Nghiên ứu điều khiển quá trình háy động ơ háy nén ó kiểm soát hoạt tính nhiên liệu (rcci)

Ngày giao làm Luận văn tốt nghiệp :6.. Phương pháp lưỡng nhiên liệua.. - Mô hình bung cháy phc tp Fractal.

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

động cơ cháy nén có ki m soát ho t tính ể ạ

haint.via@gmail.com Ngành K thu ỹ ậ t Cơ khí độ ng l c ự

Giảng viên hướng d n: PGS.TS ẫ Trn Quang Vinh

5. Ngày giao làm Luận văn tốt nghiệp :

6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 30/05/2020

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS Tr n Quang Vinh ầ

Lờ i cảm ơn

Tôi xin chân thành c   i h c Bách khoa Hà N i, Phòng  

o, Vikhí ng l c và B    thc hi n lu n án t   i h c Bách khoa Hà N i Xin c  

t o và Vi ng l c v s h    tr  trong su t quá trình tôi làm lun án

Tôi xin chân thành cy Tr n Quang Vinh  ng d n tôi h t

s c t  m t chuyên môn C y, cô B môn và Phòng thí nghit trong -  i h c Bách khoa Hà N i luôn 

  tôi có th th c hi n và hoàn thành lu n án này    

Tôi xin bày t lòng bi n các th y ph n bi n, các th y trong    

hng  lun  c duy t và góp ý các ý ki tôi có th hoàn ch nh lu n    ng nghiên c

Tóm tắ t nội dung luận văn

ci thm phun nhiên lihình dnh piston

K t qu tính toán mô ph ng quá trình cháy cho th y mô hình     ng

có tin y cao, k t qu tính toán c   làm vi   c ch RCCI phù h p 

vi các các công trình nghiên c 

H c viên th c hi n ọ ự ệ

Nguyễn Thanh H i ả

1.2 m soát hot tính nhiên li u (RCCI) 5

Giới thiệu chung 5 1.2.1

Nguyên lý làm việc của động cơ RCCI 6 1.2.2

Quá trình giả i phóng nhi t của động cơ RCCI 8 ệ 1.2.3

S d ng nhiêu li ử ụ ệu trong động cơ RCCI 8

1.3 Kt lu 16

BOOST 172.1 Phn m m AVL Boost 17

Giới thiệ u ph n m m AVL Boost 17 ầ ề 2.1.1

Tính năng cơ bả n c a ph n m m 17 ủ ầ ề 2.1.2

Ứ ng d ng c a ph n m m AVL Boost 18 ụ ủ ầ ề 2.1.3

2.2  lý thuy t và giao di n c  a phn m m AVL Boost 18

Giao diện người dùng 18 2.2.1

Cơ sở lý thuy t 23 ế 2.2.2

Mô hình cháy 26 2.2.3

Mô hình hỗ n h p nhiên li u 27 ợ ệ 2.2.4

Mô hình truyề n nhi t 28 ệ 2.2.5

Mô hình tính toán các thành phầ n khí th i đ ả ộng cơ 32

2.2.6

2.3 c xây d ng mô hình trên ph n m m AVL Boost 33  

Quy trình chung 33 2.3.1

3.1 Xây d ng mô hình 363.2 Nhp d u cho các ph n t 38li  

CHƯƠNG 4 KẾT QU TÍNH TOÁN MÔ PH NG 47Ả Ỏ

4.1 So sánh k t qu c  y nguyên b n và khi chuy n sang ch   

 RCCI 474.2 ng ca góc phun sc tính c 514.3 Kt lu 58

KT LUN CHUNG 59

NG PHÁT TRI N C  TÀI 59

TÀI LIỆU THAM KH O 60Ả

DANH MỤ C HÌNH V VÀ Đ TH Ẽ Ồ Ị

ng các ch t khí trong khí x    2

ng phát tri n c    5

Hình 1.3 B trí v trí phun nhiên li  7

nh bu 7

c mu i và phân b bên trong bu ng cháy 7  

Hình 1.6 Bi    t l gi i phóng nhit [3] 8

Hình 1.6 T  t a nhi t và giá tr nh c a nhi t t     i thm b  u phun [3] 13

Hình 1.7 Nhing gi i phóng vi các góc phun khác nhau [3] 14

Hình 1.8 Hình dng c   15

Hình 2.1 Ca s kh  ng c  a phn m m AVL Boost 19

Hình 2.2 Ca s giao di n chính c a phn m m 19

Hình 2.3 Cân bng trong xylanh [5] 25

