船用柴油-LNG双燃料发动机管理系统

一、 项目简介

船舶“油改气”改变了柴油机使用单一柴油燃料的模式,使柴油机可以掺烧LNG(液化天然气),柴油-天然气双燃料发动机以原柴油机为基础,外挂一套天然气燃料控制系统,使其既可以以单一柴油模式工作,也可以柴油和天然气双燃料掺烧模式工作。柴油-天然气双燃料发动机具有以下的优点:

1.大比例使用天然气替代柴油,以油气价差降低燃料费用,最高可节省燃料费用30%。

2.尾气排放更清洁,具有显著的减排效果,且大大减轻柴油对水源污染。

3.改装方便,不需要对机体进行大的改动,只需在机体外添加天然气喷射系统。

4.在天然气短缺时仍可以以柴油为燃料正常运行。

5.天然气双燃料改装不会影响发动机的动力性。

6.LNG属低温液体,在发生泄漏后会迅速气化并自动向上溢开,具有良好的安全性,也不会对水体产生污染。

 

二、技术方案

改装分为两部分:发动机舱内的柴油-LNG双燃料发动机管理系统,机舱外的LNG储气系统。其中发动机管理系统由天然气电喷系统、安全监控系统和远程操控与信息系统,也是“油改气”的核心技术,如图1所示。LNG储气在国内已有多家技术工艺成熟的供应商。

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图1 船舶柴油-LNG双燃料发动机管理系统组成

其中电喷控制ECU、安防控制器SCM、智能可燃气体探测器CGD三大关键部件及连接线束等由本公司生产,传感器及执行器通过专业配套后集成系统。相关应用示于图2、3。

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图2  6240DF柴油机应用图示

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图3  X6170ZC-19发动机台架及实船(宿迁1260干货船)应用图示

 

三、关键技术

◣天然气电喷系统分为两种技术方案:进气总管喷射混合技术和进气歧管喷射混合技术。

◣进气总管喷射混合技术由于发动机换气过程中需要用进气对残留于气缸内的废气进行“扫气”,约占气缸排量的20%。因此在进气总管已混合的空气天然气混合物将随之被“扫”到排气管,浪费了天然气燃料,排气管中天然气含量可达到爆炸极限的20%LEL,会引发安全问题。

◣进气歧管喷射混合技术克服了总管喷射的弊端,只在排气阀关闭之后的进气行程中喷射天然气,这样可以大大节省天然气,同时更安全。

◣恒驰科技在船舶“油改气”具有下列独创技术:

1.进气歧管多点相序喷射技术,几乎可以达到缸内直喷的技术效果,船舶平均负载工况下每千瓦小时节省0.40元(总管喷射为0.24元),同时实现清洁燃烧,尾气更洁净安全。

2.先进的动态自适应控制最佳柴油替代率,使发动机在寿命周期内始终保持最优的替代率。

3.智能性可燃气体探测器搭载CAN总线技术,将天然气电喷控制单元ECU、安全防护控制器及远程操控与信息系统驳接成控制系统局域网,构成分布式系统,进而大大增强了系统的安全可靠性;远程操控与信息系统,以人机对话形式为用户提供友好的操控和信息界面,使操控变得非常容易;功能强大的在线故障诊断(OBD)系统,解除用户对复杂系统维护的后顾之忧。