張成江，石志勇，唐永華

（1 山西柴油機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司，山西大同037036；2 德美和能源設(shè)備商貿(mào)（上海）有限公司，上海200433）

雙燃料指的是兩種燃料的混合燃燒（燃?xì)猓加停@兩種燃料在發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)同時燃燒。雙燃料技術(shù)手段是通過安裝在發(fā)動機(jī)空氣濾清器和渦輪增壓器之間的混合器，將可燃?xì)庖氚l(fā)動機(jī)；通過混合器形成較均勻的混合氣體進(jìn)入氣缸，以壓燃少量噴入氣缸內(nèi)的柴油作為“引燃燃料”，以燃?xì)庾鳛橹魅剂?。雙燃料發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：既可以用柴油引燃燃?xì)獾碾p模式運(yùn)行，也可以用100%柴油燃料模式運(yùn)行?；诿绹鳤ltronic，inc公司GTI雙燃料系統(tǒng)，對我公司16V165TE3柴油機(jī)安裝各傳感器的部位及電控系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性技術(shù)改造而開發(fā)研制的一種16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境條件對產(chǎn)品性能、可燃?xì)馐褂梅秶?、雙模式運(yùn)行的性能對比、替代率的最大整定范圍、與上層電控系統(tǒng)的聯(lián)合控制等展開試驗(yàn)性技術(shù)研究。

雙燃料發(fā)動機(jī)以可燃?xì)鉃槿剂咸娲加停诤侠砝觅Y源推動低碳綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展、減排增效等方面起到十分重要的作用，為國產(chǎn)高速大馬力柴油發(fā)動機(jī)雙燃料混合燃燒與應(yīng)用開拓了新的途徑。

1 主要技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)

1.1 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)保持原機(jī)“持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)”或“主供功率”的使用要求。

（2）16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)保持原機(jī)功率（1 360kW）和效率；替代燃油率為：63%～65.4%之間。

（3）16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)排放廢氣中的有害物質(zhì)減少，減少量如下：

NOx：15%～30%，

HC：20%～80%，

PM：20%～50%，

OPACITY（排氣煙度）：50%～80%，

SOx：50%～70%。

（4）16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)的主要指標(biāo)（見表1）。

表1 16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)

（5）GTI雙燃料系統(tǒng)安全防爆等級滿足CSA Certified ClassⅠ，Division 2，Group D。

1.2 特點(diǎn)

（1）原柴油機(jī)本體結(jié)構(gòu)不需做任何改動，僅對需要安裝在發(fā)動機(jī)上各種傳感器的部位進(jìn)行適應(yīng)性技術(shù)加工，便于安裝并符合工程化技術(shù)的要求；在空氣濾清器后的進(jìn)氣管加裝一個燃?xì)膺M(jìn)氣混合器及相應(yīng)的供氣管路，一旦完成這些工作，機(jī)體上的硬件要求基本完成。

（2）保持原機(jī)的柴油運(yùn)行方式。雙燃料發(fā)動機(jī)在雙燃料模式運(yùn)行是非常安全的，有多道保護(hù)措施；全柴油與雙燃料兩種工作模式可根據(jù)實(shí)際條件自動轉(zhuǎn)換（也可人工操作轉(zhuǎn)換），一旦可燃?xì)庠闯霈F(xiàn)故障，Bi－Fuel?System控制系統(tǒng)立即關(guān)閉可燃?xì)夤苈忿D(zhuǎn)到全柴油工作模式運(yùn)行。

（3）不需要高壓燃?xì)?。對燃?xì)鈮毫σ蟛桓撸?.8～34kPa。適應(yīng)不穩(wěn)定的燃?xì)夤?yīng)；在燃?xì)夤?yīng)出現(xiàn)異常時，監(jiān)控系統(tǒng)可自動切換回全柴油工作模式，故而能適應(yīng)不穩(wěn)定的燃?xì)夤?yīng)。

（4）降低運(yùn)行成本。燃?xì)鉃榍鍧嵞茉?，其燃燒無顆粒產(chǎn)生、無積炭，對氣缸套、活塞環(huán)磨損較少，對機(jī)油腐蝕減慢，發(fā)動機(jī)維護(hù)成本下降。延長發(fā)動機(jī)壽命，延長維護(hù)及服務(wù)的周期。

