BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THANH TÂM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ KẾT CẤU ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL CHUYỂN ĐỔI SỬ DỤNG KHÍ THIÊN NHIÊN NÉN (CNG) Ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ ANH TUẤN TS TRẦN ĐĂNG QUỐC HÀ NỘI - 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác! Hà Nội, tháng … năm 2022 TM TT HƯỚNG DẪN GS.TS Lê Anh Tuấn Nghiên cứu sinh TS Trần Đăng Quốc Trần Thanh Tâm i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí Động lực Bộ mơn Động đốt cho phép thực luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Phòng Đào tạo Viện Cơ khí Động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt q trình tơi làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Lê Anh Tuấn TS Trần Đăng Quốc hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi thực hồn thành luận án Tơi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Động đốt Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ dành cho điều kiện thuận lợi để hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định hậu thuẫn động viên tơi suốt q trình nghiên cứu học tập Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận án đồng ý đọc, duyệt góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận án định hướng nghiên cứu tương lai Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích tơi suốt thời gian tơi tham gia nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Trần Thanh Tâm ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục tiêu đề tài III Đối tượng phạm vi nghiên cứu IV Phương pháp nghiên cứu V Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án VI Các điểm luận án VII Bố cục luận án CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Nguồn gốc khí thiên nhiên 1.1.1 Nguồn gốc hữu 1.1.2 Nguồn gốc vô 1.1.3 Phân biệt nguồn gốc khí thiên nhiên 1.2 Trữ lượng khí thiên nhiên 1.2.1 Thế giới 1.2.2 Ở Việt Nam 1.3 Đặc điểm khí thiên nhiên 10 1.3.1 Thành phần 10 1.3.2 Tính chất đặc trưng 11 1.3.3 So sánh khí thiên nhiên với nhiên liệu gốc dầu mỏ 12 1.4 Khái niệm thông số kết cấu vận hành 13 1.4.1 Thông số kết cấu 13 1.4.2 Thông số vận hành 14 1.5 Tổng quan nghiên cứu động đốt sử dụng khí thiên nhiên 15 1.5.1 Các nghiên cứu nước 16 1.5.2 Các nghiên cứu nước 21 1.6 Kết luận chương 23 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY Ở ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC SỬ DỤNG KHÍ THIÊN NHIÊN 25 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1 Tổng quan cháy cưỡng 25 2.2 Định luật bảo toàn khối lượng 26 2.3 Định luật thứ nhiệt động học 27 2.4 Một số mơ hình cháy cưỡng 28 2.4.1 Mơ hình cháy không chiều (Zero dimensional combustion model) 29 2.4.2 Mơ hình cháy Fractal (Fractal combustion model) 32 2.5 Mơ hình xác định trị số Ốc-tan yêu cầu (ON: Required Octane Number) 42 2.6 Mơ hình xác định vận tốc squish bên xylanh động (Squish velocity)43 2.7 Kết luận chương 44 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN 46 3.1 Giới thiệu chung 46 3.2 Xây dựng điều khiển mơ hình mơ động 48 3.2.1 Lựa chọn phần tử cho mơ hình kết nối phần tử 48 3.2.2 Nhập liệu chung cho mơ hình 49 3.2.3 Nhập liệu cho phần tử 50 3.2.4 Ảnh hưởng đến trị số Ốc-tan yêu cầu (ON) 58 3.2.5 Ảnh hưởng đến thời gian cháy 58 3.2.6 Ảnh hưởng đến thông số vận hành 59 3.2.7 Kết cấu hình học đỉnh piston 59 3.3 Hiệu chuẩn đánh giá độ xác mơ hình 61 3.4 Kết mô thảo luận 63 3.4.1 Ảnh hưởng thông số kết cấu vận hành đến trị số ốc tan yêu cầu 63 3.4.2 Ảnh hưởng tỷ số nén đến mô men công suất 73 3.4.3 Ảnh hưởng thông số kết cấu vận hành đến thời gian cháy 76 3.4.4 Ảnh hưởng hình dạng buồng cháy đến mơ men cơng suất 79 3.4.5 Ảnh hưởng thông số kết cấu đến khí thải 85 3.5 Kết luận chương 86 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 87 4.1 Chuyển đổi động diesel xylanh S1100 thành động khí thiên nhiên 87 4.1.1 Lắp đặt hệ thống đánh lửa 88 4.1.2 Vị trí lắp cảm biến áp suất 93 4.1.