TỐI ưu cụm HỌNG nạp, XUPPAP nạp CHO ĐỘNG cơ RV165 2 DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP

TỐI ưu cụm HỌNG nạp, XUPPAP nạp CHO ĐỘNG cơ RV165 2 DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP TỐI ưu cụm HỌNG nạp, XUPPAP nạp CHO ĐỘNG cơ RV165 2 DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP TỐI ưu cụm HỌNG nạp, XUPPAP nạp CHO ĐỘNG cơ RV165 2 DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP TỐI ưu cụm HỌNG nạp, XUPPAP nạp CHO ĐỘNG cơ RV165 2 DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP

Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV TỐI ƯU CỤM HỌNG NẠP, XUPPAP NẠP CHO ĐỘNG CƠ RV165-2 DÙNG TRONG NÔNG NGHIỆP OPTIMIZING INTAKE PORT/VALVE OF RV165-2 ENGINE FORAGRICULTURE Lê Việt Hùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Tp.HCM langhuynhduong@yahoo.com TÓM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu cải tiến họng nạp cho động diesel xylanh phun nhiên liệu trực tiếp RV165-2 sản xuất Công Ty TNHH – MTV Động máy nông nghiệp miền Nam Vikyno & Vinappro nhằm nâng cao tính làm việc Quá trình nạp động mô hình hóa mô phần mềm ANSYS - FLUENT AVL BOOST Từ xác lập mục tiêu thiết kế tối ưu cụm họng nạp Điều kiện mô ban đầu mô hình đề xuất đánh giá so với mô hình họng nạp hữu Điều kiện mô ban đầu mô hình dựa kết cấu động thông số điều kiện vận hành từ thực nghiệm Các thông số lưu lượng khí nạp, hệ số xoáy, đặc tính công suất khí thải lựa chọn làm tiêu chuẩn đánh giá Từ khóa: RV165-2, AVL - BOOST, FLUENT ABSTRACT This article presents a research on improvements of 1-cylinder diesel engine using direct fuel injection RV165-2 which is produced in Co - MTV Engine And Vikyno Southern Farm Machinery & Vinappro to enhance its working features The loading process of the engine is modeled and simulated by using ANSYS - FLUENT and AVL – BOOST software That allows us to set optimal design goals for intake port/valve The initial conditions of the model’s simulation are proposed and evaluated in comparison with intake port/valve models The initial conditions of the model’s simulation are based on the engine structure and the conditional operating parameters from experiments The characteristic parameters of intake flow ratio, swirl ratio, power and emissions are selected as evaluation criteria Keywords:RV165-2, AVL - BOOST, FLUENT GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, nhu cầu sử dụng động cỡ nhỏ có công suất tương đối dùng nông nghiệp việt nam lớn Các công ty sản xuất động nước cho nhiều loại động hệ có công suất mạnh, nhỏ gọn, đại, kiểu dáng đẹp nhằm cạnh tranh với công ty nước Bên cạnh đó, nghiên cứu năm gần tập trung cải tiến, ứng dụng nhiều phương pháp [1, 2, 3] nhằm tối ưu đặc tính động nâng cao hiệu suất, công suất để đáp ứng yêu cầu đặt người sử dụng Trong đó, loại động diesel xylanh rv165-2 với công suất 16,5 mã lực đưa thị trường người sử dụng đánh giá cao Các thông số kỹ thuật sau: Bảng Thông số kỹ thuật động RV165-2 Đường kính xylanh (mm) 105 Hành trình piston (mm) 97 Thể tích xylanh (cm3) 839 Công suất tối đa (HP/v/ph) 454 16,5/2400 