当今排放限制变得更加严格。许多制造商已经推出了船用气体发动机。船用气体发动机的天然气运行与燃油运行相比具有较低的NOX，CO2排放更低，效率也更高。上海船用柴油机研究所开始研制船用燃气发动机M23G从2014年开始发展。M23G是在中速四冲程柴油机CS21基础上开发的，该柴油机2017年已投入拖轮上应用。M23G发动机是稀薄燃烧、带预燃室的火花塞点燃的气体发动机。其缸径230毫米，冲程320毫米，单缸额定功率200kW，额定转速为1000rpm，热效率高，NOX排放低。空燃比控制是由废气旁通阀和每缸安装的节气门来实现的。为实现良好的瞬态响应，采用了小涡轮来满足空气要求，采用了废气旁通阀来调节高负荷时的增压压力。燃气喷射阀安装在每缸的进气口，这种多点喷射的方式增强了对各缸燃气喷射和燃烧的控制能力。预燃室和火花塞点火提供稳定的高点火能量。本质安全型设计如双壁管等降低了对船舶机舱的要求在气体检测、通风等方面，降低了机舱的制造成本。 本文介绍了M23G气体发动机的最新发展概况，发动机性能和工作范围。燃烧相关零件设计,本文还将介绍空燃比控制和发动机安全系统设计、及气体发动机的试验结果。

注：版权归CIMAC所有 对于内燃机来说，气体燃料在从液体燃料向CO2中性可再生燃料过渡的过程中起着重要的作用。通过合理的手段可以减少排放，且天然气易于获取。此外，将天然气与液体燃料（如船用柴油）结合使用的灵活性使其更具吸引力。因气体发动机具有能快速启动、效率高、稳定的特点使其可以作为风力发电的补充，从而稳定电网。 随着发动机效率的不断提高， PFP（超过200bar和超过20MPa的BMEP）也相应不断提高，导致发动机一些零件面临挑战，尤其是轴承。 应用于气体机的燃料配方较单一，一般采用低SAPS配方，这将减少燃烧室中燃烧产物的沉淀，这些沉淀是燃烧过程不稳定的原因之一。 充分的氧化稳定性和酸的缓冲能力是此类油的一个挑战。 在这样的发动机中，在最初的3000个工作小时内，我们发现氧化值迅速增加，TBN显著下降。低特定的成分比例和换油时间延长（只是补充消耗的换油，而不是更换滑油）均加速了油的快速老化效应。与高轴承负荷相结合（峰值油膜压力），导致铅镀层的穴蚀，进而显著降低使用寿命。 本文通过化学分析、光学显微镜和扫描电镜的方法对100台柴油机轴承进行调查研究，确定了轴承穴蚀的机理，在试验平台上进行新旧油轴瓦穴蚀状态，来支撑这一机理。最后，推导出一个分析公式来预测特定发动机应用和运行状态下的轴瓦穴蚀风险。 理解这些现象并能够预测风险对客户来说非常重要。然而，更重要的是提出补救措施，以克服这些缺点。为此，对关键部位的轴承材料配方进行了调整，并对涂层进行了修改。与此同时，通过在客户机器上进行运行测试，证实了上述补救措施的有效性。

注：版权归CIMAC所有 柴油机曲轴轴瓦的装配，需凭借适当的过盈量产生必要的装配应力，来保证轴瓦与座孔紧密贴合，以传递轴承负荷和摩擦产生的热量。如贴合情况不好，就会使瓦背与座孔表面高频微幅错动，产生“微动磨损”。这有可能会由于散热不良而导致油温升高、最小油膜厚度减小、最大油膜压力增加，甚至因热膨胀而使润滑间隙完全消失，导致轴瓦粘咬而早期失效；严重时会出现裂纹甚至钢背断裂，导致柴油机发生严重故障。 某V型柴油机连杆轴瓦在试验早期拆检过程中，发现上瓦瓦背瓦口边缘存在因微动磨损导致的材料转移现象。针对该故障主要从轴承座孔圆度及圆柱度差、轴瓦半径周长过盈量不足、座孔与瓦背相容性差或热膨涨差别过大、轴承座孔连接螺柱预紧力不足等方面进行了分析排查，认为造成本次微动磨损的主要原因是轴瓦半径周长过盈量不足。三维有限元计算结果表明增加高出度微动磨损情况会得到改善，但高出度需在满足装配应力和轴瓦刚度的合理范围内确定，通过三维有限元软件模拟轴瓦真实受力状态，通过改变轴瓦材料、高出度、螺栓预紧力等不同变量参数，得到轴瓦高出度的合理范围。针对不同钢背材料、不同高出度、不同螺柱预紧力设计了轴瓦试验验证方案，结合计算结果，经单缸机匹配试验验证，最终确定了合适的钢背材料及高出度，成功解决了微动磨损问题。

