军舰动力装置概况-柴油机

军舰动力装置概况——柴油机

柴油机作为主动力装置在舰艇上得到广泛应用已有50多年历史。为了提高市场竞争力

，世界的柴油机制造厂出现了兼并或联合组成大行业集团，所以目前只有少数几家能

制造舰艇高速大功率柴油机。它们是德国的MTU公司、法国的SEMTPielstick公司、意

大利的GMT公司和英国的Paxman公司等。

其中德国的MTU公司的舰艇柴油机，由于系列完整、功率覆盖面广、通用性强、寿命

长、低负荷性能好和起动方便等优点而占据世界舰用柴油主机的绝大部分市场，雄居

主导地位。

这些年来，除了MTU公司新开发了595系列柴油机和GMT公司在B230.2DVM型柴油机上发

展了A250.16HVM型柴油机外，新型高速大功率柴油机发展较平稳，多数是在原来机型

的基础上进一步完善提高，扩大用途。

就是说，继承并发展各自的技术特色，进行系列化设计，通过机型变型来扩大用途，

如MTU396机废气涡轮增压用于潜艇，396系列机继04型后又推出TE型；595系列机有9

种变型机。PielstickPA4-200型机功率提高后由VG型发展成VGA型，采用复合增压用

于潜艇等。有的发展成长冲程以扩大用途，如GMT公司的B230/BL230、法国S.A.C.M公

司的UD45/UD50、Pielstick公司的PA6B-STC等。

舰用高速大功率柴油机由于其应用范围的特殊性和使用条件的限制，使它们的技术难

度极大。一方面要求具有较高转速、大功率、结构紧凑、坚实耐冲击、重量轻、体积

小、比功率大、工作可靠并同时保持相应的经济性，使用寿命和维修方便；另一方面

在性能上必须机动性好，起动时不冒白烟，运行中不冒黑烟和低工况性能好。

随着柴油机技术的发展，舰用柴油机在性能、可靠性和装舰技术方面已取得明显的进

展，单机功率比过去同型机功率提高30％以上，意大利GMTA250.20HVM型机最大功率

7750kW，德国MTU-24V1163-93型机最大功率8824kW，法国SEMT-Pielstick20VPA6-280BTS 型机10％超负荷功率可达9705kW。目前高速大功率柴油机主要技术指标都达到了新水

平，平均有效压力最高达2.94MPa(29.4bar，MTU 1163-03型机，压缩比ε：9.7)，有

的达3.02MPa(高速中等功率的MTU595型机)；最大燃烧压力18MPa(MTU1163-03型)，，中高速PielstickPA6-BTC型机为15MPa；燃油消耗率为210e/(kW?h) (长冲程的PielstickPA6B

-STC型机为197e/(kW?h))；比重量最低2.8kg/kW；增压压力0.5MPa(两级增压)；最高

喷油压力130MPa(高速中等功率的MTU595系列机为150MPa)。

20世纪70年代以后，国外新建舰艇向大型化、导弹化方向发展，并普遍采用使用先进

技术、单机功率较大的新一代柴油机作推进动力或柴油机燃气轮机联合动力装置中的

巡航机。多年来，对于排水量在500t以下的高速、机动性好的舰艇(如高速巡逻艇和

高速导弹艇)，柴油机一直是主要的动力装置；对3500t以上的大型舰艇，全燃气轮机

或柴(油机)燃(气轮机)交替使用动力装置(CODOG)是主要的动力装置；对500-3500t左

右的现代护卫舰，不论吨位和类型如何，柴油机作动力装置具有明显的优势，且更具

竞争力，因为柴油机具有热效率高、在整个工作范围内油耗低、功率和转速范围广、

有较高的功率体积比和功率重量比、空气耗量低、排温低、热辐射少、有较高的机动

性和良好的起动性，以及机种单一、装置简单、运行和管理方便、造价低等优点。现

在整机功率1470?8088kW的大功率柴油机主要用于4000t以下的军用舰艇，如作柴油机

电力推进潜艇主机(MTU-396/SB83和396SE84型机，GMTA210SM型机)、护卫舰和驱逐舰主机(导弹驱逐舰全柴油机推进系统的Pidstiek18VPA6-280BTC型机，护卫舰全柴油机

推进系统的MTU-20V 1163TB93和20V956TB92型机，以及Pielstiek16VPA6-280STC型机和16VPA6-280BTC型机。

目前，由于德国MTU和法国SEMTPielstick这两家目前世界上主要舰用高速大功率柴油

机公司成功地研制出了单机功率大(虽然较燃气轮机的小)的新一代高速大功率柴油机

，一方面使全柴油机动力装置(CODAD柴油机和柴油机联合动力装置)有可能满足同等

舰用功率(30000kW)的要求；另一方面这些柴油机与燃气轮机组成的柴油机燃气轮机

联合动力装置(CODAG)，足可满足6000t级舰艇功率要求，加之高速大功率柴油机相继

增压技术的成熟应用，解决了部分负荷下低速大扭矩问题，传动和控制系统均可简化

，更使CODAG动力装置有可能再次在护卫舰等舰艇动力系统中得到垂青。

目前，舰艇用柴油机已达到一种采用自动化电子控制系统的非常先进的发展阶段。相

对燃气轮机而言，除比重量大和功率较小外，其主要缺点是噪声大，特别是低频噪声

，这影响到舰艇的隐蔽性。因此，必须对柴油机采用完善的降噪减振措施，现在常用

的措施是采用双弹性减振机座和隔声罩。

一.德国MTU956/1163系列柴油机

(一)研究背景和计划

956系列柴油机是德国目前生产的缸径最大的短冲程、高速大功率柴油机。该机原系

西德曼恩公司1961年为铁路机车设计的四冲程、涡轮增压、中冷的VV23/23TL高速柴

油机。首台12缸机1966年11月装车运行；16缸机1969年投产。MTU公司成立后，改称956柴油机。它的发展计划分为两个阶段：第一阶段转速1500r/min，单缸最大功率183

.75kW(250hp)；第二阶段转速提高到1575r/min，相应功率为220.5kW(300hp)和183.

