Nghiên cứu ảnh hưởng thông số kim phun đến tính năng động cơ diesel rv125 2 bằng phương pháp mô phỏng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.65 MB, 185 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------
NGUYỄN TRUNG THÀNH
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THƠNG SỐ KIM PHUN ĐẾN
TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ DIESEL RV125-2 BẰNG PHƯƠNG
PHÁP MÔ PHỎNG
Chuyên ngành : Kỹ tḥt Ơtơ, Máy kéo
Mã số : 605235
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2015
Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Lê Duy Khải……………………...
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Huỳnh Thanh Công ……………………...........
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS. TS. Đặng Thành Trung………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM
ngày 29 tháng 07 năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ )
1. PGS. TS. Nguyễn Hữu Hường
2. TS. Phạm Tuấn Anh
3. TS. Huỳnh Thanh Công
4. PGS. TS. Đặng Thành Trung
5. TS. Nguyễn Ngọc Dũng
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA KTGT
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do- Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN TRUNG THÀNH
MSHV: 12054847
Ngày, tháng, năm sinh: 01/09/1981
Nơi sinh: TPHCM
Chun ngành: Kỹ thuật Ơ tơ – Máy kéo
Mã số: 605235
I. TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số kim phun đến tính năng động cơ
diesel RV125-2 bằng phương pháp mô phỏng”.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình phun nhiên liệu đến q
trình cháy và khí thải của động cơ diesel tại Việt Nam và trên Thế giới.
2. Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng KIVA3V vào động cơ diesel RV125-2.
3. Nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của thơng số “Góc phun nhiên liệu của kim phun” đến
q trình cháy và khí thải trên động cơ diesel RV125-2.
4. Kết luận và đề xuất hướng phát triển.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/06/2015
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
Tp. HCM, ngày . . . . tháng 08 năm 2015
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CẢM ƠN
Trong khoảng thời gian 2 năm theo học tại Trường Đại Học Bách Khoa
TP.Hồ Chí Minh, với sự giảng dạy và hỗ trợ nhiệt tình của Q thầy cơ trong Bộ
mơn Ơ tơ - Máy động lực thuộc Khoa kỹ thuật giao thông, tôi đã tiếp thu được
nhiều kiến thức quý báu làm cơ sở và nền tảng cho việc nghiên cứu và phương pháp
tiếp cận tài liệu mới từ đó giúp tơi hồn thiện thêm kiến thức về lĩnh vực chuyên
môn.
Đầu tiên tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS. Nguyễn Lê
Duy Khải, người Thầy đã cung cấp những tài liệu, phần mềm quan trọng và hết
lịng tận tình hướng dẫn tơi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy đang công tác tại khoa Kỹ thuật giao
thông - Trường Đại học Bách khoa Tp.Hồ Chí Minh - đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo
mọi điều kiện thuận lợi trong việc thực hiện luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý
kiến q báu giúp tơi hoàn thiện nội dung của luận văn.
Dù đã hoàn thành luận văn nhưng chắc sẽ cịn nhiều thiếu sót, mong nhận
được ý kiến đóng góp của q thầy cơ để luận văn được hồn thiện tốt hơn.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành và gửi lời chúc sức khỏe đến
q Thầy cơ, gia đình và tất cả mọi người đã luôn ủng hộ tôi trong thời gian qua.
Học viên thực hiện,
Nguyễn Trung Thành
i
TĨM TẮT
Luận văn này nghiên cứu ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu của kim phun
đến quá trình cháy và khí thải trên động cơ diesel phun trực tiếp bằng phương
pháp mô phỏng. Cụ thể, nghiên cứu sự thay đổi của góc phun nhiên liệu có ảnh
hưởng như thế nào đến cơng suất và khí thải trên đơng cơ diesel 12.5 mã lực phun
trực tiếp. Góc phun nhiên liệu được thay đổi từ 1300 đến 1800. Kết quả nghiên cứu
luận của văn này chỉ ra rằng, công suất của động cơ đạt giá trị tối ưu khi góc phun
nhiên liệu có giá trị là 1640. Khi góc phun nhiên liệu có giá trị 1640 thì áp suất và
nhiệt độ trong xy lanh giảm, đồng thời nồng độ phát thải NOx và bồ hóng giảm.
ABSTRACT
This thesis studies the influence of spray angle characteristics on emissions
and engine power (for a direct injection diesel engine) by using simulation.
