1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ cng

15 0 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc động cơ cng
Tác giả Hồ Hữu Chấn
Người hướng dẫn TS. Trần Đăng Quốc, PGS.TS. Cao Hùng Phi
Trường học Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long
Chuyên ngành Cơ khí động lực
Thể loại Luận án
Năm xuất bản 2023
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 15
Dung lượng 557,35 KB

Nội dung

Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun tới phát thải CO theo độ mở bướm ga .... Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun tới phát thải NOx theo độ mở bướm ga.... Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầ

Trang 1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các

số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan

Tôi xin cam đoan các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực phù hợp với thực tiễn của Việt Nam và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Cơ khí, Phòng đào tạo, Khoa Cơ khí động lực, Nhóm chuyên môn Hệ thống động lực ô tô, đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

và thực hiện luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Đăng Quốc và PGS.TS Cao Hùng Phi, hai người thầy đã hướng dẫn tôi rất tận tình, chu đáo về chuyên môn trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án

Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long đã tạo điều kiện, động viên tôi trong thời gian học tập và nghiên cứu

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô, cán bộ Khoa Cơ khí động lực, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long đã hỗ trợ, động viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô phản biện, thầy cô trong Hội đồng đánh giá luận án đã đồng ý đọc duyệt và đóng góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án cũng như đưa ra những định hướng nghiên cứu trong tương lai Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp, những người đã luôn động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án

Nghiên cứu sinh

Hồ Hữu Chấn

Trang 3

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xv

MỞ ĐẦU 1

i Lý do chọn đề tài 1

ii Mục tiêu của luận án 2

iii Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

iv Phương pháp nghiên cứu 2

v Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

vi Các điểm mới của luận án 3

vii Bố cục của luận án 3

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 4

1.1.Tổng quan về nhiên liệu thay thế 4

Nhiên liệu sinh học (Biofuel) 5

Nhiên liệu hydrogen 8

1.2.Tổng quan về nhiên liệu khí thiên nhiên 10

Đặc tính nhiên liệu khí thiên nhiên 10

Nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) 13

Nhiên liệu khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) 14

1.3.Các nghiên cứu về động cơ đốt trong sử dụng khí thiên nhiên nén 15

Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 16

Động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu 19

Động cơ CNG chuyển đổi từ động cơ xăng 21

Động cơ CNG chuyển đổi từ động cơ diesel 22

1.4.Tổng quan các nghiên cứu về động cơ sử dụng khí thiên nhiên 23

Các nghiên cứu ngoài nước 23

Các nghiên cứu trong nước 24

1.5.Kết luận chương 1 25

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ 27

2.1.Cơ sở hình thành hỗn hợp 27

2.2.Cơ sở lý thuyết quá trình cháy 29

Trang 4

Các giả thuyết 31

Mô hình cháy không chiều 32

Khối lượng hỗn hợp đã cháy 33

Mô hình cháy một vùng: Tốc độ giải phóng nhiệt 33

2.3.Khái quát về mô phỏng 33

Phần mềm AVL Boost 34

Phần mềm Ansys Fluent 34

2.4.Nghiên cứu chuyển đổi động cơ 37

Lựa chọn động cơ 37

Nội dung kế thừa từ nghiên cứu của Trần Thanh Tâm 38

Nội dung phát triển trong chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng nhiên liệu CNG 39

