Đang tải... (xem toàn văn)
Tóm tắt luận án: Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ Common Rail Diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG-Diesel) có nội dung nghiên cứu và mô phỏng các đặc tính cháy, đặc tính kỹ thuật của động cơ diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel điều khiển bằng điện tử trên động cơ diesel. Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu kép CNG-diesel đến các tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ. Nghiên cứu xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel (map engine) cung cấp các nhiên liệu thành phần cho động cơ theo các chế độ tải và số vòng quay động cơ. Để tìm hiểu rõ hơn, mời các bạn cùng xem và tham khảo.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HUỲNH PHƯỚC SƠN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ COMMON RAIL DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (CNG-DIESEL) TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS ĐỖ VĂN DŨNG Phản biện 1: Phản biện 2: Luận án bảo vệ Hội đồng bảo vệ Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí động lực họp Đại học Đà Nẵng vào ngày….tháng….năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Trung tâm Thông tin - Tư liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Năng lƣợng môi trƣờng vấn đề quan tâm hàng đầu nhiều quốc gia giới Với đà phát triển giới nay, nhu cầu sử dụng lƣợng, đặc biệt loại nhiên liệu truyền thống xăng dầu diesel công nghiệp, phƣơng tiện giao thông vận tải, động tĩnh tại, thiết bị động lực ngày tăng Để giải tốn lƣợng mơi trƣờng nói trên, phần lớn nghiên cứu tập trung vào hƣớng cải tiến động tìm nguồn lƣợng để thay phần hay hoàn tồn loại nhiên liệu truyền thống nhằm mục đích nâng cao hiệu suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, giảm sức ép lên nguồn nhiên liệu giảm thiểu nhiễm mơi trƣờng Trong đó, hƣớng nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas -CNG) làm nhiên liệu cho động nhiệt giải pháp đƣợc quan tâm Với ý nghĩa đó, đề tài “NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ COMMON RAIL DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (CNG–DIESEL)” đƣợc thực nhằm góp phần nghiên cứu nâng cao hiệu sử dụng CNG động nhiệt Đề tài chọn hƣớng nghiên cứu ứng dụng thành tựu công nghệ thông tin kỹ thuật điện tử vào nghiên cứu điều khiển cung cấp hỗn hợp nhiên liệu kép CNG-diesel cho động diesel có tỷ số nén cao, kiểm soát tỷ lệ sử dụng CNG/diesel theo hƣớng bảo tồn cơng suất động giảm thiểu khí phát thải gây nhiễm mơi trƣờng, nhằm góp phần giải áp lực nhiên liệu đa dạng hóa nguồn lƣợng cho phƣơng tiện giao thơng động tĩnh tại, góp phần đảm bảo an tồn lƣợng quốc gia, bảo vệ mơi trƣờng nhu cầu cấp thiết Do vậy, đề tài có tính thực tiễn ý nghĩa khoa học Mục tiêu nghiên cứu - Đƣa giải pháp cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel động diesel có tỷ số nén cao, điều khiển phun diesel qua hệ thống CRDI phun CNG đƣờng nạp để động làm việc ổn định, đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật giảm mức phát thải, góp phần nâng cao hiệu sử dụng CNG làm chủ công nghệ chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu kép - Đánh giá tính kinh tế kỹ thuật phát thải động chế độ cung cấp nhiên liệu khác nhau, xây dựng giản đồ tỷ lệ cung cấp CNG/diesel (map engine) cho động theo tiêu chí đảm bảo hài hòa tính kinh tế kỹ thuật phát thải động tốt Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu động diesel VIKYNO RV125 01 xy lanh, giữ nguyên tỷ số nén (18:1), đƣợc lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel Nghiên cứu thực nghiệm đƣợc thực Phòng Thí nghiệm trọng điểm động đốt trong, trƣờng Đại học Bách khoa TP.HCM Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng phƣơng án thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel, điều khiển điều khiển phun diesel qua hệ thống CRDI phun CNG đƣờng nạp Nghiên cứu ảnh hƣởng chế độ cung cấp nhiên liệu kép đến tính kinh tế kỹ thuật phát thải động Chƣa nghiên cứu ảnh hƣởng nhiên liệu đến độ bền tuổi thọ động Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu mô đặc tính cháy, đặc tính kỹ thuật động diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel - Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel điều khiển điện tử động diesel - Thực nghiệm đánh giá ảnh hƣởng nhiên liệu kép CNG-diesel đến tính kinh tế kỹ thuật phát thải động - Nghiên cứu xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel (map engine) cung cấp nhiên liệu thành phần cho động theo chế độ tải số vòng quay động Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, mơ hình hóa kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm nhằm đánh giá tính phù hợp khoa học kết nghiên cứu Tên đề tài “Nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu động common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel)” Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Đề tài góp phần nghiên cứu ứng dụng, cải tiến, phát triển dòng động sử dụng nhiên liệu sạch, giải tình trạng khủng hoảng lƣợng ô nhiễm môi trƣờng Góp phần nghiên cứu, làm chủ công nghệ chuyển đổi nguồn lớn động diesel có, tơ tĩnh sang sử dụng nguồn lƣợng CNG nhằm tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu kinh tế tính cạnh tranh sản phẩm Cấu trúc nội dung luận án Ngoài phần mở đầu kết luận, nội dung luận án đƣợc chia làm 04 chƣơng trình bày nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Nghiên cứu tổng quan; Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết; Chƣơng 3: Thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel thực nghiệm; Chƣơng 4: Kết thực nghiệm thảo luận Các điểm chủ yếu luận án Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel điện tử động diesel 01 xy lanh VIKYNO RV125 phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam Trong đó, nhiên liệu diesel đƣợc cung cấp hệ thống CRDI, nhiên liệu CNG đƣợc thiết kế phun đƣờng ống nạp, hệ thống 02 nhiên liệu thành phần đƣợc điều khiển đồng hệ thống ECU, đảm bảo động làm việc ổn định theo hƣớng bảo tồn cơng suất động giảm thiểu mức phát thải Đề xuất tỷ lệ CNG tối đa hỗn hợp nhiên liệu kép Xây dựng đƣợc giản đồ tỷ lệ CNG-diesel theo chế độ tải số vòng quay động làm sở cho việc lập trình điều khiển động Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu hóa nhiễm mơi trƣờng Nghị số 41-NQ/TW (15/11/2004) Bộ Chính trị bảo vệ môi trƣờng thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa đại hóa đất nƣớc rõ việc sử dụng loại nhiên liệu CNG, LPG vấn đề cần quan tâm xây dựng sách phát triển hệ thống giao thơng vận tải thời gian tới 1.2 CNG-nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với mơi trƣờng 1.2.1 Khí thiên nhiên nén CNG Khí thiên nhiên Natural Gas - NG) hỗn hợp khí cháy đƣợc bao gồm phần lớn hydrocarbon Thành phần chủ yếu khí thiên nhiên methane (CH4) chiếm đến 70-90 %, khoảng 8-10 % ethane (C2H6), lại thành phần khác nhƣ propane C3H8), butane (C4H10), pentane (C5H12) anlkan khác [5] T T Các cơng trình nghiên cứu, đánh giá động CNG năm gần tập trung vào hƣớng nhƣ: Nghiên cứu phƣơng pháp chuyển đổi động sử dụng xăng, dầu diesel sang sử dụng CNG phần hay hoàn toàn; Nghiên cứu tối ƣu hóa phƣơng pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu CNG Nghiên cứu mô thực nghiệm đánh giá trình cháy động sử dụng CNG; so sánh, đánh giá đặc tính kỹ thuật mức độ phát thải 1.3 Các nghiên cứu chuyển đổi động xăng, diesel sang sử dụng nhiên liệu CNG Có 03 hƣớng nghiên cứu ứng dụng đƣợc triển khai, bao gồm: Chuyển đổi động xăng, diesel sang sử dụng CNG, đốt cháy hỗn hợp nhờ tia lửa điện bu-gi; Động xăng sang sử dụng CNG–xăng, đốt cháy hỗn hợp nhờ tia lửa điện bu-gi; Động diesel sang sử dụng CNG–diesel, diesel đóng vai trò nhiên liệu phun mồi tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí CNG 1.3.1 ứ y ổ ă e e Hình 1.8: Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG động xăng, diesel chuyển sang sử dụng hoàn toàn CNG é ứ – ă y ổ ă Hình 1.9: Hệ thống cung cấp nhiên liệu kép xăng-CNG 1.3.3 é ứ -diesel y ổ ee Hình 1.10: ộng diesel chuyển đ i sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 1.4 Các phƣơng pháp cung cấp CNG diesel động nhiên