Tên luận án:
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ diesel chuyển đổi sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG)
Ngành:
Kỹ thuật Động lực
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ diesel chuyển đổi sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG)" giải quyết thách thức về an ninh nguồn năng lượng và giảm phát thải từ nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt tại Việt Nam. Đề tài tập trung vào việc chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng khí thiên nhiên nén (CNG) do những lợi ích kinh tế, khoa học và thực tiễn, bao gồm giảm ô nhiễm môi trường và đảm bảo nguồn cung năng lượng. Việc chuyển đổi động cơ đòi hỏi thay đổi các đặc điểm kết cấu để phát huy tính năng kinh tế kỹ thuật.
Mục tiêu chính của luận án là phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các thông số kết cấu như tỷ số nén và hình dạng buồng cháy đến thời gian cháy và phát thải của động cơ đã chuyển đổi. Luận án thực hiện nghiên cứu tổng quan, xây dựng cơ sở lý thuyết, mô phỏng trên phần mềm AVL-Boost và tiến hành thực nghiệm trên động cơ diesel một xylanh S1100 đã được chuyển đổi. Các điểm mới bao gồm việc xây dựng thành công mô hình động cơ khí thiên nhiên trên AVL-Boost để khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu và bước đầu chuyển đổi động cơ S1100 thành động cơ đốt cháy cưỡng bức sử dụng khí thiên nhiên phục vụ nghiên cứu thực nghiệm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ số nén và hình dạng đỉnh piston có ảnh hưởng rất lớn đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ. Cụ thể, để giảm nguy cơ kích nổ và tiếng ồn, tỷ số nén tới hạn của động cơ chuyển đổi là ɛ = 11,5. Hình dạng đỉnh piston lõm giúp cải thiện động năng rối, rút ngắn thời gian cháy và khắc phục nhược điểm cháy chậm của khí thiên nhiên. Kích thước đỉnh piston tối ưu cho động cơ S1100 chuyển đổi là đường kính lõm 66 mm và độ sâu lõm 19 mm, với đường tâm của phần trụ lõm trùng với đường tâm của xylanh.
Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm có sự tương đồng cao, xác nhận độ tin cậy của mô hình cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc sử dụng khí thiên nhiên không chỉ giảm đáng kể lượng khí thải độc hại (CO, HC, NOx) mà còn góp phần giảm phụ thuộc vào nhiên liệu gốc dầu mỏ. Luận án đặt nền tảng cho việc phát triển động cơ khí thiên nhiên thế hệ mới với hiệu suất cao và đáp ứng tiêu chuẩn khí thải.
Mục lục chi tiết:
-
MỞ ĐẦU
- I. Lý do chọn đề tài
- II. Mục tiêu của đề tài
- Các nhiệm vụ nghiên cứu
- III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- IV. Phương pháp nghiên cứu
- V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- VI. Các điểm mới của luận án
- VII. Bố cục luận án
-
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
- 1.1. Nguồn gốc của khí thiên nhiên
- 1.1.1. Nguồn gốc hữu cơ
- 1.1.2. Nguồn gốc vô cơ
- 1.1.3. Phân biệt về nguồn gốc khí thiên nhiên
- 1.2. Trữ lượng khí thiên nhiên
- 1.2.1. Thế giới
- 1.2.2. Ở Việt Nam
- 1.3. Đặc điểm của khí thiên nhiên
- 1.3.1. Thành phần
- 1.3.2. Tính chất đặc trưng
- 1.3.3. So sánh khí thiên nhiên với nhiên liệu gốc dầu mỏ
- 1.5. Tổng quan nghiên cứu về động cơ đốt trong sử dụng khí thiên nhiên