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp 94 4.1.4 Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên 94 4.1.5 Lựa chọn kết cấu hình học thay đổi tỷ số nén động 96 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.2 Mục đích thử nghiệm 98 4.3 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm 98 4.4 Trang thiết bị thử nghiệm 99 4.4.1 Phanh điện APA100 100 4.4.2 Thiết bị đo lượng nhiên liệu 101 4.4.3 Tủ phân tích khí CEB-II 102 4.4.4 Cảm biến đo áp suất 102 4.5 Quy trình phạm vi thử nghiệm 102 4.5.1 Quy trình thử nghiệm 102 4.5.2 Phạm vi thử nghiệm 103 4.6 Kết thử nghiệm thảo luận 103 4.6.1 Ảnh hưởng hình dạng đỉnh piston tỷ số nén đến mô men công suất 103 4.6.2 Ảnh hưởng hình dạng đỉnh piston tỷ số nén đến khả cháy 106 4.6.3 Ảnh hưởng hình dạng đỉnh piston tỷ số nén đến khí thải 109 4.6.4 So sánh kết tính tốn mơ với kết thực nghiệm 111 4.7 Kết luận chương 114 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 124 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ký hiệu/ viết tắt Diễn giải AVL Boost Phần mềm mô hãng AVL A/F Tỷ lệ khơng khí nhiên liệu BMEP Áp suất có ích trung bình CNG Nhiên liệu khí thiên nhiên nén IMEP Áp suất thị trung bình QLHV Nhiệt trị thấp nhiên liệu Tỷ số nén Hệ số dư lượng khơng khí CO Cacbon monoxide CO2 Điơxít cacbon HC Hydro cacbon NOx Nitric oxide CH4 Methane O2 Ơ xi Me Mơ men có ích Ne Cơng suất có ích ge Suất tiêu hao nhiên liệu Ge Lượng nhiên liệu IT Thời điểm đánh lửa n Tốc độ động ma Lưu khối khí nạp mf Lưu khối nhiên liệu cấp HRR Tốc độ giải phóng nhiệt ON Chỉ số Ốc-tan TKE Động rối dịng mơi chất MFB Hệ số khối lượng nhiên liệu cháy ĐCT Điểm chết ĐCD Điểm chết Db Đường kính lõm đỉnh piston Hb Độ sâu vết lõm đỉnh piston vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ký hiệu/ viết tắt Diễn giải OB Vị trí tâm lõm đỉnh piston OS Vị trí lắp đặt bugi Góc quay trục khuỷu BMF Khối lượng nhiên liệu cháy P Áp suất xylanh V Thể tích buồng cháy Q Nhiệt lượng Cm Tốc độ trung bình piston c Thời gian cháy v Hệ số nạp vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thông số kết cấu đỉnh piston 14 Hình 1.2 Động nhiên liệu liệu kép cỡ nhỏ sử dụng phương pháp hịa trộn 16 Hình 1.3 Sơ đồ hình dạng hình học buồng cháy 19 Hình 1.4 Buồng đốt phụ động 22 Hình 2.1 Quá trình cháy động làm việc theo chu trình Otto 26 Hình 2.2 Mơ hình tiếp xúc màng lửa với thành xylanh 37 Hình 2.3 Hình dạng đỉnh piston vùng xuất squish 43 Hình 3.1 Động nghiên cứu mô AVL Boost 48 Hình 3.2 Cửa sổ nhập thơng số phần tử động 51 Hình 3.3 Cửa sổ nhập thơng số cho mơ hình tính ma sát động 51 Hình 3.4 Cửa sổ nhập thơng số cho phần tử xylanh động 52 Hình 3.5 Cửa sổ lựa chọn mơ hình cháy cho mơ hình mơ 52 Hình 3.6 Các thơng số nhập vào mơ hình cháy Fractal 53 Hình 3.7 Các thơng số hình dạng buồng cháy nhập vào mơ hình 53 Hình 3.8 Các thơng số hàm tính trị số Octan yêu cầu 54 Hình 3.9 Cửa sổ nhập thông số cho phần Heat Tranfer 55 Hình 3.10 Nhập thơng sổ điều khiển vòi phun nhiên liệu 57 Hình 3.11 Thơng số đường ống nạp 57 Hình 3.12 Biểu diễn vị trí dịch chuyển tâm lõm bugi 60 Hình 3.13 Ảnh hưởng tỷ số nén đến tổn hao giới 61 Hình 3.14 Kết hiệu chuẩn mơ hình 62 Hình 3.15 Ảnh hưởng tỷ số nén đến trị số Ốc-tan yêu cầu 63 Hình 3.16 Ảnh hưởng tỷ số nén đến vùng làm việc của động 64 Hình 3.17 Ảnh hưởng lambda đến trị số Ốc-tan yêu cầu 65 Hình 3.18 Ảnh hưởng tốc độ động đến trị số Ốc-tan yêu cầu 65 Hình 3.19 Sự thay đổi tốc độ cháy theo góc quay trục khuỷu 66 Hình 3.20 Tốc độ giải phóng nhiệt thay đổi theo góc quay trục khuỷu 67 Hình 3.21 Động rối (TKE) thay đổi theo góc quay trục khuỷu (CA) 68 Hình 3.22 Tỷ lệ nhiên liệu đốt cháy theo góc quay trục khuỷu 69 Hình 3.23 Tốc độ giải phóng nhiệt thay đổi theo góc quay trục khuỷu 70 Hình 3.24 Ảnh hưởng thời điểm đánh lửa đến trị số Ốc-tan yêu cầu 71 Hình 3.25 Ảnh hưởng Hb đến trị số ốc tan yêu cầu thời điểm đánh lửa 72 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.26 Ảnh hưởng Db đến trị số ốc tan yêu cầu thời điểm đánh lửa 73 Hình 3.27 Ảnh hưởng tỷ số nén đến mô men động 74 Hình 3.28 Ảnh hưởng tỷ số nén đến công suất động 74 Hình 3.29 Ảnh hưởng tỷ số nén đến góc đánh lửa sớm tối ưu 75 Hình 3.30 Ảnh hưởng tỷ số nén đến giới hạn tốc độ góc đánh lửa sớm 75 Hình 3.31 Ảnh hưởng Hb đến thời gian cháy góc đánh lửa sớm 76 Hình 3.32 Ảnh hưởng Hb đến áp suất xylanh 77 Hình 3.33 Ảnh hưởng Hb đến tổn thất nhiệt 77 Hình 3.34 Ảnh hưởng vị trí dịch chuyển bugi đến thời gian cháy 78 Hình 3.35 Ảnh hưởng thời điểm đánh lửa đến thời gian