Thiết kế cải tiến đường nạp động cơ diesel một xy lanh, phun trực tiếp 16,5 mã lực (HP)

TĨM TẮT Luận văn trình bày nghiên cứu cải tiến đặc tính động diesel xi-lanh phun trực tiếp 16.5 HP thông qua thiết kế lại kết cấu hình học họng nạp Với trợ giúp phần mềm chuyên dụng AVL BOOST ANSYS FLUENT, phương án cải tiến kết cấu họng nạp kiểm tra phương pháp mô để nhận dạng ưu khuyết điểm phương án Từ kết mô phỏng, hai phương án tốt có khả ứng dụng thực tế chế tạo đánh giá thực nghiệm so sánh với họng nạp hữu Qua thực nghiệm, thông số đặc tính quan trọng động như: hiệu suất nạp, cơng suất có ích, mơ-men, tiêu hao nhiên liệu, khí thải NOx, Soot, CO kiểm tra đối sánh với để tìm phương án tốt Ngồi ra, đặc tính dịng khí nạp kiểm tra bước đầu cho họng nạp dùng xi-lanh suốt nhằm làm sở cho nghiên cứu chuyên sâu tương lai ABSTRACT This thesis presents a study on improvement of performance characteristics of small diesel direct injection engine with power of 16.5HP using the re-design of intake manifold With help of simulation tools like AVL BOOST and ANSYS FLUENT, the proposed measures for improvement of intake manifold were analysed The simulation results indicated that two best intake manifolds were recommended for experimental purposes These manifolds were experimentally used to benchmark to the current intake manifold of engine In experiments, the important performance characteristics of engine (like volumetric efficiency, brake power, brake torque, fuel consumption, NOx, Soot, and CO) were analyzed Moreover, the flow pattern of intake air was experimentally observed using a transparent cylinder The initial results could be important to expand the future researches on enhancement of volumetric efficiency v MỤC LỤC TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH xi Chương 1.TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Các nghiên cứu liên quan 1.2.1 Trong nước 1.2.2 Ngoài nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiên cứu 10 1.4.1 Đặc tính kỹ thuật động tham khảo 10 1.4.2 Cổ nối họng nạp (Cổ nối lọc gió) 13 1.5 Phương pháp nghiên cứu 14 1.6 Nội dung nghiên cứu 15 1.7 Mơ hình lưu đồ vấn đề nghiên cứu luận văn 16 1.8 Tính đề tài 17 1.9 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn đềtài 17 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18 2.1 Q trình nạp thơng số đặc trưng trình nạp động Diesel 18 2.1.1 Áp suất xi-lanh thời kì nạp pa 20 2.1.2 Nhiệt độ cuối kì nạp Ta 21 2.1.3 Sự tồn đọng sản phẩm cháy (khí sót) xi-lanh 21 2.1.4 Phương trình hệ số nạp 22 vi 2.1.5 Giảm hệ số khí sót 23 2.1.6 Tăng nhiệt độ Tk, giảm nhiệt độ Ta 24 2.1.7 Giảm áp suất pk, tăng pa 24 2.2 Tính tốn q trình nạp động Diesel tham khảo 25 2.2.1 Áp suất nhiệt độ khơng khí nạp p0, T0 25 2.2.2 Áp suất nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp pk, Tk 25 2.2.3 Áp suất khí sót pr 25 2.2.4 Nhiệt độ khí sót Tr 26 2.2.5 Độ tăng nhiệt độ khí nạp T 26 2.2.6 Áp suất cuối trình nạp pa 27 2.2.7 Hệ số nạp v 27 2.2.8 Xác định hệ số khí sót