góp phần nghiên cứu ứng dụng lpg trên động cơ nén cháy

i  ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG o-0-o NGUYỄN VĂN PHỤNG GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ NÉN CHÁY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT  2014 i  ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN PHỤNG GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ NÉN CHÁY Chuyên ngành: Kỹ thuật Động cơ Nhiệt 62. 52. 34. 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT  1: PGS.TS. TRẦN VĂN NAM 2: PGS.TS. TRẦN THANH HẢI TÙNG - 2014 i LỜI CAM ĐOAN    Đà Nẵng, tháng 8 năm 2014 Tác giả luận án Nguyễn Văn Phụng i MỤC LỤC  i  iv  viii  xiii  1  6  7 1.1. Khái quát 7 1.1.1. Môi trường và phương tiện giao thông 7 1.1.2. Nhiên liệu thay thế sử dụng trên phương tiện giao thông 10 1.1.3. Động cơ nén cháy dùng hai nhiên liệu 14 -   16 1.2.1. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG trên thế giới 16 1.2.2. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG ở Việt Nam 24 1.2.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 26  27  DIESEL - LPG -  28 - LPG 28 2.1.1. Xác định nồng độ oxygen, nồng độ nhiên liệu của hỗn hợp trong buồng cháy ngăn cách 30 2.1.2. Phương trình năng lượng của hỗn hợp hai nhiên liệu 31 2.1.3. Sự lan tràn màng lửa trong quá trình cháy hỗn hợp hai nhiên liệu 31 2.1.4. Tốc độ lan tràn màng lửa cháy chảy tầng 32 2.1.5. Tốc độ lan tràn màng lửa cháy rối 33 2.1.6. Nhiệt độ cháy và khối lượng riêng của hỗn hợp hai nhiên liệu 34 2.1.7. Tính năng công tác của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel - LPG 36 - LPG 37 2.2.1. Thời kỳ cháy trễ 37 2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy kích nổ ở động cơ hai nhiên liệu 38  nén cháy 40 2.3.1. Trường hợp động cơ dùng 100 % diesel 40 2.3.2. Trường hợp động cơ dùng diesel - LPG 43  44 ii              - TURBO DÙNG DIESEL - LPG 45 - Fluent 45 - LPG trong - Turbo 46 3.2.1. Kết cấu hình học và lưới động của buồng cháy động cơ 47 3.2.2. Các thông số của mô hình buồng cháy 47 3.2.3. Tính chất của nhiên liệu 48 PG- hóng  NO x  52 3.3.1. Diễn biến quá trình cháy nhiên liệu diesel 52 3.3.2. Diễn biến quá trình cháy LPG trong buồng cháy ngăn cách 53 3.3.3. Diễn biến nồng độ bồ hóng và NO x trong buồng cháy ngăn cách 54  55 3.4.1. Ảnh hưởng của thành phần CO 2 trong hỗn hợp 55 3.4.2. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí 57 3.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ 60 3.4.4. Ảnh hưởng của lưu lượng diesel phun mồi 62 3.4.5. Ảnh hưởng của cháy kích nổ 64  65  66  66 4.1.1. Mục tiêu thí nghiệm 66 4.1.2. Điều kiện thí nghiệm 66 4.1.3. Quy hoạch thí nghiệm 67 4.1.4. Nội dung thí nghiệm 67  68 4.2.1. Bố trí hệ thống cấp LPG vào động cơ 1KZ - TE qua họng khuếch tán 68 4.2.2. Bố trí bộ điều chỉnh cung cấp nhiên liệu diesel, phun khí LPG và hồi lưu khí thải trên đường nạp động cơ WL - Turbo 70  74 4.3.1. Băng thử công suất APA 204/8 74 4.3.2. Thiết bị dùng thí nghiệm 74  77 4.4.1. Bộ hóa hơi – giảm áp 77 4.4.2. Vòi phun LPG 79 4.4.3. Van hồi lưu khí thải 79 4.4.4. Bộ làm mát khí thải hồi lưu 80 -  81 4.5.1. Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh 81 iii 4.5.2. Các cảm biến sử dụng trong bộ điều chỉnh 85 4.5.3. Các cơ cấu chấp hành cung cấp LPG và hồi lưu khí thải 89 4.5.4. Mạch điện tử điều khiển lưu lượng diesel - LPG và hồi lưu khí thải 91  96  97 5.1. Kt qu thc nghim 97 5.1.1. Phạm vi làm việc thường xuyên của động cơ ô tô du lịch dùng 100 % diesel 97 5.1.2. Vận hành ở chế độ không tải (thí nghiệm trên động cơ 1KZ - TE dùng diesel - LPG được bổ sung CO 2 ) 101 5.1.3. Vận hành chế độ tải thấp (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG khi áp dụng các giải pháp hạn chế kích nổ) 102 5.1.4. Vận hành chế độ tải thấp (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG khi điều chỉnh góc phun sớm) 110 5.1.5. Vận hành chế độ tải trung bình (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG bổ sung CO 2 ) 114 5.1.6. Thí nghiệm phối hợp các giải pháp hạn chế kích nổ 116 t qu i mô phng và thc nghim 117 5.2.1. Về áp suất chỉ thị của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG ở chế độ tải trung bình 117 5.2.2. Về công suất và mô men của động cơ WL - Turbo dùng LPG - diesel ở chế độ tải trung bình 118 5.2.3. So sánh nồng độ bồ hóng và NOx cho bởi mô phỏng và thực nghiệm của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG ở chế độ tải trung bình 119 5.2.4. So sánh nồng độ bồ hóng của khí thải, nhiệt độ môi chất và ngọn lửa trong buồng cháy xoáy lốc của động cơ WL - Turbo cho bởi phần mềm ANSYS Fluent và thiết bị quay phim kỹ thuật số AVL - 513D 120 5.3. Kt lun 122 5.3.1. Kết luận về thực nghiệm 122 5.3.2. So sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm 123  125  125  127  128  129  a iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. Các ký hiệu mẫu tự La Tinh: Ký hiệu Đơn vị Diễn giải A f m²  D mm  d f mm  D i -  f -  gct g/ct  g ct CO 2 g/ct ng khí CO 2  g ct ds g/ct  g ct LPG g/ct  G k kg/s  G L kg/s  i - lanh L o kg kk /kg LPG  l t m  M 1 kmol kk /kg nl  M 2 kmol kk /kg nl  m b kg  m  kmol kk /kg nl  m  kJ/kmol nl  m Cvkk kmol kk /kg nl  m  kJ/kmol nl  Me Nm  m mix kg   m p kg  n v/ph  n/n n  Nc/Ne n  N e kW  P c Pa  v p e Pa t có ích trung bình p f Pa  p i Pa  p k Pa  p th Pa  q ds kJ/ct  Q h MJ/kg  Q k kg/s  q LPG kJ/ct  R J/kg.K  R e  S mm  S f m²  S L m/s ng S t m/s  T a   T c   T k °C  T m   T p   V c m³  V e m 3 /kW.h  v f m/s  V h cm³  Xnal %  XNOx(%)  Xsoot(%) N   +CO 2  2 +EGR  100%ds  vi 2. Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp:  Pa   h kJ/kg     -   -   b -   t -   g °     -   t   e -   i -   m -   v -    -   2 -   h -     b - i b  z -   -   k kg/m³   L kg/m³   -   c s   t s   °   h -   s °   rad/s  vii 3. Các chữ viết tắt : A/D  AFV  ALU  logic (Arithmetic Logical Unit). AVL  BUS   CCR  CNG Khí thiên nhiên (Compressed Natural Gas) CPS          DME Dimethyl ether ECE R49    R49 Euro II emission standard) ECU  EGR  ISP  LPG  NLTT  NOx  ONMT  P2B2C6  P3B3C4 30% butane 40% carbonic P4B4C2  P5B5C0  PTGT  SAE      trên TPS  [...]... nhưng giảm tiếng n Nhìn chung, tiếng n trong động cơ hai nhiên liệu lớn hơn so với động cơ dùng 100 % diesel Khi động cơ sử dụng LP có tỉ số nén cao thì kích nổ bắt đầu sớm hơn động cơ hoạt động LP ở tỉ số nén thấp [168] d) Các nghiên cứu ứng dụng hồi lưu khí thải trên động cơ hai nhiên liệu Nghiên cứu ứng dụng h i lưu khí thải trên giảm N x như nghiên cứu khá sớm và phổ biển nhằm AKA SUK (1943), PR... và động cơ 1KZ - E (cấp LP qua họng enturi) sử dụng diesel LP , các thành phần khí thải độc hại được cải thiện, động cơ sử dụng được hệ thống nhiên liệu diesel nguyên thủy, không bị kích nổ và hoạt động ổn định ở các chế độ tải thường xuyên (không tải, tải trung bình và tải thấp) Luận án Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy có những đóng góp rất quan trọng và cụ thể khi nghiên cứu. .. phương án sử dụng nhiên liệu khí LP là phù hợp uy nhiên, sử dụng LP trên trên động cơ có tỉ số nén cao chưa được phổ biến vì thường xảy ra kích nổ [81], [97], [106], [138] 1.1.3 Động cơ nén cháy dùng hai nhiên liệu ộng cơ diesel ra đời rất sớm, là loại có tỉ số nén cao dùng