Specifically, this thesis concentrates to study the influence of spray angle
characteristics on emissions and combustion on the 12.5 HP direct injection diesel
engine. Spray angle is changed from 1300 đến 1800 in the simulation progress. The
results of this thesis show that the engine power will achieve a high value, the
NOx and soot will decrease when the spray angle is 1640.
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, luận văn: “Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số kim phun đên
tính năng động cơ diesel RV125-2 bằng phương pháp mô phỏng” dưới sự
hướng dẫn của TS. Nguyễn Lê Duy Khải, tất cả kết quả trong luận văn này đều do
tôi thực hiện và chưa được công bố bởi các tác giả khác.
Học viên
Nguyễn Trung Thành
iii
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ……………………………………………………………………………………………. i
LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………………………………………………………….…………………….... i
TÓM TẮT…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…. ii
LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………………………………………………..……………………………….. iii
MỤC LỤC…………………………………………………………………………………………………………………...………………………………….. iv
MỤC LỤC HÌNH ẢNH………………………………………………………………………………………..………………………….……viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU………………………………………………………………………………………………….……………... xi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………………………………………………………….………….. xi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG………………………………………………...……………………………………... 1
1.1. Nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước………………………………………………..…….. 1
1.2. Lý do chọn đề tài…………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu…………………………………………………………………………….. 3
1.3.1. Mục tiêu………………………………………………………………………………………………….………………………………... 3
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu………………………………………………………………………………………………….….. 3
1.4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu………………………………………………………………………………... 3
1.4.1. Nội dung………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu………………………………………………………………………………………………………… 3
1.5. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………………………………………………...
4
1.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thu thập tài liệu………………...………... 4
1.5.2. Phương pháp thống kê, phân tích và tổng hợp…………………………………………….... 4
1.5.3. Phương pháp tính tốn lý thuyết và mơ phỏng……………………………………………... 4
1.5.4. Phương pháp so sánh…………………………….……………………………………………………………………….. 4
1.5.5. Phương pháp chuyên gia……………………………………………………………………………………………… 4
1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................................................... 5
iv
1.6.1. Ý nghĩa khoa học……………………………………………………………………………………………………………….. 5
1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn………………………………………………………………………………………………………………… 5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................................................................................ 6
2.1. Buồng cháy…………………………………………………………………………………………………………………………………… 6
2.1.1. Các dạng buồng cháy trên động cơ diesel phun trực tiếp……………………… 6
2.1.2. Các thơng số hình học của buồng cháy………………………………………………………………. 7
2.1.3. Ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy đến đặc tính động cơ……………… 8
2.2. Kim phun diesel………………………………………………………………………………………………………………………… 13
2.2.1. Cấu tạo kim phun………………………………………………………………………………………………………………. 13
2.2.2. Phân loại kim phun…………………………………………………………………………………………………………… 14
2.2.3. Các tính chất đặc trưng cho quá trình phun nhiên liệu trên động cơ
Diesel…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 18
2.3. Khí thải và các biện pháp kỹ thuật giảm mức độ ơ nhiễm trong khí thải
động cơ diesel………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 36
2.3.1. Khí thải……………………………………………………………………………………………………………………………………… 36
2.3.2. Ơ nhiễm khơng khí và ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe………………….. 40
2.3.3. Các biện pháp kỹ thuật giảm mức độ ô nhiễm trên động cơ diesel…. 41
