. Mục đích và đối tượng nghiên cứu của luận án: a) Mục đích nghiên cứu: Xác định chính xác quy luật cung cấp nhiên liệu (tốc độ phun, thời gian phun, thời điểm bắt đầu phun, lượng phun, áp suất phun…) và ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học đến quy luật cung cấp nhiên liệu. Đánh giá ảnh hưởng của phun chính hai giai đoạn (PC2GĐ) đến chu trình công tác và mức phát thải của động cơ Hyundai 2.5 TCIA theo thời điểm bắt đầu phun, tỉ lệ phun, thời gian dừng giữa các lần phun và loại nhiên liệu sử dụng thông qua mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng. Đánh giá khả năng đáp ứng của vòi phun CRI2.2 khi tiến hành PC2GĐ. b) Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là động cơ diesel Hyundai 2.5 TCIA và vòi phun CRI2.2 sử dụng trên động cơ. 2. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu của luận án kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết được thực hiện bằng phần mềm mô phỏng chuyên dụng (GTSuite), có độ tin cậy và độ chính xác cao, để xác định đặc tính của vòi phun CR, kiểu điện từ; dự báo các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ khi sử dụng PC2GĐ. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện với các trang thiết bị hiện đại, có độ chính xác cao như Bệ thử UniPg STS của Phòng thí nghiệm SprayLab, Đại học Perugia, Italia; Bệ thử Động cơ của Phòng thí nghiệm Động cơ, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Phòng Đo lường, Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Bộ Quốc phòng. 3. Các kết quả chính và kết luận: Những đóng góp mới của luận án: 1. Xác định được chính xác đặc tính của vòi phun CR kiểu điện từ, đặc biệt trong trường hợp sử dụng PC2GĐ, giúp hiểu rõ hơn các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình phun và hiện tượng trễ của vòi phun. 2. Xây dựng thành công mô hình mô phỏng vòi phun CommonRail kiểu điện từ CRI2.2 và mô hình mô phỏng chu trình công tác của động cơ diesel Hyundai 2.5 TCIA trong phần mềm GTSuite 7.5. 3. Bổ sung các kiến thức và dữ liệu về ảnh hưởng của PC2GĐ đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ diesel hiện đại ở chế độ tải cao (100% tải), tốc độ cao (3500 vgph); hiệu quả của PC2GĐ khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học. Các kết luận rút ra từ kết quả nghiên cứu của luận án: 1 Khi áp dụng PC2GĐ, thời gian dừng giữa hai lần cấp điện (DT) là thông số đặc biệt quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến quy luật cung cấp nhiên liệu của động cơ. Thay đổi DT sẽ làm thay đổi diễn biến tốc độ phun lần 2, từ đó làm thay đổi lượng phun lần 2 đồng thời thay đổi tổng lượng phun và tỉ lệ phun giữa hai lần phun. Đây là một trong những khó khăn khi nghiên cứu về PC2GĐ. 2 Khi tăng thời gian dừng giữa hai lần phun, mô men xoắn của động cơ có xu hướng giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng, phát thải NOx tăng, trong khi phát thải soot có xu hướng giảm. Bên cạnh đó, tỉ lệ phun với lượng phun lần 1 thấp cho phép giảm phát thải NOx còn tỉ lệ phun với lượng phun lần 1 cao cho phép giảm phát thải soot. Vì vậy, muốn đạt được mục tiêu giảm hàm lượng phát thải NOx hoặc soot cần lựa chọn tỉ lệ phun phù hợp. 3 PC2GĐ cho phép giảm hàm lượng phát thải NOx hoặc soot tại chế độ tốc độ cao (3500 vgph), tải cao (100% tải) trong điều kiện mô men của động cơ suy giảm không quá 5% so với phun một giai đoạn. Tuy nhiên, hiệu quả của PC2GĐ phụ thuộc vào tỉ lệ phun, thời điểm bắt đầu phun lần 1, thời gian dừng giữa hai lần phun và loại nhiên liệu sử dụng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN XUÂN ĐẠT NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN CHÍNH NHIỀU GIAI