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新聞主題 |
各國(guó)（發(fā)達(dá)國(guó)家）對(duì)柴油發(fā)電機(jī)排放法規(guī)的規(guī)定 |
一、機(jī)型發(fā)展趨勢(shì)
船用柴油機(jī)在機(jī)型發(fā)展方面總體看相對(duì)穩(wěn)定，前幾年，主要集中在提高機(jī)型可靠性方面。這是因?yàn)樵鰤杭夹g(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)強(qiáng)化度提高很快，尤其是石油危機(jī)后，反映在降低燃油消耗率和燃用劣質(zhì)燃料油為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性的強(qiáng)烈追求上。然而近年來(lái)，各國(guó)環(huán)境政策對(duì)柴油機(jī)的排放限制日趨嚴(yán)酷，而NOx、SOx等有害排放物的增加正是高強(qiáng)度與燃用劣質(zhì)燃料油的副產(chǎn)品，而且這幾種有害排放氣體成分的含量，船用柴油機(jī)比汽車柴油機(jī)更甚。各柴油機(jī)廠商正在致力于下列共同追求的新型柴油機(jī)。
1、連續(xù)服役中的可靠性。
2、高度強(qiáng)化，即大幅度提高其最高燃燒壓力和燃油噴射壓力。
3、廢氣排放符合排放法規(guī)要求。1997年船舶開始執(zhí)行國(guó)際海事組織（IMO)制定的排放限值，各柴油機(jī)廠商采取工況控制或采取廢氣后處理，甚至重新設(shè)計(jì)以符合法規(guī)要求。
4、綜合經(jīng)濟(jì)性好。不僅僅追求燃油消耗率與劣質(zhì)燃料的使用，而是包括價(jià)格、運(yùn)行成本、省力、少維修、推進(jìn)效率等。
5、總體結(jié)構(gòu)趨于相同。氣缸排列以直列和V形兩種為主，既是技術(shù)目標(biāo)，也是經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的要求。
6、規(guī)范化的接口。盡量滿足用戶的要求，適合不同配套輔助裝置以及監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。
二、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
船用柴油機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)見表7。
表7船用柴油機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
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船機(jī)類型
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技術(shù)現(xiàn)狀
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發(fā)展趨勢(shì)
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中速柴油機(jī)
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近年來(lái)，中速機(jī)在開發(fā)大缸徑、提高整機(jī)功率方面做了大量工作，并在燃用劣質(zhì)燃油、降低油耗、提高零部件的可靠性、提高使用壽命及高增壓等方面取得顯著成效。
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不斷開發(fā)新機(jī)型，拓寬功率范圍，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；調(diào)整燃油噴射、霧化過(guò)程，采用高壓噴射的燃油系統(tǒng)；改進(jìn)增壓系統(tǒng)；改進(jìn)排氣閥的驅(qū)動(dòng)方式，調(diào)節(jié)排氣正時(shí)；增裝空氣中間冷卻器，加強(qiáng)水冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，降低零部件的熱負(fù)荷，提高柴油機(jī)的性能，提高工作可靠性，增加零部件的使用壽命；使用電子技術(shù)，控制排氣和燃油噴射、燃燒過(guò)程；采用新概念設(shè)計(jì)，減少整機(jī)的零部件等。
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高速柴油機(jī)
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目前，各制造商在材料選擇、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化系統(tǒng)、試驗(yàn)研究和加工制造等方面做了許多工作，并取得了顯著進(jìn)步，其發(fā)展趨勢(shì)為：采用系列化設(shè)計(jì)，并通過(guò)變型滿足多用途需要；不斷開發(fā)新型的大功率高速柴油機(jī)，適應(yīng)船舶市場(chǎng)的供需變化；嚴(yán)格整機(jī)的耐久試驗(yàn)，提高工作的可靠性；提高強(qiáng)化系數(shù)，提高柴油機(jī)使用的經(jīng)濟(jì)性；采用各種不同的噴射裝置或噴射方式，完善燃燒過(guò)程，降低NOx的排放量，適應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。
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三、主要減排技術(shù)
船舶主要使用的NOX減排技術(shù)及減排潛力，其中：IEM（發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部改造）的NOX減排潛力為20%～30%；DWI（直接噴水）的NOX減排潛力為50%～60%；HAM（濕空氣動(dòng)力系統(tǒng)）的NOX減排潛力為70%～80%；FWE（水乳化燃料）的NOX減排潛力為20%～50%；EGR（廢氣再循環(huán)）的NOX減排潛力為20%～50%；SCR（選擇性催化還原）的NOX減排潛力為80%～97%；LNG（液化天然氣）的NOX減排潛力為70%～90%。
1、美國(guó)EPA對(duì)船用柴油機(jī)的排放控制法規(guī)
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法規(guī)
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法規(guī)（法規(guī)號(hào)變更）
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適用范圍
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40 CFR PART 89
新生產(chǎn)及在用的非道路壓燃
式發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制
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40 CFR PART 1039
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40 CFR PART 1065（法規(guī)包含試驗(yàn)規(guī)程、數(shù)據(jù)計(jì)算和試驗(yàn)用設(shè)備的相關(guān)內(nèi)容）
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＜37kW的壓燃式船用柴油機(jī)
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40 CFR PART 94
船用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)大氣污染
控制
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40 CFR PART 1042
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≥37kW的1類和2類壓燃式船用柴油機(jī)
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40 CFR PART 91
船用點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制
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40 CFR PART 1045
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點(diǎn)燃式船用柴油機(jī)
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2、歐洲船用柴油機(jī)的排放控制法規(guī)
歐洲船用柴油機(jī)排放法規(guī)包括歐盟商用內(nèi)河船用柴油機(jī)排放法規(guī)2004/26/EC，娛樂(lè)用船用柴油機(jī)和個(gè)人游艇用船用柴油機(jī)排放法規(guī)94/25/EC，和三個(gè)區(qū)域性船用柴油機(jī)排放條例萊茵河條例、博登湖條例和勃蘭登堡（德國(guó)東北部一城市）航運(yùn)條例。
3、韓國(guó)船用柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)
韓國(guó)無(wú)內(nèi)河船用柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)際航行的船舶采用IMO標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)內(nèi)船舶基本也采用IMO標(biāo)準(zhǔn)。
