论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 当内河船舶进行大修或从头开始设计时，对其船载系统和推进系统的能耗进行密切评估和具体优化变得越来越重要。能源成本占这类船舶总运营成本的35~40%。 在常规船舶上，每台推进发动机或发电机的额定功率必须与要求的峰值功率相对应。对于运行密集、定时服务且仅配备传统柴油机的船舶，这会导致由于次优瞬态过程而产生一定程度的能源效率低下（事实上，为了覆盖该瞬态，需要大型柴油机）。 在对船舶在现实条件下的多个运行剖面进行了充分而深入的分析和测量后，确定了新的并联混合动力推进系统（类似于混合动力公交车）将是减少时间表运行中燃油消耗的最佳解决方案。这种并联混合动力系统结合了推进装置及船上所有耗能部件的一般能源管理作为整体系统。系统由不同的部件组成，这些部件由动态管理系统控制，可以尽可能将不同的瞬态过程平滑处理。这使得具有柴油微粒过滤器的多个小型柴油发动机（其是主要的能量生产者）能够在其最有效的操作点工作（或者它们有时可能完全被关闭，因为电池缓冲器提供电力板载能量需求）。“正确的能量，来自正确的来源，在正确的时间，在正确的地点”描述了这种方法的基本原理。 重点是考虑不同系统的集成、它们之间的最佳配合和推进时所需的系统动力学，以及所有其他（电力）船载能源消耗。首次证实的计算表明，有了该系统，燃料消耗和二氧化碳排放可以减少高达20%。此外，还表明，在缩小相关部件尺寸的额外帮助下，维护成本可降低40%。 本文将介绍如何开发、模拟、构建、测试和优化基础系统。在配备该系统的第一艘船舶的前6个正常运行月收集的实际测量值为论文提供了最新数据。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 在过去的几年里，作为燃料的天然气对发电厂发动机和船用发动机的重要性都有所提高。采用天然气作为燃料的好处在经济和环境方面都显而易见。然而，不同来源的气体成分不同，而且随着时间的推移也会发生变化，因此，发动机制造商在设计和优化发动机以满足产品的效率和排放要求方面存在挑战。 由于天然气管道或液化天然气燃料中的气体成分可能不同，这自然会对发动机的性能产生影响。关于稀燃中速燃气发动机的气体质量，2个主要参数是能量含量和甲烷值。能量含量定义了注入的气体量，以获得所需的输出功率。这对最大输出、速度和负载控制有影响。甲烷值对燃烧有影响，因此会影响工作区域和发动机排放。 优化发动机性能的一种方法是根据燃气质量来测量、分析和主动控制发动机设置，即使燃气质量是不同的。第一个挑战是开发在线气体质量测量，使其具有足够的鲁棒性、足够的速度、用户友好性和经济性。第二步是分析热值计算和甲烷值计算的数据。最后一步是利用测量信息优化设置并自动控制发动机性能。 从燃气在线质量测量引入发动机自动控制，将在多个方面为用户带来好处。首先，电厂的效率可以一直保持在最佳水平，并且可以产生最高的功率输出。对气体质量的分析也将为操作员提供有关不同发动机性能的重要信息，这些信息可用于故障排除。这些数据还可以用来查看发电厂是否接收到正确的气体质量。对于在液化天然气上运行的发动机，可以根据使用天然蒸发气或使用强制蒸发气，以最佳方式轻松控制。 本文和演示文稿将展示发电厂的概念和结果。它还将讨论在线气体质量测量的好处和挑战。最后，还将思考法规和标准是如何影响这一概念的。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 天然气储量丰富，燃料成本较低，被认为是最现实的替代能源之一，在船舶上应用天然气被视为满足日益严格的法规的有效措施。