ĐOẠN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KIỂU COMMONRAIL KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN XUÂN ĐẠT NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN CHÍNH NHIỀU GIAI ĐOẠN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KIỂU COMMONRAIL KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ TS Phạm Xuân Phƣơng HÀ NỘI - NĂM 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tơi thực Luận án có sử dụng phần kết nghiên cứu Đề tài NCKH & PTCN cấp Quốc gia “Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm ECU phù hợp cho việc sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel với mức pha trộn khác nhau”, mã số ĐT.08.14/NLSH Đại tá, PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ Chủ nhiệm đề tài quan chủ trì Học viện Kỹ thuật Quân sự, thuộc Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, Bộ Công Thương quản lý Tôi Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng phần kết nghiên cứu Đề tài mã số ĐT.08.14/NLSH vào việc viết bảo vệ luận án Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Đạt ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Học viện Kỹ thuật Quân sự, Khoa Động lực, Bộ môn Động cho phép, đồng thời hỗ trợ giúp đỡ tơi suốt q trình tơi làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ TS Phạm Xuân Phương hướng dẫn tơi tận tình chu tơi thực hồn thành luận án; xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Đề tài ĐT.08.14/NLSH đồng ý cho sử dụng số kết nghiên cứu Đề tài để thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn PGS Lucio Postrioti, TS Andrea Cavicchi thành viên nhóm nghiên cứu giúp đỡ dành cho điều kiện thuận lợi để hoàn thành trình nghiên cứu thực nghiệm PTN SprayLab, Khoa Kỹ thuật, Đại học Perugia, Italia Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Sĩ quan Lục quân 1, Ban chủ nhiệm Khoa Binh chủng thầy Bộ môn Xe máy ủng hộ, động viên suốt q trình nghiên cứu học tập Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến chuyên gia, nhà khoa học thuộc lĩnh vực Cơ khí - Động lực Học viện KTQS ủng hộ, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận án Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Đạt iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU i Mục đích nghiên cứu luận án ii Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án iii Phương pháp nghiên cứu luận án iv Ý nghĩa khoa học thực tiễn v Bố cục luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Kỹ thuật phun nhiên liệu động diesel ĐKĐT 1.1.1 Phun giai đoạn 1.1.2 Phun nhiều giai đoạn 1.1.3 Phun nhiều giai đoạn 12 1.2 Mối quan hệ thông số điều khiển QLCCNL vòi phun điện từ 15 1.3 Sử dụng nhiên liệu diesel sinh học cho động diesel 18 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 22 1.4.1 Trên giới 22 1.4.2 Ở nước 30 1.5 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu loại nhiên liệu sử dụng 32 1.6 Trình tự hướng nghiên cứu Luận án 33 1.7 Kết luận Chương 35 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 37 2.1 Mục đích đối tượng thực nghiệm 37 2.1.1 Mục đích 37 iv 2.1.2 Đối tượng thực nghiệm 37 2.2 Thực nghiệm xác định thông số vận hành động 38 2.2.1 Nhóm thông số QLCCNL 39 2.2.2 Nhóm thơng số hệ thống nạp thải 40 2.3 Thực nghiệm đo QLCCNL phương pháp Zeuch 41 2.3.1 Chế độ thực nghiệm 41 2.3.2 Trang thiết bị thực nghiệm .42 2.3.3 Trình tự tiến hành thực nghiệm 46 2.3.4 Kết đánh giá ảnh hưởng phun giai đoạn đến QLCCNL 51 2.3.5 Kết đánh giá ảnh hưởng PC2GĐ đến QLCCNL .61 2.4 Kết luận Chương 72 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÒI PHUN KIỂU COMMONRAIL CRI2.2 74 3.1 Các vấn đề chung 74 3.2 Đánh giá lựa chọn phần mềm 74 3.3 Xây