Nghiên cứu ảnh hưởng 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 TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN XUÂN ĐẠT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG 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 Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HÀ NỘI – NĂM 2022 Cơng trình hoàn thành tại: Học viện Kỹ thuật Quân Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ TS Phạm Xuân Phương Phản biện 1: GS.TS Lê Anh Tuấn Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Đại An Phản biện 3: PGS.TS Trần Thị Thu Hương Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện họp Học viện Kỹ thuật Quân Vào hồi giờ, ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Trong năm qua, việc cải thiện trình cháy động việc tối ưu hóa quy luật cung cấp nhiên liệu (QLCCNL) áp dụng kỹ thuật phun tiên tiến trở thành giải pháp kỹ thuật tiềm Để đạt mục tiêu giảm suất tiêu hao nhiên liệu đồng thời giảm lượng phát thải, nhiều kỹ thuật phun khác nghiên cứu phát triển, có kỹ thuật phun nhiều giai đoạn (PCNGĐ) Nhìn chung, cơng trình nghiên cứu cơng bố năm gần đóng góp lớn cho tảng kiến thức kỹ thuật PCNGĐ Tuy nhiên, kết cịn chưa đầy đủ, đặc biệt sử dụng loại nhiên liệu thay thế, có diesel sinh học Các cơng trình nghiên cứu PCNGĐ động diesel hệ cịn hạn chế Bên cạnh đó, việc lượng hóa thơng số QLCCNL, thơng số điều khiển vịi phun mối liên hệ chúng chưa làm rõ, dẫn tới khó khăn đánh giá ảnh hưởng kỹ thuật PCNGĐ Động Hyundai 2.5 TCI-A áp dụng kỹ thuật phun nhiều giai đoạn (phun mồi, phun chính, phun bổ sung phun muộn) vùng tốc độ thấp trung bình, đảm bảo động làm việc êm, mức phát thải chất ô nhiễm thấp Tuy nhiên, vùng tốc độ cao, thời gian phun thực bị rút ngắn gây khó khăn cho việc tổ chức PNGĐ, q trình điều khiển phun phức tạp, động sử dụng kỹ thuật phun giai đoạn, điều làm cho mức phát thải động cao tiếng ồn lớn [2] Trên tảng công nghệ động này, việc nghiên cứu ứng dụng phun hai giai đoạn (PC2GĐ) sử dụng nhiên liệu diesel sinh học chế độ tải cao, tốc độ cao phương án để tăng hiệu suất giảm phát thải cho động Dựa số kết nghiên cứu ban đầu PCNGĐ phân tích trên, 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” i Mục đích nghiên cứu luận án (1)- Xác định xác QLCCNL (tốc độ phun, thời gian phun, thời điểm bắt đầu phun, lượng phun, áp suất phun…) ảnh hưởng nhiên liệu diesel sinh học đến QLCCNL (2)- Đánh giá khả đáp ứng vòi phun CRI2.2 tiến hành PC2GĐ (3)- Đánh giá ảnh hưởng PC2GĐ đến CTCT mức phát thải động Hyundai 2.5 TCI-A theo thời điểm bắt đầu phun, tỉ lệ phun, thời gian dừng lần phun loại nhiên liệu sử dụng thông qua mô phần mềm chuyên dụng ii Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu đề tài động diesel Hyundai 2.5 TCI-A [3] vòi phun CRI2.2 sử dụng động Hyundai 2.5 TCI-A động hệ Phạm vi nghiên cứu: - Xác định xác QLCCNL thực nghiệm bệ thử chuyên dụng Đánh giá ảnh hưởng PCNGĐ (giới hạn PC2GĐ) đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động diesel Hyundai 2.5 TCI-A phần mềm mô chuyên dụng (GT-Suite 7.5) chế độ vận hành ổn định động - Nhiên liệu sử dụng hỗn hợp diesel/biodiesel bao gồm B0; B40 B100 (B100 sản xuất từ bã thải q trình tinh lọc dầu cọ thơ thành dầu ăn [4]) iii Phương pháp nghiên cứu luận án Phương pháp nghiên cứu luận