cháy 79 Hình 3.36 Ảnh hưởng Hb đến mơ men 79 Hình 3.37 Ảnh hưởng Hb đến công suất 80 Hình 3.38 Ảnh hưởng Hb tới thời gian cháy tốc độ động 81 Hình 3.39 Ảnh hưởng Hb đến góc đánh lửa sớm 82 Hình 3.40 Ảnh hưởng Hb đến thời gian cháy mô men 83 Hình 3.41 Ảnh hưởng Hb đến áp suất xylanh 84 Hình 3.42 Ảnh hưởng Hb đến suất tiêu hao nhiên liệu 85 Hình 3.43 Ảnh hưởng hình dạng đỉnh piston đến khí thải 85 Hình 4.1 Động S1100 87 Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa không tiếp điểm 88 Hình 4.3 Sơ đồ cấu tạo hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm 89 Hình 4.4 Cấu tạo phát xung 90 Hình 4.5 Vị trí bánh khởi động 90 Hình 4.6 Vị trí điều chỉnh thời điểm đánh lửa 91 Hình 4.7 Vị trí lắp IC đánh lửa 91 Hình 4.8 Vị trí lắp biến áp đánh lửa 92 Hình 4.9 Kiểu bugi lắp động nghiên cứu 92 Hình 4.10 Vị trí lắp bugi cảm biến áp suất buồng cháy nắp máy 93 Hình 4.11 Vị trí lắp cảm biến áp suất xylanh 93 Hình 4.12 Vị trí lắp cảm biến đo lưu lượng khí nạp 94 Hình 4.13 Bố trí nhiên liệu động băng thử 95 Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên 95 Hình 4.15 Thơng số hình học tính tỷ số nén động 97 Hình 4.16 Hình dạng đỉnh piston phục vụ thử nghiệm 97 ix LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4.27 Hydro-cacbon thay đổi theo tốc độ động Carbon monoxide (CO) sản phẩm q trình cháy khơng hồn tồn nhiên liệu Hydro carbone (HC), xuất CO chủ yếu thiếu ô xy cục màng lửa lan đến vùng hỗn hợp bị tắt Hình 4.28 thể kết thí nghiệm đo tủ phân tích khí CEB II thay đổi CO theo tốc độ động Mặc dù thời gian hồ trộn nhiên liệu khơng khí lúc nhiên liệu khỏi vịi phun bắt đầu hồ trộn đường ống nạp kết thúc trình cháy giá trị CO đo khác Kích thước Db OB khơng ảnh hưởng đến HC mà ảnh hưởng CO, kết sản phẩm q trình cháy khơng hoàn thiện Từ kết HC CO đo tủ phân tích CEB II kết hợp với phân tích tốc độ giải phóng nhiệt nhiên liệu bên buồng cháy suy kiểu đỉnh piston PS1 phù hợp với nhiên liệu khí thiên nhiên so với hai kiểu cịn lại PS2 PS3 Hình 4.28 Cacbon Oxit thay đổi theo tốc độ động 110 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đối với thành phần khí thải NOx nhiên liệu khí thiên nhiên, hình thành NOx trường hợp phụ thuộc chủ yếu vào ba tác nhân chủ yêu: nồng độ Ô-xi, nhiệt độ để phản ứng xảy thời gian phản ứng buồng cháy Hình 4.29 kết NOx đo từ thử nghiệm tốc độ động tăng, khoảng n = 1000 ÷ 2000 (vịng/phút) xu hướng thay đổi NOx giống giá trị khác Do PS1 PS2 đốt cháy nhiều nhiên liệu nên nhiệt độ buồng cháy cao nên kích hoạt phản ứng tạo thành NOx nhanh nhiều so với PS3 Hình 4.29 Nitơ Oxit thay đổi theo tốc độ động 4.6.4 So sánh kết tính tốn mơ với kết thực nghiệm Trên sở kết thu từ thực nghiệm động diesel chuyển đổi sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên, so sánh kết tính tốn mơ với kết thực nghiệm, nhằm đánh giá độ xác mơ hình Cụ thể so sánh kết tính tốn mơ phần mềm AVL Boost với kết thực nghiệm động S1100 chuyển đổi sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên với tỷ số nén =11,5; =12,5 kết cấu phần trụ lõm đỉnh piston tâm, lệch tâm Bảng 4.3 So sánh công suất động thực nghiệm tính tốn mơ Tốc độ động (v/ph) 1000 Công suất động Ne (Kw) PS1 ( = 11,5 tâm) Thực Mơ nghiệm 3,86 4,21 PS2 ( = 12,5 tâm) Thực Mơ nghiệm 3,55 4,09 PS3 ( = 12,5 lệch tâm) Thực Mô nghiệm 3,13 2,91 1400 5,99 6,46 5,57 5,88 5,24 5,11 1800 7,34 7,49 7,3 6,97 7,23 6,69 2000 7,84 7,71 7,96 7,64 7,73 7,24 111 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4.30 So sánh cơng suất động thực nghiệm tính tốn mơ Bảng 4.4 So sánh phát thải CO thực nghiệm tính tốn mơ Tốc độ động (v/ph) Phát thải CO (ppm) PS1 ( = 11,5 tâm) PS2 ( = 12,5 tâm) PS3 ( = 12,5 lệch tâm) Thực nghiệm Mô Thực nghiệm Mô Thực nghiệm Mô 1000 773 684 704 771 796 784 1400 723 629 687 724 730 759 1800 524 511 588 599 557 686 2000 335 291 409 346 353 491 Hình 4.31 So sánh phát thải CO thực nghiệm tính tốn mơ Qua kết thể bảng 4.3; 4.4; 4.5; 4.6 hình vẽ kết cơng suất khí thải Hình 4.30, Hình 4.31, Hình 4.32, Hình 4.33 để kiểm chứng mơ hình mô thực tế động S1100 chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên chế độ 100% tải với tốc độ khác Kết so 112 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com sánh động chuyển đổi sử dụng nhiên