Hình 2.4 Giao din các thông s  u chu 27

Hình 2.5 Giao din mô t s thi t l   p mô hình h n h p nhiên li u 27  

Hình 3.1 Hình nh b   nghi m 36

Hình 3.2 Mô hình cháy c  37

Hình 3.3 Khai báo d  li u chung cho ph n t   ng ng 38

Hình 3.4 Khai báo d  li u chung cho ph n t    39

Hình 3.5 Khai báo d  li u chung cho ph n t bình n áp 40  

Hình 3.6 Khai báo các thông s c a nhiên li u thay th cho ph n t vòi phun I1      43

  th so sánh momen, công su t gi a mô ph ng và th c t 44    

  th so sánh su t tiêu hao nhiên li u gi a mô ph ng và th c t 44     

  th so sánh phát th i CO, NO x gi a mô ph ng và th  c t 45

  th so sánh phát th i PM gi a mô ph ng và th c t 45    

  th so sánh di n bi n nhi  trong bu ng cháy t i momen 2Nm 47     

  th so sánh di n bi n nhi  trong bu ng cháy t i momen 6Nm 47     

  th so sánh di n bi n nhi  trong bu ng cháy t i momen 10Nm 48      Hình 4.4 Công su t và su t tiêu hao nhiên li u c   ng  48

ng phát th i NOx 49

ng phát th i PM 50

ng phát th i CO 50

Hình 4.8 Din bi n nhi  bên trong bu ng cháy t i 2Nm 51    

Hình 4.9 Din bi n nhi  bên trong bu ng cháy t i 6Nm 52    

Hình 4.10 Din bi n nhi  bên trong bu ng cháy t i 10Nm 52    

Hình 4.11 Din bi n áp su t bên trong bu  ng cháy t i momen là 2Nm 53

Hình 4.12 Din bi n áp su t bên trong bu  ng cháy t i momen là 6Nm 53

Hình 4.13 Din bi n áp su t bên trong bu ng cháy t i momen là 10Nm 54   

Hình 4.14 Su t tiêu hao nhiên li u và phát th i PM c       i momen là 2Nm 54

Hình 4.15 Su t tiêu hao nhiên li u và phát th i PM c       i momen là 6Nm 55

Hình 4.16 Su t tiêu hao nhiên li u và phát th i PM c       i momen là 10Nm 55

Hình 4.17 Phát thi CO và NOx ci momen 2Nm 56

Hình 4.18 Phát thi CO và NOx ci momen 6Nm 56

Hình 4.19 Phát thi CO và NOx ci momen 10Nm 57

DANH M C BỤ ẢNG BI U Ể

Bc tính c nhiên li u ph gia nâng ch s cetan 11a    

B ng 1.2  ng ca các thông s i t  LRF l 12

B ng 2.1 Các bi ng và cha các bing 20

B ng 2.2 Các bi ng và chng trên mô hình 20

B ng 2.3 Các ph n ng hình thành №x trong khí x 32   

B ng 3.1 Thông s    36

B ng 3.2 Chi ti t các thông s nh p cho ph n t       ng ng trên mô hình 38

B ng 3.3  Chi tit các thông s nhp cho ph n t    39

B ng 3.4  Chi tit các thông s nh p cho ph n t bình n áp trên mô hình 40    

B ng 3.5  Nhp thông s cho xylanh 41

B ng 3.6  Th  hi n các thông s nâng xupap n p theo góc quay tr   c khuu 41 B ng 3.7  Th  hi n các thông s nâng xupap th i theo góc quay tr   c khuu 42

DANH M C KÍ Ụ HIỆU VÀ T VIỪ ẾT T T Ắ

CCS Combined Combustion System (H thng cháy kt hp)

RCCI Reactivity Controlled Compression Ignition (Nén cháy ki m soát 

hot tính nhiên liu)

LTC Low Teamperature Combustion (Cháy nhi  thp)

PFI Port Fuel Injector (Phun c a np)

LRF Low Reactivity Fuel (Nhiên li u ho t tính th p)   

HRF High Reactivity Fuel (Nhiên li u ho t tính cao)  

LTHR Low Temperature Heat Release (T  t a nhit  nhi  thp) HTHR High Temperature Heat Release (T   t a nhit  nhi  cao)

CA Crank Angle (Góc quay trc khuu)

