前言
各位ME机型的业内人士是否有这样的困扰，就是柴油机的运行明明完全是在Auto-turning控制下，且都到达了Auto-turning要求的参数，但是用这些数据做的工况报告总是被厂家反馈诸多问题，如透平转速高，扫气压力高，爆压/压缩压力偏差大如图1，在氮氧化物排放验证时总是排放控制不符？本着发现问题，研究问题，解决问题的精神，本文的“猜想”应该会解决这些疑惑。
图1 工况分析报告
正文
目前ME 机型已经广泛应用于各种大型远洋船舶，凭借其高效、可靠、智能、环保的优势，深受行业内的青睐。
Auto-turning 作为ME 机型智能化体现的一个方面，具有自动连续调整关键参数，如平均压缩压力P comp mean、平均爆压P max mean和平均指示压力pi的功能，从而使柴油机的运行参数始终与台架试验shop trail时的参数保持一直，达到节能减排的目的。
数据采集单元DAU每10转采集一次各缸sensor数据并传送到MOP，系统通过分析后给Auto-turning下达指令。很明显DAU 采集到的数据是测量数据。
通过实际观察及设计原理分析，不难发现不论是ME-B 还是ME-C机型，Process information都会给出当前负荷对应的重要参数，如图2。
图2 process information
information的数据直接来自于shop trail，证据来自于厂家的说明书VOL. 1 706-33，如图3。 实践中我们发现Pmax与shop trail时的数据是一致的，Pcomp比shop trail时的数据还要高一些。
图3 VOL. 1 706-33截图
Auto-turning会根据这些参数来设定Target，调整Pmax、Pcomp及pi 如图4 所示。
图4 Auto-turning target
Shop trail时的环境条件是多变的，每一次shop trail时的外界参数都可能是唯一的。笔者查阅了多台柴油机的shop trail报告，外界参数没有一台是一样的，即使姊妹船型也是如此。比如姊妹船型的两台柴油机7592及7594 在75% 负荷时增压器压气机端空气的进口温度tinl分别为27.1°C及33°C，空冷器冷却水的进口温度tcoolin分别为26.5°C及29.7°C如图5， 图6。注意这里的数据同样都是测量数据。
图5 7592机75%负荷报告 图6 7594机75%负荷报告
运行环境不同得到的测量数据也不同，那怎么比较呢？这就引出了今天要讨论的主题。
所谓分析比较，必定要在同样的条件下进行比较，才有可比性，才有意义，所以业内才引入了ISO correct 修正，公式为Acorr= (tmeas- tref) x F x (K + Ameas)。对于本文讨论的压力、温度的ISO correct以25°C为基准。两个变量为增压器压气机端空气的进口温度tinl及空冷器冷却水的进口温度tcoolin，其他具体系数如图6。 Shop trail时两个主要温度参数都基本接近25°C，ISO 修正以后偏差并不大。如上面提到的7592的报告中tinl为27.1°C，tcoolin为26.5°C，Pcomp mean为119.7bar，Pmax mean 为159.2bar，经ISO 修正以后分别为120.2bar及159. 7bar。所以shop trail的数据可以基本等同于ISO 数据用于参考。
图7 ISO 修正参数
前面讲过MOP 中用于指导Auto-turning动作的information直接参考的是shop trail， 以上面提到的7592 在75%负荷时为例， 此时的information参考值Pmax mean 为159.2bar，Pcomp比shop trail时还要高一些，我们就取shop trail的数值Pcomp mean为119.7bar， Auto-turning得到的指令就是把参数调整到Pcomp mean为119.7bar，Pmax mean 为159.2bar。但是此时的工作环境已经跟shop trail时大不一样，通常运行中的船舶，增压器压气机端空气的进口温度tinl变化范围可能是30°C -50°C，更有甚者红海区域可能超过50°C.对于中央冷却的系统，空冷器冷却水的进口温度tcoolin基本可以稳定在33°C -40°C.我们选取通常的情况，即tinl为43°C，tcoolin为35°C，此时经ISO 修正后的Pcomp mean为124.3bar，Pmax mean 为164.2bar，shop trail时的数据经ISO 修正后Pcomp mean为120.2bar，Pmax mean 为159. 7bar，两者比较就有了明显的偏差。
造成的影响是是什么呢？
一，工况分析
