En chefsingenjör som kör en 6 000 kW fyrtakts hjälpsats har två nummer framför sig. Gas är prissatt till ungefär två tredjedelar av eldningsoljan med mycket låg svavelhalt på hans rutt, och cylinderhuvudet han just har tagit ur drift har 12 000 drifttimmar på sig med slitna avgasventilsäten. Dessa två siffror förklarar nästan allt om dubbelbränslemotorn.
Det korta svaret är enkelt. En dubbelbränslemotor är en dieselmotor som kan köras på gas som huvudbränsle, med en liten mängd flytande bränsle som tändkälla, och som kan växla tillbaka till flytande bränsle närhelst operatören behöver det. Topplocket betyder så mycket eftersom gasläget ändrar trycket, värmeavgivningen och ventilbelastningen inuti förbränningskammaren, och huvudet är där alla tre kommer. Det som följer täcker de två förbränningsvägarna, den verkliga kostnaden för pilotbränsle, hur substitutionsgraden sjunker med belastningen och detaljdetaljerna som avgör om ett ersättningshuvud överlever gasläget.
Vad en Dual Fuel-motor gör annorlunda
En dubbelbränslemotor börjar livet som en dieselmotor. Blocket, vevaxeln, vevstaken och effekten håller sig i samma klass och motorn håller den kompressionständningsprincip som gjorde diesel pålitlig i första hand. Det som förändras är gasförsörjningssystemet, förbränningskammarens design, styrmjukvaran och, vid de flesta fyrtaktskonverteringar, själva cylinderhuvudet.
I gasläge förbränner motorn naturgas och i vissa installationer flytande petroleumgas eller metanol som den huvudsakliga energikällan. En liten mängd diesel eller marin dieselolja injiceras som pilotbränsle och tillhandahåller tändenergin. Eftersom pilotlågan tänder gas- och luftladdningen snarare än omvänt, håller motorn samma effektivitetsband som dieseldrift samtidigt som den nästan inte producerar svaveloxider. När gastillförseln avbryts, eller när fartyget manövrerar och operatören vill ha omedelbar respons, återgår motorn till dieselläge inom några få förbränningscykler.
Operatörer väljer dubbelbränsle av tre praktiska skäl. Den första är överensstämmelse: gasläget minskar kväveoxider med ungefär 85 procent, vilket uppfyller IMO Tier III-gränser utan en selektiv katalytisk reduktionsenhet. Den andra är kostnaden: på många rutter täcker prisskillnaden mellan flytande naturgas och eldningsolja med mycket låg svavelhalt den högre kapitalkostnaden för motorn och bensintanken inom några år. Det tredje är valfritt: samma motor kan förbränna vilket bränsle som marknaden och reglerna gör billigast den månaden.
För stora tvåtakts huvudmotorer sprutar en mycket använd metod in gas sent i kompressionstakten vid högt tryck, vilket håller den ursprungliga dieselförbränningscykeln intakt och undviker att förlora oförbränd metan till avgaserna.
DONGFANG Cylinderhuvud | Ersättningsreservdelar kompatibla med MAN marina dieselmotorer Kompatibla modeller: L16/24, L23/30, L23/30H, L28/32A, S26MC, L31, L35MC, S35MC, L50MC-C I. Produktöversikt DONGFANG cylinderhuvuden är tredjepartskompatibla ersättnings... Visa produkt → Avvägningen sitter på underhållssidan. Dubbla bränslemotorer kräver mer av den övre änden: mer exakt injektor- och ventiltiming, snävare toleranser på tätningsytor och ett cylinderhuvud som måste klara av två olika värmeavgivningsmönster istället för ett.
Två förbränningsvägar, två uppsättningar laster
De flesta dubbelbränslediskussioner handlar om vilken cykel motorn använder i gasläge, eftersom det valet ställer in gastrycket, pilotbränslemängden, metanslipnivån och belastningarna som når cylinderhuvudet.
| Parameter | Lågtrycksgasläge | Högtrycksgasläge |
|---|---|---|
| Förbränningscykel | Otto, färdigblandad laddning | Diesel, diffusionslåga |
| Gasförsörjningstryck | Cirka 5 till 6 bar | Cirka 300 till 350 bar |
| Gasintagspunkt | Insugningsslag, blandat med luft | Sen kompression, direkt in i cylindern |
| Pilotbränsleandel vid full last | Cirka 1 procent | Cirka 3 till 5 procent |
| Metanslip | Mätbar, högre vid låg belastning | Försumbar |
| Kompressionsförhållande | Nedre, knackningsgräns gäller | Standard dieselnivå |
| Typisk tjänst | Fyrtakts hjälp- och medelvarviga huvudmotorer | Stora tvåtakts huvudmotorer |
| Huvudfunktioner att verifiera | Gasinloppsportar, härdade säten, kylkanaler | Gasinjektorhål, hylspassning, branddäckshårdhet |
Ingen av vägarna är bättre i absoluta tal. Lågtrycksvägen dominerar fyrtakts hjälp- och medelvarviga motorer, där gassystemet är enklare och maskinutrymmet har plats för det. Högtrycksvägen används på stora tvåtakts huvudmotorer, där metanslip inte är acceptabelt och en gaskompressor redan ingår i installationen.