由于对发动机负荷变化的快速响应和气缸间燃油分配一致性的提高，发动机制造厂采用了进口燃油喷射技术。然而，由于气体燃料和空气的混合时间较短，其循环变化相对较强。 燃气机工作过程中喷油压力不稳定是不可避免的，每一个循环中，燃气喷嘴和进气道中的燃油残留物都会不同，这将影响进气量，加剧循环变化。燃气发动机在稀薄燃烧条件下运行，不仅影响发动机部件的可靠性，而且影响发动机的效率和动力稳定性，这种现象更为严重。另外，通过改变天然气喷射压力可获得分层混合气，对燃气机的燃烧过程有明显的影响。因此，研究喷油参数对喷油残余物的影响，对于实现发动机稀燃条件下的稳定和改善燃烧具有重要意义。 本文对4种不同的喷射压力进行了模拟比较，采用CFD方法建立了带喷射阀的燃气发动机模型，对75%负荷下的进气、压缩和燃烧过程进行了模拟。对直列、双缸、水冷、进气道燃油喷射船用燃气发动机进行了燃气发动机试验，验证了仿真的准确性，仿真结果与试验数据吻合较好。在验证的基础上，阐述了4种喷射压力下进气道的压力场、CH4浓度场，进一步研究了喷射阀关闭时刻、缸内压力、放热率、NO排放和缸内火焰的发展情况，并进行了讨论。 结果表明，在稀薄燃烧条件下随着注入压力的增加，3号喷射压力（7.9bar，12.5ms）对提高初始火芯形成的稳定性具有积极的作用。该状态下点火延迟减小，火焰发展速度提高，但NO排放明显增加。合理的喷射压力虽然不能有效地提高燃油的进气效率，减少喷射残余，但可以改善点火时刻的燃油浓度场，从而实现快速、完全的燃烧。深入了解所研究发动机的优先燃气喷射压力，有助于为进气道喷射天然气发动机的喷射系统优化提供依据。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 三井机电有限公司（MES-M）在LNG运输船和LNG燃料船上推出了用于MAN Energy Solutions ME-GI发动机的高压燃气供应系统（FGSS）的LNG泵。开发泵的关键概念是降低初始成本，使用泵确保FGSS的冗余。 研制的泵是一种由3个气缸组成的往复泵。一个独特的特点是它的驱动部分不同于传统的电机驱动的曲轴泵。采用独特的液压机构和液压泵。每个冷端部分分别由液压活塞作为驱动源驱动。它是模块化的一对冷端气缸和液压执行器。新泵设计采用液压驱动机构意味着操作人员可以选择一套正常使用的两个常规模块，并保留剩余的一个模块作为备用，以确保冗余。换言之，一个模块可以从维修操作中拆下进行大修，而其余2个模块则运行以向发动机提供100%的燃油流。对于传统的曲轴泵，需要在烟气脱硫系统上增加一个整体备用泵，以提供冗余。新开发的泵能够以比传统的电动曲轴泵更低的初始成本为ME-GI发动机提供FGSS。 开发泵的其他优点如下： 1）液压回路简单：液压回路采用正反转泵控制液压执行器中的流量，无流量控制阀。这些泵由伺服电机的正/反转驱动，通过变速和加速可最大限度地降低液压动力消耗。 2）安全系统：危险区域内无电动机。泵的液压动力装置位于非危险区域，并与冷端部分分开。 3）寿命更长：泵的低循环速度设计使密封圈的寿命更长。例如，冷端的平均活塞速度较慢，约为传统曲轴型速度的三分之一。 4）更稳定的排气压力：两个冷端气缸可以在独特的活塞速度模式下工作。通过调节循环速度和执行器中的液压流量精确控制液化天然气排放压力和冷端活塞位置。 5）宽范围调低：在无流量控制阀的情况下，可在泵额定容量的8%至100%范围内获得可变排放流量。 自2013年起，MES-M开始运营FGSS，用于Tamano Works的商用ME-GI发动机的车间测试。FGSS设施由液化天然气储罐、曲轴式高压液化天然气泵和产生高压燃料气的加热器组成。一台源自MES-M天然气压缩机技术的高压燃气压缩机也在烟气脱硫系统中运行。