án kết hợp chặt chẽ nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm: - Nghiên cứu lý thuyết: tính tốn mơ phần mềm chuyên dụng (GT-Suite), có độ tin cậy độ xác cao để xác định đặc tính vòi phun CR, kiểu điện từ; dự báo tiêu kinh tế, kỹ thuật động sử dụng PC2GĐ - Nghiên cứu thực nghiệm: thực với trang thiết bị đại, có độ xác cao Bệ thử UniPg STS Phịng thí nghiệm SprayLab, Đại học Perugia, Italia; Bệ thử Động Phịng 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 iv Ý nghĩa khoa học thực tiễn * Ý nghĩa khoa học: - Xác định xác đặc tính vịi phun CR kiểu điện từ, đặc biệt trường hợp sử dụng PC2GĐ, giúp hiểu rõ tượng vật lý xảy q trình phun, tượng trễ vịi phun; đồng thời làm rõ thuật ngữ dùng để mô tả QLCCNL thời gian cấp điện (ET), thời gian phun (IT), thời điểm cấp điện (SOE), thời điểm bắt đầu phun (SOI); thời gian dừng điện (DT), thời gian dừng phun (RDT) - Bổ sung thêm kiến thức liệu ảnh hưởng PC2GĐ đến tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel đại; hiệu PC2GĐ sử dụng nhiên liệu diesel sinh học Các kết nghiên cứu luận án dùng làm tài liệu tham khảo đào tạo sau đại học chuyên ngành kỹ thuật Động nhiệt; nghiên cứu phát triển kỹ thuật phun tiên tiến động diesel * Ý nghĩa thực tiễn: - Góp phần hồn thiện mơ hình vịi phun kiểu CR MHMP CTCT động diesel dùng HTPNL kiểu CR, sử dụng PC2GĐ phần mềm mô GT-Suite 7.5 Làm sở để nghiên cứu hoàn thiện CTCT động diesel ứng dụng công nghệ tạo hỗn hợp tiên tiến; - Dự báo việc sử dụng nhiên liệu diesel sinh học sử dụng PC2GĐ v Bố cục luận án - Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu - Chương Nghiên cứu thực nghiệm - Chương Xây dựng mơ hình mơ vòi phun kiểu CommonRail CRI2.2 - Chương Khảo sát ảnh hưởng PC2GĐ đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động Hyundai 2.5 TCI-A sử dụng nhiên liệu sinh học CHƯƠNG 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 PNGĐ hiểu việc cung cấp nhiên liệu CTCT chia thành nhiều lần phun Tùy vào lượng phun, thời điểm bắt đầu phun mục đích phun, PNGĐ phân chia thành giai đoạn phun khác phun mồi, phun chính, phun bổ sung phun muộn [18] Hình 1.1 Tên gọi quy ước giai đoạn phun [18] Hình 1.2 Tác dụng giai đoạn phun phun nhiều giai đoạn [18] 1.1.3 Phun nhiều giai đoạn PCNGĐ hiểu phương pháp tách q trình phun lần thành hai nhiều lần phun với thời gian dừng định lần phun [10] Khi PCNGĐ, lượng nhiên liệu chia thành nhiều lần phun dẫn đến thời gian nhiên liệu phun vào xi lanh ứng với lần phun ngắn hơn, chiều dài chùm tia phun ngắn hơn, việc va chạm chùm tia phun với thành vách giảm [10] Quá trình cháy lần phun thứ bị làm chậm lại tác động lần phun thứ hai Do đó, có lượng nhiệt lớn sinh giai đoạn sau trình cháy, dẫn đến nhiệt độ giai đoạn sau cao (so với phun lần nhất), lượng soot bị oxy hóa nhiều phát thải soot thấp [6] Bên cạnh đó, lần phun thứ hai góp phần tạo lực đẩy, đẩy trung tâm vùng cháy lần phun thứ xa hơn, phân tán rộng không gian buồng cháy Khi PCNGĐ, lượng nhiên liệu cấp vào chia thành nhiều lần dẫn đến lượng nhiệt giải phóng cách đồng nên nhiệt độ cháy cao xi lanh giảm xuống, góp phần hạn chế hình thành NOx [25] Hạn chế PCNGĐ: yêu cầu vòi phun phải có khả đáp ứng nhanh, tức phun nhiều lần thời gian ngắn với thời gian dừng lần phun phải đảm bảo ngắn Bên cạnh đó, thay