2.4. Giới thiệu về động cơ RV 125-2…………………………………………………………………………………… 43
2.4.1. Hệ thống nhiên liệu………………………………………………………………………………………………………….. 45
2.4.2. Kim phun………………………………………………………………………………………………………………………………… 46
2.4.3. Hệ thống hút và xả…………………………………………………………………………………………………………… 47
2.4.4. Mặt cắt ngang và mặt cắt dọc động cơ RV 125-2……………………………………….. 48
2.5. Giới thiệu tổng quan về mô phỏng và phần mềm KIVA 3…………………….. 49
v
2.5.1. Tổng quan về mô phỏng………………………………………………………………………………………………… 49
2.5.2. Giới thiệu về phần mềm KIVA 3……………………………………………………………………………… 50
CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH TỐN ỨNG DỤNG TRONG MƠ PHỎNG………….. 52
3.1. Phương trình nhiệt động học thứ nhất…………………………………………………………………… 52
3.2. Truyền nhiệt trong xy-lanh……………………………………………………………………………………………… 54
3.3. Tính tốn truyền nhiệt trong động cơ diesel……………………………………………………… 59
3.4. Mơ hình hình thành NOx………………………………………………………………………………………………….. 61
3.5. Mơ hình hình thành bồ hóng………………………………………… 63
CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP THÔNG SỐ MÔ PHỎNG VÀ THỰC HIỆN MƠ
PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA GĨC PHUN NHIÊN LIỆU ĐẾN Q TRÌNH
CHÁY VÀ KHÍ THẢI…………………………………………………………………………………………………………………………… 67
4.1. Xây dựng mơ hình mơ phỏng và thiết lập các thông số ban đầu……… 67
4.1.1. Xây dựng mơ hình mơ phỏng động cơ diesel RV125-2……………………………. 67
4.1.2. Tạo mơ hình lưới cho động cơ RV 125-2……………………………………………………………… 67
4.1.3. Các thơng số hình học của buồng cháy động cơ RV 125-2……………………… 69
4.2. Điều kiện mô phỏng thay đổi góc phun nhiên liệu ………………………………………. 69
CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ………………………………………………… 73
5.1. Ảnh hưởng của góc phun đến áp suất và nhiệt độ trong xy lanh…….. 73
5.1.1. Ảnh hưởng của góc phun đến áp suất trong xy lanh ………………………………… 73
5.1.2. Ảnh hưởng của góc phun đến nhiệt độ trong xy lanh ………………………………. 75
5.2. Ảnh hưởng của góc phun đến tốc độ tỏa nhiệt ………………………………………………. 81
5.3. Ảnh hưởng của góc phun đến q trình hình thành bồ hóng và
NOx
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
82
5.3.1. Ảnh hưởng của góc phun đến lượng phát thải bồ hóng ......................................... 82
vi
5.3.2. Ảnh hưởng của góc phun đến q trình hình thành NOx ………..…………….. 86
5.4. Ảnh hưởng của góc phun đến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 89
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN ……………….. 93
6.1. Kết luận ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 93
6.2. Đề xuất hướng phát triển .................................................................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………………………………………………………………. 95
PHỤ LỤC 1: Itape5.txt…………………………………………………………………………………………………………………………100
PHỤ LỤC 2: ItapeERC.txt ……………………………………………………………………………………………………………….106
PHỤ LỤC 3: Otape12.txt_spray angle 1400………………………………………………………………………...111
PHỤ LỤC 4: Otape12.txt_spray angle 1440………………………………………………………………………...155
PHỤ LỤC 5: Otape12.txt_spray angle 1480………………………………………………………………………...157
PHỤ LỤC 6: Otape12.txt_spray angle 1520………………………………………………………………………...159
PHỤ LỤC 7: Otape12.txt_spray angle 1560………………………………………………………………………...161
PHỤ LỤC 8: Otape12.txt_spray angle 1600………………………………………………………………………...163
PHỤ LỤC 9: Otape12.txt_spray angle 1640………………………………………………………………………...165
PHỤ LỤC 10: Otape12.txt_spray angle 1680……………………………………………………………………...167
vii
MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1: Khí thải từ động cơ diesel được dùng trên máy kéo ........................................................ 2
Hình 2-1: Hình dạng các buồng cháy cơ bản……………………………………………………………………………. 6
Hình 2-2: Các thơng số hình học của buồng cháy………………………………………………………………… 7
Hình 2-3: Các thơng số hình học cơ bản của buồng cháy………………………………………………… 8
Hình 2-4: Cấu tạo cơ bản của kim phun thơng thường……………………………………………………… 13
Hình 2-5: Kim phun loại tiết lưu
……………………………………………………………………………………………………..