SCR Selective Catalytic Reduction 

ATDC After Top Dead Center 

BTDC Before Top Dead Center 

CDC Conventional Diesel Combustion (Bung cháy diesel truy n th ng)  

NG Natural Gas (Khí thiên nhiên)

PM Particualte Matter (Khí thi dng h t)

EGR Exhaust Gas Recirculation (Luân hi khí th i)

IMEP Indicated Mean Effective Pressure (Áp sut ch th  trung bình)

UHC Unburned Hydrocacbon 

CTCT Chu trình công tác

 t trong

 m ch t trên 

1

1.1 Vấ n đ ề tiêu th nhiên li u và ô nhiụ ệ ễm môi trường

Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu

1.1.1

Nhiên liu hóa th ch c n ki t và m c phát th i t         n giao thông chi m t   tr ng lt trong hii cn có hi u su t nhi  t

ng phát th i các ch t gây ô nhi m không khí t    

itrogen oxides (NOx), h t b hóng (PM), carbon  monoxide (CO), hydrocacbon (HC), carbon dioxide (CO2chim kho ng 45-55% tng phát thi toàn cu Hàng n m, toàn th gi i th   i 37 t 

t n CO 2, t ph vào khí th i nhà kính, gây m t m i lo ng   i

l n v bi  i khí h u toàn c u V   ô nhi m không khí  ng nghiêm trng s ng, s c kh  i và sinh v,

h u h t các qu c gia trên th gi    u có nh ng bi n pháp gi i h n nghiêm ng    t

v m c phát thi cn giao thông

M t khác, tính chung m i ngày trên th gi i tiêu th kho ng 86 tri u thùng       

d         t trong V  ng trên, các nghiên c u phát tri m c ng   diesel có m t s c quan tr ng, b i l    ch  c n m t c i thi n hi u su    t

nh    i s i mng r t l n t i kinh   

t  ng

M c dù có m t s    m h n ch v hi u su t s d      ng và phát th  d ng nhiên li u hóa th ch v n còn khá ph bi    nhi xu t thay th   t trong b ng các ngu ng l c có hi u su t s    d

ng m t tr  c t p, chi phí cao, khó áp

d ng vào th c t nên hi n ch d ng m        tic nghiên c u và hoàn thi n thêm Các lo i xe hybrid ho  m khi áp d ng cho các 

n nh    t b t l i khi áp dn có t i tr ng  

li tính b n b và kho ng cách di chuy n dài M t khác, hi u su t c a các        

ng th  n các th t thoát khác trong quá trình s n xu    a, m t mát trong quá trìn      

  m c dù hi u su t s d ng c     

là nhng h n ch r  t ln khi áp dn vào th c t 

Xét chung l i, v i chi phí h p lý, b n b , ti n l i cùng v i vi c s d ng           nhiên li u ph bi n, d dàng tìm th y h      mt trong

v  thay th    n Tuy nhiên, vi c c i thi n hi u su    n các mi

s d ng các lo i nhiên li u thay th , gi m s ph        thuc vào nhiên li u hóa th ch  

là r t c n thi t

Nhng nghiên cng t p trung vào quá trình cháy c a nhiên li u, thành ph n hóa h c c a nhiên li u, nâng cao ch      t

2

ng hòa tr n c a h n h     c i thi n hi u su t c   u mô hình cháy v i hi u su t cao, phát th i ô nhi m th      nhi thp (LTC Low Temperature Combustion) Vi c cháy nhi    thp mang l i hi u su     h ng (có th t t 60%),   i

ng th i nhi  bu ng cháy th p nên s gi    ng phát th i  NOx và các thành ph c h i

Vấn đề ô nhiễm môi trường

Hình 1.1 Hàm lượ ng các ch t khí trong khí x ấ ả động cơ [3]

1.1.2.2 Carbon monoxide (CO)

Carbon monoxide (CO ) l thoát ra có hàm 2 là (hình 1.1) CO

1.1.2.3 Nitrogen o xide s (NO x )

L     NO, nitrous oxide (N2O) và nitrogen dioxide (NO2trong môi

1.2 Động cơ nén cháy có ki m soát ho t tính nhiên liể ạ ệu (RCCI)

Giới thiệu chung

1.2.1

ng phát tri n  t trong ngày nay ch y u t p trung vào   các m c tiêu chính là nâng cao hi u qu làm vi   c c 

t nhiên li u, gi m các thành ph n phát th    c h i Các gi  c các m c tiêu trên bao g m nghiên c u c i thi n và nâng cao hi u qu quá trình       cháy, nghiên cn h p cháy m i, nghiên c u các   