（5）完善的控制及監(jiān)控系統(tǒng)。采用DE程序控制器，對燃?xì)夤?yīng)壓力、調(diào)壓閥輸出壓力、空氣濾清器真空度、進(jìn)氣支管氣體壓力和溫度、排氣溫度、發(fā)動機(jī)振動等參數(shù)實(shí)施監(jiān)控，并可通過RS232／485接入原有的監(jiān)控系統(tǒng)。

2 適應(yīng)性改進(jìn)及系統(tǒng)集成技術(shù)的研究

2.1 適應(yīng)性改造技術(shù)

（1）對原柴油機(jī)上增裝傳感器的部位進(jìn)行適應(yīng)性改造技術(shù)

Bi－Fuel?System雙燃料系統(tǒng)的GPN2010V型控制器和Bi－Fue System Series IV型供氣系統(tǒng)，需要安裝監(jiān)控發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)的各種傳感器，主要有進(jìn)氣支管氣體壓力和溫度、發(fā)動機(jī)真空度、廢氣溫度、供氣壓力、振動等。對發(fā)動機(jī)機(jī)體上安裝傳感器的部位進(jìn)行適應(yīng)性技術(shù)改造介紹如下：

1）渦輪增壓器的廢氣溫度

這就需要對原柴油機(jī)的A／B排兩個增壓器導(dǎo)流彎管和冷卻保護(hù)罩進(jìn)行適應(yīng)性技術(shù)加工，已滿足安裝熱電偶測點(diǎn)的需要。如圖1所示。

2）進(jìn)氣支管的氣體壓力和溫度

兩個氣體壓力測點(diǎn)和兩個氣體溫度測點(diǎn)都要在A／B排氣支管的位置上，借助原柴油機(jī)上已有的預(yù)留方孔，進(jìn)行輔助蓋板的配套加工，滿足安裝壓力和溫度傳感器測點(diǎn)的需要。如圖2和圖3所示。

圖1 增加器安裝熱電偶測點(diǎn)的部位示意圖

圖2 支管上安裝溫度測點(diǎn)的部位示意圖

圖3 支管上安裝壓力測點(diǎn)的部位示意圖

3）發(fā)動機(jī)振動幅度

為使雙燃料發(fā)動機(jī)在混合燃燒（可燃?xì)猓加停r能平穩(wěn)運(yùn)行，除要監(jiān)測必要的熱工參數(shù)外，發(fā)動機(jī)運(yùn)行時的振動幅值必須監(jiān)測，所選擇的測點(diǎn)應(yīng)為對角、離燃燒室最近的部位，借助原機(jī)機(jī)體上已有的預(yù)留孔，進(jìn)行適應(yīng)性及輔助襯套的加工，以滿足安裝振動傳感器測點(diǎn)的需要。如圖4所示。

4）發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口的真空度和Series IV型供氣系統(tǒng)的可燃?xì)鈮毫φ婵斩葌鞲衅髦饕獧z測空氣濾清器和渦輪增壓器之間的真空信號?；旌掀鞯耐獗谏项A(yù)留了真空度傳感器的安裝孔，真空度傳感器的螺紋規(guī)格為1／8NPT。如圖5所示。

圖4 發(fā)動機(jī)機(jī)體上安裝振動傳感器測點(diǎn)的部位示意

5）在Bi－Fuel?System雙燃料系統(tǒng)Series IV型供氣裝置中，在可燃?xì)膺^濾器兩端預(yù)留孔上，安裝監(jiān)測供氣系統(tǒng)的可燃?xì)鈮毫鞲衅?。如圖6所示。

6）供氣系統(tǒng)供給發(fā)動機(jī)的燃?xì)鈮毫?/p>

在Bi－Fuel?System雙燃料系統(tǒng)Series IV型供氣裝置中的電磁閥上安裝有供給發(fā)動機(jī)可燃?xì)獾膲毫ΡO(jiān)測開關(guān)（量程可調(diào)）。如圖7所示。

（2）對原柴油機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性技術(shù)改進(jìn)

圖5 真空度傳感器安裝在混合器上示意圖

圖6 安裝在過濾器上壓力 傳感器示意圖

圖7 安裝在電磁閥上 壓力開關(guān)示意圖

雙燃料發(fā)動機(jī)在保持原柴油機(jī)電控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，與新增加雙燃料Bi－Fuel?System控制系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性聯(lián)合控制技術(shù)研究，并集成一整套完整的燃油＋可燃?xì)獗O(jiān)控和安保系統(tǒng)；這就需要對原柴油機(jī)電控系統(tǒng)做一些適應(yīng)性技術(shù)改進(jìn)工作。

2.2 系統(tǒng)集成與遙控系統(tǒng)兼容性的技術(shù)研究

（1）GTI雙燃料系統(tǒng)與原柴油機(jī)電控系統(tǒng)集成聯(lián)合控制及兼容性的技術(shù)研究

GTI雙燃料系統(tǒng)主要功能是控制可燃?xì)廨斎肓?，并由混合器形成可燃燒的混合氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)，壓燃實(shí)現(xiàn)替代燃油的目的。柴油機(jī)電控系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的控制、調(diào)速、監(jiān)測及安保等功能，并與上層控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制的功能。兩系統(tǒng)集成后的雙燃料發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)如圖8所示。

圖8 兩系統(tǒng)集成后的雙燃料發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)示意圖

針對GTI雙燃料系統(tǒng)和柴油機(jī)電控系統(tǒng)的各自功能，開展了系統(tǒng)集成與兼容性技術(shù)的研究試驗(yàn)，對原柴油機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行了適應(yīng)性技術(shù)改進(jìn)，使兩系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、確認(rèn)、邏輯控制及系統(tǒng)兼容等方面更加協(xié)調(diào)，確保了發(fā)動機(jī)在全燃油模式下或雙燃料模式下的正常運(yùn)行。該控制系統(tǒng)流程如圖9所示。

（2）系統(tǒng)集成后的組成

16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)主要組成：YD908－DT396B型柴油機(jī)電控系統(tǒng)、GTI雙燃料控制系統(tǒng)（GPN2010V控制器等），該系統(tǒng)集成后的組成部件如圖10所示。

圖9 雙燃料發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)流程示意圖

圖10 雙燃料發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的部件組成示意圖

（3）GTI雙燃料系統(tǒng)與原柴油機(jī)電控系統(tǒng)集成后聯(lián)合控制的工作原理

16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)運(yùn)行在全燃油模式運(yùn)行時，GTI雙燃料系統(tǒng)處于監(jiān)測狀態(tài)，控制功能沒有激活（激活是由GPN2010V控制器上的工作轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)），當(dāng)GPN2010V控制器上的轉(zhuǎn)換開關(guān)置于雙燃料工作模式時，雙燃料工作模式被激活，GPN2010V控制系統(tǒng)開始監(jiān)控發(fā)動機(jī)的控制設(shè)置點(diǎn)（這些控制設(shè)置點(diǎn)是通過臺架試驗(yàn)反復(fù)摸索測出這些參數(shù)的最小設(shè)置點(diǎn)和最大設(shè)置點(diǎn)，并寫入GPN2010V控制器中），用來描述雙燃料模式運(yùn)行時發(fā)動機(jī)的負(fù)載特性。在燃?xì)夤┙o電磁閥被打開后，燃?xì)馀c空氣在混合器中混合，利用渦輪增加器進(jìn)氣口產(chǎn)生的負(fù)壓，將燃?xì)夂涂諝獾幕旌蠚馕胫欣淦?，通過發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣支管進(jìn)入燃燒室內(nèi)，隨著功率增大，進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣支管的混合氣也隨之增加，而燃油的供給量將隨之減少，當(dāng)雙燃料供給量達(dá)到65∶45左右時，發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)在這個雙燃料供給平衡點(diǎn)上保持著正常運(yùn)行所需的燃料，從而實(shí)現(xiàn)燃?xì)馓娲加偷哪康?。?dāng) GPN2010V控制器檢測到 MAP、MAT、EGT、VIB、GSP、VAC這些參數(shù)中有一個參數(shù)超出設(shè)定范圍時，GPN2010V控制器自動關(guān)閉燃?xì)夤┙o電磁閥，此時的發(fā)動機(jī)自動恢復(fù)到全燃油模式運(yùn)行。同時GPN2010V控制器會繼續(xù)自動監(jiān)測這些參數(shù)的變化情況，如果參數(shù)恢復(fù)到設(shè)定范圍后，則GPN2010V控制器自動打開燃?xì)怆姶砰y，重新開啟雙燃料模式。否則供燃?xì)獾碾姶砰y一直關(guān)閉，發(fā)動機(jī)一直在全燃油模式下運(yùn)行；直到被檢測到的各項(xiàng)參數(shù)在設(shè)定范圍內(nèi)。GPN2010V控制器對原發(fā)動機(jī)所有的控制系統(tǒng)都不干涉，也不控制燃油供給，只控制燃?xì)獾墓┙o和關(guān)閉。

（4）與遙控系統(tǒng)集成后聯(lián)合控制及兼容性的技術(shù)研究

GTI雙燃料系統(tǒng)與柴油機(jī)電控系統(tǒng)集成后的遙控系統(tǒng)，是根據(jù)用戶或?qū)嶋H使用要求，將柴油機(jī)電控系統(tǒng)中原有上傳數(shù)據(jù)功能經(jīng)技術(shù)改進(jìn)與上層遙控系統(tǒng)集成后組成一個具有遙控功能的雙燃料控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)遙控監(jiān)測和報警等功能，如操控發(fā)動機(jī)控制功能（預(yù)供（潤滑油）、啟動、停機(jī)和急停等）；顯示發(fā)動機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)（轉(zhuǎn)速、潤滑油壓力、冷卻水溫度、A／B排排氣溫度、進(jìn)氣真空度、運(yùn)行時間計時等）；發(fā)動機(jī)各種越限報警（超速并停機(jī)、潤滑油壓力并停機(jī)、冷卻水溫度太高并停機(jī)、冷卻水溫度、A／B排排氣溫度、進(jìn)氣真空度、可燃?xì)夤鈮毫?、進(jìn)氣管混合氣壓力、爆振等）。

具有遙控功能的雙燃料發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)如圖11所示。

圖11 具有遙控功能的雙燃料發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)示意圖

3 產(chǎn)品的調(diào)試及性能試驗(yàn)

3.1 調(diào)試試驗(yàn)

3.1.1 預(yù)估燃?xì)猓裼捅?/p>

在很多應(yīng)用環(huán)境中，發(fā)動機(jī)并沒有安裝燃料流量計來顯示柴油的實(shí)際消耗量，因此，基于發(fā)動機(jī)燃油控制系統(tǒng)獲得的信息，GTI開發(fā)了一套可行的辦法來調(diào)整燃?xì)猓裼捅嚷省Ｋ卸ㄞD(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)均采用一些形式的燃油控制系統(tǒng)，根據(jù)負(fù)載變化來調(diào)整供油量，從而維持定轉(zhuǎn)速。不考慮燃油控制系統(tǒng)的方式，其基本工作原理是一樣的：燃油供給從0%（空載）到100%（滿負(fù)載）呈線性增加。對于特定的負(fù)載，控制系統(tǒng)將在0%～100%之間調(diào)節(jié)燃油供給以維持發(fā)動機(jī)定轉(zhuǎn)速。這個百分比值也就是經(jīng)常所提及的“齒條位置”或者“燃油位置”。其他方面是相對應(yīng)的，特定的發(fā)動機(jī)負(fù)載將對應(yīng)確定的齒條位置，因此也就對應(yīng)確定的燃油供給量。在雙燃料工作模式下，對于指定負(fù)載，相對于進(jìn)入發(fā)動機(jī)的燃?xì)饬?，控制系統(tǒng)將調(diào)整齒條位置，從而維持設(shè)定的轉(zhuǎn)速。既然齒條位置和發(fā)動機(jī)負(fù)載相關(guān)聯(lián)，也就是反映了燃油量，因此，燃?xì)猓加捅嚷士梢院芎玫赜嬎?。在?shí)際應(yīng)用中，“參考負(fù)載”是基于柴油流量和齒條位置來計算的，等同于燃?xì)猓裼捅嚷手械牟裼筒糠?。例如：對?6V165TE3柴油機(jī)（1 360kW），設(shè)定燃?xì)饣旌蜌鉃?0%，那么參考負(fù)載就應(yīng)該是544kW （1 360×40%＝544kW）。發(fā)動機(jī)柴油部分負(fù)載544kW，齒條位置則被記錄。整個發(fā)動機(jī)1 360kW的負(fù)載，發(fā)動機(jī)齒條維持在544kW輸出的水平，燃?xì)獗嚷室驳玫綄?shí)現(xiàn)。在這種情況下，發(fā)動機(jī)輸出功率1 360kW，其中利用柴油輸出544kW，其余部分由燃?xì)廨敵?。也就是發(fā)動機(jī)在雙燃料條件下運(yùn)行，其中大約60%燃?xì)狻?0%燃油。發(fā)動機(jī)功率的測量采用試驗(yàn)臺上的測功器進(jìn)行測量；如果用于發(fā)電機(jī)組則發(fā)動機(jī)功率可采用千瓦（kW）或者安培來測量；如果用于水泵或者壓縮機(jī)，可能需要基于支管溫度或者由壓縮機(jī)／水泵的負(fù)載來測量發(fā)動機(jī)的負(fù)載。

