德國漢堡－“Fure West”并不是一艘郵輪，而且它比“Queen Mary 2”要小很多。然而，這艘化學品集裝箱船配備了市場上最先進的中速船用發動機之一：其MaK 7 M 43 C低排放發動機 (LEE) 如今已經符合未來預期的IMO排放標準。這不但使Fure West 成為配備符合IMO II 標準的重燃油(HFO) 發動機的第一艘船，還為未來任何郵輪或貨船樹立了一個技術里程碑。
瑞典 Donsö 的 Furetank Rederi AB 公司在歐洲運輸路線上經營著五艘現代化的成品油和化學品集裝箱船。 Fure West 及其姊妹船“Fure Nord”由中國上海市的Edward Shipbuilding Co Ltd（愛德華造船有限公司）R. 分別于2006年和2004年建造。這些16,000 DWT船長144 米、寬21 米、吃水深9 米，最大航速達15.4 節。這兩艘船采用的都是符合目前IMO標準的MaK 7 M 43 C主發動機，轉速為500 轉/分時額定功率為6,180 kW。
然而，Furetank 船主Lars Höglund 特別重視環保運營，而且總是對盡早應用創新技術充滿興致。“我們致力于成為環境保護方面的先行者！”他說。
逐步減少排放的戰略
卡特彼勒已將可持續發展作為“2020 年愿景”戰略的宏偉目標。公司關注排放標準的發展和客戶期望，相信電控發動機將逐漸成為業界標準。此外，卡特彼勒憑借其用于發動機燃燒的專有模擬與分析工具以及在燃油系統制造及其內部電控設計的專業技術，為設立環保型柴油發動機的業界標準做好了充分的準備。卡特彼勒構筑于業界最廣泛的產品、應用和制造基礎之上的投資5億美元的成果，即ACERTTM技術有力地證明了這一點。
“MaK中速船用發動機的目標非常明確”，設在基爾的Caterpillar Motoren的研發經理Udo Schlemmer－Kelling博士說道。“通過將排放降到最低并最大化產品價值超越客戶期望。因此，我們的戰略必須符合MaK 的品牌聲譽：重燃油操作中的超強可靠性、一流的燃油效率和杰出的耐用性！”
早在2000年，Caterpillar Motoren就為MaK船用產品確立了三個排放級別，以應對短期到中期的排放標準。它們是遵守MARPOL 73/78（《73/78 防污公約》）附則VI的基準型IMO發動機、符合IMO規定的無煙排放發動機以及符合預期的IMO II NOx排放范圍的無煙低排放發動機(LEE)。此外，由于發動機內部改造措施在成本、復雜性和維護方面具有明顯優勢，因此此戰略更看好采用發動機內部改造措施。
低NOx排放的LEE
實現低NOx排放的關鍵是增大基本發動機的壓縮比。十年前，標準的壓縮比是11－12；對于IMO I，壓縮比被提升到14－15；對于IMO II，壓縮比則需要達到17。MaK LEE概念的另一個基礎是Miller Cycle（米勒循環），即改變發動機的氣門正時以達到更低溫度的燃燒。對于IMO I，僅利用了5% 的少部分米勒效應，但IMO II要求20%的米勒效應。這對渦輪增壓器是一個很大的挑戰，因為它的增壓比必須達到5才能保持如今的平均有效壓力 (BMEP) 值。
通過將增加壓縮比和米勒效應相結合，NOx排放可減少約30%，而不會降低發動機效率(BSFC)。然而，這種簡單的LEE發動機在怠速時提升負荷能力差，且在部分負荷時有可見煤煙排放。由于這個原因，MaK LEE 概念使用“活動凸輪軸”以實現低NOx排放，達到優越的負荷提升能力和在任何負荷時都消除煤煙。
減少煤煙的FCT
活動凸輪軸技術(FCT) 可在部分負荷操作時令燃油系統變化和空氣系統變化。通過提前啟動燃油噴射和增加噴射壓力，燃燒率將提高，煤煙排放也會減少50%。轉換后的進氣閥正時可關閉“米勒循環”并將煤煙減少另外的25%。總的說來，MaK FCT在部分負荷時可將煤煙排放減少75%，同時提高了發動機在瞬態操作時的性能。
該系統主要由經修改的下氣門系、氣動調節裝置和“可編程邏輯控制器(PLC)”組成。FCT 是一種非常可靠的機械解決方案，以自動影響噴射正時、壓力和氣門正時的偏心挺桿曲軸為基礎。可根據操作員的需要靈活設定啟動控制桿所需的發動機負荷。不管是哪種情況，可見煙霧都得以消除，同時在所有負荷情況下均符合IMO標準。到目前為止，我們已售出80余臺配備了FCT的MaK M 32 C和M 43 C發動機。