liệu CNG mô thực nghiệm cho thấy diễn biến công suất phát thải động có xu hướng giống nhau, sai số lỗi chuẩn trung bình lớn cơng suất động Ne 0,54 khí thải CO: 138; HC: 403,86 với khí thải NOx 246 Bảng 4.5 So sánh phát thải HC thực nghiệm tính tốn mô Tốc độ động PS1 (v/ph) ( = 11,5 tâm) Thực Mơ nghiệm 1000 2261 1994 1400 2028 1729 Phát thải HC (ppm) PS2 ( = 12,5 tâm) Thực Mơ nghiệm 3121 2910 PS3 ( = 12,5 lệch tâm) Thực Mô nghiệm 3849 3710,07 2535 2298 3441 3127,24 1800 1670 1386 1797 1501 2757 2354,52 2000 1787 1500 2018 1704 2988 2584,14 Hình 4.32 So sánh phát thải HC thực nghiệm tính tốn mơ Bảng 4.6 So sánh phát thải NOx thực nghiệm tính tốn mô Tốc độ động PS1 (v/ph) ( = 11,5 tâm) Thực Mơ nghiệm 1000 862 1052 1400 1128 1276 Phát thải NOx (ppm) PS2 ( = 12,5 tâm) Thực Mơ nghiệm 957 1143 PS3 ( = 12,5 lệch tâm) Thực Mô nghiệm 800 995,75 1206 1380 1055 1249,94 1800 949 1159 997 1243 899 1111,94 2000 691 886,5 719 920 713 833,17 113 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4.33 So sánh phát thải NOx thực nghiệm tính tốn mơ Qua so sánh kết tính tốn mơ thực nghiệm cho thấy, mơ hình động S1100 chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên đảm bảo độ tin cậy Vì hồn tồn sử dụng mơ hình phục vụ cho nghiên cứu 4.7 Kết luận chương Động diesel xylanh S1100 chuyển đổi thành động sử dụng hồn tồn khí thiên nhiên, qua phân tích số liệu thực nghiệm thu từ ba piston có kích thước hình học đỉnh khác (PS1, PS2 PS3) kết luận rút sau: Đối với động diesel xylanh chuyển đổi thành động khí thiên nhiên cháy cưỡng bức, để giảm nguy xuất kích nổ tiếng ồn, tỷ số nén tới hạn động = 11,5 Với mục tiêu nâng cao tính kinh tế giảm phát thải, kích thước phần đỉnh piston động khí thiên nhiên sau chuyển đổi cụ thể sau: Đường kính phần lõm đỉnh piston Db = 66 mm độ sâu phần lõm Hb = 19 Thêm vào đó, đường tâm phần trụ lõm đỉnh piston phải trùng với đường tâm xylanh 114 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau thực nghiên cứu ảnh hưởng tỷ số nén, hình dạng buồng cháy đến thời gian cháy phát thải động diesel chuyển đổi sử dụng khí thiên nhiên nén, kết luận luận án rút sau: Luận án tổng hợp đưa giải pháp phù hợp để chuyển đổi động diesel xylanh thành động cháy cưỡng sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên Luận án xây dựng thành cơng mơ hình động sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên phần mềm AVL Boost dùng để khảo sát ảnh hưởng tỷ số nén, hình dạng đỉnh piston đến thời gian cháy phát thải động Các kết nghiên cứu mô xác định tỷ số nén giới hạn, kết cấu buồng cháy vị trí đặt bugi đánh lửa dành cho động diesel xylanh chuyển đổi thành động cháy cưỡng với nhiên liệu khí thiên nhiên Luận án bước đầu chuyển đổi động diesel xilanh (ký hiệu S1100) thành động đốt cháy cưỡng sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên với số tỷ số nén kết cấu đỉnh piston Kết thực nghiệm rằng, ảnh hưởng tỷ số nén, hình dạng đỉnh piston đến thời gian cháy phát thải động lớn Các kết thu từ thực nghiệm chứng minh rằng, thay đổi hình dạng buồng cháy đỉnh piston rút ngắn thời gian cháy động nghiên cứu Kết cấu hình học đỉnh piston gián tiếp góp phần khắc phục nhược điểm tốc độ cháy chậm nhiên liệu khí thiên nhiên Bộ liệu mơ hình động sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên phần mềm mô AVL Boost, hệ thống thực nghiệm động CNG sau chuyển đổi từ động diesel nguyên luận án phát triển, ứng dụng việc khảo sát ảnh hưởng số thơng số kết cấu đến đặc tính làm việc phát thải động tài liệu tham khảo hữu ích; làm sở cho việc chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên Các kết nghiên cứu đồng thời góp phần giảm phát thải khí nhà kính giải vấn đề an ninh lượng nước ta Hướng phát triển đề tài nghiên cứu nâng cao hiệu suất nhiệt động sau chuyển đổi hướng đến phát triển động sử dụng khí thiên nhiên hệ đạt hiệu suất nhiệt cao thoả mãn tiêu chuẩn khí thải 115 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://nangluongvietnam.vn/vai-tro-cua-khi-thien-nhien-trong-tien-trinhphat-trien-dat-nuoc-18249.html [2] https://www.pvgas.com.vn/sanpham-dichvu/khi-thien-nhien-nen-cng [3] https://mt.gov.vn/vn/tin-tuc/68763/ha-noi no-luc-doi-moi nang-cao-chatluong-xe-buyt.aspx [4] Semin, Rosli Abu Bakar, “A Technical