đổi lượng phun lần ảnh hưởng sóng áp suất gây q trình phun lần dẫn đến khó khăn việc kiểm sốt xác tỉ lệ phun thực PCNGĐ Hình 1.6 Đặc trưng kỹ thuật PC2GĐ 1.2 Mối quan hệ thông số điều khiển QLCCNL vòi phun điện từ Mối quan hệ thời gian phun (IT), thời gian dừng hai lần phun (RDT) với thời gian cấp điện (ET) thời gian dừng hai lần cấp điện (DT) xác định công thức: IT = ET + NCD – NOD (1.1) RDT = DT + NOD2 – NCD1 (1.2) Để nghiên cứu PCNGĐ, việc NCS phải xác định xác thơng số QLCCNL mối liên hệ chúng với thơng số điều khiển phương trình (1.1) (1.2) Hiện nay, nước chưa có PTN cho phép đo thực nghiệm thông số giới, có số PTN có khả thực Do đó, NCS tiến hành thực nghiệm cho vòi phun CRI2.2 PTN SprayLab, Khoa Kỹ thuật, Đại học Perugia, Italia 1.3 Sử dụng nhiên liệu diesel sinh học cho động diesel Trong mục này, NCS trình bày khái quát nhiên liệu diesel sinh học (khái niệm, đặc điểm, thuộc tính hóa lý…) số kết nghiên cứu việc sử dụng nhiên liệu diesel sinh học động diesel 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Nhìn chung, cơng trình nghiên cứu cơng bố năm gần đây, đóng góp nhiều kiến thức tảng hiểu biết PCNGĐ, nhiên kết cịn chưa đầy đủ, thực phịng thí nghiệm mà chưa sử dụng động Đối tượng nghiên cứu cơng trình cơng bố phần lớn động diesel truyền thống, thay HTPNL khí HTPNL ĐKĐT, có cơng trình nghiên cứu cho động diesel hệ Chưa có cơng trình nghiên cứu PCNGĐ chế độ tốc độ cao tải cao động mà chủ yếu vùng tốc độ thấp trung bình (từ 1000 vg/ph đến 2000 vg/ph); giới hạn để phân biệt PCNGĐ với PNGĐ chưa rõ ràng Các nghiên cứu ảnh hưởng nhiên liệu diesel sinh học đến QLCCNL sử dụng PCNGĐ cịn hạn chế Chưa có cơng trình nước nghiên cứu PCNGĐ 1.5 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu loại nhiên liệu sử dụng Đối tượng nghiên cứu động diesel Hyundai 2.5TCI-A Đây động kỳ, xi lanh, hàng, dùng HTPNL kiểu CR; áp suất phun lớn 1600 bar; động có bố trí hệ thống tuần hồn khí thải EGR, hệ thống tăng áp tuabin khí thải kiểu VGT Nhiên liệu sử dụng nghiên cứu hỗn hợp biodiesels B0, B40 B100 1.6 Trình tự hướng nghiên cứu Luận án Hình 1.13 Sơ đồ bước nghiên cứu luận án 1.7 Kết luận Chương 1- PCNGĐ phương pháp có hiệu để cải thiện thơng số công tác động Đặc biệt, chuyển sang sử dụng nhiên liệu diesel sinh học, để trì tải động cơ, lượng nhiên liệu cấp cho CTCT cần phải tăng lên, thời gian phun bị kéo dài Khi này, việc tách trình phun lần thành nhiều lần phun cho phép cải thiện trình tạo hỗn hợp cháy động cơ, từ cải thiện thơng số cơng tác động 2- Phun ba giai đoạn mang lại hiệu cao không nhiều so với PC2GĐ, trình điều khiển lại phức tạp bị giới hạn khả đáp ứng loại vịi phun Vì vậy, phun ba giai đoạn quan tâm nghiên cứu 3- Trong HTPNL kiểu CommonRail, vòi phun phần tử quan trọng nhất, cho phép điều khiển linh hoạt trình phun Do vậy, việc xác định thơng số đặc tính vịi phun có vai trị vơ quan trọng việc xác hố thơng số quy luật cung cấp nhiên liệu nghiên cứu phun nhiều giai đoạn 4- Các cơng trình nghiên cứu đặc tính vịi phun CR PC2GĐ, sử dụng nhiên liệu diesel sinh học cịn Mối quan hệ tín hiệu xung điện điều khiển vịi phun QLCCNL cịn chưa làm rõ chưa có kết luận thống 5- Nhiên liệu diesel sinh học có độ nhớt động học, trị số xê tan mô đun đàn hồi nhiên liệu cao so với diesel khoáng