Kipinäsytytteisen biokaasumoottorin nakutuksen hallinta

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkitaan biokaasukäyttöisen ottomoottorin nakutusta ja sen hallintaa. Lisäksi käsitellään maa- ja biokaasua polttoaineena. Työn tavoitteena oli löytää nakutustunnistimille toiminnallisesti riittävän hyvät paikat moottorista. Nakutus on ei-toivottu ilmiö ottomoottorissa ja nakutus voi aiheuttaa pahimmillaan moottorivaurion. Hyvän hyötysuhteen ja moottorin luotettavuuden vuoksi moottoria täytyy pystyä käyttämään lähellä nakutusrajaa, joten nakutus täytyy pystyä havaitsemaan ja välttämään luotettavasti.

Moottorin nakutusherkkyyteen voidaan vaikuttaa huolellisella moottorin suunnittelulla ja oikeanlaisilla komponenteilla. Myös polttoaineen puristuskestävyys ja itsesyttymislämpötila vaikuttavat suuresti asiaan. Maa- ja biokaasun käyttöä polttoaineena tukevat niiden pienemmät päästöt. Biokaasun käyttöä tukee lisäksi sen uusiutuvuus, omavaraisuuden lisääminen ja maataloudessa mahdollisuus tuottaa orgaanisesta jätteestä polttoainetta.

Moottorinohjausjärjestelmää varten täytyy tehdä nakutuskalibrointi, jotta ohjausjärjestelmä kykenee säätämään moottorinohjausparametreja oikealla tavalla nakutustilanteessa. Kalibrointi tehtiin moottorilaboratoriossa sylinterinpaineen mittausta hyödyntäen. Kalibroinnissa todennettiin nakutustunnistimien ja niiden sijoituspaikkojen soveltuvuus nakutuksen havaitsemiseen. Testien perusteella testatussa moottorissa riittää yksi nakutustunnistin havaitsemaan nakutuksen luotettavasti moottorin staattisessa kuormitustilanteessa.

The purpose of this bachelor’s thesis is to determine reliable mounting bosses for knock sensors. Topics of this thesis are knocking phenomenon in spark-ignited biogas engine, management of knocking and natural- and biogases as fuels. Knocking is an unwanted phenomenon in spark-ignition engine and it may cause a serious harm to engine, or even engine malfunction. Due to fuel efficiency it is still very important to use the engine close to knocking limit. For these reasons knocking management must be very reliable considering good efficiency and engine reliability.

Knocking sensitivity can be reduced by accurate engine design. Knock resistance of used fuel also has important part to avoid knocking. Methane based gases are becoming more and more potential fuels in internal combustion engines due to tightening emission regulations and high value of exhaust gas aftertreatment systems. Methane has lower carbon dioxide emissions, than gasoline or diesel fuels. Countries without gas or oil reserves can also reduce the fossil fuels importing by using domestic produced biogas as fuel.

Before the engine management system can control the engine, knocking calibration for knock sensors must be done. Calibration were carried out in engine laboratory on steady-state circumstances. Knocking is detected with cylinder pressure sensors and the signal is compared to knock sensors signal. The tests results indicate that only one sensor is sufficient for detecting knocking on steady-state circumstances.