NGHIÊN cứu THỰC NGHIỆM ĐỘNG cơ SAVONIUS PHÁT điện CHIẾU SÁNG

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỘNG CƠ SAVONIUS PHÁT ĐIỆN CHIẾU SÁNG ISSN 1859 1531 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90) 2015 19 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BUỒNG CHÁY ĐẲNG TÍCH ỨNG DỤNG TRONG NGHI[.]

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90).2015 19 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BUỒNG CHÁY ĐẲNG TÍCH ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỰ CHÁY ĐỘNG CƠ DIESEL DESIGNING AND FABRICATING A CONSTANT-VOLUME COMBUSTION VESSEL APPLYING FOR SIMULATED DIESEL COMBUSTION Nguyễn Văn Đông1, Nguyễn Ngọc Dũng2 Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; nguyenvandong@dut.udn.vn Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh Tóm tắt - Ứng dụng nhiên liệu sinh học động đốt xem hướng phát triển việc giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải ô nhiễm môi trường Mục tiêu nghiên cứu mơ tả q trình thiết kế, chế tạo buồng cháy đẳng tích nhằm phát triển cơng cụ nghiên cứu mô cháy động diesel Bằng việc thay đổi điều kiện mơi chất q trình phun, ta mơ ảnh hưởng áp suất, nhiệt độ, thành phần ô xy (EGR), trình hình thành phát triển tia phun, trình hịa trộn lên đặc tính q trình cháy, đặc tính phát thải động Hệ thống buồng cháy bao gồm cụm buồng cháy, hệ thống tạo hỗn hợp, hệ thống khuấy, hệ thống đánh lửa, hệ thống phun nhiên liệu, hệ thống đo xử lý số liệu Việc thiết kế, chế tạo thành công buồng cháy sở để thực cháy, động nhiên liệu thay Việt Nam Abstract - The application of biofuels on internal combustion engine is being considered as one of the most important directions in solving dependence on fossil fuel and reducing air pollution The main objective of the research is to describe the design and fabrication of a constant-volume combustion vessel The vessel can simulate environment and condition similar to that in a diesel combustion By changing ambient and injection conditions, the vessel can simulate the effects of ambient pressure, ambient temperature, oxygen concentration (EGR), spray penetration and development, mixture formation on combustion and emission characteristics The constantvolume vessel includes combustion chamber, mixture preparation system, stirrer system, ignition system, fuel injection system and data acquisition system The research on the design and fabrication of a constant-volume vessel establishes the background for the development of fundamental research on combustion, engine, and alternative fuels in Vietnam Từ khóa - Buồng cháy đẳng tích; mơ cháy diesel; thời gian cháy trễ; nhiên liệu thay thế; EGR Key words - Constant-volume combustion vessel; simulated diesel combustion; alternative fuel; Ignition delay; EGR Giới thiệu Các loại nhiên liệu hóa thạch nguồn tài nguyên khơng tái tạo, trái đất hàng triệu năm để tạo chúng lượng tiêu thụ diễn nhanh tốc độ tạo thành [1] Dầu thơ, khí ga than đá nhiên liệu hóa thạch đà cạn kiệt Chúng nguồn nhiên liệu cung cấp nguồn lượng cho ngành công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, quân hầu hết hoạt động người Nhiên liệu hóa thạch cung cấp khoảng 90% cho tất lượng thương mại sử dụng giới [2] Năm 2009, người ta ước tính