4、日本船用柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)
日本無(wú)內(nèi)河船用柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)際航行的船舶采用IMO標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)內(nèi)船舶也采用IMO標(biāo)準(zhǔn)，由日本海事協(xié)會(huì)對(duì)船只進(jìn)行管理。
5、土耳其內(nèi)河船用柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)
土耳其對(duì)內(nèi)河船用柴油機(jī)實(shí)施和歐盟相同的要求，但實(shí)施時(shí)間比歐盟晚了3年。
6、俄羅斯內(nèi)河船用柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)
俄羅斯對(duì)內(nèi)河船用柴油機(jī)的排放控制要求，見表41。
表41內(nèi)河船用柴油機(jī)排放控制要求
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實(shí)施日期
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CO（g/kWh)
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HC（g/kWh)
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NOX（g/kWh)
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2000年1月1日前
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6.0
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2.4
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17.0
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2000年1月1日后
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3.0
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1.0
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n（r/min）
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n＜130
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17.0
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130≤n＜2000
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45*n-0.2
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n≥2000
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9.8
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7、國(guó)際海事組織（IMO）公約
1995年9月在倫敦召開的國(guó)際海事組織（International Marine Organization，簡(jiǎn)稱IMO）第37次會(huì)議（M EPC37）上，聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展組織正式提出MARPOL 73/78/附則VI《防止船舶造成大氣污染規(guī)則》。MARPOL 73/78公約，即《經(jīng)1978年議定書修訂的1973年國(guó)際防止船舶造成污染公約》，是“MARITIME AGREEMENT REGARDING OIL POLLUTION OF LIABILITY【9】”的縮寫。
IMO排放法規(guī)
（1） NOX排放控制要求
MARPOL 73/78公約附則VI，于2005年5月19日生效，適用于安裝在2000年1月1日或以后建造的海洋船和遠(yuǎn)洋船舶上，輸出功率超過(guò)130kW的柴油機(jī)（或經(jīng)過(guò)重大改裝的），氣態(tài)污染物排放應(yīng)滿足第1階段排放限值要求，如表42所示。
表42 IMO第1階段限值
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發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速n（r/min）
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NOX（g/kWh)
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n＜130
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17.0
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130≤n＜2000
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45*n-0.2
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n≥2000
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9.8
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IMO第2階段和第3階段NOX排放標(biāo)準(zhǔn)，分別于2011年1月1日和2016年1月1日生效，限值要求如表43所示。
表43 IMO第2階段和第3階段限值
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發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速n（r/min）
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第2階段限值
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第3階段限值
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NOX（g/kWh)
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NOX（g/kWh)
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n＜130
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14.4
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3.4
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130≤n＜2000
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44*n-0.23
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9*n-0.2
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n≥2000
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7.7
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2.0
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（2）試驗(yàn)循環(huán)
采用ISO8178-4中規(guī)定的C1、D2、E2和E3測(cè)試循環(huán)。
（3）試驗(yàn)用燃料
試驗(yàn)用燃料應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪x擇，除非船級(jí)社同意且適合的參考燃料得不到時(shí)，則應(yīng)使用ISO8217:1996中規(guī)定的具有適合柴油機(jī)類型的DM級(jí)船用燃料。
（4） SOx排放控制要求
MARPOL 73/78公約附則VI通過(guò)對(duì)燃料中硫含量的限制，控制SOX的排放。從2012年1月1日起，在世界范圍內(nèi)燃料的硫含量上限從4.5%降低至3.5%。鑒于目前硫含量平均值為2.7%，對(duì)SOX排放的降低所起到的作用十分有限，硫含量上限降低到0.5%才會(huì)對(duì)SOX的排放有實(shí)質(zhì)上的降低。對(duì)船用燃料硫含量的要求見表44。
表44船用燃料硫含量要求
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實(shí)施日期
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一般要求
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2012年1月1日前
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低于4.5%m/m
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2012年1月1日起
