เครื่องยนต์เรือบนเรือบรรทุกสินค้าขนาดใหญ่มักเป็นเครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะรอบต่ำ หมุนประมาณ 60–130 rpm และยึดต่อกับเพลาใบจักรโดยตรง ส่วนเรือเฟอร์รี่ เรือสำราญ เรือลากจูง และเรือปฏิบัติงานนอกชายฝั่งส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะรอบปานกลางหรือรอบสูง ขับผ่านเกียร์หรือขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องยนต์ 2 จังหวะได้เปรียบด้านประสิทธิภาพเชื้อเพลิงและความเรียบง่ายเมื่อมีกำลังสูงมาก; เครื่องยนต์ 4 จังหวะได้เปรียบด้านขนาดกะทัดรัด ความหนาแน่นกำลัง และความยืดหยุ่น
ประเด็นสำคัญ
- เครื่องยนต์ดีเซลเรือแบ่งตามความเร็วรอบ: รอบต่ำ (โดยทั่วไปต่ำกว่าประมาณ 300 rpm และเกือบทั้งหมดเป็น 2 จังหวะ), รอบปานกลาง (ประมาณ 300–1000 rpm) และรอบสูง (มากกว่าประมาณ 1000 rpm) โดย 2 กลุ่มหลังมักเป็น 4 จังหวะ
- เครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะจุดระเบิดทุกรอบการหมุน; เครื่องยนต์ 4 จังหวะจุดระเบิดทุก 2 รอบการหมุน
- เครื่องยนต์เรือ 2 จังหวะขนาดใหญ่ใช้โครงสร้างแบบครอสเฮดพร้อมการกวาดล้างไอเสียแบบไหลทางเดียว และอาจมีอัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะต่อกำลังเบรกประมาณ 170 g/kWh ซึ่งใกล้เคียงกับประสิทธิภาพเชิงความร้อน 50 เปอร์เซ็นต์
- เครื่องยนต์ 2 จังหวะ RTA96-C แบบ 14 สูบได้รับการกล่าวถึงอย่างแพร่หลายว่าเป็นเครื่องยนต์ลูกสูบชักที่ใหญ่ที่สุด มีกำลังพิกัดประมาณ 80000 kW และน้ำหนักมากกว่า 2300 ตัน
- เรือสำราญมักใช้ระบบขับเคลื่อนดีเซลไฟฟ้า: เครื่องยนต์รอบปานกลางหลายเครื่องขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายไฟให้มอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้าหรือชุดขับเคลื่อนแบบพ็อด
- ตั้งแต่ปี 2020 ข้อกำหนด IMO ภายใต้ MARPOL ภาคผนวก VI จำกัดกำมะถันในเชื้อเพลิงไว้ที่ 0.50 เปอร์เซ็นต์ทั่วโลก และ 0.10 เปอร์เซ็นต์ในเขตควบคุมการปล่อยมลพิษ ทำให้เรือต้องหันไปใช้เชื้อเพลิงกำมะถันต่ำ เครื่องดักล้างไอเสีย หรือ LNG
เรือส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์เรือประเภทใด?
เรือพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์ดีเซล โดยเลือกจากประสิทธิภาพเชิงความร้อน ความยืดหยุ่นด้านเชื้อเพลิง และความเชื่อถือได้ ขนาดและความเร็วรอบของเครื่องยนต์ขึ้นอยู่กับประเภทเรือและรูปแบบการส่งกำลัง
| ประเภทเครื่องยนต์ | ความเร็วรอบทั่วไป | วัฏจักรการทำงาน | ช่วงกำลังทั่วไป | การใช้งาน |
|---|---|---|---|---|
| ความเร็วต่ำ | ~60–130 rpm (เครื่องขนาดใหญ่) | 2 จังหวะ แบบครอสเฮด | หลาย MW ถึงประมาณ 80 MW | เรือบรรทุกตู้คอนเทนเนอร์ เรือบรรทุกสินค้าเทกอง เรือบรรทุกของเหลว |
| ความเร็วปานกลาง | ~300–1000 rpm | 4 จังหวะ แบบทรังก์พิสตัน | ~0.5–20 MW ต่อเครื่อง | เรือเฟอร์รี่ เรือสำราญ เรือปฏิบัติงานนอกชายฝั่ง เรือลากจูงขนาดใหญ่ ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนเรือ |
| ความเร็วสูง | มากกว่า ~1000 rpm | 4 จังหวะ | สูงสุดไม่กี่ MW | เรือใช้งาน เรือตรวจการณ์ เรือเฟอร์รี่ความเร็วสูง เรือลากจูงขนาดเล็ก ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าช่วย |
นิยามช่วงความเร็วรอบแตกต่างกันตามแหล่งข้อมูลและผู้ผลิตเครื่องยนต์ จึงควรถือว่าขอบเขตเหล่านี้เป็นค่าโดยประมาณ เรือขนาดใหญ่ทุกลำยังมีเครื่องยนต์ช่วย ซึ่งมักเป็นชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 4 จังหวะรอบปานกลางหรือรอบสูง เพื่อจ่ายไฟฟ้าขณะอยู่ในทะเลและในท่าเรือ
เครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะทำงานอย่างไร?
เครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะทำกระบวนการดูด อัด ให้กำลัง และคายไอเสียครบภายในเพลาข้อเหวี่ยงหมุน 1 รอบ ดังนั้นแต่ละกระบอกสูบจึงจุดระเบิดทุกครั้งที่ลูกสูบขึ้นถึงจุดบนสุด รุ่นเรือขนาดใหญ่ใช้ระบบอากาศกวาดล้างไอเสียที่ป้อนด้วยเทอร์โบชาร์จเจอร์ แทนการแยกจังหวะดูดและคายไอเสีย
- จังหวะกำลัง — เชื้อเพลิงถูกฉีดใกล้ศูนย์ตายบนเข้าสู่อากาศที่ถูกอัดจนมีอุณหภูมิสูง เกิดการจุดระเบิด และดันลูกสูบลง
- การคายไอเสีย — ใกล้ปลายล่างของช่วงชัก วาล์วไอเสียที่ควบคุมด้วยไฮดรอลิกบนฝาสูบจะเปิด และแรงดันลดลง
- การกวาดล้างไอเสีย — ลูกสูบเลื่อนพ้นช่องบนปลอกสูบ และอากาศอัดจากเทอร์โบชาร์จเจอร์และถังพักอากาศกวาดล้างจะไหลขึ้นผ่านกระบอกสูบ ดันไอเสียออกทางวาล์ว การไหลในทิศทางเดียวนี้เรียกว่าการกวาดล้างไอเสียแบบไหลทางเดียว
- การอัด — ช่องต่าง ๆ ปิด วาล์วไอเสียปิด และลูกสูบที่เคลื่อนขึ้นอัดอากาศใหม่สำหรับวัฏจักรถัดไป
เนื่องจากจุดระเบิดทุกรอบและหมุนช้า เครื่องยนต์ 2 จังหวะรอบต่ำจึงต่อโดยตรงกับใบจักรพิทช์คงที่ขนาดใหญ่ได้โดยไม่ต้องใช้เกียร์ ส่วนใหญ่กลับทิศการหมุนได้โดยตรง: เมื่อต้องการถอยหลัง จะหยุดเครื่องยนต์แล้วสตาร์ตใหม่ให้หมุนในทิศตรงข้าม
ทำไมเครื่องยนต์เรือขนาดใหญ่จึงใช้โครงสร้างแบบครอสเฮด?
ในเครื่องยนต์แบบครอสเฮด ก้านลูกสูบต่อกับครอสเฮดที่เลื่อนอยู่ในรางนำ และก้านสูบเชื่อมครอสเฮดกับเพลาข้อเหวี่ยง โครงสร้างนี้ป้องกันแรงด้านข้างไม่ให้กระทำต่อปลอกสูบ และแยกกระบอกสูบออกจากห้องข้อเหวี่ยง จึงสามารถเลือกน้ำมันหล่อลื่นกระบอกสูบและน้ำมันระบบให้เหมาะสมแยกกันได้ ข้อเสียคือความสูง: เครื่องยนต์ครอสเฮดสูงกว่าเครื่องยนต์ทรังก์พิสตันที่มีกำลังใกล้เคียงกันมาก
เครื่องยนต์ดีเซลเรือ 4 จังหวะแตกต่างอย่างไร?
