v. Bố cục của luận án
4.3.1. Ảnh hưởng của PC2GĐ đến các thông số nhiệt động trong xilanh
Khi áp dụng PC2GĐ, sự thay đổi sơ đồ phun (thể hiện qua 3 thông số chính: tỉ lệ phun, thời điểm bắt đầu phun và thời gian dừng giữa các lần phun) sẽ ảnh hưởng đến tốc độ giải phóng nhiệt khi cháy, từ đó làm thay đổi diễn biến áp suất và nhiệt độ trong xi lanh. Động cơ Hyundai 2.5 TCI-A có dải tốc độ vận hành từ 800 vg/ph đến 3800 vg/ph [3]. Tuy nhiên, vùng tốc độ 3800 vg/ph chỉ được vận hành ở chế độ tải nhỏ (25% tải) và trung bình (50% tải) [3], trong các trường hợp này lượng phun trong một chu trình công tác khá nhỏ (tương ứng là 18,4 mm3 và 34,5 mm3) do đó mức phát thải ở chế độ vận hành này không quá cao. Trong luận án, NCS hướng đến mục tiêu nghiên cứu tác động và hiệu quả của PC2GĐ ở chế độ tải cao và tốc độ cao của động cơ (đây là chế độ vận hành có mức phát thải cao, tiếng ồn động cơ lớn và suất tiêu hao nhiên liệu lớn). Trong khi, ở chế độ 75% tải và 100% tải, động cơ chỉ vận hành với tốc độ giới hạn là 3500 vg/ph. Vì vậy, việc đánh giá ảnh hưởng của PC2GĐ đến các thông số nhiệt động trong xi lanh và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ Hyundai 2.5 TCI-A được thực hiện bằng MHMP CTCT ở tốc độ cao (3500 vg/ph) và tải cao (100% tải), với tỉ lệ phun về thể tích lần lượt là 30/70; 50/50 và 70/30 (đại diện cho các trường hợp sử dụng tỉ lệ phun khác nhau: trường hợp có lượng phun lần 1 nhỏ; lượng phun lần 1 lớn và lượng phun 2 lần tương đương nhau). Kết quả mô phỏng PC2GĐ được so sánh với PC1GĐ với điều kiện tổng lượng phun là không đổi.
Hình 4.7. Sơ đồ phun khi PC1GĐ và PC2GĐ ở chế độ 3500 vg/ph, 100% tải, nhiên liệu B0
sơ đồ này, giãn cách giữa hai lần phun khi PC2GĐ đều được chọn không đổi là RDT = 10o GQTK, prail = 1598 bar và thời điểm bắt đầu phun là như nhau trong các trường hợp khảo sát và đồng nhất với thời điểm bắt đầu phun của PC1GĐ.
T ốc đ ộ tỏ a n h iệ t, [ J/ đ ộ G Q T K ] -30 -10 10 30 50 70 90 110 Độ GQTK
Hình 4.8. Diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xi lanh khi PC2GĐ và PC1GĐ
Với sơ đồ phun trên, sự thay đổi về tốc độ giải phóng nhiệt, diễn biến áp suất trong xi lanh và diễn biến nhiệt độ trung bình trong xi lanh của PC2GĐ và PC1GĐ được trình bày trong Hình 4.8, Hình 4.9 và Hình 4.10. Hình 4.8 cho biết tốc độ tỏa nhiệt ứng với giai đoạn cháy trước của PC2GĐ so với PC1GĐ gần như giống nhau vì thời điểm bắt đầu phun và lượng nhiên liệu phun trong khoảng thời gian này là giống nhau đối với mỗi trường hợp.