注：版权归CIMAC所有 连杆作为发动机关键传动部件，承受着较大的重量和变载荷的影响。随着发动机向高爆压、高功率密度方向发展，连杆部件更容易出现疲劳失效。通常表明,轴瓦与连杆油道之间的接触区域及连杆大端的过渡区域是容易产生裂纹的起点。本文对低速机连杆这两个关键区域的疲劳特性进行了分析。首先，为了得到减小轴瓦应力的优化方法，采用有限元的方法设计分析了轴瓦的应力值与粗糙度之间的关系，得到了表面摩擦系数与轴瓦应力的线性关系。因此，在连杆总成的设计中，可以适当地增加接触面的粗糙度以减小轴瓦的应力值，而不损害油膜。轴瓦磨损引起的疲劳损伤的可能性很大程度得到了降低。其次，探讨了一种低速柴油机连杆的应力强度及疲劳安全系数的普遍规律，对不同载荷下连杆组件进行了仿真。根据试验数据，对传统安全系数公式进行修正，拟合出适用油槽边、小端过渡区、大端过渡区安全系数计算公式，并将其作为安全系数的校核规则。为连杆结构的优化设计提供了一种快捷方便的疲劳检测方法。最后为了验证有限元模拟方法的适用性，对实际尺寸的连杆试验件进行了强度试验验证，仿真结果与实验结果吻合较好。低速发动机连杆的经验公式对安全系数有较好的预测。

注：版权归CIMAC所有 轴颈轴承是将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动而设计的。它们必须足够坚固，在其承受的载荷作用下不出现疲劳破坏。在发动机720度的燃烧循环中，在不同的润滑条件下能抵抗磨损，同时又不能太硬，以适应装配和操作过程中同轴度误差的影响，并具有良好的嵌入性能，而不划伤轴颈。 目前中高速柴油机发展趋势要求发动机零部件具有要求更高的环境适应性。随着涡轮增压技术的广泛使用和柴油机转速的提高，以及为降低NOx排放的需求，要求燃油效率不断提高，均导致柴油机运行负荷超过目前许多正在使用的轴瓦材料性能极限。 为了满足发动机的要求，现代轴颈轴承一般由合金层复合在钢背上的形式，合金层由铜基或铝基合金形成的。合金层作用是为了提供高承载性、减小摩擦，能够承受轴承在使用过程中承受的载荷。在金层的顶部沉积一层软覆盖层，以提高其嵌入性和一致性。然而在发动机运行过程中由于疲劳、磨损、腐蚀和气蚀或这些因素的联合作用下，覆盖层可能会消失，导致合金部分或完全暴露于轴颈上。因此，在许多情况下，表面覆盖层的寿命在许多情况下可能直接决定了轴瓦的寿命。 为了满足行业的需求，日本大同公司最近开发了一种用于中高速柴油机应用的新型锡基覆盖涂层体系结构。所述轴承覆盖层包括优化的多层涂层结构，该结构可在较高的使用负荷下延长轴承寿命，并增强摩擦学性能，以提高燃油效率和减少排放。 随后对锡基多层覆盖层结构进行了3个层次的试验，验证了其在各种条件下的性能： 1) 发动机台架试验，包括疲劳、磨损、整合性和可嵌入性试验，以确定轴承关键性能； 2) 单缸发动机耐久性和鲁棒性试验，验证轴承在使用中的性能； 3) 摩擦学试验，观察摩擦行为； 结果表明，在不影响系统的兼容性和可嵌入性情况下，该复合镀锡层的疲劳强度和耐磨性较单一镀锡层有显著提高。结果还证明，多层过氧化物涂层具有较好的摩擦学性能，有助于实现提高燃油效率和降低排放的环境和经济目标。 此外，在开发过程中还观察到一个独特的现象，即多层覆盖层是一种自适应的涂层系统，它可以从分层结构过渡到良好的复合材料结构，从而在发动机运行期间提供更强的保护。

