气候变换与全球变暖、海事部门的要求，以及从化石燃料向碳排放平衡的路线图，驱使着技术创新和技术。燃料选择的标准，如可持续性、可升级性和可储存性，驱使选择甲醇作为化石燃料的替代品。作为引领者，欧洲Horizon2020创新项目展示了将一台高速船用发动机改装和运行成甲醇/柴油双燃料发动机。本文论述了改装方案，对燃烧特性带来的影响，以及在甲醇/柴油模式下，发动机的性能测试结果。比如有效热效率(BTE)、NO和soot排放，记录了在不同的发动机转速1000～2000rpm和负荷工况下，总共28个负荷点。在每个负荷点下，甲醇能量部分增加直至达到甲醇替代率边界。在双燃料运行模式下，记录了有效热效率上升12%，在所有运行负荷范围内，NO和soot平均分别下降了60%和77%。最高甲醇能量的替代率和柴油质量的替代率分别为70%和67%。

随着排放法规的日益严格，高压（HP）废气再循环（EGR）技术作为减少NOx排放的最有效方法之一，已经应用于船舶低速二冲程柴油发动机中。同时，为了解决涡轮增压器性能的恶化，以及由HP EGR引起的制动比燃料消耗（BSFC）问题，气缸旁通（CB）技术通常与HP EGR技术协同使用。本文对EGR、CB和CB连接位置对NOx排放和BSFC的影响进行了研究。首先，基于三维模型研究了EGR率对NOx排放的影响。结果表明，达到Tier III标准需要约40％的EGR率；气缸下降温度和当量比增量是减少NOx排放的主要原因。其次，通过1D预测模型研究了CB和CB连接位置对NOx排放和BSFC的影响。结果表明，随着CB率的增加，由HP EGR引起的涡轮增压器的性能恶化和扫气压力低现象得到改善，而改善程度则因扫气和排气压力不同。因此，应保持CB率在合适的范围。另外，对于CB连接到废气接收器的计算结果显示：CB对EGR回路中的气体成分有重要影响，这不利于减少NOx排放。当CB速率从20％增加到50％，在低负荷时NOx排放量增加，在高负荷时NOx排放先上升后降低。为了消除这些不利影响，气缸旁通（CB）应与废气接受器分开使用，并且CB应连接到废气接受器后，这将带来一些其他优势：在相同的NOx排放下，EGR质量流量和EGR鼓风机功率较低。最后，对于CB率，基于Tier III标准选择合适的喷油策略和排气阀正时，可以将BSFC的损失最小化，最小值低于5 g/ kWh。

多年来，公共和法规施压持续的要求采用发动机新技术来确保更干净的环境。各大货运物流公司比法规规定更进一步要求确保为客户、托运人提供绿色运输。 在此商务环境下，要求WinGD进一步提高要求，生产采用X-DF技术的最大功率的集装箱用发动机。X-DF采用稀薄燃烧LNG，实际地消除颗粒物(PM)，硫化物(SOx)排放，极大地减少氮氧化物(NOx)达到IMO Tier III标准。另外，二氧化碳(CO2)和CO2等同物减少到低于柴油机燃烧水平。 第一个客户是22000箱集装箱船的新型发动机和推进系统技术。本文中，WinGD专家会介绍从中等缸径发动机(例如X62-DF/ X-72DF)上得到的经验，是如何升级应用到现有的最大缸径X-92DF机上的。 本文会详述获取天然气-空气均质混合物，点燃燃烧和部件热负荷这些难题。同时陈述稀薄燃烧的特殊性，以及对发动机结果和相关设计升级的影响。另外，还会介绍控制这台发动机的复杂性，提供一些下一代WinGD控制系统开发的思考，这些开发和发动机原型机同步发展。 在各种开发任务中，特殊的X-DF技术及在船舶工业中的潜力会被讨论。这项技术还在全生命周期的开始阶段，重要的发展值得期待。本文会提出一部分。在此次会议上，第一台12X92DF的测试结果会被呈现。通过12X92DF，WinGD证明了最大的发动机也可以以稀薄燃烧运行，从而为业界提供了可以根据托运人、客户、公众要求优化的全新的推进系统选项。

大型高速柴油机是工业上的主力产品，其应用范围非常广泛，从恒速备用发电机组到高负荷变速采矿车辆，虽然客户在不同应用程序之间差异很大，但发动机制造商通常采用模块化设计方法来处理不同的需求。 涡轮增压器的供气能力是决定发动机性能和排放特性的关键因素，为了支持发动机制造商所追求的多用途概念，涡轮增压器系统需要在恶劣的环境条件下，以最大的可靠性处理各种各样的运行工况。 由于高速柴油机市场需求进一步提高功率密度水平、减少排放和增强应用灵活性，因此需进一步提高涡轮增压器的性能。ABB开发了用于高性能柴油机的TPX44-H涡轮增压器，该增压器通过试验验证和减少部件数量的方式，使涡轮增压器具有较高的可靠性和较好的成本。从而实现在恶劣的运行环境条件下正常运行，同时满足最高的安全等级标准。TPX44-H的高压比和宽Map特性满足了发动机制造商提供更高的功率密度的需求，同时使多个应用场合的发动机标准化。 本文介绍了ABB如何成功开发和鉴定了TPX44-H涡轮增压器，专门应用于高速柴油机；特别指出，在严格的资格程序中验证了TPX44-H的可靠性和安全性。

可再生能源电站的电量输出往往波动较大，随着可再生能源在电站领域应用份额的快速扩张，功率柔性可控的备用电站需求量不断增加。当前，往复式发动机电站可在较短时间内加载至目标功率。特别是，气体发动机电站可在保持高燃烧效率的同时满足严格的排放法规严格要求。但考虑愈加凸显的电网的稳定性需求，其对备用电站瞬态响应的要求将不断严苛，气体发动机未来需在满足排放法规的同时不断优化其进气、燃烧及控制策略。 前期研究已经表明，ABB的进气可变气门正时机构可有效提高发动机燃烧效率及功率密度，改善发动机不同环境条件、不同燃料质量下的稳态性能水平，同时进一步提高发动机的瞬态响应。 本文对采用了进气可变气门正时机构的某稀燃气体发动机进行了研究，详述了如何提高发动机瞬态响应的方法，并分别对并大网和孤网运行电站的瞬态特性和控制策略进行了评估。 按LEC的发动机瞬态特性提升方法，本文通过搭建目标机零维/一维多缸详细模型，对其瞬态特性进行了预评估。模型根据单缸机的大量稳态试验数据进行了标定。然后从模型中提炼零维进排气快速计算模型，建立和标定了采用可变气门正时机构的发动机功率、转速、排放控制策略，并在单缸机上对基于仿真形成的控制策略进行了瞬态测试。通过基于单缸机硬件在环结果对多缸机瞬态性能进行预测，明确了气体机瞬态工况下的爆震、失火边界及实时废气排放量。

当今世界面临的一个重大问题是从海上排放的空气污染物。YANMAR正在设法减少对环境有害的物质的排放。目前的空气污染法规主要关注对NOx和SOx的控制。2020年后，SOx的监管将收紧。 环境法规的转变导致燃料需求的多样化。根据是否使用洗涤器设备来减少SOx，可以划分不同的策略。在“不安装洗涤器”的情况下，可以使用2种解决方案。选项1是IMO Tier III型式的发动机与SCR（MGO-SCR）。此处发动机的IMO Tier III型式意味着发动机排气温度与SCR催化剂所需的入口温度相匹配。选项2是目前正在进行技术开发的项目。主要是因为MGO的成本增长高于HFO，因此我们正在开发新发动机以增加低油耗的价值。在“安装洗涤器”的情况下，作为选项3，在燃用HFO工况下SCR系统需要喷射尿素溶液。原因在于催化反应器安装在洗涤器上游以保持足够的排气温度。然而，与选项1相比，用于HFO的SCR系统(HFO-SCR)增加了额外的功能。针对硫酸铵、碳烟和燃料性质的变化，需要有对应的策略。有些功能是使用渣油所必须的，无论硫含量如何。 在本文开始，将聚焦于对船用推进柴油机采用的“YANMAR SCR系统”(MGO-SCR)和两级增压系统进行概述。这些已经交付到海运市场。 本文将在下一章节中介绍选项3的HFO-SCR和选项2的发动机技术作为现有技术的横向扩展。关于选项2，两级增压也应用于辅机。通过与先进米勒循环相配合，其具有提高发动机效率的潜力，以克服油耗和NOx排放之间的折中关系。此外，使用废气旁通阀，可以实现发动机额定负荷的扩展。在较高的输出范围匹配换气效率点，在同一台发动机上实现了BSFC改进与功率增加。这项技术将应对船舶电力需求的增加。 最后，介绍了YANMAR中速柴油机的新技术，例如，将水乳化技术与上述的先进米勒循环和两级增压技术相结合的概念。

