Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp tăng áp đến tính kinh tế, năng lượng và phát thải của động cơ diesel tăng áp bằng TBMN, từ đó đề xuất khoảng nhiệt độ khí nạp tăng áp sau két làm mát phù hợp để nâng cao tính kinh tế, năng lượng và giảm phát thải cho động cơ.
MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tăng áp tua bin-máy nén giải pháp kỹ thuật có hiệu nhằm nâng cao cơng suất, cải thiện tính kinh tế phát thải động Tuy nhiên, tăng áp, đặc biệt tăng áp cao làm cho nhiệt độ cực đại nhiệt độ trung bình chu trình cơng tác tăng lên, làm ảnh hưởng đến sức bền tuổi thọ chi tiết đặc biệt chi tiết hình thành nên buồng cháy động Theo số kết kết tốn tính tốn thực nghiệm số cơng trình ngồi nước, với nhiệt độ mơi trường 25 oC nhiệt độ khí nạp sau máy nén lên đến 105 oC Giá trị đạt đến khoảng 125÷135oC nhiệt độ mơi trường 40 oC Vì đề tài “Nghiên cứu cải thiện tính động diesel tăng áp làm mát khí nạp” luận án mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích nghiên cứu luận án Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khí nạp tăng áp đến tính kinh tế, lượng phát thải động diesel tăng áp TBMN, từ đề xuất khoảng nhiệt độ khí nạp tăng áp sau két làm mát phù hợp để nâng cao tính kinh tế, lượng giảm phát thải cho động Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu động diesel 4BD1T tăng áp TBMN chưa làm mát khí nạp Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu việc làm mát khí nạp với dải nhiệt độ khí nạp từ 95÷35oC, hai chế độ 1600 vg/ph 2200 vg/ph Nội dung nghiên cứu luận án - Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm xác định ảnh hưởng nhiệt độ khí nạp T1 đến ge, Me phát thải động diesel TA TBMN tốc độ 1600 vg/ph 2200 vg/p Từ khuyến cáo sử dụng dải nhiệt độ khí nạp phù hợp để giảm ge, tăng Me giảm phát thải cho động cơ; - Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm xác định áp suất, nhiệt độ, lưu lượng khí nạp, ge, Me chế độ mô men cực đại, tốc độ 1600 vg/ph với gct = const nhằm tính tốn lựa chọn loại két LMKN phù hợp đáp ứng yêu cầu giảm nhiệt độ khí nạp dải rộng từ 95 đến 35oC Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết tập trung chủ yếu vào mơ chu trình cơng tác động phần mềm GT-Suite để đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ khí nạp tăng áp đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động diesel tăng áp TBMN Ngoài luận án tiến hành tính tốn lựa chọn két LMKN tính tốn q trình trao đổi nhiệt khí nóng với nước làm mát két làm mát khí nạp Phần nghiên cứu thực nghiệm tiến hành Phòng thí nghiệm Động AVL - ĐH Cơng nghệ Giao thông vận tải Cấu trúc luận án Luận án gồm: phần mở đầu, bốn chương phần kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục Trong có 126 trang thuyết minh, 11 bảng, 73 hình vẽ đồ thị, 87 tài liệu tham khảo 21 trang phụ lục Mở đầu Trình bày tính cấp thiết đề tài luận án Chương Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương Cơ sở lý thuyết tính tốn chu trình cơng tác tiêu kỹ thuật động Chương 3.Tính tốn chu trình cơng tác tiêu kinh tế, lượng phát