- 1.5.1. Các nghiên cứu ngoài nước
- 1.5.1.1. Chuyển đổi động cơ disel sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên
- 1.5.1.2. Ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy
- 1.5.1.3. Ảnh hưởng của tỷ số nén
- 1.5.1.4. Ảnh hưởng của thông số vận hành
- 1.5.2. Các nghiên cứu trong nước
- 1.6. Kết luận chương 1
-
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY Ở ĐỘNG CƠ CHÁY CƯỠNG BỨC SỬ DỤNG KHÍ THIÊN NHIÊN
- 2.1. Tổng quan về cháy cưỡng bức
- 2.2. Định luật bảo toàn khối lượng
- 2.3. Định luật thứ nhất của nhiệt động học
- 2.4. Một số mô hình cháy cưỡng bức
- 2.4.1. Mô hình cháy không chiều
- 2.4.2. Mô hình cháy Fractal
- 2.5. Mô hình xác định trị số Ốc-tan yêu cầu
- 2.6. Mô hình xác định vận tốc squish ở bên trong xylanh động cơ
- 2.7. Kết luận chương 2
-
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN
- 3.1. Giới thiệu chung
- 3.2. Xây dựng và điều khiển mô hình mô phỏng động cơ
- 3.2.1. Lựa chọn các phần tử cho mô hình và kết nối các phần tử
- 3.2.2. Nhập dữ liệu chung cho mô hình
- 3.2.3. Nhập dữ liệu cho từng phần tử
- 3.2.4. Ảnh hưởng đến trị số Ốc-tan yêu cầu (ON)
- 3.2.5. Ảnh hưởng đến thời gian cháy
- 3.2.6. Ảnh hưởng đến thông số vận hành
- 3.2.7. Kết cấu hình học đỉnh piston
- 3.3. Hiệu chuẩn và đánh giá độ chính xác của mô hình
- 3.4. Kết quả mô phỏng và thảo luận
- 3.4.1. Ảnh hưởng của các thông số vận hành và kết cấu đến trị số ốc tan yêu cầu
- 3.4.1.1. Ảnh hưởng của thông số vận hành đến trị số ốc tan yêu cầu (ON)
- 3.4.1.2. Ảnh hưởng của thông số kết cấu đến trị số ốc tan yêu cầu
- 3.4.3. Ảnh hưởng của tỷ số nén đến mô men và công suất
- 3.4.4. Ảnh hưởng của các thông số kết cấu và vận hành đến thời gian cháy
- 3.4.4.1. Ảnh hưởng của độ sâu đỉnh piston đến thời gian cháy
- 3.4.4.2. Ảnh hưởng của vị trí đặt bugi đến thời gian cháy
- 3.4.4.3. Ảnh hưởng của thời điểm đánh lửa đến thời gian cháy
- 3.4.4. Ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy đến thông số vận hành
- 3.4.5. Ảnh hưởng của thông số kết cấu đến khí thải
- 3.5. Kết luận chương 3
-
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
- 4.1. Chuyển đổi động cơ diesel một xylanh S1100 thành động cơ sử dụng khí thiên nhiên
- 4.1.1. Lắp đặt hệ thống đánh lửa
- 4.1.2. Vị trí lắp cảm biến áp suất
- 4.1.3. Cảm biến lưu lượng khí nạp
- 4.1.4. Hệ thống cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên
- 4.1.5. Lựa chọn kết cấu hình học và thay đổi tỷ số nén động cơ
- 4.2. Mục đích thử nghiệm
- 4.3. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm
- 4.4. Trang thiết bị thử nghiệm
- 4.4.1. Phanh điện APA100
- 4.4.2. Thiết bị đo lượng nhiên liệu
- 4.4.3. Tủ phân tích khí CEB-II
- 4.4.4. Cảm biến đo áp suất
- 4.5. Quy trình và phạm vi thử nghiệm
- 4.5.1. Quy trình thử nghiệm
- 4.5.2. Phạm vi thử nghiệm
- 4.6. Kết quả thử nghiệm và thảo luận
- 4.6.1. Ảnh hưởng của hình dạng đỉnh piston và tỷ số nén đến mô men và công suất
- 4.6.2. Ảnh hưởng của hình dạng đỉnh piston và tỷ số nén đến khả năng cháy
- 4.6.3. Ảnh hưởng của hình dạng đỉnh piston và tỷ số nén đến khí thải
- 4.6.4. So sánh kết quả tính toán mô phỏng với kết quả thực nghiệm
- 4.7. Kết luận chương 4
-
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN