原文地址如下：MAN Double-Acting Diesel Marine Engines | Old Machine Press
https://oldmachinepress.com/2017/12/20/man-double-acting-diesel-marine-engines/

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插个眼等更新

德国战争海军在大型军舰上使用二冲程柴油发动机作为动力，运转过程可参考
【【中配】船舶发动机如何工作 - 二冲程船用柴油机 - 3D Living Studio】 https://www.bilibili.com/video/BV1JPqHBUEhr/share_source=copy_web&vd_source=28df6a21a3dc84d904afaec428353dd5
对于活塞发动机而言，其功率=扭矩X转速，扭矩可以认为是一次做功的能力，而转速是做工的频率
想要提高功率，无非是从上述两个因子努力。单次做功的能力，与气缸总排量有关，排量越大、进气越多、喷油量越大，自然一次做功的输出也就越高。而拉高转速，就是增加做功的频率，自然也能提高功率
但是这里存在一个互相矛盾的地方，单个气缸的排量=缸径²X冲程，采取直接增加单缸排量的方法，会导致冲程增加，而活塞运行的速度，即活塞线速度却不能随意增加。因此增大冲程，受活塞线速度限制，会导致转速降低。因此直接增加单缸排量，功率不与排量保持线性，增长速度慢于排量的增加。同时，发动机的重量，却可以视为与排量成正比。这种增长速度将会导致一个结果——排量越高、总功率越高、功重比却越来越差
想要解决这种矛盾，一个行之有效的方式是保持总排量不变而增加缸数——单个气缸的排量减小，则冲程缩短、转速随之增大，可以在相同排量下输出更大功率。当然气缸数量的增加会拉长发动，不过这可以通过将直列式改成更为紧凑的V型克服，当然还有W型与X型这样更加极端的设计
增加功率、提高功重比的另外一种或方法，即增增加单次循环的进气量、喷油量——进气增压，正是这种技术，实现了现代内燃机升功率的进一步增长
德国战争海军大型柴油机的发展历程，走完了上述所有方法，可以清晰见到，不同方式的效果

德国战争海军使用二冲程柴油机，不过它有一个现在很难见到的设计：双作用（double-acting）
他的意思是将一个气缸分为上下两个燃烧室，活塞分为上下两面，均可以燃烧。在上燃烧室做功，活塞向下移动时，下燃烧室压缩，活塞向上移动时则相反
因此德国海军二冲程柴油机的实际排量略低于缸径²X冲程X2，少的的那一部分是由于连杆穿过下燃烧室占据了部分体积
该设计实际上导致了一个结果：在一定活塞线速度下在更大的排量上、实现了更高的做功频率，而且设计的很紧凑
典型的德国二冲程、双作用的单气缸如下：

上部红色框是上部燃烧室，处于压缩状态；下部红色框是下部燃烧室、正处于做功的末端
蓝色是上下两个气门，负责进气，中间是绿色的排气管，从缸壁排气体、依靠活塞密封。二战时的设计中，取消了进气气门，改为与排气一样的侧面进气
典型的双作用活塞，可见上下两面都有燃烧室结构：

德意志级装甲舰
德意志级装甲舰是二战前真正服役的大型柴油动力军舰，使用8机2轴驱动，柴油机为直列9缸二冲程、双作用式M9Z 42/58型。气缸缸径为16.5英寸（420毫米），行程为22.8英寸（580毫米），排量为84,359立方英寸（1,382升）。每台发动机在450转/分钟时输出7,100马力（5,294千瓦），重量约100公吨。八台发动机合计输出功率为56,800马力（42,356千瓦）

简单计算可知：单台发动机功重比：7100马力/100吨=71马力/吨。8台合计800吨，而德意志级动力系统总重1648吨，柴油机重量占50%上下，动力系统总和功重比34.5马力/吨，在二战时算是比较低。希佩尔的动力系统大约比其重50%，但是功率超过130000马力

加油楼主，技术贴虽然枯燥，但是可以了解很多知识

H级战列舰
尽管建造时间比德意志级晚了数年，H级战列舰的动力系统相较于德意志级几乎没有质的改变，依旧4机1轴、依旧直列9缸，只是因为总功率大增而增加了1轴

H级通过简单粗暴的增加单缸排量的方式来提高单台发动机功率。这台9缸发动机缸径为25.6英寸（650毫米），行程为37.4英寸（950毫米），总排量约为330,945立方英寸（5,423升）。正如此前介绍的，由于冲程大增，转速大幅下降。连续输出功率为12,500马力（9,321千瓦），转速256转/分钟，紧急输出功率为13,750马力（10,253千瓦），转速265转/分钟。M9Z 65/95 重量约为225公吨