dựng mơ hình mơ vòi phun CRI2.2 phần mềm GT-Suite 75 3.3.1 Cơ sở lý thuyết 75 3.3.2 Xây dựng mơ hình mơ vịi phun CRI2.2 phần mềm GTSuite 80 3.3.3 Đánh giá hiệu chỉnh mơ hình vịi phun CRI2.2 85 3.4 Kết mơ vịi phun CRI2.2 89 3.5 Kết luận Chương 93 CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN CHÍNH HAI GIAI ĐOẠN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ HUYNDAI 2.5 TCIA KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC 95 4.1 Đặt vấn đề 95 4.2 Xây dựng mơ hình mơ CTCT động diesel Hyundai 2.5 TCI-A 95 4.2.1 Cơ sở lý thuyết 95 4.2.2 Xây dựng mơ hình mơ CTCT 102 v 4.2.3 Kết hiệu chỉnh mơ hình theo đặc tính ngồi 106 4.3 Ảnh hưởng PC2GĐ đến diễn biến thông số nhiệt động phát thải động Hyundai 2.5 TCI-A .109 4.3.1 Ảnh hưởng PC2GĐ đến thông số nhiệt động xi lanh 109 4.3.2 Ảnh hưởng PC2GĐ đến diễn biến chất phát thải 112 4.3.3 Ảnh hưởng diesel sinh học đến diễn biến thông số nhiệt động xi lanh PC2GĐ 114 4.4 Ảnh hưởng PC2GĐ đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động Huyndai 2.5 TCI-A .116 4.4.1 Ảnh hưởng tỉ lệ phun RDT PC2GĐ đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động .117 4.4.2 Ảnh hưởng thời điểm bắt đầu phun lần PC2GĐ đến thông số công tác động 120 4.4.3 Ảnh hưởng nhiên liệu diesel sinh học đến thông số công tác động PC2GĐ .123 4.5 Kết luận Chương .129 KẾT LUẬN CHUNG, HƢỚNG PHÁT TRIỂN 131 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 133 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 DANH MỤC PHỤ LỤC 143 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích Đơn vị CR CommonRail - CTCT Chu trình cơng tác - DT Thời gian dừng hai lần cấp điện (Dwell Time) ĐCĐT Động đốt ĐCT Điểm chết ĐKĐT Điều khiển điện tử ET Thời gian cấp điện (Energizing Time) EGR Hệ thống tuần hồn khí xả (Exhaust gas Recirculation) GQTK Góc quay trục khuỷu HTP Hệ thống phun - HTPNL Hệ thống phun nhiên liệu - IT Thời gian phun (Injection Time) IR Tốc độ phun (Injection Rate) mm3/ms KTPNGĐ Kỹ thuật phun nhiều giai đoạn - NOD Độ trễ mở vòi phun (Nozzle Opening Delay) ms NCD Độ trễ đóng vịi phun (Nozzle Closing Delay) ms MHMP Mơ hình mơ - PCNGĐ Phun nhiều giai đoạn - PC1GĐ Phun giai đoạn - PC2GĐ Phun hai giai đoạn - PTN Phịng thí nghiệm - RDT Thời gian dừng hai lần phun (Realized Dwell Time) SOI Thời điểm bắt đầu phun (Start Of Injection) ms o GQTK ms độ ms ms o GQTK vii o SOE Thời điểm bắt đầu cấp điện (Start Of Energizing) QLCCNL Quy luật cung cấp nhiên liệu - QLP Quy luật phun - Qinj Lưu lượng phun theo thể tích V Thể tích nhiên liệu phun CTCT VGT Van điều khiển turbo (Variable Geometry Turbo) GQTK mm3/ms mm3 - viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thông số đặc trưng PC2GĐ 14 Bảng 1.2 Sự thay đổi thuộc tính hóa-lý biodiesel theo tỷ lệ pha trộn [4] 18 Bảng 1.3 Tỷ lệ C:H:O, khối lượng phân tử trung bình, mơ đun đàn hồi cơng thức hóa học đại diện hỗn hợp diesel/biodiesel [4] 19 Bảng 1.4 Khác lượng phun thực lượng phun cần đạt phun nhiều giai đoạn [55] 24 Bảng 1.5 Kết điều chỉnh lượng phun từ MHMP so với lượng phun cần đạt [55] 24 Bảng 1.6 Thông số kỹ thuật động diesel Hyundai 2.5 TCI-A 33 Bảng 2.1 Các thơng số kỹ thuật vịi phun CRI2.2 [1, 3]…………… 37 Bảng 2.2 Kết xác định thông số QLCCNL động Hyundai 2.5 TCI-A làm việc đặc tính ngồi 39 Bảng 2.3 Kết xác định thông số vận hành hệ thống nạp thải động làm việc đặc tính ngồi [1] .40 Bảng 2.4 Map điều khiển tuabin [1] .41 Bảng 2.5 Chế độ thực nghiệm xác định đặc tính vịi phun CRI2.2 QLCCNL ứng với loại nhiên liệu khác kỹ thuật phun khác 42 Bảng 2.6 Chế độ thực nghiệm PC1GĐ 48 Bảng 2.7 Tính tốn ET1/ET2 PC2GĐ với nhiên liệu B0 48 Bảng 2.8 Tính toán ET1/ET2 PC2GĐ với nhiên liệu B40 