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Mô men cực đại 4,9/1800 Tỉ số nén 20 Suất tiêu thụ nhiên liệu (g/HP/h) 210 Tuy nhiên, hạn chế khả công nghệ Việt Nam nay, qua trình sử dụng nhận thấy động có hiệu suất nạp chưa cao, dẫn đến chưa đạt tính tốt nhất, mức tiêu hao nhiên liệu cao Có nhiều phương án cải tiến cho động như:  Thay đổi tỉ số nén  Thay đổi hành trình piston  Tối ưu họng nạp Trong đó, phương án tối ưu họng nạp tăng hiệu suất nạp, nhiên liệu cháy hơn, tăng công suất giảm suất tiêu hao nhiên liệu [4] Đã có nghiên cứu trước sử dụng phương pháp mô [5, 6, 7] tương đối đơn giản, tính khả thi nghiên cứu tiết kiệm chi phí CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hiệu suất nạp 2.1.1 Ảnh hưởng hiệu suất nạp đến công suất Công thức tính công suất có ích [8] : N e = ρ a Vh Q H F.ηv ηc ηm i n τ/2 Trong đó: ρa : mật độ không khí nạp (kg/m3) V h : thể tích công tác Q H : nhiệt trị thấp nhiên liệu (kJ/kgNL) F = m f / m a ηv : hiệu suất nạp ηc : hiệu suất cháy nhiên liệu ηm : hiệu suất giới i: số xi-lanh n: tốc độ động τ : số kỳ động Từ phương trình trên, thấy có nhiều phương pháp để tăng công suất có ích động tăng hiệu suất nạp phương pháp Hiệu suất nạp động chu trình: G ηv = ctr G lt G ctr : khối lượng khí nạp thực tế chu trình G lt : khối lượng khí nạp lý thuyết chu trình Do đó, hiệu suất nạp động có i xi-lanh đơn vị thời gian ứng với công suất N e giây là: G ctr ηv = Vh ρ.n.i τ Hiệu suất nạp thông số quan trọng động Trong lượng khí nạp vào chu trình có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất nạp định nhiều yếu tố khác nhau: - Tổn thất khí động học hệ thống nạp làm giảm áp suất nạp p a lượng Δpa - Sự tồn động khí sót xylanh, chiếm phần thể tích xylanh, 455 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV - Sự sấy nóng khí nạp bề mặt thành vách hệ thống nạp không gian xylanh có nhiệt độ tăng ΔT , làm giảm mật độ khí nạp vào 2.1.2 Ảnh hưởng hình dạng họng nạp đến dòng khí nạp vào động a Hệ số lưu lượng Hệ số lưu lượng tỷ số lưu lượng thực tế đo điều kiện tiêu chuẩn tỷ lệ lưu m lượng lý thuyết: α k = tt m lt Tỷ lệ lưu lượng thực tế đo điều kiện tiêu chuẩn: m tt = V Ptt R.Ttt Tỷ lệ lưu lượng lý thuyết: mlt = Aρs Cs Diện tích piston: A = πD /4  k Công thức tính mật độ: ρs = P1  P2  R.Ttt  P1  Vận tốc dòng khí tính toán dòng đẳng entropy: C = s k −1   k   P 2k  R.Ttt −      P1   k −1   P1 = 101325 N/m , P2 = P1 − ΔP b Độ xoáy Chuyển động quay dòng khí bên xylanh gọi độ xoáy Độ xoáy tạo cách xây dựng cấu trúc hệ thống nạp có thành phần tiếp tuyến với dòng khí nạp vào xylanh Điều thực cách tạo hình dáng đường vòng quanh họng nạp, rãnh hút mặt piston Ảnh hưởng độ xoáy trình hòa trộn không khí – nhiên liệu : gia tăng độ xoáy buồng cháy làm đẩy nhanh trình hòa trộn không khí – nhiên liệu xylanh, qua làm giảm lượng bồ hóng sinh trình giãn nở, giảm tiêu hao nhiên liệu Tuy nhiên, tăng độ xoáy làm tăng phân bố đồng nhiên liêu buồng cháy, tăng nhiệt độ buồng cháy, làm tăng lượng NOx sinh qua trình cháy 2.2 Quá trình thực 2.2.1 Mô Ansys – Fluent Chia lưới cụm họng nạp xú páp nạp phần mềm chia lưới Gambit Import kết chia lưới qua phần