75kW(250hp)。柴油机的大修期预计用于快艇为6000?9000h。该公司为满足提高功率

、降低比重量和比容积、改进可靠性、简化维修、降低费用等要求，进行了结构改进

，并组建了专门的生产线。1974年研制了20缸样机，单机最大功率达4410kW(6000hp

)。

956系列柴油机自1968年正式投产以来，已广泛用于铁路牵引、舰艇推进和发电。1163

系列柴油机是在MA956系列柴油机基础上，为适应国际上主要交流发电机转速1200r/

min、频率60Hz的规格，同时又保持适于作船舶主机的目的而发展起来的长冲程柴油

机，它冲程长280mm，转速1100～1200r/min，设计额定功率每缸220.5kW(300hp)。1976

年9月，MTU公司展出了20缸样机，以后又研制了V型12和16缸机。1163和956系列柴油机是同宗的两系列柴油机，两者具有相同的使用寿命、易维修性和经济性。除与延长

冲程有关的零部件外，如曲轴、曲轴箱、连杆、活塞上部、气缸套、推杆等不同外，

其余90％以上的零部件均相同。两系列机型可以采用相同的设备制造，因而生产中具

有较好的灵活性和经济性。1163系列柴油机在设计时保留了956系列柴油机的设计原

则，如重量轻、体积较小等。它仍采用涡轮增压、中冷、单体式喷油泵、直接喷射、

空气起动，功率可由柴油机曲轴任一端输出全扭距负荷等。

1163系列柴油机主要用于舰船推进和陆用电站，特别适于装柴油机和燃气轮机联合

动力装置的舰艇。

(二)系统组成及性能

956/1163系列柴油机具有如下基本数据

缸径(mm)：230；冲程(mm)：230/280；转速(r/min)：1500/1200(1163-03型为1300)

；气缸数：12、16、20；单缸工作容积(L)：9.56/11.63；结构型式：V型60；功率范

围(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)；压缩比：12；9.7(1163-03型)；平

均有效压力(MPa)：2.06(1163-03型2.94)；比重量(20V)(kS/kW)：3.75/3.89(20缸1163 -03型为2.8)；油耗(S/(kW/h))：210.8～235；燃烧方式：直接喷射燃烧。

956/1163系列柴油机由机体、曲轴、活塞、气缸盖、气阀机构、喷油系统、传动齿轮箱、增压器和辅助装置等主要零部件构成。

机体：956系列和1163系列的各个不同缸数机型的机体由三种不同的铸钢件(后端，后部；中部；前端，前部)通过V形焊缝焊接而成。曲轴搁置在主轴承上。主轴承盖用两

只直螺栓和两只横螺栓固定。

曲轴(组件)：曲轴由铬镍钢锻造而成。1163系列曲轴的轴柄销圆角经淬硬处理。平衡

重用螺栓固定在曲轴上。设计曲轴时考虑到也可从前端的簧片减震器后面输出全扭矩

。曲轴主轴承和连轩大端轴承均采用薄壁钢背、铝合金轴瓦，并有二元合金表层(摩

擦表面)。每一排相对的两只气缸的连杆并列在一个曲柄销上，呈V形分开。连杆大端

系在水平方向，并可经缸套取出。曲轴通过“四点深槽球轴承”进行轴向定位，该轴

承还能承受法兰连接装置的轴向推力。

活塞：钢顶、铝裙的组合式活塞，活塞顶由喷嘴供给的连续的润滑油冷却。活塞顶上

有三道压缩环，活塞顶与活塞裙之间有一道弹簧内胀式括油环，因此，调换活塞环可

以不用移动活塞裙和连杆就能进行。

气缸盖：气缸盖为灰铸铁铸件，上有两个进气阀和两个排气阀，它们的气道都经过最

优化布置。气缸盖与气缸套之间有一钢质密封环。

气阀机构：每一列气缸的气阀由一根布置在机身外侧的高置凸轮轴控制。凸轮轴上的

单体式凸轮通过滚轮推杆、挺杆和摇臂来开、闭进、排气阀。

喷油系统：喷油系统为单体喷油泵，布置在气缸盖之间，由短的高压油管连接到各气

缸盖。因为油管短，所以可以省去燃油喷射定时器。用液压调速器控制喷油泵的油量

。它是通过齿轮箱里的调节机构驱动与凸轮轴一般高的调节轴。然后经过该杆和控

制套筒来操纵喷油泵的柱塞。凸轮轴通过摇臂和滚轮挺杆使喷油泵工作。

传动齿轮箱：铸铁制造的传动齿轮箱位于前端，用螺栓固定在机身上。正齿轮呈螺旋状，依靠锥面安装在轴上。齿轮系具有只需替换二只惰齿轮就可倒转的结构特点。所

有通过轮系带动的附件，如各种泵和调速器，都装在齿轮箱上。

增压器：956/1163系列柴油机的所有机型都采用脉冲增压，16或20缸发动机采用2台MildAGL340型增压器，而12缸机型只用1台MTUAGL340增压器。排气管的热膨胀通过波纹管补偿。

辅助装置：为使整个传动或推进系统具有紧凑的优点，MTU均采用自己发展的齿轮箱

、液力耦合器和弹性联轴节。

用作舰船主机的956/1163系列柴油机均采用隔声罩和弹性安装。

956/1163系列柴油机的进一步发展是研制两级涡轮增压的1163-03型柴油机。此机采

用了一系列新技术，主要是停缸断油和气缸充量转移技术和相继涡轮增压技术。由

于采用这些新技术，使20缸的单机功率从956/1163-02型的5200kW提高到7400kW，即提高了约40％。它不但保留了原机型结构紧凑的特点，还进一步降低了重量功率比，