2.5.Xây dựng đặc tính làm việc của động cơ sau chuyển đổi 45

Thiết bị thí nghiệm 45

Phương pháp thí nghiệm 51

Kết quả thí nghiệm 53

2.6.Kết luận chương 2 55

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG 56

3.1.Mục đích 56

3.2.Xây dựng mô hình động cơ nghiên cứu 56

Nghiên cứu động cơ mô phỏng bằng phần mềm AVL Boost 56

Xây dựng mô hình bằng Ansys Fluent 60

3.3.Hiệu chuẩn và điều khiển mô hình 67

Hiệu chuẩn mô hình trên AVL Boost 67

Điều khiển mô hình trên Ansys Fluent 69

3.4.Ảnh hưởng của thông số phun 69

Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun 69

Ảnh hưởng của lambda 75

Ảnh hưởng của thời gian phun 76

Ảnh hưởng của đường kính ống nạp 80

Ảnh hưởng của vị trí đặt vòi phun 85

Ảnh hưởng của áp suất phun 87

3.5.Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến đặc tính làm việc 89

3.6.Kết luận chương 3 92

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 94

4.1.Mục đích 94

4.2.Lựa chọn vòi phun điều khiển bằng điện 94

Trang 5

4.3.Ảnh hưởng của áp suất phun điều khiển bằng cơ khí đến chất lượng làm việc của

động cơ 96

Ảnh hưởng đến mô men và công suất 96

Ảnh hưởng đến phát thải của động cơ 97

4.4.Ảnh hưởng của áp suất phun điều khiển bằng điện đến chất lượng làm việc của động cơ 99

Ảnh hưởng của áp suất phun điều khiển bằng điện đến lượng nhiên liệu cung cấp 99

Ảnh hưởng của áp suất phun đến công suất và mô men động cơ 101

Ảnh hưởng của áp suất phun đến khí thải 102

4.5.So sánh ảnh hưởng của giải pháp phun nhiên liệu đến đặc tính làm việc của động cơ 104

4.6.So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng 107

4.7.Kết luận chương 4 110

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 111

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

PHỤ LỤC 128

Phụ lục 1 Kết quả mô phỏng Ansys Fluent 128

Phụ lục 2 Kết quả mô phỏng AVL Boost 129

Phụ lục 3 Kết quả thực nghiệm 136

Phụ lục 4 Quá trình chuyển đổi hệ thống làm mát động cơ thí nghiệm S1100: 138

Phụ lục 5 Hệ thống điều khiển đánh lửa và vòi phun 141

Trang 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

17 𝑡𝑓 Thời gian duy trì phun của role điện từ (s)

26 𝑚𝑑𝑒𝑙𝑖𝑣𝑒𝑟𝑦 Lượng nhiên liệu phun (g/s)

29 𝑉𝑑𝑖𝑠𝑝 Thể tích công tác xylanh (m3)

30 (𝐴/𝐹) 𝑒𝑛𝑔𝑖𝑛𝑒 Tỷ lệ A/F của nhiên liệu

Trang 7

33 𝑚𝐹,𝑒𝑓𝑓 Tổng lưu lượng nhiên liệu phun (kg/s)

34 𝑚𝐹,𝑖𝑛𝑗 Lưu lượng nhiên liệu phần tia phun (kg/s)

35 𝑚𝐹,𝑝𝑢𝑑𝑑𝑙𝑒 Lưu lượng nhiên liệu bám đọng trên thành ống

(kg/s)

(g/s)

38 (𝐴/𝐹) 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 Tỷ số giữa không khí và nhiên liệu thực tế nạp vào

xylanh

39 (𝐴/𝐹) 𝑠𝑡𝑜𝑖𝑐ℎ𝑖𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐 Tỷ số giữa không khí và nhiên liệu tính theo lý

thuyết

𝑑𝜃

Nhiệt truyền cho thành vách buồng cháy bởi khí trong xylanh

56 𝑀𝐹𝐵𝜃 Phần khối lượng được đốt cháy tại góc quay trục

khuỷu

57 Δ𝑝𝑐,𝑖 Mức tăng áp suất được hiệu chỉnh do quá trình đốt

cháy

Trang 8

60 𝑉𝑑 Dung tích xylanh (Lít)

61 𝜃𝑠, 𝜃𝑒 Góc quay bắt đầu và kết thúc của quá trình đốt cháy

66 𝑣⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑚 Vận tốc của hỗn hợp (m/s)

