Luận án Nâng cao tính năng kinh tế-kỹ thuật và giảm mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ xe gắn máy chạy bằng LPG và Ethanol

Tên luận án:

NÂNG CAO TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT VÀ GIẢM MỨC ĐỘ PHÁT THẢI Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY CHẠY BẰNG LPG VÀ ETHANOL

Ngành:

Kỹ thuật cơ khí động lực

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này giải quyết vấn đề cấp thiết về ô nhiễm môi trường do khí thải xe gắn máy và sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch tại Việt Nam, bằng cách nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu hybrid LPG-ethanol cho động cơ xe gắn máy. Mục tiêu chính là tận dụng tối đa lợi thế của LPG và ethanol để tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch, đồng thời giảm phát thải các chất ô nhiễm và CO2.

Đối tượng nghiên cứu là động cơ J52C lắp trên xe gắn máy Honda RSX 110cc, 1 xi lanh, 4 kỳ, phun xăng điều khiển điện tử. Phạm vi nghiên cứu bao gồm quá trình nạp, quá trình cháy, tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệu hybrid LPG và ethanol. Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng (sử dụng phần mềm CFD Ansys Fluent) và thực nghiệm để định hướng phát triển công nghệ cung cấp nhiên liệu và tổ chức quá trình cháy.

Các điểm mới của luận án bao gồm việc đặt nền tảng cho nghiên cứu phát triển ứng dụng nhiên liệu không cùng trạng thái trên xe gắn máy, thiết lập chương trình tính toán mô phỏng quá trình nạp nhiên liệu LPG-ethanol và quá trình cháy, cải tạo hệ thống phun xăng thành hệ thống phun đa nhiên liệu lỏng/khí có điều khiển, và rút ra các quy luật ảnh hưởng của yếu tố đến tính năng kỹ thuật và phát thải.

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy khi hàm lượng ethanol nhỏ hơn 30%, hạt nhiên liệu lỏng bốc hơi hoàn toàn, công chỉ thị chu trình (Wi) tăng nhanh. Khi động cơ chạy bằng E30L, Wi tăng 4.5%, phát thải NOx, CO và HC giảm tương ứng 13%, 20% và 17% so với khi chạy hoàn toàn bằng LPG. Nồng độ bồ hóng của E30L chỉ bằng 50% so với E100L. Hệ số tương đương tối ưu cho E30L nằm trong khoảng 1.03-1.08. Khi tăng góc đánh lửa sớm từ 10°TK lên 35°TK, nồng độ NOx tăng 50% trong khi CO và HC giảm trung bình 50%. Luận án kết luận rằng việc cải tạo hệ thống phun xăng của xe gắn máy thành hệ thống phun nhiên liệu lỏng/khí bằng cách bổ sung vi mạch điều khiển kết nối với ECM của động cơ là khả thi, và sự phù hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm cho phép dự báo các thông số vận hành của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu hybrid lỏng/khí.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu
  • 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
  • 4. Phương pháp nghiên cứu
  • 5. Cấu trúc nội dung luận án
  • 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
  • 7. Các điểm mới của luận án

• Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU LPG-ETHANOL CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

  • 1.1. Nhiên liệu sạch
  • 1.2. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học
  • 1.2.1. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới
  • 1.2.2. Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam
  • 1.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ đốt trong
  • 1.3.1. Những đặc tính cơ bản của nhiên liệu LPG
  • 1.3.2. Nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ ô tô
  • 1.3.3. Nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ xe gắn máy
  • 1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng Ethanol trên động cơ đốt trong
  • 1.5. Tình hình nghiên cứu ứng dụng kết hợp nhiên liệu LPG-ethanol trên động cơ đốt trong
  • 1.6. Kết luận

• Chương 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY

  • 2.1. Hệ phương trình chảy rối
  • 2.2. Lý thuyết quá trình cháy nhiên liệu khí
  • 2.2.1. Lý thuyết cháy của hỗn hợp không hòa trộn trước
  • 2.2.1.1. Lý thuyết về thành phần hỗn hợp
  • 2.2.1.2. Mô hình tương tác giữa rối và hóa học
  • 2.2.1.3. Mở rộng mô hình cháy không hòa trộn trước cho trường hợp không đoạn nhiệt
  • 2.2.2. Lý thuyết quá trình cháy hỗn hợp hòa trộn trước
  • 2.2.2.1. Lan tràn màng lửa
  • 2.2.2.2. Tốc độ màng lửa rối
  • 2.2.2.3. Tốc độ màng lửa chảy tầng
  • 2.2.2.4. Mô hình cháy hỗn hợp hòa trộn trước trong Fluent
  • 2.2.2.5. Tính toán nhiệt độ
  • 2.2.3. Lý thuyết quá trình cháy hòa trộn trước cục bộ
  • 2.2.3.1. Tổng quan
  • 2.2.3.2. Tính toán các đại lượng
  • 2.3. Kết luận chương 2

• Chương 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP, CHÁY VÀ PHÁT THẢI Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY CHẠY BẰNG LPG-ETHANOL

  • 3.1. Mục tiêu, đối tượng và phương pháp mô phỏng
  • 3.2. Đặc điểm quá trình cung cấp nhiên liệu LPG-ethanol
  • 3.3. Mô phỏng quá trình nạp nhiên liệu LPG-ethanol
  • 3.3.1. Mô hình hình học của động cơ và điều kiện biên mô phỏng
  • 3.3.3. Quá trình hình thành hỗn hợp khi phun LPG-ethanol
  • 3.4. Mô phỏng quá trình cháy
  • 3.4.1. Ảnh hưởng hệ số tương đương
  • 3.4.2. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm
  • 3.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ
  • 3.4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng ethanol
  • 3.5. Mô phỏng phát thải ô nhiễm
  • 3.5.1. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến biến thiên HC,CO, NOx
  • 3.5.2. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx
  • 3.5.3 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx
  • 3.5.4. Ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx
  • 3.6. Kết luận

• Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

  • 4.1. Mục đích và giới hạn nội dung nghiên cứu thực nghiệm
  • 4.2. Trang thiết bị nghiên cứu
  • 4.2.1. Các thiết bị của bộ tạo tải động cơ
  • 4.3. Chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng sang chạy bằng LPG-ethanol
  • 4.5. Thử nghiệm xe gắn máy chạy bằng nhiên liệu LPG-ethanol trên bộ tạo tải động cơ
  • 4.6. Đánh giá kết quả thử nghiệm và so sánh kết quả mô phỏng
  • 4.6.1. So sánh ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến tính năng động cơ cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
  • 4.6.2. So sánh ảnh hưởng hàm lượng ethanol đến tính năng động cơ cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
  • 4.7. Kết luận

• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