VII. Bố cục luận án
4.7. Kết luận chương 4
Động cơ diesel một xylanh S1100 đã được chuyển đổi thành động cơ sử dụng hoàn toàn khí thiên nhiên, qua phân tích các số liệu thực nghiệm thu được từ ba piston có kích thước hình học trên đỉnh khác nhau (PS1, PS2 và PS3) các kết luận được rút ra như sau:
Đối với động cơ diesel một xylanh chuyển đổi thành động cơ khí thiên nhiên cháy cưỡng bức, để giảm nguy cơ xuất hiện kích nổ và tiếng ồn, tỷ số nén tới hạn của động cơ là = 11,5.
Với mục tiêu nâng cao tính kinh tế và giảm phát thải, kích thước của phần đỉnh piston ở động cơ khí thiên nhiên sau chuyển đổi cụ thể như sau: Đường kính phần lõm đỉnh piston là Db = 66 mm và độ sâu của phần lõm là Hb = 19. Thêm vào đó, đường tâm của phần trụ lõm trên đỉnh piston phải trùng với đường tâm của xylanh
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Sau khi thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ số nén, hình dạng buồng cháy đến thời gian cháy và phát thải của động cơ diesel chuyển đổi sử dụng khí thiên nhiên nén, các kết luận của luận án được rút ra như sau:
Luận án đã tổng hợp và đưa ra giải pháp phù hợp để chuyển đổi động cơ diesel một xylanh thành động cơ cháy cưỡng bức sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên.
Luận án xây dựng thành công mô hình động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên trên phần mềm AVL Boost dùng để khảo sát ảnh hưởng của tỷ số nén, hình dạng đỉnh piston đến thời gian cháy và phát thải của động cơ. Các kết quả nghiên cứu mô phỏng đã xác định được tỷ số nén giới hạn, kết cấu buồng cháy và vị trí đặt bugi đánh lửa dành cho động cơ diesel một xylanh được chuyển đổi thành động cơ cháy cưỡng bức với nhiên liệu khí thiên nhiên.
Luận án đã bước đầu chuyển đổi động cơ diesel một xilanh (ký hiệu S1100) thành động cơ đốt cháy cưỡng bức sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên với một số tỷ số nén và kết cấu đỉnh piston mới.
Kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng, ảnh hưởng của tỷ số nén, hình dạng đỉnh piston đến thời gian cháy và phát thải của động cơ là rất lớn. Các kết quả thu được từ thực nghiệm đã chứng minh rằng, sự thay đổi hình dạng buồng cháy trên đỉnh piston đã rút ngắn được thời gian cháy ở động cơ nghiên cứu. Kết cấu hình học của đỉnh piston đã gián tiếp góp phần khắc phục được nhược điểm về tốc độ cháy chậm ở nhiên liệu khí thiên nhiên.
Bộ dữ liệu và mô hình động cơ sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên trên phần mềm mô phỏng AVL Boost, cũng như hệ thống thực nghiệm động cơ CNG sau khi chuyển đổi từ động cơ diesel nguyên bản do luận án phát triển, ứng dụng trong việc khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ là tài liệu tham khảo hữu ích; có thể làm cơ sở cho việc chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên. Các kết quả nghiên cứu đồng thời góp phần giảm phát thải khí nhà kính và giải quyết vấn đề về an ninh năng lượng ở nước ta.
Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là nghiên cứu nâng cao hiệu suất nhiệt của động cơ sau chuyển đổi và hướng đến phát triển động cơ sử dụng khí thiên nhiên thế hệ mới đạt hiệu suất nhiệt cao và thoả mãn tiêu chuẩn khí thải mới.
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. https://nangluongvietnam.vn/vai-tro-cua-khi-thien-nhien-trong-tien-trinh- phat-trien-dat-nuoc-18249.html. [2]. https://www.pvgas.com.vn/sanpham-dichvu/khi-thien-nhien-nen-cng. [3]. https://mt.gov.vn/vn/tin-tuc/68763/ha-noi--no-luc-doi-moi--nang-cao-chat- luong-xe-buyt.aspx
[4]. Semin, Rosli Abu Bakar, “A Technical Review of Compressed Natural Gas as an Alternative Fuel for Internal Combustion Engines”, American J. of Engineering and Applied Sciences, volume 1, issue 4, pages: 302-311, 2008. [5]. Manoj Gwalwanshi, Gaurav Mittal, “A Review of Natural Gas—Diesel Dual
Fuel Engines”, Advances in Fluid and Thermal Engineering, Select Proceedings of FLAME 2020.