14
Hình 2-6: Kim phun nhiều lỗ tia ………………………………………………………………………………………………………. 15
Hình 2-7: Kim phun có hình dạng bút chì ………………………………………………………………………………….. 16
Hình 2-8: Kim phun loại 2 lị xo ………………………………………………………………………………………………………. 17
Hình 2-9: Kim phun 2 giai đoạn ……………………………………………………………………………………………………….. 17
Hình 2-10: Sơ đồ tia phun nhiên liệu trong động cơ Diesel…………………………………………… 19
Hình 2-11: Sự phát triển của tia nhiên liệu động cơ Diesel…………………………………………… 20
Hình 2-12: Sơ đồ tia nhiên liệu phun hướng kính vào buồng cháy xốy lốc ……… 21
Hình 2-13: Ảnh chụp biên dạng tia phun trong buồng cháy xốy lốc …………………….. 21
Hình 2-14: Góc phun nhiên liệu của kim phun Diesel……………………………………………………….. 22
Hình 2-15: Biến thiên góc mở tia phun theo tỉ sốg /l……………………………………………………… 24
Hình 2-16: Biến thiên độ xuyên thâu của đầu tia phun theo thời gian ứng với các áp
suất khác nhau trong buồng cháy không xốy lốc.……………………………………………………………….. 25
Hình 2-17: Biến thiên độ xun thâu của tia phun theo thời gian của buồng cháy
xoáy lốc ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 27
Hình 2-18: Ảnh hưởng của tỉ số chiều dài/đường kính lỗ tia (a) và đường kính lỗ tia
đến đường kính Sauter (b) theo áp suất phun ………………………………………………………………………….. 29
Hình 2-19: Biến thiên định tính của khối lượng,đường kính,nhiệt độ,tốc độ bốc hơi
của hạt và tốc độ truyền nhiệt từ khơng khí vào hạt nhiên liệu lỏng theo thời gian30
Hình 2-20: Sự biến thiên của áp suất trong buồng cháy P, độ nâng kim phun IN và
áp suất nhiên liệu trong đường ống cao áp Pttheo góc quay trục khuỷu trong động
cơ Diesel phun trực tiếp cỡ nhỏ ……………………………………………………………………………………………………….. 32
viii
Hình 2-21: Biến thiên áp suất trong xy lanh …………………………………………………………………………….. 33
Hình 2-22: Sơ đồ tương quan giữa tỉ lệ nhiên liệu phun vào và tỉ lệ nhiên liệu cháy
(hay tỉ lệ tỏa nhiệt)………………………………………………………………………………………………………………………………………. 34
Hình 2-23: Đường cong tỏa nhiệt tiêu biểu trong động cơ Diesel……………………………… 35
Hình 2-24: Cấu trúc chuỗi bồ hóng………………………………………………………………………………………………… 38
Hình 2-25: Dạng những hạt sơ cấp…………………………………………………………………………………………………. 39
Hình 2-26: Mơ hình cấu trúc dạng hạt………………………………………………………………………………………….. 39
Hình 2-27: Cấu trúc tinh thể graphit……………………………………………………………………………………………… 40
Hình 2-28: Cấu tạo cơ bản của bộ lọc hạt rắn……………………………………………..………………………….. 42
Hình 2-29: Động cơ diesel VIKYNO RV125-2
……………………………………………………………………..
43
Hình 2-30: Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ RV125-2 ……………………………………….. 46
Hình 2-31: Cấu tạo kim phun của động cơ RV125-2 ………………………………………………………… 47
Hình 2-32: Mặt cắt ngang động cơ diesel RV125-2 …………………………………………………………… 48
Hình 2-33: Mặt cắt dọc động cơ RV125-2 ………………………………………………………………………………… 48
Hình 3-1: Cân bằng năng lượng trong xy lanh………………………………………………………………………… 52
Hình 3-2: Mơ hình hình thành bồ hóng ……………………………………………………………………………………….. 64
Hình 4-1: Bản vẽ piston động cơ VIKYNO RV125-2 ………………………………………………………….. 67
Hình 4-2: Phân vùng và lập tọa độ điểm vị trí biên của piston ………………………………….. 68
Hình 4-3: Mơ hình lưới buồng đốt piston…………………………………………………………………………………… 68
Hình 4-4: Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa công suất động cơ tương ứng với các
góc phun nhiên liệu thay đổi từ 1000 đến 1800………………………………………………………………………… 71
Hình 4-5: Đồ thị thể hiện mối liên hệ của NOx và lượng bồ hóng phát thải tương
ứng với các góc phun nhiên liệu được thay đổi từ 1300 đến 1720 ………………………………. 72
Hình 5-1: Mối liên hệ giữa áp suất với các góc phun nhiên liệu 1350, 1400, 1440,
1480, 1520, 1560, 1600, 1640, 1680…………………………………………………………………………………………………… 73
Hình 5-2: Mối liên hệ giữa nhiệt độ trung bình và góc phun nhiên liệu ……………….. 76
Hình 5-3: Mối liên hệ giữa nhiệt độ cực đại và góc quay trục khuỷu tương ứng với
các góc phun nhiên liệu 1350, 1400, 1440, 1480, 1520, 1560, 1600,1640, 1680…….. 77
Hình 5-4: Mặt cắt dọc của buồng cháy ……………………………………………………………………………………… 78
ix
Hình 5-5: Sự phân bố nhiệt độ bên trong xylanh tại thời điểm 150 ATDC tương ứng
với các góc phun nhiên liệu khác nhau: 1400, 1440, 1480, 1520, 1560, 1600, 1640, 1680
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...