49 Bảng 2.9 Xác định ET1/ET2 PC2GĐ với nhiên liệu B100 .50 Bảng 2.10 Chế độ thực nghiệm đo QLP PC2GĐ B0, B40 B100 51 Bảng 2.11 NOD NCD vòi phun theo ET prail PC1GĐ (với B0) 54 Bảng 2.12 Mối quan hệ IT ET theo ET prail 54 Bảng 2.13 Chênh lệch lượng phun nhiên liệu B40 B100 so với B0 60 Bảng 2.14 Độ trễ vòi phun CRI2.2 prail =1400 bar với nhiên liệu B0 64 Bảng 2.15 Ảnh hưởng nhiên liệu đến tổng lượng phun PC2GĐ chế độ prail = 1000 bar, tỉ lệ phun 30/70, 50/50 70/30 71 Bảng 3.1 Thơng số hình học van điện từ…………………………………… 82 Chức máy đo xung Oscilocope: - Chức đo xung sóng: Đo điện áp dòng điện biến thiên mạch cảm biến cấu chấp hành với khả lặp lại nhanh hiển thị tín hiệu dạng đồ thị sóng - Chức đồng hồ vạn hiển thị số: Đo điện áp, điện trở, tần số, chu kỳ công suất độ rộng xung kiểm tra liên tục Bảng P1.2 Các thông số kỹ thuật Osciloscope DS1102E TT Thông số Đơn vị Giá trị Kích thước (WxHxD) mm 303 x 154 x 133 Khối lượng khô kg 2,3 Màn hình hiển thị mm 145 (5,7inch), TFT Độ phân giải hình pixels 320 × RGB× 234 Màu hiển thị hình Điện áp đầu V ~3 Tần số kHz Nguồn cấp Cơng suất tiêu thụ 10 Cầu chì 11 Nhiệt độ môi trường 64k 100~240VACRMS,45~440Hz,CAT II W 50 2A, T level, 250 V o C 10 - 40 1.2.3 Phanh điện Alpha 160 Phanh điện Alpha 160 loại phanh điện xoáy (Eddy- current Dyno) làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, có cấu tạo gồm hai phần stator rotor có trục nối với động Một dòng điện cấp trực tiếp vào stator phanh nhằm tạo từ trường thay đổi độ lớn thông qua việc thay đổi cường độ dòng điện Khi rotor quay từ trường xuất dịng điện cảm ứng có xu hướng phanh đĩa quay lại Mô men phanh tỷ lệ thuận với dịng điện cấp vào stator điều chỉnh liên tục tải trọng tác dụng lên đĩa Dòng điện cảm ứng rotor làm đĩa rotor nóng lên Trên stator có xẻ rãnh dẫn nước từ bên để làm mát cho đĩa gắn rotor Giá trị mô men đo thông qua cảm biến đo lực gắn vỏ phanh điện, vòng quay động đo thông qua cảm biến đo tốc độ rotor Cơng suất động tính thơng qua mơ men cản tốc độ rotor, phần lượng chuyển hóa thành dạng nhiệt mang nước làm mát cấp vào rãnh stator Ưu điểm phanh điện xốy có mơ men lớn vịng quay thấp nhiên phanh có nhược điểm cần làm mát liên tục không làm việc chế độ động điện Công suất lớn băng thử 160 kW vịng quay 3750 ÷ 10000 (vg/ph), mô men lớn băng 400 N.m vịng quay 1500 ÷ 3750 (vg/ph), tốc độ lớn băng đạt 10000 (vg/ph) Các kích thước thơng số kỹ thuật băng trình bày Hình P1.7 Bảng P1.3 Hình P1.7 Kích thước phanh Alpha-160 Bảng P1.3 Các thông số phanh điện xốy Alpha-160 Tên thơng số Đơn vị Giá trị Công suất lớn kW 160 Mô men lớn N.m 400 Tốc độ lớn vg/ph 10000 Mơ men qn tính J/kg.m2 0,237 Khối lượng phanh thử kg 500 Chiều dài mm 580 A Chiều rộng mm 550 B Khoảng cách từ tâm phanh đến mm mặt bích nối trục 308 C Chiều cao tâm trục mm 630 D 10 Tổng chiều cao phanh mm 860 E STT Ghi PHỤ LỤC LỰA CHỌN THAM SỐ CỦA MƠ HÌNH CHÁY DI-PULSE CHO ĐỘNG CƠ HYUNDAI 2.5 TCI-A 2.1 Tổng quan mơ hình cháy phần mềm GT-Power - Mơ hình cháy khơng dự đốn (non-predictive combustion model) Mơ hình áp đặt tốc độ cháy hàm GQTK Việc quy định tốc độ cháy cho phép q trình mơ tn theo điều kiện xi lanh, với giả thiết lượng nhiên liệu cấp vào xi lanh ln có sẵn đủ để hỗ trợ tốc độ cháy Do đó, tốc độ cháy khơng bị ảnh hưởng yếu tố phần dư nhiên liệu thời gian phun Mơ hình coi phù hợp mục đích sử dụng mơ hình nhằm nghiên cứu tham số có ảnh hưởng đến tốc độ cháy [97] Ví dụ, mơ hình xây dựng để nghiên cứu ảnh hưởng chiều dài đường ống nạp đến hiệu suất động mơ hình xây dựng để nghiên cứu hiệu suất âm giảm (những mơ hình khơng u cầu dự đốn tốc độ cháy) Mơ hình có thời gian mơ nhanh hữu ích để đánh giá thơng số khơng