当代船用柴油机

       二战结束后，船用柴油机价格经历了新一轮的发展，性能不断提高。从上世纪40年代--70年代，大功率低速船用柴油机继续向大缸径、大功率方向发展，同时进一步提高进气压力和气缸工作压力，加大气缸排气量。在柴油机结构上广泛使用了焊接结构，降低结构重量，普及涡轮增压，使用劣质燃油，提高经济性，这些都使柴油机技术有了飞跃发展。在缸径方面，1956年只有740--760毫米，单缸功率只有1200-1400马力；1960年达到840--900毫米，单缸功率达2100-2300马力；1965年缸径达930毫米，单缸功率2750马力，1970年，缸径超过1米（达1060毫米），单缸功率超过4000马力，1977年达到4600马力。船用柴油机进入了黄金年代，在民船上完全取代了蒸汽动力。

       1970年代以后，爆发了两次石油危机，原油价格急剧上涨，运输成本不断提高，对燃油经济性的要求日显突出，柴油机主要以提高单机功率、降低比重量以及提高可靠性和经济性为主要改进方向。

1980年后，世界柴油机市场向巨头集中。1980年，德国曼公司收购丹麦B&W公司，1997年芬兰瓦锡兰公司与瑞士苏尔寿公司合并，实现了强强联合。各大柴油机公司经过了一轮新的整合，优胜劣汰之后，技术水平不断提高，机型有所减少。在技术方面，除继续增大单缸功率外，电子控制技术也在柴油机上得到广泛应用，燃油喷射、排气阀驱动、增压、气缸润滑等都可由全电子驱动，柴油机的电子化、信息化和智能水平不断提高，热效率进一步提高，并不断满足更高的排放标准要求。

       低速船用柴油机的特点是转速低（低于350转/分）、缸径大、冲程长、输出功率大，多用于1万马力以上的柴油机。低速柴油机结构上一般采用直列气缸、二冲程、多缸并联、十字头结构，具有大气缸，长行程，高压缩等特点。现代低速柴油机的平均工作压力可达1.90-1.95兆帕，油耗为170克/千瓦小时以下，效率更高可达55%，压缩/缸径比大可达4.2。低速机一般可直接驱动大直径螺旋桨，能实现反转，省去了齿轮减速箱等传动要求，降低了成本，加之可以使用低质燃料油，运营成本远低于其它种类发动机。在大型商船上，低速柴油机装量占统治地位。目前几乎世界上所有的大型商船都使用柴油机驱动。

       根据预测，近几年世界低速船用柴油机市场每年有4250万马力的需求。MAN B&W的MC系列和瓦锡兰的Sulzer RTA系列两大机型在低速船用柴油机方面占据垄断地位，其中MC系列占有率在80%以上，RTA系列10%左右，而其它厂商很少。两大公司多采用生产方式，提供技术和图纸，由柴油机公司或船厂进行生产，包括我国在内的众多生产厂都需要向两大公司缴纳高昂的费用。

       曼公司在1980年收购B&W公司后，将低速船用柴油机的研发工作从德国的奥克斯堡全部搬到丹麦哥本哈根，开始研发MC系列柴油机。MAN B&W于1982年生产出第一台L35MC样机，1983年9月开始测试。MAN公司看准了船用柴油机的发展势头，陆续形成了缸径260毫米，420毫米，460毫米和980毫米等不同等级MC系列，冲程-缸径比达到2.44-4.2:1，汽缸数量从4缸-14缸，大单缸功率6000千瓦（8000马力以上）。MC系列柴油机可满足各类大型船舶推进的要求。MAN B&W公司的柴油机型号如6K80MC-C、6S70MC，其中的字母和数字的含义为：前面的数字表示的是柴油机的气缸数，如“6”表示此柴油机共有6个气缸；气缸数后面的S,L,K表示的是冲程与缸径的比值。S表示超长冲程，L表示长冲程， K表示一般冲程；S、L、K后面的数值80，70表示柴油机的缸径为80，70厘米；M表示的是柴油机的系列号；M后面的C表示柴油机是机械控制式的，E表示柴油机是电子控制式的；“－”后面的C表示的是整装式柴油机。

       14K98ME-C为该公司的龙头产品，输出功率84280千瓦（11.5万马力），是世界上已知输出功率较大的船用低速柴油机，但未见其装船的报道。2010年后，MAN B&W更名为曼·丹麦公司，完成了去B&W化的工作。

       芬兰瓦锡兰公司从1938年起开始生产柴油机，是世界上著名的中速船用柴油机生产厂商。瓦锡兰收购瑞士苏尔寿公司后，在低速船用柴油机领域也取得了成果，该公司柴油机也有自己的命名规则，以7RT-flex84为例：7是缸数；RT是船用柴油机；flex是电控共轨系列机；84是气缸直径，单位为厘米。

       从上世纪60年代到今天，集装箱船载箱量更以惊人的速度增加。集装箱船装卸速度高，停港时间短，大多采用高航速，对主机的要求很高。目前世界上在用功率较大的船用柴油机由瓦锡兰公司制造，为14RT-flex96C型低速船用柴油机，已用于丹麦马士基公司的“艾玛·马士基”号集装箱船（同型船共8艘）。该级船也是迄今为止最大的集装船，于2006年在丹麦的欧登塞船厂建造，总吨位为170974吨，长397米，宽56米，吃水15.5米，型深30米，可载14770个20英尺标准集装箱。

       14RT-flex96C船用柴油机代表了当今低速船用柴油机的水平，这是世界上首台14缸柴油机，采用了完善的 RT-flex共轨技术，通过增大行程/缸径比，提高了推进效率；通过采用新材料降低了结构应力，具有良好的可靠性、安全性和耐久性，且具有比同类机型维护更方便等优点。该机持续输出大功率80080 千瓦（109000马力），转速102转/分，汽缸容积2.5立方米，缸径960毫米，冲程2.5米，汽缸速度8.5米/秒，燃油消耗为160克/千瓦小时。该机长27.3米，高13.5米，重达2300吨，仅曲轴就重达300吨。依靠柴油机提供的强大动力推动1具9.6米直径的6叶螺旋桨，船速可达25.5节。

       2011年2月，马士基又一口气向韩国大宇订购了10艘更为大型的集装箱船，可载1.8万个标准箱，计划将用2台MAN柴油机（总功率8万千瓦），航速也降低为23节，但更为经济，预计2014年交船。

随着国际油价格的高起，原油价格突破100美元/桶，又由于受到国际金融危机的影响，国际航运和造船业近几年处于调整状态。增强输出功率已经不是低速沙泵柴油机的首要目标，更环保、更高效已经成为低速机研发的方向。

柴油机厂商正在研究多燃料发动机，使用液化天然气LNG作为燃料的柴油机在排放指标上明显优于普通柴油机。LNG船是多燃料柴油机的主要应用对象，LNG船用在运输过程中微量蒸发的天然气作燃料，过去一直采用蒸汽轮机作为动力。目前多燃料柴油机已经逐步在LNG船上使用，从而攻占蒸汽轮机在民船领域的堡垒。卡塔尔石油公司拥有的国内外较大265000m3Q-Max级LNG船（长度345米，宽34.7米）已经采用2台MAN 7S70ME-C柴油机驱动，总功率达5.9万马力，该级船已经完成14艘。

       LNG大规模应用于其它类型船舶还需要走很长的路，一是要解决续航力的问题，而现在一般只有20多天；二是LNG燃料补给不方便，港口尚未建立起配套体系；三是LNG存储设备的成本较高，系统复杂，安装困难；这些因素都从较大程度上限制了LNG作为船用燃料的应用。