Tính toán mô phỏng cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) phun trực tiếp trong động cơ có tỷ số nén cao

Tính toán mô phỏng cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) phun trực tiếp trong động cơ có tỷ số nén cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG LÊ VĂN TỤY TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN (CNG) PHUN TRỰC TIẾP TRONG ĐỘNG CƠ CÓ TỶ SỐ NÉN CAO Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT Mã số: 62.52.34.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – 2009 1 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn là mục tiêu nghiên cứu của ngành động cơ. Trong tình hình dầu mỏ đang cạn kiệt và sự biến đổi khí hậu đang trở thành hiểm họa đối với loài người thì vấn đề nêu trên càng trở thành mối quan tâm hàng đầu của cả thế giới. Song song với việc hoàn thiện các hệ thống c ủa động cơ đốt trong để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường thì các dự án, các chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này cũng đã và đang được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu. Trong các nguồn nhiên liệu thay thế thì khí thiên nhiên được quan tâm hàng đầu nhờ tính chất cực sạch của nó, trữ lượng l ại lớn và phân bố khắp nơi trên trái đất. Với lý do đó đề tài «Tính toán mô phỏng cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) phun trực tiếp trong động cơ có tỷ số nén cao» của luận án có ý nghĩa hết sức to lớn và mang tính cấp thiết cao, nó không những góp phần làm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu cho động cơ nhiệt trong khi dầu mỏ đang cạn kiệt mà còn góp phần tiết kiệm năng lượng và giảm thi ểu ô nhiễm môi trường trong tình hình mới. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Ngoài mục đích giảm thiểu ô nhiễm môi trường, làm phong phú nguồn nhiên liệu dùng cho các phương tiện giao thông vận tải, đề tài còn hướng tới mục đích sử dụng hiệu quả hơn nguồn nhiên liệu mới sạch này trong động cơ có tỷ số nén cao nhằm nâng cao hiệu suất và công suất động cơ, sử dụng tiết kiệm nhiên li ệu khí thiên nhiên (CNG). ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Như tên đề tài và với mục đích nghiên cứu đã chỉ rõ, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án là hệ thống phun trực tiếp nhiên liệu khí thiên nhiên cho động cơ có tỷ số nén cao. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU : Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp; trong đó chủ yếu là phương pháp mô phỏng; theo đó đưa hệ thực về hệ qui ước tương đương, qua đó xây dựng mô hình tính toán động lực học cho hệ thống. Ngoài ra, luận án còn sử dụng các công cụ mô phỏng hóa bằng số với sự trợ giúp của máy tính thông qua phần mềm lập trình trực quan bằng ngôn ngữ Microsoft Visual Basic để giải các hệ phương trình vi-tích phân của mô hình. Hơn nữa, để khẳng định tính đúng đắn và tin cậy của của mô hình và phương pháp, kết quả cho bởi mô hình được kiể m chứng bởi các mô hình thực nghiệm tương đương. 