có tác động tác động đến tốc độ cháy [97] Tuy nhiên, mơ hình khơng dự đốn khơng phải lựa chọn tốt, mục đích sử dụng mơ hình nghiên cứu thơng số có ảnh hưởng trực tiếp đáng kể đến tốc độ cháy thời gian phun, áp suất phun, tốc độ phun Trong trường hợp đó, mơ hình cháy dự đốn bán dự đốn lựa chọn phù hợp - Mơ hình cháy bán dự đốn (semi-predictive combustion model ) Đây mơ hình nhạy cảm với thơng số ảnh hưởng đến tốc độ cháy có phản ứng phù hợp với thay đổi thông số đó, khơng sử dụng mơ hình vật lý để dự đốn thay đổi Trong mơ hình sử dụng phương pháp khơng dự đốn (ví dụ: mơ hình cháy Wiebe), tốc độ cháy áp đặt hàm GQTK, tra cứu sử dụng phương pháp khác để tính toán tham số Wiebe phù hợp dựa thơng số đầu vào quan trọng - Mơ hình cháy dự đốn (predictive combustion model) Trong mơ hình cháy dự đốn, tốc độ cháy tính cho chu kỳ, dựa điều kiện xi lanh Trong trường hợp này, q trình cháy đầu mơ hình động Các mơ hình cháy dự đốn cố gắng mơ hình hóa tượng vật lý hóa học quan trọng q trình cháy để dự đốn tốc độ cháy Mơ hình tự động điều chỉnh theo thay đổi thông số vận hành (tốc độ động cơ, IR, lượng phun, tỉ lệ EGR) mà khơng thay đổi đầu vào mơ hình Điều dẫn đến thời gian mô thường dài so với mơ hình cháy khác Để có kết dự đốn xác, mơ hình cần hiệu chỉnh so với liệu thử nghiệm Các mơ hình cháy dự đốn sử dụng khái niệm gọi “vùng mơ hình hóa”, nghĩa q trình cháy mơ hình hóa diễn nhiều vùng - Mơ hình đơn vùng: Mơ hình cháy đơn vùng bao gồm vùng đơn, thường hình cầu diễn q trình phun nhiên liệu, bay hơi, hòa trộn trình đốt cháy nhiên liệu [100] Khi hỗn hợp cháy, kích thước khu vực tăng lên để chứa hỗn hợp khí bị cháy vào khu vực Nhiệt độ áp suất trung bình mơ hình đơn vùng đại diện cho cho tồn khu vực [101] Mơ hình đơn vùng phù hợp với việc nghiên cứu thơng số cháy như: tốc độ cháy, tốc độ tỏa nhiệt xác định áp suất xi lanh Tuy nhiên, thiếu phân chia không gian mơ hình, khơng hiệu nghiên cứu biến liên quan đến phát thải (NOx soot) [101] - Mơ hình đa vùng: Các mơ hình cháy đa vùng, hoạt động cách chia phần nhiên liệu phun vào nhiều vùng, vùng coi hệ thống mở [101] Sự phát triển phần nhiên liệu theo dõi riêng dự đoán thực liên quan đến quỹ đạo khối nhiên liệu, khơng khí bay vùng [11] Các phương trình cháy giải cho khu vực riêng biệt phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất tỷ lệ tương đương khu vực [97] Ưu điểm mơ hình cháy đa vùng chúng cung cấp không gian nâng cao “độ phân giải” thơng số cháy bên động so với mơ hình đơn vùng, cho phép dự đốn tốt thơng số liên quan đến hiệu suất phát thải [101] 2.2 Lựa chọn tham số mơ hình cháy DI-Pulse cho động Hyundai 2.5 TCI-A Kết đánh giá ảnh hưởng tham số mơ hình DI-Pulse đến (pcyl) trình bày Hình P2.1, Hình P2.2, Hình P2.3 Hình P2.4 Các kết mơ pcyl so sánh với thực nghiệm để thuận lợi cho việc đánh giá ảnh hưởng tham số hiệu chỉnh Các tham số hiệu chỉnh MHMP xây dựng phần mềm GT-Power thể Bảng P2.1 * Hệ số tốc độ xâm nhập tia phun (Entrainment Rate Multiplier - Cent): đánh giá mức độ hòa trộn nhiên liệu khơng khí tiểu vùng buồng cháy, từ đánh giá mức độ tạo hỗn hợp buồng cháy Như hệ số Cent cao, chất lượng tạo hỗn hợp tốt, nâng cao hiệu suất 10 trình cháy Khi tăng hệ số Cent áp suất đỉnh xi lanh (pcyl max) có xu hướng tăng mạnh, đồng thời thời điểm đạt max có xu hướng sớm (Hình P2.1) Ngun nhân tăng hệ số Cent, đồng nghĩa chất lượng tạo hỗn hợp tăng, làm tăng tốc độ cháy, tăng tốc độ giải phóng nhiệt giai đoạn cháy khuếch tán, làm cho áp suất xi lanh tăng nhanh nên pcyl max tăng mạnh Bên cạnh đó, q trình cháy khuếch tán diễn mãnh liệt nên trình cháy kết thúc sớm thời điểm áp suất đạt max xảy sớm Bảng P2.1 Phạm vi hiệu chỉnh hệ số