Hcmute nghiên cứu sự ảnh hưởng của kim phun đến công suất, suất tiêu hao của nhiên liệu và khí xả trên động cơ diesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KIM PHUN ĐẾN CÔNG SUẤT, SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL MÃ SỐ: T2019-04GVT SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG GIẢNG VIÊN TRẺ Đề tài: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KIM PHUN ĐẾN CÔNG SUẤT, SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL Mã số: T2019-04GVT Chủ nhiệm đề tài: GV.Th.S Đinh Tấn Ngọc Thành phố Hồ Chí Minh 12/2019 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG GIẢNG VIÊN TRẺ Đề tài: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KIM PHUN ĐẾN CƠNG SUẤT, SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL Mã số: T2019-04GVT Chủ nhiệm đề tài: GV.Th.S Đinh Tấn Ngọc Thành phố Hồ Chí Minh 12/2019 Luan van Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu đề tài đơn vị phối hợp chính: Đinh Tấn Ngọc Bộ mơn động khoa Cơ Khí Động Lực – ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Luan van MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG Chương TỔNG QUAN 1.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.2 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Đối tượng nghiên cứu 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 1.3.1 Trong nước 1.3.2 Ngoài nước 1.4 Nội dung nghiên cứu Chương NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1 Sơ lược phát triển động Diesel 2.2 Lý thuyết phun nhiên liệu phân tích chùm tia phun 2.2.1 Lý thuyết phun nhiên liệu 2.2.1.1 Lý thuyết trình phun nhiên liệu động Diesel 2.2.1.2 Ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun q trình mơ phun nhiên liệu AVL Fire 2.2.2 Ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến chùm tia phun 15 2.2.2.1 Tổng quát chùm tia phun 15 2.2.2.2 Quá trình phân rã chùm tia nhiên liệu 16 2.2.2.3 Ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến phân rã tia phun 17 2.3 Quá trình hình thành khí xả 18 2.3.1 Mơ hình hình thành NOx buồng đốt động 21 2.3.2 Mơ hình q trình oxy hóa hình thành muội than 22 2.4 Phương pháp nghiên cứu 22 Chương MƠ PHỎNG Q TRÌNH PHUN NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ KIA – JD K3500 23 Luan van 3.1 Thông số kết cấu động Kia - JD K3500 23 3.1.1 Thông số động Kia - JD K3500 23 3.1.2 Thông số biên dạng piston động Kia - JD K3500 24 3.2 Thiết lập thông số phần mềm AVL Fire công cụ ESE Diesel 25 3.2.1 Thông tin chung động (General Engine Data) 26 3.2.2 Phác thảo hình dạng đỉnh piston, kim phun nhiên liệu (Sketcher) 28 3.2.3 Chia lưới (Mesher) 31 3.2.4 Thiết lập tham số mơ hình hóa (Simulation Parameters) 32 Chương ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 51 4.1 Kết mô phần mềm mô AVL Fire 51 4.2 Đánh giá ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến động 53 4.2.1 Đánh giá ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến cơng suất mơ men động 54 4.2.2 Sự ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến suất tiêu hao nhiên liệu 56 4.2.3 Đánh giá ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến phát thải khí xả 57 4.2.3.1 Đánh giá ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến phát thải NOx 57 4.2.3.2 Đánh giá ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến phát thải muội than 63 4.3 Kết luận 68 