Nhan đề : Nghiên cứu điều khiển quá trình cháy động cơ cháy nén có kiểm soát hoạt tính nhiên liệu (RCCI) Tác giả : Nguyễn Thanh Hải Người hướng dẫn: Trần Quang Vinh Từ khoá : Động cơ; Động cơ RCCI Năm xuất bản : 2020 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan về động cơ RCCI; cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVL BOOST; xây dựng mô hình mô phỏng; kết quả tính toán mô phỏng.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu điều khiển trình cháy động cháy nén có kiểm sốt hoạt tính nhiên liệu (RCCI) NGUYỄN THANH HẢI haint.via@gmail.com Ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS Trần Quang Vinh Chữ ký GVHD Viện: Kỹ thuật Cơ khí động lực HÀ NỘI, 06/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Học viên: Nguyễn Thanh Hải Lớp: 17BĐCĐT.KH Khóa: 2017B Ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Quang Vinh Tên đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu điều khiển trình cháy động cháy nén có kiểm sốt hoạt tính nhiên liệu (RCCI) Các số liệu ban đầu: Dựa kết cấu thông số kỹ thuật động diesel Kubota BD178F(E) Dựa tài liệu động RCCI Nội dung phần thuyết minh tính toán: Tổng quan động RCCI Nghiên cứu xây dựng mơ hình RCCI phần mềm AVL-Boost Xây dựng mơ hình mơ động Kubota BD178F(E) Kết thảo luận Số lƣợng tên vẽ (kích thƣớc Ao) Số lượng vẽ thể nội dung thuyết minh luận văn Ngày giao làm Luận văn tốt nghiệp: Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 30/05/2020 Hà Nội, ngày .tháng năm 2020 Giáo viên hƣớng dẫn PGS.TS Trần Quang Vinh Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phịng Đào tạo, Viện Cơ khí động lực Bộ môn Động đốt cho phép thực luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Phòng Đào tạo Viện Cơ khí động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt q trình tơi làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Trần Quang Vinh hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chuyên môn Cảm ơn Quý thầy, cô Bộ mơn Phịng thí nghiệm Động đốt - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ để tơi thực hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng đánh giá luận văn đồng ý đọc duyệt góp ý ý kiến quý báu để tơi hồn chỉnh luận văn định hướng nghiên cứu tương lai Tóm tắt nội dung luận văn Luận văn phân tích đánh giá tình hình nghiên cứu, sử dụng động cháy nén có kiểm sốt hoạt tính nhiên liệu (RCCI - Reactivity Controlled Compression Ignition) Trên sở đó, luận văn xây dựng mơ hình mơ động RCCI từ động diesel nguyên phần mềm AVL Boost Đối tượng nghiên cứu động Kubota BD178F - động diesel xylanh, bốn kỳ, không tăng áp Để làm việc theo nguyên lý cháy RCCI, động diesel nguyên cần phải cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu, với phương án phun nhiên liệu xăng đường nạp phun diesel trực tiếp vào buồng cháy động Luận văn đưa số phương án mở rộng vùng làm việc động RCCI