khí thải từ hoạt động có liên quan đến sản phẩm từ dầu mỏ nhiên liệu hóa thạch chiếm khoảng 70% tổng lượng khí thải tồn giới [3] Khí thải nguyên nhân trực tiếp gây biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính hàng loạt vấn đề môi trường, việc đốt nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch thải mơi trường lượng lớn chất gây ô nhiễm, phá hủy trầm trọng mơi trường sống, gây biến đổi khí hậu nguyên nhân dẫn đến thảm họa thiên tai năm gần Rất nhiều biện pháp, giải pháp đề xuất, triển khai ứng dụng Trong đó, có nghiên cứu phát triển loại lượng mới, lượng tái tạo (new/renewable energy) thay nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch Trong đó, nghiên cứu việc ứng dụng biodiesel nghiên cứu bật lĩnh vực nghiên cứu, tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay cho nhiên liệu diesel truyền thống Biodiesel loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel, sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật Về phương diện hóa học biodiesel hỗn hợp methyl ester axít béo, tạo từ loại dầu thực vật (dầu dừa, dầu Jatropha curcas, dầu đậu nành, dầu cọ, dầu cải [4], nguồn dầu tái chế trình chế biến thực phẩm từ nhà hàng (recycled cooking oils) dầu từ mỡ động vật [5] Dầu biodiesel oxy hóa chứa khoảng 11% oxy [6] Biodiesel có tiềm lớn, dùng làm nhiên liệu thay nhiên liệu diesel truyền thống sử dụng cho động Có hai tiêu chuẩn phát triển dầu diesel sinh học ASTM-D 6751 Hoa Kỳ EN14214 Liên minh Châu Âu Theo đó, trình sản xuất diesel sinh học dầu thực vật nguyên chất chất béo qua sử dụng Ưu điểm dầu biodiesel giảm đáng kể khí thải (Cacbon monoxide - CO, Hidrocacbon - HC, Particulate matter - PM) động góp phần làm giảm hiệu ứng nhà kính [7], sử dụng trực tiếp cho động diesel, mà không cần phải cải tạo [9], có độ nhờn cao dầu diesel, tăng tính an tồn bảo quản vận chuyển (có điểm chớp cháy cao hơn)… Vì ưu điểm trên, dầu biodiesel xem nguồn nhiên liệu thay phù hợp, tối ưu đáp ứng yêu cầu cấp thiết cho phát triển ngành lượng nhân loại tương lai Rất nhiều nghiên cứu thực việc ứng dụng biodiesel động đốt Các nghiên cứu thông thường thực việc đánh giá đặc tính cơng suất, đặc tính khí thải động sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống sử dụng biodiesel hỗn hợp Thơng qua q trình thử nghiệm, phân tích đưa nhằm tối ưu hóa động cơ, đánh giá ảnh hưởng 20 việc sử dụng biodiesel lên chi tiết động [10] Một số nhà nghiên cứu thực việc đánh giá đặc tính q trình cháy động sử dụng nhiên liệu biodiesel thơng qua việc phân tích q trình cháy [4], [9] động cách phân tích liệu cảm biến áp suất Các nghiên cứu thực động diesel hữu Động chuyển đổi qua sử dụng biodiesel thời gian ngắn trình thử nghiệm sau hoạt động trở lại với nhiên liệu diesel truyền thống Việc thực nghiên cứu nhằm cải thiện trình cháy, nâng cao suất, hiệu suất sử dụng nhiên liệu động đốt trong hướng nghiên cứu quan trọng, thu hút nhiều nhà khoa học ngồi nước tham gia Trong việc nghiên cứu q trình cháy động diesel, việc sử dụng buồng cháy thống làm công cụ nghiên cứu, phát triển, mô trình cháy động diesel phát minh đột phá ngành Naber J D y Siebers D L [10] hai nhà khoa học phịng thí nghiệm quốc gia Mỹ (Sandia National Laboratory) việc phát triển buồng cháy thống (constant-volume