[6]. https://cng-vietnam.com/kien-thuc/tim-hieu-ve-khi-tu-nhien
[7]. https://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD_thi%C3%AAn_nhi%C3%AAn [8]. https://nangluongvietnam.vn/bang-chay-nguon-nang-luong-cua-tuong-lai-
6927.html
[9]. Aneta Skorek, Renata Włodarczyk, “The Use of Methane in Practical Solutions of Environmental Engineering”, Journal of Ecological Engineering, Volume 19, Issue 2, March 2018, pages: 172–178.
[10]. Konstantinos Gounari, Deligeorgiou Georgios, “Natural Gas as a Source of Energy”, Proceeding of the International Conference on Advances In Management, Economics And Social Science– MES 2014, pages: 6-9.
[11]. IEA “Database documentation Natural Gas Documentation 2021”, International Energy Agency.
[12]. https://moit.gov.vn/bao-ve-nen-tang-tu-tuong-cua-dang/ket-qua-tich-cuc-cua- nganh-nang-luong-giai-doan-2016-2020-ta.html.
[13]. TS. Trần Ngọc Toản, “Dầu khí Việt Nam: Hiện trạng và thách thức phát triển – Bài 1”, Tạp chí Năng lượng Việt nam, 24.5.2017.
[14]. TS. Nguyễn Ngọc Sơn, “Dầu khí Việt Nam: Hiện trạng và thách thức phát triển – Bài 3”, Tạp chí Năng lượng Việt nam, 31.5.2017.
[15]. Florida power & light company, “Natural gas specs sheet”, Fuel oil purchase contract, 11/06/2003.
[16]. Wanazelee Wan Abu Bakar, Rusmidah Ali, “Natural Gas”, Open access peer-reviewed chapter, August 18th 2010.
[17]. Richard Hutter, Johannes Ritzmann, Philipp Elbert and Christopher Onder, “Low-Load Limit in a Diesel-Ignited Gas Engine”, Energies 2017, volume 10, Issue 1450, pages: 1 of 27.
[18]. Clean cities US department of Energy, “Alternative Fuels Data Center Fuel Properties Comparison”, January 2021.
[19]. Devarajan Ramasamy, K. Kadirgama, M.M. Rahman and Z.A. Zainal, “Analysis of compressed natural gas burn rate and flame propagation on a sub-compact vehicle engine”, International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, Volume 11, pp. 2405-2416, January-June 2015. [20]. T. Korakianitis, A.M. Namasivayam, R.J. Crookes, “Natural-gas fueled
spark-ignition (SI) and compression-ignition (CI) engine performance and emissions”, Progress in Energy and Combustion Science, volume 37 (2011), pages: 89-112.
[21]. Phạm Minh Tuấn, “Động cơ đốt trong”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2001.
[22]. Suzana Kahn Ribeiro, Shigeki Kobayashi, “Chapter 5 - Transport and its infrastructure”, In Climate Change 2007.
[23]. Muhammad Imran Khan, Tabassum Yasmin, Abdul Shakoor, “Technical overview of compressed natural gas (CNG) as a transportation fuel”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 51 (2015), pages: 785– 797.
[24]. Dori Yuvenda, Bambang Sudarmanta, Arif Wahjudia, Oki Muraza, “Improved combustion performances and lowered emissions of CNG-diesel dual fuel engine under low load by optimizing CNG injection parameters”, Fuel Journal, Volume 269 (2020), pages: 117-202.
[25]. Jinlong Liu, Cosmin E. Dumitrescu, “Flame development analysis in a diesel optical engine converted to spark ignition natural gas operation”, Applied Energy Journal, Volume 230 (2018), pages: 1205–1217.
[26]. Mirko Baratta, Nicola Rapetto, “Fluid-dynamic and numerical aspects in the simulation of direct CNG injection in spark-ignition engines”, Computers & Fluids Journal, Volume 103 (2014), pages: 215–233.
[27]. Shiqiang Zhang, Chunshu Li, Ruilin Liu, Jingyang Bao and Miao Chi, “Effects of the variable valve lift difference on in-cylinder gas flow in a four- valve gasoline engine”, Journal of Automobile Engineering, Proceeding Institution of Mechanical Engineer Part D, pages: 1-12.
[28]. Jacques Boree and Paul C. Miles, “Chapter In-Cylinder Flow”, Book of Engines—Fundamentals, 2014, ISBN: 978-0-470-97402-5.