MAN 说明书要求Pcomp mean的容忍量是3bar，Pmax mean的容忍量是5bar。此时主机的运行完全是在Auto-turning控制下运行，且都到达了Auto-turning要求的参数，而用这些数据去做工况分析，去跟shop trail做比较，Pcomp mean差值为4.1bar，已经超限，更何况实际上Auto-turning Pcomp设定值比shop trail时还要高一些，最后得到的偏差会更大。Pmax mean差值为4.5bar，临近超限！
透平转速高，按照厂家指导，如果透平转速高是因为透平进气滤网太脏，空冷器气侧脏堵。而明明压差计显示的压差跟shop trail时的压差一样，滤网刚换新，空冷器也是刚清洗完毕。导致透平转速高的根本原因是Auto-turning把压力调的太高了，最后分析报告显示相关参数统一高！
二，氮氧化物排放分析
当把完全按照Auto-turning控制下运行，且都到达了Auto-turning要求的参数，用来分析氮氧化物排放时发现Pmax不符合要求，如图7。
图7 氮氧化物验证
在柴油机燃烧室里高压高温富氧的条件下极易形成氮氧化物，因此在高负荷时ME会自动降低Pmax，保持Pmax稳定在一定的数值范围，以降低氮氧化物的排放。Auto-turning在运行环境温度显著升高的条件下，依然根据shop trail的数据对柴油机的Pmax进行调整，导致ISO修正后的Pmax过高，验证不能通过。
三，燃烧室密封状况分析
按照厂家的说明，每一台ME 机型在对应的负荷都有对应的Pcomp abs与Pscav abs的比值如图8。
图8 Pcomp abs与Pscav abs的比值
这个比值来自于shop trail，可以用来分析运行中的柴油机压缩压力是否正常，是否存在活塞环串气及排气阀漏气的问题。具体操作方法就是在柴油机运行时根据当时的负荷可以在shop trail特性曲线中查到对应的压缩压力Pcomp，Pscav及当时的大气压力,算出该负荷下的比值，用该比值与柴油机当时的Pscav算出此时理论上的Pcomp，通过比较理论上的Pcomp与实际的Pcomp 的差值来判断燃烧室的密闭情况。我们还是以上面提到的7592机在75%负荷时的参数为例。此时shop trail参数Pcomp为119.7bar，Pscav为2.22bar，大气压力为1.0069bar。
则Pcomp abs/Pscav abs=(119.7+1.0069)/(2.22+1.0069)=37.4
柴油机此时运行的参数由Auto-turning 调整Pcomp为119.7bar，而由于温度的变化，Pscav不再为2.22bar，会变大。我们观察到的Pscav在2.4bar左右。大气压力同样取1.0069bar。以此计算我们得到理论上在该扫气压力下的Pcomp应该为37.4x（2.4+1.0069）-1.0069=126.4bar。理论上的Pcomp与观察到的Pcomp的差值6.7bar就是由于泄漏造成的损失，差值的大小用来对燃烧室密封状况进行分析。但是由于温度变化导致差值变化，致使对燃烧室的密封状况分析不再准确。
给厂家MAN 的建议
对Auto-turning的设定值进行修正。根据机器运行的环境，由ISOcorrect反推出Auto-turning的设定值。
我们还是以上面提到的7592机在75%负荷时的参数为例。Shop trail经ISO 修正以后的Pcomp mean及Pmax mean 分别为120.2bar及159. 7bar。当柴油机运行环境tinl为43°C，tcoolin为35°C时Auto-turning的Pcomp mean及Pmax mean设定应该调整为115.7bar及154.8bar，而不是之前照搬shop trail的数据119.7bar及159. 2bar。这样，实际测量出的数据经ISOcorrect以后才能完全与shop trail的数据吻合，氮氧化物排放验证时才能符合对应Tier等级的要求，分析燃烧室密封状况时才更准确。
建议采取的修正措施
对于现有柴油机，对控制软件进行升级，像燃油参数修正一样增加环境温度修正界面，管理人员可以根据实际情况输入相应的温度。Auto-turning依据该温度对设定的Pcomp mean及Pmax mean进行修正。
对未出厂的柴油机加设检测tinl及tcoolin的探头，Auto-turning依据探测到的数据直接对设定的Pcomp mean及Pmax mean进行修正。
由于船上资料相对有限，以上猜想如有错误之处，敬请在留言区不吝赐教。
参考文献
[1]MITSUI-MAN B&W INSTRUCTION BOOK VOLUME 1 2019.
[2]DOOSAN-MAN B&W INSTRUCTION BOOK VOLUME 1 2016.
[3]IMO, MAPPL Annex VI, Croydon, UK. 2022.
[4]张跃文，程东，李福海，郭军武。船舶管理，第1版。大连：大连海事大学出版社，2019.
[5]中华人民共和国海事局，海船法定营运检验技术规程2011。北京：人民交通出版社，2011。