Luận án nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cung cấp nhiên liệu kép LPG-Diesel trong động cơ diesel - Trường Đại học [Tên trường]

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. xiii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt trong .1 Các kết quả nghiên cứu trong nước .2 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới .2 Đặc điểm của khí hóa lỏng .1 Tính chất lý hóa của LPG .2 Ưu điểm của LPG so với các loại nhiên liệu truyền thống .3 Tình hình sản xuất LPG .3 Kết luận chương 1 .27 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (LPG – DIESEL) .1 Quá trình cháy của đ/cơ Diesel và đ/cơ s/dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) .1 Quá trình cháy của động cơ Diesel.2 Quá trình cháy trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel).2 Các giả thuyết để nghiên cứu về đ/cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel .3 Cơ sở lý thuyết tính toán mô phỏng quá trình cháy động cơ LPG - Diesel .1 Phương trình nhiệt động học thứ nhất [84] .2 Mô hình hỗn hợp môi chất .3 Mô hình truyền nhiệt .4 Mô hình cháy Vibe 2 vùng (Vibe 2 Zones) .5 Mô hình hình thành phát thải các chất độc hại.6 Mô hình cháy kích nổ khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) .4 Tính toán mô phỏng động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) .1 Phần mềm mô phỏng AVL BOOST.2 Ứng dụng phần mềm AVL BOOST trong tính toán mô phỏng: .3 Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ Diesel Toyota 3C – TE .1 Các thông số cơ bản của động cơ Toyota Diesel 3C - TE .2 Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng .4 Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ Toyota 3C-TE khi sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel .5 Kết quả mô phỏng động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel .1 Ảnh hưởng đến đặc tính Me của đ/cơ sử dụng nh/liệu kép (LPG – Diesel) .2 Ảnh hưởng đến đặc tính Ne của đ/cơ sử dụng nh/liệu kép (LPG – Diesel) .3 Ảnh hưởng đến nhiệt độ cháy của đ/cơ s/dụng nh/liệu kép (LPG – Diesel) .4 Ảnh hưởng đến áp suất quá trình cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) .5 Phát thải NOx của động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel .6 Phát thải CO của động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) .7 Phát thải muội than của động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) .8 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến diễn biến áp suất trong xilanh động cơ .6 Kết luận chương 2 .78 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG TRONG ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP (LPG - DIESEL) .1 Hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử của động cơ Diesel.1 Quá trình điều khiển lưu lượng nhiên liệu.2 Quá trình điều khiển thời điểm phun nhiên liệu.2 Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ thực nghiệm sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) .1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ .2 Hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép Diesel – LPG.3 Cơ sở tính toán lượng nhiên liệu LPG cung cấp cho động cơ .3 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mạch bộ điều khiển cung cấp khí LPG cho động cơ 3C-TE .4 Kết luận chương 3 .101 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Mục đích, đối tượng và trang thiết bị thực nghiệm .1 Mục đích và đối tượng thực nghiệm .2 Điều kiện thực nghiệm .2 Các quy trình thực nghiệm .1 Thực nghiệm đặc tính kỹ thuật động cơ Diesel 3C – TE.2 Thực nghiệm hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép (LPG – Diesel).3 Thực nghiệm các đặc tính và thông số ảnh hưởng đến động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel).4 Thực nghiệm phát thải (HC, CO, NOx và độ mờ khói) khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) .3 Kết quả thực nghiệm và thảo luận .1 Đặc tính kỹ thuật động cơ Diesel 3C – TE thực tế.2 Đánh giá h/động của h/thống đ/khiển cung cấp nh/liệu kép (LPG – Diesel).3 Đánh giá ảnh hưởng các đặc tính và thông số đến động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel).4 Đánh giá ảnh hưởng đến phát thải (HC, CO, NOx và muội than) của động cơ sử iii dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel).1 Kết luận chương 4 .130 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .132 Hướng phát triển: .133 TÀI LIỆU THAM KHẢO .134 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .142 PHỤ LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị AVL-BOOST Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL AVL-MCC Mô hình cháy của hãng AVL CA Góc quay trục khuỷu Độ CCR Tỷ lệ đốt cháy CO Mônôxit cácbon CNG Khí thiên nhiên nén CRT Bộ lọc tái sinh liên tục DOC Bộ xúc tác ôxi hóa DPF Bộ lọc phát thải hạt, dạng khép kín EGR Hệ thống luân hồi khí thải HAP