3.1.2 調(diào)試方法

齒條位置測量方法：為了調(diào)試雙燃料系統(tǒng)達(dá)到期望的替代率，在給定負(fù)載的情況下，我們需要測量發(fā)動機(jī)的“齒條位置”或者“燃油位置”。如下的方法可供使用：從調(diào)速器到執(zhí)行器控制信號的測量（例如YD923MK的電子調(diào)速器）。或通過使用安裝在調(diào)速器和執(zhí)行器之間的萬用表來衡量或直接從機(jī)旁操作儀表箱上的LED上讀取。

（1）燃油齒條物理位置的測量

16V165SRL發(fā)動機(jī)的燃油系統(tǒng)設(shè)計時有一燃油齒條伸縮帶刻度的觀察窗，借助該窗可直接測量齒條伸縮量的軌跡。整個齒條位置從0%～100%是一段很短的距離，反饋電壓相對應(yīng)為：DC0～9V／0～10mm；注意的是這種測量需要確保較高的精度。燃油齒條用萬用表，見圖12的“2”接線箱上獲取反饋電壓值，并結(jié)合燃油齒條伸出量觀察窗上的刻度，見圖12的“6”一起設(shè)定，如圖12所示。情況下，高質(zhì)量燃?xì)猓–H4含量高于95%），結(jié)合適當(dāng)?shù)陌l(fā)動機(jī)功率水平和低的冷卻后溫度，盡管還有其他因素可能會形成限制，燃?xì)馓娲士赡苓_(dá)到50%～70%的水平。由于最終的燃?xì)馓娲适艿奖癜l(fā)動機(jī)尾氣排放溫度或者其他運(yùn)行因素的限制，實(shí)際燃?xì)馓娲蕬?yīng)由調(diào)整試驗(yàn)的情況來整定。

（3）最低燃油位置曲線設(shè)定

試驗(yàn)前根據(jù)發(fā)動機(jī)純柴油模式下的運(yùn)行情況，在雙燃料控制程序中設(shè)定一條“全程轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最低燃油位置曲線”，最低燃油位置曲線坐標(biāo)含義如下：X：轉(zhuǎn)速；Y：對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的最低燃油位置設(shè)定值。設(shè)定好的燃油位置在其發(fā)動機(jī)運(yùn)行時采集的曲線如13圖所示。

圖12 燃油齒條伸出量測量和觀察窗示意圖

圖13 燃油齒條伸出量與發(fā)動機(jī)運(yùn)行時的曲線示意圖

3.2 性能對比試驗(yàn)

上述功能調(diào)整好之后，就可在試驗(yàn)站對整機(jī)進(jìn)行動態(tài)調(diào)試；首先發(fā)動機(jī)在全柴油模式下運(yùn)行，記錄各功率段對應(yīng)的燃油齒條伸出量及油耗率等指標(biāo)，將作為GPN2010V控制器的重要控制參數(shù)存入數(shù)據(jù)表中，全柴油模式摸底試驗(yàn)記錄卡如表2所示。