Review of Compressed Natural Gas as an Alternative Fuel for Internal Combustion Engines”, American J of [5] Engineering and Applied Sciences, volume 1, issue 4, pages: 302-311, 2008 Manoj Gwalwanshi, Gaurav Mittal, “A Review of Natural Gas—Diesel Dual [6] Fuel Engines”, Advances in Fluid and Thermal Engineering, Select Proceedings of FLAME 2020 https://cng-vietnam.com/kien-thuc/tim-hieu-ve-khi-tu-nhien [7] https://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD_thi%C3%AAn_nhi%C3%AAn [8] https://nangluongvietnam.vn/bang-chay-nguon-nang-luong-cua-tuong-lai6927.html Aneta Skorek, Renata Włodarczyk, “The Use of Methane in Practical Solutions of Environmental Engineering”, Journal of Ecological Engineering, [9] Volume 19, Issue 2, March 2018, pages: 172–178 [10] Konstantinos Gounari, Deligeorgiou Georgios, “Natural Gas as a Source of Energy”, Proceeding of the International Conference on Advances In Management, Economics And Social Science– MES 2014, pages: 6-9 [11] IEA “Database documentation Natural Gas Documentation 2021”, International Energy Agency [12] https://moit.gov.vn/bao-ve-nen-tang-tu-tuong-cua-dang/ket-qua-tich-cuc-cuanganh-nang-luong-giai-doan-2016-2020-ta.html [13] TS Trần Ngọc Toản, “Dầu khí Việt Nam: Hiện trạng thách thức phát triển – Bài 1”, Tạp chí Năng lượng Việt nam, 24.5.2017 [14] TS Nguyễn Ngọc Sơn, “Dầu khí Việt Nam: Hiện trạng thách thức phát triển – Bài 3”, Tạp chí Năng lượng Việt nam, 31.5.2017 [15] Florida power & light company, “Natural gas specs sheet”, Fuel oil purchase contract, 11/06/2003 116 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [16] Wanazelee Wan Abu Bakar, Rusmidah Ali, “Natural Gas”, Open access peer-reviewed chapter, August 18th 2010 [17] Richard Hutter, Johannes Ritzmann, Philipp Elbert and Christopher Onder, “Low-Load Limit in a Diesel-Ignited Gas Engine”, Energies 2017, volume 10, Issue 1450, pages: of 27 [18] Clean cities US department of Energy, “Alternative Fuels Data Center Fuel Properties Comparison”, January 2021 [19] Devarajan Ramasamy, K Kadirgama, M.M Rahman and Z.A Zainal, “Analysis of compressed natural gas burn rate and flame propagation on a sub-compact vehicle engine”, International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, Volume 11, pp 2405-2416, January-June 2015 [20] T Korakianitis, A.M Namasivayam, R.J Crookes, “Natural-gas fueled spark-ignition (SI) and compression-ignition (CI) engine performance and emissions”, Progress in Energy and Combustion Science, volume 37 (2011), pages: 89-112 [21] Phạm Minh Tuấn, “Động đốt trong”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, [22] [23] [24] [25] [26] Hà Nội 2001 Suzana Kahn Ribeiro, Shigeki Kobayashi, “Chapter - Transport and its infrastructure”, In Climate Change 2007 Muhammad Imran Khan, Tabassum Yasmin, Abdul Shakoor, “Technical overview of compressed natural gas (CNG) as a transportation fuel”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 51 (2015), pages: 785– 797 Dori Yuvenda, Bambang Sudarmanta, Arif Wahjudia, Oki Muraza, “Improved combustion performances and lowered emissions of CNG-diesel dual fuel engine under low load by optimizing CNG injection parameters”, Fuel Journal, Volume 269 (2020), pages: 117-202 Jinlong Liu, Cosmin E Dumitrescu, “Flame development analysis in a diesel optical engine converted to spark ignition natural gas operation”, Applied Energy Journal, Volume 230 (2018), pages: 1205–1217 Mirko Baratta, Nicola Rapetto, “Fluid-dynamic and numerical aspects in the simulation of direct CNG injection in spark-ignition engines”, Computers & Fluids Journal, Volume 103 (2014), pages: 215–233 117 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [27] Shiqiang Zhang, Chunshu Li, Ruilin Liu, Jingyang Bao and Miao Chi, “Effects of the variable valve lift difference on in-cylinder gas flow in a fourvalve gasoline engine”, Journal of Automobile Engineering, Proceeding Institution of Mechanical Engineer Part D, pages: 1-12 [28] Jacques Boree and Paul C Miles, “Chapter In-Cylinder Flow”, Book of Engines—Fundamentals, 2014, ISBN: 978-0-470-97402-5 [29] Jinlong Liu, Cosmin E Dumitrescu, “3D CFD simulation of a CI engine converted to SI natural gas operation using