注：版权归CIMAC所有 柴油机连杆的大端通常采用斜切口结构，因为它适合于柴油机的维修和小型化。我们现在正在进行开发测试，以生产下一代基于这种结构连杆的高输出发动机。但在高输出功率发动机试验过程中，发现在连杆螺栓根部产生应力集中进而引起疲劳断裂。然而，我们注意到，在造成损伤之前，载荷循环已经超过1000万次，而且内部螺纹设计确保了足够的疲劳安全系数来抵御这种外力。鉴于此，我们的结论是，在初始操作阶段，疲劳强度的设计没有问题。我们认为，发动机长期运行后，存在一些诱发疲劳断裂的因素。通过显微镜观察发现，损伤区附近的螺纹面已经磨损到改变螺纹根部应力分布的程度。这是导致发动机长期运行后疲劳断裂的主要因素。为了阐明磨损时上述连杆螺栓周围的应力变化情况，我们进行了数值分析。结果发现，对于斜切口连杆在施加气缸压力时，裂纹起始点附近内螺纹啮合区域的滑移量最大，且该区域容易产生高压。因此,当施加气缸压力时，摩擦损失能量最大，磨损过程在这段时间内进展最快。同时用摩擦损失能量分布情况解释试样的磨损分布趋势。本文研究了斜切口连杆的内螺纹损伤过程，这种损伤机理对其他承受相似载荷和工况的发动机零部件的损伤评估具有一定的借鉴意义，可为下一代高输出发动机的研制提供参考。

版权归CIMAC所有 摘要:“防污公约”规定，在全球燃油总量为0.5%的情况下，限制燃料中硫含量的规定将于2020年1月1日生效。有强有力的证据表明,由于部件过度磨损,船舶运营商的发动机损坏频率显著增加,其中相当一部分损害已经归因于燃油质量差,特别是其中研磨材料质量差。 低硫燃料油通常比高硫燃料具有更高的催化细粉（猫粉）含量，因为精炼最终产生于精炼过程中的低硫副产物，这些副产物与残余燃料混合在一起降低硫含量。 由于催化细粉非常硬，它们嵌入气缸套、活塞槽和环的较软金属表面。细粉对气缸衬管特别有害，因为它们的表面没有抛光或光滑。 为避免活塞环，气缸套和其他与燃油接触的移动发动机部件过度磨损，建议安装10微米过滤器，以尽量减少燃油中最危险的催化剂细粉数量并指出正确的分离效率。 改变的燃料组合物挑战燃料过滤器以提高性能以克服化学和颗粒物质。随着数千艘船舶使用传统的燃油处理系统，必须尽快提供改造升级以使这些系统适应变化。不言而喻，新设计将符合目的。