Mcui cùng là gi m tiêu hao nhiên li u, khí th i và PM   

  n t ng ng n p (intake manifold  injection)    c ti p (direct injection)    (supercharging), phun áp su t cao (high-pressure injection) n hong  ch   t cháy trong

mt vài ch  elf (s -igniting in some cases)

    n t      d ng bu ng cháy ph (whirl  chamber) lên phun tr c ti p (direct injection)   (supercharging), phun áp

6

sut cao (high-pressure injection), n ho ng ch h n h     ng nh t trong m t vài ch (homogeneous in some cases) v   i di(m soát hot tính nhiên li u  )

m soát ho t tính nhiên li u (RCCI) là m  ng phát tri n m i c      n nhi th p nh m gi i quy t bài    toán v  ng và nâng cao tính kinh t c RCCI s d ng hai nhiên li  viu khi n quá trình cháy thông qua 

u khi n quá trình ph n ng c a nhiên li u b ng cách       u khi n tr c ti p t l     

h n h p nhiên li  ng v i t u ki n ho ng c  th  c

M c phát th i NO  x và PM có th tha mãn tiêu chu n khí th i hi n t i mà không    

c n các thi t b x lí khí th i diesel (SCR, DPF) Các c p nhiên li u có th         c

s d  n h-diesel,

   s cetane

 nhi  th  t

ng phát tri n m t trong trên th gi i nói chung và   

Vit Nam nói riêng Tuy nhiên Vi t Nam thì vi c nghiên c u các lo  cháy nhi thp còn khá m i m V i nh ng l    

l i thì vi c nghiên c u, thi   t k u khi n quá trình cháy nén  

- Nhiên li u ho t tính ệ ạ thấ p (LRF): ng  c l a ch n làm LRF, 

c phun vào xy lanh thông qua h th ng ng n p (Port Fuel  Injector) và hòa trn v i không khí trong su   t k n p

- Nhiên li u ho t tính cao (HRF): ệ ạ HRF       c phun tr c ti p vào xy lanh trong k   nén v i s l n phun có th là 1, 2 hay 3 l n     

 , l n phun sng t i nh ng vùng th tích b chèn trong xy    lanh (squish region) (Hình 1.4)ây là khu v c hình thành nhi u mu i trong quá   trình cháy (Hình 1.5) Th m phun mu      n la

 sinh công

7

Hình 1.3 B trí v trí phun nhiên li ố ị ệu trong động cơ RCCI

Hình 1.4 Phân vùng trên đỉ nh bu ồng cháy động cơ diesel

Hình 1.5 Kích thướ c mu i và phân b bên trong bu ng cháy ộ ố ồ

Theo k t qu nghiên c u t     

kh   n hành trên m t vùng t i r ng c   -14.6 bar) v i m c phát th i NO x g n b ng 0, phát th i b     t tiêu chu n, t l    t và

  n ch p nh   c hi u su t ch th      RCCI và m ng, có th thc phát

th i NO x và b hóng gi u sut ch th  ng 16,4%

8

Ph n c chia làm 2 loi:

- Ph n ng toàn c c: ph n    n t khng

ca tng lo i nhiên li u và ho t tính c a chúng (ch s octan và xetan)      

- Ph n ng phân l p: không th d    c và ph  thuc vào chiu dài tia phun và s hòa tr n c a nhiên li u phun tr c ti p v i hòa khí Ph n ng phân         

l p có th làm tr    thm bu cháy, gi m t l nhi   ng gi i phóng và 

gi m t l    t u này lí gi i t   v n hành trên m t vùng t i rng

Vm cháy bu xu t hi n v i nhiên li   c phun tr c ti p do nó là nhiên li u ho t tính cao     (ch   s ng

n v trí c a nhiên li u ho t tính th p (ch s octan cao) Tuy nhiên, s lan tràn        màng l a còn ph thu c vào lo   m phun nhiên li u và góc phun 

ca tia phun

Quá trình giải phóng nhiệt của động cơ RCCI

1.2.3

Quá trình gi i phóng nhi t c  m 2 quá trình nh (Hình 1.6):

- Gii phóng nhi t nhi   thp (Low Temperature Heat Release): nh 

c LTHR ch y u ph a   thuc vào nhiên li u  hot tính cao vi hiu sut nhit âm

- Gii phóng nhi t nhi  cao (High Temperature Heat Release): h u h t

da vào nhiên l c hòa tri c (LRF)