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 5.1 Kết luận 71 5.2 Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC A 74 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM AVL FIRE 74 Khái quát phần mềm AVL Fire 74 Công cụ ESE Diesel 75 Kết luận 76 PHỤ LỤC B 78 BẢNG KẾT QUẢ 78 Thông số động tốc độ động 600 vòng/phút 78 Thông số động tốc độ động 1200 vòng/phút 78 Thông số động tốc độ động 1800 vòng/phút 79 Luan van Thông số động tốc độ động 2400 vòng/phút 79 Thông số động tốc độ động 3000 vòng/phút 80 Thông số động tốc độ động 3600 vòng/phút 80 Thông số động tốc độ động 4200 vòng/phút 81 Thông số động tốc độ động 5000 vòng/phút 81 Luan van DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Từ viết tắt A Ac Aeff AFRStoic Chú thích Diện tích dịng Diện tích lỗ tia phun điểm c Tiết diện thực tế vị trí phun Tỉ số Stoich Từ viết tắt N2 NOx p1 Chú thích Ni tơ Oxit nitơ Áp suất đầu vào lỗ tia phun p2 Áp suất đầu lỗ tia phun pc Áp suất điểm c h Ageo CA Ca Cc Cd CFD CO CO2 Cv D Deff Dn HC K Kcrit L Lb M (dot) m (dot) Ma Mf Tiết diện lý thuyết (thiết kế) vị trí phun Crank angle (góc quay trục khuỷu) Hệ số liên kết diện tích lỗ tia phun thực tế diện tích lỗ tia phun tồn phun khơng có lớp biên Hệ số co Hệ số phun Computational Fluid Dynamics (mô động lực học chất lỏng) Carbon mono oxit Cacbon dioxit ( Cacbonic ) Hệ số vận tốc vận tốc có ích lý thuyết Đường kính thiết kế lỗ tia phun đường kính lỗ tia phun thực tế đường kính lỗ tia phun Hydrocacbon (HC) Cường độ xâm thực Điểm tới hạn xâm thực Chiều dài lỗ tia phun PM Vật chất hạt pvapor Áp suất hóa nhiên liệu R S Bán kính đầu vào lỗ tia phun Chiều dài xuyên thấu tia phun µs Micro giây SO2 tb u uc uef Ueff Ugeo uth Vinj ΔP Chiều dài phân rã ρ1 Động lượng Thông lượng khối Khối lượng không khí nạp Khối lượng nhiên liệu phun ρ 𝛌 𝜌a 𝜌l Luan van Sulfur dioxide Thời gian phân rã Vận tốc Vận tốc dòng chảy điểm c Vận tốc thực tế Vận tốc phun thực tế Vận tốc phun lý thuyết Vận tốc tổn thất lý thuyết Tốc độ tia phun Áp suất phun có ích Mật độ lý tưởng khơng có lớp biên Mật độ Lamđa Mật độ khơng khí Mật độ nhiên liệu lỏng DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Kim phun nhiên liệu loại đa lỗ tia Hình 2.2 Đặc tính phun nhiên liệu [4] Hình 2.3 Sự thay đổi áp suất xi lanh thay đổi đường kính lỗ tia phun nhiên liệu [4] Hình 2.4 Tổng quan trình xảy kim phun nhiên liệu [12] Hình 2.5 Vị trí xảy xâm thực kim phun nhiên liệu [14] 10 Hình 2.6 Hiện tượng xâm thực xả lỗ tia phun nhiên liệu [14] 11 Hình 2.7 Ảnh hưởng hệ số phun hệ số K đến tượng xâm thực [14] 13 Hình 2.8 Ảnh hưởng tỷ số L/D đến vận tốc phun nhiên liệu [18] 14 Hình 2.9 Ảnh hưởng tỷ số L/D đến đường kính lỗ tia phun nhiên liệu [18] 14 Hình 2.10 Sơ đồ tia phun nhiên liệu động Diesel [13] 15 Hình 2.11 Cấu trúc chùm tia phun nhiên liệu [20] .16 Hình 2.12 Mức phát thải hợp pháp NOx PM cho xe tải nặng theo tiêu chuẩn khí thải châu Âu (Tiêu chuẩn Euro) [8] .20 Hình 2.13 Vùng hình thành muội NOx theo nhiệt độ tỷ lệ tương đương khơng khí nhiên liệu (1/𝛌) [10] .21 Hình 3.1 Động Diesel KIA - JD K3500 23 Hình 3.2 Piston động Kia - JD K3500 24 Hình 3.3 Biên dạng thiết kế piston động Kia - JD K3500 [9] 24 Hình 3.4 Biên dạng thiết kế piston động Kia - JD K3500 sau thiết lập 25 Hình 3.5 Quy ước góc quay trục khuỷu phần mềm AVL Fire [18] 25 Hình 3.6 Phần chia lưới mơ kim phun có lỗ tia phun [18] .26 