thải động tăng áp có làm mát khí nạp Chương Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận kiến nghị: Trình bày kết luận án số kiến nghị tác giả rút từ nội dung nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tăng áp TBMN biện pháp hiệu nhằm nâng cao công suất riêng, giảm phát thải động diesel Các phương pháp làm mát khí nạp động diesel tăng áp TBMN nghiên cứu, từ phân tích ưu nhược điểm đến lựa chọn phương án bố trí két làm mát mơi chất làm mát cho đối tượng nghiên cứu đề tài Trong chương trình bày tình hình nghiên cứu giới lý thuyết thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ khí nạp đến tiêu kinh tế, lượng phát thải động diesel tăng áp Các vấn đề nghiên cứu thiết kế, chế tạo ứng dụng két làm mát vào làm mát khí nạp động diesel tăng áp phân tích, làm rõ Nhìn chung nghiên cứu đưa cách tổng quát dải nhiệt độ khí nạp tối ưu nhằm cao hiệu suất cân đối phát thải động diesel, động HCCI loại nhiên liệu pha trộn Các đề tài nghiên cứu nước liên quan đến nâng cao công suất động tập trung giải vấn đề như: tính tốn lựa chọn TBMN; cải tiến cấu phân phối khí, hệ thống bơi trơn, làm mát, cung cấp nhiên liệu, tính bền chi tiết động Các đề tài nghiên cứu làm mát khí nạp động diesel tính dừng lại tốn lý thuyết xác định ảnh hưởng làm mát khí nạp đến tiêu công tác động diesel tăng áp thay két làm mát khí nạp khơng khí - khơng khí két làm mát khí nạp sử dụng nước làm mát cho khí nạp Tại Việt Nam nay, chưa có đề tài nghiên cứu chuyên sâu giải pháp đưa nhiệt độ khí nạp động diesel tăng áp TBMN xuống gần với điều kiện nhiệt độ làm việc bình thường động hút khí tự nhiên xác định ảnh hưởng nhiệt độ khí nạp đến tính động diesel tăng áp, việc nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ khí nạp đến tính kinh tế, lượng phát thải động diesel tăng áp TBMN vẫn mang tính cấp thiết thời thời điểm Từ cơng trình cơng bố, sở vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu phát triển, tác giả luận án tập trung nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm xác định ảnh hưởng T1 đến ge, Me phát thải động diesel 4BD1T tăng áp TBMN Từ đề xuất khoảng nhiệt độ khí nạp hợp lý làm sở lựa chọn lựa chọn két làm mát khí nạp phù hợp đáp ứng yêu cầu giảm nhiệt độ khí nạp dải rộng từ nhiệt độ khí nạp cực đại sau máy nén đến nhiệt độ môi trường CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN CHU TRÌNH CƠNG TÁC VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ 2.1 Mơ hình tính tốn chu trình cơng tác động diesel tăng áp có làm mát khí nạp 2.1.1 Mơ hình vật lý Hình 2.1 Mơ hình tính tốn CTCT ĐC diesel tăng áp có LMKN [12,73] 2.1.2 Mơ hình mô Sử dụng phương pháp cân lượng để tính tốn CTCT cho ĐCĐT, giả thiết mơi chất cơng tác thể tích cơng tác xi lanh thời điểm trạng thái cân 2.1.3 Mơ hình cháy Sử dụng mơ hình Vibe [79], quy luật cháy x, tốc độ cháy dx/dφ nhiên liệu buồng cháy xác định theo hàm tốn học: (2.3) (2.3) 2.1.4 Mơ hình truyền nhiệt Do đối tượng nghiên cứu động diesel tăng áp, khảo sát chế độ toàn tải tải cục nêm luận án chọn mơ hình Woschni [68] để ứng dụng tính