80
Hình 5-6: Tốc độ tỏa nhiệt và góc quay trục khuỷu tương ứng với các góc phun nhiên
liệu 1350, 1400, 1440, 1480, 1520, 1560, 1600, 1640, 1680 …………………………………………………. 81
Hình 5-7: Mối liên hệ giữa lượng bồ hóng hình thành theo góc quay trục khuỷu tương
ứng với các góc phun nhiên liệu 1350, 1400, 1440, 1480, 1520, 1560, 1600, 1640, 1680
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
83
Hình 5-8: Mối liên hệ giữa lượng bồ hóng hình thành và oxi hóa theo góc quay trục
khuỷu tương ứng với các góc phun nhiên liệu 1400, 1480,1520,1560,1640,1680 84
Hình 5-9: Mặt cắt ngang buồng cháy……………………………………………………………………………………………. 85
Hình 5-10: Mặt cắt buồng cháy tương ứng với góc phun 1400 và 1640 ………………… 86
Hình 5-11 : Lượng NOx hình thành theo góc quay trục khuỷu tương ứng với các góc
phun nhiên liệu 1400, 1480,1520,1560,1640,1680…………………………………………………………………….. 87
Hình 5-12: So sánh nhiệt độ và NOx hình thành tại 150 sau điểm chết trên ………. 89
Hình 5-13: Mối liên hê giữa công suất động cơ và suất tiêu hao nhiên liệu tương ứng
với các góc phun 1350, 1400, 1440,1480,1520,1560, 1600, 1640,1680………………………… 90
x
MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Tỉ lệ phần trăm các khí chủ yếu gây ra hiệu ứng nhà kính……………………..… 37
Bảng 1-2: Thông số kỹ thuật của động cơ…………………………………………………………………………………….. 45
Bảng 3-1: Các tốc độ phản ứng sử dụng trong mơ hình 8 bước của Foster…………... 66
Bảng 4-1: Bảng thông số quá trình mơ phỏng động cơ diesel RV125-2……..…………… 71
Bảng 5-1: Thơng số ảnh hưởng của góc phun đến áp suất trong xy-lanh……………… 74
Bảng 5-2: Thơng số ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu đến nhiệt độ cực đại trong
xy-lanh……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………… 78
Bảng 5-3: Bảng kết quả công suất và suất tiêu hao nhiên liệu ứng với các góc phun
nhiên liệu ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..….…………… 91
xi
MỤC LỤC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: Itape5.txt…………………………………………………………………………………………………………………………100
PHỤ LỤC 2: ItapeERC.txt ……………………………………………………………………………………………………………….106
PHỤ LỤC 3: Otape12.txt_spray angle 1400………………………………………………………………………...111
PHỤ LỤC 4: Otape12.txt_spray angle 1440………………………………………………………………………...155
PHỤ LỤC 5: Otape12.txt_spray angle 1480………………………………………………………………………...157
PHỤ LỤC 6: Otape12.txt_spray angle 1520………………………………………………………………………...159
PHỤ LỤC 7: Otape12.txt_spray angle 1560………………………………………………………………………...161
PHỤ LỤC 8: Otape12.txt_spray angle 1600………………………………………………………………………...163
PHỤ LỤC 9: Otape12.txt_spray angle 1640………………………………………………………………………...165
PHỤ LỤC 10: Otape12.txt_spray angle 1680……………………………………………………………………...167
xii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Từ gốc
Nghĩa của từ
0
C
degree of Celsius
Độ Celsius
0
F
degree of Fahrenheit
Độ Fahrenheit
0
K
degree of Kelvin
Độ Kelvin
ATDC
After Top Dead Center
Sau điểm chết trên
BTDC
Before Top Dead Center
Trước điểm chết trên
CA BTDC
Crank shaft Angle Before
Góc quay trục khuỷu trước điểm
Top Dead Center
chết trên
Crank - shaft Angle
Độ quay trục khuỷu
CO
Carbon monoxide
Cạc-bon Mơ-nơ-xít
CO2
Carbon Dioxide
Cạc-bon Đi-ơ-xít
deg.