r 28 2.2.9 Nhiệt độ cuối trình nạp Ta: 28 2.2.10 Xác định thông số cấu phân phối khí nạp: 28 2.2.11 Hành trình xupap 28 2.2.12 Tiết diện lưu thông xupap 29 2.3 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến đặc trưng dịng khơng khí nạp bên động 29 2.3.1 Hệ số lưu lượng 29 2.3.2 Độ xoáy 30 2.3.3 Tổn thất đường ống 33 Chương NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM VÀ THỰC NGHIỆM 35 3.1 Phân tích đánh giá lựa chọn phương án thực nghiệm phù hợp 35 3.2 Thiết kế chế tạo mơ hình thí nghiệm đo hiệu suất nạp (khơng có cháy) quan sát định tính dịng khơng khí nạp 38 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống thí nghiệm 38 3.2.2 Thiết bị thí nghiệm 40 3.2.3 Phương pháp đo xử lý số liệu 44 3.3 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu suất nạp (có cháy), thơng số kỹ thuật phát thải ô nhiễm băng thử tải động 47 vii 3.3.1 Sơ đồ thực nghiệm nguyên lý vận hành 47 3.3.2 Các thiết bị thí nghiệm 49 3.3.3 Phương pháp đo xử lý số liệu 51 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 4.1 Xác định đặc tính làm việc khí thải động RV165-2 hữu 53 4.2 So sánh đánh giá phương án so với động hữu 55 4.2.1 Trên hệ thống thí nghiệm đo hiệu suất nạp (khơng có cháy) 55 4.2.2 Trên băng thử thực tế (có cháy) 56 4.2.3 So sánh định tính dịng khơng khí nạp vận tốc n= 1200 v/ph 61 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 67 PHỤ LỤC 72 viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CFD : Computational Fluid Dynamics SVEAM : Southern Vietnam Engine Agricultura Mechinery GQTK : Góc quay trục khuỷu PA : Phương án PANN : Phương án ngẫu nhiên PACT: : Phương án cải tiến ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1: Hệ số lưu lượng tỷ số xoáy mô CFD Bảng 1.2: Hệ số lưu lượng tỷ số xoáy qua thực nghiệm Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật động RV165-2 .10 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Mơ hình phân tích họng nạp ban đầu Hình 1.2: Mơ hình phân tích họng nạp sau thiết kế tối ưu hóa .6 Hình 1.3: Mơ hình họng nạp .7 Hình 1.4: Mơ hình tính tốn phân tích Hình 1.5: Động RV165-2 .12 Hình 1.6: Mặt cắt dọc động tham khảo 12 Hình 1.7: Mặt cắt ngang động tham khảo 13 Hình 1.8: Bản vẽ họng nạp động tham khảo 13 Hình 1.9: Mơ hình 3D họng nạp Hình 2.1: Swirl 31 Hình 2.2: Chuyển động tiếp tuyến chuyển động hướng trục .32 Hình 2.3: Sự thay đổi tỷ số xốy qua trình động 33 Hình 3.1Mơ hình 3D phương án hữu 35 Hình 3.2 Phương án ngẫu nhiên 01 36 Hình 3.3 Phương án ngẫu nhiên 02 36 Hình 3.4: Phương án cải tiến 01 37 Hình 3.5: Phương án cải tiến 02 37 Hình 3.6: Sơ đồ thí nghiệm đo hiệu suất nạp (khơng có cháy) 38 Hình 3.7: Sơ đồ thí nghiệm đo hiệu suất nạp động (khơng có cháy) 38 Hình 3.8: Sơ đồ thí nghiệm đánh giá định tính dịng khí nạp 39 Hình 3.9: Động RV165-2 băng thử .40 Hình 3.10 Biến tần 41 Hình 3.11: Thiết bi ̣đo lưu lượng khơng khí nạp 42 Hình 3.12: Graphtec 42 Hình 3.13: Cảm biến đo áp suất TOYOTA 89420-20300 43 Hình 3.14: Xi-lanh thiết kế suốt .44 xi Hình 3.15: Bộ Séc – măng (bằng Teflon) 44 Hình 3.16: Piston thiết kế 44 Hình 3.17: Sơ đồ thực tế thực nghiệm đánh giá hiệu suất nạp (có q trình cháy) 48 Hình 3.18: Sơ đồ thực nghiệm 48 Hình 3.19: Động RV165-2 công ty SVEAM 49 Hình 3.20: Máy đo độ mờ khói AVL Dismoke 4000 .50 Hình 3.21: Máy đo thành phần khí thải HG-520 50 Hình 4.1: Đặc tính động RV165-2 53 Hình 4.2: Thành phần CO khí thải 54 Hình 4.3:Thành phần PM khí thải 54 Hình 4.4: Thành phần HC khí thải 54 Hình 4.5:Thành phần NOx khí thải 54 Hình 4.6: Hiệu suất nạp đo hệ thống thử nghiệm (khơng có cháy) 55 Hình 4.7: Đồ thị so sánh Hiệu suất nạp thực tế (có cháy) 56 Hình 4.8: Đồ thị so sánh Công suất 57 Hình 4.9: Đồ thị so sánh Moment .57 Hình 4.10: Đồ thị so sánh Suất tiêu hao nhiên liệu 58 Hình 4.11: Thành phần CO khí thải 59 Hình 4.12: Thành phần PM khí thải 59 Hình 4.13: Thành phần HC khí thải 59 Hình 4.14: Thành phần NOx khí thải 59 Hình 4.15: Hiệu suất nạp 60 Hình 4.16: Suất tiêu hao nhiên liệu 60 Hình 4.17: Thành phần CO khí thải 60 Hình 4.18: Thành phần PM khí thải 60 Hình 4.19: Thành phần NOx khí thải 61 Hình 4.20: Thành phần HC khí thải 61 Hình 5.1: Mơ hình 3D phương án cải tiến họng nạp 02 cho động RV165-2 .64 xii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài Động dùng nhiên liệu truyền thống (như xăng, diesel,…) nguồn động lực chủ yếu lắp đặt sử dụng công nghiệp, nông – lâm – ngư nghiệp, ô tô chuyên dụng, công trình xây dựng, đặc biệt lĩnh vực giao thông vận tải Tuy nhiên, nhược điểm dòng động hạn chế tính làm việc phát thải ô nhiễm ramôi trường mức cao Động mang nhãn hiệu Vikyno Công ty TNHH Một Thành Viên Động Cơ Máy Nông Nghiệp Miề n Nam (SVEAM) sản phẩ m động chiń h Việt Nam thị trường sản phẩ m chủ lực Bộ Công Thương về động đốt Theo số liệu thống kê công ty SVEAM, hàng năm công ty cung cấp tổ ng cộng 45,000 động Xăng 22,000 động Diesel Trong dòng sản phẩ m SVEAM, động RV165-2 đội ngũ kỹ sư phịng R&D thiết kế chế tạo ra, phát triển tảng động RV125-2 (12,5 mã lực) hãng Kubota cách 25 năm, chiếm sản lượng khoảng 3,000 động năm Động đưa vào sản xuất hàng loạt năm 2005 Nhưng nay, việc ứng dụng tiến khoa học công nghiệp để cải tiến nâng cao tính làm việc động hạn chế Hiện trạng về đặc tính phát thải loại động chưa khảo sát Hiện nay, qua khảo sát nhu cầu sử dụng cácđộng cỡ nhỏ có cơng suất tươngđối dùng nông – lâm - ngư nghiệp Việt Nam lớn Nhiều loại động Trung Quốc, Đài Loan,… xuất khắp nơi thị trường Việt Nam, với nhiều loại động hệ có công suất mạnh, nhỏ gọn, kiểu dáng đẹp, đại, mức tiêu hao nhiên liệu tương đối thấp có phần chiếm thượng phong thị trường so với dòng động Việt Nam Sự cạnh tranh ngày khóc liệt thị trường nước lẫn quốc tế Chính thế, việc nâng cao tính làm việc chất lượng dịng động RV165-2, dòng động mang thương hiệu người Việt yêu cầu vô cấp thiết Đối với động diesel thì việc cải thiện tính làm việc đặc tính về khí thải động thường theo hướng: (1) Giảm mức độ phát sinh ô nhiễm từ nguồn cách sửdụng nhiên liệu nhiên liệu mới; (2) Xử lý khí thải đầu động