9

r t nhi u lo i nhiên li u có th       c l a ch n Trong nh  , các nhà khoa h c t p trung nghiên c u k t h p các lo i nhiên li u LRF và HRF khác       nhau Hi n t        d ng nhiên li  i v  

ng nhiên ling nhiên li u là s d ng hai lo i nhiên li      t o hòa khí trong bu ng cháy , c n hai thùng ch a nhiên li 

u thì thêm m t s ch t ph      thay th nhiên li u ph n ng    giúp ti t ki m không gian b      c n s d ng m t thùng ch a nhiên    liu

1.2.4.1 Phương pháp lưỡng nhiên liệu

hot tính th p i

  c s d ng ph bi n và r ng rãi, ây là m t l i th khi       

s d u ho t tính th p   u nghiên c     n t p trung vào vi c s d      t nhiên li u ti Tuy nhiên, nó phi m t v i v   thi u h t nhiên li u   

và s t o thành b hóng do trong thành ph n hóa h c c        a nhân



Khí thiên nhiên nén (CNG - Compressed Natural Gas) là m t lo i nhiên li  u hóa th ch không th tái t o gi   hiên nhiên là h n h p bao g  m

ph n l n là methane và các thành ph       

 Trong thành ph n hóa h c c a khí thiên nhiên không ch a    

n ch vi c hình thành b hóng Giá thành c a khí thiên nhiên    

tc Nhiên li u c n có ch s octane cao phù h p v i nh      

 gi m kích n , trong khi v n t o ra m t gradient ph n ng l n M        

m khác c a c n nhi  là  , nh    h p th nhi t trong quá  

 u, u qu làm mát và gi m nhi   khí cháy

d n gi m s hình thành NO  x  a, trong thành ph n c n có oxy và  

10

m thi u phát th i b hóng   

Tuy nhiên, nhi t tr  thp c a c n ch b ng m t n a so v      hiên nhiên nên m ng th p, d n viu tiêu th khi s  

d ng cho cùng lo u ch ra r ng khi s d ng methanol/diesel    

có th m r ng vùng t   n 12 bar IMEP mà không c n s d ng h    thng luân h i khí x  c l i, n u s d  el thì khi áp sut quá 7 bar IMEP [3] phi s  d ng h thng luân hi khí x

Tóm l i, s d ng khí thiên nhiên, ethanol, methanol làm nhiên li u ho t tính     thcó th m r ng vùng làm vi c c     so v i dùng 

  d ng cùng m t nhiên li u ho t tính cao Trong ba nhiên li u thay th,    methanol và ethanol cho hi u qu làm mát t  n hóa hc

có ch a oxy giúp gi  c NOx và b hóng Tuy nhiên, m   ng thp c a nhiên li u c n d   n  ng tiêu th nhiên li    n u mu n gi  công su  i

b Nhiên li u ho t tính cao ệ ạ

Nhiên li u ho t tính cao (  HRF   ) c s d ng là diesel và biodiesel Diesel là nhiên li u không th tái t o, tr     ng diesel hi n t i còn có th s d ng     tron  t p trung m t s vùng trên th gi i [3]     , nhi u 

qu c gia ph i m t v i tình tr ng thi u h    ng và ph thu u c d

y vi c khám phá, s d ng nhiên li u tái t o Biodisel là nhiên li u có      th tái t   s d u này có th giúp gi m s ph    thuc vào nhiên li u hóa th ch, gi m phát th khí nhà kính và    i

1.2.4.2 Phương pháp đơn nhiên liệu kết hợp với phụ gia

c s d ng cùng v i nhiên li u ho

     t tính th p   t o ra gradient ph n ng thì c n m t s      cht giúp c i thi n ch s    

c hòa tr n v i nhiên li u ho t tính th p,      n hc phun tr c 

11

tit nhiên li u ho t tính cao Hai ch t giúp c i thi n ch      

s  c s d -ethylhexyl nitrate (2-EHN) và di-tert-butyl peroxide (DTBP) c tính nhiên li u c a ph gia    c ch tra trong 

B ng 1.1 ả Đặ c tính c a nhiên li u ph gia nâng ch s cetane [3] ủ ệ ụ ỉ ố

Chemical formula

Lower heating value (MJ/kg)