翻新到MaK LEE 標準的工作簡單快捷
在對2001至2003年的MaK LEE技術進行全面模擬和原型構建并做一些最終調整和改進后，Caterpillar Motoren 協同卡特彼勒船舶動力系統自愿對其專有技術進行了測試。在Furetank Rederi的協作下制定了一個時間表，根據LEE標準改裝Fure West上的現有MaK 7 M 43 C。
于2007年10月在德國羅斯托克港的計劃中途停留期間，Pon Power A/S 的一個維修組在Caterpillar Motoren位于基爾和羅斯托克的工廠的工程師們提供的支持下僅在四天內就完成了翻新工作，包括船級社 (MCS) 審批。Pon Power A/S是卡特彼勒位于斯堪的納維亞的 MaK 代理商。
在如此緊迫的時間內，該維修組對連桿、凸輪軸段和下氣門系進行了返工，以滿足先進的LEE要求。第一步，安裝了一個間隔連桿以延長分軸連桿，以此減小燃燒容積并增大壓縮比。結果，防磨損環需要更換更短的型號。
在第二步中，將凸輪軸段更換為經修改的FCT型號，實現了燃油和空氣系統隨負荷而變化。并相應更換了下氣門系、噴油泵和噴油嘴。此外，ABB的專業人員翻修了渦輪增壓器，使負荷壓力得以增大，還更換了擴壓器和噴嘴環。Fure West的試航以及 Germanischer Lloyd（德國勞氏）的最后審批肯定了此次翻新的質量。
操作員和環境的雙贏局面
與Fure West 的翻新類似，所有的現役MaK M 20 C、M 25 C、M 32 C 和M 43 C系列船用發動機都可改裝以符合MaK LEE標準 － 成本僅為符合IMO II標準的新發動機的15－25%。MaK LEE 發動機采用成熟的技術，為船主和操作員提供了許多優勢。
如今，MaK LEE 已經能提供符合未來預期的IMO排放標準的動力裝置。船運公司也以此提高了他們運營環保船舶業務的聲譽。 此外，船運公司憑借 MaK LEE 達到的排放級別可從船級社獲得特殊的環保認證等級，包括DNV Clean Design（DNV 清潔設計）、GL Green Passport（GL 綠色護照）、LR Character N或德國政府的Blauer Engel（藍天使）。這些環保認證等級不僅提升了船主的形象，還降低了在全球某些地區的泊港費。
IMO II 不再是一種威脅
自2007年10月起，Fure West 就一直在使用MaK 7 M 43 C低排放發動機，該發動機超越了船主Furetank和卡特彼勒團隊的期望。 全球首臺符合IMO II的中速重燃油船用發動機，工作安靜無噪音、性能可靠，一如成千上萬的MaK前輩們。而一個極大的差別在于：與符合當前IMO I標準的船用發動機相比，它的排放量顯著減少。
“NOx 排放量下降到8.3 g/kWh，即比目前的IMO規定低36%，煤煙排放量在整個負荷范圍內減少到不足0.5 FSN（濾紙式煙度單位），我們的MaK LEE 技術顯然稱得上是真正的低排放發動機”，Schlemmer-Kelling說，他還強調了Fure West的最后試航結果，減少了FCT系統的NOx排放并滿足了ISO E2循環條件。“這些成績還保證了 MaK 長沖程船用發動機設計的前景。 我相信，結合我們的技術方法和Caterpillar Motoren 的內部工程專業技術，一定也能找到合適的方法應對未來更嚴格的IMO III規定。”
站在船主的角度上，Höglund 表示，“多年來，我們一直信賴MaK船用發動機的性能和可靠性。同時我們非常感謝Pon Power、我們本地的Cat® 和MaK代理商的卓越服務。 在為我們的最新的船選擇MaK LEE技術時，我們深信，這將為我們宏偉的環境目標提供理想的支持，同時維持MaK產品久經驗證的耐用性。 在六個月約2,500小時的無限制操作后，我們對結果非常滿意。”
在接下來的幾個月中，我們將向客戶交付更多的MaK低排放發動機。 其中有兩臺型號分別為3x 12 M 43 C和3x 16 M 43 C的發動機將用于正在法國 Aker 船塢建造的挪威郵輪船隊的“F3”新船。這些發動機將具備客戶指定的額定功率每缸950 kW，符合“DNV 清潔設計”認證并達到176 g/kWh 的燃油消耗－實際上比M 43 C每缸1,000 kW 的IMO I額定值更低。