thay đổi thời điểm phun nhiên liệu, phương pháp phun, hình dạng đỉnh piston Kết tính tốn mơ q trình cháy cho thấy mơ hình xây dựng có độ tin cậy cao, kết tính tốn động làm việc chế độ RCCI phù hợp với các cơng trình nghiên cứu trước động RCCI Học viên thực Nguyễn Thanh Hải Mục lục CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ RCCI 1.1 1.2 1.3 Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu ô nhiễm môi trường 1.1.1 Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu 1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường Động nén cháy có kiểm sốt hoạt tính nhiên liệu (RCCI) 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Nguyên lý làm việc động RCCI 1.2.3 Quá trình giải phóng nhiệt động RCCI 1.2.4 Sử dụng nhiêu liệu động RCCI 1.2.5 Tỉ lệ nhiên liệu 11 1.2.6 Phương pháp phun nhiên liệu 12 1.2.7 Tỉ số nén 14 1.2.8 Hình dạng đỉnh piston 14 Kết luận chương 16 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM AVL BOOST 17 2.1 2.2 2.3 2.4 Phần mềm AVL Boost 17 2.1.1 Giới thiệu phần mềm AVL Boost 17 2.1.2 Tính phần mềm 17 2.1.3 Ứng dụng phần mềm AVL Boost 18 Cơ sở lý thuyết giao diện phần mềm AVL Boost 18 2.2.1 Giao diện người dùng 18 2.2.2 Cơ sở lý thuyết 23 2.2.3 Mơ hình cháy 26 2.2.4 Mơ hình hỗn hợp nhiên liệu 27 2.2.5 Mơ hình truyền nhiệt 28 2.2.6 Mơ hình tính tốn thành phần khí thải động 32 Các bước xây dựng mơ hình phần mềm AVL Boost 33 2.3.1 Quy trình chung 33 2.3.2 Lựa chọn phần tử cần thiết 33 Kết luận chương 35 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 36 3.1 Xây dựng mơ hình 36 3.2 Nhập liệu cho phần tử 38 3.2.1 Phần tử đường ống 38 3.2.2 Phần tử điểm đo 39 3.2.3 Phần tử bình ổn áp 40 3.2.4 Phần tử xylanh 40 3.2.5 Phần tử vòi phun 42 3.3 Các chế độ mô 43 3.4 Hiệu chỉnh mơ hình đánh giá độ tin cậy mơ hình 43 3.5 Kết luận chương 46 CHƢƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG 47 4.1 So sánh kết động chạy nguyên chuyển sang chế độ RCCI 47 4.2 Đánh giá ảnh hưởng góc phun sớm đến đặc tính động RCCI 51 4.3 Kết luận chương 58 KẾT LUẬN CHUNG 59 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hàm lượng chất khí khí xả động [3] Hình 1.2 Xu hướng phát triển động xăng diesel [3] Hình 1.3 Bố trí vị trí phun nhiên liệu động RCCI Hình 1.4 Phân vùng đỉnh buồng cháy động diesel Hình 1.5 Kích thước muội phân bố bên buồng cháy Hình 1.6 Biểu đồ tỷ lệ giải phóng nhiệt [3] Hình 1.6 Tốc độ tỏa nhiệt giá trị đỉnh nhiệt tỏa thay đổi thời điểm bắt đầu phun [3] 13 Hình 1.7 Nhiệt lượng giải phóng với góc phun khác [3] 14 Hình 1.8 Hình dạng đỉnh piston động RCCI 15 Hình 2.1 Cửa sổ khởi động phần mềm AVL Boost 19 Hình 2.2 Cửa sổ giao diện phần mềm 19 Hình 2.3 Cân lượng xylanh [5] 25 Hình 2.4 Giao diện thơng số điều chỉnh ban đầu 27 Hình 2.5 Giao diện mơ tả thiết lập mơ hình hỗn hợp nhiên liệu 27 Hình 3.1 Hình ảnh bố trí động thử nghiệm 36 Hình 3.2 Mơ hình cháy