vessel) việc mơ q trình cháy Buồng cháy đẳng tích cơng cụ mạnh giúp việc tiến hành nghiên cứu bản, thực nghiệm mô trình biến đổi, cháy động đốt [11] Thơng q buồng cháy này, ta thực nghiên cứu thực nghiệm, trình hình thành phát triển tia phun nhiên liệu, trình cháy, trình hình thành hỗn hợp động diesel [12] Hiện tại, việc ứng dụng buồng cháy thống việc nghiên cứu trình hình thành phát triển tia phun, trình cháy động phát triển mạnh phòng nghiên cứu cháy Nhật Bản Mỹ Nguyễn Văn Đơng, Nguyễn Ngọc Dũng xylanh, chia trình cháy động Diesel làm bốn giai đọan biểu diễn Hình Giai đoạn cháy trễ (ignition delay) giai đoạn chuẩn bị hình thành tâm cháy Giai đoạn cháy trễ tính từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu xuất tâm cháy đầu tiên, đường áp suất cháy nhiên liệu tách khỏi đường áp suất nén Thời gian cháy trễ dài hay ngắn ảnh hưởng toàn đến trình cháy Thời gian cháy trễ dài dễ dẫn đến cháy kích nổ, nguyên nhân gây tiếng ồn phát sinh NOx động diesel Ngược lại, thời gian cháy trễ ngắn, nhiên liệu cháy sau phun vào buồng cháy, làm giảm công suất cực đại động Thời gian cháy trễ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tính chất nhiên liệu, nhiệt độ áp suất buồng cháy thời điểm phun nhiên liệu, độ rối dòng khơng khí buồng cháy, thành phần ơ-xy buồng cháy độ phun tơi sương nhiên liệu (đường kính áp suất phun) Giai đoạn cháy nhanh (rapid combustion) giai đoạn phát triển trung tâm bốc cháy lan tràn màng lửa Giai đọan kể từ đường áp suất cháy tách khỏi đường áp suất nén áp suất xy-lanh đạt giá trị cực đại Trong giai đọan này, phần lớn nhiên liệu phun vào giai đọan trước bốc cháy chuẩn bị phần nhiên liệu phun vào giai đọan II bay trộn kịp thời bốc cháy, nên tốc độ bốc cháy tăng lên nhanh, tốc độ tỏa nhiệt lớn, nhiệt độ áp suất tăng nhanh Nhiệt lượng tỏa giai đọan chiếm khoảng 1/3 nhiệt lượng cung cấp Nếu thời gian cháy trễ dài, giai đoạn xem giai đoạn cháy chính, phần lớn lượng tỏa thời gian ngắn làm tăng áp suất nhiệt độ đột ngột dẫn đến tiếng ồn phát thải NOx cao động diesel Các nghiên cứu trình hình thành phát triển tia phun nhiên liệu, thời gian cháy trễ đặc tính biến đổi q trình cháy sử dụng biodiesel buồng cháy đẳng tích cịn hạn chế Hiện tại, có số nghiên cứu từ Nhật Bản, đặc biệt từ trường Đại học Kyoto thực nghiên cứu việc phân tích thời gian cháy trễ q trình cháy nhiên liệu biodiesel sản xuất từ dầu ăn phế thải buồng cháy đẳng tích [11] Trong việc ứng dụng nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá ba sa, dầu Jatropha, rong biển Việt Nam, nghiên cứu phân tích q trình cháy, thời gian cháy trễ quan trọng Các số liệu thu từ nghiên cứu tảng, sở cho việc phát triển động (đặc biệt động máy nông nghiệp sản xuất từ nhà máy Vikyno) sử dụng nhiên liệu biodiesel Việt Nam Mục tiêu báo trình bày lý thuyết nhằm mục nghiên cứu phát triển, chế tạo buồng cháy đẳng tích phục vụ cho cơng việc nghiên cứu, đào tạo Việt Nam Cơ sở lý thuyết 2.1 Quá trình cháy động diesel Quá trình cháy động diesel q trình cháy khơng đồng Nhiên liệu phun sương vào buồng cháy động cuối trình nén với áp suất nhiệt độ buồng cháy nằm khoảng  MN/m2 700  900K Dựa vào biến thiên áp suất nhiệt độ Hình Các giai đoạn chính quá trình cháy động diesel [13] Giai đoạn cháy tính từ lúc áp suất xylanh đạt