เครื่องยนต์ดีเซล 4 จังหวะแยกจังหวะดูด อัด กำลัง และคายไอเสียออกจากกัน ดังนั้นแต่ละกระบอกสูบจึงจุดระเบิดทุก 2 รอบการหมุน วาล์วในฝาสูบควบคุมการแลกเปลี่ยนก๊าซ และลูกสูบต่อกับก้านสูบโดยตรง (โครงสร้างแบบทรังก์พิสตัน)
เครื่องยนต์เรือ 4 จังหวะหมุนเร็วกว่า จึงให้กำลังมากกว่าเมื่อเทียบกับขนาดและน้ำหนัก ทำให้เหมาะกับเรือที่มีข้อจำกัดด้านความสูงและความยาวของห้องเครื่อง เช่น เรือเฟอร์รี่ เรือส่งกำลังบำรุงนอกชายฝั่ง และเรือลากจูง ความเร็วรอบที่สูงกว่าหมายความว่าโดยปกติจะขับใบจักรผ่านเกียร์ทดรอบ มักใช้ร่วมกับใบจักรปรับพิทช์ได้ หรือขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในระบบดีเซลไฟฟ้า
| คุณลักษณะ | 2 จังหวะรอบต่ำ | 4 จังหวะรอบปานกลาง/สูง |
|---|---|---|
| ความถี่การจุดระเบิด | ทุกรอบการหมุน | ทุก 2 รอบการหมุน |
| การเชื่อมต่อกับใบจักร | ขับตรง ไม่ใช้เกียร์ | เกียร์ทดรอบหรือระบบดีเซลไฟฟ้า |
| ขนาดต่อ kW | ใหญ่และหนัก | กะทัดรัด |
| ประสิทธิภาพเชื้อเพลิง | สูงที่สุดในบรรดาเครื่องยนต์เรือทุกประเภท | สูง แต่ต่ำกว่าเล็กน้อยเมื่อกำลังเท่ากัน |
| การแลกเปลี่ยนก๊าซ | ช่องบนปลอกสูบร่วมกับวาล์วไอเสีย | วาล์วไอดีและไอเสีย |
| ความสามารถในการทำงานทดแทนเมื่อบางส่วนขัดข้อง | โดยปกติมีเครื่องยนต์หลักเครื่องเดียว | มักใช้หลายเครื่องยนต์ |
| ประเภทเรือที่ใช้ทั่วไป | เรือบรรทุกสินค้าเดินทะเลลึก | เรือเฟอร์รี่ เรือสำราญ เรือลากจูง เรือปฏิบัติงานนอกชายฝั่ง |
เรือบรรทุกสินค้า เรือบรรทุกตู้คอนเทนเนอร์ และเรือสำราญใช้เครื่องยนต์อะไร?
เครื่องยนต์เรือบรรทุกสินค้าและเรือบรรทุกตู้คอนเทนเนอร์เกือบทั้งหมดเป็นเครื่องยนต์ 2 จังหวะรอบต่ำเครื่องเดียว เพราะเรือเหล่านี้เดินทางด้วยความเร็วคงที่นานหลายสัปดาห์ และเชื้อเพลิงเป็นต้นทุนดำเนินงานที่สูงที่สุด เครื่องยนต์เรือสำราญมักเป็นเครื่องยนต์ 4 จังหวะรอบปานกลางหลายเครื่องในระบบดีเซลไฟฟ้า
- เครื่องยนต์เรือบรรทุกตู้คอนเทนเนอร์ — เครื่องยนต์ 2 จังหวะขนาดใหญ่เครื่องเดียว มักมี 8–12 สูบบนเรือขนาดใหญ่ที่สุด ขับใบจักรพิทช์คงที่ขนาดใหญ่ 1 ชุด เรือบรรทุกตู้คอนเทนเนอร์ขนาดใหญ่ที่สุดเคยใช้เครื่องยนต์ในกลุ่ม RTA96-C ซึ่งรุ่น 14 สูบมีขนาดกระบอกสูบ 960 mm ช่วงชัก 2500 mm และกำลังพิกัดประมาณ 80000 kW