2017年，液压驱动泵和液压动力装置的原型在FGSS设施中额外安装。该设施进行了初步改造，以在封闭的液化天然气循环回路中进行原型泵试验。原型泵证明完全覆盖了ME-GI的供应压力和流量的需求范围。测量的净正吸入压力足够低。稳定运行时，样机泵出口的液化天然气压力脉动被抑制，并在Me-Gi要求的范围内进行精确的液压控制。在暴雨天气下假设ME-GI运行的试验中，原型泵在保持液化天然气排放压力恒定的同时，在液化天然气排放流量的快速和循环变化中表现出良好的瞬态响应。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 目前，船用柴油机设计面临着更严格的排放法规、更低的使用寿命成本和更高的可靠性要求。FIE系统是柴油机发展的重要系统之一。对于二冲程电子控制船用低速发动机，有2种主要类型的FIE，一种是燃油增压喷射系统，另一种是高压蓄能器容积喷射系统。 CSPI开发了一种新型的电控燃油压力放大喷射系统，该系统由2个电控阀组成。这种新型的双阀控制燃油压力放大共轨系统属于第一类，其区别在于燃油压力放大和燃油喷射是单独控制的。PACRS中使用了2个阀，其中第一个电磁阀控制燃油增压泵以进行燃油压力放大，第二个控制喷油。喷油控制可以根据发动机负载进行电子编程。 本文介绍了新研制的PACR的主要特点和该技术的关键特点，包括对工程工作中所做的一切努力和优化的详细描述，如燃油喷射特性的一维水力模拟、有限元模拟和三维CFD计算等。 为了评价和验证极为灵活的选择聚氯化铝燃料喷射特性的潜在能力，首先在实验室试验台上进行了试验，包括一台专用的液压驱动喷油器试验台和一台聚氯化铝单缸试验台。FIE实验室测试的典型测试程序包括概念功能测试、性能测试和耐久性测试。系统级的实验室测试对于发动机的实际应用是必要的。试验结果表明，该系统具有相似的共轨喷油特性，可以满足未来发动机对FIE系统的要求。连续运行100小时后检查零件，工作表面显示良好。 基于CSSC 6EX340EF小口径发动机，对现有发动机进行了PACRS系统测试。试验结果表明，该系统能够满足发动机的运行要求。当发动机在低负荷下运转时，循环的喷油循环和气缸间的喷油循环不太稳定。进一步的研究将集中在优化控制阀的设计，以改善喷射变化。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 物联网通常可以定义为一个网络基础设施，通过智能对象、通信和驱动能力连接物理“物”和虚拟“物”。 从“物”的角度来看，理解事物的特征是非常重要且有意义的。这是建立正确的模型、虚拟“事物”及事物与人之间的互动的第一步。 从“物”的技术角度看，船用发电机发动机从纯机械系统到融合机电系统，再到混合动力系统，都发生了巨大的变化。这一变化意味着发动机的所有者和操作人员也需要更多的解决方案来管理和处理各种故障排除和故障查找，以防发动机的许多类型和复杂的系统出现异常运行。随着技术人员的减少，这一要求变得越来越重要，以降低运行成本，并在发动机的整个寿命周期内缩短停机时间。 另一方面，船舶的通信环境也发生了许多变化。在环大西洋的大型船只中，20艘船只中的19艘，95%的船只已经装备了高速宽带卫星通信系统。这种增强的通信环境是实现海上物联网系统的良好杠杆点。 它的含义是基于使事物和人比以前更为接近的技术。 本文讨论了HHI最近推出的基于物联网的发动机管理解决方案HIEMS。发动机管理解决方案面临的挑战是如何管理发动机整个生命周期的海量数据，如何正确指导各种故障的排除，如何保持不同类型发动机的管理一致，如何集成各种CBM技术。为了应对这些挑战，HHI开发了基于物联网技术的发动机管理解决方案，具有以下特点。 -基于发动机设计知识和维修工程经验的故障排除指导； -帮助确定问题位置的过程和仪器图； -基于物联网的边缘计算系统和用于长期数据和舰队管理的岸上系统； -运行监测是为了从发动机的寿命数据中提取正确的数据，它是发动机寿命的基础，也是分析的基础，即通过适当的冲刷来监测低负荷运行，以防止冷腐蚀； -用于灵活性和舰队管理的标准化框架和数据管理； 本文将结合具体的应用案例讨论这些特性，并对HIEM进行展望。通过HIEMS、车主和运营商可以获得正确的指导和专业的工程服务，从而有助于优化维护、提高发动机性能和经济运行。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 最近和未来的氮氧化物（NOx）排放法规给发动机制造商施加了越来越大的压力，要求采取额外船用柴油发动机中用于NOx还原的主要方法是使用选择性催化还原（SCR），其中在发动机下游注入还原剂（尿素）以还原NOx。正确计量尿素需要知道排气流中的NOx流速，这在所有发动机装置中都不可用。本文介绍了Vir2sense NOx PVS，这是一种简单，强大的物理辅助虚拟传感器，用于连续监测发动机排出的NOx排放。 PVS使用虚拟传感器进行连续排放监测，从发动机ECU获取数据以确定运行状态并计算预期的NOx排放。通过使用固态传感器间歇测量排气中的NOx和O2浓度来考虑由虚拟传感器模型未捕获的发动机状况或所使用的燃料的变化引起的NOx排放的变化。结合自动调整程序，在不进行测量的情况下，传感器不受排气流的影响，即使在使用灰分和硫含量高的燃料运行时也能确保传感器的耐用性，并且无需任何干预即可实现超过1000小时的连续NOx监测。NOx PVS原型已经在船用发动机测试设施中进行了测试，显示出非常好的结果。在具有SCR脱NOx系统的装置中，精确预测和快速响应的混合使得能够在所有条件下精确计量尿素，同时还允许使用较小的SCR催化剂体积，从而减少SCR系统的安装量和成本。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 创新的Alfa Laval Fuel Conditioning Module (FCM) LPG在LPG上运行时，能够满足新型MAN B＆W ME-LGIP发动机的新燃油供应要求。它建立在先前使用MAN B＆W ME-LGIM发动机的低闪点燃料供应系统（LFSS）的基础上，该发动机于2014年在前7个甲醇燃料化学品船上实施。从那时起，用于甲醇的LFSS得到了改进，并适用于液化石油气的运行。 本文将概述开发可在LPG上运行的船用燃料供应系统的背景。与甲醇相比，LPG必须在更高的供应压力下泵入发动机，以避免相位变化，并处理丙烷和丁烷的广泛组成范围，其中也可能含有大量乙烷和少量氮气。。此外，与其他燃料相比，在停止和吹扫程序期间，需要更复杂的燃料回收策略，以恢复LPG，并避免在大气中不受控制的排放。 因此，开发包括新的泵送技术、有效的高压热交换，以及能够以与发动机负载波动成比例的速率供应LPG的自动化和控制系统。尽管在恶劣天气中发生负载波动，但必须保持该比例，同时避免泵送的不必要的热量输入和LPG中的轻馏分的闪蒸。本文概述了所选技术解决方案的设计基础和主要特征。 最后，本文介绍了MAN Energy Solutions 的FCM LPG原型机的性能结果。该装置采用与现在市场上可用的船用版相同的技术和工作原理，并已用于MAN B＆W ME-LGIP开发计划，用于在哥本哈根的4T50ME-X测试发动机上进行的全面测试。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 在海洋世界中不断变化的时代意味着大量新的和更复杂的发动机类型。