cơ, đường ống thải thông qua việc nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ xử lý khí thải tiên tiến; (3) Hồn thiện q trình hình thành hỗn hợp trình cháy cách cải thiện hệ thống cung cấp nhiên liệu tối ưu kết cấu buồng cháy động cơ, tối ưu hóa đường nạp nhằm tăng hiệu suất nạp khả hịa trộn khơng khí nhiên liệu… Trong phương pháp trên, việc ứng dụng dạng nhiên liệu biodiesel, biogas, pha trộn biodiesel diesel, động nông nghiệp nhà khoa học nghiên cứu mức độ phịng thí nghiệm Phương pháp địi hỏi nguồn nhiên liệu phải dồi bề n vững nghiên cứu thành công Phương pháp thứ hai đề cập đến việc ứng dụng công nghệ đại xử lý khí thải thơng qua xử lý xúc xác đường thải.Các việc ứng dụng cần nghiên cứu tính tốn hợp lý vị trí xử lý cho phù hợp với đặc điể m sử dụng Tuy nhiên, giá thành xử lý cao người nông dân phải trả thêm khoản tiề n lớn mua động có gắn hệ thống Bên cạnh đó, việc tối ưu hóa q trình cháy nghiên cứu thưc nghiệm mô việc vơ khó khăn tốn Trong phương án nêu phương án vừa ứng dụng phát triển vượt bậc phần mềm mơ phỏng, vừa thực nghiệm kiểm chứng có khả ứng dụng thực tế cao nâng cao hiệu suất nạp động cách cải tiến biên dạng hình học đường phận cục đường nạp (Cổ nối lọc gió) Hơn nữa, từ lúc đời năm 2005 động RV165-2 chưa lần đánh giá rõ ràng hiệu suất nạp Do đó, đề tài thực nhằm mục đích khảo sát hiệu suất nạp tính làm [9] Văn Thị Bông, Vy Hữu Thành, Nguyễn Đình Hùng.(2007) Hướng dẫn đồ án mơn học Động Cơ Đốt Trong Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TPHCM [10] Lê Viết Lượng, (2000) Lý thuyết động Điezen Nhà xuất Giáo Dục [11] Văn Thị Bông, Huỳnh Thanh Công (2011) Lý thuyết động đốt trong.Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TPHCM [12] Võ Danh Toàn, Nguyễn Thanh Tuấn, Lê Việt Hùng, Lương Huỳnh Giang, Huỳnh Thanh Cơng (2015) Mơ nâng cao tính làm việc cho động diesel xi-lanh thiết kế cải tiến họng nạp Tạp chí phát triển KH&CN, tập 16, số K3 – 2015 66 PHỤ LỤC BẢNG SỐ LIỆU CHẠY THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN • Phương án hữu: Thơng Số Kỹ Thuật Số Vịng Quay Moment Cơng suất STHNL khí nạp thực tế (v/ph) (KG.m) (Hp) (g/Hp.h) (Kg/h) 1600 5,2 11,62 530,79 1800 5,05 12,70 2000 5,03 2200 2400 Công suất định mức (2200 v/ph) Khí Thải Khối lượng khơng Độ mờ Nox CO HC (%) (ppm) (%) (ppm) 34,2 94,95 477 8,98 477 454,84 36,2 94,76 508 8,18 474 14,05 441,41 40,4 96,67 479 7,78 428 15,37 429,24 45,4 97,14 474 7,61 419 4,89 16,39 432,56 48,7 100 490 7,42 391 4,55 13,98 206,78 46,4 71,01 794 0,34 15 khói 67 • Phương án cải tiến 01: Thơng Số Kỹ Thuật Số Vịng Quay Moment Cơng suất STHNL khí nạp thực tế (v/ph) (KG.m) (Hp) (g/Hp.h) (Kg/h) 1600 5,22 11,67 543,34 1800 5,18 13,03 2000 4,96 2200 2400 Công suất định mức (2200 v/ph) Khí Thải Khối lượng khơng Độ mờ Nox CO HC (%) (ppm) (%) (ppm) 34,7 94,95 445 7,19 673 461,87 37,4 94,76 495 7,28 512 13,86 451,39 39,3 96,67 495 7,25 456 4,96 15,24 434,30 43,7 97,14 485 7,71 417 4,88 16,36 443,62 47,6 100 461 8,17 412 4,55 13,98 208,87 45,7 69,08 781 0,49 