- เรือบรรทุกสินค้าเทกองและเรือบรรทุกของเหลว — ใช้เครื่องยนต์ 2 จังหวะรอบต่ำในลักษณะคล้ายกัน โดยทั่วไปมีขนาดกระบอกสูบและจำนวนสูบน้อยกว่า
- เครื่องยนต์เรือสำราญ — โดยทั่วไปใช้เครื่องยนต์รอบปานกลาง 4 ถึง 6 เครื่องจ่ายไฟเข้าสู่เครือข่ายไฟฟ้าร่วม มอเตอร์ไฟฟ้าขับเพลาหรือชุดพ็อดที่หมุนเปลี่ยนทิศได้ และปรับจำนวนเครื่องยนต์ที่เดินให้สอดคล้องกับภาระเพื่อประสิทธิภาพ ขณะที่ไฟฟ้าสำหรับที่พักและสิ่งอำนวยความสะดวกก็มาจากระบบเดียวกัน
- เรือเฟอร์รี่และเรือปฏิบัติงานนอกชายฝั่ง — ใช้เครื่องยนต์ 4 จังหวะรอบปานกลางหรือรอบสูงส่งกำลังผ่านเกียร์ บางครั้งจัดเป็นระบบดีเซลไฟฟ้าหรือไฮบริด
เรือเฟอร์รี่ขนาดเล็กและเรือชายฝั่งใช้เครื่องยนต์รอบสูงที่มีกำลังหลักร้อยถึงหลักพันต้น ๆ kW ตัวอย่างเช่น SC33W1000CA2 มีจำหน่ายพร้อมเกียร์ที่ประกอบรวมกันในช่วงกำลัง 680–1100 hp ซึ่งเป็นเครื่องยนต์ประเภทที่ใช้ในโครงการระบบขับเคลื่อนเรือเฟอร์รี่โดยสาร
เครื่องยนต์เรือใช้เชื้อเพลิงอะไร และ LNG เป็นอย่างไร?
เครื่องยนต์ 2 จังหวะขนาดใหญ่ออกแบบมาให้ใช้น้ำมันเตา และหลายเครื่องยังใช้ร่วมกับเครื่องดักล้างไอเสีย ส่วนเครื่องอื่นใช้น้ำมันเตากำมะถันต่ำมากหรือน้ำมันดีเซลเรือเพื่อให้เป็นไปตามข้อจำกัดกำมะถันของ MARPOL ภาคผนวก VI เรือที่ใช้ LNG ใช้เครื่องยนต์เชื้อเพลิงคู่ที่สลับระหว่างก๊าซและเชื้อเพลิงเหลวได้
เครื่องยนต์เชื้อเพลิงคู่ 2 จังหวะมีแนวคิดหลัก 2 แบบ: การฉีดก๊าซแรงดันสูง ซึ่งเผาไหม้ก๊าซตามวัฏจักรดีเซล และการจ่ายก๊าซแรงดันต่ำ ซึ่งเผาไหม้ส่วนผสมที่ผสมไว้ล่วงหน้าตามวัฏจักรออตโต โดยใช้เชื้อเพลิงเหลวปริมาณเล็กน้อยช่วยจุดระเบิด LNG ลดซัลเฟอร์ออกไซด์และฝุ่นละอองได้เกือบทั้งหมด และลด CO2 แม้ยังต้องจัดการการเล็ดลอดของมีเทนที่ไม่เผาไหม้ ผู้ผลิตเครื่องยนต์ยังมีเครื่องยนต์ที่ใช้เมทานอลได้ และกำลังพัฒนาแบบที่ใช้แอมโมเนียเป็นเชื้อเพลิง ขณะที่อุตสาหกรรมเดินเรือมุ่งสู่เป้าหมายก๊าซเรือนกระจกของ IMO
การปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ถูกควบคุมผ่านข้อจำกัดระดับ Tier ของ IMO โดย Tier III ซึ่งใช้กับเรือที่สร้างหลังวันที่เกี่ยวข้องในเขตควบคุมการปล่อย NOx ที่กำหนด มักต้องใช้ระบบลดมลพิษด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกจำเพาะ หรือระบบหมุนเวียนไอเสียกลับขณะเดินเครื่องด้วยดีเซล
ข้อมูลนี้มีความหมายอย่างไรต่อผู้ซื้อเครื่องยนต์ขับเคลื่อนเรือขนาดเล็กกว่า?