mô hình cháy DI-Pulse Hệ số hiệu chỉnh Nhỏ Lớn Entrainment Rate Multiplier - Cent 0,95 2,8 Ignition Delay Multiplier - Cign 0,3 1,7 Premixed Combustion Rate Multiplier - Cpm 0,05 2,5 Diffusion Combustion Rate Multiplier- Cdf 0,4 1,4 Hình P2.1 Ảnh hưởng hệ số hiệu chỉnh Cent đến áp suất xi lanh * Hệ số thời gian cháy trễ (Ignition Delay Multiplier – Cign): đánh giá ảnh hưởng thời gian cháy trễ đến thông số mơ hình cháy DI-Pulse Hệ số Cign tăng thời gian cháy trễ tăng lên Phạm vi điều chỉnh Cign khoảng từ 0,3 đến 1,7 Căn vào đồ thị Hình P2.2, thay đổi hệ số hiệu chỉnh Cign diễn biến áp suất xi lanh thay đổi không nhiều, chủ yếu giai đoạn chuyển tiếp từ cháy trước sang cháy khuếch tán Nguyên nhân, với loại nhiên liệu cố định B0, thời điểm bắt đầu phun không đổi, áp suất phun không đổi, thông số nhiệt độ, áp 11 suất cuối kỳ nén ứng với giá trị Cign khác gần khơng thay đổi, vậy, giá trị thời gian cháy trễ gần khơng đổi Vì vậy, hệ số Cign có ảnh hưởng đến diễn biến áp suất xi lanh Tuy nhiên thay đổi loại nhiên liệu sử dụng B0, B40, B100 thời gian cháy trễ thay đổi rõ rệt, dẫn đến ảnh hưởng Cign đến diễn biến áp suất xi lanh rõ rệt Hình P2.2 Ảnh hưởng hệ số hiệu chỉnh Cign đến áp suất xi lanh * Hệ số tốc độ cháy trước (Premixed Combustion Rate Multiplier-Cpm): đánh giá tốc độ cháy hỗn hợp hịa trộn trước Q trình cháy trước thực loạt phản ứng sơ bộ, nhằm tạo sản vật trung gian, chuẩn bị sẵn cho q trình cháy khuếch tán, nhiệt lượng giải phóng giai đoạn khơng lớn, thay đổi hệ số Cpm, khơng ảnh hưởng nhiều đến diễn biến q trình cháy trước, ảnh hưởng không nhiều đến diễn biến áp suất xi lanh (Hình P2.3) * Hệ số tốc độ cháy khuếch tán (Diffusion Combustion Rate Multiplier- Cdf): đánh giá tốc độ cháy giai đoạn cháy khuếch tán động Theo công thức (4.13), hệ số Cdf tăng tốc độ cháy khuếch tán hỗn hợp nhiên liệu khơng khí tăng, điều làm gia tăng lượng nhiệt giải phóng cháy, từ làm gia tăng áp suất xi lanh (pcyl-max tăng lên), điều thể Hình P2.4 Tuy nhiên, khác với q trình cháy với hỗn hợp hịa trộn tốt (cháy nhanh, đồng nhiều khu vực toàn thời gian từ bắt đầu cháy) tượng cháy xảy giai đoạn cháy khuếch tán, dẫn đến thời điểm đạt pcyl_max muộn hệ số Cdf tăng Khi khảo sát động chế độ tải cao, hệ số Cdf thường chọn dải giá trị cao nhằm kéo dài thời gian cháy giai đoạn cháy khuếch tán, từ gia tăng mơ men cho động 12 Hình P2.3 Ảnh hưởng hệ số hiệu chỉnh Cpm đến áp suất xi lanh Hình P2.4 Ảnh hưởng hệ số hiệu chỉnh Cdf đến áp suất xi lanh Căn vào đồ thị Hình P2.1, Hình P2.2, Hình P2.3 Hình P2.4 đồ thị áp suất xi lanh thực nghiệm, lựa chọn tham số hiệu chỉnh phù hợp cho mơ hình cháy động 2.5 TCI-A (được trình bày Bảng P2.2) Bảng P2.2 Bộ tham số hiệu chỉnh mơ hình cháy DI-Pulse dùng cho động Hyundai 2.5 TCI-A Phạm vi giá trị Nhỏ Lớn Chọn Entrainment Rate Multiplier - Cent 0,95 2,8 1,2 Ignition Delay Multiplier - Cign 0,3 1,7 1,1 Premixed Combustion Rate Multiplier - Cpm 0,05 2,5 1,1 Diffusion Combustion Rate Multiplier- Cdf 0,4 1,4 1,01 13 PHỤ LỤC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ HYUNDAI 2.5 TCI-A 3.1 Nhóm thơng số chung Nhóm thơng số chung động bao gồm thông số động như: đường kính xi lanh hành trình pít tơng, tỷ số nén, tốc độ vịng quay định mức; thơng số hệ thống làm mát; liệu cần thiết cho việc tính tốn tổn thất khí, tính toán trao đổi nhiệt Kết xác định thơng số chung động trình bày Bảng P3.1 Bảng P3.1 Nhóm thơng số chung động cơ, [1,3] TT Tên thông số Tiếng Anh Đơn vị Giá trị Tên động Engine title - Hyundai 2.5 TCI-A Loại động Number of cylinders - xi lanh Kiểu động Engine Type - chữ I Số kỳ Cycle Type - kỳ Loại nhiên liệu Fuel type - Diesel Tỷ số nén () Compression