Hình 3.7 Các thông số chung động .27 Hình 3.8 Các thông số chuyển dịch piston 27 Hình 3.9 Mẫu piston dạng ω AVL Fire [18] 29 Hình 3.10 Hình dạng hình học piston động Kia - JD K3500 29 Hình 3.11 Mẫu hình học mẫu kim phun AVL Fire 30 Hình 3.12 Thơng số hình học piston 30 Hình 3.13 Thơng số hình học kim phun 30 Hình 3.14 Các khối mơ hình piston 32 Hình 3.15 Mơ hình piston dộng Kia - JD K3500 sau chia lưới .32 Luan van Hình 3.16 Thiết lập chế độ mô 33 Hình 3.17 Thiết lập mơ đun tính tốn 34 Hình 3.18 Tổng quan loại điều kiện biên [18] .35 Hình 3.19 Vị trí áp dụng điều kiện biên đối xứng [18] 35 Hình 3.20 Vị trí mặt di chuyển đoạn nhiệt [18] 36 Hình 3.21 Các lựa chọn cho điều kiện biên theo chu kỳ [18] 36 Hình 3.22 Thiết lập điều kiện biên Piston 37 Hình 3.23 Thiết lập điều kiện biên cho xi lanh 37 Hình 3.24 Thiết lập điều kiện biên trục 38 Hình 3.25 Thiết lập điều kiện biên đầu mặt chuyển .38 Hình 3.26 Thiết lập điều kiện biên phần thể tích bù 39 Hình 3.27 Thiết lập điều kiện biên đầu nắp xi lanh .40 Hình 3.28 Thiết lập thuộc tính nhiên liệu (khơng khí) 41 Hình 3.29 Thiết lập điều kiện ban đầu 41 Hình 3.30 Thiết lập phương trình kích hoạt tính tốn 43 Hình 3.31 Thiết lập tần số giá trị đầu .44 Hình 3.32 Khởi động mơ đun tính tốn kết dạng chiều .44 Hình 3.33 Tạo file khởi động lại 45 Hình 3.34 Tạo file lưu 45 Hình 3.35 Thiết lập vận chuyển nhiên liệu 46 Hình 3.36 Khởi chạy đầu mở rộng 46 Hình 3.37 Thiết lập mơ hình cháy 46 Hình 3.38 Thiết lập mơ hình khí xả NO .47 Hình 3.39 Thiết lập mơ hình khí xả muội than 47 Hình 3.40 Thiết lập nhiên liệu đầu vào 48 Hình 3.41 Thiết lập đối tượng mô .48 Hình 3.42 Thiết lập liệu chung cho kim phun 49 Hình 3.43 Thiết lập kích thước hạt nhiên liệu 49 Hình 3.44 Thiết lập liệu hình học kim phun 50 Hình 4.1.Các tiêu kinh tế kỹ thuật tơ [18] 53 Hình 4.2 Biểu đồ cơng suất – mô men 54 Hình 4.3 Biểu đồ suất tiêu hao nhiên liệu 56 Luan van đại với mức độ phức tạp quan điểm tính tốn khác giúp người dùng lựa chọn phương án hợp lý tốn Cơng cụ tính tốn mơ động Diesel (ESE Diesel) AVL Fire có giao diện tương đối đơn giản dễ sử dụng đảm bảo kết tính tốn tin cậy xác Với cơng cụ người dùng mức độ khác từ người bắt đầu tới chuyên gia sử dụng để giải toán CFD cần quan tâm [6] 77 Luan van PHỤ LỤC B BẢNG KẾT QUẢ Thông số động tốc độ động 600 vịng/phút Thơng số động tốc độ động 1200 vịng/phút 78 Luan van Thơng số động tốc độ động 1800 vòng/phút Thông số động tốc độ động 2400 vịng/phút 79 Luan van Thơng số động tốc độ động 3000 vịng/phút Thơng số động tốc độ động 3600 vòng/phút 80 Luan van Thông số động tốc độ động 4200 vịng/phút Thơng số động tốc độ động 5000 vòng/phút 81 Luan van NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KIM PHUN ĐẾN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ DIESEL THE EFFECT OF INJECTOR NOZZLE HOLES ON DIESEL ENGINE PERFORMANCE Đinh Tấn Ngọc, Đỗ Văn Dũng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM TÓM TẮT Hiện nay, động Diesel sử dụng nhiều đặc biệt lĩnh vực vận tải hàng hải Tuy nhiên để tối ưu công suất, giảm suất tiêu hao nhiên liệu giảm nhiễm cần cải tiến thêm Trong báo tác giả dùng phần mềm AVL – FIRE để nghiên cứu ảnh hưởng kim phun nhiên liệu buồng đốt thống nhất, cụ thể đường kính lỗ tia phun đến: cơng suất, moment khí thải động Diesel (động Diesel Kia JD – K3500) Kết mơ cho ta thấy với đường kính d=0,16mm cơng