Д-р техн. наук, профессор
198035, Санкт-Петербург, Двинская ул., 5/7
DSc, Professor
198035, St. Petersburg, Dvinskaya ul., 5/7
Аспирант
198035, Санкт-Петербург, Двинская ул., 5/7
PhD Student
198035, St. Petersburg, Dvinskaya ul., 5/7
В работе рассмотрена физическая природа пропусков воспламенения (misfire) в судовых двухтопливных газовых двигателях WinGD X-DF, работающих в газовом режиме по циклу Отто низкого давления на бедных метановоздушных смесях. Проанализировано влияние коэффициента избытка воздуха (λ) на стабильность воспламенения: показано, что при λ ≈ 2,2–2,6 скорость распространения пламени снижается, а превышение верхнего предела устойчивости (λ ≈ 2,6) приводит к резкому росту нестабильности сгорания и пропускам воспламенения. Особое внимание уделено влиянию качки судна на неравномерность частоты вращения (RPM fluctuation) и ее взаимодействию со штатной системой диагностики пропусков воспламенения в составе ECS. На основе анализа штатной логики (подсчет пропусков за 6 циклов с порогами 3/6 после обновления 2019 г.) выявлены причины ложных срабатываний при синхронных колебаниях нагрузки, показаны необходимость дифференциальной диагностики и целесообразность повышения порога чувствительности.
Предложены методы раннего обнаружения предсбойных состояний: введение коэффициента синхронности на основе максимального давления сгорания для отличия локальных пропусков от внешних возмущений, а также мониторинг коэффициента вариации максимального давления сгорания. Разработаны алгоритмы адаптивной коррекции параметров пилотного впрыска (угол опережения и длительность) и предиктивного управления λ в переходных режимах (резкие сбросы нагрузки) с плавным закрытием газовых клапанов и форсированием пилотной порции. Все решения реализуются в виде дополнительного программного модуля, не требующего изменения аппаратной части.
This paper examines the physical nature of misfires in WinGD X-DF marine dual-fuel gas engines operating in gas mode using the low-pressure Otto cycle with lean methane-air mixtures. The effect of the excess air ratio (λ) on ignition stability is analyzed: it is shown that at λ ≈ 2,2–2,6, the flame propagation velocity decreases, while exceeding the upper stability limit (λ ≈ 2,6) leads to a sharp increase in combustion instability and misfires. Particular attention is paid to the effect of ship motion on RPM fluctuation and its interaction with the standard misfire diagnostic system, which is part of the ECS. Based on an analysis of the standard logic (misfire counting over 6 cycles with thresholds of 3/6 after the 2019 update), the causes of false alarms during synchronous load fluctuations were identified, the need for differential diagnostics and the feasibility of increasing the sensitivity threshold were demonstrated.
Methods for early detection of pre-malfunction conditions were proposed: introducing a synchronization coefficient based on the maximum combustion pressure to distinguish local misfires from external disturbances, as well as monitoring the coefficient of variation of the maximum combustion pressure. Algorithms were developed for adaptive correction of pilot injection parameters (advance angle and duration) and predictive λ control in transient conditions (abrupt load drops) with smooth closing of gas valves and boosting of the pilot portion. All solutions are implemented as an additional software module that does not require hardware modifications.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.