 液压泵 图 发动机液压回路 宜昌船柴厂生产的小缸径低速机? 宜昌船柴厂生产的? ? 船用电控低速柴油机结构具有下述特点:,是由公司开发的新一代船用节能环保 缸套:轻型强化结构,带清洁环。 型低速大功率柴油机。 ? 设计概念:采用电 活塞:带冷却油孑 、镀铝活塞环、高顶部结 控燃油喷射技术、电控气缸润滑油注人技术,而 构。 排气阀控制仍为机械式。即采用了一种全新的 十字头:导滑块采用低摩擦力结构 导滑块 综合控制模式,一方面实现了燃油喷射的灵活控 高度与宽度比降低,摩擦损失减少 % 。 制,另一方面降低了小缸径低速柴油机的制造成连杆:轻型结构。相比 机型,质量减少 本 对于小缸径低速柴油机而言,电控元件所占 约 %。 成本相对较高 ,具有广阔的市场前景。同传统曲轴:锻钢半组合式。 的 系列柴油机相比, ? 柴油机主要增加 液压气缸单元 :每两缸配一只, 了下列控制部件: 包括一个分配器、两个蓄压器、两只燃油升压泵、两 控制单元。 个 比例阀、两个阿尔法电子注油器。燃油喷射液压伺服油供液压单元 。 由气缸控制单元 控制 比例阀执行动作。液压气缸单元 ,包含电控燃油喷 阿尔法电子气缸注油器整合在上,改进了气缸 射。 油喷油定时、改善了气缸内油膜分布、注油量控制更 电子阿尔法气缸注油器。 灵活、恒压注油。 气缸压力监控系统 。 圄盘稠 第 期 黄胜军等.船用二冲程低速机技术进展与船用发动机油评定 船用油及评定技术发展 果对高硫燃料使用过低碱值的气缸油,则会造成气 缸、活塞等部件腐蚀。针对这一问,马士基公司开 . 船用油现状 国外船用油的研发紧跟船舶发动机技术的发 发了气缸油的在线调合系统? 工艺 ,即根据燃料油中硫含量的变化,用系统油在 展,力求满足在新型发动机苛刻工况下对润滑油的 线补加气缸油添 的方式以调合适当碱值的气缸 要求。国外主要船用发动机油提供商如 、、 、及等公司船用发动机油 油产品,达到节能降耗和延长发动机使用寿命的效 果。国外润滑油公司已经紧跟这项技术开始相关的 产品一般要通过 和等船舶发动 机的认证,方可推荐用于其生产的发动机上。 研究工作。国内中国石油润滑油公司针对工 艺,成功开发出加剂量远低于原有气缸油配方的 船用低速发动机油具有完整的碱值系列,可以为不 同硫含量的船用燃料提供相应碱值的润滑油。 系统专用气缸油复合剂,并于 年通过马士 船用油没有类似车用油的通用规格,最终验证 基 行船使用试验,获得了 的认 证。 产品的手段就是行船试验。目前船用油海外市场基 本由 、 等几大油品公司占据。据统 国内船用油技术发展相比国外先进水平还有一 定差距,主要体现在润滑油技术和生产配方相对陈 计,目前全球船用润滑油的需求量大约是万/ 左右,而船用低速发动机油大概占整个船用润滑油 旧,并且产品系列不完善。国内的船用润滑油通过 的 %以上。 ~ 年,全球船用油年需求增 世界主要技术认证的产品种类也相对较少,可 长率为 %,远洋船用润滑油的增长率为 %。随 以说船用油评定技术发展缓慢某种程度制约了船用 着船运事业的发展,更多新型油轮、散货船和大型集 油的研发。 装箱船将进入市场,对高品质低速发动机油的需求 . 船用低速机试验评定台架 将随之逐年增加。 年美孚建立了一台全尺寸十字头发动机 年底,中国石油润滑油公司船用油销量达 台架,专门用于推动船用油技术的发展。埃克森美 到 万,成为国内最大的船用油供应商,占国内船 孚声称,它仍然是石油工业中唯一使用的全尺寸二 舶用油量 %,昆仑船用润滑油成为中远集团 冲程发动机评定台架。该测试发动机 一 唯一指定使用的中国品牌船用润滑油。 安装在法国 的欧洲技术中心, 年,昆仑船用气缸油和系统油获得认 被命名为 ,其主要目的是促进润滑油技术的 发展。台架也可以作为当地炼油厂的大功率发电 证,可推荐用于各大型低速二冲程机上,同 时中国石油润滑油公司与国外大型船运公司马士基 机。该发动机的总输出功率为 , 配置先进的电子设备和 活塞环磨损监视器, 建立了良好的合作关系 。马士基航运公司年使用 润滑油约 万 左右,其全球润滑油的采购只选择 以及安装有减低排放的装置,并且具有六缸分 了 家供应商,中国石油润滑油公司是其选择的唯 段气缸油供给系统。 一 目前每年进行大约 ~ 次测试,每阶段持续大 中国供应商,要求润滑油公司提供全船润滑油配 套产品。 约 个月,该试验发动机一天在 %至 %的 负载下运转。正常的试验运转时,气缸油补给量为 . 船用油技术发展 目前国外发表的文献和专利关于船用气缸油的 ./. / ,同时还可研究更高和更 研制文献报道很多。其中主要提到了添加剂公司 低的供给量对发动机的影响,这有助于了解在较宽 供给率范围下气缸油的使用效果。采用该低速机台 如: 和润滑油公司 如: 、 等 气缸油的清净剂、分散剂和抗磨添加剂等成分在分 架可用于评价油品配方以达到最佳性能,也可用于 子结构和性质方面的研究成果,并且提出了针对不 对不同添加剂和基础油进行选择,还可用于发动机 同燃料油合理使用碱值的理论 。由于环保法规的 部件试验和不同硫含量燃料的试验。试验过程中可 日益严格,世界上不少国家或组织都对船用燃料油 至少在两个气缸内试验参考油,其余四个气缸内进 中的硫含量进行了限制,单一碱值船用低速机使用 行试验油的考察。在低速机台架上进行气缸油和系 统油评价较实船试验大幅度降低了成本。 的气缸油已难以适应燃料油中硫含量的大幅波动。 石油巨头 在里昂研发中心 如果对低硫燃料长期使用高碱值的气缸油,则会带 安装了一个发动机台架一 改革 来活塞沉积物增加、磨损加剧等严重问题。反之,如 国匠狃