基于生态保护视角下的船用双燃料柴油机发展研究

摘要：伴随社会的不断进步，人类对节能减排的理念越来越重视。在船用双燃料柴油机中引用节能减排技术也非常重要。现阶段，随着国际燃油价格飞速增长，以及海洋污染现象的日益严重，这种背景下船用双燃料柴油机的节能减排技术备受世界航运组织与海事组织的关注，文章对节能减排环保背景下船用双燃料柴油机的发展进行论述。

关键词：节能减排;船用双燃料柴油机;环保

中图分类号：U664.1                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）09-0182-02

0  引言

自从二十一世纪以来，环境恶化，全球气候变暖、资源稀少、生物多样性不断减少等环境问题突出，并引起全球的广泛关注。通过科学技术将低碳生活引入船舶的发展，保持经济的可持续发展。航运界人士都非常了解，船用双燃料柴油机需要依靠大量的不可再生资源——柴油，而在如今资源日益枯竭的环境下，人类必须追求更加环保、高效的措施，以解决资源给人类带来的难题。船用双燃料柴油机能够从废气余热利用及柴油燃烧的方式探究运行的科技及可行性方案，打造出节能减排环保的船用双燃料柴油机。

1  生态保护理念对于船用双燃料柴油机的需求

随着时代的发展以及科学技术的进步，越来越多的新生科技手段逐渐出现在人们的生活生产当中，人们也开始更加注重对于生态环境的保护，生态保护理念在各行业之间开始渗透，其中就包括船舶运输业，对于船舶运输业而言，其生态保护理念对于船用双燃料柴油机的需求如下：

1.1 航运发展的需要

船舶运输一直以来的方向就是通过最科学的航速与耗油关系，实现经济效益的最优化，由于我国不断长期建设并推广资源节约型、环境友好型社会，对船舶运输而言，生态保护是国家船舶行业不断发展与践行科学发展观的重要战略，另外也是船舶企业承担社会责任的重要内容。船舶运输过程中，需要根据船舶运行路线及船舶工况的实际运行情况，科学分析船舶实际运输过程产生的耗油记录与修订系数差值，方便得出耗油实际的运输数据，分析节能减排方式，保障其与实际运输状况相符。

1.2 国家对于节能减排的强制性要求

有关部门发出公告，较于15年前，我国GDP排放的二氧化碳含量整体降低45%左右。交通运输规划与国务院发布的减排方案明确规定，到2020年，二氧化碳的排放量为16%，每周船舶运输单位耗能量达到15%左右，通过船舶运输环保战略能够在一定程度上符合国家对于生态保护理念的总体规划战略，也唯有如此，才能夠进一步的实现可持续发展的发展理念。

2  生态保护背景下船用双燃料柴油机的燃烧

船舶工作的主要原理来源于燃料燃烧，燃烧室将燃油通过化学能向热能、压力能转化，船用双燃料柴油机工作通过一定压力作用于活塞，使之上下移动，进而实现二次能量的转化。船舶主要推动力依靠柴油机的工作，因此改善燃烧方式并重视此方面的管理，在低负荷情况下使柴油机充分运行，是实现节能减排的有效举措，还能够充分提升柴油机的应用寿命。

2.1 燃油喷雾的改善策略

燃油喷雾质量对可燃混合气有着直接影响作用，而可燃混合气体对于柴油机燃烧质量又存在决定性影响。燃油喷射的工作过程主要包含三个时期：喷射延时时期、主要喷射时期、尾喷时期。不同时期的喷射，都存在一定因素造成燃烧质量低下、燃烧过程不完全等现象的出现，造成油耗增加。异常的燃油喷射如燃油滴漏、断续喷射等情况也是增加油耗的原因之一。轮机管理人员对柴油机日常管理与维修过程一定要按时检查，通过按时检查，能够更好地对设备所出现的问题及故障进行排除，一旦发现异常情况及时处理。下列是异常喷射情况的防治措施：

第一，二次喷射情况：将造成燃油喷射时长增加，二次喷射燃油情况是在低压状态喷入气缸，无法完全燃烧，后燃情况严重，造成柴油机增加燃料消耗、排烟温度、排烟量持续升高，导致发动机性能降低。燃油喷射过程一定要保证主喷射工作完成后，喷油嘴没有出现高压情况才能够避免二次喷射，主要包含以下措施：①需要对高压油管的长度与内径进行科学的改善;②根据实际需要，选择适当的喷油孔;③提高出油阀的卸载能力;④应用刚性较大的出油阀弹簧;⑤科学提高燃油喷射的工作压力。

第二，连续喷射情况：连续式的喷射情况将造成燃料燃烧不全面。隔次喷射与不稳定喷射会造成柴油机产生不稳定的转速现象，甚至产生停车情况，同时连续两次的供油，极可能出现燃烧粗暴的情况。

2.2 科学治理可燃混合气

采用结构合理的涡流室式燃烧室，此种方式是应用强压压缩空气推动混合物形成过程，造成涡流的燃烧不依靠过量的空气，过度提高过量空气系数会造成柴油机功率降低。应用混合搅拌推动可燃混合气质量改善的策略主要有以下几方面：

①为了保证船用双燃料柴油机的排气符合相关的空气质量的标准，如控制船用双燃料柴油机工作温度、进排气气管清理、入口压力、改善排气、进气时间，保证其工作定量、准时;②为了保持柴油机气缸具备稳定的热状态，应及时检查压缩终点压力，检查冷却状态，检测活塞环的基本工作状况等;③保障喷油良好情况，如油品的及时检查与妥善处理，检测和改善喷油喷射设施，并确保燃烧室始终保持稳定的状态并定期检测与清理，检测气缸盖，及时清理冷却空间等。

