Nghiên cứu ảnh hưởng của phun chính nhiều giai đoạn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel kiểu commonrail khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học - Nguyễn Xuân Đạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN XUÂN ĐẠT NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN CHÍNH NHIỀU GIAI ĐOẠN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KIỂU COMMONRAIL KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2022 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGUYỄN XUÂN ĐẠT NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN CHÍNH NHIỀU GIAI ĐOẠN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL KIỂU COMMONRAIL KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS Nguyễn Hoàng Vũ 2. TS Phạm Xuân Phƣơng HÀ NỘI - NĂM 2022 luan an i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Luận án có sử dụng một phần kết quả nghiên cứu của Đề tài NCKH & PTCN cấp Quốc gia “Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm ECU phù hợp cho việc sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel với các mức pha trộn khác nhau”, mã số ĐT.14/NLSH do Đại tá, PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ là Chủ nhiệm đề tài và cơ quan chủ trì là Học viện Kỹ thuật Quân sự, thuộc Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, do Bộ Công Thương quản lý. Tôi đã được Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng một phần kết quả nghiên cứu của Đề tài mã số ĐT.14/NLSH vào việc viết và bảo vệ luận án.

Tôi xin cam đoan các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Đạt luan an ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Học viện Kỹ thuật Quân sự, Khoa Động lực, Bộ môn Động cơ đã cho phép, đồng thời hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ và TS Phạm Xuân Phương đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án; xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Đề tài ĐT.14/NLSH đã đồng ý cho tôi sử dụng một số kết quả nghiên cứu của Đề tài để thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS Lucio Postrioti, TS Andrea Cavicchi cùng các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành quá trình nghiên cứu thực nghiệm tại PTN SprayLab, Khoa Kỹ thuật, Đại học Perugia, Italia.

Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Sĩ quan Lục quân 1, Ban chủ nhiệm Khoa Binh chủng và các thầy trong Bộ môn Xe máy đã ủng hộ, động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các chuyên gia, các nhà khoa học thuộc lĩnh vực Cơ khí - Động lực ở trong và ngoài Học viện KTQS đã ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh Nguyễn Xuân Đạt luan an iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ.

Mục đích nghiên cứu của luận án. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án. Phương pháp nghiên cứu của luận án. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Bố cục của luận án. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Kỹ thuật phun nhiên liệu trên động cơ diesel ĐKĐT. Phun một giai đoạn.

Phun nhiều giai đoạn. Phun chính nhiều giai đoạn. Mối quan hệ giữa thông số điều khiển và QLCCNL của vòi phun điện từ. Sử dụng nhiên liệu diesel sinh học cho động cơ diesel.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Trên thế giới. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu và loại nhiên liệu sử dụng. Trình tự và hướng nghiên cứu của Luận án.

Kết luận Chương 1. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. Mục đích và đối tượng thực nghiệm .37 luan an iv 2. Đối tượng thực nghiệm.

Thực nghiệm xác định các thông số vận hành của động cơ. Nhóm các thông số về QLCCNL. Nhóm các thông số về hệ thống nạp thải. Thực nghiệm đo QLCCNL bằng phương pháp Zeuch.

Chế độ thực nghiệm. Trang thiết bị thực nghiệm. Trình tự tiến hành thực nghiệm. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của phun một giai đoạn đến QLCCNL.

Kết quả đánh giá ảnh hưởng của PC2GĐ đến QLCCNL. Kết luận Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VÒI PHUN KIỂU COMMONRAIL CRI2. Đánh giá và lựa chọn phần mềm.

Xây dựng mô hình mô phỏng vòi phun CRI2.2 trong phần mềm GT-Suite. Xây dựng mô hình mô phỏng vòi phun CRI2.2 trong phần mềm GT- Suite. Đánh giá và hiệu chỉnh mô hình vòi phun CRI2. Kết quả mô phỏng vòi phun CRI2.

Kết luận Chương 3 .93 CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN CHÍNH HAI GIAI ĐOẠN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ HUYNDAI 2.5 TCI- A KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC. Xây dựng mô hình mô phỏng CTCT động cơ diesel Hyundai 2. Xây dựng mô hình mô phỏng CTCT. Kết quả hiệu chỉnh mô hình theo đặc tính ngoài.

Ảnh hưởng của PC2GĐ đến diễn biến các thông số nhiệt động và phát thải của động cơ Hyundai 2. Ảnh hưởng của PC2GĐ đến các thông số nhiệt động trong xi lanh. Ảnh hưởng của PC2GĐ đến diễn biến các chất phát thải. Ảnh hưởng của diesel sinh học đến diễn biến các thông số nhiệt động trong xi lanh khi PC2GĐ.

Ảnh hưởng của PC2GĐ đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ Huyndai 2. Ảnh hưởng của tỉ lệ phun và RDT khi PC2GĐ đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ. Ảnh hưởng của thời điểm bắt đầu phun lần 1 khi PC2GĐ đến các thông số công tác của động cơ. Ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học đến các thông số công tác của động cơ khi PC2GĐ.