它不但在低转速下能长期运行，输出很高扭矩，并能降低油耗。

1.停缸断油和气缸充量转移技术

所谓“停缸”技术即停止对几个气缸喷油，使其余气缸获得较多且雾化更好的燃油以

便正常、完全燃烧。这样可以在降低压缩比后防止冒白烟和滑油被未燃烧的燃油稀

释，还解决了空载运行问题。用整体式或组合(单体)式喷油泵的柴油机均能施行气缸

停油，只是前者采用分路控制齿条，后者，则在控制联动机构中装了一个液动(或气

动)脱开活塞。

但“停缸”技术还不能使压缩比降到12以下的柴油机有效起动并保持正常运行，因为

即使预热柴油机也不能保证燃油有效燃烧，因此必须采用与“停缸”技术并用的“气

缸充量转移”技术才能使柴油机实现起动和空载运行。充量转移过程的开始和结束均

由一个位于供气气缸(即“停缸”气缸)上的气动或液动操纵阀控制，该阀在整个充量

转移过程中保持一直开启。受气气缸(即着火工作的气缸)上有一止回阀，它靠输气管

道与受气气缸间的气压压差自动操作。

对20缸机，在起动和低速时仅有5个气缸喷油燃烧，其余15个气缸断油泵气，向上述

5个气缸转移充量，即输送额外的进气。在转速140r/min时，5个气缸中的压缩终点压

力可达3.7MPa，压缩终点温度可达765K，相当于压缩比提高到16。采有停缸断油和充

量转移系统后，当机舱温度高于20℃时就不需预热进气，但考虑到船舶在严寒地区航

行或长时间低速航行，因此在后空气冷却器的出口处安装了进气预热器，以高温的气

缸冷却水预热增压空气。冷却水预热到400℃时起动，4s达到空载转速，40s后即达到

无白烟运行(HC排放量为500ppm)。1163-03柴油机的低压和高压级涡轮增压器与滑油泵、滑油冷却器、滤清器、淡水泵和海水泵一样均装在柴油机上。

2.相继涡轮增压技术

相继涡轮增压技术就是根据负荷要求和转速高低来控制参加工作的增压器数目，即在

较高转速和负荷时，全部增压器参加工作；在较低转速和负荷时关闭部分增压器，把

全部排气引导到1台或少数几台增压器的涡轮。

采用相继涡轮增压技术，可以使采用定增压系统增压器的柴油机既不影响其全负荷性能，又能在部分负荷时克服定压增压的缺点，使柴油机能在整个运行范围内都能保持

高的过量空气系数，有助于提高燃油经济性，获得良好的加速性，满足有关废气排放

的法规和降低零、部件的热负荷。

1163-03型柴油机采用了单级和两级增压系统都适用的两级定压增压系统。

它由有5台增压器串联成高压级和低压级的涡轮增压器组组成。这些涡轮增压器的涡

轮蜗壳都用冷却水冷却，压气机蜗壳不冷却，排气管外装有水套。由于排气温度不

能过于降低而损失排气热能，因此，排气管和水套之间用空气隔离。高压级和低压

级的涡轮都靠近柴油机排气出口处。

对20V1163-03型柴油机，由于采用相继增压技术，因此，当负荷在4％以下时，只有1台涡轮增压器组投入工作；4～23％负荷时，2台投入工作；23～52％负荷时，3台投入工作；52～64％负荷时，4台投入工作；64～100％负荷时，所有5台增压器全部投入运行。因此增压器效率很高，也改善了燃烧状况，提高了低转速时的扭矩，使得柴