mềm Fluent Thiết lập toán Fluent: kiểm tra lưới, gán lưu chất công tác, gán điều kiện biên, gán mô hình rối, điều kiện hoạt động, quy định thông số giải,… Xuất kết quả: áp dụng công thức để xác định hệ số lưu lượng tỷ số xoáy Đánh giá độ xác kết quả, không hợp lý phải refine lưới chia, kiểm tra lại điều kiện biên, mô hình vật lý,… Sơ đồ Phương pháp giải toán 456 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV a Mô hình hóa đường nạp động RV165-2 Hình Mô hình chia lưới cụm họng nạp cụm xúpáp nạp Fluent Hình Mô hình 3D cụm họng nạptrong Solidword b Kết mô Ansys - Fluent với phương án Xupap b.1 Bản vẽ thiết kế loại Xupap nạp Hình Thiết kế động RV165-2 Hình Thiết kế b.2 Kết mô Ansys - Fluent Hình Đồ thị so sánh hệ số lưu lượng độ nâng Xupap khác Hình Đồ thị so sánh hệ số xoáy độ nâng Xupap khác 457 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 2.2.2 Mô AVL- BOOST a Các phương án thực Trong nghiên cứu này, sáu kiểu họng nạp cải tiến đề xuất tiến hành mô với phương án họng nạp hữu Có phương án cổ nối đề xuất với thông số đường ống (hình 3,4,5) thay đổi trình bày bảng (L: chiều dài, R: độ cong, D: bán kính, đơn vị mm) Bảng Thông số đường ống Ống Phương án L R 63 D 40 135 62 40 63 40 135 90 94 D 71 70 49 78,5 32 44 129 32 44 25,5 70 49 33 32 44 83 32 44 81 70 49 89 32 44 139 32 44 60 71 70 54 54 78,5 32 49 129 32 49 60 41 70 54 54 48 32 49 98 32 49 47 70 49 54,5 32 44 105 32 44 49 R 49 L 49 90 60 Ống 49 Đối với phương án 7: Ống L 30 R - Ống 10 D 25 L R 30 - 96 40 172 - 458 Ống 11 D L R D 25 50 32 25 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Mô hình Boost cho phương án 1,2,3,4,5 Hình Mô hình Boost phương án Hình Mô hình Boost phương án b Kết mô AVL -BOOST Với phần mềm AVL BOOST, kết đặc tính động trình bày bảng đồ thị Kết định lượng tiến hành mô động chạy tốc độ từ 1200 v/ph đến 2400 v/ph, tải 100% 459 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV b.1 Đặc tính công suất Hình 10 Kết đặc tính công suất So với phương án hữu, tốc độ 2400 v/ph: - Phương án với đường cấp khí phụ có tăng hiệu suất nạp (6,03%), tăng công suất mô men (10,9%), giảm suất tiêu hao nhiên liệu (9,83%) Tuy nhiên chưa phương án tốt - Phương án với hai đường vào có tăng hiệu suất nạp (11,79%), tăng công suất mô men động (18,79%), giảm suất tiêu hao nhiên liệu (15,83%) Họng nạp có thay đổi đặc tính công suất rõ rệt đáp ứng tốt kỳ vọng ban đầu - Các phương án 2, 3, 4, lại không làm ảnh hưởng lớn đến đặc tính công suất động Nhận thấy phương án cho kết đặc tính công suất tốt so với yêu cầu đặt (trong phương án tốt nhất): tăng hiệu suất nạp, công suất, mô men, hiệu suất nhiệt giảm suất tiêu hao nhiên liệu b.2 Đặc tính khí thải Hình 11 Lượng khí thải CO 1800 2400 v/ph 460 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình 12 Lượng khí thải NOx 1800 2400 v/ph Hình 13 Lượng Soot 1800 2400 v/ph So với phương án hữu (họng nạp 1) : - Khi tốc độ động tăng, khí thải CO Soot có xu hướng tăng dần, NOx tăng từ khoảng tốc độ 1200-1400 v/ph giảm - Xét tốc độ 1800 v/ph, họng nạp giảm lượng Soot đáng kể (21,02%), giảm mạnh lượng CO (61,4%), tăng NOx (19,96%) - Cũng