到2010年，所有MaK M 20 C、M 25 C、M 32 C 和M 43 C船用發動機中大約半數將采用LEE設計。最后，一旦IMO II排放標準生效，Caterpillar Motoren位于基爾、羅斯托克或R. 工廠制造的每臺中速船用發動機都將成為領先的MaK 低排放發動機。
瑞典 Donsö 的 Furetank Rederi AB 公司在歐洲運輸路線上經營著五艘現代化的成品油和化學品集裝箱船。 Fure West 及其姊妹船“Fure Nord”由中國上海市的Edward Shipbuilding Co Ltd（愛德華造船有限公司）R. 分別于2006年和2004年建造。這些16,000 DWT船長144 米、寬21 米、吃水深9 米，最大航速達15.4 節。這兩艘船采用的都是符合目前IMO標準的MaK 7 M 43 C主發動機，轉速為500 轉/分時額定功率為6,180 kW。
然而，Furetank 船主Lars Höglund 特別重視環保運營，而且總是對盡早應用創新技術充滿興致。“我們致力于成為環境保護方面的先行者！”他說。
逐步減少排放的戰略
卡特彼勒已將可持續發展作為“2020 年愿景”戰略的宏偉目標。公司關注排放標準的發展和客戶期望，相信電控發動機將逐漸成為業界標準。此外，卡特彼勒憑借其用于發動機燃燒的專有模擬與分析工具以及在燃油系統制造及其內部電控設計的專業技術，為設立環保型柴油發動機的業界標準做好了充分的準備。卡特彼勒構筑于業界最廣泛的產品、應用和制造基礎之上的投資5億美元的成果，即ACERTTM技術有力地證明了這一點。
“MaK中速船用發動機的目標非常明確”，設在基爾的Caterpillar Motoren的研發經理Udo Schlemmer－Kelling博士說道。“通過將排放降到最低并最大化產品價值超越客戶期望。因此，我們的戰略必須符合MaK 的品牌聲譽：重燃油操作中的超強可靠性、一流的燃油效率和杰出的耐用性！”
早在2000年，Caterpillar Motoren就為MaK船用產品確立了三個排放級別，以應對短期到中期的排放標準。它們是遵守MARPOL 73/78（《73/78 防污公約》）附則VI的基準型IMO發動機、符合IMO規定的無煙排放發動機以及符合預期的IMO II NOx排放范圍的無煙低排放發動機(LEE)。此外，由于發動機內部改造措施在成本、復雜性和維護方面具有明顯優勢，因此此戰略更看好采用發動機內部改造措施。
低NOx排放的LEE
實現低NOx排放的關鍵是增大基本發動機的壓縮比。十年前，標準的壓縮比是11－12；對于IMO I，壓縮比被提升到14－15；對于IMO II，壓縮比則需要達到17。MaK LEE概念的另一個基礎是Miller Cycle（米勒循環），即改變發動機的氣門正時以達到更低溫度的燃燒。對于IMO I，僅利用了5% 的少部分米勒效應，但IMO II要求20%的米勒效應。這對渦輪增壓器是一個很大的挑戰，因為它的增壓比必須達到5才能保持如今的平均有效壓力 (BMEP) 值。
通過將增加壓縮比和米勒效應相結合，NOx排放可減少約30%，而不會降低發動機效率(BSFC)。然而，這種簡單的LEE發動機在怠速時提升負荷能力差，且在部分負荷時有可見煤煙排放。由于這個原因，MaK LEE 概念使用“活動凸輪軸”以實現低NOx排放，達到優越的負荷提升能力和在任何負荷時都消除煤煙。
減少煤煙的FCT
活動凸輪軸技術(FCT) 可在部分負荷操作時令燃油系統變化和空氣系統變化。通過提前啟動燃油噴射和增加噴射壓力，燃燒率將提高，煤煙排放也會減少50%。轉換后的進氣閥正時可關閉“米勒循環”并將煤煙減少另外的25%。總的說來，MaK FCT在部分負荷時可將煤煙排放減少75%，同時提高了發動機在瞬態操作時的性能。
該系統主要由經修改的下氣門系、氣動調節裝置和“可編程邏輯控制器(PLC)”組成。FCT 是一種非常可靠的機械解決方案，以自動影響噴射正時、壓力和氣門正時的偏心挺桿曲軸為基礎。可根據操作員的需要靈活設定啟動控制桿所需的發動機負荷。不管是哪種情況，可見煙霧都得以消除，同時在所有負荷情況下均符合IMO標準。到目前為止，我們已售出80余臺配備了FCT的MaK M 32 C和M 43 C發動機。
翻新到MaK LEE 標準的工作簡單快捷
在對2001至2003年的MaK LEE技術進行全面模擬和原型構建并做一些最終調整和改進后，Caterpillar Motoren 協同卡特彼勒船舶動力系統自愿對其專有技術進行了測試。在Furetank Rederi的協作下制定了一個時間表，根據LEE標準改裝Fure West上的現有MaK 7 M 43 C。
