深入解析MAN的双燃料主机知识：未来航海必备技能！
ME-GI（ME engine with gas injection）内燃机的特点
ME-GI内燃机，是MAN-B&W公司在智能柴油机ME的基础上，进行创新推出的产品。其燃油控制系统与ME柴油机相似，但新增了一个压力传感器，用于监测先导燃油喷射压力。燃油升压器负责提供先导点火所需的燃油，而FIVA电子控制阀则实现对燃油喷射时机和喷油量的精准控制，如图4-68所示。
图4-68展示了ME-GI双燃料内燃机的喷射系统示意图。该系统采用共轨结构，其中燃气喷射阀由伺服油系统精准控制。伺服油系统则由液压油系统和ELGI电子控制阀共同组成，能够产生所需的高压控制油，从而实现对燃气喷射阀开启的精确把控。

接下来，我们探讨ME-GI内燃机的运行模式。这款内燃机具备三种运行模式：

“最少燃油运行模式”：在这种模式下，先导油量维持在最低水平。当内燃机负荷超过设定的最小先导燃油量所能发出的功率时，控制系统会依据负荷大小及压气机设定与实际排出压力的差异，智能调整燃料气体供给，但保持先导燃油喷油量不变。

“固定气体量运行模式”：在此模式下，气体喷射量保持恒定。一旦内燃机负荷超出设定值（即每循环燃气最大功率与先导燃油功率之和），控制系统会自动增减燃油量，同时保持每循环天然气体供给量不变。

“纯燃油运行模式”：为应对燃料气体供给系统可能出现的故障，控制系统具备这一备用运行模式。一旦探测到故障，内燃机将切换为纯燃油运行，同时切断燃气供应。

与ME柴油机相比，ME-GI内燃机新增了LNG船舶专用的天然气蒸发气（BOG）供给系统，包括天然气的压缩和喷射等关键环节，如图4-69所示。这一改进使得ME-GI内燃机更适应LNG船舶的特殊需求。

ME-GI双燃料内燃机的燃油喷射系统

ME-GI双燃料内燃机的燃油喷射系统与ME柴油机基本相同，只是在喷油器的喷嘴结构上进行了微调。此外，该内燃机支持使用重油或轻油进行点火，且在满负荷工作时，点火油量占5%。需要注意的是，只有当负荷超过25%时，才能启用气体模式。

ME-GI双燃料内燃机的BOG供给与燃气喷射系统
该系统包括BOG的供给部分和燃气喷射部分，具体如图4-73所示。在BOG供给方面，需满足一定的参数要求，如压力范围、温度范围和质量要求等。此外，内燃机的燃气供气压力与发动机负荷之间也存在一定的关系，如图4-70所示。

图4-70展示了内燃机的燃气供气压力与发动机负荷之间的关系。对于ME-GI双燃料内燃机，其供气系统可选择采用压缩机或低温高压泵。其中，压缩机式供气系统，如图4-71中的Ⅰ和Ⅲ所示，更适用于陆用电站，在船上的应用相对较少。而低温高压泵式供气系统，如图4-71中的Ⅱ所示，则更符合船上环境的需求。

船用燃气供给系统采用两组低温高压泵，将LNG货舱中蒸发的天然气（BOG）压缩至25~30MPa，并送入共轨管路系统，以满足燃气喷射的需求。同时，控制系统根据BOG的减少或增加，相应地调整低温高压泵的排量或强制蒸发，以维持货舱内的压力稳定。若货舱内压力超过设定值，控制系统将引导过多的燃气进入特设的气体燃烧装置进行燃烧，或通过再液化装置将其液化后送回货舱。

低温高压泵可单独或并联运行，若单独运行时出现故障，ME-GI双燃料内燃机将切换至全燃油模式。此外，低温高压泵配备安全系统，确保其正常启动和停车。

高压BOG燃气共轨管路采用双层管设计，外层管路用于防止内层管路破裂时高压气体的逸出。共轨双层管的夹层空间作为机舱与高压气体管之间的隔离区域，通过通风系统维持低于机舱空气的压力，从而防止燃气泄漏至机舱。夹层内还安装了带有报警功能的HC分析仪，当通风管中的气体浓度达到爆炸下限的30%时发出警告，若达到60%则立即停止系统运行。

BOG喷射系统由伺服油系统控制，该系统结合液压油系统和ELGI电子控制阀产生高压控制油，进而控制燃气喷射阀的开启和关闭。同时，BOG阀组与蓄压器集成，阀组包括SHUT DOWN阀和位于顶部的两个吹扫阀。
来自燃气共轨管路的高压气体（维持在25至30MPa的压力范围内）通过主管和分支管路，被输送至每个气缸的蓄压器中。高压BOG气体经过单向止回阀进入蓄压器，并进一步通过自动停车阀、阀组以及气缸盖上的孔道，最终进入燃气喷射阀。在天然气模式运行状态下，自动停车阀保持开启，允许气体流畅通过。蓄压器的作用是稳定供气压力，确保BOG的压力波动被控制在±2MPa的范围内。值得一提的是，大容积蓄压器的容量大约是MCR工况下每个循环BOG喷射量的20倍。

为了维持天然气流速的稳定，蓄压器内的压力降必须控制在2至3MPa以内。一旦压力降超出此范围，可能表明气体喷射阀存在严重泄漏或供气管路破裂，此时安全系统将发出SHUT DOWN指令。

此外，系统的清扫工作也至关重要。在需要时，可以通过位于阀组顶部的吹扫阀，使用惰性气体（如N2或CO2）来清洁气体喷射阀。同样，在停止使用天然气后，也应用惰性气体吹扫柴油机的燃气管路，以确保系统的清洁与安全。

另一方面，系统的密封性也至关重要。高压BOG燃气通过气缸盖内的孔道进入喷射器，为了防止燃气泄漏，这里采用了耐高温的密封环进行密封。任何从密封环处漏泄的气体都会通过气体喷射阀和缸盖上的孔道，被引入供气双层管路夹层并排出。这样，我们就能够确保整个系统的密封性和安全性。

在ME-GI内燃机中，阀杆处的BOG压力维持在25～30MPa左右。为了确保燃气不会通过阀杆周围的间隙进入控制油系统，间隙处会通入比燃气压力高出5～0MPa的密封油，以对燃气喷射阀阀杆进行密封。若密封油压力过低，气体可能进入控制油系统，干扰ELGI阀对气体喷射阀的控制。因此，系统会通过一组压力传感器监测密封油压，当压力过低时，会自动切换内燃机的运行模式，采用全燃油模式运行，以确保安全。

此外，ME-GI内燃机还具备排气监测和保护功能。一旦先导燃油喷射系统和BOG喷射系统出现故障，可能导致点火失败或燃烧失控。例如，气体喷射阀在打开位置时阀杆动作迟缓或不动，可能造成大量气体喷入气缸。当排气阀打开时，燃烧产物和燃气的混合物可能进入排气管路，引发继续燃烧，导致排气管内温度急剧上升，触发气缸排气高温报警。为防止这种情况发生，系统会通过测量蓄压器的压力降来检测每缸的燃气流量，确保喷射的BOG流量不超过对应MCR值的限定。一旦某缸BOG流量异常增加，且超过实际负载需求但未达到MCR值，系统将发出排气温度报警；若超过MCR值，则会立即停止燃气供给，以保障机组安全。
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