liệu kép Có nhiều phƣơng pháp cung cấp tạo hỗn hợp CNG động Theo Rosli Abu Bakar (2012), Zastavniouk (1997) [25] có bốn phƣơng pháp cung cấp CNG vào xy-lanh động cơ: sử dụng hòa trộn, sử dụng vòi phun chung (phun đơn điểm), vòi phun đa điểm đƣờng nạp vòi phun trực tiếp vào buồng đốt ấ bằ b ò Phƣơng pháp hòa trộn đơn giản, phù hợp nhiên liệu khí Tuy nhiên, sử dụng hòa trộn, tổn thất lƣợng khơng khí nạp họng CNG chiếm chỗ nên hệ số nạp bị giảm, dẫn đến công suất động giảm khoảng 5÷8)%, đồng thời cung cấp CNG liên tục làm hạn chế khả kiểm soát tỷ lệ CNG/ khơng khí ấ bằ vòi phun Ngày nay, việc sử dụng vòi phun nhiên liệu CNG đƣợc áp dụng nhiều thay cho hòa trộn Có hai phƣơng pháp phun đƣờng ống nạp hay phun trực tiếp vào buồng đốt 1.4.3 Cung cấp CNG vòi phun trực tiếp vào buồng cháy 1.4.3.1 Cung cấp CNG vòi phun bào buồng cháy phụ 1.4.3.2 Cung cấp CNG vòi phun trực tiếp vào buồng cháy thống 1.4.3.3 Cung cấp CNG vòi phun liên hợp kép CNG-diesel 1.4.3.4 Phƣơng pháp phun mồi diesel động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 44 ều n tỷ l cung cấp CNG-diesel Nhận xét chung: Các phƣơng án cung cấp nhiên liệu CNG đƣờng ống nạp sử dụng phổ biến kết cấu hệ thống đơn giản, dễ bố trí Việc thay hòa trộn vòi phun CNG hạn chế đƣợc giảm hệ số nạp, góp phần cải thiện hiệu suất nhiệt cơng suất động Phun trực tiếp CNG vào buồng đốt nghiên cứu đƣợc quan tâm, nhiên kết cấu phức tạp, giá thành tăng nên chƣa đƣợc ứng dụng phổ biến 1.5 Các nghiên cứu đặc tính động sử dụng nhiên liệu CNG Một số nghiên cứu khác tập trung vào ảnh hƣởng nhiên liệu diesel phun mồi Theo Slawomir Wierzbicki cộng [66], thông số phun mồi diesel nhƣ lƣợng nhiên liệu phun, thời điểm phun áp suất phun có ảnh hƣởng lớn đến q trình cháy động sử dụng nhiên liệu kép diesel – CNG Hình 1.19: Tỷ lệ CNG-diesel động sử dụng nhiên liệu kép Về động sử dụng nhiên liệu kép, nhóm nghiên cứu Nguyễn Đức Khánh, Trần Đăng Quốc đánh giá tính làm việc phát thải độc hại động diesel sử dụng lƣỡng nhiên liệu CNG/diesel [13] Quá trình nghiên cứu đƣợc thực động diesel xylanh sử dụng xe tải CNG đƣợc cung cấp bổ sung vào đƣờng nạp động trƣớc vào xylanh với tỷ lệ khác 1.6 Kết luận định hƣớng nghiên cứu đề tài Luận án tập trung nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel động diesel điện tử nhằm nâng cao chất lƣợng cung cấp nhiên liệu điều khiển hoạt động động nhiên liệu kép Thiết kế, chế tạo hệ thống Common Rail Diesel Injector CRDI) để cung cấp nhiên liệu diesel thay cho hệ thống cung cấp khí, sử dụng vòi phun CNG đƣờng nạp thay cho kiểu cung cấp hòa trộn thơng thƣờng Thiết kế, chế tạo lập trình ECU điều khiển đồng hai hệ thống nhiên liệu, kiểm soát tỷ lệ CNG/diesel cung cấp cho động Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel engine map) thể phạm vi tỷ lệ nhiên liệu CNG diesel cần cung cấp cho động hoạt động chế độ nhiên liệu kép theo số vòng quay tải động theo tiêu chí đảm bảo động có vùng làm việc ổn định đạt mô-men, mức phát thải tốt Thực nghiệm đƣợc thực động diesel VIKYNO RV125 cỡ nhỏ, xy-lanh, sản phẩm Công ty SVEAM - Việt Nam, đƣợc sử dụng rộng rãi nƣớc xuất Do vậy, nghiên cứu góp phần làm chủ công nghệ chuyển đổi nguồn động diesel có sang sử dụng nhiên liệu sạch, đồng thời góp phần cải tiến hệ thống nhiên liệu, nâng cao chất lƣợng cạnh tranh sản phẩm nƣớc Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giả thuyết tính tốn mơ dựa mơ hình động diesel VIKYNO RV125 01 xylanh, chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, diesel tạo lƣợng đánh lửa đốt cháy hỗn hợp CNG Phƣơng án cung cấp nhiên liệu đƣợc lựa chọn: diesel đƣợc cung cấp hệ thống CRDI, CNG đƣợc cung cấp đƣờng ống nạp vòi phun 2.1 Lý thuyết điều khiển động nhiên liệu kép 2.1.1 H ề 2.1.2 Lý thuyế ều t 2.1.2.1 Điều khiển mô-men động Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động 2.1.2.2 Điều khiển kiểm sốt khói đen 2.1.2.3 Kiểm sốt kích nổ 2.1.3 H th ều u kép 2.2 Mơ hình hóa q trình cháy nhiên liệu kép CNG-diesel động VIKYNO RV125 phần mềm CFD FLUENT y ò b nhiên li u kép CNG-diesel 2.2.2 Sự lan tràn màng l a trình cháy củ CNG-diesel Hình 2.12: Phân chia vùng cháy động CNG-diesel Kết luận: Quá trình cháy nhiên liệu kép q trình cháy hòa trộn trƣớc cục sở kết hợp trình cháy khuyếch tán khơng hòa trộn trƣớc diesel q trình cháy hòa trộn trƣớc hỗn hợp nhiên liệu CNG – khơng khí Nghiên cứu q trình hình thành hỗn hợp cháy nhiên liệu diesel hỗn hợp đồng nhiên liệu CNG với không khí sở để xây dựng mơ hình mơ trình cháy cho động sử dụng nhiên liệu kép Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật động VIKYNO RV125 STT 10 11 12 Thơng số Đƣờng kính xylanh Hành trình piston Chiều dài truyền Thể tích công tác Tỷ số nén Công suất cực đại 2.400 v/ph) Mơ-men cực đại 1.800 v/ph) Số vòng quay cực đại Số vòng quay định mức Năng lƣợng phun mồi Góc phun sớm Thành phần hỗn hợp Ký hiệu D S l Vh Ne max Me max n n EDO s f Giá trị 94 90 145 624 18:1 12,5 2.560 2.200 143 20 0,054 Đơn vị mm mm mm cm3 HP kgf.m/1 v/ph v/ph J độ 10 Áp suất thị Pi (Pa) 120 Góc phun sớm 30 độ 100 Góc phun sớm 20 độ 80 Góc phun sớm 10 độ 60 40 20 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 Góc quay trục khuỷu (độ) Hình 2.23: p suất ch thị trình cháy ng v i s : 10, 20, 30, 40 độ, n = 2.000 v/ph; = Kết luận: Quá trình cháy động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel đƣợc mơ phỏng, tính tốn phần mềm FLUENT, sử dụng mơ hình rối k-ε tiêu chuẩn, mơ hình cháy Partially Premixed, lƣợng đánh lửa tia phun diesel cung cấp Các kết mô biến thiên nồng độ CH4 O2 trình cháy, diễn biến nhiệt độ áp suất khí thể buồng cháy cho thấy khả đáp ứng phù hợp hệ thống nhiên liệu kép cháy 2.3 Mơ tính tốn đặc tính kỹ thuật động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel phần mềm AVL-BOOST Trong luận án này, tác giả sử dụng mô hình cháy mơ hình Vibe vùng cho hai trƣờng hợp sử dụng nhiên liệu diesel nhiên liệu kép CNG-diesel Đây mơ hình hai hàm Vibe chồng lấn áp dụng cho hai vùng hỗn hợp cháy vùng cháy hỗn hợp đồng đƣợc chuẩn bị trƣớc vùng cháy khuyếch tán nhiên liệu diesel phun sau Các thơng số mơ hình Vibe thông số liên quan đến thời điểm bắt đầu cháy, thời gian cháy, lƣợng nhiên liệu tham gia trình cháy lƣợng nhiên liệu bay hòa trộn với khơng khí trƣớc cháy P ọ ứ ấ 2.3.2 Mơ hình cháy Vibe vùng xylanh 2.3.3 Xây ự VIKYNO RV125 Luận án sử dụng mô hình cháy mơ hình Vibe vùng cho hai trƣờng hợp sử dụng nhiên liệu diesel nhiên liệu kép CNG - diesel Đây mơ hình hai hàm Vibe chồng lấn áp dụng cho hai vùng hỗn hợp cháy vùng cháy hỗn hợp đồng đƣợc chuẩn bị trƣớc 11 vùng cháy khuyếch tán nhiên liệu diesel phun sau Bảng 2.3: Các thông số mơ hình mơ STT 10 11 12 13 14 15 16 Thơng số Đƣờng kính xylanh Hành trình dịch chuyển Chiều dài truyền Số xylanh Tỷ số nén Số lỗ vòi phun diesel Đƣờng kính lỗ vòi phun diesel Góc phun sớm Đƣờng kính đế xupáp nạp Đƣờng kính đế xupáp xả Thời điểm xupáp nạp mở sớm Thời gian xupáp nạp mở Thời điểm xupáp thải mở Thời gian xupáp thải làm việc Mơ hình cháy Mơ hình truyền nhiệt Giá trị 94 90 145 18 0,14 22,5 42 36 340 310 130 310 AVL MCC Model Woschni 1978 Đơn vị mm mm mm mm deg mm mm deg deg deg deg Hình 2.27: Mơ hình mơ động VIKYNO RV125 Kế ả ặ ủ é CNG-diesel Khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel từ DO100 đến CNG70–DO30, kết mơ đƣờng đặc tính mơ-men động thu đƣợc nhƣ bảng 2.5 Đồ thị mô đặc tính mơ men động sử dụng nhiên liệu kép hình 2.20 12 nh hƣởng tỷ lệ CNG đến mô-men động theo mô 40 Mô-men động Me Nm) 39 38 37 36 35 MP_Ne D100 MP_Ne CNG20 MP_Ne CNG40 MP_Ne CNG60 34 33 32 31 1200 1400 1600 1800 MP_Ne CNG10 MP_Ne CNG30 MP_Ne CNG50 MP_Ne CNG70 2000 2200 2400 Số vòng quay động n v/ph) Hình 2.28: thị mơ đặc tính mơ-men động thay đ i tỷ lệ CNG diesel Tƣơng tự, công suất động thu đƣợc thể bảng 2.6 đồ thị 2.21 Khi nâng tỷ lệ CNG hỗn hợp, công suất động tăng Ở tỷ lệ CNG70, số vòng quay n=2400 (v/ph), công suất cực đại cao khoảng 4,45% so với trƣờng hợp tỷ lệ DO100 Công suất động Ne (kW) 11 nh hƣởng tỷ lệ CNG đến công suất động theo mô MP_Ne D100 MP_Ne CNG30 MP_Ne CNG60 MP_Ne CNG10 MP_Ne CNG40 MP_Ne CNG70 MP_Ne CNG20 MP_Ne CNG50 1200 Hình 2.29: 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Số