giá trị cực đại lúc nhiệt độ xylanh đạt giá trị cực đại Khí hỗn hợp cơng tác chủ yếu cháy giai đọan Tốc độ giảm dần nồng độ ôxy giảm Sản vật cháy tăng lên nhiệt độ tỏa giai đoạn lớn Nhiệt độ xy-lanh tiếp tục tăng, áp suất bên xy-lanh giảm tăng áp suất cháy không bù lại giảm áp suất pít-tơng xuống Giai đọan cháy chiếm khoảng (40  50)% lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt động Đặc trưng cho giai đoạn nhiệt độ cực đại ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90).2015 21 Giai đoạn cháy rớt giai đoạn cháy phần hỗn hợp cơng tác cịn lại Giai đoạn tính kể từ nhiệt độ xy-lanh đạt giá trị cực đại kết thúc trình cháy nhiên liệu chưa cháy hết ba giai đọan cháy giai đọan Nhiên liệu cháy giai đọan cháy rớt chiếm khoảng (10  20)% Tốc độ cháy giai đọan chậm thiếu ô-xy, nhiều sản phẩm cháy cháy giai đoạn áp suất thứ hai mơ q trình cháy chu kỳ động diesel Thông qua việc thay đổi áp suất nhiệt độ buồng cháy (tải, công suất động cơ), thay đổi thành phần ô-xy (tương ứng việc thay đổi tỉ lệ EGR), thay đổi áp suất phun, đường kính lỗ phun, ta có mơ tồn q trình cháy động diesel thực tế Quá trình cháy động diesel bị ảnh hưởng nhiều yếu tố như: góc đặt kim phun, tính chất nhiên liệu, áp suất thời điểm phun nhiên liệu, tỉ số nén, kết cấu buồng cháy, số vòng quay động cơ, điều kiện khí nạp mới…Khi thay đổi thơng số ảnh hưởng đến giai đoạn cháy trễ ảnh hưởng đến đặc tính cháy, đặc tính cơng suất đặc tính khí thải động Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng lên động diesel khó, tốn địi hỏi nhiều thời gian Hệ thống buồng cháy đẳng tích 2.2 Mơ cháy động diesel Như phân tích phần trên, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến cháy nhiên liệu diesel động Để giải vấn đề này, lý thuyết q trình cháy hai giai đoạn mơ cháy động diesel đưa ra, nhằm đơn giản hóa việc nghiên cứu q trình cháy động diesel Bản chất nguyên lý tạo môi trường áp suất nhiệt độ tương tự điều kiện cuối trình nén thời điểm phun nhiên liệu Điều kiện áp suất nhiệt độ mơi trường buồng đốt trình bày Bảng Hình trình bày sơ đồ nguyên lý hoạt động buồng cháy đẳng tích Buồng cháy bao gồm van nạp, thải để nạp hỗn hợp hòa khí tạo mơi trường mơ q trình cháy động diesel thải khí cháy bên ngồi Bugi dùng để đốt hỗn hợp hịa khí tạo mơi trường nhiệt độ áp suất tương tự cuối trình nén động Trong buồng cháy có gắn hệ thống khấy (stirrer) để hòa trộn hỗn hợp tạo rối cho dịng khí Cảm biến áp suất gắn buồng cháy để đo phân tích trình cháy bên động Hai mặt bên buồng cháy làm tinh thể thạch anh, giúp cho việc quan sát chụp ảnh buồng cháy phương pháp bóng mờ Bảng Nhiệt độ và áp suất cuối kỳ nén động diesel Loại động Nhiệt độ Tc (K) Áp suất Pc (MPa) IDI 750 ÷ 1050 3,5 ÷ DI 700 ÷ 900 3,5 ÷ DI tăng áp 800 ÷ 1100 ÷ 10 Hình Sự biến thiên áp suất b̀ng cháy đẳng tích Hình trình bày đường cong áp suất mơ q trình cháy động diesel Quá trình cháy hai giai đoạn tạo buồng cháy đẳng tích Đỉnh áp suất tạo đốt cháy hỗn hợp hịa khí C2H4, H2, O2 N2 Thành phần hỗn hợp hịa khí tính tốn nạp vào buồng cháy, để sau đốt cháy thành phần hỗn hợp này, sản phẩm phản ứng phải có thành phần ô-xy tương tự điều kiện thực tế động Áp suất nhiệt độ cực đại buồng cháy giảm dần truyền nhiệt môi chất thành buồng cháy Khi áp suất nhiệt độ giảm đến