在摸清、總結(jié)分析和歸納這些實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，開始進(jìn)行雙燃料模式的調(diào)整試驗(yàn)。這個試驗(yàn)的主要技術(shù)工作就是在這些控制參數(shù)基本設(shè)定的基礎(chǔ)上，對DTI的Bi－Fue System Series IV調(diào)整功率（燃?xì)猓╅y（一大兩?。┻M(jìn)行反復(fù)運(yùn)行試驗(yàn)調(diào)整，使其達(dá)到預(yù)期的燃油替代設(shè)計值，如14圖所示。

（2）目標(biāo)燃?xì)猓裼捅嚷?/p>

根據(jù)供氣質(zhì)量、發(fā)動機(jī)設(shè)計、發(fā)動機(jī)型號和保養(yǎng)狀況、發(fā)動機(jī)負(fù)載要素、中冷后的空氣溫度、周邊環(huán)境（海拔高度及溫度）等的不同，燃?xì)馓娲蕰煌?，即使在非常理想的狀況下，燃?xì)馓娲室膊粫^70%。一般

圖14 調(diào)整功率（燃?xì)猓╅y示意圖

表2 全柴油模式試驗(yàn)記錄卡

在第1輪試驗(yàn)調(diào)整中我們得到了具體的運(yùn)行數(shù)據(jù)，其結(jié)果表明發(fā)動機(jī)在1 360kW時的柴油替代率僅為37.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期的設(shè)計替代率60%以上；對檢測的各項(xiàng)參數(shù) MAP、MAT、EGT、VIB、GSP、VAC以及測量的爆壓等指標(biāo)分析與驗(yàn)算后表明功率閥還有調(diào)整的較大余度；因此，在其他技術(shù)數(shù)據(jù)和狀態(tài)維持不變情況下，將DTI的Bi－Fue System Series IV調(diào)整功率（燃?xì)猓╅y進(jìn)行重新調(diào)整開度，即大閥開啟6圈、兩個小閥各開啟7圈和大閥開啟9圈、兩個小閥各開啟8圈，進(jìn)行第2輪和第3輪的實(shí)際運(yùn)行對比試驗(yàn)。

試驗(yàn)具體數(shù)據(jù)與運(yùn)行結(jié)果見表3。

表3 雙燃料模式調(diào)整試驗(yàn)記錄卡

通過表3的數(shù)據(jù)得知：發(fā)動機(jī)在1 360kW雙燃料運(yùn)行時的柴油替代率為65.4% （208→72g／kW.h），達(dá)到設(shè)計的替代率60%以上，檢測的各項(xiàng)參數(shù) MAP、MAT、EGT、VIB、GSP、VAC以及測量的爆壓、爆振等均在設(shè)定數(shù)值內(nèi)，滿足雙燃料發(fā)動機(jī)的整體設(shè)計要求。

在上述技術(shù)狀態(tài)和控制參數(shù)固化之后，雙燃料發(fā)動機(jī)整個系統(tǒng)又進(jìn)行了負(fù)荷特性試驗(yàn)和4h的持續(xù)功率穩(wěn)定性試驗(yàn)，試驗(yàn)具體數(shù)據(jù)與運(yùn)行結(jié)果見表4。

表4 雙燃料發(fā)動機(jī)參數(shù)調(diào)整后負(fù)荷特性試驗(yàn)結(jié)果

3.3 試驗(yàn)結(jié)論

16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)通過全柴油模式摸底試驗(yàn)、雙燃料調(diào)整對比試驗(yàn)、負(fù)荷特性試驗(yàn)及持續(xù)功率穩(wěn)定性試驗(yàn)等各種試驗(yàn)探索了雙燃料發(fā)動機(jī)的燃?xì)夂牧?、柴油耗量與供油齒條伸出量之間的變化趨勢，詳見圖15。

圖15 燃?xì)?、柴油和齒條伸出量變化趨勢圖

試驗(yàn)結(jié)果表明研制的16V165SRL（1 360kW／1 500r／min）雙燃料發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)工作安全可靠、性能穩(wěn)定、各項(xiàng)指標(biāo)全部滿足設(shè)計要求。