vòng quay động n v/ph) thị mô công suất động thay đ i tỷ lệ CNG diesel 2.3.5 Phát thải động VIKYNO RV125 2.3.5.1 Phát thải NOx Hình 2.32: thị iểu diễn NOx theo số vòng quay v tỷ CNG diesel 2.3.5.2 Phát thải CO 13 2.3.5.3 Phát thải SOOT 2.4 Kết luận chƣơng - Diễn biến nồng độ ôxy CH4 cuối trình cháy cho thấy tốc độ tiêu thụ mãnh liệt hỗn hợp thể qua tốc độ giảm nồng độ O2 CH4 q trình cháy Điều cho thấy CNG có khả cháy tốt với lƣợng tia lửa diesel phun mồi tạo - Tốc độ tỏa nhiệt buồng cháy cao làm cho nhiệt độ cực đại môi chất buồng cháy lớn Do vậy, áp suất đƣờng giãn nở động cao, cơng thị chu trình đƣợc tính diện tích đồ thị cơng s lớn Trong luận án này, tác giả sử dụng phần mềm mơ AVL-BOOST để mơ tính tốn đặc tính kỹ thuật động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel Các kết đạt đƣợc nhƣ sau: - Khi động chuyển sang sử dụng CNG-diesel với tỷ lệ thay đổi phần trăm CNG từ 30-70 (%): mô-men động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel dãy số vòng quay thấp từ 1200÷1600v/ph thấp so với sử dụng nhiên liệu diesel đơn cao vòng quay đạt từ 1600÷2400v/ph Tỷ lệ CNG/diesel tăng mơ-men tăng Ở tỷ lệ nhiên liệu CNG70 so với DO100, mô-men cực đại cao 1,3% số vòng quay n=1800v/ph),cơng suất động cao khoảng 4,45 % so với 100% diesel (tại số vòng quay n=2400v/ph) - Kết mơ cho thấy mức phát thải động sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel đƣợc cải thiện nhiều so với sử dụng hoàn toàn diesel Với kết khảo sát diễn biến thông số kỹ thuật q trình cháy nhiên liệu kép CNG-diesel đặc tính kinh tế kỹ thuật, mức phát thải thu nhận đƣợc từ kết mô phỏng, cho thấy tính khả quan việc sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel động diesel có tỷ số nén cao Đây sở khoa học định hƣớng cho công việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel mơ hình thực nghiệm Chƣơng 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KÉP CNG-DIESEL VÀ THỰC NGHIỆM Thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel động diesel, kiểm soát đƣợc tỷ lệ nhiên liệu CNG/diesel cung cấp cho động cơ, thỏa mãn đƣợc tiêu chí đặt động làm 14 việc ổn định chế độ tải số vòng quay động cơ, bảo tồn tính kinh tế kỹ thuật giảm mức phát thải tốt so với động diesel nguyên thủy Trên sở đề xuất đồ tỷ lệ CNG-diesel theo tiêu chí cơng suất động giảm mức phát thải điều kiện tốt 3.1 Phƣơng án thiết kế hệ thống cung cấp NL kép CNG-diesel Hình 3.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 3.2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 3.2.1 T ế ế ấ RDI Hình 3.6: Bơm cao áp HP3 v vị trí lắp đặt, dẫn động T ế T ế ế ế ấ ề ấ é Hình 3.13: Sơ đồ t ng quan hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép 3.2.3.1 Điều khiển áp suất nhiên liệu CNG 3.2.3.2 Điều khiển áp suất nhiên liệu diesel 3.2.3.3 Điều khiển thời điểm thời gian phun nhiên liệu diessel CNG 3.2.3.4 Điều khiển tỷ lệ nhiên liệu CNG/diesel cung cấp 15 3.2.3.5 Điều khiển chống kích nổ 3.3 Lập trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu T ề ấ ee T ề ấ 3.4 Thiết kế, chế tạo ECU điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu Hình 3.25: Mạch điện điều khiển vòi phun diesel CNG 3.5 Mơ hình thực nghiệm Hình 3.26: Mơ hình động thực nghiệm VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 3.5 M ự Mục đích thực nghiệm Thực nghiệm động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel nhằm mục đích sau:- Xác định đƣờng đặc tính ngồi động thực nghiệm chuyển đổi nhiên liệu từ diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel;- Đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật trình phát thải động thực nghiệm sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel; - Đánh giá ảnh hƣởng tỷ lệ CNG/diesel đến đặc tính kỹ thuật phát thải động thực nghiệm sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel; - Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel theo tiêu chí bảo tồn cơng suất động giảm khí phát thải Nội dung thực nghiệm: - Xác định đặc tính vòi phun diesel CNG làm sở cho việc 16 tính tốn lƣợng nhiên liệu kép cung cấp cho động thực