前不久，有一位網友問我，為什麼大型船舶用的低速柴油機，是二沖程的？關于這個問題，我覺得應該先要了解一下，什麼是低速柴油機。在船舶柴油機專業書籍中，對低速柴油機的定義是：曲軸轉速小于等于每分鐘300轉的，為低速柴油機。但事實上，絕大部分的船用低速柴油機的轉速，僅在七八十轉到一百來轉之間。為什麼轉速會這麼低？這裡不得不提到一個概念。
船舶用的低速柴油機
船舶的螺旋槳有一個特性，就是直徑越大轉速越低效率越高，所以驅動螺旋槳需要大扭矩低轉速。對于中小型船舶來說，裝備中高速柴油機時，可以通過在輸出端增加一個減速齒輪箱，來降低轉速，增大扭矩。但是對于大型船舶來說，所需的主機功率很大，此時想要搭配減速齒輪箱，在技術上很難，成本也很高，傳動效率也較低。為此，為了簡化推進系統，提高傳動效率，大型船舶通常采用柴油機直接驅動螺旋槳的形式。這就需要柴油機的轉速和螺旋槳的工作轉速保持一緻。但是直接降低柴油機的轉速，将引發一個較為嚴重的問題。
船舶推進軸系
柴油機的功率，是指柴油機在單位時間内所做的功。而降低柴油機的轉速，意味着降低了柴油機在單位時間内做功的次數，柴油機的功率相應的也會降低，這顯然和船舶推進系統采用低速機的初衷是相違背的。想要保證柴油機在降低轉速的同時，功率不降低，最直接的方式就是增大缸徑和行程，來提高排量。但是這樣又帶來了一個新的問題，就是增大了缸徑和行程，将導緻柴油機的體積和重量變得龐大。像世界上最大的柴油機，長度27.3米，高13.5米，單機重量直接超過2300噸，這麼大的一個“大家夥”，将會占用船舶更多的寶貴空間和排水量。
最大的柴油機單機重量直接超過2300噸
為了保證低速柴油機體積和重量不至于過度增長，這裡則需要引入一個新的思路。柴油機可以分為二沖程和四沖程兩種，二沖程的柴油機每轉一圈做一次功，而四沖程的柴油機則是每轉兩圈做一次功，所以理論上二沖程柴油機在同排量、同轉速條件下，功率是四沖程柴油機的2倍，在考慮行程損失和掃氣損失也能達到約1.6~1.8倍。這樣，如果低速柴油機采用二沖程，雖然轉速較低，但是提高做功的次數，所以柴油機的體積和重量可以控制在一個較為合理的範圍内，這就是為什麼大型船舶用的低速柴油機是二沖程的原因。
大型船用二沖程柴油機内部結構
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作者：小船人的夢想 2022年9月27号
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