tốn lý thuyết Mơ hình đánh giá tương đối sát với thực tế trình trao đổi nhiệt đối lưu môi chất công tác thành vách buồng cháy, sử dụng rộng rãi cho tính tốn dịng nhiệt tức thời 2.2 Cơ sở tính tốn mức độ phát thải động diesel * Hàm lượng chất phát thải NOx tính tốn dựa thơng số tốc độ động cơ, thành phần nhiên liệu, áp suất, nhiệt độ, hệ số dư lượng khơng khí, thể tích, thời gian cháy số vùng cháy Các phản ứng chuỗi Zeldovich [62] với hệ số tốc độ k sử dụng để tính tốn lượng phát thải NOx bắt đầu từ thời điểm xảy trình cháy * Phát thải muội than tính theo mơ hình Hiroyasu [25], mơ hình này, thay đổi khối lượng soot thể qua công thức sau: (2.3) (2.3) (2.3) Cơng thức tổng qt tính tốc độ ơxy hóa soot [25,39]: (2.3) * Trong thành phần khí thải động diesel CO chất phát thải tạo thiếu oxy phản ứng oxy hóa nhiên liệu khơng hồn tồn, tính dựa theo tài liệu [22,76] Tốc độ phản ứng tạo thành CO tính theo cơng thức: (2.3) * Trong khí thải động diesel, thành phần hydrocacbon chưa cháy hết sinh q trình làm việc khơng đáng kể Tuy nhiên, xác định gần thành phần HC theo nghiên cứu V.Pirouzpanah B.O.Kashani [66] với giả thiết hiệu số tổng lượng nhiên liệu cấp vào tổng lượng nhiên liệu đốt cháy bao gồm thành phần HC, CO muội than Khi khối lượng hydrocacbon chưa cháy (mHC) tính theo cơng thức: - (2.3) 2.3 Trao đổi nhiệt két làm mát khí nạp 2.3.1 Cơ sở lý thuyết trao đổi nhiệt đối lưu Quá trình truyền nhiệt KLM hai mơi chất nóng lạnh khác trình truyền nhiệt phức tạp, đồng thời xảy hai trình trao đổi nhiệt đối lưu dẫn nhiệt Dòng nhiệt trao đổi nhiệt đối lưu xác định theo công thức thực nghiệm Newton-Richman [1]: (W) (2.3) (2.3) 2.3.2 Truyền nhiệt dạng có cánh tản nhiệt a) Lắp ghép cánh b) Sắp xếp xen kẽ Hình 2.2 Sơ đồ lắp ghép phận trao đổi nhiệt dạng có cánh tản nhiệt Quá trình trao đổi nhiệt dịng mơi chất với bề mặt tính dựa theo cơng bố cơng trình [53] 2.4 Lựa chọn phần mềm tính tốn Luận án lựa chọn phần mềm GT-Suite để tính thông số CTCT, tiêu kinh tế, lượng môi trường động 2.5 Kết luận chương Đã xây dựng mơ hình vật lý, trình bày sở lý thuyết mơ hình mơ CTCT, chọn mơ hình cháy Vibe, mơ hình truyền nhiệt Woschni để tính tốn thơng số CTCT tính động Để tính tốn mức độ phát thải động cơ, luận án trình bày sở lý thuyết tính tốn phát thải NOx, CO, HC soot động diesel tăng áp TBMN theo lý thuyết Zeldovich, Hiroyasu, V.Pirouzpanah B.O.Kashani Ngoài xây dựng mơ hình tính tốn q trình trao đổi nhiệt khí nạp tăng áp nước két làm mát khí nạp làm sở lựa chọn két làm mát phù hợp đáp ứng yêu cầu tốn đặt CHƯƠNG TÍNH TỐN CHU TRÌNH CÔNG TÁC VÀ CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG LƯỢNG VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP CÓ LÀM MÁT KHÍ NẠP 3.1 Đặc tính kỹ thuật động ISUZU 4BD1T [44] 3.2 Mơ hình mơ chu trình cơng tác động có xét đến ảnh hưởng nhiệt độ khí nạp tăng áp sau máy nén 3.2.1 Xây dựng mơ hình Bắt đầu Lựa chọn phần tử Liên kết phần tử Nhập thơng số cho phần tử Xác định thông số hiệu chỉnh mơ hình Tính tốn CTCT Sai số >5% So sánh Ne, Me, ge tính tốn với thực nghiệm Sai số