nhiên liệu diesel tự cháy do nén; trong luận án, động cơ này tạm gọi là động cơ nén cháy (compression ignition engines) ộng cơ hai nhiên... nhiều hơn các loại động cơ khác Hơn nữa, động cơ này có tỉ số nén cao, nhiên liệu phun vào tự cháy do nén, do đó động cơ không thể hoạt động bằng nhiên liệu 100 % LP dù hệ số dư lượng không khí bằng 1 ì vậy, khi sử dụng LP làm nhiên liệu, động cơ này cần ngọn lửa diesel cùng cháy ác nghiên cứu về động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LP tập trung trên các hướng như sau: a) Các nghiên cứu về hệ thống cung... 6.1 Nghiên cứu lý thuyết và mô hình hóa - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán quá trình cháy h n hợp hai nhiên liệu, cháy kích nổ và các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến n ng độ khí thải của động cơ sử dụng diesel - LPG; - Nghiên cứu mô hình quá trình cháy, các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật và mức độ phát ô nhi m của động cơ bu ng cháy ngăn cách sử dụng diesel - LPG 6.2 Nghiên cứu. .. hạn chế kích nổ cho 3 động cơ WL - urbo làm việc ở chế độ tải thấp và trung bình 4 PHƯƠN PH P N H ÊN ỨU Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, phương pháp mô hình và thực nghiệm để xác định các thông số vận hành và thông số điều khiển cho bộ điều chỉnh cung cấp diesel - LP trên N có bu ng cháy ngăn cách 5 ÊN Ề Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy 6 ẤU RÚ N UN LUẬN... Chương 1- Nghiên cứu tổng quan: ình hình động cơ sử dụng hai nhiên liệu diesel - LP trong nước và trên thế giới; Chương 2- Nghiên cứu lý thuyết: ơ sở lý thuyết tính toán quá trình cháy h n hợp diesel - LPG - không khí trong bu ng cháy ngăn cách của động cơ nén cháy; Chương 3- Nghiên cứu mô hình hóa: Xây dựng mô hình tính toán quá trình cháy h n hợp hai nhiên liệu và mức độ phát thải của động cơ WL -... hình nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1 Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG trên thế giới iệc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu LP trên động cơ hai nhiên liệu đã được các nước công nghiệp quan tâm rất sớm từ thập niên 20 của thế kỷ trước như các công trình của M LEY (1920), R HESSELBERG (1954)[147] AR - THORNYCRAFT (1928), MASON ộng cơ. .. ÊN ỨU - Đối tượng nghiên cứu ộng cơ diesel có bu ng cháy ngăn cách sử dụng nhiên liệu LP và diesel - Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu động cơ diesel truyền thống sử dụng LP lắp trên ô tô du lịch chạy trong thành phố nhằm giảm NM ông trình tập trung nghiên cứu quá trình cháy hai nhiên liệu diesel - LP kết hợp ứng dụng công nghệ vi điều khiển phun khí LP có kiểm soát vào đường nạp và áp dụng giải pháp hạn... nghiên cứu ứng dụng chuyên sâu để h trợ Nghiên cứu “mô hình quá trình cháy h n hợp diesel – LP trong động cơ bu ng cháy ngăn cách” bằng phần mềm Fluent có khả năng cung cấp kết quả chính xác, nhanh chóng, giảm thời gian và chi phí nghiên cứu thực nghiệm; - Nhiên liệu LP có trữ lượng lớn ở iệt Nam và thế giới được sử dụng trên động cơ diesel sẽ góp phần làm đa dạng hóa ngu n năng lượng cho ô tô; 5 - ộng cơ .  ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN PHỤNG GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LPG TRÊN ĐỘNG CƠ NÉN CHÁY Chuyên ngành: Kỹ thuật Động cơ Nhiệt 62. 52. 34. 01 LUẬN. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG trên thế giới 16 1.2.2. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG ở Việt Nam 24 1.2.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu.  Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy                  dung: 6.1. Nghiên