双燃料控制系统在船用发动机上的应用研究

引言

C8190型双燃料发动机是某公司研发的一款多点喷射船用发动机，采用清洁能源液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)，降低排放，符合绿色环保、节能减排的发展要求[1]。

在C8190型船用发动机上配装双燃料控制系统，进行纯柴油模式和双燃料模式下的推进特性试验，测试该控制系统的性能，并通过控制系统的调整，提高该发动机的性能[2-3]。

1　控制系统的组成与功能

1.1　双燃料发动机的设计原则

双燃料发动机控制系统的设计应该实现:

1)纯柴油和双燃料两种模式;

2)空载和怠速工况时，使用纯柴油模式;

印支期仅出现小规模的岩浆活动，主要表现为一些碱性岩、碱性花岗岩、A型花岗岩和煌斑岩脉的侵入；燕山期是本区一次大规模的岩浆活动，形成花山、五丈山、祈雨沟、合峪、太山庙等花岗岩体。其中花山、合峪岩体规模巨大，呈岩基出现，其他岩体呈小岩株状产出。燕山期花岗岩浆活动及其伴随形成的金矿床都必然受到成岩构造环境和大规模伸展动力学背景控制，槐树坪金矿床的形成是燕山期岩浆活动的典型产物。

  

图1　双燃料控制系统组成

3)标定工况下，替代率大于85%;

式(6)中：σd1为第1层的噪声估计，该阈值规则只需要对第一层的噪声进行估计，大大节省了阈值去噪过程中计算阈值的时间，同时只要挑拣相宜的阈值处理公式，该阈值选取方法的去噪质量将高于其它方法.

4)模块化设计，运行安全，可靠性高;

该层主要包括集成数据库和数据的补充优化处理。集成数据库包含以不同病毒物种为主题创建的数据集市，如基于流感病毒数据集市、基于艾滋病病毒数据集市、基于乙肝病毒数据集市等。

5)减排效果明显。

1.2　双燃料控制系统的组成与功能

双燃料发动机控制系统主要由双燃料控制器、燃气电喷阀、转速传感器、燃气执行器、燃气压力传感器、增压压力传感器、油门位置传感器等部件组成，如图1所示。

从父母商店的一位顾客那里，我得知有一家女式服装店正在招模特儿。据她说，每月的酬劳有八百法郎，比在丝织品公司多两百法郎。她给了我服装店的地址，我决定去试一试。在电话中，一个威严的女声让我在下星期的一个傍晚去格罗雷大街四号面试。

2)屋盖下悬吊设备和吊车。根据工艺布置要求，虽然重量最大的换流阀设备采用地面支撑式，但屋盖下还是需要悬挂数量较多的避雷器、悬吊绝缘子等设备，此外，为便于后续运行过程中检修和更换阀组，屋盖上还需设置7座5 t的单轨吊车，如图2所示。这就要求屋盖结构下弦宜在同一平面内，以便于电气设备和吊车的安装。

2　控制系统的工作原理

控制系统通过控制燃气的进给量，实现对柴油的替代。通过测量燃气进气压力和各缸排温，根据测量值控制发动机在双燃料和纯柴油两种模式间自动切换，从而保护发动机[4]。

  

图2　双燃料模式下柴油和燃气的进给曲线图

双燃料模式下柴油和燃气的进给曲线(下文简记作进给MAP图)如图2所示，双燃料控制系统中设置了一条“柴油油门目标设定曲线”来设定柴油油门位置。如果油门位置信号高于目标设定曲线，则燃气阀打开，通过逐渐增大燃气的进给量，相应减小柴油的进给量，从而使柴油进给量逐渐接近期望值。当发动机在双燃料模式下运行时，双燃料控制器采集到油门位置信号和发动机转速信号，通过查找燃气阀—油门控制曲线图(下文简记作控制MAP图,如图3所示)的相应值，调整燃气执行器开度，控制燃气的进给量，实现对柴油的替代[5]。

双燃料控制器通过测量燃气进气压力和各缸排温，自动切换发动机的运行状态，从而保护发动机。发动机在双燃料模式下运行时，如果燃气进气压力或排温超过设定值，将会自动切换到纯柴油模式。当燃气进气压力和排温都正常后，发动机就恢复到双燃料模式。

  

图3　MAP图

3　控制系统的调试

3.1　柴油油门目标曲线的标定

当油量值Y减小到柴油目标曲线限制点时，而排温及替代率还未达到要求值时，可放大柴油目标曲线限制点，以增大它的替代率。

  

