船外机结构详解

船外机，顾名思义是指安装在船体（船舷）外侧的推进用发动机，通常悬挂于艉板的外侧，又称舷外机。船外机集成度高、安装选购简单，是个人休闲娱乐小艇的首选动力，也广泛应用于渔业、商业运营、政府执法领域。根据能量来源不同，船外机分为燃油类、及电动船外机。

基本信息

中文名

船外机

外文名

Marine Equipment

分类

船用设备

船外机分类

根据能量来源不同，船外机分为燃油类船外机、电动船外机两种。

燃油类船外机

原理

燃油类船外机的工作原理是将燃油的化学能通过内燃机转化为机械能，然后通过机械传动、螺旋桨转换为船艇前进的动能。

构造

通常由三大主要部件组成，动力头、齿轮箱、及推进器。

1，动力头是船外机的动力心脏，实际上就是一个完整的内燃机。传统的内燃机为曲轴水平布置并水平方向输出动力，船外机的内燃机曲轴为竖直布置，以方便将动力向下方输出。除了曲轴、活塞、连杆、缸套、缸盖、缸体，一个动力头还包括完整的配气机构（凸轮轴、顶杆、气阀等）、燃油系统、冷却系统、润滑系统、进气系统、以及其他部件等等。

动力头是整个船外机造价最高、技术含量最大、也是重量体积最大的部分。被“寄予厚望”的动力头在船外机的最上端，所以燃油类舷外机看起来都有头重脚轻的感觉

2，齿轮箱位于动力头的下方，负责将动力传递至推进器，并且提供一个减速比——因为内燃机的转速太高而扭矩较小，不适合船舶推进，所以需要齿轮箱来降转速、提扭矩。齿轮箱主要由传动轴、齿轮、及外壳组成，它的主要性能指标是传动效率、水阻系数、及可靠耐用性。这非常具有挑战性，为了提高传动效率、降低水阻，就必须“瘦身”，但会降低可靠耐用性；“用料厚实”会增加可靠性，但又会降低传动效率、增加水阻。所以，问题的关键是如何在两者中间找一个平衡。

3，推进器其实就是螺旋桨，这里面也大有讲究。螺旋桨最基本的指标是螺距，螺距的定义是假设没有滑脱的情况下，螺旋桨旋转一圈前进的距离；这个螺距和螺丝的螺距本质上是一样的，就是在往木头里拧螺丝的时候，拧动一圈，螺丝前进的距离。螺距大，螺旋桨需要的推力就大，每转动一圈前进的距离大（拧起来费力，但很快就全部拧进去了）；螺距小，需要的推力小，但每转动一圈前进的距离也短了（拧起来轻松，但多费时间）。

通常对于重载的船，我们希望船外机提供的扭矩大些，螺旋桨螺距大些，推进效率更高；对于很轻的小船，对扭矩的要求就没这么高，螺旋桨螺距小些，转速高些，推进效率更高。

分类

按燃油类型分，有汽油船外机、柴油船外机、液化石油气船外机、及煤油船外机。

1，汽油船外机：船外机的主流燃料为汽油，具有用途广泛、技术成熟、功率范围广等优势。从燃烧技术上讲，又分两冲程、四冲程、及两冲程直喷。两冲程加速性好（因为曲轴每转一圈就做功一次），但排放太差，在欧美早已不可以销售了；四冲程相对要环保一些，但两冲程人士不太适应它的加速能力（曲轴需转两圈才做功一次）；两冲直喷希望将两者的优点结合起来，是在两冲程的基础上实现汽油缸内直接喷射，而不是通过化油器和空气混合。主要的舷外机厂商如雅马哈(Yamaha)、水星(Mercury)等都有这三种技术能力，而美国的喜运来(Evinrude)更加专注在两冲直喷技术上。

2，柴油船外机：由于柴油机的技术特性，决定了柴油船外机不可能广泛应用。即使高压共轨技术大行其道，其压燃式的工作原理也注定了工作时振动及噪声会更大。对于安装在机舱内的舷内机不是问题，但对悬挂在艉板上的舷外机来说是致命的。柴油机通常扭矩较大，传递大扭矩也给齿轮箱带来更大的挑战。柴油舷外机的吸引力来自柴油，一是更安全（比汽油安全）；

二是对于安放在以柴油作为燃料的大船上的交通艇来说，无需另配（汽油）燃料箱。日本的洋马（Yanmar)公司是为数不多的柴油船外机生产商之一。

3，液化石油气船外机：它的诞生只有一个理由----环保。随着各个国家对环境保护重视程度日益提高，汽油/柴油船外机已无法满足很多地区或湖泊的环保要求，于是液化石油气船外机诞生了。实质上这是传统的汽油船外机稍作改装而来的，就像国内汽车改为液化气车一样。液化气船外机在美国占用相当大的份额，国内也早已开始使用，只是由于太容易挥发泄漏，笼罩于人们头顶的安全疑虑始终不能挥去。国内最常见的是由本田(Honda)汽油舷外机改装而来的。