điều kiện xác định (tham khảo Bảng 1, ví dụ Pc = MPa, Tc = 900K), nhiên liệu diesel phun vào buồng đốt Nhiên liệu tự hóa hơi, hịa trộn, tự bốc cháy tạo đỉnh áp suất thứ Quá trình Hình Sơ đờ ngun lý hoạt động b̀ng cháy đẳng tích Bình nhiên liệu 18 Ống trữ nhiên liệu cao áp30 Van xả Bình C2H4 19 Đồng hồ thị áp suất 31 Máy tính Bình H2 20 Bơm chân khơng 32 Bộ khuếch đại Bình O2 21 Camera 33 Bộ chuyển đổi kỹ thuật số Bình N2 22 Bộ điều chỉnh điện áp 34 Bộ điều khiển tín hiệu 6,7,8,9 Các van điều áp 23 Mô tơ khuấy 35 IC điều khiển đánh lửa 10 Lọc 24 Cánh quạt 36 Bộ điều khiển kim phun 11 Bơm cao áp 26 Kim phun 37 Bôbin 12,13,14,15, 25 Các van nạp 27 Buồng đốt 16 Bình hịa trộn 17 Áp kế chân khơng 38 Accu 28 Cảm biến áp suất 29 Bugi Hỗn hợp khí gồm C2H4, H2, O2 N2 từ bình chứa nạp đến bình hồ trộn hỗn hợp khí (16) thông qua van điều áp (6, 7, 8, 9) van nạp (12, 13, 14, 15) Trước nạp hỗn hợp khí bình hịa trộn hút chân không bơm chân không (20), để đo độ chân khơng bình chứa nhờ áp kế chân khơng (17), áp suất bên bình chứa kiểm sốt đồng hồ thị áp suất (19) Sau hỗn hợp khí trộn theo tỷ lệ, khí nạp vào buồng cháy (27) (buồng cháy hút chân không) qua van nạp (25) Lúc quạt khuấy (24) chuyển động nhờ mô tơ (23) biến (22) Sau thời gian khuấy khoảng giây, hỗn hợp hịa khí đốt cháy bugi Nguyễn Văn Đơng, Nguyễn Ngọc Dũng 22 (29) Tín hiệu đánh lửa điều khiển từ bôbin (37), IC điều khiển đánh lửa (35) điều khiển tín hiệu (34) Sau q trình cháy hỗn hợp hịa trộn, nhiệt độ áp suất buồng cháy giảm xuống đạt ngưỡng tự cháy nhiên liệu, kim phun (26) phun nhiên liệu vào buồng cháy với áp suất phun lớn tạo hệ thống bơm cao áp (1,10,11,18), kim phun điều khiển tín hiệu từ điều khiển kim phun (36) Cảm biến áp suất (28) dùng để đo áp suất bên buồng cháy, tín hiệu từ áp suất khuếch đại khuếch đại (32), qua chuyển đổi kỹ thuật số (33) đến xử lý tín hiệu (34) đến máy vi tính (31) Máy quay (21) dùng để quan sát ghi hình lại diễn biến xảy bên buồng cháy Sau trình cháy nhiên liệu xong, khí thải buồng cháy thải ngồi thơng qua van xả (30) qua van ba chặng (T2) 3.1 Cụm buồng cháy Buồng cháy thiết kế có dạng hình trụ trịn, đường kính 80 mm, đường kính ngồi 140 mm khoảng cửa buồng cháy có bề rộng 30 mm Tổng thể tích buồng cháy khoảng 150 cm3 Cửa buồng cháy làm thép 304 Nếu dùng cho việc quan sát ghi hình trình cháy bên buồng cháy cửa làm thạch anh suốt Cửa buồng cháy chịu áp suất cao đươc làm kín vành roong đồng có phủ bên ngồi lớp teflon Hai bên cửa có hai nắp chặn bắt chặt vào buồng cháy ốc ví,t mục đích để giữ cửa buồng cháy cố định giúp cho việc tháo lắp, vệ sinh cách dễ dàng Để giữ buồng cháy đứng vững trình thực nghiệm, buồng cháy đặt lên chân đế thiết kế riêng Buồng cháy làm việc môi trường nhiệt độ áp suất cao nên vật liệu dùng để chế tạo thép không rỉ 304 Mặt cắt ngang buồng cháy thể Hình Trên hình thể chi tiết bắt chặt lên buồng cháy van nạp, van xả, quạt khuấy, kim phun, cảm biến áp suất bugi Hình Mơ hình b̀ng cháy 3.2 Hệ thống tạo hỗn hợp Hệ thống tạo hỗn hợp khí (pre_mix) hệ thống dùng để tạo hỗn hợp chất khí với thành phần số mol chất khí tính tốn ấn định trước, để sau q trình cháy hỗn hợp chất khí cho điều kiện mô mong muốn (21%, 15%, 10% O2) Các khí C2H4, H2, O2, N2 từ bình chứa đưa đến bình hịa trộn có đường