船用双燃料发动机关键技术分析.pdf

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1、第45卷第3期船海工程Vo1．45No．32016年6月SHIP＆0CEANENGINEERINGJun．2016DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．03．021船用双燃料发动机关键技术分析雷伟，甘少炜，周国强(中国船级社武汉规范研究所，武汉430022)摘要：为促进船用双燃料发动机的技术进步，基于目前市场上的主要机型及其特点，对船用双燃料发动机的天然气供给、稀薄燃烧、动态特性优化和甲烷排放控制等关键技术问题进行分析，提出相应的解决途径。关键词：船用双燃料发动机；天然气供给；稀薄燃烧

2、；动态特性；甲烷排放中图分类号：U664．1文献标志码：A文章编号：1671-7953(2016)03-0086-05当前，使用天然气作为船舶燃料已成为航运占这一新兴市场。目前市场上的船用双燃料发动业的新热点。然而，我国内河仍普遍使用较为落机基本上实现了低速机、中速机和高速机的全范后的总管进气式混燃发动机，没有充分发挥天然围覆盖。气作为清洁燃料的优势，同时，其热效率也较柴油1．1低速机机没有提高。与混燃发动机相比，双燃料发动机全球范围内低速双燃料发动机的研发进度相具有明显的减排优势，无需安装尾气排放后处理对缓慢，目

3、前仅有Wartsila和MANDiesel&Turbo装置便可满足国际海事组织(IMO)硫氧化物排放分别推出了RT—flex50DF和ME—GI等较成熟控制区(SECA)和氮氧化物排放控制区(NECA)的二冲程低速双燃料发动机产品。的要求，且热效率也能得到提升。为推动高性能Wartsila的RT—flex50DF二冲程低速机采用船用双燃料发动机在我国的发展和应用，对双燃低压缸内直喷的进气方式，即在扫气行程中将压料发动机燃烧控制、动力性和排放性能优化等相力低于1．6MPa的天然气直接喷入气缸内，在压关技术进行分析，对

4、若干关键技术问题提出解决缩行程终点附近由微量引燃油来点燃天然气，热途径。力循环为Otto循环。缸内实现预混合稀薄燃烧，使得燃气模式下NO排放可达到IMOTierIII标1发展现状准。它在全负荷范围内均可在燃气模式下稳定运双燃料发动机是指既能单独使用液体燃料行，无需在低负荷工况下转换至燃油模式。同时，(燃油)，又能单独使用气体燃料的发动机。在燃通过优化气门正时避免天然气直接逃逸、采用预气模式下，它通常利用少量燃油(称为“引燃油”)燃室技术促进完全燃烧、优化燃烧室形状避免形的自行压燃来点燃气体燃料。成死角等技术，使得其

5、HC排放较类似四冲程双目前，Wartsila、MANDiesel&Turbo和Caterpil—燃料发动机明显降低。lar、GE等国外知名制造商在双燃料发动机研发MANDiesel&Turbo的ME—GI二冲程低速机方面处于领先地位，均推出了各自的船用双燃料采用缸内高压直喷进气方式，天然气在压缩行程发动机产品；亚洲研发能力较强的厂商，如日本新终点附近以高达30MPa的压力直接喷入燃烧室泻、日本大发、三菱重工、现代重工等，也加人了船内，采用Diesel循环，有3种运行模式：燃油运行用双燃料发动机的研发行列；国内的淄柴

6、、济柴、模式(100％燃油)、最小燃油运行模式(5％引燃玉柴等也在竞相开发船用双燃料发动机，力图抢油+天然气)和定量燃气运行模式(引燃燃油+定量天然气)。由于采用高压直喷进气，可完全避免天然气直接逃逸，动力性、经济性及动态特性收稿日期：2015—09—30修回日期：2015—12—04等均能维持与柴油机相当的水平。但比较显著的第一作者简介：雷伟(1983一)，男，博士，高级工程师缺点在于，在各种运行模式下的NO排放只能达研究方向：船用柴油机及气体燃料发动机技术到IMOTierII标准，需结合排气后处理技术(如E·m

7、ail：wlei@CCS．org．caSCR、EGR等)才能达到TierIII标准。862第0163期芷雷伟，等：船用双燃料发动机关键技术分析船海工程第45卷继Wartsila和MANDiesel&Turbo之后，日本几个方面对原柴油机进行了优化设计，增加一套三菱重工正积极进入船用低速气体机领域，并于气体燃料供应与控制系统和点火系统，并采用了2012年对外宣称计划开发低速双燃料发动机基于缸压检测、气体泄漏探测、防爆安全阀的安全UEC—LSGi。与ME—GI类似，将采用高压直喷保护措施。M46DF发动机也采用了支管多

8、点喷进气方式。射的低压进气方式，在燃气模式下可达到IMO1．2中速机TierIII排放标准，并通过了美国环保署(EPA)中速机由于功率相对较小，船上气体燃料储Tier2排放认证。存问题容易解决，且能广泛应用于沿海和内河船此外，韩国现代重工推出了H35DF中速双燃舶，其发展受到更多关注，因此研发进度明显领先料发动机；日本大发正在进行DE28DF和于低速机。目前