Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày về động cơ D1146TI sử dụng tăng áp bằng tuabin khí liên hệ khí thể: Sơ đồ nguyên lý của tăng áp; cấu tạo turbo tăng áp động cơ; thông số kỹ thuật turbo tăng áp động cơ; ứng dụng bộ làm mát trung gian khí nạp để làm mát nguồn khí nóng từ máy nén trước khi đi vào buồng đốt động cơ D1146TI.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9615 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA LÀM MÁT TRUNG GIAN KHÍ NẠP ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, KỸ THUẬT, PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ D1146TI TRÊN XE BUS THE EFFECTS OF THE INTER - COOLER TO PERFOR MANER AND EMISSIONS CHARAETRISTICS OF THE D1146TI DIESEL ENGINE ON THE BUS Nguyễn Huy Chiến1,*, Nguyễn Hà Hiệp2 TĨM TẮT Bài báo trình bày động D1146TI sử dụng tăng áp tuabin khí liên hệ khí thể: Sơ đồ nguyên lý tăng áp; cấu tạo turbo tăng áp động cơ; thông số kỹ thuật turbo tăng áp động cơ; ứng dụng làm mát trung gian khí nạp để làm mát nguồn khí nóng từ máy nén trước vào buồng đốt động D1146TI Trên sở sử dụng phần mềm Diesel - RK đánh giá ảnh hưởng đến công suất, tiêu công tác động làm mát trung gian khí nạp Kết nghiên cứu cho thấy q trình làm giảm nhiệt độ khí nạp trung gian làm tăng công suất động cơ, làm giảm nhiệt độ khí cháy, làm giảm nhiệt độ động làm việc làm giảm lượng phát thải NOx Từ khóa: Động D1146TI, turbo tăng áp, làm mát trung gian khí nạp ABSTRACT The article on the D1146TI engine uses turbocharged: Diagram of the principle of turbocharging; engine turbocharger construction; engine turbocharger specifications; application of an air-to-air cooler to cool the hot air from the compressor before entering the D1146 TI engine combustion chamber Based on the use of software Diesel - RK the effects of air-to-air cooling on the engine power and performances are investigoted Research results showed the process of reducing intermediate air intake temperature will increasing the engine capacity, reduce the combustion air temperature, reduce the engine temperature when working and reduce NOx Keywords: D1146TI engine, turbocharger, intercooler Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Học viện Kỹ thuật Quân * Email: chiennh@haui.edu.vn Ngày nhận bài: 07/01/2019 Ngày nhận sửa sau phản biện: 20/4/2019 Ngày chấp nhận đăng: 15/8/2019 ĐẶT VẤN ĐỀ Ở máy nén turbo tăng áp khơng khí nén lại nóng lên vào ĐCĐT (Động đốt trong) Muốn tăng công suất động cơ, phải đạt mục tiêu đưa thêm nhiều phân tử khí vào xilanh mà khơng làm tăng nhiệt độ khí [4] Để đạt điều 52 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 53.2019 này, làm mát trung gian hay làm mát khí nạp lắp thêm vào hệ thống Nó xem két làm mát khác khơng khí thổi vào khỏi làm mát trung gian Mục tiêu báo hướng đến sử dụng phần mềm Diesel - RK để xác định thay đổi thông số động làm mát trung gian khí nạp ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Động D1146TI sử dụng turbo tăng áp cho phép sử dụng lượng khí xả để tăng hiệu suất Thông số kỹ thuật động D1146TI trình bày bảng [2] Bảng Thơng số kỹ thuật động D1146TI STT 10 11 12 13 14 Các thông số Loại động Ghi Mã động D1146TI Số xilanh Đường kính xilanh (mm) 111 Hành trình piston (mm) 139 Dung tích cơng tác (cm3) 8071 Tỷ số nén 16,8:1 Công suất định mức (KW)/vòng 150/2200 quay (v/ph) Mơ men cực đại (N.m)/vòng 75/1400 