于2007年10月在德國羅斯托克港的計劃中途停留期間，Pon Power A/S 的一個維修組在Caterpillar Motoren位于基爾和羅斯托克的工廠的工程師們提供的支持下僅在四天內就完成了翻新工作，包括船級社 (MCS) 審批。Pon Power A/S是卡特彼勒位于斯堪的納維亞的 MaK 代理商。
在如此緊迫的時間內，該維修組對連桿、凸輪軸段和下氣門系進行了返工，以滿足先進的LEE要求。第一步，安裝了一個間隔連桿以延長分軸連桿，以此減小燃燒容積并增大壓縮比。結果，防磨損環需要更換更短的型號。
在第二步中，將凸輪軸段更換為經修改的FCT型號，實現了燃油和空氣系統隨負荷而變化。并相應更換了下氣門系、噴油泵和噴油嘴。此外，ABB的專業人員翻修了渦輪增壓器，使負荷壓力得以增大，還更換了擴壓器和噴嘴環。Fure West的試航以及 Germanischer Lloyd（德國勞氏）的最后審批肯定了此次翻新的質量。
操作員和環境的雙贏局面
與Fure West 的翻新類似，所有的現役MaK M 20 C、M 25 C、M 32 C 和M 43 C系列船用發動機都可改裝以符合MaK LEE標準 － 成本僅為符合IMO II標準的新發動機的15－25%。MaK LEE 發動機采用成熟的技術，為船主和操作員提供了許多優勢。
如今，MaK LEE 已經能提供符合未來預期的IMO排放標準的動力裝置。船運公司也以此提高了他們運營環保船舶業務的聲譽。 此外，船運公司憑借 MaK LEE 達到的排放級別可從船級社獲得特殊的環保認證等級，包括DNV Clean Design（DNV 清潔設計）、GL Green Passport（GL 綠色護照）、LR Character N或德國政府的Blauer Engel（藍天使）。這些環保認證等級不僅提升了船主的形象，還降低了在全球某些地區的泊港費。
IMO II 不再是一種威脅
自2007年10月起，Fure West 就一直在使用MaK 7 M 43 C低排放發動機，該發動機超越了船主Furetank和卡特彼勒團隊的期望。 全球首臺符合IMO II的中速重燃油船用發動機，工作安靜無噪音、性能可靠，一如成千上萬的MaK前輩們。而一個極大的差別在于：與符合當前IMO I標準的船用發動機相比，它的排放量顯著減少。
“NOx 排放量下降到8.3 g/kWh，即比目前的IMO規定低36%，煤煙排放量在整個負荷范圍內減少到不足0.5 FSN（濾紙式煙度單位），我們的MaK LEE 技術顯然稱得上是真正的低排放發動機”，Schlemmer-Kelling說，他還強調了Fure West的最后試航結果，減少了FCT系統的NOx排放并滿足了ISO E2循環條件。“這些成績還保證了 MaK 長沖程船用發動機設計的前景。 我相信，結合我們的技術方法和Caterpillar Motoren 的內部工程專業技術，一定也能找到合適的方法應對未來更嚴格的IMO III規定。”
站在船主的角度上，Höglund 表示，“多年來，我們一直信賴MaK船用發動機的性能和可靠性。同時我們非常感謝Pon Power、我們本地的Cat® 和MaK代理商的卓越服務。 在為我們的最新的船選擇MaK LEE技術時，我們深信，這將為我們宏偉的環境目標提供理想的支持，同時維持MaK產品久經驗證的耐用性。 在六個月約2,500小時的無限制操作后，我們對結果非常滿意。”
在接下來的幾個月中，我們將向客戶交付更多的MaK低排放發動機。 其中有兩臺型號分別為3x 12 M 43 C和3x 16 M 43 C的發動機將用于正在法國 Aker 船塢建造的挪威郵輪船隊的“F3”新船。這些發動機將具備客戶指定的額定功率每缸950 kW，符合“DNV 清潔設計”認證并達到176 g/kWh 的燃油消耗－實際上比M 43 C每缸1,000 kW 的IMO I額定值更低。
到2010年，所有MaK M 20 C、M 25 C、M 32 C 和M 43 C船用發動機中大約半數將采用LEE設計。最后，一旦IMO II排放標準生效，Caterpillar Motoren位于基爾、羅斯托克或R. 工廠制造的每臺中速船用發動機都將成為領先的MaK 低排放發動機。
