在潛艇的發(fā)展長河中，柴油機(jī)在常規(guī)潛艇動力領(lǐng)域一直都有舉足輕重的地位，哪怕是在20世紀(jì)80年代興起了裝備AIP系統(tǒng)（不依賴空氣推進(jìn)系統(tǒng)）的潛艇，柴油機(jī)仍是常規(guī)潛艇的主動力源。如果我們對柴油機(jī)再細(xì)究，我們會發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)按工作循環(huán)其實還可以分為二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)兩類。而現(xiàn)代常規(guī)潛艇大多采用四沖程的柴油機(jī)作為主機(jī)。這就給我們帶來了新的值得探討的問題：為何現(xiàn)代潛艇要選用四沖程的柴油機(jī)，而不是二沖程的呢？

潛艇機(jī)艙，兩臺柴油機(jī)作為主機(jī)

二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)的特點

柴油機(jī)的一個工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣五個過程。四沖程柴油機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)動兩圈完成一個工作循環(huán)，活塞經(jīng)歷四個沖程，分別對應(yīng)吸氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣。而二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)最大的區(qū)別就是，沒有了獨立的進(jìn)氣和排氣沖程，其進(jìn)氣和排氣過程被重疊在了下止點位置稱之為掃氣。這樣只要兩個沖程就可以完成一個工作循環(huán)。而兩個沖程就可以完成一個工作循環(huán)，也就意味著兩臺氣缸尺寸和轉(zhuǎn)速相同的二沖程和四沖程柴油機(jī)，二沖程柴油機(jī)的功率比四沖程柴油機(jī)的多一倍（實際為1.6~1.8倍）；反之在相同功率的情況下，二沖程柴油機(jī)的體積可以更小。此外，以掃氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)的進(jìn)排氣過程，二沖程柴油機(jī)的實際耗氣量會比四沖程的多50%~80%。

四沖程柴油機(jī)的四個沖程

直接傳動階段，二沖程柴油機(jī)的主流時代

在潛艇發(fā)展的初期（主要指二戰(zhàn)前），受限于電池技術(shù)，潛艇主要以水面活動為主，此時潛艇的水面航速大于水下航速，動力系統(tǒng)大多采用直接傳動。所謂的直接傳動是指潛艇的柴油機(jī)（主機(jī)）、電機(jī)（推進(jìn)電機(jī)）、尾軸及螺旋槳以機(jī)械方式直接連接在一起。在水面航行時，柴油機(jī)直接帶動螺旋槳工作；在水下航行時，由蓄電池組給推進(jìn)電機(jī)供電帶動螺旋槳工作。

一種潛艇的直接傳動形式

但因為螺旋槳的推進(jìn)效率和噪聲水平與轉(zhuǎn)速有關(guān)，一般認(rèn)為轉(zhuǎn)速低效率更高、噪聲更低，因此，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速會受到一定的限制。為了匹配螺旋槳低轉(zhuǎn)速的特性，適宜選擇轉(zhuǎn)速在450~600r/min的中速柴油機(jī)（注：在船舶領(lǐng)域300~1000r/min為中速柴油機(jī)）。而根據(jù)上述“二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)的特點”我們知道：在同缸徑、同轉(zhuǎn)速條件下，二沖程的柴油比四沖程的要多發(fā)出60%~80%的功率。因此，比重小、比功率大，更適宜于空間緊張的潛艇。也正因此，在此階段二沖程的中速柴油機(jī)是潛艇的主流機(jī)型。

螺旋槳轉(zhuǎn)速過高容易引起空化

為何現(xiàn)代常規(guī)潛艇的主機(jī)大多選用四沖程柴油機(jī)

電傳動帶給柴油機(jī)的新變革：

隨著潛艇動力系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展，各國常規(guī)潛艇開始逐漸采用電傳動方式（間接傳動）。所謂電傳動是指潛艇的推進(jìn)電機(jī)通過尾軸和螺旋槳以機(jī)械方式連接，柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)連接組成柴油發(fā)電機(jī)組，柴油發(fā)電機(jī)組與螺旋槳之間沒有機(jī)械連接。潛艇在水面、水下航行時均由推進(jìn)電機(jī)帶動螺旋槳工作。水上航行時由柴油發(fā)電機(jī)組向推進(jìn)電機(jī)供電；水下航行時由蓄電池組向推進(jìn)電機(jī)供電。由于柴油發(fā)電機(jī)組與螺旋槳之間沒有機(jī)械連接，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速也就不會受到限制。因此，柴油機(jī)可以通過提高轉(zhuǎn)速的方式來增大功率或減小體積。

一種潛艇的電傳動形式

增大功率帶來的問題：

隨著潛艇技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代潛艇的排水量越來越大，航速也越來越高，這促使?jié)撏е鳈C(jī)（柴油機(jī)）裝機(jī)功率越來越大。而現(xiàn)代的潛艇，在為電池充電時并不會浮出水面，而是在通氣管狀態(tài)開啟柴油機(jī)給電池充電。柴油機(jī)在通氣管狀態(tài)工作時，所需的空氣是通過露出水面的通氣口經(jīng)空氣管進(jìn)入機(jī)艙。功率增大后，柴油機(jī)所需的空氣量也越多。此時倘若運行的主機(jī)空氣消耗量過大的話，容易引起機(jī)艙真空度過高，排氣背壓過大的問題，嚴(yán)重的甚至引發(fā)事故。要改善這些問題，主要有兩個方向：一是增大通氣管的管徑，以提高進(jìn)氣量；二是選用空氣消耗量低的主機(jī)，以減少空氣的消耗。

某型潛艇的通氣管路徑（局部）

改進(jìn)方向決定了四沖程柴油機(jī)將成為主流機(jī)型：

增大通氣管直徑會造成潛艇上層建筑布置困難，因此很難實現(xiàn)；在改善上述問題只能寄希望于選用空氣消耗量低的主機(jī)。通過上述“二沖程柴油機(jī)和四沖程柴油機(jī)的特點”可知：二沖程柴油機(jī)的實際耗氣量會比四沖程的多50%~80%。顯然，這并不適合現(xiàn)代潛艇的需求。因此，耗氣量更少，且比重、比功率在合理范圍，具有廢氣渦輪增壓的四沖程中高速柴油機(jī)，逐漸成為現(xiàn)代潛艇的主流機(jī)型。（作者署名：小船人的夢想）