degree
Độ (quay trục khuỷu)
degATDC
degree After Top Dead
Độ quay trục khuỷu sau điểm chết
Center
trên
degree Before Top Dead
Độ quay trục khuỷu trước điểm
Center
chết trên
DI
Direct Injection
Phun nhiên liệu trực tiếp
DOI
Duration Of Injection
Thời gian phun
EGR
Exhaust Gas Recirculation
Tuần hồn khí xả
0
CA
degBTDC
xiii
ERC
Engine Research Center
Trung tâm nghiên cứu động cơ
EVO
Exhaust Valve Open
Thời điểm xú páp xả mở ra
HC
Hydro Carbon
Hi-đrô Cạc-bon
IVC
Intake Valve Close
Thời điểm xú páp nạp đóng
KH-RT
Kelvin-Helmholtz and
Mơ hình lai KH-RT
Rayleigh-Taylor model
NOx
Oxides of Nitrogen
Ơ xít Nitơ
ppm
Parts per million
Phần triệu
PR
Precursor
Hạt cơ sở
RNG k-e
Renormalized Group k-e
Mơ hình dịng chảy rối “RNG k-e”
model
rpm
Revolution per Minute
Vịng/phút
SAE
Society of Automotive
Hiệp hội kỹ sư Ơtơ
Engineering
SOI
Start Of Injection
Thời điểm phun
SOx
Oxides of Sulfur
Ơ xít lưu huỳnh
TDC
Top Dead Center
Điểm chết trên
xiv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Nghiên cứu tổng quan trong và ngồi nước
Ơ nhiễm khơng khí hiện đang là vấn đề cấp bách và nhận được nhiều sự quan tâm
của tồn cầu trong những năm gần đây. Có rất nhiều ngun nhân gây ra ơ nhiễm
khơng khí như: Q trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, Các hoạt động sản xuất công
nghiệp, Các hoạt động sinh hoạt hàng ngày,... nhưng do phạm vi nghiên cứu có giới
hạn nên luận văn này chỉ tập trung đi sâu vào nghiên cứu giải pháp cải thiện mức độ
ơ nhiễm khơng khí do khí thải động cơ diesel RV 125-2 gây ra.
Đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu được thực hiện trên thế giới với mục tiêu
cải thiện chất lượng của khí thải do động cơ diesel gây ra trên thế giới. Tuy nhiên
việc nghiên cứu vẫn chưa đi sâu vào phân tích đầy đủ đặc tính cơng suất của động
cơ RV 125-2 cũng như chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế ở Việt Nam.
Một số nghiên cứu liên quan đến động cơ diesel RV125-2 đã được thực hiện trong
những năm gần đây:
1. Nghiên cứu của GS.TSKH Bùi Văn Ga và nhóm cộng sự về “Hệ thống cung
cấp Biogas cho động cơ Dual Biogas/Diesel” [02].
2. Nghiên cứu về “Tối ưu hóa quá trình cung cấp Biogas cho động cơ tĩnh tại sử
dụng hai nhiên liệu Biogas và Diesel” của GS.TSKH Bùi Văn Ga [04].
3. “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG)
cho động cơ Diesel” của PGS.TS Đỗ Văn Dũng, Lê Thanh Phúc, Lê Việt Hùng [03].
4. Nghiên cứu của Dương Tấn Việt, Lê Duy Linh, Dương Việt Dũng về “Tính
tốn – mơ phỏng quá trình tạo hỗn hợp trong hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ
RV125-2” [05].
5. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hồi lưu khí thải đến độ phát thải ơ nhiễm của
Nguyễn Minh Trí [24].
1
6. Nghiên cứu hình dạng buồng cháy để giảm thiểu khí thải trên động cơ diesel
phun trực tiếp của TS.Huỳnh Thanh Công và Phan Thế Anh [01].
7. Nghiên cứu về ảnh hưởng thơng số hình học buồng cháy đến cơng suất và phát
thải của động cơ của Nguyễn Đắc Khánh Hưng [23].
8. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình phun nhiên liệu đến khả năng vận hành
của động cơ diesel của Gideon Goldwine [20].
9. Nghiên cứu sự hình thành tia phun nhiên liệu đối với buồng đốt HCCI của
Fredrik Wahlin [22].