nhiệt trị lại thấp Khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học, hiệu suất động cơ, hiệu suất nhiệt nhiên liệu tương tự diesel khống cơng suất, mơ men động có suy giảm định Để đảm bảo công suất động tương đương, suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng nhiên liệu diesel sinh học thường cao so với diesel khống 6- Nhìn chung, phát thải NOx có xu hướng tăng soot giảm sử dụng nhiên liệu diesel sinh học Tuy nhiên, với động có HTPNL kiểu CR, điều phụ thuộc vào chế độ khảo sát CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Mục đích đối tượng thực nghiệm 2.1.1 Mục đích Nhằm xác định xác QLCCNL vịi phun CRI2.2; đánh giá khả vòi phun tiến hành PC2GĐ; xác định ảnh hưởng loại nhiên liệu sử dụng tới thông số QLCCNL; xây dựng thơng số thực nghiệm cho q trình xây dựng hiệu chỉnh mơ hình mơ (MHMP) vịi phun CRI2.2, MHMP CTCT động Hyundai 2.5 TCI-A phần mềm GT-Suite 2.1.2 Đối tượng thực nghiệm Động Hyundai 2.5 TCI-A vòi phun CRI2.2 lắp động Vòi phun CRI2.2 vòi phun CR, kiểu điện từ, áp suất phun lớn 1600 bar [1, 3] 2.2 Thực nghiệm xác định thông số vận hành động Để xây dựng MHMP CTCT động cơ, việc xác định thông số đầu vào cho mô hình nội dung quan trọng Mơ hình xây dựng phần mềm GT-Suite đòi hỏi số lượng lớn chi tiết thông số đầu vào, từ thơng số mơi trường, thơng số kích thước, đặc điểm cấu phận động tới thông số vận hành động số chế độ định 2.3.4.2 Sự phụ thuộc lượng phun theo ET prail PC1GĐ Hình 2.7 Sự phụ thuộc lượng phun theo ET prail PC1GĐ 2.3.4.3 Ảnh hưởng prail đến diễn biến tốc độ phun PC1GĐ Hình 2.8 Ảnh hưởng prail đến diễn biến IR ET = 1,2 ms 2.3.4.4 Ảnh hưởng nhiên liệu sử dụng đến QLCCNL PC1GĐ Hình 2.9 Ảnh hưởng nhiên liệu đến diễn biến IR theo prail 11 Hình 2.10 Lượng phun theo ET prail nhiên liệu B0, B40 B100 Kết cho thấy, đường diễn biến IR B0 cao B100, B40 nằm khoảng B0 B100 Thời điểm bắt đầu phun kết thúc phun B0, B40 B100 chênh lệch nhỏ (dưới 10 µs) chênh lệch lượng phun B40, B100 so với B0 không lớn (dưới 6,5 mm3) 2.3.5 Kết đánh giá ảnh hưởng PC2GĐ đến QLCCNL 2.3.5.1 Ảnh hưởng PC2GĐ đến dao động áp suất phun diễn biến IR lần 2; mối quan hệ DT RDT Do tác động dao động áp suất sau phun lần nên diễn biến tốc độ phun lần hai có thay đổi so với lần phun 1, thay đổi phụ thuộc vào giãn cách hai lần phun Hình 2.11 Sự thay đổi IR lần theo DT prail = 1400 bar; tỉ lệ phun 50/50 12 2.3.5.2 Ảnh hưởng PC2GĐ đến tổng lượng phun Hình 2.16 Sự thay đổi tỉ lệ phun thực tế theo DT so với tỉ lệ phun tính toán 2.3.5.3 Ảnh hưởng biodiesel đến quy luật phun PC2GĐ a) DT = 200 µs d) DT = 800 µs Hình 2.17 Ảnh hưởng loại nhiên liệu sử dụng (B0, B40 B100) đến diễn biến IR prail = 1000 bar, với DT khác Khi sử dụng loại nhiên liệu khác nhau, lượng phun chế độ đo khác không lớn Lượng phun B0 cao B40 (lớn 6,6%), cao B100 (lớn 7%) Vì kết luận, loại nhiên liệu sử dụng làm thay đổi không đáng kể QLCCNL vòi phun CRI2.2 hai trường hợp PC1GĐ PC2GĐ 2.4 Kết luận Chương 1- Vịi phun CRI2.2 có độ trễ mở (NOD) nằm khoảng từ 270 µs đến 280 µs, độ trễ đóng (NCD) phụ thuộc vào ET prail Kết tính tốn cho thấy khác ET IT, 13 đồng thông số với nghiên cứu kỹ thuật phun tiên tiến 2- Trong PC2GĐ, ảnh hưởng dao động truyền sóng áp suất gây lần phun thứ đến lần phun thứ hai nên diễn biến tốc độ phun (lượng phun) lần có thay đổi rõ rệt Vì vậy, tổng lượng phun thực tế thay đổi (dao động) so với tổng lượng phun tính tốn Ở prail = 600 bar, tổng lượng phun PC2GĐ cao PC1GĐ 18,9 mm3 (47,4%) ứng với tỉ lệ phun 30/70, với tỉ lệ 50/50 25,27 mm3 (64,9%) tỉ lệ 70/30 27,15 mm3 (69,8%) Điều gây khó khăn cho việc kiểm soát tỉ lệ phun nghiên cứu ảnh hưởng PC2GĐ đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động 3- Độ trễ mở lần phun thứ hai (NOD2) có thay đổi theo tỉ lệ phun Chênh lệch giá trị lớn giá trị nhỏ NOD2 ứng với tỉ lệ phun 30/70 115 µs (khoảng 39,7%); 50/50 90 µs (khoảng 29,5%) 70/30 115 µs (khoảng 41,8%) Bên cạnh đó, thời gian dừng hai lần phun (RDT) ln có giá trị nhỏ thời gian dừng hai lần cấp điện (DT); DT nhỏ, tượng trùng xung phun dễ xảy phụ thuộc trực tiếp vào tỉ lệ phun 4- Thuộc tính nhiên liệu sử dụng có ảnh hưởng đến diễn biến tốc độ phun (IR) Tuy nhiên khác nhỏ, đường diễn biến IR bám sát nhau, thời điểm bắt đầu phun, thời điểm kết thúc phun diễn biến IR hai giai đoạn phun Chênh lệch thời điểm bắt đầu phun thời điểm kết thúc phun B0, B40 B100 hai giai đoạn phun nhỏ (nhỏ 15 µs với lần phun nhỏ 10 µs với lần phun 1) Chênh lệch lượng phun lớn B40 so với B0 6,6% B100 so với B0 7% CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VỊI PHUN KIỂU COMMONRAIL CRI2.2 3.1 Các vấn đề chung 3.2 Đánh giá lựa chọn phần mềm 3.3 Xây dựng MHMP vòi phun CRI2.2 phần mềm GT-Suite 3.3.1 Cơ sở lý thuyết Vòi phun CRI2.2 vịi phun CR, kiểu điện từ, bao gồm mơ hình: mơ hình điện từ, mơ hình khí mơ hình thủy lực 3.3.2 Xây dựng MHMP vịi phun CRI2.2 phần mềm GT-Suite Để xây dựng MHMP vòi phun CRI2.2 cần tiến hành khai báo thông số kết cấu vận hành cho vịi phun: 14 Hình 3.6 Mơ hình thơng số hình học van điện từ vịi phun CRI2.2 Hình 3.7 Mơ hình khoang điều khiển vịi phun CRI2.2 Hình 3.9 Mơ hình kim phun đế kim phun 3.3.3 Đánh giá hiệu chỉnh mơ hình vịi phun CRI2.2 3.3.3.1 Phương pháp hiệu chỉnh Đầu tiên, mơ hình hiệu chỉnh chế độ PC1GĐ với ET lớn (1,2 ms), sau hiệu chỉnh dải ET nhỏ (0,3 ms; 0,4 ms; 0,6 ms) Độ xác mơ hình ưu tiên cho vùng ET lớn Cuối mơ hình đánh giá trường hợp PC2GĐ với tỉ lệ phun 30/70 50/50 Thông số đầu vào ET prail; thơng số so sánh mơ hình (MH) thực nghiệm (TN) lượng phun diễn biến IR theo prail ET 3.3.3.2 Kết hiệu chỉnh mơ hình vịi phun CRI2.2 GT-Suite 15 Hình 3.10 So sánh diễn biến IR MP TN prail = 1400 bar PC1GĐ Hình 3.11 Kết so sánh lượng phun MP TN PC1GĐ a) Tỷ lệ 30/70 b) Tỷ lệ 50/50 Hình 3.12 So sánh diễn biến IR mô thực nghiệm prail = 1000 bar PC2GĐ với tỉ lệ 30/70 50/50 Với kết so sánh ra, MHMP vòi phun CRI2.2 xây dựng phần mềm GT-Suite, có độ xác cao, đủ độ tin cậy cần thiết để tiến hành nghiên cứu 16 3.4 Kết mơ vịi phun CRI2.2 Hình 3.13 Kết mơ vịi phun CRI2.2 prail = 1400 bar PC2GĐ ET1 = ET2 = 0,55 ms Bảng 3.3 MAP vòi phun CRI2.2 dùng cho MHMP CTCT động diesel Hyundai 2.5 TCI-A 3.5 Kết luận Chương 1- Khi PC1GĐ, đường diễn biến IR bám sát nhau, sai số vùng ET lớn có giá trị nhỏ vùng ET nhỏ lại có sai số lớn Sai số thời điểm bắt đầu phun (SOI) nhỏ 15 µs, sai số lượng phun nhỏ 10% ET ≥ 0,6 ms từ 0,3% đến 34,4% ET < 0,6 ms Khi PC2GĐ, đường diễn biến IR tương đồng MP TN thời điểm bắt đầu kết thúc phun IR lớn Như mơ hình vịi phun CRI2.2 xây dựng đảm bảo độ xác tin cậy 