Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cải tiến đường nạp động cơ diesel một xilanh 16,5 HP sử dụng trong nông – lâm – ngư nghiệp

Luận án chỉ dừng lại ở việc đánh giá các tính năng kỹ thuật và kinh tế của động cơ mà bỏ qua việc đánh giá tính chất phát thải ô nhiễm của đối tượng (CO, NOx, Soot,...). Đây là một yếu tố quan trọng và nhận được sự quan tâm rất nhiều trong thời đại công nghiệp lần thứ 4, là tiêu chuẩn đánh giá quan trọng của động cơ, đặc biệt là động cơ Diesel.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐƯỜNG NẠP ĐỘNG CƠ DIESEL MỘT XILANH 16,5 HP SỬ DỤNG TRONG NÔNG – LÂM – NGƯ NGHIỆP TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: CƠ KỸ THUẬT MÃ SỐ: 12252010105 Tp Hồ Chí Minh - 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Đỗ Văn Dũng (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Người hướng dẫn khoa học 2: PSG.TS Nguyễn Anh Thi (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Luận án tiến sĩ bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN ÁN TIẾN SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT, Tháng 07 năm 2019 CÁC KẾT QUẢ ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Le Viet Hung, Do Van Dung, Nguyen Anh Thi, Luong Huynh Giang “Performance characteristics of small Diesel DI engine using different geometry intake parts” Journal of Key Engineering Materials (KEM), 2019, ISSN: 1013 9826 (Scopus) Le Viet Hung, Do Van Dung, Nguyen Anh Thi “Improve Intake Port/Valve Of RV165-2 Engine By Simulation Method” International Conference on Fluid Machinery and Automation Systems - ICFMAS2018, Ha Noi City, Vietnam, pp 539-544, 2018 Hung – Le Viet, Dung – Do Van, Giang – Luong Huynh, Thanh – Doan Minh “Evaluation Of RV165-2 Engine Performance” The Fourth International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD2018), HoChiMinh City, Vietnam, 2018 Le Viet Hung, Do Van Dung, Nguyen Anh Thi, Luong Huynh Giang, Vo Van An, Do Minh Dung “Improving characteristics of diesel engine by changing the engine's charging and design method” Journal of Science Technology Technical Universities, 2019 i Lê Việt Hùng, Phạm Văn Giang, Trần Thị Thu Hương, Nguyễn Anh Thi “Nghiên cứu số hóa mơ hình 3D đường nạp, thải buồng cháy làm sở mô động diesel” Tạp chí giao thơng vận tải, số 11, tr 137-139, 2018, ISSN: 2354 - 0818 Lê Việt Hùng, Khổng Vũ Quảng, Nguyễn Đức Khánh, Phạm Văn Trọng “Nghiên cứu mô đánh giá phát thải độc hại động máy nông nghiệp RV165-2 động Kubota RT155 theo tiêu chuẩn ISO 8178”, Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trường, số 64, tr 69-75, 2019 ISSN: 1859 - 3941 Lê Việt Hùng, Nguyễn Văn Giang, Võ Khắc Hồng, Đào Chí Cường, Đỗ Văn Dũng, Nguyễn Anh Thi “Nghiên cứu trình nạp-nén động Diesel buồng cháy thống phần mềm Ansys-ICE” Tạp chí giao thơng vận tải, số 04, tr 101 – 105, 2019, ISSN: 2354 - 0818 Võ Danh Toàn, Nguyễn Thanh Tuấn, Lê Việt Hùng, Lương Huỳnh Giang, Huỳnh Thanh Cơng “Mơ nâng cao tính làm việc cho động diesel xi-lanh thiết kế cải tiến họng nạp” Tạp chí phát triển KH&CN, tập 16, số K3 – 2015 ii Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Năm 2005, động Diesel RV165-2 (có cơng suất tối đa 16,5 mã lực) SVEAM tự thiết kế, chế tạo với tỷ lệ nội địa hóa đạt 90% bán thị trường, đánh dấu cột mốc quan trọng, mang tính bước ngoặt lịch sử phát triển SVEAM (xem Hình 1.1) Các thơng số kỹ thuật đặc tính kỹ thuật động RV165-2 trình bày bảng 1.1 Hình 1.1: Động RV165-2 SVEAM sản xuất Bảng 1.1: Đặc tính kỹ thuật động RV165-2 Kiểu Mục tiêu thiết kế Loại kỳ, xylanh, nằm ngang 𝑆 × 𝐷 (mm) 97 x 105 Thể tích xylanh (cm3) 839 Cơng suất tối đa (Mã 16,5/2400 lực/vịng/phút) Cơng suất định mức 14/2200 (Mã lực/vịng/phút) Moment cực đại 4,9/1800 (KG.m/vòng/phút) Tỉ số nén 20 Nhiên liệu Dầu Diesel Thể tích thùng nhiên liệu (lít) Suất tiêu thụ nhiên liệu (g/Mã lực/giờ) Áp suất mở vòi phun 11 206 220 (Kg/cm2) Hệ thống đốt nhiên liệu Phun trực tiếp Thể tích nước làm mát (lít) 2,6 Trọng lượng (kg) 132 Kích thước: 759 x 