kính 20cm, chiều dài bình 30cm, tổng thể tích xấp sỉ khoảng 9420 cm3 Bình hịa trộn có áp suất chứa khoảng Mpa đáp ứng đủ lượng khí cho lần thử nghiệm Các khí sau hịa trộn đưa vào buồng cháy thơng qua van nạp đốt cháy theo phương trình phản ứng sau: 2,15C2H4 + 5,33H2 + 29,90O2 + 62,41N2 → 21,00O2 + 64,19N2 + 1,23CO2 +9,87H2O (1) Phản ứng xảy bình thường cho 100 mol sản phẩm với giả định q trình cháy hồn tồn sản phẩm cháy bình thường Bảng thành phần chất theo áp suất riêng tính theo phần mol Thành phần chất Bảng xác định thực nghiệm tính tốn, nhiên thực nghiệm có chút khác biệt so với tính tốn, khác biệt xem khơng đáng kể trình đánh lửa [14] Bảng Thành phần tỉ lệ các chất r02 21% 15% 10% Áp suất riêng phần Phần trăm mol phản ứng Áp suất riêng phần Phần trăm mol phản ứng MPa % MPa % MPa % 2,15 0,558 2,15 0,558 2,15 C2H4 0,558 Áp suất Phần riêng trăm mol phần phản ứng H2 0,138 5,33 0,138 5,33 0,138 5,33 O2 0,776 29,9 0,623 24,02 0,497 19,14 N2 1,619 62,41 1,771 68,29 1,898 73,17 3.3 Hệ thống khuấy Hệ thống khuấy hỗn hợp khí gồm biến thế, cụm mô tơ quạt khuấy Chức hệ thống khuấy là: Đảm bảo trạng thái cân nhanh chóng nhiệt độ hỗn hợp khí hịa trộn nhiệt độ thành buồng cháy q trình nạp đầy hỗn hợp khí vào buồng cháy Tăng tốc độ lan truyền màng lửa trình cháy hỗn hợp khí hịa trộn để tạo mơi trường thử nghiệm mong muốn Giữ nhiệt độ buồng cháy cách đồng sau đốt cháy hỗn hợp khí hịa trộn đến thời điểm phun nhiên liệu (diesel) Đây mục tiêu quan trọng giúp điều kiện mơ q trình cháy động cách xác Quạt khuấy quay quay tốc độ khác 6000, 8000, 1000 RPM, theo hướng kéo khí từ trung tâm buồng cháy đẩy sau dọc theo vách tường buồng cháy, với cách chuyển động dịng khí đáp ứng tất điều kiện thử nghiệm Nếu khơng có quạt khuấy, để đốt cháy hỗn hợp khí hịa trộn phải vài trăm mili giây sau cháy nhiệt độ buồng cháy khơng đồng đều, kết cháy phân tầng theo chiều dọc buồng cháy [15] 3.4 Hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa bao gồm phận bugi, cuộn tăng điện áp (bô bin), điều khiển đánh lửa (IC), điều khiển trung tâm (ECU) nguồn điện (bình ắc-quy) Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hịa khí Trên sở này, việc lựa chọn thiết bị hệ thống đánh lửa phải đảm bảo khả đáp ứng tính kỹ thuật yêu cầu kinh tế như: tia lửa điện phải đủ mạnh, thời gian ngắt điện dòng sơ cấp phải xác Dựa yêu cầu hệ thống đánh ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90).2015 23 lửa, nghiên cứu tác giả lựa chọn hệ thống đánh lửa xe gắn máy điển hình ware 110 Honda sản xuất năm 2006 thập mẫu 1,25GS/s, thời gian thu thập mẫu đạt 8ns/1 đơn vị mẫu, lưu trữ 10 mẫu kênh cho hiển thị hình với độ phân giải cao 3.5 Hệ thống phun nhiên liệu Kết luận Hệ thống cung cấp nhiên liệu có nhiệm vụ phun nhiên liệu vào buồng cháy Tùy theo kiểu loại nhiên liệu, ta có hệ thống nhiên liệu khác Nếu cần mô động sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp, ta thay kim phun khí vào buồng đốt Hệ thống phun dầu điện tử commoil rail cải tiến sử dụng để phun nhiên liệu vào động Hệ thống common rail cải tiến để thay đổi lượng phun, áp suất phun Ngoài ra, kim phun hiệu chỉnh để sử dụng (loại kim phun lỗ tia với đường kính lỗ tia khác nhau) Nghiên cứu tập trung tìm hiểu mô tả nguyên lý hoạt động buồng cháy đẳng tích