Stoichiometric air fuel ratio in mass

Liquid density at 25 o C

27.4 8.46 0.963

33.8 10.85 0.796

, CNdual-fuel là s cetane c a nhiên li u trong xy lanh,    CN low và CN high

là s cetane c a nhiên li u LRF và HRF,    e và high là t l mole c a LRF và HRF   

B  i t l nhiên li u, ho t tính c a hòa khí trong xy lanh s     i

d n t i góc cháy tr    ng, góc cháy tr s t    l nhiên li

Có nhi u nghiên c u v    ng c a t l nhiên li u ho t tính th p (LRF)      

t i hi u su t và s hình thành phát th      l nhiên li u LRF 

 lên t i 90% K   l nhiên li u LRF, th m

12

(theo góc quay tr c khu u) t i v trí nhiên li  c 50% s b  lùi li (CA50)

    l LRF thì th i gian cháy tr     , CA50

ã có nhi u nghiên c u công b v v       l LRF   k t qu 

 i r t khác nhau Nhi u công b cho r ng,      l LRF giúp c i thi n  công su t, nhiên li u và phát th i c    t s nghiên c u khác l i cho k t qu    c l u này có th do nh ng khác bi t v      thut

ca các  u v  thm bu phun nhiên lic tính ca nhiên li

  l LRF, phát th i NO x gi m xu ng do nhi   bu ng cháy gi m  Tuy nhiên, khi quan sát trong B ng 1.2 v n có m  ng h p cho k t qu phát   

th i  NOx Nguyên nhân là do trong quá trình thí nghi m, nh m bc

i thì ph i gi m t l EGR,       l LRF Vi c gi m  EGR s d  i NOn x, tuy nhiên m phát th i NO x v n th p h   tiêu chun EURO VI

B ng 1.2 ả Ảnh hưở ng c a các thông s ủ ố khi thay đổ ỉ ệ i t l LRF [3]

Fuel low/high Load LRF ratios SOI EGR Perfor

mance CA50 RR PP NOx Soot UHC CO

9.0 bar

3 bar Low Medium High

42.5%

45%

Varied 0%

S l n phun là s    ng xung phun trong m t chu trình công tác, nh  có 

 n s phân b c a HRF và hình d ng c a hòa khí bên trong xy lanh     

n hành thí nghi m so sánh gi a phun m t l n v i phun hai l n, s       

d ng nhiên li u iso-octane và n-heptane   ch  4,75 bar IMEP

13

Hình 1.6 T ốc độ ỏ t a nhi t và giá tr nh c a nhi t t a ra ệ ị đỉ ủ ệ ỏ

khi thay đổ i th ời điể m b ắt đầ u phun [3]

ng h p phun hai l n, kho ng cách gi a 2 l    c c nh là 25  

 góc quay tr c khu c phun l u tiên Hình 1.7 th hi n t    t a nhi t t i các th  m phun khác nhau Thm bu phun là 35o CA BTDC nh t  t a nhing

có th  ki m soát m t cách d dàng  

ng, quá trình cháy  quá trình

ki m soát hòa tr n h n h p nhiên li u/không khí Các nhà khoa h       d ng

m nh s phân b c a nhiên li   a, khi

a và trong quá trình cháy c a h th ng common-rail v i th i gian phun     

l t là 145°, 50°, 15° CA BTDC Có th  thy nhi ng gi i phóng c a

ng h p góc phun 145° v i góc phun 50°

v  s nén 17 do quá trình cháy di n ra ch u su t nhi t

c  s nén 14 t  s nén 17 Tuy nhiên, khi t u su t nhi t

diesel ng c thi t k t   n nhiên li u 

c hòa trc v i không khí,  n thi t k  

mt loi piston phù h p cho vi c hòa tr  c ca nhiên li u 

B m t ti p xúc có th     ng t i qu i nhi t trong bu ng  cháy gi m s    i nhi t, t l di n tích trên th tích ph i gi m Tuy nhiên,       khi gi m t l di n tích trên th tích l i       ng kính c a bu ng cháy trên  

m phun sHình 1.9 cho th y hai hình d    c ki m nghi m so sánh v  i piston nguyên b n Khi s d  nh piston m i thì quá trình phun nhiên li u  

 c t u su t nhi  37% lên t i 40% t i 2600 vòng/phút, 6.9 bar  IMEP Phát thi NOx và PM nm trong gii hnh mà không c n x lý khí  

15

th i.