the G-equation”, Fuel Journal, Volume 232 (2018), pages: 833–844 [30] R R Taine, J Stephenson and S T Elder, “Characteristics of Diesel Engines Converted to Spark Ignition Operation Fuelled with Natural Gas”, SAE, International Congress and Exposition Detroit, Michigan, February 29March 1988 [31] Jinlong Liu, Hemanth Kumar Bommisetty, Cosmin Emil Dumitrescu, “Experimental Investigation of a Heavy-Duty Compression-Ignition Engine Retrofitted to Natural Gas Spark-Ignition Operation”, Journal of Energy [32] [33] [34] [35] [36] Resources Technology, November 2019, Volume 141, pages: 112207-1112207-12 Alberto Boretti, “Advantages of converting Diesel engines to run as dual fuel ethanoleDiesel”, Journal of Applied Thermal Engineering, Volume 47 (2012), pages: 1-9 Bruce Chehroudi, “Use of Natural Gas in Internal Combustion engines” International Non-renewable Energy Sources Congress, Tehran, Iran, December 26-30, 1993, pages: 1-21 Md Ehsan and Shafiquzzaman Bhuiyan, “Dual Fuel Performance of a Small Diesel Engine for applications with Less Frequent Load Variations”, International Journal of Mechanical & Mechatronics, Engineering IJMME Volume 9, Issue 10, 2009 LIM Pei Li, Thesis “The Effect of Compression Ratio on the CNG-Diesel Engine”, University of Southern Queensland, October, 2004 Michael D Gerty, “Effects of operating conditions compression ratio and gasoline performate on SI engine knock limits”, Master of Science in Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, June 2005 118 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [37] Abhay Tiwari, “Converting a Diesel Engine to Dual-Fuel Engine Using Natural Gas”, International Journal of Energy Science and Engineering, Volume 1, Number 5, 2015, pages: 163-169 [38] N Ravi Kumar, Y M C Sekhar, and S Adinarayana, “Effects of Compression Ratio and EGR on Performance, Combustion and Emissions of Di Injection Diesel Engine”, International Journal of Applied Science and Engineering, 2013, Volume 11, Issue 1, pages: 41-49 [39] Martyn Roberts “Benefits and challenges of variable Compression Ratio (VCR)”, paper Number 03p-227, 2002 Society of Automotive Engineers [40] Amjad Shaik, N Shenbaga Vinayaga Moorthi and R Rudramoorthy, “Variable Compression ratio Engine a future power plant for automobiles an overview”, proc.IMechE Vol 221 part D: J.Automobile Engineering, April 2007 [41] Ragadia Sadiq Y, “Theoritical Investigaiton of Influence of Compression Ratio on Performance And Emissions of Spark Ignition Engine”, International Journal of Scientific Research, Volume 5, Issue 4, April 2016 [42] M Mittal, G Zhu, and H Schock, “Fast mass-fraction-burned calculation using the net pressure method for real-time applications”, Journal of Automobile Engineering, Proceeding Mechanical Engineering 2009, Volume 223, Part D, pages: 389-394 [43] Ismail Altına, Atilla Bilgin, Ismet Sezer, “Theoretical investigation on combustion characteristics of ethanol-fueled dual-plug SI engine”, Fuel 257 (2019), 116068, pages: 1-7 [44] Jinlong Liu, “Investigation of Combustion Characteristics of a Heavy-Duty Diesel Engine Retrofitted to Natural Gas Spark Ignition Operation”, Doctor of Philosophy, West Virginia University, 2018 [45] Zuohua Huang, Bing Liu, “Combustion Characteristics and Heat Release Analysis of a Spark-Ignited Engine Fueled with Natural Gas-Hydrogen Blends”, Journal of Energy & Fuels, Volume 21, 2007, pages: 2594-2599 [46] Saeed Ghaffarzadeh, Ali Nassiri Toosia, Vahid Hosseini, “An experimental study on low temperature combustion in a light duty engine fueled with diesel/CNG and biodiesel/CNG”, Journal of Fuel 2019, pages: 1-10 [47] Chondanai Vipavanich, Sathaporn Chuepeng, and Sompol Skullong, “Heat Release Analysis and Thermal Efficiency of a Single Cylinder Diesel Dual Fuel 119 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Engine with Gasoline Port Injection”, Case Studies in Thermal Engineering 2018 [48] Jie Liu, Junle Wang, Hongbo Zhao, “Optimization of the Combustion Chamber and Fuel Injection of a Diesel/Natural gas dual fuel Engine”, (2019) [49] V L Maleev, “Internal Combustion Engines Theory and Design”, ISBN: 007-085471-8 [50] D Gosman, “Flow processes in cylinders - The