khói 68 • Phương án cải tiến số 02: Thơng Số Kỹ Thuật Số Vịng Quay Moment Cơng suất STHNL khí nạp thực tế (v/ph) (KG.m) (Hp) (g/Hp.h) (Kg/h) 1600 5,2 11,62 499,83 1800 5,3 13,33 2000 5,25 2200 2400 Cơng suất định mức (2200 v/ph) Khí Thải Khối lượng không Độ mờ Nox CO HC (%) (ppm) (%) (ppm) 35 92,92 467 8,48 665 435,91 39,1 93,87 458 7,88 489 14,67 422,33 43 95,28 473 7,48 416 5,18 15,92 410,70 47,9 98,58 468 7,1 373 5,05 16,93 409,14 51,2 100, 435 6,9 368 4,55 13,98 195.44 48,9 68,59 752 0,26 11 khói 69 • Phương án ngẫu nhiên 01: Thơng Số Kỹ Thuật Số Vịng Quay Moment Cơng suất STHNL khí nạp thực tế (v/ph) (KG.m) (Hp) (g/Hp.h) (Kg/h) 1600 5,1 11,40 509,63 1800 4,96 12,47 2000 4,98 2200 2400 Cơng suất định mức (2200 v/ph) Khí Thải Khối lượng không Độ mờ Nox CO HC (%) (ppm) (%) (ppm) 31 93,81 428 8,93 743 437,44 36 94,76 460 8,9 668 13,91 445,23 38 98,1 462 7,73 487 4,95 15,21 429,78 44,4 100 465 7,47 441 4,8 16,09 430,45 48 100 437 7,17 422 4,55 13,98 208,13 45,7 69,56 735 0,53 35 khói 70 • Phương án ngẫu nhiên 02: Thơng Số Kỹ Thuật Số Vịng Quay Moment Cơng suất STHNL khí nạp thực tế (v/ph) (KG.m) (Hp) (g/Hp.h) (Kg/h) 1600 5,2 11,62 499,83 1800 4,96 12,47 2000 5,08 2200 2400 Cơng suất định mức (2200 v/ph) Khí Thải Khối lượng không Độ mờ Nox CO HC (%) (ppm) (%) (ppm) 30,7 94,29 424 8,92 750 437,44 35,1 96,19 465 8,86 677 14,19 436,47 40 100 487 7,8 456 4,96 15,24 428,91 44 100 449 7,54 434 4,74 15,89 435,90 47,5 100 407 7,17 391 4,55 13,98 208,8 46 71,25 771 0,37 khói 71 PHỤ LỤC BÀI BÁO KHOA HỌC TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 16, SỐ K3 – 2015 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 16, No K3 – 2015 Mơ nâng cao tính làm việc cho động diesel xi-lanh thiết kế cải tiến họng nạp Võ Danh Toàn1 Nguyễn Thanh Tuấn1 Lê Việt Hùng2 Lương Huỳnh Giang2 Huỳnh Thanh Công1 Phịng thí nghiệm Trọng điểm ĐHQG-HCM Động đốt trong, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Tp HCM Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM TĨM TẮT: Bài báo trình bày nghiên cứu cải tiến họng nạp cho động diesel xi-lanh RV165-2 nhằm tăng hiệu suất nạp nâng cao tính làm việc thơng qua mơ hình hóa mô phần mềm chuyên dụng AVL BOOST Các phương án cải tiến đề xuất đánh giá so với mơ hình họng nạp hữu Điều kiện mô ban đầu dựa kết cấu động thông số điều kiện vận hành từ thực nghiệm Các thơng số đặc tính cơng suất, cháy khí thải lựa chọn làm tiêu chuẩn đánh giá Kết nghiên cứu thể rằng, phương án cải tiến họng nạp tăng hiệu suất nạp, khả hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu khơng khí, giúp q trình cháy tốt hơn, tăng công suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu khí thải Từ khóa: hiệu suất nạp, họng nạp, động diesel, mô phỏng, AVL BOOST GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, nhu cầu sử dụng động cỡ nhỏ có cơng suất tương đối dùng nơng nghiệp Việt Nam lớn Các công ty sản xuất động nước cho nhiều loại động hệ có cơng suất mạnh, nhỏ gọn, đại, kiểu dáng đẹp nhằm cạnh tranh với cơng ty