Limitations of enrichment of gaseous mixture in dual fuel engines

Exhaust gases from dual fuel engines are nearly smokeless, while maximal engine load is limited by allowable thermal load, not by smoke limit. This encourages users to enrich gas-air mixture, leading to increased output power of the engine, what partially compensates reduction of maximal output power connected with gaseous fuelling. Excessive enrichment of the charge, resulting from concentration of gas in the gas-air mixture and size of Diesel oil’s dose, can lead to a phenomenon of knocking combustion and thermal overloading, and in result – to serious damage of the engine. In the paper is presented a calculation methodology of maximal enrichment of the gaseous mixture, above which a thermal overloading of the engine can occur. On example of a breakdown of three dual fuel engines of Caterpillar 3516A and SW 680 type, effects of thermal overloading, and a hazards connected with excessive enrichment of the gaseous mixture are shown. Conclusions of a general nature can serve as a guide to selection of control systems to dual fuel engines.

Spaliny silników dwupaliwowych są prawie bezdymne, a maksymalne obciążenie silnika jest ograniczone dopuszczalnym obciążeniem cieplnym, a nie granicą dymienia. Skłania to użytkowników do wzbogacania mieszaniny gaz-powietrze prowadzącego do zwiększania mocy silnika, co częściowo kompensuje zmniejszenie mocy maksymalnej związane z gazowym zasilaniem. Nadmierne wzbogacanie ładunku, wynikające ze stężenia gazu w mieszaninie gaz-powietrze i wielkości dawki oleju napędowego, może prowadzić do zjawiska spalania stukowego i przeciążenia cieplnego, a w efekcie do poważnego uszkodzenia silnika. W pracy przedstawiono metodykę obliczania maksymalnego wzbogacania mieszaniny gazowej, powyżej którego mogą występować przeciążenia cieplne silnika. Na przykładzie trzech awarii silników dwupaliwowych Caterpillar 3516A i SW 680 pokazano skutki przeciążenia cieplnego silnika i niebezpieczeństwa związane z nadmiernym wzbogaceniem mieszaniny gazowej. Wnioski ogólne mogą być wskazówką do doboru sterowania silników dwupaliwowych.