suất moment tốt ngược lại với d=0.2mm cho khí thải tốt Kết nghiên cứu làm sở tìm biện pháp cải tiến kim phun nhiên liệu, nâng cao hiệu suất giảm khí thải động Diesel Từ khố: Đường kính lỗ tia phun; cơng suất; mơ phỏng; AVL – FIRE; động Kia JD – K3500 ABSTRACT Nowadays, Diesel engines are so popular, especially in the field of transportation and marine However, in order to increase power, reduce consumption and emission, further improvement is necessary In this research, AVL - FIRE software was used to study the effect of injectors to combustion chamber, the injection hole diameter related to: power, torque as well as exhaust gas on Diesel engine (Kia JD - K3500 Diesel engine) The results show that with d = 0.16mm, the best power, low fuel consumption but high emissions And d=0.2mm, the lowest emission The results of this research improve fuel injectors and diesel engine performance Key words: nozzle diameter; power; simulation; AVL - FIRE; Kia JD - K3500 engine GIỚI THIỆU Từ đời đến động Diesel không ngừng cải tiến phát triển để đáp ứng nhu cầu thị trường Tuy nhiên tồn đọng số vấn đề khó khăn việc nâng cao cơng suất động giảm lượng khí thải Động Diesel hoạt động tốc độ cao đòi hỏi việc nguyên tử hóa nhiên liệu - xảy chủ yếu xâm thực nhiễu loạn vùng lân cận vịi phun phải thích hợp buồng đốt với thời gian cực ngắn Một số thông số quan trọng bao gồm kích thước lỗ tia phun, xâm thực, độ côn chùm tia, vận tốc nhiên liệu, mật độ khơng khí mà nhiên liệu bơm vào ảnh hưởng đến việc tăng cường nguyên tử hóa nhiên liệu [1] Để nghiên cứu ảnh hưởng thời gian phun đến đặc tính q trình cháy khí thải động Diesel, tác giả Nguyễn Văn Tổng Em Nguyễn Lê Duy Khải sử dụng phần mềm mô KIVA3V thay đổi thời gian phun từ 6° đến 12° góc quay trục khuỷu (CA) giữ nguyên thời điểm phun để đánh giá tác động đến công suất, suất tiêu hao nhiên liệu phát thải bồ hóng NOx khí thải động Diesel RV125-2 Kết công suất động đạt giá trị lớn nhất, đồng thời bồ hóng NOx giảm đáng kể thời gian phun nằm khoảng từ 6° đến 9° CA [2] Bên cạnh đó, tác giả Trần Quang Vinh mơ trình phun nhiên liệu trình cháy động D1146TIS sử dụng phần mềm CFD AVL-Fire để đánh giá trình cháy bên động [3] Ngoài ra, với 82 Luan van nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hạt nhiên liệu, nồng độ nhiên liệu tốc độ phun nhiên liệu vào buồng đốt tác giả Rohit Sharma, Rana Ranjit Singh Shailendra Kumar Vishwaka cho kết lỗ tia phun nhiên liệu nhỏ có kích thước giọt nhỏ hơn, chí giảm áp suất phun nguyên tử hóa nhiên liệu tốt hơn, bay nhanh trộn tốt [4] Với nghiên cứu Dr Hiregoudar Yerrennagoudaru, Kullaya Swamy K góc nhiên liệu với hướng phun khác có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất động khí thải [5] CƠ SỞ LÝ THUYẾT Q trình hịa trộn hỗn hợp lịng xy lanh q trình rối loạn khơng khí có áp suất cao nhiên liệu có động lớn dạng sương thời gian ngắn từ 1,6 đến 60 𝜇s Q trình cháy thơng số trình cháy phụ thuộc nhiều vào chất lượng thời gian chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu Kim phun nhiên liệu ảnh hưởng lớn hiệu suất khí thải động diesel Một vấn đề khó khăn gặp phải trình phát triển động Diesel hoạt động tốc độ cao phải nguyên tử hóa nhiên liệu thích hợp buồng đốt thời gian cực ngắn Một số thơng số quan trọng bao gồm kích thước lỗ tia phun, xâm thực, độ côn chùm tia, vận tốc nhiên liệu, mật độ khơng khí