Thermaldynamics and Gas Dynamics of Internal-Combustion Engines”, Volume II [51] Vinayaka Rajashekhar Kiragi, C.V Mahesh, C.R Rajashekhar, Naveen P & Mohan Kumar S.P “Studies of Squish and Tumble Effect On Performance Of Multi Chambered Piston Ci Engine”, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248-9622, Vol 2, Issue 5, September- October 2012, pp.874-878 [52] Dr.V.V Prathibha Bharathi, V.V Naga Depthi, Dr.R Ramachandra, V Pandurangadu, K Govindarajulu, “Study of Swirl and Tumble Motion Using CFD”, Volume Issue No 11, IJESC, pp:36-39 [53] John L Lumley, “Engines – an introduction”, Cambridge University Press, 1999 [54] Mohd Aizad Sazrul Sabrudin, Mohd Farid Muhamad Said and Zulkarnain Abdul Latiff, “Effects of asymmetric intake valve lift configuration towards incylinder air flow behavior”, VOL 12, NO 7, APRIL 2017, Asian Research Publishing Network [55] Stephen R Turns, “An Introduction to Combustion Concepts and Applications” [56] P Gandhidasan, A Ertas, E E Anderson “Review of Methanol and Compressed Natural Gas (CNG) as Alternative for Transportation Fuels”, Journal of Energy Resources Technology, June 1991, Vol 113, pp; 101-107 [57] Mahmut Kaplan, “Influence of swirl, tumble and squish flows on combustion characteristics and emissions in internal combustion enginereview”, International Journal of Automotive Engineering and Technologies, e-ISSN: 2146 – 9067, July 10, 2019 [58] Tanaji Balawant Shinde, “Experimental investigation on effect of combustion chamber geometry and port fuel injection system for CNG engine”, OSR Journal of Engineering (IOSRJEN) ISSN: 2250-3021 Volume 2, Issue 7(July 2012), PP 49-54 www.iosrjen.org 120 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [59] Johansson, B., & Olsson, K (1995) “Combustion Chambers for Natural Gas SI Engines Part I: Fluid Flow and Combustion” SAE Transactions, Journal of Engines, 104(SAE Technical Paper 950469) http://www.sae.org/technical/papers/950469 [60] John B Heywood, “Internal Combustion Engine Fundamentals” [61] WangZhi, LiuHui, Rolf DReitz, “Knocking combustion in spark-ignition engines”, (2017), https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.03.004 [62] Kapil Dev Choudharya , Ashish Nayyarb , M.S Dasgupta,” Effect of compression ratio on combustion and emission characteristics of C.I Engine operated with acetylene in conjunction https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.11.051 with diesel fuel”,(2018), [63] Senthil Ramalingam, Paramasivam Chinnaia, Silambarasan Rajendran, ”Influence of Compression Ratio on the Performance and Emission Characteristics of Annona Methyl Ester Operated DI Diesel Engine”, (2014), https://doi.org/10.1155/2014/832470 [64] Rronald m dell patrick t moseley david ajrand, “ towards sustainable road transport”, (2014) pages 109-156, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-4046160.00004-9 [65] John H Weaving, “Internal Combustion Engineering: Science & Technology” [66] John B Heywood, “Internal Combustion Engine Fundamentals” [67] Nguyễn Tuấn Thanh, Phạm Minh Tuấn, Bùi Nhật Huy, Khổng Văn Nguyên , Vũ Văn Quang, “ Nghiên cứu môn đánh giá động rcci so với động diesel nguyên phần mềm avl-boost”, (2021) [68] Văn Huy Phạm, “ Nghiên cứu tính tốn mơ động diesel sử dụng nhiên liệu Dimethyl ether (DME)”, (2014) [69] Nguyễn Lan Hương, Lương Cơng Nhớ, Hồng Anh Tuấn, “ Nghiên cứu tính tốn mơ động Diesel sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Dimethyl Ether (DME) Diesel”,( 2015) [70] Phạm Tất Thắng, Nguyễn Xuân Tuấn,” Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu cng cho động ja31e dùng xe urban concepte tham gia thi shell eco – marathon”, (2018) [71] Lê Văn Tụy,” Tính tốn mơ cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) phun trực tiếp động có tỷ số nén cao”, (2009) 121 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [72] Ngô Văn Dũng, “ Nghiên cứu mô động diesel sử dụng nhiên liệu SYNGAS”, (2014) [73] Hồng Đình Long, Nguyễn Viết Thanh, Nguyễn Duy Tiến, Phạm Minh Tuấn, “Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG) động diesel hành”, (2017) [74] Nguyễn Sĩ Thắng cộng sự, “Ứng dụng công nghệ chuyển đổi động xăng sang sử dụng khí thiên nhiên nén