为了实现《巴黎协定》中提出的在本世纪将全球升温幅度控制在2℃以内，力争1.5℃的目标，全球各行各业都在竭尽全力实现碳达峰和碳中和。使用低碳替代燃料被认为是航运界最终实现近零排放的桥梁。基于此，MAN ES开发了GI双燃料发动机，它既能使用MGO、MDO、HFO等传统燃料，又能燃烧天然气。本文介绍与常规的电控发动机相比，ME-C GI发动机的主要区别。

1.增加了燃气管系。燃气管系的自由端和GVT的出口相连，燃气管系的输出端和氮气吹扫块相连。GI发动机的燃气管也是双壁管：它的内管走高压燃气，外管与燃气流动的相反方向走通风空气。由于GI发动机使用压力达200-300bar的高压天然气，所以燃气管的管径比WinGD DF发动机要小的多。

 2.缸盖上安装有喷气阀GIV(Gas Injection Valve)。它的作用与常规发动机的喷油器相似，只不过GIV用于发动机在燃气模式运行时向气缸中喷入天然气。注意我们所说的GI发动机，其实质燃烧的是气态的压缩天然气（CNG），而非液化天然气（LNG），所以LNG进发动机前，需要燃气供给系统将超低温、常压的LNG气化和加压，并将温度控制在允许的范围内。

3.缸盖上安装有先导喷射阀PIV（Pilot Injection Valve）。由于天然气的自燃温度较高，无法像常规柴油机那样压燃，所以当发动机在燃气模式运行时，会向气缸内先喷入一定量的传统燃料作为引燃油，这个工作就是由先导喷射阀来完成的。GI发动机的引燃油既可以是MGO、MDO也可以是HFO。当发动机只燃烧传统燃料时，先导喷射阀也是此时的主油头，所以GI发动机没有专门的引燃油头。

4. 气缸盖上安装了燃气控制与分配模块(Gas control and adapter block)。它由两部分组成：燃气控制块(Second Fuel Control Block）和燃气分配块(Second Fuel Adapter Block。该模块上安装了控制燃气和油路的各种阀门（包括ELWI、ELWC、ELGI、GCRV、SOB和RELI）和传感器，模块内部钻有油道和气道。模块上安装的燃气压力传感器，可以在每个工作循环内实时测量GIV和WV之间的燃气压力，用于监控各缸燃气模式时工作是否正常。在更换缸盖时，将缸盖和燃气控制块一起拆下，燃气分配块留在发动机上，这样可以减少拆分范围，降低泄漏隐患，提高检修的便捷性。

5. 增加了氮气吹扫块（Nitrogen purge block）,有时候又叫燃气(第二燃料或者替代燃料)吹扫块（Second fuel purge block）。氮气吹扫块和燃气管、通风管以及氮气供给管相连。当要进行密性测试或者发动机在燃气模式运行中出现燃气脱扣（gas shut down）需要吹扫时，惰化气体系统通过氮气吹扫块向燃气管的内管通氮气，降低燃气浓度。此外，氮气吹扫块也是发动机通风空气的入口，下图即是氮气吹扫块。

6.增加了密封油系统（Sealing oil system）。它由电动柱塞泵、滤器、蓄能器、相应的管系以及密封油泵控制箱组成。当发动机在燃气模式运行时，密封油系统自动启动并提供比燃气压力更高的密封油，阻止燃气倒灌进入控制油。

7. 增加了低压系统油升压泵单元，即Low pressure supply booster pump unit。它由滤器、电动离心泵和相应的升压泵控制箱组成，目的是将2bar左右的系统油升压到6bar左右，为HCU供油，同时一路通向燃气控制与分配模块，实现系统的可靠除气。不论发动机是在燃气还是传统燃油模式，低压系统油升压泵单元一直运行。

8. GI发动机的控制系统由常规发动机的ECS系统和GI延伸系统组成。GI延伸系统包括燃气控制部分和安全控制部分。燃气控制部分由燃气设备控制单元SPCU（Second Fuel plant Control Unit）和燃气辅助设备控制单元SACU（Second fuel Auxiliary control Unit）组成。安全控制部分由燃气设备安全单元SPSU（Second fuel Plant Safety Unit）和燃气设备气缸安全单元SCSU（Second fuel Cylinder Safety Unit）组成。它们均安装在SFCC控制箱中，分为DASU和MPC两种模块。燃气模式的人机交互仍然整合在原有的MOPA和MOPB中。

9. 需要配备燃气阀组GVT（Gas Valve Train）。它的功能和WinGD DF发动机的GVU相似，包括燃气的过滤、出现燃气脱扣时释放燃气实现发动机和燃气供给系统的隔离、泄露检测等，只不过GVT不进行燃气压力的调节。由于GI发动机使用的是高压天然气，所以GVT的体积比GVU要小很多。

10. 除了PMI外，在EMS电脑上可以实时监测燃气模式时各缸的工作过程，用于操作人员辅助分析。

11.在随机工具中，既有燃气阀试验台，又有常规油头试验台。燃气阀试验台可以对喷气阀GIV、窗口阀WV等进行密性或者功能测试。由于GI型发动机采用和常规发动机一样的diesel循环，缸内燃烧峰值温度较高，不论燃烧传统燃料还是天然气时，都需要装配EGR或者SCR等尾气后处理装置才能满足IMO TierIII排放要求。但是由于天燃气是在上止点附近喷入气缸，此时排气阀早已关闭，不像WinGD DF发动机采用预混稀薄燃烧技术，所以GI发动机的甲烷逃逸量相对较少，几乎可以忽略不计。如下是DF、GI发动机HC排放浓度的对比（单位：ppm），可直观的看到DF发动机未完全燃烧的HC排放要高一些。

在GI发动机上没有配备专门的燃气泄漏监测系统，而主要通过发动机辅助系统——通风系统实时监测是否有燃气泄漏。通风系统中配备有HC传感器和抽风机，抽风机通过抽吸对双壁管系以30-45次每小时的速率进行通风换气，当发动机或者燃气管系中的燃气泄漏达到一定的量级，发动机接收到HC传感器返回的信号后，将会自动进行燃气脱扣（gas shut down），发动机切换回传统燃料模式运行。