động Kubota BD178F 37 Hình 3.3 Khai báo liệu chung cho phần tử đường ống 38 Hình 3.4 Khai báo liệu chung cho phần tử điểm đo 39 Hình 3.5 Khai báo liệu chung cho phần tử bình ổn áp 40 Hình 3.6 Khai báo thơng số nhiên liệu thay cho phần tử vòi phun I1 43 Hình 3.7 Đồ thị so sánh momen, công suất mô thực tế 44 Hình 3.8 Đồ thị so sánh suất tiêu hao nhiên liệu mô thực tế 44 Hình 3.9 Đồ thị so sánh phát thải CO, NOx mô thực tế 45 Hình 3.10 Đồ thị so sánh phát thải PM mô thực tế 45 Hình 4.1 Đồ thị so sánh diễn biến nhiệt độ buồng cháy momen 2Nm 47 Hình 4.2 Đồ thị so sánh diễn biến nhiệt độ buồng cháy momen 6Nm 47 Hình 4.3 Đồ thị so sánh diễn biến nhiệt độ buồng cháy momen 10Nm 48 Hình 4.4 Cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu động nguyên động RCCI 48 Hình 4.5 Lượng phát thải NOx 49 Hình 4.6 Lượng phát thải PM 50 Hình 4.7 Lượng phát thải CO 50 Hình 4.8 Diễn biến nhiệt độ bên buồng cháy 2Nm 51 Hình 4.9 Diễn biến nhiệt độ bên buồng cháy 6Nm 52 Hình 4.10 Diễn biến nhiệt độ bên buồng cháy 10Nm 52 Hình 4.11 Diễn biến áp suất bên buồng cháy momen 2Nm 53 Hình 4.12 Diễn biến áp suất bên buồng cháy momen 6Nm 53 Hình 4.13 Diễn biến áp suất bên buồng cháy momen 10Nm 54 Hình 4.14 Suất tiêu hao nhiên liệu phát thải PM động RCCI momen 2Nm 54 Hình 4.15 Suất tiêu hao nhiên liệu phát thải PM động RCCI momen 6Nm 55 Hình 4.16 Suất tiêu hao nhiên liệu phát thải PM động RCCI momen 10Nm 55 Hình 4.17 Phát thải CO NOx động RCCI momen 2Nm 56 Hình 4.18 Phát thải CO NOx động RCCI momen 6Nm 56 Hình 4.19 Phát thải CO NOx động RCCI momen 10Nm 57 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc tính nhiên liệu phụ gia nâng số cetan 11 Bảng 1.2 Ảnh hưởng thông số thay đổi tỉ lệ LRF 12 Bảng 2.1 Các biểu tượng chức biểu tượng 20 Bảng 2.2 Các biểu tượng chức đối tượng mô hình 20 Bảng 2.3 Các phản ứng hình thành Nox khí xả 32 Bảng 3.1 Thông số động Kubota BD178F 36 Bảng 3.2 Chi tiết thông số nhập cho phần tử đường ống mơ hình 38 Bảng 3.3 Chi tiết thông số nhập cho phần tử điểm đo mơ hình 39 Bảng 3.4 Chi tiết thơng số nhập cho phần tử bình ổn áp mơ hình 40 Bảng 3.5 Nhập thơng số cho xylanh 41 Bảng 3.6 Thể thông số độ nâng xupap nạp theo góc quay trục khuỷu 41 Bảng 3.7 Thể thông số độ nâng xupap thải theo góc quay trục khuỷu 42 DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT CCS Combined Combustion System (Hệ thống cháy kết hợp) RCCI Reactivity Controlled Compression Ignition (Nén cháy kiểm sốt hoạt tính nhiên liệu) LTC Low Teamperature Combustion (Cháy nhiệt độ thấp) PFI Port Fuel Injector (Phun cửa nạp) LRF Low Reactivity Fuel (Nhiên liệu hoạt tính thấp) HRF High Reactivity Fuel (Nhiên liệu hoạt tính cao) LTHR Low Temperature Heat Release (Tốc độ tỏa nhiệt nhiệt độ thấp) HTHR High Temperature Heat Release (Tốc độ tỏa nhiệt nhiệt độ cao) CA Crank Angle (Góc quay trục khuỷu) SCR Selective Catalytic Reduction (Xử lý xúc tác chọn lọc) ATDC After Top Dead Center (Sau điểm chết trên) BTDC Before Top Dead Center (Trước điểm chết trên) CDC Conventional Diesel Combustion (Buồng cháy diesel truyền thống) NG Natural Gas (Khí thiên nhiên) PM Particualte Matter (Khí thải dạng hạt) EGR Exhaust Gas Recirculation (Luân hồi khí thải) IMEP Indicated Mean Effective Pressure (Áp suất thị trung bình) UHC Unburned Hydrocacbon (Hydrocacbon chưa cháy) CTCT Chu trình cơng tác ĐCĐT Động đốt ĐCT Điểm chết CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ RCCI 1.1 Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu ô nhiễm môi trƣờng 1.1.1 Vấn đề tiêu thụ nhiên liệu Nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt mức phát thải từ phương tiện giao thơng chiếm tỷ trọng lớn địi hỏi động đốt đại cần có hiệu suất nhiệt cao cháy Lượng phát thải chất gây nhiễm khơng khí từ phương tiện giao thông nitrogen oxides (NOx), hạt bồ hóng (PM), carbon monoxide (CO), hydrocacbon (HC), carbon dioxide (CO2)… chiếm khoảng 4555% tổng lượng phát thải toàn cầu Hàng năm, toàn giới thải 37 tỉ CO2, đóng góp phần đáng kể vào khí thải nhà kính, gây mối lo ngại lớn biến đổi khí hậu tồn cầu Vấn đề nhiễm khơng khí ảnh hưởng nghiêm trọng đến mơi trường sống, sức khỏe người sinh vật Trái Đất Do đó, hầu hết quốc gia giới có biện pháp giới hạn nghiêm ngặt mức phát thải phương tiện giao thông Mặt khác, tính chung ngày giới tiêu thụ khoảng 86 triệu thùng dầu thơ, 70% dùng cho động đốt Với xu hướng trên, nghiên cứu phát triển động ngày nay, bao gồm động xăng động diesel có ý nghĩa quan trọng, lẽ cần cải thiện hiệu suất nhỏ với số lượng động lớn mang lại tác động lớn tới kinh tế mơi trường Mặc dù có số điểm hạn chế hiệu suất sử dụng lượng phát thải động sử dụng nhiên liệu hóa thạch cịn phổ biến Đã có nhiều đề xuất thay động đốt nguồn động lực có hiệu suất sử dụng lượng cao động Stirling, động Wankel, động dùng lượng mặt trời, động hydrogen…nhưng phức tạp, chi phí cao, khó áp dụng vào thực tế nên dừng mức độ tiềm năng, cần nghiên cứu hoàn thiện thêm Các loại xe hybrid xe điện có ưu điểm áp dụng cho phương tiện nhỏ bất lợi áp dụng phương tiện có tải trọng lớn địi hỏi tính bền bỉ khoảng cách di chuyển dài Mặt khác, hiệu suất máy phát điện thường thấp 50% chưa kể đến thất khác q trình sản xuất điện Hơn nữa, mát trình lưu trữ điện đáng kể hiệu suất sử dụng động điện đạt đến 90% Đó hạn chế lớn áp dụng xe điện vào thực tế Xét chung lại, với chi phí hợp lý, bền bỉ, tiện lợi với việc sử dụng nhiên liệu phổ biến, dễ dàng tìm thấy nơi động đốt ưu tiên hàng đầu, chưa thể thay hoàn toàn tương lai gần Tuy nhiên, việc cải thiện hiệu suất động phát triển mẫu động sử dụng loại nhiên liệu thay thế, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch cần thiết Những nghiên cứu động đốt ngày thường tập trung vào trình cháy nhiên liệu, thành phần hóa học nhiên liệu, nâng