船舶柴油机发展趋势

【摘要】从船用柴油机的市场、产品、技术等方面介绍了柴油机的现状及发展动向。论述当前国外气缸直径160 mm以上，单机功率大于1000 kW的大功率低速、中速、高速柴油机的总体技术水平、技术发展概况，特别是在提高可靠性、改善其低工况特性、降低其排放和智能柴油机等方面进行阐述，并预测今后的发展趋势。

0 引言

柴油机因其功率范围大、效率高、能耗低、使用维修方便而优于蒸汽机、燃气轮机等，在民用船舶和中小型舰艇推进装置中确立了主导地位。船用柴油机的整体结构及其零部件结构不断改进，特别是电子技术、自动控制技术在柴油机上的应用，使其各项技术指标不断创新，市场上已有一批性能好、油耗低、功率范围大、废气排放符合法定标准、可靠性高的产品。

柴油机相对汽油机的最大优点在于高压缩比。这使最大功率、热效率提高，油耗降低；发动机坚固、耐用，寿命变长。但柴油机缺点在于比功率低于汽油机，对空气利用率低，摩擦损失大。

1 低速柴油机

低速柴油机由于性能优良、可靠性好、使用维护方便、能燃用劣质燃油等优点，已成为大型油船、大型干散货船、大型集装箱船的主要动力。最新型低速柴油机在许多方面趋于一致。即结构方面，采用非冷却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器；性能方面，平均有效压力不断提高，增加活塞平均速度，改进零部件结构，增加强度，保

持原有的低燃油消耗水平，使单缸功率不断增大，使用寿命延长。电子液压控制系统取代传统的机械式的凸轮驱动机构，简化柴油机设计，降低成本，优化运行控制。近年来，其爆发压力从8 MPa上升到16 MPa，燃油消耗率从208g/(kw·h)降至155g/(kw·h)左右。

目前世界船用低速柴油机市场仍被MAN B&W、Wartsila-New Sulzer 和日本三菱重工三大公司垄断，以生产总功率来说，分别约占57％、33％和10％。

MAN B&W公司通过提高气缸平均有效压力和活塞平均速度来提高单缸功率。为使MC系列柴油机的NOx排放量降低，采用提高压缩比和可导致平稳燃烧的喷射系统等措施。

为了在减少NOx排放时不影响燃油消耗率，在设计时应考虑采用增加喷射压力、压缩比、燃烧压力、增压器效率等措施。MAN B&W 6L60MC 型柴油机是世界上第一台正式投入使用的“智能化”主机，其燃油喷射和排气阀控制均通过电子计算机完成，达到了低油耗、NOx低排放的目标。

Wartsila-New Sulzer公司通过重组后，在开发、设计和制造能力方面骤然大增。RTA系列低速柴油机为该公司20世纪80年代开发，至今近20年来该公司通过提高平均有效压力、增加活塞平均速度，探索达到更大功率的可能性。

通过增大行程／缸径比，探索提高推进效率的方法；通过提高最大燃烧压力和可变燃油正时、排气正时，挖掘柴油机热效率潜力；采用新材料，改进零部件的设计，随负荷控制气缸冷却水和气缸润滑油，以

求提高零部件的工作可靠性，增加柴油机的使用寿命；通过电子控制技术，达到柴油机运行的智能化。该公司研制的12RTA96C柴油机是目前世界上实际输出功率最大的柴油机。

随着世界造船重心转向日本和韩国，近年来日、韩两国的低速柴油机产量已超过世界产量的2／3，其中韩国低速柴油机年产量为735万kW，并呈进一步上升的趋势。从产品市场占有率来看，在以低速柴油机为推进动力的2000 t以上的船舶上，MAN B&W公司和Wartsila-New Sulzer公司的低速柴油机产品占世界份额的90％以上，缸径260～960 mm，功率1600～75 800 kW。日本三菱重工(UEC)的份额近10％，但主要装备在本国船舶上。

近年来，MAN B&W公司通过向日本、韩国、中国的柴油机生产厂转让生产许可证，得到迅速发展。2001年至2004年，该公司已生产的或已订货的低速柴油机已达到1080台，其中日本制造的占44％，韩国占43％，中国占13％。

2 中速柴油机

中速柴油机大多为四冲程，其体积小，重量轻，制动快，比低速机更适合船舶使用。大功率中速机主要用于客运班轮、作业船、滚装船等。近年来，中速机在开发大缸径、提高整机功率方面做了大量工作，并在燃用劣质燃油、降低油耗、提高零部件的可靠性、提高使用寿命及高增压等方面取得显著成效。世界上生产中速机的知名大公司有MAN B&W、Wartsila-New Sulzer、Mark、Pielstick以及日本大发等。最

新资料表明，其发展趋势为：不断开发新机型，拓宽功率范围，提高市场竞争力；调整燃油喷射、雾化过程，采用高压喷射的燃油系统；改进增压系统；改进排气阀的驱动方式，调节排气正时；增装空气中间冷却器，加强水冷却系统的冷却能力，降低零部件的热负荷，提高柴油机的性能，提高工作可靠性，增加零部件的使用寿命；使用电子技术，控制排气和燃油喷射、燃烧过程；采用新概念设计，减少整机的零部件等。

在各类内河航运船舶、近海航运船舶、工程船舶及舰船上，基本采用中速柴油机及中高速柴油机作为主动力。国外中速柴油机生产厂家有Wartsila-New Sulzer、Mark、MAN B&W、SEMT、Deutz、MWM、MTU、洋马、大发等公司。

3 高速柴油机

船用高速柴油机一直被MTU、Deutz、MWM、SACM、Pielstick、Ruston 和Paxman等几大公司占有，其产品均为v型、四冲程，缸数12～20、转速1200～1800 r／min、平均有效压力2．0～3．2 MPa、活塞速度10．5～13 rn／s、最大爆发压力15～18 MPa、燃油消耗率198～210 g／(kW·h)。目前，各制造商在材料选择、设计结构、优化系统、试验研究和加工制造等方面做了许多工作，并取得了显著进步，其发展趋势大致为：采用系列化设计，并通过变型满足多用途需要；不断开发新型的大功率高速柴油机，适应船舶市场的供需变化；严格整机的耐久试验，提高工作的可靠性；提高强化系数，提高柴油机使用的经济性；采用各种不同的喷射装置或喷射方式，完善燃烧过程，降低