CNG”, Tạp chí Năng lượng nhiệt số 105, 5/2012, ISSN 0868-3336, [75] Đinh Xuân Thành , Phạm Hịa Bình, Chu Đức Hùng, Nguyễn Ngơ Long, Nguyễn Huy Chiến, “Nghiên cứu sử dụng LPG nhiên liệu thay cho động đốt - khả sử dụng việt nam”, (2019) [76] Bùi Văn Chinh, Nguyễn Cẩm Vân, Nguyễn Đức Khánh, Hoàng Văn Lợi, ”Nghiên cứu cải thiện tính làm việc động sử dụng nhiên liệu xăng sinh học điều kiện lạnh”, (2021) [77] Nguyễn Thành Trung, “Nghiên cứu chế chuyển đổi sang sử dụng CNG nâng cao hiệu sử dụng liệu tự nhiên ”, (2017) [78] Phạm Hữu Tân, “Chuyển đổi động Diesel tàu thủy cỡ nhỏ sang sử dụng nhiên liệu CNG nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường”, (2012) [79] Trần Thanh Hải Tùng, Huỳnh Phước Sơn, Nguyễn Đình Quý, ”Mơ q trình cháy động cp Vikyno RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel phần mềm Fluent”, (2015) [80] Bùi Văn Ga, Trần Diễn (2006), “So sánh đặc tính động 100cc chạy xăng LPG với phụ kiện DATECHCO-GA5”, Tạp chí GTVT, số [81] Bùi Văn Ga cộng (2004), “Sử dụng nhiên liệu LPG xe gắn máy xe bus cỡ nhỏ”, Hội nghị Khoa học công nghệ Đăng kiểm Việt Nam, [82] Bùi Văn Ga cộng sự, “Thử nghiệm khí biogas động xe máy”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, Số (18), pp, 1-5, 2007, [83] Nguyễn Tất Tiến (2000) “Nguyên lý động đốt trong”, NXB giáo dục [84] AVL Boost user guide [85] S Bari, S.N Hossain, I Saas, “A review on improving airflow characteristics inside the combustion chamber of CI engines to improve the performance with higher viscous biofuels”, Fuel 264 (2020) 116769 122 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [86] “Effect of combustion chamber shape on tumble flow squish-generated flow and burn rate”, JSAE Review 23 (2002) 291-296 [87] Harshavardhan, B and Mallikarjuna, J., "Effect of Combustion Chamber Shape on In-Cylinder Flow and Air-Fuel Interaction in a Direct Injection Spark Ignition Engine - A CFD Analysis," SAE Technical Paper 2015-260179, 2015, https://doi.org/10.4271/2015-26-0179 [88] Theory AVL-BOOST version 2011.1 [89] Users guide AVL-BOOST version 2011.1 123 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trần Thanh Tâm1, Trần Đăng Quốc2 Lê Anh Tuấn2, “Nghiên cứu tổng quan sử dụng CNG làm nhiên liệu cho động diesel”, Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc Cơ khí - Động lực, ngày 13 tháng năm 2016 ThS NCS Trần Thanh Tâm; TS Trần Đăng Quốc; PGS TS Lê Anh Tuấn “Nghiên cứu mối tương quan tỷ số nén trị số ốc-tan yêu cầu động diesel xy-lanh sử dụng nhiên liệu CNG” Tạp chí Giao thơng vận tải Số 11/2017 NCS Trần Thanh Tâm, KS Giang Trung Hiếu, ThS Nguyễn Minh Thắng, GS.TS Phạm Minh Tuấn, TS Trần Đăng Quốc, “Nghiên cứu mô ảnh hưởng độ sâu đỉnh piston đến thông số vận hành động xylanh sử dụng nhiên liệu CNG”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 1+2 năm 2019 Tran Dang Quoc1,a*, Tran Thanh Tam2,b and Le Anh Tuan3,c, “Experimental Investigation into the Influence of Compression Ratio on Operating Characteristics of Single Cylinder CNG Engine with Port Injection”, Applied Mechanics and Materials ISSN: 1662-7482, Vol 889, pp 396-402 doi:10.4028/ www.scientific.net/ AMM 889.396 © 2019 Trans Tech Publications, Switzerland Online: 2019-03-06 Anh Tuan Le, Dang Quoc Tran, Thanh Tam Tran, Anh Tuan Hoang & Van Viet Pham, “Performance and combustion characteristics of a retrofitted CNG engine under various piston-top shapes and compression ratios”, Energy Sources ISSN: (Print) (Online) Journal homepage: https://www.tandfonline.com/loi/ueso20 Online: 10 Aug 2020 124 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tùng thay sẵn có Xuất phát từ lý trên, tiến hành ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số kết cấu đến đặc tính làm việc phát thải động diesel chuyển đổi sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG)? ?? có ý nghĩa khoa... luận án Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng số thông số kết cấu (tỷ số nén, hình dạng buồng cháy đỉnh piston) đến đặc tính làm việc phát thải động nghiên cứu. .. luận án Luận án xây dựng thành cơng mơ hình động sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên phần mềm AVL-Boost, cho phép khảo sát ảnh hưởng số thơng số kết cấu đến đặc tính làm việc phát thải động