388 x 496 Dài x Rộng x Cao (mm) Đối với động Diesel thì, hiệu nạp động đặc trưng hệ số nạp (volumetric efficiency): v  ma 2ma 2m   a a ,iVh a ,iVh n a ,i Ap S p (1.1) Trong đó, ma khối lượng khơng khí hút vào  a lưu lượng khối lượng khơng khí nạp vào xylanh; m xylanh chu trình cơng tác động (tính trung bình cho chu trình cơng tác động cơ); Vh thể tích cơng tác xylanh; n tốc độ quay động cơ;  a,i khối lượng riêng khơng khí phía trước họng nạp động cơ; Ap diện tích đỉnh piston; S p vận tốc di chuyển trung bình piston Hiệu trình nạp mơi chất cơng tác có ảnh hưởng trực tiếp đến tính động đốt nỗ lực nâng cao hiệu trình nạp (nạp đầy với tổn hao lượng thấp nhất) quan tâm suốt chiều dài lịch sử phát triển ngành động đốt Các đặc trưng vĩ mơ (như chuyển động xốy quanh trục xylanh (swirl flow) hay chuyển động xốy quanh trục vng góc với trục xylanh (tumble flow) vi mô (đặc trưng không gian thời gian chuyển động rối) khơng khí chuyển động bên xylanh cuối q trình nạp có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình thành hỗn hợp nhiên liệu/khơng khí xylanh có tác động lớn đến hiệu q trình cháy, cơng suất phát thải nhiễm động cơ, đặc biệt động Diesel phun trực tiếp (direct injection Diesel engine) Thời gian chi phí thiết kế họng nạp cắt giảm cách tự động hóa bước quy trình này, đồng thời tích hợp vào quy trình giải thuật tính tốn tối ưu (optimizer) 1.2 Nhận xét tình hình nghiên cứu ngồi nước Trong q khứ, việc tìm lời giải tường minh cho toán học lưu chất phức tạp bên xylanh động gần điều Nhưng nhờ phần mềm mô chun nghiệp việc mơ để tốn học lưu chất phức tạp trở nên đơn giản nhiều Ở Việt Nam giới có nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến cũa tối ưu hóa cụm họng nạp động như: Nghiên cứu “Tối ưu hóa q trình cung cấp biogas cho động tĩnh sử dụng hai nhiên liệu biogas dầu mỏ” Bùi Văn Ga, Trần Văn Quang, Trương Lê Bích Trâm, Nguyễn Phi Quang (2008) Tạp chí Khoa học Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng , Nghiên cứu: “Mơ nâng cao tính làm việc cho động diesel xylanh thiết kế cải tiến họng nạp” Võ Danh Toàn, Nguyễn Thanh Tuấn, Lê Việt Hùng, Lương Huỳnh Giang, Huỳnh Thanh Công Tạp chí phát triển KH&CN, tập 16, số K3 – 2015, Nghiên cứu S.K Sabale S.B Sanap với đề tài: “Thiết kế phân tích họng nạp dạng xoắn ốc động Diesel nhằm đạt giá trị hệ số xoáy mong muốn”, nghiên cứu Frantisek SEDLACEK Michal SKOVAJSA với đề tài “Tối ưu hóa họng nạp động phương pháp mô số” Với luận án này, đối tượng nghiên cứu động nông nghiệp hệ cũ (VIKYNO RV165-2), với hệ thống cung cấp nhiên liệu khí Tác giả đưa hướng tiếp cận hoàn toàn như: tham số hóa mơ hình 3D cụm họng nạp dạng xoắn ốc, xây dựng thực hóa q trình tự động tính tốn mơ kì nạp động VIKYNO RV165-2 Chế tạo, thử nghiệm đánh giá sản phẩm cải tiến cuối cùng, ứng dụng vào thực tế sản xuất SVEAM 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu là: cải tiến họng nạp động xylanh để nâng cao tối đa giá trị hệ số nạp, đưa thiết kế cải tiến cụ thể, chế tạo ứng dụng sản xuất hàng loạt công ty SVEAM line) drops respectively from the first epoch to the third epoch before rising again from the fourth epoch b Optimization the intake value utilizing Differential Evolution After encoding solutions, identifying the targeted function Y=f(X1, X2, X3, X4, X5) (model that has been approximately built by ANN), we can apply the DE method to optimize the targeted function Specifically, we need to identify the parameter package {X1, X2, X3, X4, X5} to maximize Ymax value Figure 3.17 shows how ANSYS, ANN and DE work in collaboration to sends out the final result with value of Ymax=81,062 drawn from the parameter package {X1 X2 X3 X4 X5}={18,000 104,707 12,273 4,000 40,000} 33 Figure 3.17: Combined process of ANSYS, ANN and DE Figure 3.18: Research and Convergence process of the Differential Evolution Finally, to check the accuracy of the algorithm using ANN and optimized point recognized by DE, aside from 100 selected and simulated data points, the project has repeated the simulation around the optimized point and has 34 allowed for another 13 random points using ANSYSFLUENT 3.3.4 Relation setup between the volumetric efficiency and swirl ratio Due to limitation of calculation timing (each package of data requires 10 days to send out the result of the whirl value), the project, therefore, only calculated at 26 points Figure 3.19 shows the dispersion of 26 points based on the volumetric efficiency and swirl ratio We can observe that swirl ratio goes up when there is an increase in the volumetric efficiency The concept is verified by calculating related parameters As long as the parameters are positive, they can prove the direct relationship between the volumetric efficiency and swirl ratio This is yet to have been fully verified and is still needed to put it under more thorough and on larger scale experiments 35 Figure 3.19: Scatter diagram showing the relation between the volumetric efficiency and swirl ratio Figure 3.20 shows the divided group of data obtained from the volumetric efficiency (using k-means algorithm with k=5) We can see that data has been assigned accordingly to the increase of the volumetric efficiency Center points of these groups are pointed out by table 3.2 36 Figure 3.20: The results of data subgroup are obtained by the volumetric efficiency with k = Table 3.2: Center point of groups Group 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Center point of the volumetric efficiency 76,8000 77,9849 78,2326 79,2557 80,8695 Next, we begin to calculate the average value of swirl ratio Y2 based on the volumetric efficiency Figure 3.21 shows the respective result 37 Figure 3.21: Average swirl ratio based on the volumetric efficiency’s groups From Figure 3.21 we can observe the average value of swirl ratio has a tendency to go up along with the volumetric efficiency from the first four groups when the values remain lower than 79,26 Nevertheless, there is a reverse trend of the swirl ratio when the volumetric efficiency rises over 79,26 38 Chapter RESULTS 4.1 Comparison of the simulation results using Ansys-ICE 4.1.1 The volumetric efficiency 4.1.1.1 Data processing methods 4.1.1.2 The volumetric efficiency result Drawn from Ansys-ICE result, it can be seen that the intake manifold optimization has had a great impact on the overall efficiency from 80% to 88,8% thanks to a smoother flow when it comes to intersections among sections 4.1.2 Swirl ratio For the swirl ratio, the advanced intake manifold also proved to be more efficient than the current ones The average swirl value during the intake-compression process is 2,11 which is higher than about 17,88% compared to the current design at 1,79 39 4.1.3 Velocity, pressure and temperature Results about velocity from the two models show that velocity at the end of the intake stroke from the current model is higher than that of the advanced one, which means pressure gap between inside and outside of the cylinder is significant, allowing for an increased mass of intake air Simulation results on temperature of the two models show that temperature at the end of intake stroke is much higher, laying the foundation for higher intake value because they are intercorrelated 4.2 Experimental results comparison 4.2.1 Experimental results on measuring working characteristics of the advanced VIKYNO RV165-2 The author only investigates the performance including Moment (Me), Power (Ne) and specific fuel consumption rate (ge) with respect to 4-speed values ranging from 1800 to 2400 rpm 40 4.2.2 Comparison between the experimental result of the advanced VIKYNO RV165-2 with the current model 4.2.2.1 Power Figure 4.1 The chart comparing Power between the current and the advanced model 4.2.2.2 Torque 41 Figure 4.2 The chart comparing Torque between the current and the advanced model 4.2.2.3 Specific fuel consumption at the norm output ( Power = 14HP at 2200 rpm) 42 206 187 Figure 4.3 The chart comparing