16V165SRL雙燃料發(fā)動機(jī)在全柴油模式滿載運(yùn)行時的油耗率為208g／（kW·h）；在雙燃料模式滿載運(yùn)行時的油耗率為72g／（kW·h）；燃?xì)鉃?46m3／h，柴油替代率為65.4%。在全柴油模式滿載運(yùn)行時的排煙指標(biāo)為0.91SZ；而在雙燃料模式滿載運(yùn)行時的排煙指標(biāo)為0.18SZ，排氣煙度減少80%。從這兩項(xiàng)主要指標(biāo)可以看到雙燃料發(fā)動機(jī)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性和社會效益。

值得注意的是在很多應(yīng)用環(huán)境中，決定最大燃?xì)馓娲实囊粋€重要因素是發(fā)動機(jī)爆振情況。多數(shù)情況下，短暫的爆振不會對發(fā)動機(jī)造成傷害；但運(yùn)行時間一長則對發(fā)動機(jī)會造成傷害。16V165SRL（1 360kW）雙燃料發(fā)動機(jī)安裝了振動傳感器，Bi－Fuel雙燃料系統(tǒng)通過振動傳感器數(shù)據(jù)來實(shí)時診斷發(fā)動機(jī)的爆振情況。如果在雙燃料運(yùn)行時檢測到爆振，Bi－Fuel雙燃料系統(tǒng)會很快將發(fā)動機(jī)切換到100%柴油運(yùn)行模式，或采取降低燃?xì)馓娲省⒔档桶l(fā)動機(jī)負(fù)載（人工干預(yù)）等措施消除爆振。

16V165SRL（1 360kW）雙燃料發(fā)動機(jī)在雙燃料模式運(yùn)行期間，GPN2010V控制器監(jiān)控發(fā)動機(jī)的振動幅度以便監(jiān)測到不正常的燃燒（所產(chǎn)生的振動），一般我們將振動安全范圍值設(shè)置在0.10英寸／s之內(nèi)，作為在額定負(fù)載下正常的發(fā)動機(jī)振動幅度。

4 產(chǎn)品的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域

16V165SRL（1 360kW）雙燃料發(fā)動機(jī)是在船用柴油機(jī)基礎(chǔ)上研制成的，特別適合海上環(huán)境條件使用，產(chǎn)品主要應(yīng)用與配套領(lǐng)域是柴油電站、調(diào)峰電站、主供柴油發(fā)電機(jī)組、備用柴油發(fā)電機(jī)組、分布式電站、油氣田、油泵、天然氣壓縮、船舶、泵、壓縮機(jī)等領(lǐng)域。具有初期成本更低、適應(yīng)不穩(wěn)定燃?xì)?、效率與回報率較高、減少操作和維護(hù)成本的特點(diǎn)。

雙燃料發(fā)動機(jī)經(jīng)過試驗(yàn)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累，適合以下氣體燃料：

管道天然氣、壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）、油井氣＊、煤層氣＊、生物氣＊沼氣（填埋、廢水）等。

＊這些氣體需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理；包括過濾、脫水、脫硫和去除雜質(zhì)等。

5 結(jié)束語

16V165SRL（1 360kW）雙燃料發(fā)動機(jī)及其配套產(chǎn)品已經(jīng)開始走向海洋鉆井平臺，由于該機(jī)是在MTU396船用柴油機(jī)型的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的，特別適合海上環(huán)境，當(dāng)平臺移動或特殊條件時，該發(fā)動機(jī)可采用全柴油運(yùn)行模式，為平臺提供動力或電能；當(dāng)平臺就位打出油井氣時，將這些油井氣收集后經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)直接輸送到該發(fā)動機(jī)，作為燃料供給，此時的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)為雙燃料運(yùn)行模式，即充分利用這一特有的清潔能源、節(jié)約了成本又減少了排放，為大功率高速柴油發(fā)動機(jī)向清潔能源應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)軍提供了良好的實(shí)用技術(shù)。

隨著清潔能源的開發(fā)和利用，16V165SRL（1 360 kW）雙燃料發(fā)動機(jī)有著廣泛的應(yīng)用和配套前景。

［1］ Altronic，inc GTI BI－FUEL SYSTEM installation ＆operating manual FORM GTI IOM 9－08.http∥www.gti－altronicinc.com