Từ tìm phương án thiết kế buồng cháy đẳng tích tối ưu phù hợp với mục đích nghiên cứu Buồng cháy thiết kế chịu áp suất 10MPa, đường kính lỗ phun từ dθ = 0,14÷0,25 mm, áp suất phun lên đến 220MPa Có thể ghi hình diễn biến bên buồng cháy nhờ cửa buồng cháy suốt thạch anh Đi kèm với buồng cháy hệ thống phụ trợ hệ thống cung cấp hỗn hợp khí sơ cấp, hệ thống quạt khuấy, hệ thống đánh lửa, hệ thống đo áp suất hệ thống cung cấp nhiên liệu Với phương án thiết kế buồng cháy, hồn tồn thực nhiệm vụ sau: Hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm: thùng chứa nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm cao áp, ống tích áp kim phun Hệ thống commoil rail điều khiển điều khiển trung tâm ECU Trong thiết kế này, hệ thống bơm cao áp commanrail thông thường dẫn động bơm cao áp motor thay bơm tay thủy lực mang kí hiệu P-1B hãng RIKEN sản xuất nhằm làm giảm tính cồng kềnh, phức tạp dẫn động hệ thống Kim phun dùng nghiên cứu loại kim phun Bosch sản xuất có số hiệu U40408/1/15919CR/CB3S3/R70/20-789S dùng hệ thống commonrail động xe ISUZU D-Max 2009 Kim phun thiết kế lại lỗ tia với đường kính lỗ khác (dθ= 0,14÷0,25 mm) 3.6 Hệ thống đo xử lý số liệu Mọi hoạt động điều khiển đánh lửa thời điểm phun nhiên liệu buồng cháy đẳng tích điều khiển xử lý trung tâm (ECU) Cơ sở liệu cho xử lý ECU lấy từ tín hiệu cảm biến áp suất buồng cháy ECU phân tích xuất tín hiệu điều khiển đến thời điểm đánh lửa thời điểm phun nhiên liệu Hệ thống đo áp suất sử dụng thiết kế phận quan trọng hệ thống hoạt động buồng cháy đẳng tích Hệ thống đo gồm cảm biến áp suất, khuếch đại, chuyển đổi kỹ thuật số xử lý trung tâm Cảm biến sử dụng thiết kế loại cảm biến mang số hiệu 6052B1 hãng Kistler sản xuất, cảm biến chế tạo dựa công nghệ áp điện vật liệu thạch anh, với dải đo rộng từ đến 25 MPa, độ nhạy 20 pC/bar Tín hiệu đầu cảm biến áp suất điện áp Nhiệm vụ khuếch đại nhân tín hiệu điện áp lên hàng chục, hàng trăm lần, làm sở điều khiển cho xử lí trung tâm Căn vào yêu cầu hệ thống, định chọn khuếch đại Kistler Type 5011B cho hệ thống đo áp suất Bộ chuyển đổi AD dùng hệ thống nhằm mục đích thu nhận tín hiệu tương tự từ cảm biến áp suất chuyển thành tín hiệu số Tín hiệu xử lý trung tâm làm sở điều khiển hệ thống khác hệ thống đánh lửa, hệ thống phun nhiên liệu… đồng thời tín hiệu sau chuyển đổi giao tiếp hiển thị máy tính để thực mục đích nghiên cứu học thuật Thiết bị đo Fluke mã số 190-104 chọn làm thiết bị chuyển đổi AD thiết kế với ưu điểm tốc độ thu Q trình cháy động diesel mơ hồn tồn buồng cháy đẳng tích Việc sử dụng buồng cháy nghiên cứu giúp giảm thời gian chi phí việc nghiên cứu, phát triển động diesel Bằng việc thay đổi điều kiện mơi trường buồng cháy, ta tiến hành nghiên cứu kiểu loại cháy động diesel động diesel cháy nhiệt độ thấp, động cháy hỗn hợp đồng nhất, động cháy cách điều khiển tốc độ phản ứng Buồng cháy đẳng tích mơ nghiên cứu thay đổi thành phần EGR, áp suất nhiệt độ buồng cháy (tải tốc độ), điều kiện phun nhiên liệu động diesel Buồng cháy đẳng tích giúp trình nghiên cứu phát triển, ứng dụng loại nhiên liệu mới, nhiên liệu thay động diesel cách nhanh hiệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Shafiee, E Topal, When will fossil fuel reserves be diminished, Energy Policy 37 (2009), 