版权归CIMAC所有 摘要:自2020年1月1日起，国际海事组织为在指定排放控制区（ECA）以外作业的船舶设定了0.50％m/m（质量/质量）船用燃料硫限值，自2015年来，这一限额一直定为0.1%。这项措施将大大减少航运业排放的硫氧化物，并将带来重大的健康和环境效益。预计在新的全球上限实施后，大多数托运人将改用≤0.5%硫磺船用燃料。发动机制造商早就对低速二冲程船用柴油机在低硫燃油(例如<1.5%硫)上运行时的润滑提出了建议，其中通常建议使用≤60BN的汽缸油。最近,还发布了在使用符合ECA标准的燃油(例如馏分燃料)时润滑这些发动机的建议,并且由于±0.1%的燃油质量变化率高,这些建议的经验仍在提出。硫磺ECA燃料和引入更高效,但也要求更高的发动机设计。目前，发动机制造商建议40BN汽缸油适用于0.5％的硫含量。近二十年前，大多数商用40BN汽缸油已经开发出来。这些产品润滑双冲程柴油的经验是可以接受的,但通常仅限于间歇性和较少连续的使用残余燃料油,硫含量高于0.5%,通常在1%至1.5%之间(ECA,2005-2014年)。根据可用的原油来源，炼油厂配置和（区域）市场条件，2020年硫磺上限将导致无数≤0.5％的硫磺船用燃料成分由燃料搅拌机（贸易商）和炼油厂开发。在某些运行条件下（例如高发动机负荷），现代二冲程柴油机中某些“新”燃料质量的燃烧可能对气缸润滑剂的耐热应力，沉积物控制去污力和抗磨损性能提出新的要求。本文介绍了使用壳牌Alexia 40累计超过10,000小时的现场测试活动的结果，其中包括使用低硫船用燃料的几种发动机制造、年龄和操作概况，其特征范围从馏分到低硫残余燃料油，包括混合燃料在0.1％和0.5％m/m S水平。本文还总结了现代40BN气缸润滑油的开发过程，讨论了使用低硫和极低硫燃料运行的现代低速二冲程柴油机润滑的相关性能方面。这包括台式和实验室发动机测试的结果,这些结果有助于区分润滑油候选项,以确保在现场全尺寸发动机中测试的鲁棒性和准备性。

版权归CIMAC所有 摘要：无处不在的预测维护模型的开发和物联网的应用一直在推动各种工程领域的智能解决方案。然而,机械过滤系统作为润滑或燃烧单元的组成部分,由于多个上游和下游部件的敏感特性,表现出不确定的性能。流量/流体变量、环境温度、进给系统和其他仪器的操作和校准对过滤器性能有一定的影响,但难以量化。另一方面，不可预测的污染特征包括颗粒大小和形状、固体的比重和浓度、杂质的化学组成，以及不同的分子间和粘合力对过滤的影响很大。液压和燃料过滤器的预防性维护的传统做法纯粹是基于时间的，如果过滤器元件仍然处于良好状态，则会导致额外的维护成本，并且如果元件在其规定的寿命之前被堵塞或损坏，则会导致意外的操作停机。此外,对燃料燃烧排放的严格规定和船舶工业中现实认证流程要求更高效的过滤做法。因此，基于流量和过滤器的实际情况，非常需要过滤单元的预测性维护。这种智能过滤通过动态维护计划提供了中断操作的解决方案,并通过早期故障检测、风险评估为操作安全提供了解决方案,最终带来较低的成本。在开发支持物联网的过滤解决方案的第一阶段，进行了实验室调查，以检查油流速，温度和污染负荷对过滤介质压降的影响。5μm额定商用滤清器采用玻璃纤维制造元件,有效表面积为0.154 m2用于过滤VG32液压油。向滤液中提供ISO介质测试粉尘的污染物，其中4种重量水平为2、5、8和10mg/L的油。对于不同的油粘度，测试在40和120L/min的流速下进行，对应30、40、50和60℃的温度。然后，使用从不同操作条件获得的压降趋势来建立油条件参数和流量变量之间的相关性。在项目的下一阶段，将开发一个自适应学习模块来预测压降趋势，从而估算过滤元件的寿命。

版权归CIMAC所有 摘要：众所周知,发动机润滑油有助于提高内燃机的燃油效率，但如何以足够精确的精度来衡量这些影响，以确保人们的信心，一直具有挑战性。本文将介绍通过经验获得的提高铁路服务燃油经济性测量精度的程序变化。 本文对2种不同粘度曲线的油品进行了扩展现场试验，分别在10个线路运输装置中进行了比较。结果发现这些油具有超过1％的统计学上不同的燃料消耗量和超过10％的统计上不同的特定油耗。2种结果都非常适合经典的流体动力润滑理论。 磨损金属含量显示出一些差异，经典边界润滑理论很好地解释了这一点。 氧化及其后果：酸数增加、铅腐蚀、基数减少等表现出意想不到的差异,这在事后看来是很明显的,通过检查如何选择油成分(基础油和粘度修饰剂)来实现不同的粘度曲线。