Limitations of enrichment of gaseous mixture in dual fuel engines

• Autorzy: Stelmasiak Z.

Warianty tytułu

PL

Ograniczenia wzbogacania mieszaniny gazowej w silnikach dwupaliwowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Exhaust gases from dual fuel engines are nearly smokeless, while maximal engine load is limited by allowable thermal load, not by smoke limit. This encourages users to enrich gas-air mixture, leading to increased output power of the engine, what partially compensates reduction of maximal output power connected with gaseous fuelling. Excessive enrichment of the charge, resulting from concentration of gas in the gas-air mixture and size of Diesel oil’s dose, can lead to a phenomenon of knocking combustion and thermal overloading, and in result – to serious damage of the engine. In the paper is presented a calculation methodology of maximal enrichment of the gaseous mixture, above which a thermal overloading of the engine can occur. On example of a breakdown of three dual fuel engines of Caterpillar 3516A and SW 680 type, effects of thermal overloading, and a hazards connected with excessive enrichment of the gaseous mixture are shown. Conclusions of a general nature can serve as a guide to selection of control systems to dual fuel engines.

PL

Spaliny silników dwupaliwowych są prawie bezdymne, a maksymalne obciążenie silnika jest ograniczone dopuszczalnym obciążeniem cieplnym, a nie granicą dymienia. Skłania to użytkowników do wzbogacania mieszaniny gaz-powietrze prowadzącego do zwiększania mocy silnika, co częściowo kompensuje zmniejszenie mocy maksymalnej związane z gazowym zasilaniem. Nadmierne wzbogacanie ładunku, wynikające ze stężenia gazu w mieszaninie gaz-powietrze i wielkości dawki oleju napędowego, może prowadzić do zjawiska spalania stukowego i przeciążenia cieplnego, a w efekcie do poważnego uszkodzenia silnika. W pracy przedstawiono metodykę obliczania maksymalnego wzbogacania mieszaniny gazowej, powyżej którego mogą występować przeciążenia cieplne silnika. Na przykładzie trzech awarii silników dwupaliwowych Caterpillar 3516A i SW 680 pokazano skutki przeciążenia cieplnego silnika i niebezpieczeństwa związane z nadmiernym wzbogaceniem mieszaniny gazowej. Wnioski ogólne mogą być wskazówką do doboru sterowania silników dwupaliwowych.

Słowa kluczowe

EN

dual fuel engine; gaseous mixture; thermal load; ignition of gas; knocking combustion; combustion

PL

silnik dwupaliwowy; mieszanina gazowa; obciążenie cieplne; zapłon gazu; spalanie stukowe; spalanie

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 16, no. 4
• Strony: 537--544
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stelmasiak Z.

• Internal Combustion Engines and Automobiles Branch Technical University of Bielsko-Biala ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biala, Poland

Bibliografia

• 1. Alla G H A, Soliman H A, Badr O A, Rabbo M F A. Effect of pilot fuel quantity on the performance of dual fuel engine. Energy Conversion & Management 2000; 41: 559-572.
• 2. Badr O, Karim G A. An examination of the flame spread limits in a dual fuel engine. Applied Thermal Engineering 1999; 19: 1071÷1080.
• 3. Barroso P, Ribas x, Domingues j, De Sella E, Garcia J M. Study of dual-fuel (diesel+natural gas) particle mater and CO2 emissions of a heavy-duty diesel engine during transient operation. Combustion Engines; 2/2013 (153) ISSN 0138-0346: 28-39.
• 4. Clark N N, Atkinson Chr M, Atkinson R J, McDaniel T, Park T. Optimized Emission Reduction Strategies for Dual Fuel Compression Ignition Engines Running on natural Gas and Diesel. http://www.cemr.wvu.edu 2002: 1-6.
• 5. Friedeman Z. Gasmotoren. Würzburg: Vogel Buchverlag, 2001.
• 6. Gebert K, Beck J, Barkhimer R L, Wong H Ch. Strategies to Improve Combustion and Emission Characteristics of Dual-Fuel Pilot Ignited Natural Gas Engines. SAE Paper 1997; 971712: 79-87.
• 7. Jarg Chr, Sutkowski M. The Wärtsila 32GD engine for heavy gases. Combustion Engines 2009; 2/2009(137): 3-11.
• 8. Kowalewicz A. Adaptacja silnika wysokoprężnego do zasilania gazem naturalnym. Czasopismo Techniczne Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej 2008; 7-M/2008: 67-78.
• 9. Kozioł S. Ocena trwałości układu tłokowo-korbowego dwupaliwowego silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego głównie mieszaniną propan-butan. Radom: Rozprawa doktorska Politechnika Radomska, 2004.
• 10. Luft S, Kozioł St. Ocena trwałości elementów układu tłokowo-korbowego silnika o ZS zasilanego głównie LPG. Journal of KONES Internal Combustion Engines 2002, 9(3-4):153-160.
• 11. Sawłowicz W, Stelmasiak Z, Wojciechowska A. Wstępne badania funkcjonalne mieszalników gazu z uwzględnieniem prawidłowej współpracy organów sterujących silnika. Bielsko-Biała: Sprawozdanie z pracy naukowo-badawczej nr ITS/089/066/S, 1986.
• 12. Stelmasiak Z. Studium procesu spalania gazu w dwupaliwowym silniku o zapłonie samoczynnym zasilanym gazem ziemnym i olejem napędowym. Bielsko-Biała: Wydawnictwo ATH w Bielsku-Białej Rozprawy naukowe Nr 5, 2003.
• 13. Stelmasiak Z, Wencelis J, Larisch J. Analiza przyczyn pękania pierścieni osadczych w układzie olejowego chłodzenia denka tłoka dwupaliwowego silnika zasilanego gazem kopalnianym. Silniki Spalinowe 2007; SC3: 361-368.
• 14. Stelmasiak Z, Larisch J, Wencelis J. Reasons of a thrust ring damage in oil-cooled piston head in a dual fuel CI engine fuelled with gas and Diesel oil. Journal of POLISH CIMAC 2008, 3(2): 163-172.
• 15. Stelmasiak Z, Larisch J, Gilowski T, Fic A, Knefel T. Sterowanie procesem spalania w silniku dwupaliwowym z wtryskiem sprężonego gazu ziemnego (CNG) i wysokociśnieniowym wtryskiem dawki pilotującej Common Rail w aspekcie: optymalnej sprawności ogólnej silnika; minimalnej emisji HC I NOx. Bielsko-Biała, Sprawozdanie z pracy naukowo-badawczej nr 5 T12D 011 24, 2006.
• 16. Wärtsila 50DF Technologie Reviev. Wärtsila: Materiały reklamowe, 2010.