quay (v/ph) Thứ tự công tác 1-5-3-6-2-4 Khe hở xupáp (nạp xả) 0,6 - 0,3 Thời điểm phun (trước ĐCT) 150 Góc quay trục khuỷu Áp suất phun nhiên liệu (bar) 214 Dung tích dầu bơi trơn (lít) 15,5 Dung tích nước làm mát (lít) 14 Sơ đồ nguyên lý tăng áp thể (hình 1) theo phương án này, tuabin máy nén nối đồng trục với Khí xả giãn nở cánh tuabin làm tuabin quay dẫn động máy nén, nén khơng khí tới áp suất tăng áp vào động Cấu tạo turbo tăng áp động D1146TI (hình 2) thơng số kỹ thuật (bảng 2) SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9615 ( T = T π ) (1) Trong đó: - πk= Hình Sơ đồ tăng áp tuabin động D1146TI [2] Động Bình xả Thiết bị làm mát trung gian khí nạp Pk Áp suất khơng khí qua máy nén Máy nén P0 Áp suất môi trường Tuabin Pr Áp suất khí xả , tỷ số tăng áp suất máy nén; - P’0, Pk áp suất khơng khí cửa vào cửa máy nén, bar; - T’0, Tk nhiệt độ khơng khí cửa vào máy nén, K; - nk số nén khơng khí đa biến máy nén (đối với máy nén ly tâm nk = 1,8 ÷ 2) Từ cơng thức (1) ta có, động D1146TI thì: Pk = 1,26bar [5] P’0 = 1bar áp suất khơng khí ngồi mơi trường cửa vào Vậy tỷ số tăng áp tuabin P 1,26 π = = = 1,26 P T’0 = T0 + t0 (t0 nhiệt độ mơi trường thời điểm khơng khí đầu vào tuabin chọn t0 = 210C) Suy ra: T’0 = 273 + 21 = 294K Theo cơng thức (1) ta có: T = T π Vì turbo động D1146TI kiểu tua bin nén ly tâm nên nk chọn khoảng nk = 1,8 ÷ cụ thể chọn nk = Vậy Tk = 294x1,26 = 330K Vậy Tk = 330K, Pk = 1,26kg/cm2 = 1,26bar Hình Cấu tạo turbo tăng áp động D1146TI [2] Máy nén A Đường khơng khí vào máy nén Tuabin khí xả B Đường khí xả Thân turbo C Đường khí xả từ động Cánh máy nén D Đường dầu bôi trơn trục máy nén với tuabin Cánh tuabin E Đường dầu bơi trơn Bảng Thông số kỹ thuật turbo tăng áp động D1146TI [2] Động Mã turbo Áp suất nén Thể tích khí nạp vào Tốc độ tối đa tuabin Nhiệt độ khí xả vào tuabin Bơi trơn trục tuabin Khối lượng cụm turbo D1146TI ALLIED SIGNAL 466721-12 1,26bar 16,8m3/phút 102,800 vòng/phút 126,150 vòng /phút 7500C Bằng dầu động 9,5kg KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Vấn đề tăng áp để cường hóa động thay đổi thơng số khí nạp động D1146TI Ảnh hưởng tăng áp đến nhiệt độ khơng khí tăng áp Tk thể qua phương trình [1]: 3.2 Nhập thông số làm mát khí nạp Trong chương trình Diesel-RK [3] hệ số làm mát khí nạp E tính sau: (2) Ecool = (T’k – Tk) / (T’k - Tcool) Trong đó: T’k - Nhiệt độ khí khỏi làm mát; Tk - Nhiệt độ khí vào làm mát; Tcool - Nhiệt độ môi chất làm mát Theo tính tốn (phần 3.1), lấy nhiệt độ khơng khí mơi trường 210C (294K) với tỷ số tăng áp máy nén động D1146TI 1,26 ta xác định nhiệt độ khí sau máy nén 330K (nhiệt độ khí trước làm mát) Hệ số làm mát khí nạp E theo giá trị nhiệt độ khí sau làm mát bảng Bảng Bảng nhiệt độ khí làm mát hệ số E T khí trước làm mát, K 330 330 330 330 330 330 330 T khí sau làm mát, K 330 325 320 315 310 305 300 Hệ số E 0,00 0,17 0,33 0,50 0,67 0,83 1,00 No 53.2019 ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 53 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Sự thay đổi hệ số làm mát khí nạp E thể hình P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9615 Nhận xét: - Giá trị cực đại áp suất xi lanh vị trí góc quay trục khuỷu 3700 E E=1 E = 0,5 E=0 P(Áp suất) 95,91 94,07 92,79 - Cơng suất động đạt giá trị: Hình Đồ thị thay đổi E Cửa sổ nhập thông số E phần mềm Diesel - RK hình [3] Hình Cửa sổ nhập thơng số E 