2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: Bằng giải pháp phun trực tiếp hai giai đoạn nhiên liệu khí thiên nhiên cho động cơ có tỷ số nén cao, ngoài việc nâng cao hiệu suất và công suất động cơ nhiệt sử dụng nhiên liệu thay thế; luận án còn chỉ ra hướng phát triển chuyển đổi cho động cơ diesel khi mà nhiên liệu diesel không còn. Vì vậy đề tài của luận án không những có ý nghĩa khoa học lớn trong việc sử dụng hiệ u quả hơn nhiên liệu khí thiên nhiên mà còn mang tính thực tiễn cao trong quá trình chuyển đổi động cơ xăng và diesel truyền thống sang động cơ sinh thái cho tương lai khi tình hình nhiên liệu có dấu hiệu khủng hoảng, dầu mỏ đang cạn kiệt và tình hình biến đổi khí hậu ngày một trở nên nghiêm trọng. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI VỀ MẶT KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN : c Luận án xây dựng được mô hình tính toán hệ thống phun trực tiếp hai giai đ oạn nhiên liệu khí thiên nhiên điều khiển bởi rơ-le điện từ kép cho động cơ có tỷ số nén cao tương tự như diesel mà không phụ thuộc vào nhiên liệu diesel. Lượng phun chu trình được xác định theo mô hình tích phân ở công thức (2.41): d Luận án chỉ ra đặc trưng kiểm soát thông minh và linh hoạt của rơ-le điện từ kép (hình 3.18b) đối với hai van cấp/xả của nhánh điều khiển vòi phun; theo đó cho phép loại b ỏ thời kỳ trùng điệp của chúng trong giai đoạn quá độ đóng kim phun, rút ngằn thời gian phun, kết thúc phun dứt khoát; góp phần khống chế hiện tượng kích nổ đối với nhiên liệu khí thiên nhiên trong động cơ có tỷ số nén cao. e Luận án xây dựng được mô hình tia phun rối khuếch tán tích hợp «Gauss- Hiroyasu» đối với tia phun nhiên liệu khí trong buồng cháy động cơ: ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = = 2 2 2 2 2 max 3 2 3 1 2 2 1),,( b y Exp S x Expx D C tg C yzyxC tf t (5.36) f Luận án xây dựng được phần mềm tính toán mô phỏng đối với hệ thống phun trực tiếp hai giai đoạn nhiên liệu khí thiên nhiên áp dụng cho động cơ có tỷ số nén cao. Phần mềm còn cho phép nhúng kết linh hoạt mô hình tia phun nhiên liệu khí trong buồng cháy động cơ với mô hình hệ thống phun trực tiếp mà luận án đã thiết lập. Tia phun được mô phỏng dưới dạng biểu đồ màu và tọa độ nồng độ trong h ệ tọa độ hai chiều (2D); qua đó cho phép phân tích trực quan trường phân bố nồng độ tia phun nhiên liệu khí trong buồng cháy động cơ; sự phát triển tia phun theo thời gian và ảnh hưởng của các yếu tố vận hành khác đến tia phun. 3 Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án được trình bày trong 5 chương: Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu khí thiên nhiên cho động cơ có tỷ số nén cao tương tự như động cơ diesel. Chương 2: Nghiên cứu xây dựng mô hình phun trực tiếp nhiên liệu khí cho động cơ đốt trong với nhánh điều khiển được kiểm soát bởi rơ-le điện từ. Chương 3: Xây dựng phầ n mềm tính toán mô phỏng hệ thống phun trực tiếp nhiên liệu khí thiên nhiên cho động cơ đốt trong bằng ngôn ngữ lập trình trực quan Microsoft Visual Basic. Qua đó cho phép phân tích diễn biến các thông số đặc trưng của hệ thống phun; phân tích đánh giá ảnh hưởng của các thông số kết cấu cũng như các yếu tố vận hành đến quá trình phun. Tính toán phát triển mô hình với phương pháp phun hai giai đoạn cho động cơ có tỷ số nén cao như diesel với kiể u điều khiển bằng rơ-le điện từ kép tốc độ cao. Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm về sự phát triển tia phun trong buồng cháy động cơ bằng máy chụp hình tốc độ cao. Nghiên cứu thực nghiệm trường phân bố tốc độ tia phun bằng phương pháp Laser Doppler Anemometry (LDA). Chương 5: Xây dựng mô hình mô phỏng tia phun nhiên liệu khí trong buồng cháy động cơ. Phân tích kết quả cho bởi mô hình bằng biểu đồ màu kế t hợp với tọa độ nồng độ trong không gian hai chiều (2D). Chương 1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN TRONG ĐỘNG CƠ CÓ TỶ SỐ NÉN CAO 1.1. VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI. Trước tình hình cạn kiệt của dầu mỏ và sự nóng lên của bầu khí quyển, ngoài các giải pháp hoàn thiện động cơ thì việc tìm kiếm các nguồn nhiên liệu mới thay thế là mục tiêu hướng tới của phần lớn các nghiên cứu phát triển hiện nay trên thế giới; và đó cũng là mục tiêu hướng tới của đề tài. Trong các loại nhiên liệu mớ i sạch, thì nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) được các nhà khoa học quan tâm hàng đầu vì CNG là nguồn nhiên liệu sạch và đầy triển vọng cho ôtô sinh thái tương lai. Một ưu điểm nổi bậc nữa của CNG là nó có tính chịu nén tốt và tính chống kích nổ cao nên có thể ứng dụng làm nhiên liệu không những thuận lợi đối với động cơ xăng mà cả động cơ có tỷ số nén cao như diesel chuyển đổi theo hướng động cơ nhiên liệ u kép (Dual-fuel) hoặc động cơ sử dụng thuần khí thiên nhiên CNG. 4 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI. 1.2.1 Đặc điểm nhiên liệu khí thiên nhiên. Nhiên liệu khí thiên thiên hình thành đồng hành cùng dầu mỏ, có thành phần chính là khí methane CH 4 ở thể khí trong điều kiện thường, hóa lỏng ở áp suất 1atm và nhiệt độ âm -162 0 C. Đây là loại nhiên nhiệu sạch nhất trong các nhiên liệu hóa thạch vì có thành phần carbon ít nhất, phân bố khớp nơi và chưa được khai thác nhiều như dầu mỏ. 1.2.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên trong giao thông vận tải. Tháng 12/2006 đã có hơn 6 triệu phương tiện giao thông vận tải dùng nhiên liệu khí thiên nhiên ở 72 quốc gia trên thế giới. 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN CHO ĐỘNG CƠ CÓ TỶ SỐ NÉN CAO. Cũ ng giống như xăng và khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, nhiên liệu khí thiên nhiên dễ hình thành kích nổ khi áp dụng trong động cơ có tỷ số nén cao. Theo kết quả nghiên cứu của nhiều công trình thì với hỗn hợp hòa trộn trước đồng nhất có tỷ lệ tương đương gần với lý thuyết, nhiên liệu CNG chỉ có thể phát huy hiệu quả với động cơ CNG có tỷ số nén quanh giá trị ε = 12. Để có thể ứng dụ ng khí thiên nhiên trong động cơ có tỷ số nén cao như diesel, nhất thiết phải phun trực tiếp với các giải pháp như sau . 1.3.1 Phun trực tiếp CNG với kiểu vòi phun liên hợp kép Diesel-CNG. Đây là giải pháp tiên tiến và hiện đại, và đã được tập đoàn năng lượng Westport (Hoa kỳ) nghiên cứu thành công và đăng ký bản quyền từ tháng 5/2008. Theo đó, nắp máy động cơ diesel được thay đổi để thay vòi phun diesel bởi tổ hợp vòi phun liên hợp kép Diesel-CNG có áp suất cao lên đến 3000÷3500[Psi]; trong đó nhiên liệu diesel chủ yếu làm mồi lửa. Tuy vậy nhược điểm của phương pháp là hệ thống cung cấp rất phức tạp vì phải sử dụng đồng thời hai nguồn cung cấp nhiên liệu cho tổ hợp vòi phun kép; mặt khác, giải pháp này vẫn còn phụ thuộc vào nhiên liệu diesel vốn gây ô nhiễm. 