[29]. Jinlong Liu, Cosmin E. Dumitrescu, “3D CFD simulation of a CI engine converted to SI natural gas operation using the G-equation”, Fuel Journal, Volume 232 (2018), pages: 833–844.
[30]. R. R. Taine, J. Stephenson and S. T. Elder, “Characteristics of Diesel Engines Converted to Spark Ignition Operation Fuelled with Natural Gas”, SAE, International Congress and Exposition Detroit, Michigan, February 29- March 4. 1988.
[31]. Jinlong Liu, Hemanth Kumar Bommisetty, Cosmin Emil Dumitrescu, “Experimental Investigation of a Heavy-Duty Compression-Ignition Engine Retrofitted to Natural Gas Spark-Ignition Operation”, Journal of Energy Resources Technology, November 2019, Volume 141, pages: 112207-1- 112207-12.
[32]. Alberto Boretti, “Advantages of converting Diesel engines to run as dual fuel ethanoleDiesel”, Journal of Applied Thermal Engineering, Volume 47 (2012), pages: 1-9.
[33]. Bruce Chehroudi, “Use of Natural Gas in Internal Combustion engines” International Non-renewable Energy Sources Congress, Tehran, Iran, December 26-30, 1993, pages: 1-21.
[34]. Md. Ehsan and Shafiquzzaman Bhuiyan, “Dual Fuel Performance of a Small Diesel Engine for applications with Less Frequent Load Variations”, International Journal of Mechanical & Mechatronics, Engineering IJMME Volume 9, Issue 10, 2009.
[35]. LIM Pei Li, Thesis “The Effect of Compression Ratio on the CNG-Diesel Engine”, University of Southern Queensland, October, 2004.
[36]. Michael D. Gerty, “Effects of operating conditions compression ratio and gasoline performate on SI engine knock limits”, Master of Science in Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology, June 2005.
[37]. Abhay Tiwari, “Converting a Diesel Engine to Dual-Fuel Engine Using Natural Gas”, International Journal of Energy Science and Engineering, Volume 1, Number 5, 2015, pages: 163-169.
[38]. N. Ravi Kumar, Y. M. C. Sekhar, and S. Adinarayana, “Effects of Compression Ratio and EGR on Performance, Combustion and Emissions of Di Injection Diesel Engine”, International Journal of Applied Science and Engineering, 2013, Volume 11, Issue 1, pages: 41-49.
[39]. Martyn Roberts “Benefits and challenges of variable Compression Ratio (VCR)”, paper Number 03p-227, 2002 Society of Automotive Engineers..
[40]. Amjad Shaik, N Shenbaga Vinayaga Moorthi and R Rudramoorthy, “Variable Compression ratio Engine a future power plant for automobiles an overview”, proc.IMechE Vol. 221 part D: J.Automobile Engineering, 4 April 2007.
[41]. Ragadia Sadiq Y, “Theoritical Investigaiton of Influence of Compression Ratio on Performance And Emissions of Spark Ignition Engine”, International Journal of Scientific Research, Volume 5, Issue 4, April 2016.
[42]. M Mittal, G Zhu, and H Schock, “Fast mass-fraction-burned calculation using the net pressure method for real-time applications”, Journal of Automobile Engineering, Proceeding Mechanical Engineering 2009, Volume 223, Part D, pages: 389-394.
[43]. Ismail Altına, Atilla Bilgin, Ismet Sezer, “Theoretical investigation on combustion characteristics of ethanol-fueled dual-plug SI engine”, Fuel 257 (2019), 116068, pages: 1-7.
[44]. Jinlong Liu, “Investigation of Combustion Characteristics of a Heavy-Duty Diesel Engine Retrofitted to Natural Gas Spark Ignition Operation”, Doctor of Philosophy, West Virginia University, 2018.
[45]. Zuohua Huang, Bing Liu, “Combustion Characteristics and Heat Release Analysis of a Spark-Ignited Engine Fueled with Natural Gas-Hydrogen Blends”, Journal of Energy & Fuels, Volume 21, 2007, pages: 2594-2599.
[46]. Saeed Ghaffarzadeh, Ali Nassiri Toosia, Vahid Hosseini, “An experimental study on low temperature combustion in a light duty engine fueled with diesel/CNG and biodiesel/CNG”, Journal of Fuel 2019, pages: 1-10.
[47]. Chondanai Vipavanich, Sathaporn Chuepeng, and Sompol Skullong, “Heat Release Analysis and Thermal Efficiency of a Single Cylinder Diesel Dual Fuel
Engine with Gasoline Port Injection”, Case Studies in Thermal Engineering 2018.
[48]. Jie Liu, Junle Wang, Hongbo Zhao, “Optimization of the Combustion Chamber and Fuel Injection of a Diesel/Natural gas dual fuel Engine”, (2019). [49]. V. L. Maleev, “Internal Combustion Engines Theory and Design”, ISBN: 0-
07-085471-8.
[50]. D. Gosman, “Flow processes in cylinders - The Thermaldynamics and Gas Dynamics of Internal-Combustion Engines”, Volume II.
[51]. Vinayaka Rajashekhar Kiragi, C.V. Mahesh, C.R. Rajashekhar, Naveen. P & Mohan Kumar S.P “Studies of Squish and Tumble Effect On Performance Of Multi Chambered Piston Ci Engine”, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248-9622, Vol. 2, Issue 5, September- October 2012, pp.874-878.
[52]. Dr.V.V. Prathibha Bharathi, V.V. Naga Depthi, Dr.R. Ramachandra, V. Pandurangadu, K. Govindarajulu, “Study of Swirl and Tumble Motion Using CFD”, Volume 6 Issue No. 11, IJESC, pp:36-39.
[53]. John L. Lumley, “Engines – an introduction”, Cambridge University Press, 1999.
[54]. Mohd Aizad Sazrul Sabrudin, Mohd Farid Muhamad Said and Zulkarnain Abdul Latiff, “Effects of asymmetric intake valve lift configuration towards in- cylinder air flow behavior”, VOL. 12, NO. 7, APRIL 2017, Asian Research Publishing Network.
[55]. Stephen R. Turns, “An Introduction to Combustion Concepts and Applications”.
[56]. P. Gandhidasan, A. Ertas, E. E. Anderson “Review of Methanol and Compressed Natural Gas (CNG) as Alternative for Transportation Fuels”, Journal of Energy Resources Technology, June 1991, Vol. 113, pp; 101-107. [57]. Mahmut Kaplan, “Influence of swirl, tumble and squish flows on combustion
characteristics and emissions in internal combustion enginereview”, International Journal of Automotive Engineering and Technologies, e-ISSN: 2146 – 9067, July 10, 2019
[58]. Tanaji Balawant Shinde, “Experimental investigation on effect of combustion chamber geometry and port fuel injection system for CNG engine”, OSR Journal
[59]. Johansson, B., & Olsson, K. (1995). “Combustion Chambers for Natural Gas SI Engines Part I: Fluid Flow and Combustion”. SAE Transactions, Journal of
Engines, 104(SAE Technical Paper 950469).
http://www.sae.org/technical/papers/950469
[60]. John B. Heywood, “Internal Combustion Engine Fundamentals”.
[61]. WangZhi, LiuHui, Rolf DReitz, “Knocking combustion in spark-ignition engines”, (2017), https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.03.004
[62]. Kapil Dev Choudharya , Ashish Nayyarb , M.S. Dasgupta,” Effect of compression ratio on combustion and emission characteristics of C.I. Engine operated with acetylene in conjunction with diesel fuel”,(2018), https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.11.051
[63]. Senthil Ramalingam, Paramasivam Chinnaia, Silambarasan Rajendran,
”Influence of Compression Ratio on the Performance and Emission Characteristics of Annona Methyl Ester Operated DI Diesel Engine”, (2014), https://doi.org/10.1155/2014/832470.
[64]. Rronald m. dell patrick t. moseley david ajrand, “ towards sustainable road transport”, (2014) pages 109-156, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-404616- 0.00004-9
[65]. John H. Weaving, “Internal Combustion Engineering: Science & Technology”. [66]. John B. Heywood, “Internal Combustion Engine Fundamentals”.
[67]. Nguyễn Tuấn Thanh, Phạm Minh Tuấn, Bùi Nhật Huy, Khổng Văn Nguyên , Vũ Văn Quang, “ Nghiên cứu môn đánh giá động cơ rcci so với động cơ diesel nguyên bản trên phần mềm avl-boost”, (2021).
[68]. Văn Huy Phạm, “ Nghiên cứu và tính toán mô phỏng động cơ diesel sử dụng nhiên liệu Dimethyl ether (DME)”, (2014).
