مطالعه پارامتري تاثير افزايش مقدار سوخت ديزل در موتورهاي دوگانه‌سوز تحت شرايط بارهاي جزيي

Parametric Study on the Effect of Increasing the Amount of Diesel Fuel in Dual Fuel Engines at Part Load Conditions

يكي از راهكارهاي مناسب براي گازسوزكردن موتورهاي ديزلي استفاده از فناوري دوگانه‌سوز است. در موتورهاي دوگانه‌سوز تحت شرايط بارهاي جزيي، به دليل عدم گسترش مناسب شعله به تمام نواحي محفظه احتراق، ميزان آلاينده هاي UHC و CO افزايش يافته و بازده حرارتي موتور كاهش مي يابد. از اين رو، در اين تحقيق به مطالعه تاثير افزايش مقدار سوخت ديزل بر خصوصيات احتراقي، عملكردي و آلايندگي موتورهاي دوگانه‌سوز تحت شرايط نصف بار كامل با ثابت نگه داشتن مقدار كل انرژي ورودي در هر چرخه با استفاده از كد محاسباتي KIVA-3V پرداخته شده است. مشاهده مي شود كه نمودار تغييرات فشار داخل سيلندر و مقادير آلاينده هاي خروجي پيش بيني شده توسط مدل مطابقت خوبي با مقادير تجربي دارند. همچنين، نتايج نشان مي-دهند كه تحت شرايط بارهاي جزيي، مقدار متان نسوخته در دورترين نواحي نسبت به موقعيت نازل انژكتورها نظير كف كاسه پيستون و در چهار جهتي كه سوخت ديزل پاشش نمي شود، غلظت بالايي دارد. با پاشش سوخت ديزل به داخل محفظه احتراق، يك ناحيه غني از سوخت در نواحي فوقاني و در چهار جهت پاشش تشكيل مي شود كه در اين ناحيه، به دليل عدم وجود اكسيژن كافي براي احتراق كامل سوخت، قسمت عمده CO در اين نواحي تشكيل مي شود. از اين رو، با افزايش سهم سوخت ديزل در بارهاي جزيي، ميزان نفوذ شعله نفوذي سوخت ديزل به نقاط دوردست محفظه احتراق بيشتر شده و احتراق گاز طبيعي نيز بهبود مي يابد و همچنين درصد گاز طبيعي مخلوط شده با هوا در بار ورودي سيلندر كاهش يافته و به تبع آن اكسيژن بيشتري در مرحله مكش وارد محفظه احتراق مي شود. اين مقدار اكسيژن اضافي، در مناطق غني از سوخت، باعث وقوع احتراق كامل سوخت شده و در نتيجه، در بالاي محفظه احتراق، تشكيل آلاينده CO به طور چشمگيري كاهش و آلاينده NO كمي افزايش مي يابد.

One of the best strategies for using natural gas in diesel engines is dual fuel technology. In dual fuel engines, UHC and CO emissions increase and engine thermal efficiency decreases at part loads due to the lack of suitable flame propagation in the combustion chamber. In this paper, the effect of increasing the amount of diesel fuel on combustion, performance and emission characteristics of dual fuel engine was studied while keeping the total amount of energy input per cycle constant at part load condition. KIVA-3V code was used to simulate the in-cylinder event at closed part of engine cycle. Results show that the in-cylinder pressure histories and emissions values predicted by the models are in good agreement with the corresponding experimental data. Also it can be resulted that at part loads, the unburned methane is remained in the most remote areas from diesel fuel injectors such as the bottom of the piston bowl and in four directions where diesel fuel is not injected. By injection of diesel fuel into the combustion chamber, a fuel-rich zone is formed in the upper areas of combustion chamber and in four directions of injection in which the bulk of CO is formed in these regions due to the lack of oxygen for complete combustion. Hence by increasing the amount of diesel fuel at part loads, diffusion flame penetration of diesel fuel is increased into the combustion chamber and then natural gas combustion is improved. Also, the percentage of natural gas in the mixture that charged in intake stroke is reduced and consequently more oxygen enters combustion chamber. This excess oxygen in the fuel-rich regions leads to complete combustion. Hence, on the top of the combustion chamber, formation of CO decreases while formation of NO is slightly increased.