1.3.2 Phun nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) vào buồng cháy phụ. Giải pháp phun nhiên liệu thuần khí CNG vào buồng cháy phụ (hình h1.7) vớ i áp suất phun thấp 600÷1200[Psi] do lượng phun không cần lớn; thậm chí chỉ cần đủ làm ngọn lửa mồi cho hỗn hợp loãng trong buồng cháy chính. Phần nhiên liệu CNG trong buồng cháy chính được cấp qua đường nạp có hỗn hợp loãng để tránh hiện tượng kích nổ. Ưu điểm của phương pháp là không 5 còn phụ thuộc vào nhiên liệu diesel vốn gây ô nhiễm. Tuy vậy lượng nạp chu trình chủ yếu cấp qua đường nạp nên còn nhiều nhược điểm như hiệu suất thấp, tổn thất nhiên liệu qua đường thải bởi góc trùng điệp của xupap nạp thải, tăng ô nhiễm do HC và CH 4 chưa cháy thoát sớm ra ngoài. Hơn nữa, nó còn tăng tổn thất nhiệt do diện tích buồng cháy tăng. Mặc khác, tỷ số nén động cơ trong trường hợp này bị giới hạn bởi hiện tượng cháy kích nổ do hỗn hợp hòa trộn trước có tỷ lệ cao. 1.3.3 Phun trực tiếp CNG với kiểu vòi phun CNG vào buồng cháy thống nhất. Hệ thống phun trực tiếp với kiểu vòi phun CNG vào buồng cháy thống nhấ t trên cơ sở động cơ diesel chuyển đổi theo hướng giảm tỷ số nén để khống chế hiện tượng kích nổ được quan tâm nhiều hơn cả. Chẳng hạn như Ouellette P. and Philip G. Hill (1992) làm kín vòi phun nhờ kim phun hình nấm, khống chế kích nổ bằng vòi phun mồi diesel. Với Cox G. B. và cộng sự (2000) thì phun vào buồng cháy xoáy lốc, làm kín vòi phun bằng mạch dầu riêng, khống chế kích nổ bằng cách giới hạn tỷ số nén ε ≤ 16. Với David A. Blank (2004) [65] cũng vậy khống chế kích nổ nhờ giảm tỷ số nén ε < 16 bằng cách tạo thêm buồng cháy mi-ni trong buồng cháy xoáy lốc trên đầu piston. Còn với John T. Kubesh (2002) [78] thì phát triển động cơ kiểu cung cấp qua họng Venturi thành động cơ hỗn hợp vừa hút vừa phun trực tiếp để cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm NO x ; tuy vậy lượng cung cấp chính thông qua đường nạp nên vấp phải những nhược điểm tương tự giải pháp phun vào buồng cháy phụ; và tỷ số nén không cao vì giới hạn kích nổ. 1.4 KẾT LUẬN . Để nâng cao hơn nữa tỷ số nén cho động cơ sử dụng nhiên liệu thuần khí thiên nhiên CNG nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt và tiết kiệm nhiên liệu, giải pháp mà luận án đưa ra là phun trực tiếp hai giai đo ạn: giai đoạn phun sớm thực hiện đầu quá trình nén để tạo hỗn hợp đồng nhất loãng (φ ≤ 0,6) và giai đoạn phun muộn nhanh vào cuối chu trình nén để tạo hỗn hợp đậm phân lớp. Hệ thống phun hai giai đoạn được điều khiển bởi rơ-le điện từ kép tốc độ cao (hình 3.18b). Hình 1.7: Vòi phun CNG và buồng cháy phụ. 6 Chương 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH HỆ THỐNG PHUN TRỰC TIẾP NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG . Để không phụ thuộc vào dầu mỏ đang cạn kiệt, luận án chọn giải pháp phun trực tiếp nhiên liệu khí thiên nhiên cho động cơ có tỷ số nén cao như diesel theo hai giai đoạn: phun sớm tạo hỗn hợp đồng nhất loãng (φ ≤ 0,6) và phun muộn nhanh để tạo hỗn hợp đậm phân lớp; hệ thống điều khiển được kiểm soát bởi rơ-le điện từ kép tốc độ cao. Để đơn giản cho việc xây dựng mô hình đồng thời làm cơ sở cho việc kiểm chứng tính đúng đắn và tin cậy của mô hình cũng như phương pháp tính so với thực nghiệm, trong chương 2 này, trước tiên, rơ-le điện từ đơn thông dụng được áp dụng trước cho việc mô hình hóa. 2.1 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG PHUN TRỰC TIẾP NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ. 