Phun trực tiếp thông qua hệ thống vòi phun kép cho phép nâng cao công suất động cơ dual fuel, cải thiện tính năng điều tốc, giúp động cơ có thể sử dụng hỗn hợp nhiên liệu khí syngas- biogas-hydrogen có thành phần thay đổi linh hoạt, phù hợp với hệ thống năng lượng tái tạo hybrid. Góc kết thúc phun được xác định theo công suất cực đại và tốc độ định mức của động cơ. Thành phần hỗn hợp đượcđiều chỉnh bằng góc bắt đầu phun. Khi giảm áp suất phun từ 5 bar xuống 3 bar thì góc bắt đầu phun sớm hơn 20°TK và áp suất dư trong xi lanh giảm 0,1 bar. Khi động cơ chạy bằng syngas, để đạt được f=0,75 với áp suất phun 3,5 bar tại vị trí góc quay trục khuỷu 250°TK thì góc bắt đầu phun lần lượt là 80°TK, 50°TK và 25°TK ứng với tốc độ động cơ 2000 v/ph, 2400 v/ph và 2800 v/ph; áp suất dư trong xi lanh lần lượt là 0,77 bar, 0,85 bar và 0,89 bar, tăng tương ứng 100%, 97% và 79% so với khi cung cấp nhiên liệu kiểu hút.
Simulation on Direct Injection of Flexible Syngas-Biogas-Hydrogen blend into Combustion chamber of Dual Fuel
Direct injection through a twining injection system enables an increase in output power of dual-fuel engines, improves speed control capacity, and allows the engine to use flexible gaseous fuel blends of syngas-biogas-hydrogen with large variation of compositions. The stop injection angle is determined by the maximum power and rated speed of the engine. The air to fuel equivalence ratio is adjusted by the start injection angle. When the injection pressure is reduced from 5 bar to 3 bar, the start injection angle is advanced by 20°TK and the gauge pressure in the cylinder drops by 0.1 bar. In syngas fueling mode, with an injection pressure of 3.5 bar, to achieve f=0.75 at a crankshaft position of 250°TK, the start injection angles are 80°TK, 50°TK, and 25°TK corresponding to engine speeds of 2000 rpm, 2400 rpm, and 2800 rpm, respectively. The gauge pressure in the cylinder increases by 100%, 97%, and 79%, respectively, compared to natural aspiration fueling mode.
Biến thiện nồng độ nhiên liệu và trường tốc độ trong xi lanh trên mặt cắt xy, yz khi phun trực tiếp syngas qua 1 vòi phun (a) và 2 vòi phun (b) ở vị trí piston 155°TK (pp=5bar, jstart=30°TK)
Biến thiện hệ số tương đương (a) và áp suất trng xi lanh (b) theo góc quay trục khuỷu khi phun syngas và hỗn hợp 50% syngas+50% biogas, 50% syngas+50% hydrogen (n=2400 v/ph, pp=3,5 bar)
Biến thiện áp suất trong xi lanh, nồng độ diesel và hệ số tương đương theo góc quay trục khuỷu (n=2400 v/ph, pp=5 bar, vòi phun syngas mở 50°TK-đóng 250°TK, vòi phun diesel mở 340°TK-đóng 350°TK)
So sánh biến thiên tốc độ bốc hơi nhiên liệu lỏng, nồng độ diesel và hệ số tương đương khi động cơ chạy ở tốc độ 2000 v/ph (a) và 2800 v/ph (b)
Kết luận
– Phun nhiên liệu trực tiếp là giải pháp hữu hiệu để khắc phục sự tụt giảm công suất động cơ sử dụng nhiên liệu khí nghèo. Do tỉ số không khí/nhiên liệu của syngas thấp hơn nhiều so với các loại nhiên liệu truyền thống nên động cơ sử dụng nhiên liệu khí tái tạo linh hoạt cần sử dụng vòi phun kép với góc đóng mở vòi phun thay đổi theo thành phần nhiên liệu, chế độ tải và tốc độ động cơ.– Để giữ ổn định công suất cực đại của động cơ dual fuel phun trực tiếp nhiên liệu khí, lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời điểm bắt đầu phun. Thời điểm bắt đầu phun được cài đặt ban đầu ứng với công suất tối đa của động cơ và tốc độ định mức.
– Khi thay giảm áp suất phun từ 5 bar xuống 3 bar thì góc bắt đầu phun sớm hơn 20°TK và áp suất dư trong xi lanh giảm 0,1 bar. Trong tất cả các trường hợp phun trực tiếp, vào cuối kỳ nén, hỗn hợp trong buồng cháy không đồng nhất với bộ phận hỗn hợp nghèo nằm về phía xú páp nạp.
– Để đạt được f=0,75 tại vị trí góc quay trục khuỷu 250°TK thì góc bắt đầu mở vòi phun lần lượt là 80°TK, 50°TK và 25°TK ứng với tốc độ động cơ 2000 v/ph, 2400 v/ph và 2800 v/ph, áp suất dư trong xi lanh lần lượt là 0,77 bar, 0,85 bar và 0,89 bar; so với giải pháp cung cấp nhiên liệu kiểu hút thì áp suất dư tăng tương ứng 100%, 97% và 79%.
– Khi tăng tốc độ động cơ thì quá trình bốc hơi tia diesel phun mồi kéo dài nhưng làm tăng độ đồng đều của hỗn hợp. Cùng điều kiện phun, mức chênh nồng độ nhiên liệu cực tiểu và cực đại khi n=2000 v/ph là 13%-20% còn trong trường hợp n=2800 v/ph là 14%-19%.
Phun trực tiếp thông qua hệ thống vòi phun kép cho phép nâng cao công suất động cơ dual fuel, cải thiện tính năng điều tốc, giúp động cơ có thể sử dụng nhiên liệu khí tại tạo syngas, biogas, hydrogen có thành phần thay đổi linhhoạt phù hợp với hệ thống năng lượng tái tạo hybrid.
