据不完全统计，目前航运业氮氧化物（NOX）的排放占全球总量的10%~20%，硫氧化物（SOX）的排放占全球总量的4%~8%。可以说航运业已成为空气污染的大户。为此，2008年10月国际海事组织海上环境保护委员会(MEPC)在第58次会议上通过《国际防止船舶造成污染公约附则VI修正案》，明确要求自2020年1月1日起，在全球范围内船舶使用的燃油含硫量由3.5%m/m降至0.5%m/m。面对史上最为严苛的排放标准，各国船东如果在2020年后还想继续在污染排放控制区运营，就必须采取相应的措施。

船舶冒黑烟

使用低硫燃油、安装洗涤塔和使用液化天然气（LNG）成为最主要的措施。在这其中，低硫油的供应量有限，在航运业需求急剧增加的情况下必然导致价格上涨；加装洗涤塔需要对船舶进行大规模改造，将增加成本，同时洗涤塔还存在难以克服的腐蚀问题，以及开式洗涤塔的使用受到限制等因素，因此前途并不明朗；而采用液化天然气（LNG）作为船舶燃料，在保持价格优势的前提下，可减少20%～30%CO2 排放，80%～90%的NOx排放，100%的硫化物和颗粒物排放，能完全满足IMO Tier III 的要求，因此最具发展潜力。

液化天然气在LNG运输船上有很成熟的应用

而采用传统燃料油（重油）和天然气的双燃料柴油机推进系统，更是因能同时兼顾节能、环保的特点，还可保证系统具有同燃油船舶一样的安全性和可靠性，逐渐成为船舶发展的新热点。然而，天然气本身由于有较高的辛烷值，在正常情况下很难压燃，所以纯天然气燃料的气体发动机都是采用火花塞点火的方式来引燃天然气。而现有船舶的双燃料主机基本都是基于柴油机设计或改造而来，柴油机的发火采用压燃方式，那么双燃料动力船舶的主机，是如何做到既可烧重油又可烧天然气的呢？

纯天然气发动机的工作原理和汽油机类似

船舶双燃料主机是如何做到既烧重油又烧天然气的？

从现有船舶双燃料主机（主要指低速机）的格局来看，主要的技术流派有MAN（MAN Diesel ＆ Turbo）的ME-GI系列低速双燃料主机，它采用缸内高压直喷，燃烧过程为Diesel循环；以及WinGD（Winterthur Gas ＆ Diesel） ①的X-DF系列低速双燃料主机，它系列采用缸内低压直喷，燃烧过程为Otto循环。为此，笔者就以ME-GI和X-DF系列低速双燃料主机为基础，来讲解双燃料主机是如何做到既烧重油又烧天然气的。

MAN的低速柴油机

注解①：WinGD是中船集团收购了瓦锡兰集团低速机设计业务成立的公司。

ME-GI系列低速双燃料主机的工作原理

ME-GI系列柴油机是以成熟的电子控制式ME柴油机为基础，在ME电控型柴油机的基础上加装天然气共轨管，并改造一些零部件。它的工作原理是：同普通柴油机一样，在吸气冲程只吸入新鲜空气，在压缩冲程压缩纯空气，当活塞至上止点附近时，向气缸内喷入少量引燃柴油，同时将高压燃气( 燃气压力约为30MPa)喷入气缸，由引燃柴油的压缩发火来点燃天然气使其膨胀做功（Diesel循环）。

二冲程高压双燃料发动机工作原理

X-DF系列低速双燃料主机的工作原理

X-DF系列柴油机同样是以成熟的低速机为基础设计，不过它的燃气进口阀的位置由传统的气缸顶部移至扫气口上方的“冲程中部”位置。它的工作原理是：在活塞上行关闭扫气口后喷入燃气( 燃气压力约为1.6MPa)，让燃气和空气混合并一起压缩，然后当活塞至上止点附近时，向缸内喷入少量引燃柴油，由引燃柴油的压缩发火来点燃天然气使其膨胀做功（Otto循环）。

二冲程低压双燃料发动机的工作原理

由于ME-GI和X-DF系列低速双燃料主机，都是依靠柴油压燃发火点燃，因此很容易实现天然气和燃料油的自由切换，所以满足双燃料主机既烧重油又烧天然气的需求。

参考文献资料：《船舶柴油机》《曼恩与瓦锡兰船用二冲程双燃料发动机比较》《天然气双燃料技术在船机上的研究进展分析》《LNG燃料动力船舶发展前景》

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作者：小船人的梦想 2020年5月30号

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