1.2. Lý do chọn đề tài
Hình 1-1: Khí thải từ động cơ diesel được dùng trên máy kéo [37]
Động cơ điesel được sử dụng rộng rãi và phổ biến ở mọi nơi trên thế giới, ta có
thể dễ dàng tìm thấy động cơ diesel ở khắp nơi từ những động cơ khổng lồ được sử
dụng trên tàu biển cho đến những động cơ loại nhỏ sử dụng làm máy phát điện; Từ
những cánh đồng lúa bạt ngàn cho đến các trang trại nơng nghiệp rộng lớn vì những
2
lợi ích mà chúng mang lại (lợi ích điển hình nhất của động cơ diesel so với động cơ
xăng cùng thơng số đó chính là cơng suất và tính kinh tế). Bên cạnh những lợi ích
được nêu trên thì động cơ diesel cũng là một trong những nguyên nhân góp phần làm
cho mức độ ô nhiễm ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Tuy nhiên, người sử dụng
các động cơ diesel có trên các máy nơng nghiệp và các động cơ tĩnh tại vẫn chưa
thực sự quan tâm và chú trọng nhiều đến mức độ ơ nhiễm khí thải do các động cơ
này tạo ra.
Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng thơng số kim phun đến tính năng động
cơ diesel RV125-2 bằng phương pháp mô phỏng là cần thiết nhằm góp phần vào
việc nâng cao cơng suất nhưng đồng thời giảm phát thải ô nhiễm môi trường do
chúng gây ra. Việc nghiên cứu này cũng góp phần trong việc thúc đẩy cải tiến chất
lượng của các động cơ mang thương hiệu và nguồn gốc xuất xứ Việt Nam, nhằm tạo
lợi thế cạnh tranh với các sản phẩm các nước trong khu vực và trên thế giới.
1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
1.3.1. Mục tiêu
Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu ảnh hưởng thơng số hình học kim
phun đến tính năng động cơ diesel VIKYNO RV 125-2 sử dụng phương pháp mơ
phỏng, nhằm tối ưu hóa góc phun của kim phun nhiên liệu bằng cách dựa vào kết
quả nghiên cứu này đem so sánh với kết quả thực tế.
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là động cơ diesel VIKYNO RV 125-2.
1.4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Nội dung
Tìm hiểu tổng quan về: Động cơ diesel VIKYNO RV 125-2, kim phun và các
thông số của kim phun.
3
Nghiên cứu ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu đến đặc tính cháy và khí thải động
cơ RV 125-2.
Tìm hiểu về phần mềm mô phỏng KIVA-3V, ứng dụng phần mềm vào việc
nghiên cứu ảnh hưởng của góc phun đến đặc tính cháy và khí thải động cơ cụ thể.
Phân tích kết quả đạt được, đánh giá và kết luận.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học của kim phun đến đặc tính động
cơ diesel VIKYNO RV 125-2 sau khi thay đổi góc phun nhiên liệu của kim phun.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thu thập tài liệu
Vận dụng lý thuyết về quá trình cháy trong động cơ diesel vào nội dung nghiên
cứu.
Thu thập, chọn lọc số liệu từ các tài liệu có liên quan tới việc ảnh hưởng của góc
phun nhiên liệu của kim phun đến q trình cháy động cơ diesel.
Các tài liệu kỹ thuật liên quan đến động cơ diesel VIKYNO RV 125-2.
1.5.2. Phương pháp thống kê, phân tích và tổng hợp
Phương pháp này được sử dụng chủ yếu trong toàn bộ nội dung của nghiên cứu
này bao gồm: thống kê, phân tích và tổng hợp từ các nguồn tài liệu thu thập được.
1.5.3. Phương pháp tính tốn lý thuyết và mơ phỏng
Sử dụng phần mềm mơ phỏng KIVA-3V và các lý thuyết có liên quan để tính
tốn và mơ phỏng nhằm đánh giá và tìm ra kết quả tối ưu nhất.
1.5.4. Phương pháp so sánh
4
So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm.
1.5.5. Phương pháp chuyên gia
Phỏng vấn, đưa ý kiến đến các chuyên gia (chuyên gia kỹ thuật, cán bộ hướng
dẫn,…) để thu thập các ý kiến và các phân tích.
1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.6.1. Ý nghĩa khoa học:
Đề tài nghiên cứu góp phần phân tích, đánh giá q trình cháy và phát thải trên
động cơ diesel VIKYNO RV125-2; So sánh, đánh giá kết quả mơ phỏng, góp phần
tìm ra giải pháp nâng cao đặc tính cơng suất và giảm phát thải ơ nhiễm môi trường
đối với động cơ diesel VIKYNO RV125-2.