2- MHMP vòi phun CRI2.2 xây dựng cho phép xác định đồng thời diễn biến IR, lượng phun theo ET prail chế độ phun, phun giai đoạn PCNGĐ 3- Kết mô chế độ phun khác kết hợp với liệu đo thực nghiệm cho phép xây dựng liệu MAP vịi phun CRI2.2 với độ xác cao, cung cấp liệu đầu vào cho mơ hình mô động diesel Hyundai 2.5 TCI-A Giúp giảm đáng kể thời gian mơ mơ hình động (xuống 35 đến 40 phút cho điểm thử) CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PC2GĐ ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ HUYNDAI 2.5 TCI-A KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Xây dựng MHMP CTCT động diesel Hyundai 2.5 TCI-A 4.2.1 Cơ sở lý thuyết 17 Phần mềm GT-Power sử dụng mơ hình tính toán CTCT cho động theo phương pháp cân lượng với giả thiết môi chất công tác xi lanh thời điểm trạng thái cân tuân theo định luật nhiệt động thứ nhất, bao gồm: mơ hình cháy, mơ hình tỏa nhiệt, mơ hình tính tốn hàm lượng chất nhiễm (NOx, soot) Mơ hình cháy DI-Pulse mơ hình cháy đa vùng, đa xung, dự đốn tốc độ cháy lượng khí thải cho động diesel, phun trực tiếp nhiều giai đoạn Mơ hình DI-Pulse sử dụng bốn tham số hiệu chỉnh là: hệ số tốc độ xâm nhập tia phun; hệ số thời gian cháy trễ, hệ số tốc độ cháy hỗn hợp hòa trộn trước hệ số tốc độ cháy khuếch tán 4.2.2 Xây dựng mơ hình mơ CTCT Để xây dựng MHMP CTCT động Hyundai 2.5 TCI-A cần tiến hành khai báo thông số kết cấu thơng số vận hànhcho mơ hình Hình 4.4 Mơ hình mơ động 2.5 TCI-A phần mềm GT-Power 4.2.3 Kết hiệu chỉnh mơ hình theo đặc tính ngồi MHMP hiệu chỉnh theo kết đo thực nghiệm thử nghiệm động bệ thử ứng với đặc tính ngồi động Các thông số dùng để hiệu chỉnh gồm: Diễn biến áp suất xy lanh (pcyl); Mô men xoắn (Me); Suất tiêu hao nhiên liệu (ge); Lưu lượng khí nạp vào động (Gkk) 18 a) Trước hiệu chỉnh b) Sau hiệu chỉnh Hình 4.5 Kết hiệu chỉnh diễn biến pxl chế độ 3500 vg/ph, 100% tải Hình 4.6 Kết so sánh Me, ge Gkk mô thực nghiệm 4.3 Ảnh hưởng PC2GĐ đến diễn biến thông số nhiệt động phát thải động Hyundai 2.5 TCI-A Hình 4.8 Diễn biến tốc độ tỏa nhiệt Hình 4.9 Diễn biến nhiệt độ trong xi lanh PC2GĐ PC1GĐ xi lanh PC2GĐ PC1GĐ Hình 4.10 Hàm lượng NOx soot xi lanh PC2GĐ PC1GĐ 19 Theo Hình 4., hàm lượng NOx, soot thay đổi theo tỉ lệ phun, tỉ lệ phun với lượng phun lần lớn NOx cao Đối với soot, xu hướng có chiều ngược lại, lượng phun lần cao hàm lượng soot có xu hướng giảm xuống 4.4 Ảnh hưởng PC2GĐ đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động Huyndai 2.5 TCI-A Trình tự nghiên cứu tiến hành theo bước sau: - Bước 1: Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ phun RDT đến tiêu công tác động Lựa chọn tỉ lệ phun RDT phù hợp phát thải soot - Bước 2: Từ tỉ lệ phun RDT phù hợp nhất, khảo sát ảnh hưởng SOI1 PC2GĐ lựa chọn SOI1 phù hợp cho mục tiêu giảm hàm lượng soot, sở mô men xoắn động suất tiêu hao nhiên liệu tương đương PC1GĐ (chênh lệch không 5%) - Bước 3: Dựa kết lựa chọn tỉ lệ phun RDT phù hợp nhất, nghiên cứu ảnh hưởng diesel sinh học (B40, B100) sử dụng PC2GĐ 4.4.1 Ảnh hưởng tỉ lệ phun RDT PC2GĐ đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động Hình 4.16 Ảnh hưởng RDT đến Me ge động theo tỉ lệ phun Hình 4.17 Ảnh hưởng RDT đến NOx soot theo tỉ lệ phun 20 Tại RDT = 00 GQTK, Me lớn nhất, ge NOx nhỏ soot cao Hàm lượng soot