71 𝐽⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑗,𝑘 Thông lượng khuếch tán của chất j trong pha k

buoyancy

chảy rối nén được đến hệ số phân tán rối

76 𝐶1, 𝐶2, 𝐶3 Hằng số mô hình

80 𝑤𝑥, 𝑤𝑦, 𝑤𝑧 Vận tốc góc tức thời của dòng khí nạp với các trục

x, y, z tương ứng (rad/s)

81 𝐿𝑥, 𝐿𝑦, 𝐿𝑧 Mô men động lượng của dòng khí nạp ứng với các

trục x, y, z (kg.m2/s)

82 𝐼𝑥, 𝐼𝑦, 𝐼𝑧 Mô men quán tính tương ứng với các trục x y z

(kg.m2)

86 𝐶𝑂𝑉𝑖𝑚𝑒𝑝 Hệ số đánh giá sự thay đổi áp suất có ích trung bình

Trang 9

89 𝑚𝑓_𝑜 Lưu lượng nhiên liệu tính toán tại vị trí cửa ra ống

nạp (g/s)

Trang 10

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Trang 11

33 RON Research Octane Number

Trang 12

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Mức tiêu thụ năng lượng tái tạo và điện năm 2015 và 2050 theo lĩnh vực

sử dụng [9] 4

Hình 1.2 Lượng sản xuất xăng sinh học và diesel sinh học trên thế giới từ 2005 đến 2017 (tỉ tấn) [51] 9

Hình 1.3 Sơ đồ phản ứng và trao đổi ion của một pin nhiên liệu màng trao đổi proton [73] .7

Hình 1.4 Số lượng phương tiện và trạm nạp nhiên liệu khí thiên nhiên trên thế giới năm 2019 [109] 12

