作者:陳慧 來源:中國水運雜誌 日期:2009年06月12日 點擊:1304
壹、引言
目前，我國造船業取得了較快發展，船舶出口已占造船總量的80％以上，船舶出口100多個國家和地區，成為世界排名前列的船舶出口大國。據中國船舶工業行業協會報告統計顯示，2008年上半年全國造船完工量為1024萬載重噸，手持船舶訂單19217萬載重噸；按英國克拉克松研究公司對世界造船總量的統計數據，我國造船完工量、承接新船訂單和手持船舶訂單分別占世界市場份額26％、39％和34％。我國的世界造船大國地位持續鞏固，但是我國的造船業大而不強，船用配套設備的發展嚴重滯後。其中，船舶柴油機是船舶關鍵配套設備之壹，是船舶的“心臟”，其在船舶建造總成本中占10～15%的比重。然而，我國建造的船舶所使用的柴油機主要是直接從國外購買原裝機或采用國外引進許可證生產的產品。據中國海關統計，2007年，船用柴油機進口10.79億美元，比上年增長76％。以低速機為例，雖然產量在逐年增長，但相對於需求量來說，缺口卻在增大。為遠洋船舶配套的中速機情況也不容樂觀，裝船量的70％為國外進口產品，其余30％基本上是國內企業引進生產許可證制造的產品。
近幾年，船舶運輸業的持續繁榮，船舶制造噸位不斷上揚，使得船用大功率柴油機出現了全球性供不應求。然而，我國船用柴油機中國產主機比例持續下降，本土化裝船率僅為40％左右，如壹些大型集裝箱船、超大型成品油輪等均裝配了進口主機。因此，為使我國的船舶工業又好又快發展，加快我國船舶柴油機的發展步伐，形成完整、先進的船舶配套產業鏈，已刻不容緩。本文分析了國內外船用大功率柴油機技術發展的現狀和發展趨勢，指出了我國船用大功率柴油機產業面臨的問題，旨在為我國船用大功率柴油機的行業發展提供參考。
二、船用大功率柴油機的技術發展
當前，運輸船舶尤其是遠洋船舶正向大型化、自動化、智能化等方向發展，船用柴油機也陸續出現大功率、低排放、低油耗、高可靠性的大缸徑、智能化機型。近幾年，世界各大船舶柴油機公司陸續推出的新型船用柴油機，均采用了大量的新技術和研究成果，如燃燒和排放控制技術，模塊化設計技術，高效率渦輪增壓技術，高壓***軌燃油噴射技術，電子控制技術等。
1．提高平均有效壓力和單機功率
不斷提高平均有效壓力和單機功率，減小比重量和體積是船用大功率柴油機長期以來壹直追求的主要目標。目前船用大功率柴油機平均有效壓力不斷提高，但最高燃燒壓力也隨之增大，影響了柴油機的可靠性和壽命。因此，目前主要通過擴大缸徑和增加缸數來提高單機功率。提高單機功率的另壹選擇是發展V形機，目前采用V形16缸或V形18缸的低速柴油機在技術上已不存在問題，可以滿足單機功率達92000kW的要求。由於平均有效壓力很高，雖按螺旋槳特性運行，低工況性能也難以保證，因此須采用各種措施對柴油機的全工況進行性能優化。目前常用的方法是采用高工況放氣、低工況進排氣旁通或 STC（相繼增壓）等措施。
2．燃燒與排放控制
船用柴油機的排放控制措施，可分為機內控制和機外控制。機內控制，是指在可燃混合氣燃燒之前降低汙染物的排放，主要措施有：采用機內、機外廢氣再循環技術（EGR）；優化柴油機結構參數和運行參數；采用濕法降低NOx技術；添加燃油添加劑等。機外控制，是指在機內控制基礎上，進壹步降低排放量，如采用選擇性催化還原技術（SCR），廢氣洗滌法等。采用機內和機外措施均可使船用柴油機排放符合標準規定，但機外措施達到同樣效果所化成本約為機內措施 的4至5倍，因此船用柴油機至今仍大多采用機內控制方式，並與自動監測和控制技術相結合。
國外各大船舶柴油機研發、生產機構和公司紛紛開展燃燒與排放控制技術研究。近年來，電控***軌噴油技術在船舶柴油機上得到了較好應用，它能實現柴油機在不同負荷情況下以優化的噴油提前角和噴油壓力將燃油噴入氣缸，不僅降低了燃油消耗率，也降低了NOx的排放。此外，高增壓技術、高效燃燒技術和電子控制技術等作為燃燒與排放控制技術的重要技術，也得到了廣泛應用。
3．智能化電子控制技術
2005年8月，世界上第壹臺七缸智能型（7RTflex58T-B）船用發動機在大連船用柴油機廠交貨，最大輸出功率為15260kW，該機采用當時世界最先進的wecs9520電控系統控制燃油噴射、排氣閥起閉、主機起動和換向，取代了傳統的液壓和氣動控制，使柴油機燃燒更加充分。由於采用了計算機控制，該機型去掉了凸輪軸系統、操作更加簡單方便，並有效減少了主機自重，具有可靠、靈活和兼容性強的特點。隨著建造船舶的日趨大型化和智能化，智能化已是船用柴油機發展的必然趨勢。