IMO TIER III排放法规和全球限制硫排放即将实施，船舶业转向使用天然气作为船舶推进系统的主要燃料。为了满足严格的排放标准，提高推力系统效率，作者提出了一种新颖的船舶推力系统概念。此概念探索了串联集成的固体氧化物燃料电池(SOFC)与天然气发动机，SOFC阳极产生的燃气(AOG)被天然气发动机燃烧。为了发展发动机-SOFC负载分享策略，必须了解不同发动机负荷下，AOG的燃烧效果。由于氢气是AOG的主要构成成分，本文主要关注发动机与燃料电池的负载共同承担情况，实验性研究在天然气中掺混不同比例的氢气，在不同的发动机负荷，点燃正时的情况下，性能的变化。为了达到目的，测试了用氢气替换10%和20%体积的天然气。使用了一台500kW天然气发动机，测试了不同的负载及点火时间。 我们发现，从SOFC的AOG得到的氢气，能帮助船用氢气-天然气发动机在高负荷时具有更宽的运行范围并降低排放。而且，由于从SOFC的AOG得到的氢气，发动机-SOFC可能提供更高的效率。在高负荷时，需要提前点火正时，涡轮增压器容量需要增大，以提高热效率及扩大运行范围。天然气-氢气发动机表现出的各缸一致性比纯气体机好。

近年来，开发了许多“生态船”以实现更好的能效索引（EEDI）。此外，2018年4月，IMO/MEPC72采用了IMO温室气体战略，其中包含进一步强有力的减少温室气体排放的措施。另一方面，与传统船舶相比，一些生态船的发动机功率较低，货物容量增加，这为设计船舶的加速度带来了新的挑战。在过去十年，三井机电有限公司开发了涡轮增压液压系统THS，应用液压技术来回收利用涡轮增压器的废气能量。 THS可以是改善船舶EEDI的一种解决方案，已经提供了19套具有良好的运行经验的系统。基于THS的成功和更迫切的减少温室气体排放的市场需求，MES-M决定开发新一代涡轮液压系统2型，THS2。THS2具有更低的成本效益，更广泛的发动机负载特性，并且与用于电控发动机（ME 发动机）的发动机控制系统（ECS）联系更紧密。近年来，ME发动机广泛应用于船用柴油发动机领域，并且将液压动力用于排气门制动和燃料喷射。因此，ME发动机液压泵的能量来自辅助发动机和主发动机本身。THS2利用废气功产生的液压动力直接作用于排气阀和燃油启动，而不是发动机驱动的液压泵。此外，由于发动机液压泵，现在THS2可以使用液压动力来帮助涡轮增压器的部分负荷和加速度。THS2 使用测试引擎4S50ME-T进行了演示，并在本文中介绍了测量结果。 至于加速度问题，对于具有限制速度范围的船舶来说越来越重要。在限制的速度范围内增加发动机扭矩是避免长时间停留在磨损速度范围内的一种措施。动态限制器功能，可在加速过程中试验气缸中的全部残留空气进行燃料燃烧，由许可证颁发者 MAN Energy Solutions开发。 由于DLF的效果可以与灵活的排气阀控制一起最大化，因此需要对灵活性较低的排气阀控制发动机（MC发动机和ME-B发动机）采取额外措施。在本文中，还介绍了一些措施，如涡轮增压器JET辅助，以改善MC/ME-B发动机的船舶加速度。