1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Làm cơ sở cho khả năng ứng dụng thực tế việc tối ưu hóa góc phun nhiên liệu
của kim phun nhằm nâng cao công suất và giảm phát thải ô nhiễm môi trường trên
động cơ diesel VIKYNO RV125-2 thông qua việc đề xuất, cải tiến góc phun nhiên
liệu của kim phun trên động cơ diesel VIKYNO RV125-2 hiện hữu.
5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Buồng cháy
2.1.1. Các dạng buồng cháy trên động cơ diesel phun trực tiếp
Buồng cháy động cơ diesel là nơi hịa khí được hình thành và bốc cháy, có ảnh
hưởng lớn tới các thơng số về đặc tính của động cơ: Cơng suất, hiệu suất, độ tin cậy
của động cơ cũng như ô nhiễm môi trường của khí thải.
Buồng cháy động cơ diesel phun trực tiếp được phân loại theo đặc điểm cấu tạo
và theo ngun tắc hình thành hịa khí [7].
Dựa theo đặc điểm cấu tạo, các dạng buồng cháy bao gồm:
- Buồng cháy thống nhất: Dạng đĩa nông, dạng ω nông,…
- Buồng cháy khoét lõm sâu đỉnh piston: Dạng cầu, dạng ω, dạng lõm sâu,…
Hình 2-1: Hình dạng các buồng cháy cơ bản [7]
Dựa theo ngun tắc hình thành hịa khí, các dạng hình thành hịa khí bao gồm:
6
- Hình thành hịa khí kiểu màng dựa trên kết quả phối hợp giữa dịng chảy xốy
lốc của mơi chất với màng nhiên liệu được tráng trên thành buồng cháy (q trình
M).
- Hình thành hịa khí kiểu khơng gian là phương pháp phun tơi nhiên liệu vào
không gian buồng cháy để các hạt nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi và hịa trộn đều
với khơng khí.
2.1.2. Các thơng số hình học của buồng cháy
Hình dạng, kích thước, đường kính miệng của phần kht lõm như hình (2-2) có
tác dụng lớn tới cường độ dịng xốy hướng kính, qua đó cải thiện điều kiện hình
thành hịa khí và điều kiện cháy. Cường độ dịng xốy hướng kính tỉ lệ thuận với
(D1/D3) (D1 – đường kính xy-lanh, D3 – đường kính miệng phần kht lõm). D3
càng nhỏ dịng xốy càng mạnh nhưng sẽ làm chiều sâu H của phần khoét lõm càng
lớn. Thơng thường, D3 = (0.35 ÷ 0.65) D1. D3/H = 2:1 ÷ 4:1 [9].
Hình 2-2: Các thơng số hình học của buồng cháy [9]
D1,D2,D3: Đường kính xy lanh, đường kính buồng cháy, miệng buồng cháy
R1,R2,R3: Bán kính cong biên dạng buồng cháy
H,H1: Độ sâu buồng cháy
7
RS1, Rs2: Các thông số điều chỉnh
Ở tải lớn, ứng suất nhiệt tại miệng phần khoét lõm (R3) thường lớn, muốn giảm
ứng suất nhiệt kể trên cần phải làm cho vách phần khoét lõm thẳng đứng. Theo các
nhà sản xuất (ví dụ: Ricardo,…) thì chỉ cần kết hợp tốt giữa đặc tính tia phun, dịng
xốy khí nạp với hình dạng buồng cháy, cịn hình dạng đáy phần kht lõm khơng
gây ảnh hưởng gì tới tính năng của động cơ. Vì vậy, khi thay đổi hình dạng buồng
cháy để đánh giá tác động của các thơng số hình học đến cơng suất và khí thải, tác
giả Lê Đắc Khánh Hưng chỉ thay đổi các thơng số hình học cơ bản có ảnh hưởng trực
tiếp như hình (2-3) bên dưới [8].
Hình 2-3: Các thơng số hình học cơ bản của buồng cháy [8]
2.1.3. Ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy đến đặc tính động cơ
2.1.3.1. Ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy đến sự hình thành hịa khí, sự cháy và
các chất gây ô nhiễm [23]
Dạng buồng cháy thống nhất
Buồng cháy thống nhất dạng đĩa nơng, dạng ω nơng,…hình thành hịa khí trong
buồng cháy được được dựa trên hai yếu tố cơ bản: Đảm bảo chất lượng phun đều và
nhỏ của tia nhiên liệu, kết hợp hình dạng các tia nhiên liệu với hình dạng buồng cháy
tạo ra hịa khí phân bố đều trong không gian buồng cháy.
8