图4　柴油目标曲线

通过在C8190型双燃料发动机上的配机试验，使双燃料控制系统在船用发动机上得到应用。用双燃料代替纯柴油，能够显著减少污染物的排放，满足节能减排的环保要求。双燃料控制系统，具有纯柴油模式和双燃料模式自动切换功能，满足CCS要求。标定工况下，能够使替代率大于85%，经济效益十分可观。通过双燃料控制系统在此机型上的应用试验，获得了一些经验，进而为推广该控制系统在其他机型上的应用奠定基础。

投资阶段是建筑工程建设的前期，在该阶段造价管理对后续工程有着重大的影响，所以投资阶段意义重大。一般而言，在投资阶段，传统建筑工程造价管理是以图纸介质积累工程数据为主的，并且该方式易受到其他因素的影响，导致问题与错误的发生，BIM数据库中因为数据信息具有海量性，可以实现方案的对比，信息数据可以复原，利用三维形式加以展现，投资方可以根据项目的方案对模型进行修改与更新，形成不同的方案模型，并且自动计算不同造价数据以及工程量，所以在建筑工程造价管理投资阶段，BIM技术具有重大作用。

基于运行安全性考虑以及保持发动机运行效果，在空载和80%以上负载的时候不建议加燃气，所以在设置柴油目标曲线时应保证空载和满载时的基本柴油供给[10]。在机器排温正常，转速不出现波动的前提下，尽量加大燃气阀开度，以求最理想的替代率[11-12]。

变电站一般外墙需要进行节能设计，主变压器室外墙需要进行防火、节能、降噪设计。下面分一般外墙和主变压器室外墙进行论述。

3.2　双燃料模式下燃气开度的调整

[3]梁昱，周立迎. 双燃料发动机技术研究综述[J].贵阳学院学报(自然科学版)，2008，3(3)：18-23.

调整控制MAP图前，应先用纯柴油模式开机并加到满负载，在加载过程中，记下每个功率段的油门位置，以便做油量限制曲线，并为填写MAP图的Y轴做参考。

在转速为X、油量值为Y时的燃气阀开度为Z。当燃气阀开度Z增加时，油量值Y减小。做替代率试验时，如果需要增大替代率，则调大Z的值；反之，如果需要减小替代率，则调小Z的值。

柴油油门目标设定曲线是发动机双燃料模式下最经济的运行曲线。当发动机以纯柴油模式起动后，燃气根据柴油油门的反馈位置和转速开始参与燃烧，同时参与燃烧的柴油量开始减少。柴油的供油量不断地接近柴油油门目标设定曲线，但不能超过该曲线。同样，燃气的进气量也受到MAP的限制[6-7]。

虽然“逃离北上广”的呼声一浪高过一浪，但每年还是有数以万计的年轻人去国离乡，只身来到大城市打拼。法国社会学家鲍德里亚认为：“我们的消费活动与真实的需求无关，而是不断地运行、巩固消费主义的符号社会学系统。”

[2]华伟，张伟，赵九江等. 论液化天然气船用双燃料发动机发展空间[J].中国石油和化工标准与质量，2011(9)：52.

4　控制系统的配机试验

在船用发动机上进行该双燃料控制系统的配机试验。C8190型船用双燃料发动机标定转速为1 200 r/min，标定功率为600 kW。

4.1　试验方法

C8190型多点喷射双燃料发动机分别在纯柴油模式和双燃料模式下，按表1程序进行推进特性试验[13]。

对纯柴油模式和双燃料模式都按照推进特性试验程序进行试验，并记录试验数据。需要记录的数据有：功率、油耗率、气耗率、烟度、爆压、增压比、涡轮前排气压力、涡轮前排气温度等。

 

表1　推进特性试验程序

  

序号工况/(标定功率%)功率/kW转速/(r·min-1)1251507562503009523754501090序号工况/(标定功率%)功率/kW转速/(r·min-1)49054011595100600120061106601238

4.2　试验结果

推进特性试验数据见表2，根据试验数据绘制出推进特性曲线，纯柴油模式下的推进特性曲线见图5，双燃料模式下的推进特性曲线见图6。

 

表2　推进特性试验数据

  

序号工况/(标定功率%)功率/kW转速/(r·min-1)油耗率[纯柴油]/(g·(kW·h)-1)油耗率[双燃料]/(g·(kW·h)-1)气耗率/(m3·(kW·h)-1)替代率/%燃料热耗率/kJ·(kW·h)-1125150756248．067．50．22072．910755250300952216．848．20．23077．8103043754501090210．540．30．24780．8105854905401159212．536．30．25182．91056051006001200215．030．80．25485．71043861106601238218．048．30．23877．810597

  

图5　纯柴油模式下的推进特性曲线

  