3.3 Mô chạy thử nghiệm phần mềm DieselRK Sau nhập xong cho chương trình tính tốn chế độ cơng suất định mức động (có cơng suất Ne = 150kW, n = 2200v/ph), với phương án làm mát khí nạp: - Làm mát tồn bộ: Khi E = (nhiệt độ khí nạp làm mát đến nhiệt độ môi trường 300K) - Làm mát trung bình: E = 0,5 (nhiệt độ khí nạp làm mát đến nhiệt độ 315K) - Không làm mát: Khi E = (nhiệt độ khí nạp 330K) E E=1 E = 0,5 E=0 Ne(kW) 156,8 154,5 152,3 3.3.2 Đồ thị nhiệt độ xi lanh (hình 6) Hình Đồ thị nhiệt độ xi lanh Nhận xét: Giá trị cực đại nhiệt độ xi lanh vị trí góc quay trục khuỷu 3820 E E=1 E = 0,5 E=0 T(K) 2087,70 2125,10 2162,90 3.3.3 Đồ thị lượng NOx khí thải (hình 7) Các kết tính sau: 3.3.1 Đồ thị chu trình cơng tác động (hình 5) Hình Đồ thị lượng NOx khí thải Nhận xét: - Lượng phát thải NOx tăng nhanh sau 3500 góc quay trục khuỷu, dần ổn định vị trí góc quay trục khuỷu 380 - 3900 - Giá trị cực đại lượng phát thải NOx phụ thuộc vào hệ số E Hình Đồ thị chu trình cơng tác động 54 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 53.2019 E E=1 E = 0,5 E=0 NOx 1572 1675 1777 P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9615 SCIENCE - TECHNOLOGY KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Qua nghiên cứu cho thấy, q trình làm giảm nhiệt độ khí nạp trung gian làm tăng công suất động cơ, làm giảm nhiệt độ khí cháy, làm giảm nhiệt độ động làm việc làm giảm lượng phát thải NOx, kết thu làm mát trung gian khí nạp Khi ứng dụng phần mềm Diesel - RK để tính tốn mơ phỏng, khảo sát ảnh hưởng làm mát trung gian khí nạp đến tiêu công tác, kinh tế - lượng môi trường động D1146TI cho kết phù hợp thực tế, sát với giá trị nhà sản xuất đưa đồ thị đặc tính ngồi động Điều cho thấy khả ứng dụng phần mềm nêu để tính tốn cho động diesel khác phù hợp, làm sở tìm giải pháp tăng cơng suất, giảm nhiệt độ khí cháy, giảm nhiệt độ động làm việc hạn chế phát thải độc hại NOx 4.2 Kiến nghị Nghiên cứu cần tiếp tục với nội dung sau: - Hoàn thiện với khả tăng áp động để có áp suất Pk vào động lớn - Tiếp tục nghiên cứu phương pháp hạ nhiệt độ không khí nạp tăng áp Tk để có kết tốt - Tiến hành áp dụng thực nghiệm với loại động diesel khác để cải tiến công suất động cơ, đặc biệt động xe bus TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Viết Lượng, 2004 Lý thuyết động Diesel NXB Giáo dục [2] Các tài liệu kỹ thuật động D1146TI [3] http://www.diesel-rk.bmstu.ru truy cập ngày 13 tháng 12 năm 2018 [4] Nguyễn Tất Tiến, 2003 Nguyên lý động đốt NXB Giáo dục [5] Lê Kim Dưỡng, 2005 Nhiệt động học kỹ thuật Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 2005 AUTHORS INFORMATION Nguyen Huy Chien1, Nguyen Ha Hiep2 Hanoi University of Industry Military Technical Academy No 53.2019 ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 55 ... trình làm giảm nhiệt độ khí nạp trung gian làm tăng công suất động cơ, làm giảm nhiệt độ khí cháy, làm giảm nhiệt độ động làm việc làm giảm lượng phát thải NOx, kết thu làm mát trung gian khí nạp. .. khí trước làm mát) Hệ số làm mát khí nạp E theo giá trị nhiệt độ khí sau làm mát bảng Bảng Bảng nhiệt độ khí làm mát hệ số E T khí trước làm mát, K 330 330 330 330 330 330 330 T khí sau làm mát, ... độ cơng suất định mức động (có cơng suất Ne = 150kW, n = 2200v/ph), với phương án làm mát khí nạp: - Làm mát tồn bộ: Khi E = (nhiệt độ khí nạp làm mát đến nhiệt độ môi trường 300K) - Làm mát trung