nước ngồi Bên cạnh đó, nghiên cứu năm gần tập trung cải tiến, ứng dụng nhiều phương pháp [1, 2, 3] nhằm tối ưu đặc tính động nâng cao hiệu suất, công suất để đáp ứng yêu cầu đặt người sử dụng Trong đó, loại động diesel xi-lanh RV165-2 với công suất 16,5 mã lực 72 đưa thị trường người sử dụng đánh giá cao Các thông số kỹ thuật sau: v   Bảng Thông số kỹ thuật động RV165-2 Đường kính xi-lanh (mm) Hành trình piston (mm) Thể tích xi-lanh (cm3) Cơng suất tối đa (HP/v/ph) 105 97 839 16,5/2400 Moment cực đại Tỉ số nén 4,9/1800 20 Suất tiêu thụ nhiên liệu (g/HP/h) - Tổn thất khí động học hệ thống nạp làm giảm áp suất nạp pa lượng pa - ▪ Thay đổi hành trình piston ▪ Tối ưu họng nạp Sự tồn động khí sót xi-lanh - Sự sấy nóng khí nạp bề mặt thành vách hệ thống nạp không gian xi-lanh 175 2.1.2 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến dịng khí nạp vào động 2.1.2.1 Hệ số lưu lượng Hệ số lưu lượng tỷ số lưu lượng thực tế đo điều kiện tiêu chuẩn với lưu lượng lý thuyết  k  mtt / mlt (3) Có nhiều phương án cải tiến cho động như: Thay đổi tỉ số nén (2) Vh  n.i Lượng khí nạp vào chu trình có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất nạp định nhiều yếu tố khác nhau: Tuy nhiên, hạn chế khả công nghệ Việt Nam nay, qua trình sử dụng nhận thấy động có hiệu suất nạp chưa cao, dẫn đến chưa đạt tính tốt nhất, mức tiêu hao nhiên liệu cao ▪ Gctr mtt  V Ptt / ( R.Ttt ) (4) , mlt  A s Cs (5) Diện tích piston: A   D2 / (6) Cơng thức tính mật độ: Trong đó, phương án tối ưu họng nạp tăng hiệu suất nạp, nhiên liệu cháy hơn, tăng công suất giảm suất tiêu hao nhiên liệu [4] Đã có nghiên cứu trước sử dụng phương pháp mô [5, 6, 7] tương đối đơn giản, tính khả thi nghiên cứu tiết kiệm chi phí P1 s  R.Ttt  P2  k    P1  (7) Vận tốc dịng khí: k 1   k   P 2k  Cs  R.Ttt     (8)   P1   k 1   P1  101325 N / m , P2  P1  P CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hiệu suất nạp 2.1.1 Ảnh hưởng hiệu suất nạp đến công suất 2.1.2.2 Độ xốy Cơng thức tính cơng suất có ích [8] : n N e   a Vh QH F v c m i (1)  /2 Trong đó:  a : mật độ khơng khí nạp (kg/m3) Vh: Tăng độ xốy buồng cháy làm đẩy nhanh q trình hịa trộn hỗn hợp, giảm bồ hóng giảm tiêu hao nhiên liệu Tuy nhiên, tăng độ xoáy làm tăng phân bố nhiên liệu, làm tăng nhiệt độ buồng cháy lượng khí thải NOx thể tích công tác QH: nhiệt trị thấp nhiên liệu (kJ/kgNL) F = mf / ma v : hiệu suất nạp.c : hiệu suất cháy nhiên liệu  m : hiệu suất 2.2 Quá trình thực giới i: số xi-lanh n: tốc độ động  : số kỳ Trong nghiên cứu này, sáu kiểu họng nạp cải tiến đề xuất tiến hành mô với phương án họng nạp hữu Từ phương trình trên, thấy có nhiều phương pháp tăng công suất động tăng hiệu suất nạp phương pháp Phương án 1: họng nạp hữu Phương án 2: tăng độ cong Hiệu suất nạp động có i xi-lanh đơn vị thời gian ứng với công suất Ne giây: Phương án 3: tăng chiều dài Phương án 4: tăng đường kính 73 Phương án 5: tăng độ cong,chiều dài, đường kính Phương án 7: thêm đường cấp khí phụ (hình 4) Phương án 6: họng nạp có đường vào (hình 3), góc đường vào 60o Hình Sơ đồ trình thực nghiên cứu Hình Mơ hình Boost phương án 1,2,3,4,5 Hình Mơ hình Boost phương án 74 động chạy tốc độ từ 1200 v/ph đến 2400 v/ph, tải 100% 3.1 Đặc tính cơng suất Hình Mơ hình Boost phương án Bảng Thơng số đường ống (L: chiều dài, R: độ cong, D: đường kính, đơn vị mm) hình 2, 3, Ống R D Phương án L 63 40 49 135 90 49 62 40 49 63 40 60 54 135 90 60 54 94 60 49 L 71 78.5 129 25.5 33 83 81 89 139 71 78.5 129 41 48 98 47 54.5 105 Ống R 70 32 32 70 32 32 70 32 32 70 32 32 70 32 32 70 32 32 D 49 44 44 49 44 44 49 44 44 54 49 49 54 49 49 49 44 44 Hình Kết hiệu suất nạp, mơ men, công suất Đối với phương án 7: Ống L 30 R - Ống 10 D 25 L R 30 - 96 40 172 - Ống 11 D L R D 25 50 32 25 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Với phần mềm AVL BOOST, kết đặc tính động trình bày bảng đồ thị Kết định lượng tiến hành mô 75 đường áp suất nhiệt độ lớn phương án cịn lại, có tỏa nhiệt tốt - Giai đoạn cháy chính: phương án có q trình cháy nhanh - Giai đoạn cháy rớt: độ dốc gần giống Đường tỷ lệ phần trăm lượng nhiên liệu cháy: phương án tốt phương án cịn lại có tổng lượng cháy hơn, thời gian cháy ngắn, tổn thất nhiệt thấp Hình Kết suất tiêu hao nhiên liệu hiệu suất nhiệt So với phương án hữu, tốc độ 2400 v/ph: - Phương án tăng hiệu suất nạp (11,79%), tăng công suất mô men (18,79%), giảm suất tiêu hao nhiên liệu (15,83%) Họng nạp thay đổi công suất rõ rệt, đáp ứng kỳ vọng ban đầu - Phương án tăng hiệu suất nạp (6,03%), tăng công suất mô men (10,9%), giảm suất tiêu hao nhiên liệu (9,83%) - Các phương án 2,3,4,5 lại khơng làm ảnh hưởng lớn đến đặc tính cơng suất động 3.2 Đặc tính cháy Đường tốc độ tỏa nhiệt: - Giai đoạn cháy trễ: phương án có đường tốc độ tỏa nhiệt ngắn Hình Đồ thị đặc tính cháy 1800 v/ph - Giai đoạn cháy tăng áp suất nhanh: phương án có đỉnh cao hơn, phần diện tích lớn hơn, 76 Hình Đồ thị đặc tính cháy 2400 v/ph 3.3 Đặc tính khí thải Hình Lượng khí thải CO 1800 2400 v/ph 77 Hình 10 Lượng khí thải NOx 1800 2400 v/ph Hình 11 Lượng Soot 1800 2400 v/ph đồng buồng cháy, tăng hiệu suất nạp khí Kết làm tăng khả - Khi tốc độ động tăng, CO Soot tăng hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu khơng khí, giúp dần, NOx tăng khoảng 1200-1400 v/ph q trình cháy tốt hơn, tăng cơng suất động cơ, giảm giảm suất tiêu hao nhiên liệu Bên cạnh đó, - Ở 2400 v/ph, phương án giảm lượng Soot lượng khí thải NOx có tăng giảm đáng kể (21,02%), giảm mạnh lượng CO lượng khí thải CO Soot (61,4%), tăng NOx (19,96%) Phương án giảm Soot (6,73%), CO giảm 22,46%, NOx tăng 11,99% So với phương án hữu : - Các phương án cịn lại có thay đổi không đáng kể KẾT LUẬN Động RV165-2 sau cải tiến họng nạp cho thấy phương án cho khả tăng động dòng khí cao, vận tốc dịng khí vào nhanh hơn, trường áp suất nhiệt độ phân bố 78 Simulation and optimization of the intake manifold design on the characteristics for DI diesel engine one cylinder Vo Danh Toan1 Nguyen Thanh Tuan1 Le Viet Hung2 Luong Huynh Giang2 Huynh Thanh Cong1 