Kết luận Chương 4 .129 KẾT LUẬN CHUNG, HƢỚNG PHÁT TRIỂN. 131 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ. 133 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

134 DANH MỤC PHỤ LỤC. 143 luan an vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích Đơn vị CR CommonRail - CTCT Chu trình công tác - DT Thời gian dừng giữa hai lần cấp điện (Dwell Time) ms ĐCĐT Động cơ đốt trong - o ĐCT Điểm chết trên GQTK ĐKĐT Điều khiển điện tử - ET Thời gian cấp điện (Energizing Time) ms EGR Hệ thống tuần hoàn khí xả (Exhaust gas - Recirculation) GQTK Góc quay trục khuỷu độ HTP Hệ thống phun - HTPNL Hệ thống phun nhiên liệu - IT Thời gian phun (Injection Time) ms IR Tốc độ phun (Injection Rate) mm3/ms KTPNGĐ Kỹ thuật phun nhiều giai đoạn - NOD Độ trễ mở của vòi phun (Nozzle Opening Delay) ms NCD Độ trễ đóng của vòi phun (Nozzle Closing Delay) ms MHMP Mô hình mô phỏng - PCNGĐ Phun chính nhiều giai đoạn - PC1GĐ Phun chính một giai đoạn - PC2GĐ Phun chính hai giai đoạn - PTN Phòng thí nghiệm - RDT Thời gian dừng giữa hai lần phun (Realized Dwell ms Time) o SOI Thời điểm bắt đầu phun (Start Of Injection) GQTK luan an vii o SOE Thời điểm bắt đầu cấp điện (Start Of Energizing) GQTK QLCCNL Quy luật cung cấp nhiên liệu - QLP Quy luật phun - Qinj Lưu lượng phun theo thể tích mm3/ms V Thể tích nhiên liệu phun trong một CTCT mm3 VGT Van điều khiển turbo (Variable Geometry Turbo) - luan an viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. Các thông số đặc trưng của PC2GĐ. Sự thay đổi thuộc tính hóa-lý của biodiesel theo tỷ lệ pha trộn [4].

Tỷ lệ C:H:O, khối lượng phân tử trung bình, mô đun đàn hồi và công thức hóa học đại diện của các hỗn hợp diesel/biodiesel [4]. Khác nhau giữa lượng phun thực và lượng phun cần đạt được khi phun nhiều giai đoạn [55]. Kết quả điều chỉnh lượng phun từ MHMP so với lượng phun cần đạt được [55]. Thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ diesel Hyundai 2.

Các thông số kỹ thuật cơ bản của vòi phun CRI2. Kết quả xác định các thông số về QLCCNL của động cơ Hyundai 2.5 TCI-A khi làm việc ở đặc tính ngoài. Kết quả xác định các thông số vận hành của hệ thống nạp thải khi động cơ làm việc ở đặc tính ngoài [1]. Map điều khiển tuabin [1].

Chế độ thực nghiệm xác định đặc tính vòi phun CRI2.2 và QLCCNL ứng với các loại nhiên liệu khác nhau và các kỹ thuật phun khác nhau. Chế độ thực nghiệm khi PC1GĐ. Tính toán ET1/ET2 khi PC2GĐ với nhiên liệu B0. Tính toán ET1/ET2 khi PC2GĐ với nhiên liệu B40.

Xác định ET1/ET2 khi PC2GĐ với nhiên liệu B100. Chế độ thực nghiệm đo QLP khi PC2GĐ của B0, B40 và B100. NOD và NCD của vòi phun theo ET và prail khi PC1GĐ (với B0). Mối quan hệ giữa IT và ET theo ET và prail.

Chênh lệch về lượng phun của nhiên liệu B40 và B100 so với B0. Độ trễ của vòi phun CRI2.2 ở prail =1400 bar với nhiên liệu B0. Ảnh hưởng của nhiên liệu đến tổng lượng phun khi PC2GĐ ở chế độ prail = 1000 bar, tỉ lệ phun 30/70, 50/50 và 70/30. Thông số hình học của van điện từ…………………………………….

82 luan an ix Bảng 3. So sánh lượng phun xác định bằng MHMP và thực nghiệm khi PC1GĐ. Đặc điểm MAP vòi phun CRI2.2 dùng cho MHMP CTCT của động cơ diesel Hyundai 2. Chế độ mô phỏng nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ phun và RDT…….

So sánh độ giảm hàm lượng phát thải soot và độ tăng hàm lượng phát thải NOx giữa PC1GĐ và PC2GĐ. Lượng nhiên liệu cần bổ sung khi sử dụng hỗn hợp diesel/biodiesel. Lượng nhiên liệu cấp cho một CTCT ứng với các mức pha trộn khác nhau của biodiesel (sau khi bù suy giảm nhiệt trị). Sự thay đổi SOI khi PC1GĐ với B40 và B100 so với B0.

Chế độ khảo sát sự ảnh hưởng của diesel sinh học đến các thông số công tác của động cơ khi PC2GĐ so với PC1GĐ. So sánh độ giảm hàm lượng phát thải soot và độ tăng hàm lượng phát thải NOx giữa PC1GĐ và PC2GĐ khi sử dụng B40. So sánh độ giảm hàm lượng phát thải soot và độ tăng hàm lượng phát thải NOx giữa PC1GĐ và PC2GĐ khi sử dụng B100 .