2.1.1 Mô hình hệ th ống phun trực tiếp nhiên liệu CNG điều khiển điện tử. Mô hình hệ thống phun trực tiếp kiểu rơ-le điện từ đơn thông dụng được thể hiện ở hình H2.1. Nhiên liệu CNG từ bình chứa có áp suất cao 3600 [Psi] sẽ được điều chỉnh đến áp suất cần thiết trong ống chung (1) để đến đầu rẻ nhánh (3), từ đây một nhánh được d ẫn đến buồng phun (5) của vòi phun; nhánh thứ hai được dẫn đến buồng cao áp (15) của rơ-le điện từ, rồi qua van nạp (14), đến khoang (9) trên đỉnh piston (8) của kim phun (6) nhằm thực hiện điều khiển quá trình phun. 2.1.2 Mô hình hóa các phần tử hệ thống phun trực tiếp điều khiển điện tử. 18 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 11 121315 141617 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phun CNG trực tiếp điều khiển điện tử. 7 Từ sơ đồ mô hình hệ thống phun như hình H2.1, luận án tiến hành mô hình hóa các phần tử thực tế bởi các phần tử qui ước, để từ đó thiết lập sơ đồ mô hình tính toán cho hệ thống như trên hình H2.4. Trong đó, các khoang chứa nhiên liệu CNG được thay thế bởi các dung tích V j tương ứng ; các phần tử biên tương tác lên hệ thống được thay thế bởi các “điều kiện biên” – kí hiệu B i - và được đặc trưng bởi các phương trình đặc tính biên tương ứng (mục 2.2.2). Các phần tử tiết lưu được thay thế bởi tiết lưu tương đương và được đặc trưng bằng khả năng thông qua là (μS) i , trong đó μ là hệ số lưu lượng còn S là diện tích tiết diện thông qua của tiết lưu, và i là chỉ số biểu thị cho tiết lưu thứ i. 2.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO HỆ THỐNG PHUN TRỰC TIẾP NHIÊN LIỆU KHÍ CNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ. 2.2.1 Thiết lập các phương trình động lực học nhiên liệu khí CNG cho hệ thống phun trực tiếp điều khiển đ iện tử. 2.2.1.1 Thiết lập các phương trình cân bằng lưu lượng cho các dung tích. Từ sự cân bằng lưu lượng đối với phần tử dung tích V i , áp dụng phương trình trạng thái và phương trình đoạn nhiệt, phương trình vi phân tổng quát biểu diễn sự biến đổi áp suất p i trong dung tích V i được thiết lập. )(tV kp dt dV QQ dt dp i ii l il k ki i ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −= ∑∑ (2.5) 2.2.1.2 Thiết lập các phương trình động lực học qua các tiết lưu Bằng cách áp dụng phương trình Bernoulli cho các phần tử tiết lưu, sử dụng thêm các phương trình liên tục, phương trình đoạn nhiệt, sau khi biến đổi ta có phương trình vi phân mô tả chuyển động của dòng khí qua các phần tử tiết lưu. V 1 B 0 V 2 V 5 V 6 V 8 V 7 B 4 B 9 B 10 B 3 ( μ S) 1 ( μ S) 2 ( μ S) 6 ( μ S) 8 ( μ S) 5 ( μ S) 3 ( μ S) 9 ( μ S) 7 ( μ S) 7 +- Hình 2.4: Sơ đồ tính hệ thống phun trực tiếp - rơle điện từ đơn. 8 () () ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ += ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − − ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = ∑ − − 2 1 1 21 1 2 2 1 1 2 ij ij ij ij k k i j i i ij ij k k i j i jjij v dt dv l p p p k k dt dv l p p k a SQ ξ ρ μ (2.10) 2.2.2 Thiết lập các điều kiện biên cho hệ thống phun trực tiếp nhiên liệu khí CNG điều khiển điện tử. 2.2.2.1 Đặc tính nguồn cung cấp. Các thông số tại biên nguồn cung cấp và bình hồi về là không đổi (hằng số) theo điều kiện biên ổn định được cho trước. 