[69]. Nguyễn Lan Hương, Lương Công Nhớ, Hoàng Anh Tuấn, “ Nghiên cứu tính toán mô phỏng động cơ Diesel sử dụng hỗn hợp nhiên liệu Dimethyl Ether (DME) và Diesel”,( 2015).
[70]. Phạm Tất Thắng, Nguyễn Xuân Tuấn,” Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu cng cho động cơ ja31e dùng trên xe urban concepte tham gia cuộc thi shell eco – marathon”, (2018).
[71]. Lê Văn Tụy,” Tính toán mô phỏng cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) phun trực tiếp trong động cơ có tỷ số nén cao”, (2009).
[72]. Ngô Văn Dũng, “ Nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel sử dụng nhiên liệu SYNGAS”, (2014).
[73]. Hoàng Đình Long, Nguyễn Viết Thanh, Nguyễn Duy Tiến, Phạm Minh Tuấn, “Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG) trên động cơ diesel hiện hành”, (2017).
[74]. Nguyễn Sĩ Thắng và cộng sự, “Ứng dụng công nghệ chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng khí thiên nhiên nén CNG”, Tạp chí Năng lượng nhiệt số 105, 5/2012, ISSN 0868-3336,
[75]. Đinh Xuân Thành , Phạm Hòa Bình, Chu Đức Hùng, Nguyễn Ngô Long, Nguyễn Huy Chiến, “Nghiên cứu sử dụng LPG như một nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong - khả năng sử dụng ở việt nam”, (2019)
[76]. Bùi Văn Chinh, Nguyễn Cẩm Vân, Nguyễn Đức Khánh, Hoàng Văn Lợi,
”Nghiên cứu cải thiện tính năng làm việc của động cơ sử dụng nhiên liệu xăng sinh học ở điều kiện lạnh”, (2021).
[77]. Nguyễn Thành Trung, “Nghiên cứu cơ chế chuyển đổi sang sử dụng CNG và nâng cao hiệu quả khi sử dụng dữ liệu tự nhiên ”, (2017).
[78]. Phạm Hữu Tân, “Chuyển đổi các động cơ Diesel tàu thủy cỡ nhỏ sang sử dụng nhiên liệu CNG nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường”, (2012).
[79]. Trần Thanh Hải Tùng, Huỳnh Phước Sơn, Nguyễn Đình Quý, ”Mô phỏng quá trình cháy động cp Vikyno RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel bằng phần mềm Fluent”, (2015).
[80]. Bùi Văn Ga, Trần Diễn (2006), “So sánh đặc tính của động cơ 100cc khi chạy bằng xăng và bằng LPG với bộ phụ kiện DATECHCO-GA5”, Tạp chí GTVT, số 7.
[81]. Bùi Văn Ga và cộng sự (2004), “Sử dụng nhiên liệu LPG trên xe gắn máy và xe bus cỡ nhỏ”, Hội nghị Khoa học và công nghệ Đăng kiểm Việt Nam,
[82]. Bùi Văn Ga và cộng sự, “Thử nghiệm khí biogas trên động cơ xe máy”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, Số 1 (18), pp, 1-5, 2007,
[83]. Nguyễn Tất Tiến (2000) “Nguyên lý động cơ đốt trong”, NXB giáo dục [84]. AVL Boost user guide.
[85]. S. Bari, S.N. Hossain, I. Saas, “A review on improving airflow characteristics inside the combustion chamber of CI engines to improve the performance with higher viscous biofuels”, Fuel 264 (2020) 116769.
[86]. “Effect of combustion chamber shape on tumble flow squish-generated flow and burn rate”, JSAE Review 23 (2002) 291-296.
[87].Harshavardhan, B. and Mallikarjuna, J., "Effect of Combustion Chamber Shape on In-Cylinder Flow and Air-Fuel Interaction in a Direct Injection Spark Ignition Engine - A CFD Analysis," SAE Technical Paper 2015-26- 0179, 2015, https://doi.org/10.4271/2015-26-0179
[88]. Theory AVL-BOOST version 2011.1. [89]. Users guide AVL-BOOST version 2011.1.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. Trần Thanh Tâm1, Trần Đăng Quốc2
và Lê Anh Tuấn2,“Nghiên cứu tổng quan sử dụng CNG làm nhiên liệu cho động cơ diesel”, Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về Cơ khí - Động lực, ngày 13 tháng 6 năm 2016
2. ThS. NCS. Trần Thanh Tâm; TS. Trần Đăng Quốc; PGS. TS. Lê Anh Tuấn.