لزوم تغيير و بهينه‌سازي زمانبندي دريچه‌هاي هوا و دود در تبديل موتور ديزل ملي د87 به موتور گازسوز پيش آميخته

Principle of valves timing optimization in D87 diesel to premixed natural gas engine conversion

سوخت پاك، ارزان و در دسترس گاز طبيعي در ساليان اخير توليدكنندگان در زمينه موتورهاي احتراق داخلي را به توسعه و توليد موتورهاي گازسوز خصوصا در زمينه كاربري سنگين و نيروگاهي واداشته است. در اين مطالعه كه برگرفته از طرح تبديل موتور ديزل ملي د87 به گازسوز نيروگاهي مي‌باشد، براي دستيابي به اهداف پروژه كه در فاز اول دستيابي به بازده حرارتي 35% و در فاز نهايي دسترسي به بازده حرارتي 42% است استفاده از طرح سوخت آما در بالادست تنجار جهت اختلاط هوا و سوخت بر ساير طرح‌هاي رايج ترجيح داده شد. قابل ذكر است اين مطالعه برگرفته از مرحله اول پروژه جهت دسترسي به حداقل بازده حرارتي 35% مي‌باشد. لذا با انتخاب اين طرح از آنجايي كه در تمامي لحظات كاركردي موتور، بطور پيوسته مخلوط هوا و سوخت جايگزين هوا در راهگاه مكش شده است با مطالعه اوليه مشخص شد كه زمانبندي دريچه‌هاي هوا و دود جهت دسترسي به بازده هدف در تبديل طرح ديزل به گازسوز نقش تعيين‌كننده‌اي را ايفا مي‌كند. لذا پس از مشاهده عملكرد نامناسب زمانبدي دريچه موتور پايه ديزل، در مطالعه‌اي عددي اثرات زمان باز و بسته شدن دريچه‌هاي هوا و دود بررسي شد كه در نهايت مشخص گرديد كه بيشترين اثرات مربوط به همپوشاني دريچه‌ها مي‌باشد كه در نهايت منجر به كاهش زمان همپوشاني از 110 درجه در ديزل به حدود 33 درجه در طرح گازسوز شد. در انتهاي اين مطالعه، مرحله اول پروژه در اتاق آزمون با دسترسي به بازده حرارتي ترمزي 38% انجام شد كه مقايسه آن با الگوي پيشگويي يك‌بعدي نهايي در انتهاي گزارش اعلام شده است.

In recent years, heavy duty engine manufacturers have increased natural gas engine products to be used especially due to its potential in offering lower fuel cost, lower NOx emission and gas-fuel worldwide availability. Through D87 diesel to gas conversion project, to achieve minimum thermal efficiency of 35% at phase 1 and 42% in final phase, use of mixer in upstream of compressor was prioritized to other prevalent strategies for fuel and air mixing. This study has been investigated under scope of phase 1 of the project (minimum thermal efficiency 35%). Therefore, with this mixing strategy, since air stream is replaced with air-fuel mixture in engine suction chest, primary studies have shown that valve’s timing plays significant role to achieve project’s target. Hence, after approving the lack of diesel base valve timing in achieving the minimum thermal efficiency, investigating exhaust and intake valves timing effect has come up with this result that intake and exhaust valves overlap has the prominent effect in scavenging which consequently has resulted in overlap reduction from 110 CAD degrees in diesel engine to 33 CAD degrees in natural gas engine. Finally, natural gas engine test results which represent 38% brake thermal efficiency are compared with simulation final predicted results.