Vietnam National University Key - Lab for Internal Combustion Engine Ho Chi Minh City University of Technology and Education ABSTRACT: In this paper, a simulation of DI diesel engine cylinder, model RV165-2 is used to investigate the effect of intake manifold design on the volumetric efficiency and characteristics by using AVL BOOST software The proposed plans are evaluated and compared with available models Conditions of simulation is based on the structure of engine and parameters from experimental test The parameters of performance, combustion and emission characteristics are selected as evaluation criteria The results of optimizing intake manifold are increasing volumetric efficiency, ability to blend the mixture of fuel and air, better combustion and increasing engine power, reducing fuel consumption and emission Từ khóa: volumetric efficiency, intake manifold, diesel engine, simulation, AVL BOOST REFERENCES [1] Nguyễn Hữu Hường, Vương Như Long Nghiên cứu nâng cao hiệu suất công suất động diesel xi-lanh RV195 Đại Học Bách Khoa TP.HCM [4] Y.L.Qi, L C Dong, H Liu, P V Puzinauskas and K C Midkiff (2012) Optimization of intake port design for SI engine International Journal of Automotive Technology, Vol 13, No 6, pp 861–872 [2] Bùi Văn Ga, (2008) Sử dụng biogas để chạy động diesel cỡ nhỏ Đại học Đà Nẵng [5] H Mohamed Niyaz, A S Dhekane (2014) Twin Helical Intake Port Design Optimization And Validation By Using CFD Analysis International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, Volume 4, Issue 4, 454–462 [3] Bùi Văn Ga, Trần Văn Quang, Trương Lê Bích Trâm, Nguyễn Phi Quang (2008) Tối ưu hóa q trình cung cấp biogas cho động tĩnh sử dụng hai nhiên liệu biogasdầu mỏ Tạp chí Khoa học Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng, 5, 22–30 79 [6] M H Shojaeefard, I Sohrabiasl and E Sarshari Investigation the effect of inlet ports design on combustion characteristics and emission levels of diesel engines Iran University of Science and Technology Engine Journal of Thermal Science, Vol 23, No 3, 297–306 [8] Văn Thị Bông, Huỳnh Thanh Công (2011) Lý thuyết động đốt Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TPHCM [7] Yungjin Kim, Yongtaek Han and Kihyung Lee (2014) A Study on the Effects of the Intake Port Configurations on the Swirl Flow Generated in a Small D.I diesel [9] AVL GmbH (2013) AVL BOOST User Guide 80 ... ? ?Thiết kế cải tiến đường nạp động Diesel, xi -lanh, phun trực tiếp, 16,5 mã lực (Hp)? ?? chia làm nội dung sau: Chương 1: Nghiên cứu tở ng quan về tình hình nghiên cứu liên quan về động RV165-2 Đề... phương án cải tiến động chưa có hoạt động cải tiến họng nạp/ thải, nâng cao hiệu suất nạp 1.2.2 Ngoài nước Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu suất nạp động Một số đề tài... CFD cải tiến động diesel có họng nạp kiểu xoắn ốc” [8], Điều cho thấy thiết kế cải tiến họng nạp yếu tố quan trọng nghiên cứu nâng cao hiệu suất nạp 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu đề tài cải