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低于3.5%m/m
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2020年1月1日起
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低于0.5%m/m
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（5）排放控制區(qū)（ECA）標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)修訂后的MARPOL附錄VI的規(guī)定，IMO組織允許各國(guó)向IMO提出設(shè)立排放控制區(qū)（ECA）的申請(qǐng)，如果申請(qǐng)獲得IMO的批準(zhǔn)，該國(guó)或地區(qū)可以將距離其海岸線一定距離內(nèi)的全部或部分水域設(shè)為排放控制區(qū)（ECA），在ECA內(nèi)實(shí)施更嚴(yán)格的燃油硫含量要求，見表45。
表45 SOX排放控制區(qū)船用燃料硫含量要求
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實(shí)施日期
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硫含量要求
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2010年7月1日前
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低于1.5%m/m
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2010年7月1日起
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低于1.0%m/m
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2015年1月1日起
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低于0.1%m/m
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排放控制區(qū)分為硫排放控制區(qū)和氮排放控制區(qū)兩類。目前，全球已經(jīng)有4個(gè)硫排放控制區(qū)在運(yùn)作：波羅的海、北海、北美、覆蓋波多黎各和美國(guó)維爾京群島水域的加勒比海排放控制區(qū)。目前唯一的氮排放控制區(qū)是包括美國(guó)和加拿大沿海200海里范圍在內(nèi)的北美排放控制區(qū)。在氮排放控制區(qū)內(nèi)對(duì)船舶的NOX排放實(shí)施更嚴(yán)苛的要求。
8、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）標(biāo)準(zhǔn)
（1）船用柴油機(jī)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)
在ISO8178-4:1996《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量第4部分：不同用途發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)循環(huán)》針對(duì)不同類型的船用柴油機(jī)規(guī)定了五種測(cè)試循環(huán)E1～E5。該標(biāo)準(zhǔn)只是測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有限值要求。該船用柴油機(jī)測(cè)量循環(huán)已被世界上多個(gè)國(guó)家采用，中國(guó)、歐盟、美國(guó)、日本、韓國(guó)、土耳其和俄羅斯等國(guó)家對(duì)船用柴油機(jī)的測(cè)試都采用了ISO8178DE循環(huán)。
E1循環(huán)：適用于船長(zhǎng)小于24m的船用柴油機(jī)。見表46
表46 E1循環(huán)
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工況號(hào)
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發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
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負(fù)荷（%)
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加權(quán)系數(shù)
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1
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額定轉(zhuǎn)速
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100
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0.08
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|
2
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額定轉(zhuǎn)速
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75
|
0.11
|
|
3
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中間轉(zhuǎn)速
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75
|
0.19
|
|
4
|
中間轉(zhuǎn)速
|
50
|
0.32
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.30
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表47 E2循環(huán)
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工況號(hào)
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發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
|
負(fù)荷（%)
|
加權(quán)系數(shù)
|
|
1
|
額定轉(zhuǎn)速
|
100
|
0.20
|
|
2
|
額定轉(zhuǎn)速
|
75
|
0.50
|
|
3
|
額定轉(zhuǎn)速
|
50
|
0.15
|
|
4
|
額定轉(zhuǎn)速
|
25
|
0.15
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E3循環(huán)：適用于重型船用柴油機(jī)。見表48
表48 E3循環(huán)
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工況號(hào)
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發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（%）
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負(fù)荷（%)
|
加權(quán)系數(shù)
|
|
1
|
100（額定轉(zhuǎn)速）
|
100
|
0.20
|
|
2
|
91
|
75
|
0.50
|
|
3
|
80
|
50
|
0.15
|
|
4
|
63
|
25
|
0.15
|
E4循環(huán)：適用于船長(zhǎng)小于24m的游艇用船用汽油機(jī)。見表49
表49 E4循環(huán)
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工況號(hào)
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發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（%）
|
負(fù)荷（%)
|
加權(quán)系數(shù)
|
|
1
|
100（額定轉(zhuǎn)速）
|
100
|
0.06
|
|
2
|
80
|
71.6
|
0.14
|
|
3
|
60
|
46.5
|
0.15
|
|
4
|
40
|
25.3
|
0.25
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.40
|
E5循環(huán)：適用于船長(zhǎng)小于24m的船用柴油機(jī)（螺旋槳特性）。見表50
表50 E5循環(huán)
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工況號(hào)
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發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（%）
|
負(fù)荷（%)
|
加權(quán)系數(shù)
|
|
1
|
100（額定轉(zhuǎn)速）
|
100
|
0.08
|
|
2
|
91
|
75
|
0.13
|
|
3
|
80
|
50
|
0.17
|
|
4
|
63
|
25
|
0.32
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.30
|
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