181-189 [2] International Energy Outlook 2010: http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/ [3] EIA, Energy Information Administration – Official Energy Statistict from the U.S Government, (2009) [4] M Han, K Cho, C S Sluder, and R Wagner, “Soybean and Coconut Biodiesel Fuel Effects on Combustion Characteristics in a Light-Duty Diesel Engine,” SAE Paper No 2008-01-2501, 2008 [5] H N Bhatti, M A Hanif, M Qasim, and Ata-ur-Rehman, “Biodiesel production from waste tallow,” Fuel, vol 87, no 13–14, pp 2961–2966, Oct 2008 [6] S A Basha, K R Gopal, and S Jebaraj, “A review on biodiesel production, combustion, emissions and performance,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol 13, no 6–7, pp 1628–1634 [7] K R Iman, H L Ichsan, M S A Wishnu, P B Tirto, H S Tatang, W Arismunandar, N D Nguyen, and H Ogawa, “Performance and Exhaust Gas Emissions of Using Biodiesel Fuel from Physic Nut (Jatropha Curcas L.) Oil on a Direct Injection Diesel Engine (DI),” SAE Paper No 2007-01-2025, Jul 2007 [8] Y Yoshimoto, “Performance and Emissions of a Diesel Engine Fueled by Biodiesel Derived from Different Vegetable Oils and the Characteristics of Combustion of Single Droplets,” SAE International Journal of Fuels and Lubricants, vol 2, no 1, pp 827 –838, Oct 2009 Nguyễn Văn Đông, Nguyễn Ngọc Dũng 24 [9] K W Scholl and S C Sorenson, “Combustion of Soybean Oil Methyl Ester in a Direct Injection Diesel Engine,” SAE Paper No 930934, 1993 [10] K Nakamura, M Shioji, M Ikegami, Y Hanada, and M Matsushita, “Influence of the Biodiesel ‘Tempura Oil’ in Diesel Vehicles,” The 2nd Joint International Conference on “Sustainable Energy and Environment (SEE 2006)”, Thailand, Nov 2006 [11] N D Nguyen, I Hiroaki, and M Shioji, “Ignition and Combustion Characteristics of FAME from Edible Oil,” presented at the The 5th International Conference on “Combustion, Incineration/Pyrolysis and Emission Control (i-CIPEC 2008), Chiangmai, Thailand, 2008 [12] Naber J.D., Siebers D.L (1996) "Effects of gas density and vaporization on penetration and dispersion of diesel sprays." SAE Paper 960034 [13] D Zhen, T Wang, F Gu, B Tesfa, and A Ball, “Acoustic measurements for the combustion diagnosis of diesel engines fuelled with biodiesels,” Meas Sci Technol., vol 24, no 5, p 055005, May 2013 [14] C F Edwards and D L Siebers, D H Hoskin, “A Study of the Autoignition Process of a Diesel Spray via High Speed Visualization”, SAE Page No 920108 (1992) [15] Dennis L Siebers, “ Ignition Delay Characteristist of Alternative Diesel Fuels: implications on Cetane Number”, SAE Page No 852102,(1985) (BBT nhận bài: 25/05/2015, phản biện xong: 29/05/2015) ... đẳng tích cơng cụ mạnh giúp việc tiến hành nghiên cứu bản, thực nghiệm mơ q trình biến đổi, cháy động đốt [11] Thông buồng cháy này, ta thực nghiên cứu thực nghiệm, trình hình thành phát triển... suất Các nghiên cứu thực động diesel hữu Động chuyển đổi qua sử dụng biodiesel thời gian ngắn trình thử nghiệm sau hoạt động trở lại với nhiên liệu diesel truyền thống Việc thực nghiên cứu nhằm... cháy nghiên cứu giúp giảm thời gian chi phí việc nghiên cứu, phát triển động diesel Bằng việc thay đổi điều kiện mơi trường buồng cháy, ta tiến hành nghiên cứu kiểu loại cháy động diesel động