2.3 使用智能型柴油机

和传统机械式控制的柴油机相对比，现阶段船用双燃料柴油机整体发展方向需要引用电子控制系统。电子控制技术包括多种优势，比如适应性强、控制功能好、精准度标准、调试简单等。此种柴油机与传统柴油机相比，控制系统节能性更强。当前，电子控制软件与相应的设施已广泛应用在船用双燃料柴油机中，是船用双燃料柴油机不可或缺的重要部分，全国乃至全世界现今的船用双燃料柴油机制造厂家在逐渐推出智能型柴油机。在未来几十年内，相信电子控制的智能柴油机会逐渐代替传统的船用双燃料柴油机，形成船用双燃料柴油机主导模式。和传统机械式船用双燃料柴油机对比来看，其具备多种优势，具体情况见如下：

①具备较强的运转适应性能。智能型柴油机燃油喷射系统适应性比较高。主要包含：第一，喷射压力的选择。优化柴油机性能基础上，科学选择柴油机喷射压力，减少燃油的消耗量。第二，精准控制燃油喷射量。智能柴油机在负荷变化过程喷油量随之变化、燃油分布的也比较均匀，这种柴油机工作性能更加稳定。第三，提升燃料适应性能。现代船舶应用不同燃料，尤其是为了减少预期成本而使用劣质燃料，智能型柴油机能够根据实际情况改变自身喷油定时和喷油规律，也能够在不同负载情况下保证使用性能的稳定，而且还能够保证工作过程几乎无可见的烟雾排放，降低对大气的污染。相对比来看，传统凸轮驱动的柴油机很难达到以上功能。另外，对于缸内喷射系统、控制系统、冷却系统，智能柴油机也具备较强的适应性。

②可靠性。智能型柴油机能够创新电子控制技术，实现船用双燃料柴油机的节能减排理念，新型柴油发动机寿命要长于凸轮驱动的传统柴油机，况且其保养周期也会延长，在使用发动机过程中，其故障率非常低，维护成本也较低。能够增加船舶动力装置的可靠性，减少船舶的营运成本。

③多样化的操作模式。和以往的柴油机相比较来看，新型柴油机在运行过程能够依托不同种类的运行方式选择操作方式，如低负荷运行、排放控制、经济航速等方式，实现船用双燃料柴油机发动装置的最佳运行状态。

④控制系统与状态检测的完善工作。智能柴油机状态检测装置与控制系统及其完整，主要包含柴油机喷油效率的改善、设备集成系统、故障检测系统的优化等等，此系统能够实时监测船用双燃料柴油机运行情况，在柴油机工作中能够实现各缸的负载均匀性，避免过载情况的产生，在故障出现前可以报警并启动相应程序。

从柴油机性能与燃油消耗整体来看，其效能优于以往燃油装置，从节能减排角度来看，新型智能柴油机是未来发展的必然趋势。

2.4 利用动力装置的余热

船用双燃料柴油机动力装置组成中，其排气与冷却腔内的冷却水的热量都能够进一步利用。充分利用柴油机余热，可以大大提升整体效能。有效利用柴油机余热，在多个方面都有体现，具体方式如下：

将排气余热有效转化为柴油机加热系统。利用传统柴油机废气加热，常见的方法是使用废气锅炉产生的蒸汽，通过蒸汽满足船舶多个系统的加热与生活区的保温。动力不高的船舶，其柴油機废气余热热量不高，回收量有限，余热利用率并不高。近些年，大型船用双燃料柴油机的应用越来越广泛，其使用效率也普遍提升，利用主柴油机排气的余热进行发电是一种资源利用的有效路径，这种方法同时提升了电力的利用率。在近些年的烟管式废气锅炉与循环废气锅炉都在广泛应用中。

2.5 使用新型替代清洁燃料、能量综合应用技术

当前较为成熟的新型替代清洁燃料的船舶发动机主要有气体燃料发动装置、双燃料发动装置以及生物燃料发电装置。但是现阶段使用的新型能源类型较少，未来可以尝试太阳能、风能等再生能源的技术，即使不能以船舶动力燃料应用，也可以尝试以补充能源应用，最终实现节能减排的目标。

现阶段，船用双燃料柴油机无法规避一个问题就是较低的能源利用率，柴油机燃烧过程中产生的热量仅有一半左右用于做功，其余的热量大都随着废气与冷却水流失，不仅降低能源利用率，还可能导致环境恶化。因此应该进一步提高能量综合利用技术的研究与开发。

3  结束语

综上所述，随着时代的不断变化和革新，生态保护方面成为了当下急需解决的问题之一，各行业需要在生态保护的前提背景下，对生产、运输等所需要的设备进行进一步的改善，唯有如此，才能够实现真正的可持续发展。总而言之，未来运输业主要节能主题仍是船舶运输，作为船用双燃料柴油机这一主要动力来源，其发展过程应与运输业同步。随着国际上日益严格规定节能法、排放法，柴油资源的稀缺，船用双燃料柴油机仍然需要不断研发新技术，不断提升新能源利用程度，最终实现节能减排的总体目标。

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作者简介：张占勇（1973-），男，河南洛阳人，讲师，轮机长，本科，研究方向为轮机工程技术。