可以很明显的看出简单增加单缸排量的恶果：H级单台发动机重量是德意志级2倍以上，单台功率却不及德意志单台台功率的2倍，功重比恶化至13750马力/225吨=61马力/吨。发动机总重达到了2700吨，动力系统总重4906吨，占比达到了55%，总体输出165000马力，功重比165000马力/4906吨=33.6马力/吨，同样不及德意志级
可见，单纯增加单缸排量来提高功率的方式在H级上走到了尽头，想要提高功重比、高效提高功率，唯有打破路径依赖、另辟蹊径

优秀

通过一组简单的计算我们就能知道，O级的提升究竟意味着什么
O级单台15600马力的功率可能是过载状态，我们不妨以俾斯麦150000马力过载输出计算一下用O级的思路设计俾斯麦能实现什么效果
按德国习惯，4机1轴、3轴12台发动机，实现150000马力是符合预期的。单台发动机为12500马力，比O级更小。按此前介绍，对柴油机来说，缸数相同时，更小的单台功率意味着更大的功重比
我们预期，24缸二冲程、双作用V型柴油发动机实现12500马力，应该是395mm的缸径、520mm的冲程、500转/分的转速。我们假设发动机重量正比于排量，则其重量为136.5*(395²X520)/(440²X580)=98.5吨。我们假设除开发动机之外的其余部分的重量与功率成正比
则O级设计柴油动力俾斯麦的动力系统重量为：98.5*12+(2660-136.5*8)*150000/120000=3142吨，相较于初始状态的俾斯麦，大约重了300-400吨，相较于油耗优势来说，这个代价并不大
H级可以以9700吨燃料在63596吨的排水量下以19节航速行驶20250海里，而俾斯麦只能以6200吨燃料在52000吨左右以19节航速行驶8800海里。假设二者海军部系数一致，以柴油机的效率，俾斯麦将可以以6200吨燃料行驶(63596^2/3)/(52000^2/3)X6200/9700X20250=19360海里！哪怕降低几百吨的燃料以保证满载排水量不变，俾斯麦的航程依旧可以大幅增加

Z级驱逐舰 1942型 Z51
O级并不是德国战争海军大型柴油机的终点，在一级尚未完成建造的驱逐舰上，是二战船舶柴油动力的绝唱
Z51计划搭载6台柴油机，以独特的3轴输出动力（4台连接1轴，另2台分别驱动1轴）。V12Z 32/44 的缸径为12.6英寸（320毫米），行程为17.3英寸（440毫米）。该发动机排量约为99,066立方英寸（1,623升），在600转/分时输出10,000马力（7,457千瓦），V12Z 32/44重50.8公吨

看上去不过是由于驱逐舰总马力较小，得以使用较小的排量，进而提高了功重比
不过V12Z 32/44的有一版本计划上马提高功重比最有效的技术——进气增压，利用废弃涡轮驱动压气机提高进气压力，进而大幅提高动力。V12Z 32/44涡轮增压版本重60公吨，可以输出16000马力，这已经超过了O级的单台功率
它的功重比无疑又是一次飞跃：16000马力/60吨=266马力/吨，2倍于O级，4倍于H级
可惜的是战争形式已不允许Z51驱逐舰下水，在1945年3月21日盟军攻击中几乎完工时被击沉。资料显示，V12Z 32/44发动机共制造了四台或六台

其中一台发动机被保存下来，现陈列于辛斯海姆的汽车与技术博物馆

这里我们可以继续脑洞，用上涡轮增压的提升究竟意味着什
按之前的设定，4机1轴、3轴12台发动机，实现150000马力是符合预期的。单台发动机为12500马力，比Z51涡轮增压版本功率更小。按此前介绍，对柴油机来说，缸数相同时，更小的单台功率意味着更大的功重比
我们预期，24缸二冲程、双作用、涡轮增压V型柴油发动机实现12500马力，应该是285mm的缸径、390mm的冲程、675转/分的转速。我们假设发动机重量正比于排量，则其重量为60*(285²X390)/(320²X400)=46.5吨。我们假设除开发动机之外的其余部分的重量与功率成正比
则O级设计柴油动力俾斯麦的动力系统重量为：46.5*12+(2660-136.5*8)*150000/120000=2518吨，相较于初始状态的俾斯麦，甚至轻了200-300吨，功重比甚至能与黎塞留一较高，而油耗的优势，必然也是存在的

牢德钟爱三轴，一轴柴油机巡航，两轴蒸汽轮机加速，功率分配合理。主流的四轴就没法分配了，巡航用不上两轴柴油机。

吞楼是真的无语