Hình 1.8 Hình d ng c ạ ủa các đỉnh piston trong động cơ RCCI

1 V nhiên li u s d ng,     có th  nhiên li u ho c   ng nhiên li u 

P  ng nhiên u cho phép li u khi n quá trình cháy d  dàng      u Nhiên li u ho t tính th p nên   ch có nhi t tr   Nhiên li u ho t tính cao có th s d ng nhiên li u truy n th ng là diesel      ng h p s  

d ng biodiesel làm nhiên li u ho t tính cao s có hi u qu gi m NO       x rõ



2 S l n phun và th   m phun ng r t l n hi u su t và m  c phát th i c Viu ch nh  thng nhiên

liu phun tch có th áp d ng   trên n th ng s  

d ng h  thng phun ki u   n t

3 T s nén th hi n vùng ho     ng c a RCCI T s nén càng cao thì   vùng ho ng RCCI càng b thu h p T s nén t      m trong kho ng 15:1 

4 Do chuy n sang n p h n h   ng nhnh piston cc thay

  phù h p v i d ng h n h p này     

17

AVL BOOST 2.1 Phần m m AVL Boost ề

Giới thiệu phần mềm AVL Boost

2.1.1

Phn m m AVL Boost b c phát tri n t   , hic các nhà nghiên c u s d ng r ng rãi trong vi c tính toán nhi      ng chu trình công tác c

Gói ph n m m Boost bao g m m t b n x     ti   v i b x tr   

mn

p các thu t toán mô ph  c t ho

t t c các ph n t Dòng ch y trong      t chi u Theo 

c a m t chi ti t khác    c bi t có l i khi mô ph ng chuy   ng trong xylanh, quá trình quét khí c hay mô ph ng chuy ng ph c t p  trong các ph  n t gi m thanh

Công c h u x lý IMPRESS CHART và PP3 giúp phân tích các k t qu     có

Phn m m AVL- c dùng r t nhi u trong các nghiên c u khoa h c    

hi n nay nh   m và ti n ích mà nó mang l i M t s     a

ph n m 

- Mô ph ng các quá trình công tác c  chính xác và tin cy cao, t o thu n l i trong m c tiêu tính toán và thi t k       c khi phân tích các quá trình nhi  ng h c

18

- Mô ph mn nhi u xylanh, cho lo 

y nhiên lic b n kì v i d i công su t    

 nh  n c l y

-  nh các thông s trong quá trình nhi  ng h c, dòng ch y trong  

i khí, quá trình phun nhiên li u, quá  ng,

 nh các thông s này ph i s d ng các thi t b ph c t p và t n kém          

- Giúp rút ng n th i gian thi t k , gi m chi phí và s       ng s n ph m m  u thi    t k , t t c ng 

v

- Giúp ch  c nh    u có th x    nhanh ti a chi ti ho s n ng hóa 

Ứng dụng của phần mềm AVL Boost

2.1.3

AVL Boost cho phép tính toán các ch   ng Boost có th dùng 

  t ch     th ng n p và th  xupap, ph i h p  các b ph 

Các ng d n hình ca phn m m AVL Boost bao g m:  

- c tính momen, tiêu hao nhiên li u 

2.2 Cơ sở lý thuyết và giao di n c a ph n m m AVL Boost ệ ủ ầ ề

Giao diện người dùng

2.2.1

Ca s khng ph n m c th hin trên hình s 2.1 

19

Hình 2.1 C a s ử ổ khởi độ ng c a ph n m m AVL Boost ủ ầ ề

C a s giao di n hình 2.2 c a ph n m     m Boost khi kh   chun b vào quá trình xây d  mô ph ng 

20

ng Chng

Kt ni các ph n t   Chy các mô hình Xoay trái, xoay ph i  Trng thái mô ph ng 

u khi n mô ph ng   Tóm t t Nhn xét mô hình Th  hi n k t qu  Tham s mô hình King h p Các ph n t   n c a ph n m m AVL Boost   

B ng 2.2 Các bi ả ểu tượ ng và ch ức năng các đối tượ ng trên mô hình

kh yu b t kì v trí nào trên ng     thu c mô hình 

3 ng ng (Pipe)  K t n i các ph n t thay th cho các ng n p th i trong th c t       

5 Bình n áp 

(Plenum)