DONGFANG Cylinderhuvud | Ersättningsreservdelar kompatibla med Wartsila Marine Diesel En Kompatibla modeller: R20, L20, R22, R25, R32 I. Produktöversikt DONGFANG cylinderhuvuden är högkvalitativa eftermarknadsreservdelar oberoende utvecklade och tillverkade... Visa produkt → Varför cylinderhuvudet bär mer belastning i gasläge
Gasläget höjer topptrycket i cylindern och ändrar formen på värmeavgivningskurvan, så branddäcket, ventilsätena och ventilhusen ser en hårdare cykel än de skulle göra vid rak diesel. Vid portinsprutningsomvandlingar bär huvudet även gastillförselventiler, vilket innebär ytterligare hål, ytterligare tätningsytor och en andra väg för läckage. Den som vill ha bakgrunden på själva delen kan läsa hur ett cylinderhuvud är byggt och vad varje yta gör .
- Ventilsätets hårdhet och sätesvinkel, eftersom gasläget kör hetare avgasventiler vid dellast.
- Ventilhållaren och styrningen passar, eftersom slitna styrningar gör att ventilen blir felinriktad och förstör sätet.
- Rengöring av kylpassagen, eftersom en delvis blockerad passage förvandlas till ett sprucket branddäck.
- Gasinloppsventilhål på ombyggda motorer, som måste matcha specifikationen för ombyggnadssatsen.
Den praktiska konsekvensen är att ett ersättningshuvud för en dubbelbränslemotor inte kan köpas enbart på hålstorleken. Motorversionen, gaslägesklassificeringen och konverteringssatsen ändrar alla ritningen som huvudet måste matcha.
Pilotbränsleandel: hur mycket diesel behövs fortfarande
Pilotbränsle är den del av bränsleräkningen som operatörerna glömmer, och det är inte ett fast antal. Diagrammet nedan visar typiska pilotandelar för fem konfigurationer.
Diagrammet visar hur mycket av den totala energin som fortfarande återstår från flytande bränsle i fem vanliga konfigurationer. En fyrtaktsmotor med lågt tryck vid full belastning behöver bara cirka en procent pilotbränsle, vilket är anledningen till att operatörer behandlar gasdrift som nästan helt gaseldad. Tryck ner samma motor till en kvarts belastning och pilotandelen klättrar till ungefär åtta procent, eftersom blandningen blir för mager för att antändas tillförlitligt utan mer dieselenergi. Tvåtaktsmotorer med högt tryck körs på cirka tre procent vid full belastning, och diesel-till-gas eftermonteringar håller nära fem procent eftersom deras gastillförsel- och kontrollsystem är mindre exakta än de hos en specialbyggd motor. Vid låg last kan eftermonteringssiffran nå femton procent, vilket räcker för att ändra bränslekostnadsberäkningen för ett fartyg som tillbringar långa perioder med att manövrera i hamn.
Ersättningsfrekvensen faller innan motorn tar slut
Substitutionshastigheten är andelen flytande bränsle som gas faktiskt ersätter, och den är inte konstant över belastningsområdet.
Den röda kurvan visar en specialbyggd lågtrycksmotor med två bränslen som håller cirka 40 procent utbyte vid kvartsbelastning och når ungefär 95 procent vid full belastning. Den blå kurvan visar en dieselmotor omvandlad till gasdrift, som startar nära 25 procent vid kvartslast och klättrar till cirka 90 procent vid full last. Gapet mellan de två kurvorna är bredast vid dellast, vilket är exakt där färjor, hamnfartyg och offshore-stödfartyg tillbringar större delen av sina körtimmar. En flotta som beräknar besparingar från namnskyltar vid full last kommer att överskatta dem närhelst arbetscykeln domineras av dellast. Det är därför belastningsprofilen, inte motorns klassificering, bör styra valet mellan en fabriksmotor med dubbelbränsle och en ombyggnad.
Vad gasläget gör med utsläppen
Gasläget sänker alla reglerade föroreningar jämfört med drift med flytande bränsle, men inte med samma marginal.