油机的特性曲线比较丰满，同时降低了油耗和排温。

采用相继增压技术的1163-03型柴油机，在柴油机与高压级涡轮之间的排气管中(涡轮前)有一排气蝶阀，由它根据柴油机转速或增压空气的压力开启或关闭。当此蝶阀关

闭时，排气管关闭，使该侧的涡轮停转，与其相连的压气机也随之停止工作，同时，

该侧的排气通过连接管引导到另一侧排气管，与那侧排气管中原有的排气一起推动另

一涡轮。为防止压缩空气通过不工作压气机倒流和增压器加速时压气机喘振，在低压

级压气机前的进气管中还装有一只相应的止回蝶阀，用于关闭该侧进气管。总之，这

些蝶阀的开启和关闭是为了使所属的涡轮增压器组投入或停止工作。

(三)技术特点分析及述评

956/1163系列柴油机，为了使结构紧凑，采用60°V形以满足不同气缸数的曲轴组件

布置。为了总装简便，实现了尽可能多的附件组装化，如滑油泵、海水泵、淡水泵、

滑油和燃油滤清器、调速器、起动空气分配器和冷却水调速器均装在自由端的传动齿

轮箱体上。而且，柴油机、齿轮箱和液力耦合器可借助法兰直接安装。

其他的设计特点包括采用常规的滑动轴承曲轴、并列连杆、钢顶组合式活塞、单个的

4气阀气缸盖、气阀由凸轮轴通过推杆和摇臂控制、凸轮轴装在机身的外侧、单体喷

油泵(由凸轮轴控制)、排气管布置在v形夹角内，以及进气总管布置在柴油机两侧等

。

956/1163系列柴油机在舰艇上安装时均采用双弹性安装。柴油机左、右侧机体上各装有4只柴油机弹性支承，它们的立式支架用螺栓刚性地固定在底座上。柴油机、立式

支架及底座再安放在20个底座弹性支承上。这20个底座弹性支承均布于底座两侧并固定在船体的基座上。

柴油机弹性支承的支架装在柴油机机体纵向一侧，其底板用螺钉固定在柴油机底座上

，中间加有弹性支承，柴油机通过弹性支承支架、弹性支承和底板支承在柴油机底座上。冲击和振动由橡胶金属元件支座吸收，不传到柴油机底座上。柴油机弹性支承中

装有一个包有橡胶的定程螺钉作为缓冲器来保持橡胶金属元件不受更多的振动冲击。

底座弹性支承是一种橡胶支承，用螺钉固定在船体的基座上。机组通过橡胶底座支承

弹性安装在船体基座上，这样，橡胶底座支承就承受了柴油机起动和停车时传到船体

上的振动。

双弹性支承结构既能有效地减少振动噪声，又能在其基座上安装隔声罩。

除此之外，956/1163系列柴油机在舰上安装时还采用了隔声罩，隔声罩为组装式。一般的维修工作(包括吊缸)可在隔声罩内直接进行，大修时将其逐渐卸下。隔声罩板吸

音材料厚60m，可吸收噪声30dB(A)，使机舱噪声大大降低。罩板还有散热作用，并保持很小的低压，以满足有关部门的要求。隔音罩前端装有仪表板，可以监控柴油机的

压力、温度和转速等。

除上述防噪减振特点外，956/1163系列柴油机与齿轮箱之间还采用了一个HK80型液力耦合器，以此传递功率并使柴油机起动平稳。这不但避免了扭振，同时也降低了齿轮

箱的噪声。

956/1163柴油机目前已广泛应用在各国的水面舰艇。由于它具有上述的非常良好的性

能，因此，是目前最好的舰用主机之一。

二.德国MTU396系列柴油机

(一)研制背景与计划

MTIB96系列柴油机在331系列柴油机基础上发展，研制此系列柴油机的目的是为了能

直接驱动频率为50Hz和60Hz的三相交流发电机。

(二)系统组成及性能

MTU396系列柴油机从331系列柴油机主要改动之处是将活塞行程由155 mm增加至185mm 。它系四冲程、直接喷射、脉冲涡轮增压、中冷高速柴油机，气缸呈V形90°夹角。

由于保留了原系列柴油机的基本特点和结构，缸径又保持不变，因此96％的零、部件

与原系列相同，而且几乎可以采用相同的生产设备，以至用同一生产线制造。396系

列柴油机虽然单缸扫气容积增至3.96L，但外形尺寸增加很少，而且两系列安装尺寸

相同，因而两系列整机勿须改动即可以换用。

396系列柴油机有6、8、12、16缸机，具有比功率高，体积、重量小(如整个气缸头重

量仅27kg)、运行可靠等优点。设计中注意了简化附件，各种部件便于大量采用标准

化工具组装，并考虑到不同用途，可采用SAE“0”或“厂级标准法兰和其他附件，

适用于小型舰船主辅机和联合动力装置的巡航机。

396系列柴油机油耗较低，活塞平均速度也较低，因此有较长的使用寿命。

396系列柴油机采用气缸体和曲轴箱为一体的机体，由铸铁制造。自身有较大的刚性

，并对扭转、弯曲应力不敏感。采用V形90°的布置，可以消除惯性力和第一阶不平

衡力矩，运行较平稳。定时齿轮系布置在柴油机自由端整体锻造的壳体上。铝合金铸

造的油底壳构成柴油机下部，作为柴油机支撑部件，并有较大的刚度。

为了结构紧凑，将推力轴承设计在机体上，滚珠座圈的止推轴承可承受平均3000kg的

轴向力和12000kg的冲击负荷。因此，柴油机可用在有轴向推力的场合而不须安装外

部推力轴承。

396系列柴油机由于热负荷较高，为满足运行寿命要求，不再延用整体的铝合金活塞

，而改用钢顶、锻铝裙部、螺栓连接的组合式活塞。顶部有3个压缩环，裙部有1个刮

油环。滑油经过固定喷嘴从活塞一侧喷入组合式活塞的冷却腔，滑油从中央流出，

并润滑活塞销。由于活塞顶冷却良好，因此降低了活塞环、活塞的磨损。

并置式连杆采用模锻和全部机加工，大端采用斜切、齿轮定位、螺栓连接。它们可以

同活塞一块从气缸中抽出来。

整体锻造的曲轴全部机加工。为减轻重量，曲柄销是中空的。所有轴颈表面均经高频

淬火和抛光处理，平衡重用螺栓固定。

主轴承和连杆轴承是一般的薄壁多层金属轴瓦，带有跑合镀层。主轴承由同一滑油通

道经钻油孔，供油润滑，而后润滑连杆轴承。活塞销轴承是压入连杆小端的。

单体式气缸头由铬合金铸铁制造，各自用8个螺栓固定在机体上，拆装容易。由缸套

出来的冷却水，经8个O型环密封的孔道进入气缸头，冷却气缸头。喷油嘴放置在气缸头中心，气缸头与缸套之间的密封仍采用平铝环。为防止滑油被燃油稀释，两腔分开

。两对进、排气阀放置在喷油嘴周围的同心圆上，成对地被叉型摇臂驱动。为保证使

用寿命，阀座处压入有阀座圈，阀杆镀铬且排气阀内充入钠，加强导热性能。阀由两

根安置在V形机架高处的刚性凸轮轴，经滚柱挺杆和短的推杆驱动。

湿式气缸套由铬钼合金铸铁制造，具有较高的耐磨性能，缸套壁较厚以防止穴蚀。

为降低柴油机的高度，采用两个脉冲式涡轮增压器，后者由单级径流涡轮和压气机组成，纵向布置在柴油机功率输出端的各排气缸体上部。涡轮壳体和排气歧管水冷。板

式增压空气中间冷却器由冷却滑油热交换器出来的水冷却。

整体式布洛克型喷油泵用法兰与调速器一起安放在柴油机V形夹角内。从上面易接近

，能够在不拆除其他部件的情况下拆下来。柴油机转速的调节由机械、液压和气动三

种控制方式实现。

柴油机可以在0℃以上用电力齿条轴起动机构起动；低于0℃时，则需借助拧入进气歧管的火焰加热塞。柴油机也可选用空气起动。

为了减振，柴油机采用橡胶三点弹性支撑，柴油机可在纵倾100和横摇±22.50情况下正常工作。

396-03型柴油机有如下技术参数：

缸径(mm)：165；行程(mm)：185；气缸数：6，8，12，16；单缸排量(L)：3.96；转速(r/min)(最大功率时)：2100；单缸功率(kW)：120；活塞平均速度(m/s)：13；平