4．可靠性技術
船用柴油機的大型化、高指標給柴油機零部件（或模塊件）帶來更高的要求，特別是燃燒室相關零部件和運動摩擦副件的工作條件更加惡劣，其可靠性倍受重視，研究的重點包括可靠性設計、摩擦磨損、故障診斷等關鍵技術。
5．柴油機整機總體設計技術
船用柴油機還應具有優良的整體綜合性能及在各種工況下的適應性。為此，在保持機型的可靠性、經濟性、低排放和易維護的基礎上，重點對柴油機整體結構進行優化，使其結構更加緊湊、體積變小、重量變輕，所采用的主要關鍵技術包括：模塊化設計技術、3D-CAD設計分析、結構與性能優化仿真技術等。
三、我國船用大功率柴油機的產業現狀
1．船用低速柴油機
大功率低速柴油機主要用於散貨船、油船、集裝箱船等大型遠洋船舶，大都是二沖程柴油機。從全球低速機產品市場占有率來看，在以低速機為主機的2000t以上船舶上，MAN－B&W公司和WARTSILA—SULZER公司的低速機產品占世界份額的90％以上，缸徑260－1080mm，功率1600－97300kW。近年來，MAN—B&W公司通過向日本、韓國和中國的柴油機生產廠轉讓生產許可證，得到了迅速發展。我國低速船用柴油機領域，目前全部是引進MAN B&W及 Wartsila的機型，例如，滬東重機股份公司、大連船用柴油機廠、宜昌船舶柴油機廠，通過從丹麥B&W公司和芬蘭 WARTSILA－SULZER公司引進專利技術生產船用低速大功率柴油機，主要為國內幾大船廠生產的幹散貨船、特大油輪、集裝箱運輸船等配套。
近幾年，我國船用主機生產已有較快發展，大連船用柴油機廠的MAN B&W7S60MC－C、滬東重機的MAN B&W 6K80MC－C、7S80MC和宜昌船舶柴油機廠的Sulzer RT－flex58T－B智能型船用低速大功率柴油機等，均代表了當前國際先進水平。但是，我國造機企業與韓國、日本的現代重工、HSD、三井造船、川畸重工等造機企業差距還很大，企業綜合競爭能力仍較弱。主要是資金投入不足，造機企業沒有與造船企業同步規劃、同步投入，生產能力相對滯後，生產規模不大，產量不高；另外還存在研發能力弱、生產場地小，以及國內配套企業生產規模小、自制能力差等問題，不能適應大規模、高效率的生產需要。
2．船用中、高速柴油機
船用中、高速柴油機，主要用於各類內河船舶、近海船舶、工程船舶及艦船上。世界中速柴油機生產廠家有蘇爾壽、瓦錫蘭、馬克、MAN B&W、MTU、洋馬、卡特彼勒等，其中MAN B&W和瓦錫蘭兩大柴油機公司主機產量占世界的75％以上。高速機則以MTU、DeutzMWM、Caterpiliar等公司為主。
我國大功率中速柴油機經歷了引進、自行研制、再引進國產化、消化吸收和提高的過程。近年來，我國船用中高速柴油機的技術水平獲得較大發展，通過技術引進，不但掌握了國外柴油機先進技術，同時對我國柴油機制造廠家進行了相應的技術改進，補充和更新了壹批關鍵工藝裝備，積累了先進柴油機的制造經驗。在消化、吸收國外先進技術同時，也研制了部分新壹代船用柴油機。設計、研究和生產體系初具規模，但總體水平不高，關鍵零部件制造工藝落後，達不到高質量水平。目前，我國制造的遠洋船舶上配套的中速機70％直接購買國外進口原裝機，其余30％幾乎都是國外許可證技術制造的產品，技術依賴於國外，沒有自主知識產權。
四、展望
船用柴油機技術發展日新月異，使在技術領域處於競爭劣勢的中國船用柴油機行業面臨著嚴峻挑戰。壯大實力、發展自主品牌、擴大本土化制造能力、提高裝船率是我國船舶柴油機行業亟待解決的問題。我國船用柴油機的發展必須堅持走“引進－消化－吸收－再創新”的國產化技術創新之路，加快發展船舶柴油機及其配套產業鏈。船舶中速機產品的發展重點是在加強引進生產許可證柴油機技術的消化吸收基礎上，開展制造工藝的優化，提高產品設計能力，突破關鍵技術，開發研制具有自主知識產權的高水平中國品牌中速柴油機，逐步實現自主品牌中速柴油機產品系列化，提高國際市場競爭力，改變目前我國民用船舶中速機市場由引進機占主導地位的局面。加強引進中低速柴油機關鍵零部件的國產化研制工作，重點培育和扶植技術和生產能力強的柴油機二輪配套企業，形成船舶柴油機國內自主配套的能力。