Thay th    n ng có tr ng thái  nh v nhi  , áp su t, thành ph n h n h p   

Phn m

- ng kính l phun, s l phun, th   m phun và th i gian phun 

- T   c hình hc ca tia phun

- Thành ph a hn c n h p bên trong xylanh 

- c hình hc ca bung cháy

2.2.1.2 Phần tử điều kiện biên (Boundaries Elements)

- Điề u ki n biên x lý khí th i (Aftertreatment Boundary) ệ ử ả

Ph  n t u ki n biên x lý khí th i cung c p các k t n i c a mô hình x lý        khí th i t   i s d u ki n x lý khí th  u kiu vào và

u kic k t n i v i m t b chuy     i xúc tác ho c v i m t b l c     khói d ng h t (DPF) i u ki n biên này      c s d ng mô ph ng x lý khí     

th i.

- Điề u ki n biên bên trong (Internal Boundary) ệ

Ph  n t u ki n biên trong s d   u ki n bên trong ng  

22

ng th ch và dití n tích b m tích c a 

     i b ng hai l n th tích công tác c a các xylanh    

   m t thm t c th i, áp su t, nhi    và thành phnhau trong toàn b th tích  c a bình

ng h p n u sóng áp su t có      n s v ng c a dòng môi ch t bên trong bình thì nên thay ph n t bình n áp b ng ph n t       

- i ph c t p tuy nhiên ch yêu c u cung c    p

m t vài d  liu vào Các d u nh p g m s k li        s g áp, máy nén, hi u su t máy nén và tuabin  

-  có b sung thêm các d u v momen quán tính c  li  a

m làm vi  c n i suy t   c theo thi gian t b  (map) và ph thu c vào t    t c th i c a rotor, t l kh i     

ng dòng không khí, t s    i v i mô hình mô ph ng ch chuy   n tim làm vii theo th i gian 

- Máy nén khí (Turbo Compressor)

Ph    n t c s d ng h p 

t s    áp và hi u su i, theo lý thuy t có th   c

ng t  ho c m   th chu n N u       c ng t  chu n 

ho c m t d i làm vi c c a máy nén thì t      s  u sunh theo t l khng tc thi ca dòng ch y và t  c a máy nén th c t

gi thit môi ch t công tác trong th tích công tác c a xy    lanh ti thm b t k  

  u tr ng thái cân b t h th ng nhi t cân b  y, v i 

t trong th tích làm vi c c a xy lanh các quá trình    

cnh lu t nhi ng th nh t (nhi  ng c p cho 

   i n c s

dng bao gnh lut nhing h c th nh t, các mô hình cháy, t a nhi t, mô hình tính toán hàm     

ng các ch t ô nhi m có trong khí x  

Mô hình vật lý của định luật nhiệt động học thứ nhất áp dụng cho động cơ đốt trong

         n ngh ch, bi  

ng hóa h c thành nhi  nh tr ng thái c a môi ch t t i     t ng th i

m c a quá trình c n ph i bi t c th các ph n ng trung gian bi          i t h n

hu thành s n ph m cháy cu  nh lu t nhi ng h c th nh  t

a tru và cu i quá trình cháy Vi c áp  

dnh lui ph i bi t di n bi   n trung gian ca

nh lu t nhi ng h c th nh t th hi n m i quan h gi a s bi n          thiên ca n  i s bi n thiên ca nhi 2.1) [2]:

mc - Khng môi cht bên trong xy lanh

u - Na môi ch t trong xy lanh 

pcyl - Áp sut bên trong xy lanh

dme - Khng khí thi ra ngoài xy lanh

hi - Enthalpy ca khí np vào xy lanh

he - Enthalpy c a khí x  ra ngoài xy lanh

25

Hình 2.3 Cân b ằng năng lượ ng trong xylanh [5]

c áp d ng cho c   n h p bên trong và bên ngoài xy lanh Tuy nhiên, s  i thành ph n h n h p c a hai    

ng h p trên là khác nhau, vì v   i v i t ng h p thì s có thêm các  

gi  thi i v i quá trình hình thành h n h p bên trong xy lanh có thêm  các gi thi t sau [2]: 

- Nhiên li u c p vào xy lanh t cháy t c thì 

- H n h  c hòa tr n t c thì vng khí sót trong xy lanh

- T l A/F gi m liên t c t giá tr       cao  thm bn giá tr  thp

  th  m k t thúc  

 c bii thành:

(2.3)

Vic gi thu c vào mô hình quá trình cháy, quy lu t  

t a nhi t và quá trình truy n nhi t qua thành xy lanh    t, nhi