nghiệm; Đo áp suất cháy động cơ; Đo mô-men, công suất động cơ; Xác định mức tiêu hao lƣợng diesel CNG; - Đo thành phần khí thải; Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG-diesel cung cấp nhiên liệu kép 3.5 S ự 3.5.3 y ự 3.6 Kết luận chƣơng - Áp dụng thành công kỹ thuật điều khiển đại vào hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu cho động sử dụng nhiên liệu kép Phƣơng án sử dụng hệ thống CRDI để cung cấp diesel phun CNG đƣờng nạp tận dụng đƣợc ƣu điểm điều khiển phun nhiên liệu, nâng cao chất lƣợng hòa trộn hỗn hợp trình cháy nhiên liệu kép - ECU đƣợc lập trình điều khiển chƣơng trình, ngôn ngữ mạnh; đƣợc thiết kế, chế tạo, sử dụng thiết bị đại nên có độ ổn định, tin cậy tốc độ xử lý nhanh, đáp ứng tốt yêu cầu làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu kép - Công tác thực nghiệm đƣợc thực theo quy trình thí nghiệm xác, thiết bị đo đại nên kết thực nghiệm có độ xác, tin cậy cao Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 4.1 Thực nghiệm xác định đặc tính vòi phun diesel CNG Hình 4.1: thị đặc tính vòi phun diesel Hình 4.2: thị đặc tính vòi phun mơ hình thực nghiệm CNG mơ hình thực nghiệm 4.2 Thực nghiệm đánh giá đặc tính mơ-men cơng suất Kết xây dựng đồ thị đặc tính mơ-men cơng suất động hai tỷ lệ 100 % diesel 60 % CNG, chế độ tải 100 % nhƣ hình 4.3, cho thấy: động làm việc số vòng quay thấp từ 1200÷1400v/ph, mơ-men động sử dụng nhiên liệu kép CNG- 17 diesel thấp so với sử dụng hồn tồn nhiên liệu diesel Tại số vòng quay 1200v/ph, mô-men công suất giảm khoảng 8,9 (%) Khi số vòng quay tăng từ 1600÷2400v/ph, mơ-men cơng suất sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel đạt giá trị cao so với sử dụng hoàn toàn diesel tỷ lệ CNG60, mơ-men cực đại số vòng quay 1800v/ph cao 1,32 %), công suất cực đại số vòng quay 2400v/ph cao 3,74 %) so với sử dụng hồn tồn diesel Hình 4.3: thị đặc tính mơ-men v cơng suất động VIKYNO RV125 Hình 4.4: thị so sánh k t công suất động thực nghiệm v mô hai tỷ lệ CNG60 DO100 Hình 4.4 thể kết so sánh công suất động thực nghiệm mơ Theo đó, sai lệch cơng suất động thực nghiệm mô lớn hai tỷ lệ DO100 CNG60 lần lƣợt -2,68 -5,16 %) Giá trị sai lệch cho thấy kết thực nghiệm mơ xác, có độ tin cậy cao 4.3 Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ CNG/diesel đến mô-men công suất động 18 11 nh hƣởng tỷ lệ CNG đến đặc tính mơ-men động Cơng suất động Ne kW) 39 38 Mô-men động Me Nm) 37 36 TN_Me DO100 35 TN_Me CNG30 TN_Me CNG40 TN_Me CNG50 TN_Me CNG60 34 33 32 31 30 1200 nh hƣởng tỷ lệ CNG đến đặc tính cơng suất động TN_Ne DO100 TN_Ne CNG30 TN_Ne CNG40 TN_Ne CNG50 TN_Ne CNG60 1400 1600 1800 2000 2200 Số vòng quay động n v/ph) 2400 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Số vòng quay động n v/ph) Hình 4.5: thị đặc tính ngo i động thay đ i tỷ lệ CNG diesel 4.4 Thực nghiệm đánh giá đặc tính phát thải động Thực nghiệm đo khí thải động CO, HC độ mờ khói theo chu trình thử khí thải ISO 8178 C1, đƣợc sử dụng cho động tĩnh theo tiêu chuẩn khí thải EPA TIER2 Hình 4.8: Nồng độ CO động RV125 theo chu trình đo ISO 8178 C1 4.5 Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ CNG/diesel đến đặc tính phát thải động Hình 4.11: ộ mờ khói Opacity động thay đ i tỷ lệ CNG diesel Nồng độ CO, HC độ mờ khói giảm đáng kể tăng tỷ lệ CNG 19 4.6 Thực nghiệm xác định suất tiêu hao lƣợng Bảng 4.6: Suất tiêu hao nhiên liệu v suất tiêu hao l ợng diesel động hoạt động ch độ 100% diesel Số vòng quay động v/ph) 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Ne (kW) 4.36 5.28 6.21 7.14 7.85 8.40 8.74 geDO100 (g/kW.h) 248.4 237.6 270 298.8 313.2 342 396 eeDO100 (kJ/kW.h) 10715.48 10249.59 11647.26 12889.63 13510.82 14753.2 17082.65 Dựa vào kết đo lƣợng nhiên liệu thành phần diesel mDO mCNG tiêu thụ động hoạt động tỷ lệ CNG, tính đƣợc suất tiêu hao nhiên liệu thành phần geDO geCNG (g/kW.h) Từ đó, xác định suất tiêu hao lƣợng thành phần eeDO, eeCNG suất tiêu hao lƣợng tổng ee Tổng (ee T ng = eeDO + eeCNG) (kJ/kW.h) Hình 4.15: Suất tiêu hao l ợng th nh phần diesel v CNG động hoạt động ch độ nhiên liệu kép Hình 