船用二冲程低速柴油机多模式燃油优化的应用方法与流程

本发明涉及一种船用柴油机的控制方法，特别涉及一种船用二冲程低速柴油机(以下简称主机)多模式燃油优化的应用方法，属于柴油机技术领域。

背景技术：

受世界经济形势的影响，国际航运市场低迷，航运企业面临着巨大的运营成本压力，为了降低运行成本，采取船舶降速航行以使主机的燃油消耗减少就成了一个可行并且效果显著的措施。

对于选定功率点的低速柴油机，在不同的负荷优化模式下，主机燃油优化的侧重点有所不同：在高负荷优化模式下，燃油优化的功率范围是85％到100％SMCR负荷；在部分负荷优化模式下，燃油优化的功率范围是50％到85％SMCR负荷；在低负荷优化模式下，燃油优化的功率范围是25％到70％SMCR负荷。因此在船舶实际航行的过程中，可以根据实际需求选择不同的优化运行模式。例如船舶在低速航行或载重不多的情况下，可以选择低负荷运行模式；而在全速航行或载重较大的情况下，船舶则可以选择高负荷优化运行模式。

另外，当主机切换到低负荷优化模式时，即在低负荷区域运行时，主机的废气排放量也会相应地减少。在功率降低的同时，燃油的消耗量和船舶航行速度都会有所下降，而油耗的减少则意味着温室气体(CO₂)排放的减少。一般来说，废气(即NOx和SOx)排放量随着每海里燃油消耗和CO₂排放的下降而按比例下降；此外，负荷降低同时也意味着消耗更少的气缸滑油。

技术实现要素：

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种船用二冲程低速柴油机多模式燃油优化的应用方法，对船舶运行模式进行调整和优化，使船用低速柴油机可以在多种运行模式之间进行切换，在满足IMO排放等级要求的前提下，实现在多种不同负荷下燃油消耗率的优化，达到节约燃油和减少废气排放的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种船用二冲程低速柴油机多模式燃油优化的应用方法，其特征在于：首先选配能够同时兼顾多种燃油优化模式的增压器，使主机在硬件上满足多模式的需求，然后在主机控制系统中设置和标定能够对应不同燃油优化模式的多套主机性能控制参数，从而实现主机的多种模式切换，优化主机在不同负荷下的燃油消耗率，并且满足IMO排放标准的要求。

进一步地，所述的燃油优化模式包括低负荷优化模式、部分负荷优化模式和高负荷优化模式。

进一步地，所述的选配能够同时兼顾多种燃油优化模式的增压器是指，通过分别计算各种燃油优化模式下的主机性能，找到能够同时满足多种燃油优化模式的增压器，并配置能够满足各种燃油优化模式的喷嘴环和扩压器。

与现有技术相比，本发明提供了一种降低燃油消耗率、提高主机在不同负荷下运行经济性的可行方案，在同一船用二冲程低速柴油机上使用多种不同负荷燃油优化模式的控制方法，在相同的主机硬件配置下，对应多种不同负荷的燃油优化策略，分别使用多套不同的性能控制参数，从而在满足IMO排放等级要求的前提下，实现了多种不同负荷下的燃油消耗率的优化，满足了船舶在不同情况下航行的节能需求。

附图说明

图1是本发明实施例选用增压器的压气机特性图。

图2是本发明实施例选用增压器的透平流量曲线图。

图3是本发明实施例在不同模式下主机的实际燃油消耗率的曲线图。

具体实施方式

本发明首先通过分别计算各种燃油优化模式下的主机性能，找到能够同时满足多种燃油优化模式的增压器，并配置能够满足各种燃油优化模式的喷嘴环和扩压器，使主机在硬件上满足多模式的需求，然后在主机控制系统中设置和标定能够对应不同燃油优化模式的多套主机性能控制参数，从而实现主机的多种模式切换，优化主机在不同负荷下的燃油消耗率，并且满足IMO排放标准的要求。所述的燃油优化模式包括低负荷优化模式、部分负荷优化模式和高负荷优化模式。

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的船用二冲程低速柴油机多模式燃油优化的应用方法作进一步的详细阐述，但不应以此来限制本发明的保护范围。

实施例

以下以一种双模式优化的二冲程低速柴油机为例，机型为MAN6S60ME-C8.2，在原来常规配置的基础上，选配能够同时兼顾高负荷和低负荷两种优化模式的增压器，并通过主机性能参数的调整来实现主机运行模式的切换。

考虑到要实现两种不同的运行模式，所以需要选择合适的增压器配置保证两种模式之间的切换。首先通过分别计算高负荷和低负荷优化模式下的主机性能，找到能够同时满足两种模式的增压器型号。本双模式主机通过性能计算，选用的是MAN公司的TCA66-2型高效增压器，并选配能满足两种运行模式的喷嘴环和扩压器。

对于增压器来说，喷嘴环影响扫气压力和体积流量，从而改变压气机工作线的位置；扩压器影响压气机喘振特性和效率特性，使得压气机图谱在流量和压比坐标系中发生偏移。因此在实际配机过程中，依据台架试验的数据，试验不同增压器的喷嘴环以及扩压器下的主机性能，直到能够满足主机性能和排放的要求为止，并将此时的喷嘴环和扩压器作为双模式主机增压器的配置。

选用的MAN公司的TCA66-2型增压器的特性如图1和图2所示，其中可以看出，该增压器在保证压比的同时，留有足够的喘振裕度。

另外，对于不同的运行模式，主机的性能参数不同，这就需要对主机控制系统性能参数进行调整和匹配。在主机动车磨合的过程中，分别对应低负荷优化模式和高负荷优化模式对主机控制系统的参数进行设置和标定，这样针对低负荷和高负荷优化模式，主机控制系统就能够提供两套主机性能参数。在设置结束后，将两种模式的数据分别保存下来，这样当需要切换另一种模式时，无需对主机的硬件配置进行更改，而只需要切换到该控制模式对应的系统参数就行了。

对于双模式主机，高负荷和低负荷优化的主机性能都需要通过台架试验来进行验证，而主要的评判依据就是主机在不同负荷下的燃油消耗率以及主机的排放及性能。

本实施例台架试验时，主机跑合的负荷点分别是25％、50％、75％、90％、100％以及110％，主机的系统参数也是根据这几个负荷点进行设置和标定的。实际台架试验时，先根据主机磨合情况设置并标定高负荷优化模式下的主机性能参数；完成以后，再设置并标定低负荷优化模式下的主机性能参数。这样在主机实际运行时，将对应不同模式的主机性能参数上传至主机控制系统，就能实现主机运行模式的切换。图3是双模式主机在实际台架试验时的实验数据，从中可以明显看出双模式主机在不同负荷下的燃油消耗率优化效果。

另外，还验证了双模式主机在高负荷优化模式和低负荷优化模式下的排放值，下列表1和表2是在试验时各负荷的主机出口废气中的NOx排放量，并依据IMO排放指标公式计算出加权值:

NOx＝5％NOx(25％load)+11％NOx(50％load)+55％NOx(75％load)+29％NOx(100％load)。

表1双模式主机在高负荷优化模式下的NOx排放值

表2双模式主机在低负荷优化模式下的NOx排放值

在不同的运行模式下，虽然NOx的排放量会有所不同,但最后的NOx排放量均低于14.4g/kwh(IMO Tier II排放标准值)。这也意味着无论该双模式主机切换到哪种运行模式，都能满足IMO Tier II的排放标准。

以上为本发明的较佳实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的等同或等效改动，都应当被认为包含在本发明权利要求的保护范围之内。