Hydro Cacbon thơm mạch vòng HC Hydro Cacbon LHC Luân hồi áp suất cao LHT Luân hồi áp suất thấp LNT Bộ xúc tác hấp thụ NOx chế độ nghèo/loãng LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng MN Máy nén MP Mô phỏng NOX Ôxít nitơ PM Phát thải dạng hạt ROHR Đồ thị tốc độ tỏa nhiệt SCR Bộ xúc tác khử NOx SCRT Hệ thống xử lý khí thải tổng hợp CRT và SCR v SMF Bộ lọc phát thải hạt có trang bị sợi đốt Smoke Độ mờ khói SOOT Muội than SOx Ôxít lưu huỳnh TB Tuabin TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Thực nghiệm TSP Tổng lượng bụi lơ lửng trong không khí VOCs Hàm lượng các chất hữu cơ độc hại bay lên trong k.khí θ Góc quay trục khuỷu hiện thời Độ Q̂   Nhiệt tỏa ra tính đến góc quay trục khuỷu J Q Tổng nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy J aw Hằng số phụ thuộc vào tỷ lệ nhiên liệu LPG cung cấp cho xi lanh θo, Δθ Thời điểm và thời gian diễn ra quá trình cháy HC Độ εk Sai số CCR Tỷ lệ phần trăm năng lượng do LPG sinh ra trong tổng năng % lượng của nhiên liệu kép LPG - Diesel mLPG Khối lượng LPG tiêu thụ kg HuLPG Nhiệt trị thấp của LPG MJ/kg mDiesel Khối lượng Diesel tiêu thụ kg HuDiesel Nhiệt trị thấp của Diesel MJ/kg mc Khối lượng môi chất trong xi lanh kg u Nội năng J/kg pc Áp suất trong xi lanh Pa V Thể tích xi lanh m3 vi QF Nhiệt lượng của nhiên liệu cung cấp kJ Qw Tổn thất nhiệt qua vách kJ α Góc quay trục khuỷu Độ hBB Trị số entanpy J/kg dmi Lượng khí nạp vào xi lanh kg dme Lượng khí thải ra khỏi xi lanh kg hi Entanpy của môi chất khí đi vào xi lanh J/kg he Entanpy của môi chất khi đi khỏi xi lanh J/kg qev Nhiệt hóa hơi của nhiên liệu kJ f Phần nhiệt hóa hơi của môi chất trong xi lanh kJ mew Khối lượng nhiên liệu bay hơi kg Aeff Diện tích thông qua m2 To1 Nhiệt độ môi chất trước họng tiết lưu K Ro Hằng số chất khí J/kg ψ Hệ số phụ thuộc vào tỷ lệ áp suất môi chất - k Tỷ số nhiệt dung riêng của môi chất Hyđrô các bon - μσ Hệ số cản dòng của đường ống - dvi Đường kính xupap m S Vị trí của piston tính từ điểm chết trên m r Bán kính quay m L Chiều dài thanh truyền m  Góc giữa đường nối tâm quay với piston ở ĐCT độ E Khoảng lệch tâm m Qwi Nhiệt truyền đến các chi tiết trong xi lanh K Awi Diện tích bề mặt các chi tiết trong xi lanh Pa vii αw Hệ số truyền nhiệt W/m2K Tc Nhiệt độ môi chất trên bề mặt thành xi lanh K Twi Nhiệt độ bề mặt các chi tiết trong xi lanh K D Đường kính xi lanh m C Tốc độ trung bình của piston m/s Cu Tốc độ tiếp tuyến của môi chất m/s VD Thể tích công tác của 1 xi lanh m3 Pc Áp suất môi chất trong xi lanh Pa pc,0 Áp suất khí trời Pa pc,1 Áp suất môi chất trong xilanh tại thời điểm đóng xupap nạp Pa Tc,1 Nhiệt độ môi chất trong xi lanh tại thời điểm đóng xupap K nạp VTDC Thể tích xi lanh khi piston ở ĐCT m3 IMEP Áp suất chỉ thị trung bình Pa din Đường kính ống nối với đường nạp m vin Tốc độ dòng khí trên đường nạp m/s δ Khe hở piston-xilanh m Q Tổng nhiệt lượng cấp vào kJ Qm Lượng nhiệt tỏa ra trong giai đoạn cháy chính kJ QMCC Hằng số chất khí - QComb Hằng số cháy - K Thế năng của dòng chuyển động rối - mF Lượng nhiên liệu được hóa hơi kg LCV Nhiệt trị thấp của nhiên liệu kJ/kg WOxigen, available Tỷ lệ khối lượng ôxy có trong hỗn hợp khi bắt đầu phun - nhiên liệu CEGR Hằng số xét đến ảnh hưởng của khí thải luân hồi - viii Ekin Thế năng của tia nhiên liệu J CTurb Hằng số năng lượng chuyển động rối - CDiss Hằng số suy giảm - mF,I Lượng nhiên liệu phun vào kg V Tốc độ nhiên liệu m/s mstoich Khối lượng không khí lý tưởng để đốt hết nhiên liệu kg λDiff Hệ số dư lượng không khí trong quá trình cháy chính - QPMC Tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cung cấp trong giai đoạn kJ cháy nhanh CNOe NO ở trạng thái cân bằng kg mfi Lượng nhiên liệu cấp vào kg mfb Lượng nhiên liệu đã cháy kg msoot Khối lượng muội than kg mCO Khối lượng CO kg PO2 Áp suất các phân tử O2 Pa Es,f Năng lượng hoạt hóa kJ/kmol Ef,ox Năng lượng ô xy hóa kJ/kmol Af,Aox Các hằng số được lựa chọn theo kinh nghiệm và kiểu động cơ - Rtot Hằng số tốc độ ô xy hóa muội than - MWc Trọng lượng phân tử C - ρs Mật độ muội than kg/m3 Ds Đường kính phân tử Soot đặc trưng m TDC Điểm chết trên - BDC Điểm chết dưới - SPV Van điều khiểu lưu lượng nhiên liệu Diesel - TCV Van điều khiển góc phun sớm - ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của các thành phần trong nhiên liệu LPG.2: Sản lượng LPG trên toàn cầu (triệu tấn) .3: Biểu đồ tiêu thụ LPG trên toàn cầu .4: Đồ thị diễn biến tiêu thụ và kế hoạch dự kiến tiêu thụ tương lai .1: Động cơ Diesel 3C-TE với hệ thống điểu khiển nhiên liệu VE-EDC .2: Đồ thị biểu diễn các giai đoạn trong quá trình cháy động cơ Diesel .3: Phân chia vùng cháy trong động cơ LPG - Diesel .4: Hướng lan truyền của màng lửa trong buồng cháy .5: Diển biến áp suất cháy trong buồng đốt của động cơ sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel .