VII. Bố cục luận án
41. Chuyển đổi động cơ diesel một xylanh S1100 thành động cơ khí thiên nhiên
4.1.5. Lựa chọn kết cấu hình học và thay đổi tỷ số nén động cơ
4.1.5.1. Thay đổi tỷ số nén đối với động cơ sau chuyển đổi
Giả sử coi nắp máy của động cơ sau chuyển đổi là một mặt phẳng, phần thể tích giữa khe hở giữa nắp máy với các chi tiết như: đế xúp-páp nạp và thải, bugi và cảm biến đo áp suất xylanh động cơ được gọi là thể tích còn lại (Vcl). Giá trị của Vcl là rất nhỏ so với thể tích buồng cháy và không thay đổi khi thay đổi piston. Do vậy tỷ số nén của động cơ sau chuyển đổi sẽ phụ thuộc vào phần thể tích trên đỉnh piston và kích thước của gioăng nắp máy. Các thông số hình học của buồng cháy động cơ sau chuyển đổi được cho như hình 4.15, trong đó: B là đường kính của xylanh; Cc: Chiều dầy của gioăng nắp máy; C: Khoảng cách từ đỉnh piston ở điểm chết trên đến mặt dưới của gioăng nắp máy; Z: Khoảng cách từ đỉnh piston ở điểm chết trên đến mặt trên của gioăng nắp máy hoặ mặt trong của nắp máy. DB: Đường kính phần thể tích trên đỉnh piston; HB: Chiều cao tính tử đỉnh của piston đến mặt đáy của phần thể buồng cháy nằm trên đỉnh piston.
Áp dụng công thức tính tỷ số nén lý thuyết vào động cơ thực sau chuyển đổi ta có công thức sau:
Vmax
Vc
Trong đó Vc là thể tích buồng cháy; Vmax là thể tích toàn phần;
Gọi Vph là phần thể tích trên đỉnh piston ta có Vc = Vph+Vcl. Sau khi biến đổi sẽ mối quan hệ giữa tỷ số nén và các thông số buồng cháy ở động cơ khí thiên nhiên sau chuyển đổi được xác định theo:
B2 C C D2H A
C B B 1
Từ kết quả thu nghiên cứu mô phỏng cho thấy khi tăng tỷ số nén từ ε = 10 đến ε = 14, thì công suất, mô men đều tăng và đạt giá trị lớn nhất tại tỷ số nén ε = 12 (với bước nhảy của tỷ số nén là 1) sau đó giá trị của công suất và mô men giảm. Mặt khác để động cơ làm việc được ổn định trong vùng tốc độ từ 1000 vòng/phút đến 2000 vòng/phút thì 12 . Kết hợp từ kết quả nghiên cứu mô phỏng và sự tiếp cận của các công trình khoa học đã được công bố, tỷ số nén của động cơ thử nghiệm sẽ được lựa chọn tại hai giá trị lần lượt là = 11,5 và = 12,5.
Hình 4.15. Thông số hình học tính tỷ số nén động cơ
4.1.5.2. Lựa chọn kết cấu hình học đỉnh piston
Hình dạng kết cấu đỉnh piston trong nghiên cứu này sẽ được lựa chọn dựa trên quan điểm xác định được tỷ số nén giới hạn thực tế và mức độ ảnh hưởng của hình dạng đỉnh piston đến tính kinh tế và phát thải của động cơ sau chuyển đổi. Do vậy trong nghiên cứu này, tỷ số nén được chọn lần lượt là = 11,5 và = 12,5 là để
xác định tỷ số nén giới hạn lớn nhất so với tỷ số nén nghiên cứu mô phỏng. Đối với trường hợp cả hai piston PS2 và PS3 có cùng = 12,5, mục đích của trường hợp này là để đánh giá ảnh hưởng của diện tích squish đến khả năng làm tăng tốc độ cháy của nhiên liệu khí thiên nhiên. Thông số hình học của ba đỉnh piston sẽ sử dụng trong nghiên cứu này được trình bày trong bảng 4.1 và hình dạng của đỉnh piston được thể hiện trên hình 4.16.
Bảng 4.2. Thông số hình học của ba kiểu đỉnh piston
Tên gọi Đường kính lõm(D
b, mm) Độ sâu vết lõm(Hb, mm) Khoảng lệch tâmlõm (OB, mm)
PS 1 66 19 0
PS 2 61,5 19 0
PS 3 61,5 19 4,5