cao chất 3.5 Kết luận chƣơng Qua phần mềm mô AVL Boost ta xây dựng thành cơng mơ hình mơ động Kubota BD 178F với mục đích chuyển đổi trình cháy động diesel nguyên sang RCCI Từ mơ qua kết mơ kết thực tế ta thấy được: - Sai số công suất mơ với thực nghiệm trung bình 1,2%, - Sai số momen mô với thực nghiệm trung bình 3,5%, - Sai số ge mơ thực nghiệm trung bình 1,2%, - Sai số phát thải mô thực nghiệm trung bình CO 0,32%; NOx 0,8%, PM 0.013 Điều cho thấy mơ hình mơ động Kubota BD178F phần mềm AVL-Boost tin cậy 46 CHƢƠNG KẾT QUẢ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG 4.1 So sánh kết động chạy nguyên chuyển sang chế độ RCCI Thiết lập mơ q trình cháy RCCI cho động diesel Mơ hình chạy tốc độ 2000 vg/ph với momen 2Nm, 6Nm, 10Nm thời điểm phun nhiên liệu 15 độ So sánh kết thực nghiệm động nguyên với kết mô động - Kết so sánh diễn biến nhiệt độ buồng cháy động cơ: 2000 1800 Nhiệt độ (K) 1600 1400 1200 1000 nguyên 800 RCCI 600 400 200 300 350 400 450 Góc quay trục khuỷu (deg) 500 Hình 4.1 Đồ thị so sánh diễn biến nhiệt độ buồng cháy momen 2Nm 2500 Nhiệt độ (K) 2000 1500 1000 nguyên RCCI 500 300 350 400 450 500 Góc quay trục khuỷu (deg) Hình 4.2 Đồ thị so sánh diễn biến nhiệt độ buồng cháy momen 6Nm 47 3000 Nhiệt độ (K) 2500 2000 1500 1000 nguyên RCCI 500 300 350 400 450 500 Góc quay trục khuỷu (deg) Hình 4.3 Đồ thị so sánh diễn biến nhiệt độ buồng cháy momen 10Nm Qua đồ thị so sánh diễn biến nhiệt độ buồng cháy ta thấy động chuyển sang RCCI nhiệt độ cháy xylanh thấp so động nguyên Điều động diesel chạy chế độ RCCI hỗn hợp nhiên liệu cháy bao gồm hai nhiên liệu xăng diesel, nhiên liệu xăng phun đường ống nạp vào tạo thành hỗn hợp bán đồng trước xylanh lượng diesel phun vào Cho nên q trình cháy diễn nhiệt độ xylanh giảm xuống so với động nguyên - Kết so sánh công suất suất tiêu hao nhiên liệu: 800 2.5 700 500 1.5 400 300 Ne (kW) ge (g/kW.h) 600 ge (nguyên bản) 200 ge (RCCI) 0.5 Ne (nguyên bản) 100 Ne (RCCI) 0 10 Me (Nm) Hình 4.4 Cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu động nguyên động RCCI 48 Hình 4.4 thể công suất suất tiêu hao nhiên liệu động nguyên động chuyển sang RCCI chạy tốc độ 2000 vòng/ phút, thời điểm phun 15 độ trước điểm chết thay đổi mô men từ 2Nm đến 10Nm với bước nhảy 2Nm Qua đồ thị ta thấy công suất suất tiêu hao nhiên liệu động chuyển sang RCCI cải thiện so với động nguyên Cụ thể công suất động chuyển sang RCCI lớn khoảng 9% so với động nguyên suất tiêu hao nhiên liệu cải thiện khoảng 8.6% so với động nguyên - Kết so sánh phát thải: 600 NOx (ppm) 500 400 300 NOx (nguyên bản) 200 NOx (RCCI) 100 10 Me (Nm) Hình 4.5 Lượng phát thải NOx Hình 4.5 thể kết lượng phát thải NOx động chuyển sang RCCI động nguyên Qua kết ta thấy lượng phát thải NOx động chạy chế độ RCCI cải thiện đáng kể Cụ thể lượng phát thải NOx giảm trung bình 87% so với động nguyên Điều động chạy chế