ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- ĐẶNG THÁI SƠN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RCCI VÀO ĐỘNG CƠ AVL 5402 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG Chuyên ngành : Kỹ thuật ôtô - máy kéo. Mã số: 60 52 35 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS.
NGUYỄN NGỌC DŨNG Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. HUỲNH THANH CÔNG Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM Ngày 28 tháng 07 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG 2. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI 3.
HUỲNH THANH CÔNG 4. TRẦN HỮU NHÂN 5. NGUYỄN THÀNH TÂM Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa. Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---------------- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐẶNG THÁI SƠN MSHV: 10130466 Ngày, tháng, năm sinh: 06/08/1984 Nơi sinh: Kiên Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo Mã số: 60 52 35 I.
TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ RCCI vào động cơ AVL_5402 bằng phƣơng pháp mô phỏng”. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý làm việc của động cơ RCCI. Tìm hiểu các thông số của động cơ AVL 5402.
Ứng dụng công nghệ RCCI vào động cơ AVL 5402 hiện hữu bằng phương pháp mô phỏng. Từ các kết quả đạt được, đề xuất các phương án cải tiến động cơ 5402 thành động cơ RCCI. Tổng kết đánh giá. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2013 III.
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/07/2014 IV. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. NGUYỄN NGỌC DŨNG Tp.HCM, ngày … tháng 08 năm 2014 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) LỜI CÁM ƠN Để luận văn hoàn thành và đạt kết quả tốt, ngoài sự cố gắng của bản thân, em xin chân thành cám ơn tất cả các quý thầy cô trong Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, quý thầy phòng Thí nghiệm trọng điểm. Đặc biệt cảm ơn thầy hướng dẫn, TS.
Nguyễn Ngọc Dũng đã hướng dẫn em tận tình, và định hướng cho em trong quá trình em thực hiện luận văn. Cảm ơn các anh chị trong lớp và các bạn đồng nghiệp đã đóng góp công sức và những ý kiến quý giá. Xin cảm ơn gia đình đã động viên giúp đỡ vật chất và tinh thần để có thể hoàn thành tốt luận văn. Mặc dù rất cố gắng, nhưng do còn hạn chế về kiến thức, thời gian và thiết bị nên khó tránh khỏi những thiếu sót.
Kính mong Quý Thầy Cô và các bạn đóng góp thêm các ý kiến quý báu để đề tài nghiên cứu này có thể sớm được áp dụng vào thực tế.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014 Học viên thực hiện HV. Đặng Thái Sơn TÓM TẮT LUẬN VĂN Nghiên cứu phát triển động cơ sử dụng công nghệ RCCI (Reacitvity Controlled Compression Ignition) hiện đang là một trong những hướng nghiên cứu chính giúp giảm thành phần ô nhiễm động cơ diesel. Mục tiêu chính của đề tài này là nghiên cứu mô phỏng phát triển động cơ sử dụng công nghệ RCCI dựa trên nền động cơ diesel nghiên cứu AVL 5402. Mô hình AVL MCC và mô hình truyền nhiệt là Woschni trong phần mềm AVL Boost được sử dụng để mô phỏng động cơ.
Kết quả mô phỏng cho thấy động cơ sử dụng công nghệ RCCI cho quá trình cháy tốt hơn so với động cơ diesel truyền thống giúp nâng cao công suất, giảm thành phần phát thải NOx và soot. Kết quả nghiên cứu luận văn đóng góp một phần cho sự nghiên cứu phát triển hoàn thiện động cơ RCCI. ABSTRACT The study of reactivity controlled compression ignition (RCCI) engine is one of the most important concept introducing to diesel engine owing to reduce exhaust gas emission. The main objective of this research is to study RCCI engine based on simulation.
AVL MCC model and Woschni model in AVL Boost software are used to simulated engine combustion and performance characteristics. The result showed that RCCI engine illustrated better combustion process than conventional diesel engine, which increased engine performance and decreased NOx and soot emissions. The study has contribution to the research and development of RCCI engine. LỜI CAM ĐOAN Luận văn này được thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa TP HCM với sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Dũng.
Các kết quả của luận văn này tôi xin cam đoan do chính tôi thực hiện tại phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm Động Cơ Đốt Trong, đại học Bách Khoa TP HCM. Các phần tham khảo tôi xin cam đoan là có trích dẫn đầy đủ. Nếu có khiếu nại về nội dung luận văn, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường, và pháp luật.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014 Học viên cam đoan HV. Đặng Thái Sơn DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng biểu Trang 2.1 Các biện pháp giảm phát thải trên động cơ diesel ……………….1 Các biểu tượng lệnh của AVL Boost …………………………… 34 3.2 Các phần tử dùng trong mô phỏng của AVL Boost …………….3 Các thông số dữ liệu chung của động cơ dùng cho mô phỏng ….4 Các thông số đầu vào cho động cơ 5402 ……………………….5 Các thông số của đường ống …………………………………….6 Các thông số đầu vào cho mô hình động cơ Diesel …………….7 Các kết quả mô phỏng động cơ AVL_5402 …………………….1 Khối lượng nhiên liệu diesel và xăng dựa trên tỷ lệ phần trăm của xăng………………………………………………………….2 Các thông số đầu vào cho mô hình động cơ RCCI_1 (case2) ….3 Bảng thông số đầu vào cho mô hình động cơ diesel AVL 5402 (case 14) ………………………………………………………… 68 4.4 So sánh động cơ RCCI_1 với động cơ AVL_5402 …………….5 Các thông số mô hình động cơ RCCI_2 ……………………….6 Các thông số đầu vào cho mô hình động cơ AVL_5402 (case19) 74 4.7 Tổng hợp kết quả động cơ RCCI_2 và động cơ AVL 5402 …….8 Kết quả mô phỏng sau khi thay đổi tỷ số nén động cơ 5402 …… 80 4.9 Kết quả mô phỏng động cơ 5402 khi thay đổi IVC …………….10 Kết quả mô phỏng động cơ RCCI sau khi thay đổi IVO ……….11 Kết quả mô phỏng động cơ RCCI khi thay đổi EVO ………….12 Các thông số mô hình động cơ RCCI_3 ……………………….13 Tổng hợp kết quả sau khi cải tiến động cơ AVL_5402 ………… 84 4.14 Các thông số mô hình động cơ RCCI_4 ……………………….15 Các thông số đầu vào cho mô hình động cơ AVL_5402 (case16).16 So sánh động cơ RCCI_4 với động cơ RCCI_3 và động cơ AVL_5402 ……………………………………………………….17 Các thông số đầu vào cho mô hình động cơ RCCI phun xăng và phun diesel một lần …………………………………………….18 Bảng kết quả mô phỏng mô hình động cơ RCCI phun xăng, phun diesel một lần …………………………………………….19 Các thông số mô hình động cơ RCCI_3 khi điều chỉnh lượng phun xăng ……………………………………………………….20 Kết quả mô phỏng động cơ RCCI_3 phun xăng với các tỷ lệ khác nhau ……………………………………………………….21 Các thông số mô hình động cơ RCCI_3 khi điều chỉnh lượng phun diesel lần đầu tiên ………………………………………… 108 4.22 Kết quả mô phỏng động cơ RCCI_3 điều chỉnh lượng phun các lần phun diesel ……………………………………………… 108 DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu Tên hình ảnh Trang 1.1 Thị phần sản xuất ô tô trên thế giới năm 2011 ………………….2 Phát thải ô nhiễm CO2 trên thế giới từ 1965 – 2011 …………….3 Hiệu suất sử dụng năng lượng của ôtô ………………………….4 Sơ đồ trình tự thực hiện luận văn ……………………………….1 Mô hình động cơ sử dụng bộ chế hòa khí và kim phun xăng trên đường ống nạp ………………………………………………….2 Mô hình động cơ sử dụng kim phun xăng trực tiếp vào buồng đốt ……………………………………………………………….3 Minh họa các loại động cơ đốt trong …………………………….4 Mô hình hệ thống nhiên liệu của động cơ RCCI ……………….5 Đồ thị tín hiệu phun xăng theo góc quay trục khuỷu …………… 20 2.6 Đồ thị tín hiệu phun diesel theo góc quay trục khuỷu ………….7 Đồ thị tỏa nhiệt điển hình cho các giai đoạn cháy của nhiên liệu.8 Thay đổi tỷ số nén thông qua thay đổi hình dạng đỉnh pittông ….9 Quá trình cháy động cơ diesel phun trực tiếp ………………….10 Đồ thị áp suất, nhiệt độ, tốc độ toả nhiệt động cơ diesel ……….11 Đồ thị tốc độ toả nhiệt động cơ HCCI ………………………….12 Đồ thị áp suất, tốc độ toả nhiệt động cơ HCCI ………………….13 Đồ thị áp suất, tốc độ toả nhiệt, thời điểm phun xăng, diesel động cơ RCCI …………………………………………………… 27 2.14 Đồ thị phát thải soot, NOx theo nhiệt độ, mật độ nhiên liệu …….15 Đồ thị phát thải soot, NOx, CO theo hệ số dư lượng không khí .1 Giao diện làm việc của phần mềm AVL Boost ………………….2 Cửa sổ Parameters ……………………………………………….3 Cửa sổ Case Explorer …………………………………………… 35 3.4 Cách tạo một biến thay đổi trong Boost ………………………… 36 3.5 Cửa sổ Simulation Control ……………………………………… 36 3.6 File kết quả các dữ liệu động cơ dạng notepad ………………….7 Giao diện Impress Chart ………………………………………… 37 3.8 Nhấn chọn vào thông số cần xuất đồ thị ……………………….9 Nhấn chọn vào đồ thị để xuất đồ thị …………………………….10 Cân bằng năng lượng trong xylanh ………………………………….11 Mô hình động cơ AVL 5402 mô phỏng ………………………… 49 3.12 Áp suất xylanh khi không phun nhiên liệu ……………………… 52 3.13 Áp suất xylanh khi có phun nhiên liệu ………………………….1 Mô hình động cơ nhiều xupáp ………………………………….2 Mô hình hóa hệ thống phân phối khí cho động cơ AVL 5402 RCCI …………………………………………………………….3 Thiết lập thông số của kim phun xăng ………………………….4 Thiết lập mô hình động cơ hai nhiên liệu cho AVL_Boost 2011.5 Thiết lập mô hình động cơ hai nhiên liệu cho AVL_Boost 2013.6 Thiết lập mô hình AVL MCC cho cửa sổ Combustion ………….7 Thiết lập thông số cho mô hình AVL MCC …………………….8 Thiết lập thời điểm phun diesel ………………………………….9 Khai báo độ nâng kim phun …………………………………….10 Khai báo dữ liệu áp suất nâng kim ……………………………… 62 4.11 Thiết lập thay đổi các thông số mô phỏng nhiều trường hợp …… 63 4.12 Kết quả tính toán phun diesel …………………………………… 63 4.13 Phần tính toán độ nâng kim phun trong file Irate_estimation.14 Phần tính toán lưu lượng phun trong file Irate_estimation.15 Mô hình động cơ RCCI dùng cho mô phỏng trong AVL Boost… 66 4.16 So sánh áp suất mô hình RCCI với mô hình AVL_5402 ……….17 Đồ thị công suất, mômen động cơ RCCI_1 và động cơ AVL 5402 …………………………………………………………….18 Đồ thị phát thải NOx, soot trên động cơ RCCI_1 và AVL_5402.19 So sánh áp suất, nhiệt độ, tốc độ toả nhiệt động cơ RCCI_1 và động cơ diesel …………………………………………………… 73 4.20 Đồ thị mômen, công suất động cơ RCCI_1, RCCI_2 và AVL 5402 …………………………………………………………….21 Đồ thị khí thải động cơ RCCI_1, RCCI_2 và AVL_5402 ……… 78 4.