สำหรับเรือส่วนใหญ่ที่เล็กกว่าเรือบรรทุกสินค้าเดินทะเลลึก ทางเลือกที่แท้จริงคือระหว่างเครื่องยนต์ 4 จังหวะรอบปานกลางกับรอบสูง โดยจับคู่กับเกียร์เรือ เครื่องยนต์ที่รอบต่ำกว่าและใหญ่กว่าโดยทั่วไปมีอายุใช้งานยาวนานกว่าภายใต้ภาระต่อเนื่อง; เครื่องยนต์รอบสูงช่วยประหยัดน้ำหนักและพื้นที่
- เรือลากจูง เรือขุดลอก และเรือใช้งานหนักมักจับคู่เครื่องยนต์ระดับ 1000 kW เช่น เครื่องยนต์หลัก CW6250ZLC-1N หรือ V12 12M33C1000-15 กับเกียร์สำหรับงานหนัก
- เรือประมงและเรือใช้งานชายฝั่งโดยทั่วไปใช้เครื่องยนต์รอบสูง 100–400 kW ตามที่กล่าวถึงในคู่มือการซื้อเครื่องยนต์ดีเซลเรือของเรา
- ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าช่วยบนเรือทุกประเภทใช้พิกัดตาม ISO 8528 ส่วนพิกัดเครื่องยนต์ขับเคลื่อนเรือโดยทั่วไปอ้างอิงสภาวะมาตรฐาน ISO 3046 ร่วมกับนิยามลักษณะงานของผู้ผลิต
MARS จัดหาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนเรือและเกียร์ในกลุ่มเหล่านี้ และสามารถทดสอบเครื่องยนต์ก่อนจัดส่งพร้อมรายงานเป็นลายลักษณ์อักษรและวิดีโอ หากต้องการเปรียบเทียบทางเลือกสำหรับเรือ โปรดส่งรายละเอียดเรือและลักษณะงาน
คำถามที่พบบ่อย
เครื่องยนต์เรือที่ใหญ่ที่สุดในโลกคืออะไร?
เครื่องยนต์ดีเซล 2 จังหวะ RTA96-C แบบ 14 สูบได้รับการกล่าวถึงอย่างแพร่หลายว่าเป็นเครื่องยนต์ลูกสูบชักที่ใหญ่ที่สุด มีกำลังพิกัดประมาณ 80000 kW (ราว 107000 hp) และน้ำหนักมากกว่า 2300 ตัน เครื่องยนต์รุ่นใหม่จากผู้ให้สิทธิ์การผลิตรายใหญ่มีพิกัดใกล้เคียงกัน
ทำไมเรือจึงใช้เครื่องยนต์ 2 จังหวะ?
เครื่องยนต์ 2 จังหวะรอบต่ำเป็นเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพเชื้อเพลิงสูงที่สุดในระดับกำลังสูงมาก และหมุนช้าพอที่จะขับใบจักรขนาดใหญ่ได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้เกียร์ สำหรับเรือที่เดินทางไกลด้วยความเร็วคงที่ จึงช่วยประหยัดเชื้อเพลิงและลดความซับซ้อน
เครื่องยนต์เรือหมุนเร็วเท่าใด?
เครื่องยนต์เรือ 2 จังหวะขนาดใหญ่โดยทั่วไปทำงานที่ประมาณ 60–130 rpm เมื่อให้กำลังพิกัด เครื่องยนต์ 4 จังหวะรอบปานกลางทำงานที่ประมาณ 300–1000 rpm และเครื่องยนต์รอบสูงมากกว่าประมาณ 1000 rpm
เรือสำราญใช้เครื่องยนต์อะไร?
เรือสำราญสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ระบบดีเซลไฟฟ้า โดยมีเครื่องยนต์ 4 จังหวะรอบปานกลางหลายเครื่องขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และมอเตอร์ไฟฟ้าหรือชุดพ็อดขับใบจักร เรือสำราญรุ่นใหม่บางลำใช้ LNG กับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงคู่
เครื่องยนต์เรือเป็นเครื่องยนต์ดีเซลหรือไม่?
ส่วนใหญ่ใช่ เครื่องยนต์ดีเซลและเชื้อเพลิงคู่ขับเคลื่อนกองเรือพาณิชย์ส่วนใหญ่ของโลก ส่วนกังหันก๊าซ กังหันไอน้ำ และระบบไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ใช้เฉพาะงานบางประเภทเท่านั้น