均有效压力(MPa)：1.73；比重量(kg/kW)：2.86、2.68、2.48、3.5；油耗率(g/(kW

/h))：210/231；喷油泵：整体式，布置在V形夹角内；连杆：并列连杆；活塞：组合式(钢顶、铝裙)，滑油冷却；曲轴箱：灰铸铁或球墨铸铁；曲轴轴承：滑动轴承；增

压方式：单级涡轮增压，中冷。

MTU396系列柴油机还有潜艇专用型，此型称MTU396SB，是德国用于潜艇(P6071级)的第一代废气涡轮增压柴油机。在当前几型潜艇柴油机中，它是目前性能较好的一种。

由于技术指标先进(尤其是油耗)，目前已被一些国家的海军选用为新型潜艇的动力装

置。虽然初始价格较高，但较长的大修间隔(18000h)和较低的燃油耗可补偿这一缺点

。

MTU396SB潜艇柴油机的结构特点：

①新型的废气涡轮增压器

该机采用了MTU公司自行研制的整体铸造、单级径流式ZR170废气涡轮增压器，它除了解决了潜艇在通气管工况时高排气背压和高进气真空度对柴油机工作的影响外，还解

决了高温排气对涡轮轴承工作可靠性的影响。

②防振降噪措施

a.弹性支撑的中间机体。为降低柴油机的噪声，该柴油机机体在通用的基础上作了修

改，即在曲柄箱和深式油底壳之间安装了弹性支撑的中间机体，使柴油机低频结构噪

声明显下降，315～6001h范围内降低了5～10dB(A)。但600～800Hz范围内的高频结构噪声有所提高，大约提高了5～10dB(A)，现正在研究解决中。

b.排气消声冷却器。安装了直径为800mm的排气消声器后，距机组1m处的消声值降低了20dB(A)；排气温度从550℃降至450t，降低了100℃。

c.进气消声器。它对降低高频进气噪声具有良好效果。

d.双弹性(双层隔振)安装机架装置。采用此装置安装柴油发电机组可大大降低发电机

组传至艇体的结构噪声和水中爆炸的冲击波对机组的影响。

③双夹层结构型式的排气管和增压器涡轮

采用双夹层结构的排气管和增压器涡轮，可使废气不与冷却水夹层直接接触，这样，

既可减少废气的热损失，又可减少排气管向机舱的散热量。

④深式油底壳

采用专门设计的深油底壳可适应潜艇的极度倾斜。

(三)技术特点分析及述评

396-03型柴油机是颇具特点的柴油机，MTU公司首先在16V 396-03型柴油机上使用了“停缸”、“气缸充量转移”和“相继增压”技术，因此，功率和低负荷性能均有明

显改进。

MTU396系列柴油机的396-04型柴油机是MTU公司的相继增压等先进技术在水翼艇、高速客船等396-03系列柴油机上使用已得到了充分肯定后继续发展的一型柴油机。发展

此机的目的是由于低负荷时增压空气温度偏低，不利于气缸内燃烧，特别是在柴油机

强载度提高后，这方面的问题显得更为突出。MTU公司将396-03型发展为04型始于1990 年。改进措施之一是采用了MTU公司最新研制出的“分流循环冷却”技术，通过改进

柴油机冷却系统，把中冷器由原来的海水冷却(代号为“B”)改为现在的淡水冷却(代

号为“E”)，高负荷时淡水冷却增压空气，低负荷时淡水在中间冷却器中加热增压空

气，使柴油机在低负荷时的性能更趋完善。

1.分流循环冷却(或称双循环冷却)技术

MTU柴油机现有三种增压空气冷却方式：

①TB型：中间冷却器用海水冷却的增压空气“外部”冷却方式；

②TC型：中间冷却器处于柴油机冷却循环回路中，且用淡水冷却的增压空气“内部”

冷却方式；

③TE型：中间冷却器处于柴油机分流循环冷却回路中的增压空气“内部”冷却方式。

“TE”型分流循环冷却系统结合了“TB”和“TC”型两种方式的优点，高负荷时增压

空气冷却方式如同“TB”型，部分负荷或空转时进气加热方式又如同“TC”型。

“TE”型柴油机的中间冷却器连接在柴油机冷却水回路中，但却不同于一般的内冷式

循环中间冷却器，冷却水从柴油机中流出(约85℃)后约三分之二的水流不经任何冷却

直接回到冷却水泵的进水口，仅三分之一的水流有可能经热交换器散热，再流经中间

冷却器和滑油冷却器回到水泵进水口，因此，前者的冷却水回路称柴油机(曲轴箱、

气缸盖、涡轮增压器、轴承座壳)高温循环回路，后者称低温循环回路。

在低温循环回路中，冷却水热交换器前有一调温器，它根据不同的工况直接控制来自

柴油机的冷却水是否经过冷却水热交换器冷却及需经过冷却的水流量。

空载和低负荷运行时，柴油机的热状况较低，其冷却水温度仅为75℃。为使进气温度

较高以促进燃烧，防止柴油机冒白烟，调温器使低温循环回路中的全部冷却水(约三

分之一柴油机冷却水)绕过冷却水热交换器不经散热进入低温循环回路中的中间冷却

器，使增压空气加热至70～80℃，这样，即使在环境温度低的情况下也能达到完全燃

烧。

随着柴油机负荷的提高，热状况也随着提高，对进气加热的要求也逐渐降低。当负荷达到一定程度后，则反而要求对进气进行冷却。此时调温器根据负荷上升情况逐步关小旁通到中冷器的通道，逐渐打开液流到冷却水热交换器的通道，让相应增加的冷却水流经冷却水热交换器参与冷却，因此进入中冷器的冷却水温已从85～12降到约50℃，气缸前。的增压空气温度逐渐降低，进气量得以增加(全负荷时柴油机进气温度80 ℃，而出水温度则为85℃)。在中等功率范围及全负荷工况下，提高了柴油机输出功率，同时也限制了柴油机受热零部件最大热负荷的提高。在起动怠速工况下，它使进气温度提高，从而改善了起动性能及燃烧状况，避免了进气冷却过度所带来的问题。