2.2.2.2 Phương trình cân bằng chuyển động của kim phun. Phương trình cân bằng kim phun dưới tác dụng của các biên cũng như áp suất trong hệ thống được cho theo (2.21) và minh họa trên hình 2.11. 0][ 11 =±±−−− ∑∑ == mskkkklx l j jj n i ii FxmCxFSpSp && (2.21) 2.2.2.3 Phương trình cân bằng lưu lượng và áp suất tại miệng vòi phun. Phương trình vi phân mô tả sự biến thiên áp suất (hình H4.4) và nhiệt độ của hỗn hợp trong xy lanh tác dụng lên miệng vòi phun được viết như sau. ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ += ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +−= ααα ααα d dV Vd dp p T d dT d dQ v c R d dV p v c R Vd dp 11 1 1 (2.29) F F qt qt F ms F ms F lx F lx p 7 p 2 p xl F F qt qt F ms F ms F F qt qt F ms F ms F lx F lx p 7 p 2 p 2 p xl p xl Hình 2.11: Sơ đồ lực tác dụng lên kim phun. 9 0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 TÝn hiÖu nhÊc kim phun ¸ p suÊt trong buång ch¸y TÝn hiÖu ®¸nh löa TÝn hiÖu §CT [§é] §iÖn thÕ (Vol) Hình 4.4. Các tín hiệu nhận được từ động cơ Transparence 2.2.2.4 Qui luật đóng mở van cấp – xả điều khiển bởi rơ-le điện từ. Phương trình đặc tính biên thuộc nhánh điều khiển có thể được mô tả bởi đặc tính cân bằng chuyển vị của rơ-le điện từ như sau (hình H2.12). ( ) () ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −+ −=+≤< =≤≤+ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − −=+<≤ h h vh vn n vn t ttt XtxttttKhi XtxttttKhi t tt XtxttttKhi 2 max22 max21 1 max11 cos1 2 1 )( : )( : cos1 2 1 )( : π π (2.37) 2.3 KẾT LUẬN. Mô hình động lực học tổng quát của hệ thống phun trực tiếp nhiên liệu khí CNG điều khiển điện từ được thiết lập, và lượng phun chu trình được xác định. a) Hệ phương trình vi phân tổng quát . b) Lượng phun chu trình . Hình 2.12: Đặc tính dịch chuyển của rơ-le điện từ [...]... phỏt trin tia phun nhiờn liu khớ trong bung chỏy, lun ỏn s dng phng phỏp quay phim tc cao vi mỏy quay hiu FASTAX quay tia phun nhiờn liu khớ LPG trong ng 17 c cú ca s trong sut (transparence) ti phũng thớ nghim Trng i hc Trung tõm Lyon (ẫcole Central de Lyon) - Cng Hũa Phỏp (hỡnh 4.2) Hộp điều khiển vòi phun Xăng Bộ khuếch đại Hộp điều khiển đánh lửa Accu thủy lực Động cơ thí nghiệm Động cơ điện N2... thit lp mụ hỡnh tia phun nhiờn liu khớ trong bung chỏy ng c Chng 5 NGHIấN CU Mễ PHNG TIA PHUN NHIấN LIU KH CNG TRONG BUNG CHY NG C Vic nghiờn cu thc nghim tia phun chng 4 l c s cho vic nghiờn cu xõy dng mụ hỡnh mụ phng tia phun trong bung chỏy ng c 5.1 Mễ HèNH TNH TON TIA PHUN RI KHUCH TN NHIấN LIU KH TRONG BUNG CHY NG C 5.1.1 Mụ hỡnh tớch phõn tớnh toỏn tia phun ri khuch tỏn trong khụng gian yờn... h thng phun trc tip nhiờn liu lng, h thng phun trc tip hai giai on nhiờn liu khớ ch cn mt l n (Df = 5,4[mm]) v ỏp sut phun khụng cao (pf =7,65[Mpa]) nhng cng cú th cung cp nhiờn liu khớ thiờn nhiờn cho chu trỡnh lm vic ca ng c cú t s nộn cao nh diesel m khụng b hin tng kớch n Vi ng c mụ phng KamAZ 740 thỡ lng phun trong giai on phun sm l 60% v kt thc phun trc im cht trờn 103[]; cũn giai on phun mun... b trớ thớ nghim o tia phun khớ CO2 bng h thng LDA Dantec Dynamics A/S c mụ t hỡnh H4.10 Tia phun Chựm tia Laser Mỏy to Tia L u dũ CO Giỏ iu chnh u B to ht & tia phun Hỡnh 4.10: S b trớ thớ nghim LDA 4.2.2 Phõn b trng tc trong