mà nhiên liệu bơm vào ảnh hưởng đến việc tăng cường nguyên tử hóa nhiên liệu Kết thử nghiệm cho thấy lỗ có đường kính đầu nhỏ làm tăng hệ số phun đến phạm vi định gây gia tăng trình nguyên tử hóa nhiên liệu Q trình phun nhiên liệu ảnh hưởng nhiều đến công suất động cơ, nhiên q trình phun khơng thể tránh khỏi tượng xâm thực, làm giảm hiệu suất phun làm xói mịn kim phun [6] Hình Tổng quan trình xảy kim phun nhiên liệu [6] Khi nhiên liệu vào lỗ tia phun, hình thành vùng áp suất thấp Và điều xảy tuần hồn làm giảm diện tích nhiên liệu vào, nơi gọi “vena contracta” (đường kính dịng nhỏ nhất) [6] Hình Vị trí xảy xâm thực kim phun nhiên liệu [6] Thông lượng khối ṁf động lượng Ṁf qua lỗ kim phun xác định thông qua vận tốc u, mật độ ρ diện tích dịng A: ṁf = ∫A u ρ dA geo (1) ̇ Mf = ∫A geo u2 ρ dA (2) Một hệ số Ca xác định để liên kết diện tích lỗ tia phun thực tế với diện tích lỗ tia phun tồn phần mà khơng có lớp biên Ca = A A.ρ geo ρ1 (3) Trong A ρ giá trị cho trường hợp thực tế Ageo ρl giá trị lý tưởng khơng có lớp biên 83 Luan van Hình Hiện tượng xâm thực xảy lỗ tia phun nhiên liệu [6] Khu vực có diện tích nhỏ (tại ‘’vena Contracta’’) đánh dấu c hình theo đinh nghĩa Nurick [6] Hệ số co Cc đc xác định sau: Cc = Ac Ageo (4) Trong Ac diện tích lỗ tia phun vị trí c hình Ageo diện tích lỗ tia phun lý thuyết Vận tốc thực tế có ích qua lỗ kim phun xác định cách sử dụng thông lượng khối động lượng: Ṁ uef = ṁf f (5) Vận tốc tổn thất lý thuyết tính từ phương trình Bernoulli: 2∆P uth = √ ρ (6) Hệ số vận tốc Cv định nghĩa tỉ số vận tốc có ích lý thuyết: u Cv = u ef th (7) Cường độ xâm thực gọi số xâm thực Điều định nghĩa theo nhiều cách Số xâm thực định nghĩa theo Nurick là: K= P1 −Pvapor P1 −P2 (8) Trong P áp suất, số đầu vào lỗ tia phun đầu lỗ tia phun , Pvapor áp suất nhiên liệu Trong vòi phun, hệ số phun Cd tỷ lệ lưu lượng thực tế với lưu lượng lý thuyết Hệ số phun Cd tính phương trình tượng Ngồi điều kiện lưu lượng dịng chảy, đặc điểm hình học lưu lượng vịi phun, bán kính đầu vào lỗ tia phun tỷ lệ chiều dài với đường kính lỗ vòi phun ảnh hưởng đến hệ số phun Cd Được xác định thông qua tham số đầu vào C1 C2 Bằng cách này, ta ước tính áp suất đầu vào p1 cho dịng chảy rối sau: p1 = p2 + ρ ∙( Ugeo ) Cd (9) THIẾT LẬP MÔ PHỎNG Việc nghiên cứu ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến công suất động Diesel Kia - JD K3500 thực phần mềm AVL Fire [7] Đây phần mềm xây dựng tảng mơ hình tốn mơ q trình mà lý thuyết CFD quan tâm giải quyết, đặc biệt lĩnh vực động đốt trình cháy, trình phun nhiên liệu, trình truyền nhiệt, chuyển động phân tử, phản ứng hóa học xảy trình trao đổi chất, xử lý khí thải (after-treatment),… Đối với tốn cụ thể, Fire có nhiều mơ hình tốn đại với mức độ phức tạp quan điểm tính tốn khác giúp người dùng lựa chọn phương án hợp lý toán Cơng cụ tính tốn mơ động Diesel (ESE Diesel) AVL Fire có giao diện tương đối đơn giản dễ sử dụng đảm bảo kết tính tốn tin cậy xác [7] 3.1 Tạo lưới thông số mô Bảng Trình bày thơng số động Diesel Kia - JD K3500 [8] Thông số Giá trị Nhiên liệu Diesel Số xy lanh Đường kính x Hành trình 98 x 104 piston (mm) Dung tích (cc) 3455 84 Luan van Tỷ số nén Số lượng xú páp Kiểu xy lanh Thời điểm phối khí Góc mở sớm xupap nạp (0) Góc đóng muộn xupap nạp (0) Góc mở sớm xupap thải (0) Góc đóng muộn xupap thải (0) Kim phun Kiểu kim phun Số lỗ tia x đường