4.16: So sánh suất tiêu hao l ợng động sử dụng 100% diesel v sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 20 4.7 Thực nghiệm đo áp suất cháy động Hình 4.17: p suất cháy động ch độ 100% tải, số vòng quay 2.000 v/ph thay đ i tỷ lệ CNG-diesel Trong tất điều kiện làm việc, áp suất cháy cực đại tăng tăng tỷ lệ CNG Ở số vòng quay n 1800 v/ph ứng với chế độ đạt mô-men xoắn cực đại), áp suất cực đại tăng khoảng 14,5 % 86,2×105 Pa /74,5×105 Pa), Ở số vòng quay 2000v/ph tỷ lệ tƣơng tự 82,9×105 Pa /72,5×105 Pa) Đây ƣu điểm lớn sử dụng CNG động có tỷ số nén cao 4.8 Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/Diesel Giản đồ tỷ lệ CNG/diesel engine map) thể mối quan hệ lƣợng nhiên liệu diesel CNG cần cung cấp cho động hoạt động chế độ nhiên liệu kép theo số vòng quay tải động Tỷ lệ hỗn hợp CNG/diesel đƣợc xác định theo tiêu chí đảm bảo động làm việc ổn định, mô-men công suất động đạt đƣợc cao mức phát thải thấp Thời gian phun (µs) Giản đồ thời gian phun diesel theo tốc độ chế độ tải động 250-300 200-250 150-200 100-150 50-100 0-50 300 250 200 150 100 50 100 80 60 40 202400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 Hình 4.19: Giản đồ thời gian phun nhiên liệu diesel theo số vòng quay v tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình 21 Lƣợng CNG phun mg/ct) Giản đồ lƣợng CNG phun theo tốc độ chế độ tải động 25-30 30 20-25 25 15-20 20 15 10 10-15 5-10 0-5 100 80 60 40 2200 20 2400 2000 1800 1600 1400 1200 Hình 4.22: Giản đồ l ợng nhiên liệu CNG cung cấp theo số vòng quay v tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình 4.9 Kết luận chƣơng Từ kết thực nghiệm phân tích có đƣợc kết luận sau: - Khi sử dụng nhiên liệu kép CNG/diesel, dải số vòng quay thấp (1200÷1400v/ph) mơ-men cơng suất động thấp so với sử dụng nhiên liệu diesel đơn thuần, nhƣng dải số vòng quay từ 1600÷2400 (v/ph) s cao Khi tăng tỷ lệ CNG/diesel, mô-men công suất động tăng Ở tỷ lệ CNG60, chế độ tải 100%, mômen cực đại số vòng quay 1800v/ph) có giá trị cao so với sử dụng hồn tồn diesel 1,32 %), cơng suất cực đại số vòng quay 2.400 v/ph)) cao 3,74 %) Sai lệch giá trị công suất thực nghiệm mô lớn hai tỷ lệ DO100 CNG60 lần lƣợt 2,68 5,1 %) cho thấy kết thực nghiệm mô xác, có độ tin cậy cao - Kết đo mức phát thải động theo chu trình thử khí thải ISO 8178 C1, chu trình thử chuẩn quốc tế đƣợc sử dụng cho động tĩnh theo tiêu chuẩn khí thải EPA TIER2, cho thấy sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, mức độ phát thải động giảm đáng kể Ở hai điểm đo ứng với số vòng quay động chế độ công suất moment cực đại, chế độ tải 100%: CO (%) giảm đến 74,5%; HC (ppm) giảm đến 56,1%; Độ mờ khói giảm đến 51,1% Mức phát thải giảm đáng kể tăng tỷ lệ CNG - Suất tiêu hao lƣợng động chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép thấp chạy hoàn toàn diesel Ở chế độ tỷ lệ nhiên liệu CNG60, 100% tải, suất tiêu hao lƣợng động giảm từ 1,6% đến 3,6% so với động sử dụng nhiên liệu 22 diesel, khẳng định tính tiết kiệm nhiên liệu động chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép - Diễn biến giá trị áp suất cháy động sử dụng nhiên liệu kép tỷ lệ CNG khác diễn phù hợp với quy luật biến thiên áp suất buồng đốt Điều cho thấy điều kiện khác nhau, lƣợng tia lửa diesel tạo đủ mạnh cần thiết để đốt cháy hỗn hợp CNG Trong tất điều kiện làm việc, áp suất cháy cực đại tăng tăng tỷ lệ CNG Ở số vòng quay 1800v/ph tăng tỷ lệ CNG lên 60%, áp suất cực đại tăng 14.5 % so với động sử dụng nhiên 100% diesel 86,2×105 Pa /74,5×105 Pa) Đây ƣu điểm lớn sử dụng CNG động có tỷ số nén cao Tuy nhiên cần lƣu ý yếu tố dẫn đến tƣợng kích nổ động - Q trình thực nghiệm đã xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel thể mối quan hệ lƣợng nhiên liệu CNG diesel cần cung cấp cho động hoạt động chế độ nhiên liệu kép theo số vòng quay tải động Tỷ lệ hỗn hợp CNG/diesel đƣợc xác định theo tiêu chí đảm bảo động làm việc ổn định, mômen công suất động đạt đƣợc cao mức phát thải thấp Kết chung trình thực nghiệm cho thấy, với hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel đƣợc điều khiển điện