(Stahl, 1982)
ảnh hưởng của gĩc đánh lửa sớm đến cơng suất động cơ (độ chân khơng tại họng) khi chạy bằng biogas chứa 60% methane. Jewell (1986) cho rằng gĩc đánh lửa sớm tối ưu của động cơ 25kW chạy bằng biogas chứa 60% methane nằm trong khoảng 33 đến 45 trước ĐCT [44]. Walsh (1986) kết luận động cơ 55kW sử dụng biogas cĩ gĩc đánh lửa sớm tối ưu là 45 trước ĐCT [62]. Hình 2.3 thể hiện kết quả nghiên cứu về gĩc đánh lửa sớm tối ưu [58].
Khi chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ biogas đánh lửa cưỡng bức, do quá trình làm việc của hai động cơ khác nhau nên cần phải nghiên cứu thay đổi kết cấu và bổ sung thêm các hệ thống, thiết bị cần thiết khác. Những thay đổi chính gồm:
- Tháo bỏ cụm bơm cao áp và vịi phun, - Giảm tỉ số nén xuống cịn ε = 12, - Lắp đặt hệ thống đánh lửa,
- Lắp đặt bộ tạo hỗn hợp đảm bảo tỉ lệ khơng khí/nhiên liệu khơng thay đổi, - Lắp đặt, cải tạo cơ cấu điều tốc.
2.2.2. Tháo bỏ hệ thống nhiên liệu diesel
Do khơng cần thiết nên hệ thống nhiên liệu diesel cần phải loại bỏ. Bao gồm tháo bỏ thùng nhiên liệu, các bầu lọc, bơm cao áp (cụm bơm cao áp), vịi phun. Thơng thường hệ thống dẫn động bơm cao áp được sử dụng lại để dẫn động bộ phận chia điện nếu động cơ cĩ nhiều xi lanh. Nếu khơng cần sử dụng lại cơ cấu này thì lỗ thơng trên thân động cơ cần được làm kín để ngăn chặn bụi bẩn rơi vào cácte và tránh tổn thất dầu bơi trơn.
Đối với động cơ 1 xi lanh, cơ cấu điều tốc nằm bên trong nắp bên hơng động cơ cĩ thể được giữ lại để điều khiển trục bướm ga cho động cơ chuyển đổi.
2.2.3. Giảm tỉ số nén
Việc giảm tỉ số nén xuống cịn ε = 12 hoặc thấp hơn chủ yếu là do ở áp suất cao tia lửa điện khơng hoạt động hiệu quả. Mặt khác, việc lựa chọn tỉ số nén hợp lý của động cơ cũng phụ thuộc vào tính chống kích nổ của nhiên liệu khí. Thơng thường tỉ số nén của động cơ đánh lửa cưỡng bức trong cơng nghiệp nằm trong
phạm vi ε = 10,5-11,5 để cĩ thể sử dụng được với nhiều loại nhiên liệu khí khác nhau. Trong trường hợp tỉ lệ CH4 ở các nguồn biogas ở Việt Nam dao động từ 55% đến 65%, cá biệt cĩ nơi đạt 70%, nên ở đây chọn giảm tỉ số nén xuống cịn ε = 12.
Sự thay đổi tỉ số nén được thực hiện bằng cách tăng thể tích buồng cháy Vc. Điều này cĩ thể được thực hiện bằng các giải pháp sau:
- Thay thế piston nguyên thủy bằng piston mới sao cho tỉ số nén thấp hơn; - Thay thế nắp máy nguyên thủy bằng nắp máy mới sao cho tỉ số nén thấp hơn; - Cắt bỏ vật liệu đỉnh piston;
- Gia cơng mở rộng buồng cháy trong đầu xi lanh; - Sử dụng đệm nắp máy dày hơn.
Hình dạng của buồng cháy đĩng vai trị quan trọng trong quá trình chuyển đổi. Để đảm bảo tính năng cơng tác, động cơ diesel thường sử dụng buồng cháy dự bị hay xốy lốc. Trong khi đĩ động cơ đánh lửa cưỡng bức cần cĩ buồng cháy bằng phẳng để đảm bảo màng lửa lan tràn đều đặn và áp suất gia tăng mềm mại trong quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu/khơng khí đồng nhất. Do đĩ, động cơ diesel phun trực tiếp cĩ buồng cháy thống nhất là phù hợp nhất để chuyển đổi thành động cơ đánh lửa cưỡng bức.
Giảm tỉ số nén bằng cách thay piston hay nắp máy là phương pháp đơn giản nhất nhưng phụ thuộc vào chi tiết cĩ sẵn trên thị trường. Cắt bỏ vật liệu đỉnh piston là giải pháp dễ thực hiện, nhưng giải pháp này ảnh hưởng đến tính cân bằng lực quán tính của động cơ. Mặt khác, phương pháp này chỉ thực hiện được khi độ dày của đầu piston khơng quá thấp (piston động cơ diesel thường cĩ đỉnh dày để chịu được áp suất cao, khoảng 100 bar, gần ĐCT).
Khi gia cơng mở rộng buồng cháy trong đầu xi lanh nhằm tăng thể tích buồng cháy, cần xem xét cẩn thận độ dày vật liệu xung quanh các đế xú páp. Mặt khác hình dạng của buồng cháy cũng cần được xem xét khi chuyển đổi.
Việc sử dụng miếng đệm nắp máy dày hơn được thực hiện khi cĩ sẵn vật liệu và khi những chi tiết lắp nắp máy vào xi lanh khơng bị ảnh hưởng.
cần tính tốn chính xác chiều dày lớp kim loại ở đỉnh piston cần cắt bỏ.
Giả sử động cơ diesel buồng cháy thống nhất, buồng cháy khoét sâu trên đỉnh piston; piston khoét lõm hình . Động cơ cĩ thể tích cơng tác, tỉ số nén, đường kính đỉnh piston, hành trình piston lần lượt là Vh, , D, S (Hình 2.4). Xác định cần hạ đỉnh piston bao nhiêu để động cơ đạt tỉ số nén là ct.
Gọi Vcct là thể tích buồng cháy của động cơ ứng với khi cĩ tỉ số nén là ct.
Ta cĩ: h cct ct V V = ε -1 (2.1) và h c V V = ε-1 (2.2)
Khi đĩ, hiệu ΔV = V - Vc cct cchính là phần thể tích buồng cháy cần được mở rộng thêm. Chiều cao đỉnh piston cần phải cắt bớt h được xác định theo biểu thức:
c
d ΔV Δh=
S (2.3)
Với Sd là phần diện tích đỉnh piston thực tế bị cắt. Trường hợp này Sd chính là diện tích hình vành khăn với đường kính ngồi và đường kính trong lần lượt là D và d. Dễ dàng tính được S =d π(D - d )2 2 4 (2.4) Từ (2.1), (2.2), (2.3) và (2.4), suy ra: h 2 2 ct 4V 1 1 Δh= - ε -1 ε-1 π(D - d ) (2.5) hay 2 2 2 ct D .S 1 1 Δh= - ε -1 ε-1 D - d (2.6)