Ratio - 17,6 Vòng quay lớn Nominal Engine speed vg/ph 3800 Số xi lanh (i) Number of cylinders - Đường kính xy lanh (D) Cylinder Bore mm 91 10 Hành trình pít tơng (S) Piston Stroke mm 96 11 Vật liệu nắp máy Material of cylinder Head - HK nhôm 12 Số xu páp nắp máy Cylinder Head design 13 Áp suất nước hệ Pressure of Water in the thống làm mát engine cooling system bar 1,5 14 Nhiệt độ nước làm mát Engine động (ở 100% tải) Temperature K 368 Coolant 3.2 Nhóm thông số buồng cháy động Các thông số mô tả kết cấu buồng cháy động Hyundai 2.5 TCI-A thể Hình P3.1 Bảng P3.2 14 Hình P3.1 Các thơng số mơ tả buồng cháy động diesel Hyundai 2.5 TCI-A Bảng P3.2 Nhóm thơng số buồng cháy động Hyundai 2.5 TCI-A, [1,3] TT Tên thông số Tiếng Anh Đơn vị Giá trị mm 52 - Không phẳng Đường kính miệng buồng cháy External Diameter đỉnh pít tơng (dc) Hình dạng mặt đáy bát piston Floor of piston bowl Độ sâu tâm bát piston (hc) In-center Piston bowl dept mm Bán kính đỉnh lồi đáy (rc) Radius of Sphere in center of piston bowl mm R26 Chiều cao từ đỉnh lõm đến mặt Depth of combustion đỉnh pít tơng (hp) chamber in periphery mm 13,1 Bán kính đỉnh lõm đáy (rp) Radius of hollow chamfer in periphery of bowl mm R5 Góc nghiêng thành bát Inclination Angle of a piston với mặt phẳng đỉnh Bowl Forming to a Plane piston (γ) of the Piston Crown độ 1200 Khe hở đỉnh pít tơng với mặt Top-clearance at TDC phẳng buồng cháy (hclr) mm 2,1 Vật liệu làm piston đầu Material of Piston or piston Piston Head - HK nhơm 10 Số lượng xéc măng phía Number chốt piston Zone I of Rings in Cái 11 Số lượng xéc măng phía Number chốt piston Zone II of Rings in Cái 3.3 Nhóm thơng số HTPNL Nhóm thơng số HTPNL trình bày Bảng P3.3 15 Bảng P3.3 Nhóm thông số HTPNL, [1,3] TT Tên thông số Tiếng Anh Hệ thống phun nhiên liệu Fuel injection system Áp suất phun lớn Maximum rail pressure Số vòi phun động Đơn vị Giá trị CommonRail CP1-H bar 1600 Number of injectors - Số lỗ phun vòi phun Number of nozzles lỗ Đường kính lỗ phun Injector nozzles bore mm 0,144 Độ lệch tâm vòi phun Distance between spray tâm bát piston (Si) center and bowl axis mm 3.4 Nhóm thơng số hệ thống nạp thải Nhóm thơng số hệ thống nạp, thải bao gồm thông số hệ thống nạp, thải như: đường kính, chiều dài đường ống nạp thải, thời gian đóng mở xu páp, kết cấu cửa nạp, cửa thải trình bày Bảng P3.4 Bảng P3.4 Nhóm thơng số hệ thống nạp, thải, [1,3] Phần tử Ống góp nạp Ống góp xả Cửa Đơn vị Giá trị Length of the manifold mm 110,5 Diameter of the manifold mm 41 TT Tên thông số Tiếng Anh Chiều dài đường ống nạp Đường kính ống nạp Perimeter of Chu vi mặt cắt ngang section of an ống nạp manifold Number of the cylinders Số xy lanh kết nối với connected with one ống nạp common manifold Chiều dài ống thải Đường kính ống thải cross intake mm 177,1 - Length of the manifold mm 80 Diameter of the manifold mm 40 Number of the cylinders Số xy lanh kết nối với connected with one ống thải common manifold - Đường kính ống đoạn Diameter for calculation nối với ống thải (Dp) of cross section area mm 37 Số xu páp nạp xy Number of valves per - 02 16 Phần tử TT Xupap nạp Xupap thải Tiếng Anh Đơn vị Giá trị mm 125 lanh cylinder 10 Chiều dài cửa nạp (Lp) Length of port 11 Đường kính để tính diện Diameter for calculation tích đoạn ống ngang (Dp) of cross section area mm 33,4 12 Số xu páp thải xy Number of valves per lanh cylinder - 13 Chiều dài cửa thải (Lp) mm 104 14 Đường kính để tính diện Diameter for calculation tích đoạn ống ngang (Dp) of cross section area mm 37 15 Chu vi đoạn ống ngang Perimeter (Pp) section mm 116,2 16 Góc mở sớm xu páp nạp, Phases of opening (IVO) trước ĐCT of inlet valve Độ GQTK 17 Góc đóng