độ RCCI có nhiệt độ cháy nhỏ nhiệt độ cháy động nguyên lượng phát thải NOx giảm xuống 49 PM (g/kW.h) PM (nguyên bản) PM (RCCI) 10 Me (Nm) Hình 4.6 Lượng phát thải PM Hình 4.6 thể lượng phát thải PM động chuyển sang RCCI động nguyên Lượng phát thải PM động chuyển sang RCCI giảm đáng kể so với động nguyên Cụ thể lượng phát thải PM động chuyển sang RCCI giảm đến 90% so với động nguyên Lượng phát thải PM giảm lượng phát thải PM hình thành q trình nhiên liệu cháy khơng hết vùng thể tích bị chèn Vì chuyển sang động RCCI hỗn hợp nhiên liệu bán đồng trình cháy cải thiện 7000 6000 CO (ppm) 5000 CO (nguyên bản) 4000 CO (RCCI) 3000 2000 1000 10 Me (Nm) Hình 4.7 Lượng phát thải CO 50 Hình 4.7 thể lượng pháy thải CO động chuyển sang RCCI động nguyên Qua kết ta thấy lượng phát thải CO momen 2Nm nhỏ so với động nguyên từ khoảng 4Nm CO chuyển sang RCCI lại tăng vọt so với động nguyên Nguyên nhân động chuyển sang RCCI hệ số dư lượng khơng khí nhỏ so với động ngun 4.2 Đánh giá ảnh hƣởng góc phun sớm đến đặc tính động RCCI Kết mơ động RCCI mơ bao gồm: đặc tính cháy, thơng số thị có ích động RCCI tốc độ 2000 vg/ph momen 2Nm, 4Nm, 6Nm thay đổi thời điểm phun nhiên liệu - Diễn biến nhiệt độ buồng cháy: 2500 Nhiệt độ (K) 2000 1500 độ 1000 độ 11 độ 500 15 độ 20 độ 25 độ 310 330 350 370 390 410 430 450 Góc quay trục khuỷu (deg) Hình 4.8 Diễn biến nhiệt độ bên buồng cháy 2Nm 51 2500 Nhiệt độ (K) 2000 1500 độ 1000 độ 11 độ 15 độ 500 20 độ 25 độ 310 330 350 370 390 410 430 450 Góc quay trục khuỷu (deg) Hình 4.9 Diễn biến nhiệt độ bên buồng cháy 6Nm 3000 Nhiệt độ (K) 2500 2000 1500 độ độ 1000 11 độ 15 độ 500 20 độ 25 độ 310 330 350 370 390 410 430 450 Góc quay trục khuỷu (deg) Hình 4.10 Diễn biến nhiệt độ bên buồng cháy 10Nm Diễn biến nhiệt độ buồng cháy động RCCI thể hình 4.8, 4.9, 4.10 Qua kết ta thấy rằng, giảm dần thời điểm phun nhiên liệu nhiệt độ buồng cháy giảm dần Nguyên nhân ta giảm thời điểm phun nhiên liệu trình cháy xảy muộn thời điểm piston xuống dẫn đến thể tích buồng cháy tăng nên dẫn đến nhiệt độ buồng cháy giảm 52 Diễn biến áp suất bên buồng cháy động tốc độ 2000 vg/ph thay đổi thời điểm phun nhiên liệu: 60 50 Áp suất (bar) độ độ 40 11 độ 15 độ 30 20 độ 25 độ 20 10 260 310 360 410 460 510 560 Góc quay trục khuỷu (deg) Hình 4.11 Diễn biến áp suất bên buồng cháy momen 2Nm 70 60 độ 50 Áp suất (bar) - độ 11 độ 40 15 độ 30 20 độ 25 độ 20 10 260 310 360 410 460 510 560 Góc quay trục khuỷu (deg) Hình 4.12 Diễn biến áp suất bên buồng cháy momen 6Nm 53 80 70 độ Áp suất (bar) 60 độ 50 11 độ 15 độ 40 20 độ 30 25 độ 20 10 260 310 360 410 460 510 560 Góc quay trục khuỷu (deg) Hình 4.13 Diễn biến áp suất bên buồng cháy momen 10Nm Hình 4.11, 4.12, 4.13 thể diễn biến áp suất bên buồng cháy động chuyển sang RCCI thời điểm phun khác Qua kết ta thấy, thời điểm phun nhiên liệu 25 độ trước ĐCT áp suất đạt giá trị lớn giảm thời