Specific fuel consumption between the current and the advanced model 4.2.2.4 Evaluation experimental performance of the VIKYNO RV165-2 with the advanced intake manifold (inside and outside the cylinder head included) It is similar to the Ansys – ICE simulation results The experimental result run has proven a significant performance at most speed rate tests Maximum Power increased by 12,12% from 16,5 Hp to 18,5 Hp, Maximum 43 Torque (at 1800rpm) by 6,5% from 5,22 Kg.m to 5,56 Kg.m (higher than that is published by the producer on the catalog) and Specific fuel consumption drops by 9,23% from 206 g/Hp.h to 187 g/Hp.h These experimental results are certified by Quality Assurance and Testing Center 44 Chapter CONCLUSION AND FUTURE DEVELOPMENT 5.1 Achievements VIKYNO RV165-2 with optimized helical intake manifold works more efficiently in terms of max power (11,6% increase) and specific fuel consumption (10,1% decrease) that yield great economic boost 5.2 New contribution Nowadays, the demand for the small-size engine with increased capacity utilizing in Agriculture-ForestryFishery in Vietnam is surging Therefore, boosting the locally-built engine’s capacity is by all means important VIKYNO RV165-2 diesel engine with single-cylinder and direct injection achieving 16,5Hp manufactured by SVEAM could be seen as among the most typical Vietnam diesel engine produces Nonetheless, it has been present for ten years at which time technology and manufacturing industry are still 45 on their very first steps, leading to the fact that surfaces are not smooth enough, intake value is quite low, These factors result in low output of the engine in general There is a wide variety of research methods in order to boost the power, lower the specific fuel consumption and make it friendly to the environment Still, intake manifold optimization method is chosen to put under thorough research because manufacturing and assembling phases would be easier and more economical For the first time, VIKYNO RV165-2 intake manifold is modeled automatically under the help of parameterization methodology This is among the most vital factors facilitating high-speed designs and modifications of the intake manifold in particular The automatic simulative calculation process of the VIKYNO RV165-2’s intake manifold has not only made it faster and easier for designing but also laid the foundation for researching and applying Science-Technology into the designing process of SVEAM 46 The project has pointed out the big picture of the relationship between the volumetric efficiency and swirl ratio for VIKYNO RV165-2 5.3 Future perspective Thorough the researching process, the project has achieved positive and productive results in boosting the technological capacity and economic efficiency of the VIKYNO RV165-2 However, there remain some drawbacks including the exclusion of the intake manifold’s roughness, the relationship between swirl ratio and tumble ratio, so as to have the most comprehensive vision of the air-fuel mixture formation inside the intake manifold The project only aims to evaluate technological capacity and the economic efficiency of the engine without taking the exhaust fume and pollutants (CO, NOx, Soot, ) into consideration These factors are put under strict standards, especially in terms of the 4.0 industry and the world’s increasing concerns 47 ... đề nghiên cứu  Chương Cơ sở lý thuyết cải tiến cụm họng nạp động Diesel xylanh  Chương Nghiên cứu cải tiến cụm họng nạp động Diesel 16,5 Hp (Động VIKYNO RV165-2)  Chương Kết nghiên cứu  Chương... đun ICE Ansys Họng nạp (bên nắp xylanh) Phương án cải tiến số Phương án cải tiến số Phương án ngẫu nhiên Chương Phương án hữu Cải tiến (Bước 2) Thực nghiệm đánh giá Phương án ngẫu nhiên Theo... Đóng góp luận án Hiện nay, nhu cầu sử dụng động cỡ nhỏ có cơng suất tương đối dùng nơng – lâm - ngư nghiệp Việt Nam lớn Nhiều loại động xuất khắp nơi thị trường Việt Nam Trong đó, động diesel xylanh,