muộn xu páp Phases of closing (IVC) nạp, sau ĐCD of inlet valve Độ GQTK 38 18 Đường kính thân lắp với Valve stem diameter ống dẫn hướng (dr) mm 6,9 19 Đường kính phần nấm Valve inner seat diameter tiếp xúc với đế xu páp (dt) mm 23,7 20 Góc mở sớm xu páp thải, Phases of opening of trước ĐCD exhaust valve Độ GQTK 52 21 Góc đóng muộn xu páp Phases of closing thải, sau ĐCT exhaust valve Độ GQTK 22 Đường kính thân lắp với Valve stem diameter ống dẫn hướng (dr) mm 6,9 23 Đường kính phần nấm tiếp xúc với đế xu páp, Valve inner seat diameter (dt) mm 23,35 nạp Cửa thải Tên thông số Length of port of cross of 3.5 Nhóm thơng số hệ thống tăng áp Nhóm thông số hệ thống tăng áp (Turbocharging) bao gồm thông số tua bin, máy nén làm mát trung gian (Intercooler) như: loại tua bin, thơng số hình học tua bin, hiệu suất khí tua bin, loại máy nén, tỉ số tăng áp máy nén, thông số hiệu suất 17 làm mát trung gian nhiệt độ nước làm mát Các thông số hệ thống tăng áp động Hyundai 2.5 TCI-A, trình bày Bảng P3.5 Bảng P3.5 Nhóm thơng số hệ thống tăng áp động cơ, [1,3] Phần tử TT Tuabin Máy nén Tên thông số Tiếng Anh Đơn vị Giá trị - Hướng kính Loại tua bin Góc dịng khí Designed angle of vanes outlet, khỏi cánh tua bin (1) độ 18o Đường kính trung bình Average diameter of cánh tua bin (D1) the outlet of vanes mm 50,3 Đường kính trung bình Average diameter of lưỡi tua bin (D2) the outlet of blades mm 42,6 Chiều rộng cánh bánh Vanes length, công tác tuabin (b1) (b1 = 0,15.D1) mm 7,545 Kiểu máy nén Compressor design - Hướng kính Tỷ số tăng áp Pressure ratio - Theo chế độ vận hành Nhiệt độ nước làm mát cho Coolant temperature máy nén in the air intercooler K 298 3.6 Nhóm thơng số hệ thống tuần hồn khí thải Nhóm thơng số hệ thống tuần hồn khí xả EGR (Exhaust Gas Recirculation) bao gồm: độ mở van EGR, hiệu suất làm mát làm mát van EGR, nhiệt độ nước làm mát thể Bảng P3.6 Bảng P3.6 Nhóm thơng số hệ thống tuần hồn khí xả EGR, [1,3] TT Tên thơng số Tiếng Anh Độ mở EGR EGR ratio Đơn vị Giá trị - 0,05 Hiệu suất làm mát Thermal Efficiency of EGR cooler - 0,8 Nhiệt độ nước làm mát Coolant Temperature EGR K Bằng nhiệt độ nước làm mát động 18 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Hình P4.1 Động Hyundai 2.5 TCI-A bệ thử PTN Động - Viện Cơ khí Động lực/ĐHBK Hà Nội Hình P4.2 Thử nghiệm đo tổn thất nạp/thải động 2.5 TCI-A PTN Động - Viện Cơ khí Động lực/ĐHBK Hà Nội 19 Hình P4.3 Chuẩn bị thay nhiên liệu PTN SprayLab - Đại học Perugia Hình P4.4 Hiệu chỉnh dịng điện điều khiển vòi phun PTN SprayLab - Đại học Perugia Hình P4.5 Thực hành điều khiển vận hành thiết bị đo UniPg STS PTN SprayLab - Đại học Perugia 20 Hình P4.6 Lắp đặt, bố trí trang thiết bị bệ thử UniPg STS PTN SprayLab - Đại học Perugia Hình PL4.7 Đo đường kính lỗ zích lơ vào, zích lơ ra, khoang điều khiển đường kính lỗ vịi phun CRI2.2 kính hiển vi điện tử Heidenhain Quadra-Chek Cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng (Bộ Quốc Phòng) ... TẠO HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN XUÂN ĐẠT NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN CHÍNH NHIỀU GIAI ĐOẠN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KIỂU COMMONRAIL KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL. .. nghệ động Hyundai 2.5 TCI-A, nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng phun nhiều giai đoạn đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động diesel kiểu CommonRail sử dụng nhiên liệu diesel sinh học? ??... loại nhiên liệu sử dụng Nghiên cứu ảnh hưởng PC2GĐ đến diễn biến thông số nhiệt động xi lanh có xét đến loại nhiên liệu sử dụng Nghiên cứu ảnh hưởng PC2GĐ đến tiêu kinh tế - kỹ thuật động sử dụng