Hình 1.5 Các loại bồn lưu trữ nhiên liệu CNG 14

Hình 1.6 Phân loại hệ thống đánh lửa và cấp nhiên liệu động cơ CNG [126] 16

Hình 1.7 Các hệ thống trên động cơ lưỡng nhiên liệu CNG-diesel [127] 17

Hình 1.8 Các hệ thống trên động cơ phun gián tiếp CNG [132] 18

Hình 1.9 Sơ đồ bộ hòa trộn CNG [133] 18

Hình 1.10 Ví dụ về các chi tiết của bộ hòa trộn CNG [134] 19

Hình 1.11 Bốn chu trình của động cơ lưỡng nhiên liệu CNG-diesel [151] 21

Hình 2.1 Phân chia quá trình cháy ở động cơ cháy cưỡng bức 30

Hình 2.2 Hình ảnh chuyển động của dòng khí theo các trục 36

Hình 2.3 Động cơ S1100 38

Hình 2.4 Cảm biến CKP và cảm biến CMP 39

Hình 2.5 Cảm biến lượng khí nạp và cảm biến vị trí bướm ga 40

Hình 2.6 Bộ điều khiển điện tử 40

Hình 2.7 Ống nạp và vòi phun điều khiển bằng điện 41

Hình 2.8 Bô bin đánh lửa và bugi 41

Hình 2.9 Bình chứa khí CNG và cụm van giảm áp 42

Hình 2.10 Thiết bị đo lưu lượng khí thiên nhiên 42

Hình 2.11 Hình dạng đỉnh piston sau chuyển đổi 43

Hình 2.12 Hệ thống lấy mẫu và phân tích khí thải 43

Hình 2.13 Hệ thống khởi động điện 44

Hình 2.14 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức 44

Hình 2.15 Bảng điều khiển của băng thử MP 100S 45

Hình 2.16 Đặc tính làm việc của băng thử MP 100S 46

Hình 2.17 Mặt trước của máy phân tích khí thải KEG 500CE 48

Hình 2.18 Mặt sau của máy phân tích khí thải KEG 500CE 49

Hình 2.19 Sơ đồ lắp đặt máy phân tích KEG 500 50

Hình 2.20 Màn hình hiển thị chọn loại nhiên liệu sử dụng 51

Hình 2.21 Sơ đồ bố trí thiết bị phục vụ thí nghiệm 51

Hình 2.22 Động cơ và thiết bị thí nghiệm 52

Hình 2.23 Kết quả thí nghiệm ban đầu của động cơ sau khi chuyển đổi 53

Hình 2.24 Kết quả thí nghiệm của NOx và HC 54

Hình 2.25 Kết quả thí nghiệm của CO và CO2 54

Hình 3.1 Động cơ một xylanh mô phỏng bằng AVL Boost 56

Hình 3.2 Các thông số nhập vào trong mô hình cháy Fractal 57

Hình 3.3 Nhập thông sổ điều khiển vòi phun nhiên liệu 58

Hình 3.4 Cửa sổ chọn kiểu phun nhiên liệu 58

Trang 13

Hình 3.5 Thông số mô hình truyền nhiệt 59

Hình 3.6 Mô hình ma sát 59

Hình 3.7 Mô phỏng đường ống nạp bằng phần mềm Ansys Fluent 60

Hình 3.8 Giao diện Mô-đun Fluid Flow (Fluent) 60

Hình 3.9 Giao diện xây dựng mô hình Geometry 61

Hình 3.10 Mô hình sau chia lưới 61

Hình 3.11 Bảng tùy chọn thiết lập chung 62

Hình 3.12 Kích hoạt phương trình năng lượng 62

Hình 3.13 Bảng tùy chọn mô hình rối 63

Hình 3.14 Bảng tùy chọn loại mô hình 63

Hình 3.15 Bảng chọn chế độ pha 64

Hình 3.16 Bảng tùy chọn nhiên liệu 64

Hình 3.17 Bảng nhiên liệu 65

Hình 3.18 Bảng tùy chọn thành phần khí 65

Hình 3.19 Khai báo đầu vào cho đường nạp 66

Hình 3.20 Khai báo áp suất phun nhiên liệu 66

Hình 3.21 Cài đặt số vòng lặp 67

Hình 3.22 Kết quả hiệu chuẩn mô hình 67

Hình 3.23 Hiệu chuẩn mô hình theo khí thải động cơ 68

Hình 3.24 Mô phỏng đường ống nạp bằng phần mềm Ansys Fluent 69

Hình 3.25 Mô hình sau chia lưới 69

Hình 3.26 Ảnh hưởng của thời điểm phun đến mô men động cơ theo độ mở bướm ga 70

Hình 3.27 Sự thay đổi của HC theo thời điểm bắt đầu phun theo độ mở bướm ga 71 Hình 3.28 Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun tới phát thải CO theo độ mở bướm ga 72

Hình 3.29 Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun tới phát thải NOx theo độ mở bướm ga 72

Hình 3.30 Ảnh hưởng của thời điểm phun đến mô men động cơ tại các tốc độ động cơ khác nhau 73

Hình 3.31 Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun tới phát thải NOx tại các tốc độ động cơ khác nhau 74

Hình 3.32 Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun tới phát thải CO tại các tốc độ động cơ khác nhau 75

Hình 3.33 Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun đến thành phần phát thải HC theo tốc độ động cơ 75

Hình 3.34 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến mô men 76

Hình 3.35 Ảnh hưởng thời gian phun đến mô men 76

Hình 3.36 Ảnh hưởng của thời gian phun đến lamda 77

Hình 3.37 Ảnh hưởng của thời gian phun đến diễn biến áp suất trong xylanh 78

Hình 3.38 Ảnh hưởng của thời gian phun đến tổng thời gian cháy của hỗn hợp 78

Hình 3.39 Ảnh hưởng của thời gian phun đến tỉ lệ khối lượng cháy của hỗn hợp 79

Hình 3.40 Ảnh hưởng của thời gian phun đến tốc độ giải phóng nhiệt 79

Hình 3.41 Ảnh hưởng của lượng nhiên liệu nạp vào động cơ theo sự thay đổi của đường kính ống nạp khi thay đổi tốc độ động cơ 80