điểm phun nhiên liệu đỉnh áp suất bên buồng cháy có xu hướng giảm dần Nguyên nhân ta giảm thời điểm phun nhiên liệu trình cháy xảy muộn thời điểm piston xuống dẫn đến thể tích buồng cháy tăng nên áp suất giảm - Suất tiêu hao nhiên liệu, phát thải PM, CO NOx động RCCI mô tốc độ 2000 vg/ph thay đổi thời điểm phun nhiên liệu: 760 0.1 0.09 750 ge (g/kW.h) 740 0.07 730 ge 0.06 PM 0.05 720 0.04 0.03 710 PM (g/kW.h) 0.08 0.02 700 0.01 690 0 10 15 20 25 Thay đổi thời điểm phun (deg) Hình 4.14 Suất tiêu hao nhiên liệu phát thải PM động RCCI momen 2Nm 54 405 0.5 400 0.45 0.4 395 0.35 PM 0.3 385 0.25 380 0.2 375 PM (g/kW.h) ge (g/kW.h) ge 390 0.15 370 0.1 365 0.05 360 0 10 15 20 Thay đổi thời điểm phun (deg) 25 Hình 4.15 Suất tiêu hao nhiên liệu phát thải PM động RCCI momen 6Nm 345 0.9 340 0.8 335 330 325 ge 0.6 PM 0.5 0.4 320 PM (g/kW.h) ge (g/kW.h) 0.7 0.3 315 0.2 310 0.1 305 0 10 15 20 Thay đổi thời điểm phun (deg) 25 Hình 4.16 Suất tiêu hao nhiên liệu phát thải PM động RCCI momen 10Nm Kết suất tiêu hao nhiên liệu phát thải PM động chuyển sang RCCI chạy tốc độ 2000vg/ph, thay đổi thời điểm phun mô men 2Nm, 6Nm 10Nm thể hình 4.14, 4.15, 4.16 Ta thấy thay đổi thời điểm phun từ 25 độ trước ĐCT giữ nguyên momen 2Nm, 6Nm 10Nm phát thải PM thay đổi Khi ta thay đổi thời điểm phun từ 15 độ trước ĐCT suất tiêu hao nhiên liệu có xu hướng giảm đáng kể nhỏ thời điểm phun nhiên liệu 15 độ trước ĐCT Sau 15 độ suất tiêu hao nhiên liệu có xu hướng tăng vọt 55 600 12 500 10 CO 300 200 100 NOx (ppm) CO (ppm) NOx 400 0 10 15 20 Thay đổi thời điểm phun (deg) 25 Hình 4.17 Phát thải CO NOx động RCCI momen 2Nm 2500 90 80 2000 70 CO CO (ppm) 50 40 1000 NOx (ppm) 60 NOx 1500 30 20 500 10 0 10 15 Thay đổi góc phun (deg) 20 25 Hình 4.18 Phát thải CO NOx động RCCI momen 6Nm 56 14000 350 12000 300 CO 250 NOx 8000 200 6000 150 4000 100 2000 50 NOx (ppm) CO (ppm) 10000 0 10 15 20 25 Thay đổi thời điểm phun (deg) Hình 4.19 Phát thải CO NOx động RCCI momen 10Nm Phát thải CO NOx động chuyển sang RCCI tốc độ 2000 vg/ph momen 2Nm, 6Nm, 10Nm thể hình 4.17, 4.18 4.19 Ta thấy momen 2Nm, thời điểm phun nhiên liệu từ 25 độ trước ĐCT phát thải CO có xu hướng tăng dần Ở momen 6Nm phát thải CO có xu hướng giảm dần thời điểm phun nhiên liệu độ trước ĐCT giảm dần từ 25 độ Khi momen 10Nm, thời điểm phun nhiên liệu từ 11 độ trước ĐCT CO có xu hướng giảm dần sau tăng dần sau 11 độ Phát thải NOx momen 2Nm, 6Nm, 10Nm thời điểm phun nhiên liệu từ 25 độ trước ĐCT có xu hướng tăng dần 57 4.3 Kết luận chƣơng Qua thiết lập mơ q trình cháy RCCI cho động diesel Mơ hình chạy tốc độ 2000 vg/ph với momen 2Nm, 6Nm, 10Nm thời điểm phun nhiên liệu 15 độ Từ so sánh kết thực nghiệm động nguyên với kết mô động ta thấy được: - - - Động chuyển sang RCCI nhiệt độ cháy xylanh thấp so động nguyên Công suất suất tiêu hao nhiên liệu động chuyển sang RCCI cải thiện so với động