此外，由于实现了对中冷器前进水温度的控制，故柴油机对海水温度的变化已极不敏感，当海水温度在25～32℃范围内变化时，无需进行功率修正。

2.多层结构的板芯式柴油机冷却水热交换器(淡水冷却器)

396-04型这些靠外来水(如海水)冷却柴油机冷却水(淡水)的船用主机或电站，均采用

了紧凑而高效的金属板式冷却水热交换器(又称淡水冷却器)取代以前的管式冷却器。

这些成型抗腐蚀的钛金属板件层叠成冷却芯子，淡水和海水交叉逆向流经其中的流道，确保最佳热交换性能。这种特殊设计和原材料，杜绝了在任何操作情况下淡水与海水混合的可能性，即使密封损坏，也只能导致向外部泄漏，而这将能轻易地被发现。此外，通过改变冷却芯板的数量，可匹配各种用途对冷却性能的要求，而且冷却芯板还可个别拆卸进行清洗，维修保养便利而有效。

3.三层壁排气系统

396-04型柴油机再一项改进措施是采用三层壁排气系统将排气导流和排气隔热的功能分开处理。高温排气通过以耐热金属板制成的分段排气歧管排出。排气管道中的高温部件和水冷却件的连接完全能满足热膨胀的需要。排气的高温部件被一个双壁水冷护套密封其中，因此水套外表层将不会达到高于柴油机冷却水的温度，那就不再需要昂贵而笨重的隔热设备作意外接触和爆炸的防护措施。与排气管一样，废气涡轮也有密封的外套护圈，由此完全排除了排气通过排气系统的任何部位进入机舱的危险性。由于对排气管高温部分采取了间接冷却，因此排气热能散失很少。这提供了有利的增压条件，从而提高了柴油机的效率。

此外，396-04型柴油机的滑油系统增加了备用滤器，防止污油进入柴油机；联轴节采

用了盖斯林格联轴节，延长了使用寿命。

396系列柴油机已广泛使用于舰艇，适用的舰艇有潜艇、快艇、巡逻艇，以及作水面

舰艇柴油机和燃气轮机联合动力装置的巡航机。

三、德国MTU595系列柴油机

(一)研制背景和计划

595系列柴油机是MTU公司最新的柴油机型。于1984年开始研制，1991年首台12V595TE50 型柴油机装船使用，替换“德国”号远洋渡船上9台12V956柴油机中的一台。耗费研