Hình 3.42 Ảnh hưởng của đường kính ống nạp tới mô men theo tốc độ động cơ 81

Trang 14

Hình 3.43 Ảnh hưởng của kích thước đường ống nạp tới mô men động cơ 82

Hình 3.44 Ảnh hưởng của kích thước đường ống nạp tới công suất động cơ 82

Hình 3.45 Ảnh hưởng của đường kính ống nạp đến phát thải NOx 83

Hình 3.46 Ảnh hưởng của đường kính ống nạp đến phát thải CO 84

Hình 3.47 Ảnh hưởng của đường kính ống nạp đến phát thải HC 85

Hình 3.48 Ảnh hưởng của vị trí vòi phun đến vận tốc trung bình của hỗn hợp 86

Hình 3.49 Ảnh hưởng của vị trí vòi phun đến vận tốc trung bình của nhiên liệu 86

Hình 3.50 Ảnh hưởng của vị trí vòi phun đến động năng rối của hỗn hợp 87

Hình 3.51 Ảnh hưởng của áp suất phun đến lưu lượng phun nhiên liệu 87

Hình 3.52 Ảnh hưởng của áp suất phun đến vận tốc của dòng nhiên liệu trên đường nạp 88

Hình 3.53 Ảnh hưởng của áp suất phun đến vận tốc trung bình của dòng khí 89

Hình 3.54 Ảnh hưởng của áp suất phun đến động năng rối của hỗn hợp 89

Hình 3.55 Mô men thay đổi theo tốc độ động cơ 90

Hình 3.56 Công suất thay đổi theo tốc độ động cơ của động cơ 90

Hình 3.57 Khí thải HC theo tốc độ động cơ 91

Hình 3.58 Khí thải CO theo tốc độ động cơ 91

Hình 3.59 Khí thải NOx theo tốc độ động cơ 92

Hình 4.1 Lưu lượng CNG cấp vào xylanh theo mô phỏng 95

Hình 4.2 Vòi phun khí Hana H2100 95

Hình 4.3 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến mô men động cơ 96

Hình 4.4 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến công suất của động cơ 97

Hình 4.5 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến phát thải CO 98

Hình 4.6 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến phát thải HC 98

Hình 4.7 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến phát thải NOx 99

Hình 4.8 Ảnh hưởng của áp suất phun đến lượng nhiên liệu cung cấp tại các tốc độ động cơ khác nhau 99

Hình 4.9 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến hệ số dư lượng không khí lambda 100

Hình 4.10 Ảnh hưởng của áp suất phun đến công suất của động cơ tại các tốc độ động cơ khác nhau 101

Hình 4.11 Ảnh hưởng của áp suất phun đến mô men của động cơ tại các tốc độ động cơ khác nhau 101

Hình 4.12 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến lượng phát thải CO 102

Hình 4.13 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến lượng phát thải HC 102

Hình 4.14 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến lượng phát thải NOx 103

Hình 4.15 Ảnh hưởng của áp suất phun nhiên liệu đến lượng phát thải CO2 103

Hình 4.16 So sánh ảnh hưởng của chế độ phun đến mô men 104

Hình 4.17 Ảnh hưởng của chế độ phun nhiên liệu đến công suất động cơ 105

Hình 4.18 Ảnh hưởng của chế độ phun đến khí thải NOx 105

Hình 4.19 Ảnh hưởng của chế độ phun nhiên liệu đến phát thải HC 106

Hình 4.20 Ảnh hưởng của chế độ phun nhiên liệu đến phát thải CO 106

Hình 4.21 So sánh mô men động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng 107

Hình 4.22 So sánh công suất động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng 108

Hình 4.23 So sánh lượng khí thải HC giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng 109

Hình 4.24 So sánh lượng khí thải NOx giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng 109

Ngày đăng: 15/06/2024, 17:30

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w