kính (mm) 22 Ướt 120 400 500 120 Đa lỗ tia x 0,182 Hình Sơ đồ tiến hành thực nghiệm Hình Thiết lập thơng số động Hình Biên dạng thiết kế piston động Kia - JD K3500 sau thiết lập Hình Phần chia lưới mơ kim phun có lỗ tia phun Hình Thơng số hình dạng piston động Kia - JD K3500 85 Luan van Hình Thơng số hình dạng kim phun động Kia - JD K3500 Hình 10 Mơ hình lưới piston dộng Kia JD K3500 3.2 Thiết lập tham số mơ hình hóa (Simulation Parameters) Hình 12 Thiết lập mơ đun tính tốn Sau thiết lập thơng số ta tiến hành thực chạy mô phỏng, thời gian trung bình hồn tất lần mơ khoảng máy vi tính trang bị vi xử lý Core i5 4500U KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thực q trình mơ phỏng, tốc độ động thay đổi từ 600 đến 5000 (vòng/phút) tương ứng với đường kính lỗ tia khác D1=0,16mm; D2=0,17mm; D3=0,18mm D4=0,19mm; D5=0,2mm cho tốc độ động Ở hình 12 thể đồ thị công suất – moment động tốc độ theo đường kính lỗ tia phun khác Với đường kính D=0,2mm cơng suất momen thấp tốc độ thấp, trước vận tốc động đạt 2000 vịng/phút với đường kính nhỏ cơng suất moment thấp Khi qua thời điểm tốc độ 1800 vịng/phút đường kính nhỏ cho cơng suất moment xoắn cao, vận tốc cao chênh lệch rõ Hình 11 Thiết lập chế độ mơ 86 Luan van nhỏ, sau 1800 đường kính nhỏ suất tiêu hao Tại tốc độ động 4200 (vòng phút) suất tiêu hao nhiên liệu tăng D1, D2, D3, D4, D5: 2,59% ; 2,52% ; 2,76% ; 3,11% Hình 13 Sự ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến công suất moment động - Tốc độ động từ 4000 (vịng/phút): • Cơng suất giảm D1, D2, D3, D4, D5 : 2,44% ; 2,42% ; 2,63% ; 2,95% • Moment giảm D1, D2, D3, D4, D5 : 2,36% ; 2,24% ; 2,32% ; 2,58% Hình 15 Sự ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến phát thải NOx Lượng NOx sinh có xu hướng giảm tốc độ động cao (ngoại trừ D=0,2) Và đường kính nhỏ lượng NOx sinh lớn Việc giảm đường kính lỗ tia phun làm gia tăng lượng NOx sinh Nhưng với đường kính lỗ tia phun D5 lúc khơng cịn tượng nhỏ giọt vận tốc 600 vòng/phút Lượng NOx sinh với đường kính lỗ tia phun D5, D4, D3, D2, D1 tăng 5,35% ; 8.19% ; 8.95% ; 12,98% Theo đồ thị, đường kính lỗ tia phun, lượng NOx sinh vận tốc 1200 vòng/phút giảm so với lượng NOx sinh vận tốc 600 vịng/phút Riêng đường kính lỗ tia phun D5 tốc 600 vòng/phút bị nhỏ giọt sinh lượng NOx nhỏ nên so với vận tốc 1200 vịng/phút lượng NOx sinh khơng giảm mà lại tăng lên đến 89,29% Hình 14 Sự ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến suất tiêu hao nhiên liệu Tại vận tốc trước 1800 vòng/phút Suất tiêu hao nhiên liệu cao với đường kính 87 Luan van Hình 16 Sự ảnh hưởng đường kính lỗ tia phun đến phát thải muội than Về muội than ta thấy tốc độ trước 3000 vịng / phút (ngồi trừ D= 0,2mm) đường kính nhỏ lượng muội than sinh nhỏ Và ngược lại tốc độ cao, đường kính lỗ tia phun nhỏ muội than sinh lớn Hình 17 Biểu đồ so sánh đặc tính ngồi động vận tốc 1800(vịng/phút) Tại tốc độ động 1800 (vịng/phút), xét mặt cơng suất, moment suất tiêu hao nhiên liệu đường kính lỗ tia phun khác cho giá trị gần Xét mặt phát thải NOx với đường kính D5 cho phát thải nhỏ so với đường kính cịn lại, đường kính giảm lượng phát thải NOx tăng lên Xét mặt phát thải muội than với đường kính D1 cho phát thải nhỏ so với đường kính cịn lại, đường kính tăng lượng phát thải muội than tăng lên Hình 18 Biểu đồ so sánh đặc tính ngồi động vận tốc 3000(vịng/phút) Tại tốc độ động 3000 (vịng/phút), xét mặt cơng suất, moment suất tiêu hao nhiên liệu đường kính lỗ tia phun khác cho thấy chênh lệch rõ ràng Với đường kính lỗ tia phun nhỏ cơng suất, moment tăng suất tiêu hao nhiên liệu giảm Xét mặt phát thải NOx với đường kính D5 cho phát thải nhỏ so với đường kính cịn lại Và với đường kính giảm lượng phát thải NOx tăng lên Tương tự phát thải NOx, mặt phát thải muội than với đường kính D5 cho phát thải nhỏ so với đường kính cịn lại Và với đường kính giảm lượng phát thải NOx tăng lên Hình 19 Biểu đồ so sánh đặc tính ngồi động vận tốc 4200(vòng/phút) Tại tốc độ động 4200 (vịng/phút), xét mặt cơng suất, moment suất tiêu hao nhiên liệu đường kính lỗ tia phun khác cho thấy chênh lệch rõ ràng so với tốc độ thấp Với đường kính lỗ 88 Luan van tia phun nhỏ công suất, moment tăng suất tiêu hao nhiên liệu giảm Xét mặt phát thải NOx với đường kính D5 cho phát thải nhỏ so với đường kính cịn lại Và với đường kính giảm lượng phát thải NOx tăng lên Tương tự phát thải NOx, mặt phát thải muội than với đường kính D5 cho phát thải nhỏ so với đường kính cịn lại Và với đường kính giảm lượng phát thải NOx tăng lên KẾT LUẬN Nhìn chung, qua kết mơ ta thấy với đường kính nhỏ cho công suất moment lớn, tiêu hao nhiên liệu nhỏ Tuy nhiên, đường kính nhỏ cho lượng khí xả NOx muội than lớn Ngược lại, đường kính lỗ tia lớn cho khí xả thấp 89 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Đình Thọ, Nghiên cứu trình phun nhiên liệu động Diesel, 2006 [2] Trần Quang Vinh, Mơ q trình phun nhiên liệu trình cháy động D1146TiS sử dụng phần mềm CFD AVL-FIRE, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2007 [3] Nguyen Le Duy Khai Nguyen Van Tong Em, A Study on the Effects of Duration of Injection on Emissions and Combustion Characteristics in a Direct Injection Diesel Engine Science Technology Development Journal, 17(4): p 67-76, 2014 [4] Rohit Sharma, Rana Ranjit Singh “Experimental study of the Effect of Fuel Injector nozzle holes on Direct Injection Diesel Engine” [5] Dr Hiregoudar Yerrennagoudaru, Kullaya Swamy K B, “Effect of Nozzle Holes and Turbulent Injection on Diesel Engine Performance” [6] Design of Direct Injection Fuel Injector Nozzle [7] www.avl.com [8] http://www.altra888.com [9] Effect of Fuel injection pressure and Injection timing on fuel pray, engine performance, emission [10] Abdul Rahim Ismail, Effect of injector nozzle holes on diesel engine performance, p 83, 2010 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Đinh Tấn Ngọc Đơn vị: Bộ môn động cơ- khoa Cơ Khí Động Lực Điện thoại:037.903.55.36 Email:ngocdt@hcmute.edu.vn Luan van S K L 0 Luan van ... KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG GIẢNG VIÊN TRẺ Đề tài: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KIM PHUN ĐẾN CÔNG SUẤT, SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL. .. CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Tp HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2019 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KIM PHUN ĐẾN CÔNG SUẤT, SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU VÀ KHÍ... Mục tiêu: - Nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi đường kính lỗ tia phun nhiên liệu đến cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu khí xả động Diesel Tính sáng tạo: Đã xây dựng mơ hình kết mơ hệ thống nhiên liệu