tử đƣợc thiết kế, chế tạo, động VIKYNO RV125 chuyển sang hoạt động chế độ nhiên liệu kép đạt đƣợc mục tiêu đặt bảo toàn công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu giảm phát thải gây ô nhiễm môi trƣờng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Kết luận án rút đƣợc kết luận sau đây: Động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel hƣớng nghiên cứu, ứng dụng đƣợc nhà khoa học quan tâm nhằm giải toán khan lƣợng ô nhiễm môi trƣờng Đã có nhiều nghiên cứu ngồi nƣớc lĩnh vực Tuy nhiên, phần lớn nghiên cứu tập trung vào đánh giá đặc tính kinh tế, kỹ thuật động nhiên liệu kép; phƣơng pháp cung cấp nhiên liệu kép kiểu khí, mà chƣa quan tâm 23 nhiều đến việc tối ƣu hóa điều khiển cung cấp hệ thống nhiên liệu kép, nhƣ việc kiểm soát tỷ lệ CNG/diesel đến chế độ hoạt động động Luận án nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel điện tử động VIKYNO RV125, cung cấp diesel hệ thống CRDI phun CNG đƣờng nạp, làm việc ổn định tin cậy Đối với động diesel VIKYNO RV125 có tỷ số nén 18:1, với hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel đƣợc chế tạo, động làm việc ổn định, cơng suất đƣợc bảo tồn, tiết kiệm nhiên liệu giảm mức phát thải Khi tăng tỷ lệ CNG/diesel, mô-men công suất động tăng Ở chế độ tỷ lệ CNG60: mô-men cực đại tăng 1,32%, công suất cực đại tăng 3,74 %; mức phát thải đo theo chu trình thử khí thải ISO 8178 C1, hai điểm đo ứng với chế độ cơng suất moment cực đại, chế độ tải 100%: CO giảm đến 74,5%; HC giảm đến 56,1%; Độ mờ khói giảm đến 51,1% Suất tiêu hao lƣợng giảm từ 1,6% đến 3,6% so với động sử dụng hoàn toàn diesel Đối với động diesel VIKYNO RV125, tỷ lệ CNG tham gia tối đa động nhiên liệu kép 60% để động làm việc ổn định, khơng bị kích nổ Tuy nhiên, để động đạt đƣợc đặc tính kinh tế, kỹ thuật mức phát thải tốt nhất, hiệu sử dụng CNG cao nhất, nên sử dụng tỷ lệ CNG đến 30% dải tốc độ thấp tỷ lệ 40% trở lên dải tốc độ từ 1400 v/ph Xây dựng đƣợc giản đồ tỷ lệ CNG/diesel theo số vòng quay tải động cơ, xác định tỷ lệ CNG/diesel tối ƣu cho chế độ hoạt động động theo tiêu chí đảm bảo động làm việc ổn định, có cơng suất mức phát thải tốt Dữ liệu giản đồ đƣợc sử dụng để lập trình điều khiển hệ thống cung cấp CNG diesel cho động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép Với kết nghiên cứu đạt đƣợc, luận án đạt đƣợc mục tiêu quan trọng đặt điều khiển cung cấp nhiên liệu kép động diesel có tỷ số nén cao, bảo tồn đƣợc công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu giảm mức phát thải Kết nghiên cứu luận án góp phần làm chủ cơng nghệ điều khiển cung cấp nhiên liệu kép điều kiện thực tế Việt Nam, nghiên cứu có ý nghĩa lớn việc hƣớng đến cải tiến hệ thống nhiên liệu động tĩnh 24 để tiết kiệm chi phí nhiên liệu tăng tính cạnh tranh sản phẩm HƢỚNG PHÁT TRIỂN Nghiên cứu tính kích nổ động diesel có tỷ số nén cao sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, xác định tỷ số nén tối đa để động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel làm việc ổn định, khơng bị kích nổ Nghiên cứu tối ƣu thời điểm phun diesel theo tỷ lệ CNG/diesel, chế độ tải số vòng quay động động diesel sử dụng nhiên liệu kép Nghiên cứu tối ƣu áp suất phun diesel CNG theo chế độ tải số vòng quay động diesel sử dụng nhiên liệu kép Đánh giá ảnh hƣởng tỷ lệ CNG/diesel đến độ bền chi tiết tuổi thọ động Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện đồ động chi tiết để làm sở liệu lập trình điều khiển động đƣợc tối ƣu ... làm nhiên liệu cho động nhiệt giải pháp đƣợc quan tâm Với ý nghĩa đó, đề tài “NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ COMMON RAIL DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (CNG DIESEL) ”... trình cháy động sử dụng nhiên liệu kép diesel – CNG Hình 1.19: Tỷ lệ CNG -diesel động sử dụng nhiên liệu kép Về động sử dụng nhiên liệu kép, nhóm nghiên cứu Nguyễn Đức Khánh, Trần Đăng Quốc đánh giá... Kết luận định hƣớng nghiên cứu đề tài Luận án tập trung nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG -diesel động diesel điện tử nhằm nâng cao chất lƣợng cung cấp nhiên liệu điều