Svaveloxider minskar med cirka 99 procent eftersom naturgas nästan inte innehåller något svavel, vilket ensamt uppfyller det globala taket på 0,50 procent och gränserna på 0,10 procent inom utsläppskontrollområden. Partiklar minskar med cirka 95 procent och kväveoxider minskar med cirka 85 procent, tillräckligt för att nå nivå III utan någon efterbehandlingsanordning. Koldioxiden minskar med endast cirka 22 procent, eftersom den besparingen kommer från förhållandet mellan väte och kol i bränslet snarare än från förbränningsteknik. Diagrammet visar också varför gasläge ofta beskrivs som ett efterlevnadsverktyg snarare än en klimatlösning: kväveoxid- och svavelvinsterna är stora och omedelbara, medan kolvinsten är måttlig. När reglerna för kolintensitet skärpas, hjälper dubbelbränsledrift en flotta att hålla sig följsam, men den levererar inte djup avkolning på egen hand.
Specialbyggd dubbelbränslemotor eller en ombyggnad
Båda alternativen körs på gas, men de beter sig inte på samma sätt, och radarjämförelsen nedan ger dem poäng över de sex kriterier som operatörerna väger oftast.
De två formerna får poäng från noll till hundra över sex kriterier, och en större form är bättre. Den specialbyggda motorn leder till bränsleflexibilitet, kväveoxidhöjd och fördelar med koldioxid, eftersom dess förbränningskammare, ventiltider och kontrollkartor designades för gas från början. Konverteringen får högre poäng när det gäller eftermonteringsvänlighet, eftersom den håller en befintlig motor i drift istället för att ersätta den, och den förblir konkurrenskraftig på bränslekostnadsbesparingar. Det svagaste området för båda är komponenternas livslängd, eftersom gasläget höjer topptrycket och ändrar värmeavgivningen, så ventilsäten, ventilhus och cylinderhuvudets branddäck arbetar hårdare än vid rak diesel. En konvertering minskar den marginalen ytterligare, varför ersättningshuvuden för konverterade motorer alltid bör kontrolleras mot gaslägesspecifikationen istället för den ursprungliga dieselritningen.
Inköp av cylinderhuvuden för en dubbelbränsleflotta
Upphandling av tvåbränslemotorer är för det mesta ett matchningsproblem. Samma motorfamilj kan finnas i diesel-, lågtrycksgas- och högtrycksgasversioner, och cylinderhuvudet skiljer sig mellan dem på små men kritiska sätt: injektorhylsdiameter, ventilsätesmaterial, gasinloppsportar och kylpassagelayout. Ett huvud som passar dieselversionen av en motor kan fysiskt fästa på gasversionen och fortfarande misslyckas tidigt, eftersom materialet och sätets hårdhet aldrig specificerades för det högre topptrycket.
Checklistan innan beställning är kort. Bekräfta motormodellen och byggversionen, inte bara hålet. Kontrollera om motorn körs med lågtrycks- eller högtrycksgasläge. Bekräfta om huvudet behöver hål för gasinloppsventiler. Bekräfta kravet på ventilsätesvinkel och hårdhet. Bekräfta sedan ledtid och lagerposition, eftersom ett fartyg som väntar på ett huvud är ett fartyg som inte tjänar.
Zhoushan Putuo Dongfang Machinery levererar reservdelar för cylinderhuvud till marina dieselmotorer, och täcker fyrtakts hjälp- och medelvarviga motorfamiljer som förekommer i gaskonverteringsprojekt såväl som i konventionell dieselservice, inklusive 
DONGFANG Cylinderhuvud | Ersättningsreservdelar kompatibla med Daihatsu Marine Diesel En Kompatibla modeller: DL-20, DL-22, DL-26, DL-28, DL-32, 5DK-20, 6DK-20, DK-28, DS-26, PS-26H (D), DC-17, DE-18 Visa produkt →
Hela sortimentet, inklusive enheter för inhemska dieselmotorer, listas i reservdelskatalog för cylinderhuvud , där varje sida anger motorfamiljen som huvudet är kompatibelt med.
Siffran som slutligen avgör om dubbelbränsle lönar sig är inte bränslespridningen på egen hand, utan det övre underhållsintervallet bakom det. En motor som körs i gasläge i 6 000 timmar om året utsätter cylinderhuvudet för fler termiska cykler än en dieselsats på samma drift, och huvudet är en förbrukningsvara i den aritmetiken. Att planera byten kring motorversionen, gaslägesspecifikationen och den verkliga lastprofilen håller en dubbelbränsleflotta kompatibel och tillgänglig utan att förvandla en bränslebesparing till en underhållsöverraskning.