制费4480万美元。

595系列柴油机是新一代高强载度的大功率柴油机，代表着2000～4320kW功率范围的

未来柴油机的设计思想，它保持了MTU柴油机原有的特点(如结构紧凑、重量功率比小

和功率体积比大等)，并应用了一些成熟的技术，从而使柴油机功率密度高、油耗低

、排放污染小、可靠性好和运行成本低。

该机为通用型柴油机，既可高功率运行，又能以持续功率运行，适合船舶(快艇、渡

船、游艇)、电站(含应急电站)、机车和重型车辆。

595系列柴油机有可能替代MTU长期生产的538系列柴油机，因这两型柴油机有相当大

的功率重叠。

(二)系统组成及性能

595系列柴油机有如下技术规格：

机型：12V595TE，16V595TE；结构型式：70°V形；缸径/行程(mm)：190/210；转速

(r/min)：1500～1800；单缸功率(kW)：165～270；功率范围(kW)：2000～4400；压

缩比：11～14(视用途而定)；重量功率比(kg/kW)：<3；功率体积比(kW/m3)：约300

；平均有效压力(MPa)：3.02；活塞平均速度(m/s)：10.5～12.6；

曲轴：锻造，平衡重用螺栓固定在曲轴上，套筒式轴承；主轴颈和曲柄销颈均淬硬，

能承受18MPa(180bar)的燃烧压力。

连杆：成对布置，套筒式轴承，斜切口锯齿形定位，小端呈梯形。主轴承和连杆大端

轴承工作表面经喷镀。

活塞：冷却式组合式活塞，钢质活塞顶用两只螺栓紧固。

气缸盖：四气阀气缸盖，进、排气口在V形角内。

增压方式：两级相继涡轮(定压)增压(带中冷)，MTUZR型涡轮增压器；液冷式排气管

和涡轮密封在护套内。

喷油系统：直接喷射式，凸轮轴驱动的单体式喷油泵，短高压油管，喷油压力为150MPa 。喷油泵和高压油管封装在一起。有气缸停油(停缸)装置(怠速时)。

冷却系统：采用分流循环冷却柴油机零部件；低温冷却回路冷却增压空气和滑油；每

一冷却回路均有自己的循环泵；由电子控制系统和电动调温器控制。

起动方式：气缸空气起动。

调速与监控：采用以微处理机为基础的柴油机程序电子控制系统(ECS)；电子调速器

；液力辅助电磁执行机构；喷油泵经联动机构控制。

大修期。12000～36000h。

(三)技术特点分析及述评

595系列柴油机是MTU公司最新的柴油机。它几乎把MTU公司这些年开发的所有成熟的新技术都集于一身，如采用“相继增压”、“停缸”、“气缸充量转移”和“分流循

环冷却回路”等。特别值得指出的是，595系列柴油机还采用了一套由电子调速器和

以逻辑微处理机控制为核心，以电子和数字技术为基本工作的操纵和监控装置组成的

柴油机电子控制系统。这种电子控制系统精度高，有自检能力，它可与其他数字系统

结合，通过其若干串行数据传输接口实现各种先进的功能控制。它控制自动起动顺序

，控制内容包括检查边界条件(诸如冷却介质温度和初始油温)以及起动后的转速和与

时间有关的停缸断油、气缸充量转移和起动喷油量控制。在柴油机的运行过程中，它

将柴油机实际运行参数与预先设定的储存在其只读存储器中的数据不断进行比较，然

后确定燃油喷油量和喷油正时。因此，使用这种控制系统，柴油机在整个转速范围内

均不可能过载；另一方面，如果改变存储器中MTU595系列柴油机电子控制系统示意图预先设定的参数，还可改变柴油机功率曲线的形状。

电子控制系统能通过受有效负荷作用的冷却水调温器控制增压空气温度，并根据柴油

机转速和增压器的转速(增压空气压力)控制相继增压投入运行的增压器组的数目(增

压器组的开和关)。除以上的控制功能外，电子控制系统还有全部的安全功能，如报

警和柴油机实际运行参数异常时的停车功能等。

MTU公司发展新一代舰用柴油机的电子控制系统是因为以往的机械、液压或气动(电动

)控制系统，虽可靠但不可能精确、有效地完全实现柴油机停缸、气缸充量转移、相

继增压等全新技术。它能有效地改变柴油机的起动、升速和暖机过程，使预热温度、

白烟生成量和暖机持续时间均低于以往数值，使柴油机在整个运行范围内达到最佳运

行状态和最大程度的安全性及可靠性。

新一代柴油机电子控制系统除在595系列上使用外，还用于396系列04型和1163系列03 型等柴油机。

四、法国PA6-280BTC系列柴油机

(一)研制背景与计划

PA6-280系列中高速柴油机1969年由巴黎热力机械研究协会设计发展。发展此机的目

的是要将高速PA系列柴油机单机功率提高到4410kW(6000hp)以上，并填补高速PA系列与中速PC系列柴油机功率范围的空白。

PA6-280BTC系列柴油机，在PA6-280系列的基础上发展。此机的特点是压缩比低。采

用低压比的原因是为了在不提高爆发压力峰值(标准的PA6柴油机为15MPa)，转速保持

不变的情况下提供较高的平均有效压力(3MPa)。

PA6两级涡轮增压低压缩比柴油机于1973年开始发展，先后在一台4PA6柴油机和一台

12PA6柴油机上试验，采用的涡轮增压器前者为两台串接的HS涡轮增压器，增压压力

为0.504MPa(2.1×2.4bar)，得到的平均压力为2.4MPa(24bar)，使单缸功率由257.3kW (350hp)增到367.5kW(500hp)；后者为两台HS高压脉冲涡轮增压器和一台VTR-501低压定压增压器，总增压比为5.0，压缩比为8.0，在1050r/min下输出功率达4630.5kW(6300h p

)，相当于常规涡轮增压16缸机的输出功率。

SEMT发展的两级涡轮增压系统被称作BTC。因此，装有此涡轮增压系统的PA6-280均在型号的尾部标注BTC。

开发PA-280BTC柴油机的目的是要开发一型7～9MW的轻型、紧凑、可反转的柴油机，

可供3000t左右的护卫舰和猎潜艇CODAD全柴油机联合动力装置之用。

(二)系统组成及性能

PA6-280BTC柴油机有如下基本数据：

缸径(mm)：280；行程(mm)：290；转速(r/min)：1050；平均有效压力(MPa)：3；最

高燃烧压力(MPa)：<15；单缸功率(kW)：440～486(标准型PA6-280为325)；油耗(g/ (kW/h))：237～245；重量功率比(kg/kW)：3.96；压缩比：8.5(标准型PA6-280为11

.7)。

PA6-280BTC柴油机采用两级涡轮增压，涡轮增压器带中冷器和后冷器接喷射燃烧室。除此之外，PA6-280BTC柴油机还有一些特点：燃烧室采用直喷

①增压压力与空燃比的提高相适应，因此柴油机零部件的热应力和温度可控制在原有

水平。

②起动前柴油机冷却水要求预热到50℃左右；排气系统内配备有一只蝶形阀，它在起

动过程中几乎是完全关闭的，一旦柴油机冷却水达到正常运行温度或柴油机加载时，

蝶形阀会自动调整到全开位置。由于采取了这些辅助措施，因此尽管压缩比只有8.5

，所有气缸都能立刻着火，怠速时也能稳定运行。

采用这些措施后，柴油机在高负荷运转条件下无任何问题，18缸机单缸功率达42kW，比原机功率提高了约40％，20缸机10％超负荷最大功率达9706kW。但是，在部分负荷和怠速运转时不能完全顺畅地运行，主要问题是：

①部分负荷时，燃烧粗暴引起气缸套内孔径向开裂，气缸套内孔和气缸盖火力面腐蚀

，以及进气阀阀座磨损率高。

②怠速和超低负荷时，采用低十六烷值(约40)燃油时排气管严重冒白烟。采取了一些

技术措施来解决低负荷和怠速运行存在的问题：

①特殊的喷油泵柱塞和少量预喷燃油

部分负荷运行时，柴油机燃烧过程中的压力升高率比单级涡轮增压的PA6型机陡得多(超过两倍)，这显然是由于低压缩比使滞燃期增大引起了粗暴燃烧。粗暴燃烧产生的

剧烈高频压力波对燃烧室周围零部件非常有害(如零部件振动和燃烧室壁温升高)，因

此，在滞燃期内应减少喷油量以避免初始燃烧时的严重粗暴燃烧。这可以通过在主喷

之前预先喷入少量燃油的预喷系统来实现。为此，SEMTPielstick公司发展了一种特

殊的油泵柱塞宋实施预喷结束和主喷开始。这种断续喷油通过在柱塞上(在常规柱塞

头部下面)的辅助槽和柱塞套上相应的溢流口来实现。喷油过程已经过最佳化研究，

采用预喷油喷射过程使柴油机燃烧压力升高率大大改善，并降到法国海军现有常规压

缩比柴油机的压力升高率。

②“停缸”(一列气缸停缸断油)