nguyên Lượng phát thải NOx giảm trung bình 87% so với động nguyên Lượng phát thải PM động chuyển sang RCCI giảm đến 90% so với động nguyên Lượng phát thải CO momen 2Nm nhỏ so với động nguyên từ khoảng 4Nm CO chuyển sang RCCI lại tăng vọt so với động nguyên Khi giảm dần thời điểm phun nhiên liệu nhiệt độ buồng cháy giảm dần Tại thời điểm phun nhiên liệu 25 độ trước ĐCT áp suất đạt giá trị lớn giảm thời điểm phun nhiên liệu đỉnh áp suất bên buồng cháy có xu hướng giảm dần Thay đổi thời điểm phun từ 25 độ trước ĐCT giữ nguyên momen 2Nm, 6Nm 10Nm phát thải PM thay đổi Tại momen 2Nm, thời điểm phun nhiên liệu từ 25 độ trước ĐCT phát thải CO có xu hướng tăng dần Ở momen 6Nm phát thải CO có xu hướng giảm dần thời điểm phun nhiên liệu độ trước ĐCT giảm dần từ 25 độ Khi momen 10Nm, thời điểm phun nhiên liệu từ 11 độ trước ĐCT CO có xu hướng giảm dần sau tăng dần sau 11 độ Phát thải NOx momen 2Nm, 6Nm, 10Nm thời điểm phun nhiên liệu từ 25 độ trước ĐCT có xu hướng tăng dần 58 KẾT LUẬN CHUNG Qua kết mô động RCCI so sánh với kết thực nghiệm động nguyên cho ta thấy đặc tính phát thải NOx PM động RCCI đc cải thiện đáng kể so với động nguyên Cụ thể là: - Lượng phát thải NOx PM giảm rõ rệt so với động chạy nguyên Cụ thể, NOx giảm 87% PM giảm 90% so với động nguyên - Suất tiêu hao nhiên liệu giảm khoảng 8,6% so với động nguyên Kết so sánh thời điểm phun nhiên liệu với cho ta thấy thời điểm phun nhiên liệu tối ưu 15 độ trước ĐCT, suất tiêu hao nhiên liệu phát thải nhỏ Tuy nhiên vấn đề tồn CO lớn hệ số dư lượng khơng khí nhỏ so với động nguyên cần phải cải thiện thêm HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Trong định hướng nghiên cứu tiếp theo, tác giả muốn xem xét thêm ảnh hưởng tỉ số nén thay đổi, số lần phun khác thay đổi nhiên liệu LRF HRF để đánh giá thêm đặc tính kĩ thuật phát thải động RCCI 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kesse DG Global warming-facts, assessment, counter-measures J Pet Sci Eng 2000;26:157-68 [2] AVL Boost, 2013 [3] Jing Li, Wenming Yang, Dezhi Zhou, Review on the management of RCCI engines Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017 [4] Phạm Minh Tuấn, Động đốt NXB Khoa học kỹ thuật, 2013 [5] John B Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, 2018 60 ... đến hoạt động chế độ hỗn hợp đồng vài chế độ (homogeneous in some cases) với đại diện động RCCI (động cháy nén có kiểm sốt hoạt tính nhiên liệu) Động cháy nén có kiểm sốt hoạt tính nhiên liệu (RCCI) ... nghiệp: Nghiên cứu điều khiển q trình cháy động cháy nén có kiểm sốt hoạt tính nhiên liệu (RCCI) Các số liệu ban đầu: Dựa kết cấu thông số kỹ thuật động diesel Kubota BD178F(E) Dựa tài liệu động. .. với lưu ý Về nhiên liệu sử dụng, dùng đơn nhiên liệu lưỡng nhiên liệu Phương pháp lưỡng nhiên liệu cho phép điều khiển trình cháy dễ dàng phương pháp đơn nhiên liệu Nhiên liệu hoạt tính thấp nên