tốc độ 2400 v/ph, họng nạp giảm Soot (6,73%), CO giảm 22,46%, NOx tăng 11,99% - Các phương án lại có thay đổi không đáng kể Tóm lại, họng nạp cho kết đặc tính khí thải tốt so với yêu cầu đặt ra, giảm lượng khí thải CO Soot, nhiên tăng NOx KẾT LUẬN Động RV165-2 sau cải tiến cho thấy phương án thiết kế xupap nạp thiết kế họng nạp theo phương án có khả tăng động dòng khí cao, vận tốc dòng khí vào nhanh hơn, tăng hệ số xoáy, tăng hiệu suất nạp khí Kết làm tăng khả hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu không khí, giúp trình cháy tốt hơn, tăng công suất động cơ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu Bên cạnh đó, lượng khí thải NOx có tăng giảm lượng khí thải CO Soot TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Hường, Vương Như Long Nghiên cứu nâng cao hiệu suất công suất động Diesel xi-lanh RV195 Đại Học Bách Khoa TP.HCM [2] Bùi Văn Ga, (2008) Sử dụng biogas để chạy động diesel cỡ nhỏ Đại học Đà Nẵng 461 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV [3] Bùi Văn Ga, Trần Văn Quang, Trương Lê Bích Trâm, Nguyễn Phi Quang (2008) Tối ưu hóa trình cung cấp biogas cho động tĩnh sử dụng hai nhiên liệu biogas-dầu mỏ Tạp chí Khoa học Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng, 5, 22–30 [4] Y L.Qi, L C Dong, H Liu, P V Puzinauskas and K C Midkiff (2012) Optimization of intake port design for SI engine International Journal of Automotive Technology, Vol 13, No 6, pp 861–872 [5] H Mohamed Niyaz, A S Dhekane (2014) Twin Helical Intake Port Design Optimization And Validation By Using CFD Analysis International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, Volume 4, Issue 4, 454–462 [6] M H Shojaeefard, I Sohrabiasl and E Sarshari Investigation the effect of inlet ports design on combustion characteristics and emission levels of diesel engines Iran University of Science and Technology [7] Yungjin Kim, Yongtaek Han and Kihyung Lee (2014) A Study on the Effects of the Intake Port Configurations on the Swirl Flow Generated in a Small D.I Diesel Engine Journal of Thermal Science, Vol 23, No 3, 297–306 [8] Văn Thị Bông, Huỳnh Thanh Công (2011) Lý thuyết động đốt NXB Đại học Quốc gia TP HCM [9] AVL GmbH (2013) AVL BOOST User Guide [10] Bengt Andersson,… – Computational Fluid Dynamics for Engineers, CAMBRIDGE [11] John D Anderson Jr, Computational fluid dynamics, McGraw-Hill, Inc, 1995 THÔNG TIN TÁC GIẢ Lê Việt Hùng Công ty TNHH – MTV Động Máy nông nghiệp miền Nam langhuynhduong@yahoo.com 0918424999 462 ... 40 135 62 40 63 40 135 90 94 D 71 70 49 78,5 32 44 129 32 44 25 ,5 70 49 33 32 44 83 32 44 81 70 49 89 32 44 139 32 44 60 71 70 54 54 78,5 32 49 129 32 49 60 41 70 54 54 48 32 49 98 32 49 47 70... toàn quốc khí - Lần thứ IV a Mô hình hóa đường nạp động RV165- 2 Hình Mô hình chia lưới cụm họng nạp cụm xúpáp nạp Fluent Hình Mô hình 3D cụm họng nạptrong Solidword b Kết mô Ansys - Fluent với phương... cao Có nhiều phương án cải tiến cho động như:  Thay đổi tỉ số nén  Thay đổi hành trình piston  Tối ưu họng nạp Trong đó, phương án tối ưu họng nạp tăng hiệu suất nạp, nhiên liệu cháy hơn, tăng