thấp đạt tỉ lệ phun 70/30 ứng với vùng RDT = từ đến 120 GQTK Mục tiêu luận án ưu tiên nghiên cứu lựa chọn chế độ PC2GĐ phù hợp để giảm soot Vì vậy, tỉ lệ phun 70/30 RDT = 100 GQTK lựa chọn cho chế độ khảo sát 4.4.2 Ảnh hưởng thời điểm bắt đầu phun lần PC2GĐ đến thông số cơng tác động Hình 4.18 Ảnh hưởng SOI1 đến thông số công tác động 100% tải, 3500 vg/ph, tỉ lệ phun 70/30, nhiên liệu B0 Bảng 4.2 So sánh độ giảm hàm lượng phát thải soot độ tăng hàm lượng phát thải NOx PC1GĐ PC2GĐ Theo Hình 4.18 Bảng 4.2, giới hạn 5% mô men động cơ, hàm lượng phát thải soot PC2GĐ cải thiện so với PC1GĐ vùng SOI1 từ -19,50 GQTK đến -15,50 GQTK Bảng 21 4.2 SOI1 = -17,50 GQTK, phát thải soot giảm nhiều 39,6% Vì vậy, lựa chọn thông số QLCCNL là: tỉ lệ phun 70/30; RDT = 100 GQTK; SOI1 = -17,50 GQTK 4.4.3 Ảnh hưởng nhiên liệu diesel sinh học đến thông số công tác động PC2GĐ Khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học B40 B100, Me động có giảm nhẹ, nhiên diễn biến thông số Me, ge, soot NOx có xu hướng giống với nhiên liệu diesel khống chế độ khảo sát Hình 4.20 Ảnh hưởng SOI1 đến thông số công tác động 100% tải, nđc = 3500 vg/ph, tỉ lệ phun 70/30, nhiên liệu B100 Bảng 4.8 So sánh độ giảm hàm lượng phát thải soot độ tăng hàm lượng phát thải NOx PC1GĐ PC2GĐ sử dụng B100 Khi PC2GĐ, thay đổi tiêu kinh tế, kỹ thuật động với B40 B100 có xu hướng tương tự B0 Từ Hình 4.20 22 Bảng 4.8: để giảm phát thải soot sử dụng PC2GĐ 3500 vg/ph, 100% tải, thông số QLCCNL phù hợp ứng với B40 nên chọn là: SOI1 = -180 GQTK, tỉ lệ phun 70/30, RDT = 100 GQTK với B100 SOI1 = -190 GQTK, tỉ lệ phun 70/30, RDT = 100 GQTK 4.5 Kết luận Chương 1- Thời gian dừng hai lần phun (RDT) tỉ lệ phun có ảnh hưởng rõ rệt đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động Khi RDT tăng, Me có xu hướng giảm, mức độ giảm phụ thuộc vào tỉ lệ phun Độ giảm Me lớn ứng với tỉ lệ phun có lượng phun lần nhỏ, độ giảm Me ứng với tỉ lệ 70/30, 50/50, 30/70 29,6 Nm (9,1%); 68,2 Nm (21,1%) 124 Nm (38,5%) Trái ngược với Me, RDT tăng, ge có xu hướng tăng, ge nhỏ đạt RDT =00 GQTK lớn RDT = 280 GQTK Mức độ gia tăng ge tăng tỉ lệ phun có lượng phun lần nhỏ 2- Tại RDT = 00 GQTK Me lớn nhất, ge nhỏ NOx thấp nhất, nhiên soot lại có giá trị cao Trong khi, với RDT = 100 GQTK, tỉ lệ 70/30 cho soot thấp trường hợp Me giảm không 5,2%, ge giảm không 5,6%, NOx cao không 7,2% so với RDT =00 GQTK 3- Tỉ lệ phun có lượng phun lần thấp giúp giảm NOx nhiên soot lại có xu hướng tăng ngược lại trường hợp lượng phun lần cao Vì vậy, muốn đạt mục tiêu giảm hàm lượng phát thải (NOx soot) cần lựa chọn tỉ lệ phun phù hợp 4- Việc kỳ vọng giảm hàm lượng chất ô nhiễm (ưu tiên giảm soot) chế độ tải cao (100% tải), tốc độ cao (3500 vg/ph) đạt sử dụng PC2GĐ Tuy nhiên, hiệu PC2GĐ phụ thuộc vào tỉ lệ phun, thời điểm bắt đầu phun lần 1, RDT loại nhiên liệu sử dụng 5- Nhiên liệu diesel sinh học có ảnh hưởng đến QLCCNL động tiêu kinh tế, kỹ thuật động chủ yếu suy giảm nhiệt trị nhiên liệu QLCCNL phù hợp giúp giảm phát thải soot (mô men giảm không 5%) ứng với B0 SOI1 = -17,50 GQTK, tỉ lệ phun 70/30, RDT = 100 GQTK B40 SOI1 = -180 GQTK với tỉ lệ phun 70/30, RDT = 100 GQTK, với B100 là: SOI1 = -190 GQTK với tỉ lệ phun 70/30, RDT = 100 GQTK 23 KẾT LUẬN CHUNG, HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung 1- Đã xác định đặc tính vịi phun CR kiểu điện từ CRI2.2 Làm rõ mối quan hệ thông số điều khiển thông số trình phun, đánh giá khả vịi phun CRI2.2 động chuyển sang sử dụng PC2GĐ 2- Khi áp dụng PC2GĐ, DT thông số đặc biệt quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến QLCCNL động Thay đổi DT làm thay đổi diễn biến IR lần 2, từ làm thay đổi lượng phun lần đồng thời thay đổi tổng lượng phun tỉ lệ phun hai lần phun Đây khó khăn nghiên cứu kỹ thuật PC2GĐ 3- Khi sử dụng loại nhiên liệu khác B0, B40 B100, thuộc tính nhiên liệu (độ nhớt, khối lượng riêng, mô đun đàn hồi nhiên liệu) thay đổi, nhiên tác động áp suất phun cao (600 bar đến 1600 bar), đường diễn biến IR B0, B40 B100 bám sát nhau, đặc điểm hình dáng, thời điểm bắt đầu thời điểm kết thúc phun 4- Thời gian dừng hai lần phun (RDT) tỉ lệ phun có ảnh hưởng rõ rệt đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động Khi RDT tăng, Me có xu hướng giảm, ge tăng, phát thải NOx tăng, soot có xu hướng giảm Mức độ tăng (giảm) tiêu phụ thuộc vào tỉ lệ phun Bên cạnh đó, tỉ lệ phun với lượng phun lần thấp cho phép giảm phát thải NOx tỉ lệ phun với lượng phun lần cao cho phép giảm phát thải soot 5- Kết nghiên cứu luận án cho thấy PC2GĐ hồn tồn áp dụng hiệu vùng tải cao, tốc độ cao động nhằm đạt mục đích giảm phát thải soot NOx, nhiên cần lựa chọn hợp lý quy luật cung cấp nhiên liệu Hướng phát triển 1- Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng phun hai giai đoạn đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động 2- Xây dựng, hoàn thiện phương pháp kiểm soát tỉ lệ phun phun hai giai đoạn 3- Hồn thiện chương trình điều khiển cho ECU Đề tài mã số ĐT08.14/NLSH 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyễn Xuân Đạt, Nguyễn Hoàng Vũ, Phạm Xuân Phương (5/2018), "Kỹ thuật phun nhiên liệu dùng cho động diesel điều khiển điện tử" Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải lần IV ISBN: 978-604-76-1578-0 Nguyễn Xuân Đạt, Nguyễn Hoàng Vũ, Phạm Xuân Phương (2020), "Nghiên cứu mối liên hệ xung điện, xung phun thời gian dừng kỹ thuật phun nhiều giai đoạn" Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, Học viện KTQS Số 208, tháng 6/2020 ISSN: 1859-0209 Nguyễn Xuân Đạt, Nguyễn Hoàng Vũ, Phạm Xuân Phương (2020), "Xác định diễn biến IR vòi phun CommonRail kiểu điện từ phương pháp Zeuch phun giai đoạn" Tạp chí Cơ khí Việt Nam Số đặc biệt, tháng 10/2020 ISSN: 2615-9910 Dat X.Nguyen, Vu H.Nguyen, Phuong X.Pham (2021), “Developing and validating a GT-Suite based model for a second generation CommonRail Solenoid Injector” Vietnam Journal of Science and Technology Vol 59 No (2021) https://doi.org/10.15625/2525-2518/59/3/15803 25 ... cho động Dựa số kết nghiên cứu ban đầu PCNGĐ phân tích trên, 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. .. hình động (xuống cịn 35 đến 40 phút cho điểm thử) CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA PC2GĐ ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ HUYNDAI 2.5 TCI-A KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC... lệ phun RDT phù hợp nhất, nghiên cứu ảnh hưởng diesel sinh học (B40, B100) sử dụng PC2GĐ 4.4.1 Ảnh hưởng tỉ lệ phun RDT PC2GĐ đến tiêu kinh tế, kỹ thuật động Hình 4.16 Ảnh hưởng RDT đến Me ge động