Trong giai đoạn cháy tiếp theo, do có sự phân chia về lượng phun giữa hai lần phun khi PC1GĐ nên đường cong tốc độ tỏa nhiệt nhiệt của PC1GĐ chỉ có một đỉnh trong khi đường cong tốc độ tỏa nhiệt của PC2GĐ có hai đỉnh. Đỉnh đầu tiên của trường hợp PC2GĐ xuất hiện do sự ngừng phun nhiên liệu trong lần phun đầu tiên. Nó thường có xu hướng thấp hơn so với giá trị đỉnh của một lần phun vì lượng nhiên liệu bị đốt cháy ít hơn. Tuy nhiên nếu lượng phun lần 1 lớn (với tỉ lệ phun 50/50; 70/30), đỉnh của lần phun 1 lại có xu hướng cao hơn khi PC1GĐ do một phần nhiệt bị tổn thất để làm nóng lượng nhiên liệu phun vào. Khi nhiên liệu được cung cấp trở lại
111
ở lần phun thứ hai, sự tỏa nhiệt tăng trở lại và đạt đến đỉnh thứ hai. Độ cao và thời điểm đạt đỉnh thứ hai phụ thuộc vào tỉ lệ phun và giãn cách giữa các lần phun. Lượng phun lần 2 càng nhỏ thì đỉnh thứ 2 sẽ càng thấp, với tỉ lệ phun 30/70 đỉnh thứ 2 của đường tốc độ tỏa nhiệt là 69,9 (J/oGQTK), trong khi với tỉ lệ 50/50 và 70/30 là 46,9 (J/oGQTK) và 17,4 (J/oGQTK).
Sự hình thành phát thải NOx và soot phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ trong xi lanh trong quá trình đốt cháy của hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Hình 4.9 cho thấy sự thay đổi của nhiệt độ trung bình trong xi lanh khi PC2GĐ so với PC1GĐ. Do có hai đỉnh tỏa nhiệt (Hình 4.8) nên sự gia tăng nhiệt độ trung bình trong xi lanh của PC2GĐ không đều như PC1GĐ. Tương tự như đồ thị tốc độ tỏa nhiệt Hình 4.8, từ khi bắt đầu cháy đến khi kết thúc lần phun 1, đường cong nhiệt độ trong trường hợp PC2GĐ và PC1GĐ là tương tự nhau. Sau khi kết thúc lần phun đầu tiên, tốc độ tăng nhiệt độ chậm lại trong trường hợp PC2GĐ với tỉ lệ phun lần 1 nhỏ (30/70) và nhiệt độ giảm xuống trong trường hợp PC2GĐ với tỉ lệ phun lần 1 cao (50/50; 70/30).
N h iệ t đ ộ tr on g xi la n h , [ K ] 1750 1500 1250 1000 750 500 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Độ GQTK
Hình 4.9. Diễn biến nhiệt độ trong xi lanh khi PC2GĐ và PC1GĐ
Khi nhiên liệu được phun vào lần thứ hai, nhiệt tiếp tục được giải phóng do nhiên liệu bị đốt cháy, khi lượng nhiên liệu phun lần 2 lớn (tỉ lệ 30/70) tốc độ tỏa nhiệt lớn nên nhiệt độ trung bình trong xi lanh tăng với tốc độ nhanh hơn so với trường hợp lượng phun lần 2 cao (50/50), thậm chí nếu lượng phun lần 1 nhỏ (tỉ lệ 70/30), lượng
nhiệt giải phóng ra không đủ để thúc đẩy sự gia tăng nhiệt độ trong xi lanh. Mặc dù tổng lượng nhiên liệu được sử dụng trong các trường hợp như nhau nhưng nhiệt độ đỉnh của PC2GĐ (1885 K) thấp hơn PC1GĐ (2042 K) vì hiệu ứng làm mát của giai đoạn dừng giữa hai lần phun (truyền nhiệt ra thành xi lanh), sự tổn thất nhiệt do truyền cho nhiên liệu của lần phun 2 và quá trình đốt cháy lượng nhiên liệu phun vào lần thứ hai bị chậm lại trong hành trình giãn nở. Vì vậy, đỉnh nhiệt độ bị dịch chuyển sang phía bên phải và nhiệt độ trung bình trong xi lanh khi PC2GĐ thường cao hơn PC1GĐ trong giai đoạn sau của quá trình cháy (trừ trường hợp tỉ lệ phun 70/30).