当前全球都在努力减少运输业温室气体排放，本研究针对船舶石化燃料，通过将生物燃料应用到现有燃油体系中，实现航运业的低碳排放。然而，找到可以替代现有大型船舶发动机重油的轻质燃料油并没有那么简单，因而替代燃料是非常重要的。为了满足客户需求，本文对轻质燃料油和替代燃料做了研究。 为满足更为严格的排放法规，本研究考虑了替代传统柴油的代用燃料。前景良好的滴入式燃料HFO、LFO混合组分是本文的研究重点之一，石蜡柴油、生物柴油及直连值物油是可以混合的有效成分。新型低碳燃料是本文的另一研究重点，基于废物原料的替代燃料（例如森林残余物、农业废物或者用过的汽车润滑油等）具有良好前景，其中水热液化工艺制备的生物原油比热解油更具吸引。甲醇也是用于船舶推进的可行的替代燃料，目前已经开始商业应用。 本文展示了一种可以估算燃料特性对发动机性能影响的全新模型，适用于石油基和可再生组分的混合燃料对船舶发动机性能的预测。将来可以用于预测燃料组成解决方案的设计程序，并且可以获得混合燃料的最终性能，这对于燃料生产商而言十分有用。该模型基于测量得到的燃料特性来预测发动机性能，替代燃料的影响通过多线性回归方法计算得出，计算结果依赖于输入、输出参数相对于HFO组分的百分比变化值。经过验证，模型的质量及预测精度很高，开发的模型可以用于估算发动机性能，例如热值、密度、粘度、氧含量等对船舶发动机性能的影响，进而预测温室气体排放和燃料消耗。 该研究是“Horizon 2020”欧盟研究和创新计划中“先进燃料”项目的一部分，项目的研究目的是促进运输行业在2020～2030年间推广应用液体生物燃料和其他可再生燃料，研究成果将会帮助政策制定者正确评估新型燃料商业化应用的问题和阻碍。本文的研究为“先进燃料”项目提供关于替代燃料的最终使用性能及其与船舶发动机兼容的专业分析，可以用于新型混合燃料的全生命周期评估。

由于LNG干净燃烧的特性，气体机市场不仅在陆用电站，在船用市场也持续增长。Niigata Power Systems（NPS）公司拥有超过30年制造和提供环境友好型气体机的历史，以满足市场需求。在船用市场，NPS提供了一些双燃料拖船，获得了客户满意。NPS的下一个目标是基于长期的技术经验，发展高性能天然气发动机供陆用电站使用。一些前沿的通过双燃料发动机开发得到的技术，也被应用到气体机上。高效的28AGS气体机在2012年被选中，作为开发样机。28AGS发动机由火花塞点燃，燃烧室带有预燃室，采用稀薄燃烧方式。此系列发动机包括6L到18V，已经为日本及海外提供发动机。此论文重点关注了优化预燃室以增加主燃烧室的点火来源，以及减少主燃烧室的死区，来减少异常燃烧的话题。通过3D-CFD模拟计算修改预燃室的规格参数，例如容积、喷射孔的直径和数量等，以得到在主燃烧室内更好的稀薄燃烧。燃烧期间，主燃烧室内的火焰无法传播到比如裂缝（淬火区）的死区。残余气体不仅会变成碳氢废气，而且有可能产生爆震。为了减少死区，研究和修改了主燃烧室的规格，包括活塞头的碗形状。此改动减少了爆震的可能性。上述技术的综合效果在六缸机测试中被证实有效。作者研究了米勒循环和几何压缩比，基于现有的商用发动机，进一步优化了性能。米勒循环是通过增加压缩比，提高发动机的效率。因采用米勒循环，最高燃烧温度下降，减少了不正常燃烧，例如爆震和燃烧提前，并且NOx排放降低。基于这些优势，效率和BMEP都能得以提高。但是，为了获得这些优点，需要采取相关的技术，比如高性能点燃、高压比涡轮增压器和先进的控制系统。此文描述了28AGS带预燃烧室气体机的详细的技术指标。上述用于增强稳定性的创新技术，有助于增加爆震裕度，在更高BMEP的运行中增加发动机效率。