tia phun khớ Kt qu o trng phõn b tc tia phun khớ CO2 vi ng kớnh l vũi phun: d = 0,003[m], vn tc phun ti ming vũi phun Umax = 30[m/s], gúc nghiờng tia phun: = 60o; c th hin... Lng nhiờn liu c phun nhanh vo cui k nộn (40%) cú thi gian phun nh hn thi gian chỏy tr ti thiu hin tng kớch n b khng ch, khụng kp xy ra 3.3.3.1 Tớnh toỏn quỏ trỡnh phun mun to hn hp m phõn lp Kt qu tớnh toỏn cho thy, mc du vi ỏp sut phun khụng cao (pf = 7,65 [MPa]) v vi vũi phun n (mt l Df = 5,4[mm]) nhng lng phun chu trỡnh vn bo m nh phun hai giai on: phun sm to hn hp ng nht loóng v phun mun nhanh... duy trỡ phun tf [ms] Hỡnh 3.10: S thay i lng phun chu trỡnh minj,thi gian phun hiu qu tinj theo thi gian duy trỡ phun tf Kt qu phõn tớch cỏc yu t vn hnh cỳng nh cỏc thụng s kt cu ca h thng phun nh hng n cht lng phun cho thy : Lng phun chu trỡnh ph thuc bc hai theo ỏp sut phun pf (hay t s ỏp sut hỡnh H3.9) Nú cng ph thuc bc hai vo ng kớnh l vũi phun Df (hay t s ng kớnh gia piston iu khin v l vũi phun. .. gian phun khụng quỏ 1[ms] v phun trong hn hp cụng tỏc cú nhit gn cui quỏ trỡnh nộn l 795[0K] 2) Tng t nh h thng phun trc tip nhiờn liu lng cho ng c ỏnh la cng bc, qui lut bin thiờn ca lng phun nhiờn liu chu trỡnh l ph thuc tuyn tớnh theo thi gian duy trỡ phun iu ny cho phộp kim soỏt thun li lng phun theo cỏc thụng s iu chnh trong vn hnh: minj = cm.tf + minj_0 3) Lng phun chu trỡnh ca h thng phun trc... phng cho tia phun nhiờn liu khớ trong bung chỏy ng c c n gin hn 5.2 Mễ PHNG S PHN B NNG TIA PHUN NHIấN LIU KH TRONG BUNG CHY NG C BNG BIU MU 5.2.1 Biu mu mụ phng s phõn b nng tia phun khi i xng Vi cỏc kt qu nhn c t chng 2 v 3, cựng vi mụ hỡnh tia phun tớch hp Gauss-Hiroyasu nờu trờn, cho phộp ta cú th mụ phng mt cỏch thun li nng phõn b nhiờn liu khớ CNG trong tia phun ri i xng bờn trong bung chỏy... TIA PHUN NHIấN LIU KH TRONG BUNG CHY NG C 5.3.1 Phõn tớch s phỏt trin tia phun theo thi gian bng biu mu Vi Ms Visual Basic, vic mụ phng tia phun c thc hin liờn kt vi quỏ trỡnh tớnh toỏn h thng phun trc tip, nờn vic kho sỏt s phỏt trin tia phun tr nờn thun li (hỡnh H5.12) Hỡnh 5.10: Din bin nng tia phun CNG theo phng hng kớnh vi x tng dn (tia phun KamAZ-CNG, tf =0) 5.3.2 nh hng ca tc dũng khớ trong. .. trỡnh phun trc tip nhiờn liu CNG hai giai on (phun sm v phun mun) cho bi mụ hỡnh cú th c biu din qua s minh ha trờn hỡnh 3.26 Nh phun sm vi hn hp ng nht loóng (60%), chun b tt hn hp cho quỏ trỡnh chỏy nhng hin tng kớch n khụng th xy ra; trong khi lng phun mun (40%) c phun tp trung v din ra trong thi gian rt ngn (nh hn 1[ms]) vi hn hp cú nhit khụng quỏ 800oK nờn hin tng kớch n c khng ch hon ton; bo m cung . TỤY TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN (CNG) PHUN TRỰC TIẾP TRONG ĐỘNG CƠ CÓ TỶ SỐ NÉN CAO Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT Mã số: 62.52.34.01. đề tài Tính toán mô phỏng cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) phun trực tiếp trong động cơ có tỷ số nén cao của luận án có ý nghĩa hết sức to lớn và mang tính cấp thiết cao, nó không. NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN CHO ĐỘNG CƠ CÓ TỶ SỐ NÉN CAO. Cũ ng giống như xăng và khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, nhiên liệu khí thiên nhiên dễ hình thành kích nổ khi áp dụng trong động cơ có tỷ số