图6　双燃料模式下的推进特性曲线

4.3　试验结果分析

试验结果表明，在双燃料控制系统的控制下，C8190型船用发动机按照推进特性运转时，各项性能指标均满足设计要求，发动机运行平稳，标定工况下替代率大于85%。标定工况下，纯柴油模式时烟度为0.60 FSN，双燃料模式时烟度为0.28 FSN，降低了53%。经排放测量数据分析，双燃料模式下NOx的排放量较纯柴油模式下降低了大约50%，节能减排效果显著[14-15]。

5　结论

柴油目标曲线如图4所示，X轴为转速、Y轴为柴油期待目标值。当柴油期待目标值Y低于油量实际值时，双燃料模式才可以正常运行。如果柴油期待目标值Y等于油量实际值，油量实际值不会随燃气阀开度的增加而减小。此时证明油量限制曲线起效，限制了油量的最小值[8-9]。

参考文献：

双燃料控制系统具有纯柴油模式和双燃料模式自动切换功能，同时具有故障自诊断、增压压力保护、排温保护、安全保护等功能，具备机旁控制功能，以及供驾驶室或集控室的远程控制系统使用的对外接口。

[1]李克，杨铁皂，徐斌，等. 天然气/柴油双燃料发动机研发现状及发展[J].河南科技大学学报(自然科技版)，2004，25(2)：28-32.

双燃料控制系统控制发动机在起动和怠速时按纯柴油模式运行；当发动机的转速和负载达到控制器中MAP图设定的工况时，控制器自动控制燃气阀打开到此工况对应的设定值，发动机进入双燃料工作模式。

根据控制MAP图调整燃气阀的开度，其中X轴表示转速，Y轴表示油门位置，Z轴表示燃气阀开度。

[4]陈永义，张幽彤，刘兴华. 压缩天然气发动机电控系统的开发[J].内燃机，2003(1)：9-11.

在我国南方许多地区的民居，为了降低夏季炎热，在坡屋顶构造中也有相似的设计，比较普遍的做法是屋面采用双层瓦屋顶，在两层瓦片中形成的空气间层作为屋面的通风隔热层，在屋檐设置进气口，在屋脊处设置出气口，形成空气流动带走一部分屋面的热量，达到隔热的目的[12]。与此原理相同，项目利用屋盖系统形成的中空层作为自然通风散热的通道，同样在坡屋顶檐口处预留通风条作为气流入口，在靠近屋脊处安装通风帽作为通风口[11]93，利用气体热压实现通风隔热（图8）。此外，宜兴地区属夏热冬冷地区，屋盖系统也做了保温措施，既考虑到屋面的夏季隔热，也兼顾到冬季保温，以适应各季节的气候条件，居住更加舒适。

[5]刘震涛，俞小莉，费少梅. 天然气/柴油双燃料发动机燃气供给系统特性研究[J]. 内燃机工程，2002，23(2)：15-19.

[6]刘立，吴光耀. 柴油/天然气双燃料发动机的研究[J]. 中国科技论文在线精品论文，2010，3(16)：1651-1654.

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[10]高青，李虎，田文凯等. 柴油引燃天然气双燃料燃烧稳定性研究[J]. 兵工学报，2001，22(3)：404-406.

类风湿关节炎是一种自身免疫性、以炎症细胞因子浸润和慢性炎症反应的疾病。RA临床表现为关节慢性炎症浸润、关节疼痛、关节肿大和畸形。及早诊断类风湿关节炎和抑制炎症反应对类风湿关节炎治疗和预后至关重要［10-11］。本论文中，我们发现P2X7受体在类风湿关节炎患者滑膜组织中高表达，且对类风湿关节炎具有较好的诊断价值。此外，P2X7受体与炎症细胞因子密切相关，抑制P2X7受体的表达可抑制关节滑膜细胞的炎症细胞因子分泌和炎症反应，表明P2X7受体不仅是类风湿关节炎的诊断标志物，也是治疗类风湿关节炎的潜在靶点。

[11]O.M.I. Nwafor. Effect of choice of pilot fuel on the performance of natural gas in diesel engines[J]. Renewable Energy，2000，21：495-504.

电网企业数据中心UPS系统往往同时也在为其他数据中心以外的重要负载供电，将这些负载完全分离出来测量有一定难度。因此可直接测量向IT负载供电的配电列头柜(精密母线)的输出功率，并累加起来作为IT负载的参考值。这样做不但考虑了UPS输出至列头柜(精密母线)输出之间的开关及电缆的损耗，也将不属于数据中心的负载分离出来了。

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[13]万德玉，李树生. 柴油机试验测试与分析实用手册[M]. 北京：学苑出版社，2000.

本节，我们通过实例验证所提算法的有效性，所有实验均在HP笔记本电脑完成，处理器为Intel(R) Core(TM) i7-6500U CPU @ 2.50GHz和8GB内存，操作系统为Windows 7，仿真软件为MATLAB 2013b。

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