4， 煤油船外机：在东南亚和南亚市场庞大，使用低品质的煤油作为燃料。优点：省钱；缺点：污染大。

优缺点

各种燃料的船外机优缺点以上已经有所涉及，这里只着重介绍汽油舷外机的优缺点。

优点：

1，安装方便，直接悬挂在艉板上，没有艉轴对中等等复杂环节。

2，不用机舱，节省船舱宝贵空间。

3，本身是一个完整的推进系统，简化了用户和船厂的选购和采购流程。

4，通常重量较轻，有利于提高船、特别是高速艇的航行性能。

缺点：

1，因为安装方式的限制，必须采取轻量化设计，减轻重量的同时大大降低了舷外机的可靠性和寿命。通常商业用途的舷外机寿命在2-5年。

2，能量利用率低，燃油经济性较差，使用成本高。

3，结构复杂，运动部件多，后期需要大量的保养，故障率高。

4，储藏运输不方便，汽油泄漏不可避免，不但带来安全问题，同时污染周围环境。国内很多地区海事局已经禁止超过12客位的船只使用汽油舷外机作为动力。

电动船外机

随着直流无刷电机技术的成熟及电池技术的进步，电动船外机也进入了人们的选择范围。

工作原理

电动舷外机以可以循环使用的蓄电池作为能量源，通过电动机将电能转换为动能。

构造

电动舷外机的核心部件是电机、蓄电池、以及控制电机转速的控制电路，其他就是外壳、连接体、悬挂装置、以及其他增值部件如GPS芯片、电池管理电路等等。

根据电机位置的不同，可分为电机下置式、电机上置式。

1，电机下置式，顾名思义是电机安放在船外机的下部，电机输出轴直接带动螺旋桨轴旋转。常用的电机为直流无刷电机，能量转化率高；转换后的动能直接传递给螺旋桨，能量损耗达到最低；中间连接体不涉及动力传递，外形设计完全从流体力学角度考虑，最大程度降低水阻系数，所以此结构能量利用率最高。电机转子及轴系是唯一的旋转部件，整台舷外机结构简单，故障率低，可靠性高。

但因为下部空间限制，电机尺寸不可能太大，所以此结构通常应用于较小马力的电动船外机上。如德国Torqeedo公司所有8马力以下的舷外机都采用此结构。

2，电机上置式，电机安放在船外机的顶端。电机动能输出通过齿轮箱中的传动轴传递到螺旋桨上。齿轮箱的结构和设计和传统的燃油船外机没有本质不同。这种设计的优点是上部电机受空间限制较小，体积可以相对较大，适合较大马力的舷外机。Torqeedo公司的20、40、80马力舷外机就是采用此设计。

另外根据蓄电池位置不同，分为内置式、外置式，通常较小马力对电池容量需求较小，可以做成电池内置式，这样用户使用更加方便；较大马力对电池容量需求较大，通常需要外置电池。

优缺点

优点：

1，绿色环保，零污染。这体现在两个层次。一是对环境无污染，对保护水资源和空气有积极意义；

二是对使用者个体来说，储藏、运输、使用都很干净，没有讨厌的汽油味、油污、及吸入废气。

2，安全。不管是汽油、液化气、还是柴油，都易燃易爆，非专业技术人员的普通用户操作时还是有些风险的。电动舷外机完全不用担心此类风险。

3，推进效率高。低转速、高扭矩的输出特性非常适合船舶推进。

4，使用成本低。日常充电的费用远远低于购买燃油的费用；结构简单，转动部件少，工作可靠，维护成本极低。

5，储藏、运输、使用方便。

缺点：

1，电池续航能力有限。续航能力较强的型号在经济航速下也只能达到2-3小时的续航能力，虽然个人休闲娱乐不是问题，但商业运营就必须通过增加电池组来满足续航要求。

2，功率范围较小。目前马力最大的量产电动舷外机是德国Torqeedo公司的80马力，和汽油舷外机雅马哈、水星等动辄300、350马力相比还是太小，限制了它在大型船只的推广应用。

3，首次购置成本较高。作为舷外机行业的高端产品，给用户提供优秀的使用体验的同时，因为成本的原因，价格也较高。

需要指出的是，常见的众多的拖弋马达（Trolling Motor），包括进口的国产的，并不是严格意义上的“船外机”。他们的功率较小，扭矩更小，推进效率低，只能作为辅助动力调整船的位置、方向，而无法作为推进动力快速、持续航行。