这对操作和维护发动机的机组人员提出了新的要求。我们对今天发动机文档的处理方法是，船上的工作条件必须反映在发动机手册和说明书的开发中。海船上安装的日益复杂的发动机类型数量正在快速增长。越来越关注环境法规，优化燃料消耗，成本优化等，意味着今天的二冲程和四冲程发动机设计非常复杂。一个实例是发动机的燃料灵活性和燃料多样性，这意味着机房必须配备有多个燃料油供应系统、减排系统，以及通常具有适合于不同燃料的新开发部件的发动机。轮机工程师经常组织不同的船只。这意味着他或她可能会遇到各种各样的例如燃油喷射系统、减排系统等问题。为了安全及时地履行船上职责，今天的船舶工程师必须能够快速熟悉新技术，以进行维护和执行故障排除。此外，船上此类工作的时间通常有限，唯一的支持和指导是可用的发动机文档。工作人员需要即时访问专家知识和指导，以及与MAN Energy Solutions的专家沟通优化方式。通过使用增强现实技术，在智能眼镜中呈现指令的新方式提供了例如维护信息或在视线中进行故障排除的指导，但是不改变工程师已经看到的内容。通过增强现实技术，船舶工程师可以获得3D、组件、文本、图表、清单、视频等方面的指导。除了3D显示指令和指导的好处之外，现在可以在发动机现场获得帮助。海洋工程师可以依靠智能眼镜中提供的信息，而不是返回发动机控制室，浏览手册，让发动机寻求帮助或努力回忆以前的培训。该解决方案将提供可视化和书面指导，并将以前的发动机文档和知识结合在一起。它最大限度地减少了查找信息所花费的时间，并最大限度地降低了在大修期间出错的风险，并可能导致发动机停机。最后，在混合增强现实技术和视频会议时，我们的发动机专家将能够参与实时故障排除。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 改善机械维修任务的调度，例如在可用性至关重要的船舶推进系统，具有很大的经济激励。最终，这种机械组件级故障的识别和预测被认为是状态监测的圣杯。一方面，目前讨论和引入了许多方法来收集各种数据以应用大数据技术，例如机器学习算法。另一方面，基于模拟技术的进步，用于控制和监视目的的数字孪生概念的潜在实施正在受到越来越多的关注。 首先，本文结合avl对状态监测未来的展望，讨论了上述大数据技术的发展。 AVL使用基于模型的方法和专家算法提供了发动机状态监测超过10年。随着现代机械中数字仪器的数量和功能的不断增加，数据的实证分析和建模变得越来越强大，从而实现了数据驱动的监控方法。因此，AVL进行了详细调查，以评估2种方法的优缺点。随后，AVL在现场测量数据上应用了数据驱动方法，以评估故障检测和寿命评估方面的潜力。该贡献将评估适用于大型发动机状态监测的某些分析技术及其对船上数据采集系统设计的要求。在这种情况下，通常很少关注获取背景信息。此外，还将开展对云智能未来的展望，并讨论其对大型发动机运行的影响，特别是在海洋环境中。 作为未来状态监测系统的第二个主要议题，AVL正致力于改进其基于模型的开发方法。因此，已经部署了集成的仿真平台，其涵盖控制和诊断策略及状态监测系统。仿真平台由3个主要部分组成：实时发动机模型及其组件、控制功能包括诊断部件和状态监测系统，具有卓越的诊断和维护功能。通过这种方法，处于早期开发阶段时，可以针对预测诊断和维护的优化系统开发控制和诊断功能。为此，可以使用损坏或老化组件的模拟数据来调整模拟中的模型，以查看系统在这些条件下的行为。因此，可以针对新要求改进现有的控制和诊断功能。为了进一步优化，系统/组件模型也将作为“数字孪生”包含在整体控制和诊断策略中。在实时仿真环境中执行将改善开发时间和成本，从而使开发预测性诊断和维护功能成为可能。