Benchmarking medium speed natural gas engine for direct injected premixed charge combustion
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Author
Date
2010
Department
Major/Subject
Polttomoottoritekniikka
Mcode
Kul-14
Degree programme
Language
en
Pages
79 + [4]
Series
Abstract
In this master's thesis, the technical possibilities of building a direct injected premixed charge combustion system for medium speed natural gas engine are studied. The purpose of direct natural gas injection is to reduce the methane emission iii the exhaust gases and to be able to run the engine on different loads without the need for throttling the intake air flow. The objective of the work is to make a preliminary study of natural gas engine technology and to find suitable injector components which would enable optimum ignition and combustion conditions with lowest emissions. The conventional lean-burn natural gas engines with port fuel admission have high methane emission compared with stoichiometrically operated engines combined with methane oxidation catalysts. However, can-burn combustion offers significant efficiency benefits compared with stoichiometric combustion. Methane emission is currently not limited in large bore medium speed engines which are operated in the lean-burn combustion mode. The thesis consists of independent parts which cover natural gas characteristics, gas compression calculations, natural gas combustion methods, available natural gas engine technology, a review of direct injection gasoline engines, and investigation on available technology for natural gas direct injection. In addition, some fuel calculations are performed in order to define the injector dimensions. Finally some suggestions are made for building a medium speed direct injection natural gas engine. On the ground of the study, suggestion for building a medium speed direct injection natural gas engine is that outwardly opening tappet injector is the optimum choice for stratified charge operation. Lean-burn combustion with pilot diesel ignition is the target that should be pursued in order to minimize other emissions and have an easily constructible technical solution.Tässä diplomityössä tutkitaan suorasuihkutteisen esisekoituspalamisen teknisiä toteutusmahdollisuuksia keskinopeassa maakaasumoottorissa. Polttoaineen suorasuihkutuksella pyritään pääsemään eroon pakokaasujen metaanipäästöstä ja mahdollistamaan moottorin käyttäminen eri kuormitusasteilla kuristamatta palamisilman saantia. Tavoitteena on löytää tähän tarkoitukseen sopivat polttoaineen suihkutuskomponentit, jotka mahdollistaisivat optimaalisen syttymisen ja palamisen pienimmillä päästöillä. Perinteiset laihaseosmoottorit tuottavat suuren metaanipäästön verrattuna stökiömetrisellä seoksella toimiviin moottoreihin, joissa käytetään metaanin hapetuskatalysaattoria pakokaasujen jälkikäsittelyyn. Laihaseospalamisen etuna on kuitenkin merkittävästi stökiömetristä palamista parempi hyötysuhde. Metaanipäästöä ei tällä hetkellä rajoiteta suuren kokoluokan keskinopeissa maakaasumoottoreissa, jotka toimivat laihaseostekniikalla. Diplomityö koostuu erillisistä osioista, joissa käsitellään maakaasun ominaisuuksia, kaasujen paineistamislaskelmia, maakaasun palamistekniikkaa, käytössä olevien maakaasumoottoreiden tekniikkaa, suorasuihkutteisten bensiinimoottoreiden seoksen muodostusta ja saatavilla olevaa maakaasu suorasuihkutustekniikkaa. Lisäksi tehdään joitakin polttoainelaskelmia ruiskutussuuttimen mittojen määrittämiseksi. Lopuksi annetaan joitakin suosituksia suorasuihkutteisen maakaasumoottorin rakentamiseksi. Työn perusteella paras tekninen vaihtoehto maakaasun suorasuihkutukselle kerrossyötön, riittävän ruiskutusannoksen ja metaanipäästön minimoinnin kannalta on ulospäin aukeava tappisuutin. Laihaseospalaminen yhdessä pilot-diesel ruiskutuksen kanssa on päämäärä, johon kannattaa tähdätä muiden päästöjen minimoinnin ja kohtuullisen teknisen toteutettavuuden saavuttamiseksi.Description
Supervisor
Larmi, MarttiThesis advisor
Sarjovaara, TeemuKeywords
natural gas, maakaasu, direct injection, suorasuihkutus, combustion, palaminen, engine, polttomoottori