采用低压缩比的另一不利结果是在怠速和超低负荷时排放白烟，尽管特别设汁的高温

冷却水循环回路使进气温度升高，但在很低负荷下喷入气缸的燃油仍不能完全燃烧，

有时某些气缸甚至出现缺火现象。

采用此技术前，首先需在排气系统高压和低压涡轮增压器之间采用能改进起动性能的蝶形阀。平均有效压力为0.15MPa时，此蝶形阀部分开启，造成的背压使部分高温排气在扫气过程中进入气缸与进气相混，由此提高了压缩冲程前的缸内空气温度，从而降低了白烟的排放；平均有效压力高于0.3MPa时，蝶形阀全开，以防止气缸出口和涡轮增压器进口排气温度过高。平均有效压力低于0.15MPa时，蝶形阀部分开启，此时再用停止向一列气缸供油(停缸)，亦即自动增加另一列气缸工作负荷的方法来解决排

放白烟的问题。

③增大排气门(阀)弹簧

方案(上：柱塞头部展开；下：横截面图)

在初期试验阶段，由于BTC型机的压缩比低，因此膨胀比较低，在排气门开启时进气缸压力比标准机的高，引起同一排气歧管某些缸的排气门因其它缸的压力脉冲而重新开启，这一问题通过增大排气门弹簧得到解决。

④采用喷油器体“储油器”

试验运行3000h后，喷油系统高压部分、喷油嘴与喷油器体接触面附近、针阀座面周围有穴蚀痕迹并扩展到高压油管。对这一问题的解决办法是在喷油器体上做一储油槽，即；良喷油器体进油孔边钻一约1 cm3的盲孔，并通过喷油器体平面上的一个小槽连接两个孔，此办法对PA6-280BTC型机的性能毫无影响。

⑤旁通装置

为满足舰用柴油机工作区域大、扭矩范围广的要求，在双轴定距桨推进系统中可用2 台柴油机甚至1台柴油机而不是用4台柴油机工作，在涡轮增压系统中采用了两种旁通装置：

放气阀位于低压压气机出口处，用于防止压气机喘振。

旁通管位于高压压气机出口和涡轮进口之间，用于防止高压压气机喘振和为同一涡轮增压器涡轮回收部分热能。

高压侧的旁通由挠性管来实现，此挠性管连接脉冲式排气歧管和空气冷却器进口处的贮气腔，空气冷却器进口有一蝶形阀。过去，当此蝶形阀关闭时，挠性管置于高温脉冲排气中易产生疲劳裂纹，现在此问题已得到解决。方法是将蝶形阀设计成在关闭位置时仍有一泄漏小孔让空气放出，由此冷却挠性管。

⑥联结小管

18PA6-280BTC型柴油机运行数百小时后，低压涡轮增压器涡轮侧的迷宫式密封出现严

重积炭。这由于在低负荷运行时低压压气机供气压力不足从而形成正迷宫式密封所致

。解决办法是用一小管将低压增压器的气封圈与高压压气机出口联结起来即可。

PA6-280BTC型柴油机已装舰使用。装舰运行结果表明，各缸运行状况极好，磨损率极

低，这将会延长大修间隔。第一批装舰使用的PA6-280BTC柴油机的保守大修期为9000h 。

(三)技术特点分析及述评

PA6-280BTC柴油机是为了为护卫舰的CODAD装置提供7～9MW的轻型、紧凑、可反转的柴油机而研制的，但提高功率，降低油耗和实现低转速大扭矩的目标完全可以在该公

司的两级增压带可变容积燃烧室的PA4-200VGDS高速柴油机(缸径200 mln，行程210mm ，转速1500r/min)上实现。但是，可变容积燃烧室对较大的柴油机效果不明显，事实

是油耗和固定在活塞顶上的凸头温度均太高，因此，相应的开发工作选在采用传统直

接喷射燃烧室的PA6-280柴油机上，并得到了法国海军的支持和合作。低压比的PA6-

280BTC柴油机看来是成功的，早期曾有的许多问题都已在发展中得到解看来是有前途

的。

五、法国SEMT-PielstickPA4-185/200SMDS复合增压潜艇柴油机

(一)研制背景和计划

PA4-185系列柴油机是1956年在PA1-175柴油机基础上重新设计的四冲程、预燃室式、

涡轮增压、中冷的高速柴油机。1962年9月正式批产，1967年后逐步取代PA1和PA2型柴油机，成为法国海军舰艇使用的高速机型。德国、日本、瑞典、英国等国的厂商购

买其专利。

PA4-200系列柴油机是1964年在PA4-185系列柴油机的基础上研制发展的涡轮增压、中

冷高速柴油机。它保持了转速、行程不变，只把缸径扩大到200mln，还采用了直接喷

射式燃烧室。PA4-200系列柴油机于1969年开始批生产。

PA41～/200柴油机用于潜艇的型号称SM系列，它是为潜艇专门研制的机械增压柴油机

。机械增压与涡轮增压相结合，即所谓复合增压的PA4-185/200型的柴油机称PA4-185

/200SMDS柴油机，也专用于潜艇。SMDS是Sous Marin Double Suralimentation(潜艇

复合增压)的缩写。

(二)系统组成及性能

PA4-185/200SMDS柴油机与其它PA4185/200系列柴油机不同之处主要是增压器。它采用复合增压器，其复合增压器由一台Hispani-SuizaHS-500废气涡轮增压器(低压级)

和一台HS-400机械增压器(高压级)串联而成。

(三)技术特点分析及述评

潜艇柴油机采用机械高增压和废气涡轮增压各有优缺点，前者的优点是对进气负压和

排气背压变化不太敏感，缺点是具有较高的空气/燃油比和单缸功率有限，因此功率

/重量之比较低；后者的优点是具有较低的空气/烨油比，缺点是对进气压力和排气压

力变化太敏感。潜艇柴油机PA4-185/200SMDS就是为了克服上述两种增压方式各自的缺点才采取丁两者相结合的复合型。PA4-185/200SMDS潜艇柴油机采用复合增压表明，其串接的结果是对进排气压力变化不太敏感，适应性强，可保证柴油机稳定运行。

另外，由于压气机采用中冷，且压比较低，因此，压气机的特性线较理想，从而整台

复合增压器的效率也较高。因此，潜艇柴油机采用复合增压不失为解决潜艇柴油机增

压问题的一条正确途径。