Luận văn thạc sĩ về mô phỏng quá trình cháy động cơ diesel RV1652 trong kỹ thuật hàng không

Tài liệu chuyên sâu Mô phỏng quá trình cháy động cơ diesel RV1652 trong luận ..., phân tích đa chiều, cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc cho

• Tác giả: Vũ Văn Hon
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Anh Thi
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hàng không
• Đề tài: Mô Phỏng Quá Trình Cháy Động Cơ Diesel RV165-2
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.2. Phạm vi và mục đích nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu về quá trình cháy và hình thành khí thải trong động cơ
• 2.1.1. Quá trình cháy trong buồng cháy động cơ diesel
• 2.1.2. Quá trình hình thành khí thải trong động cơ diesel
• 2.2. Cơ sở lý thuyết ảnh hưởng của thời điểm phun nhiên liệu đến sự hình thành khí thải của động cơ
• 2.2.1. Ảnh hưởng đến đặc tính của động cơ
• 2.2.2. Ảnh hưởng đến đặc tính phát thải của động cơ
• 2.3. Cơ sở lý thuyết ảnh hưởng hình dạng buồng cháy đến sự hình thành khí thải của động cơ
• 2.3.1. Các thông số hình học cơ bản của buồng cháy động cơ
• 2.4. Nghiên cứu quá trình cháy dùng công cụ tính toán mô phỏng số
• 2.4.1. Lý thuyết về tính toán số động lực học lưu chất (CFD)
• 2.4.2. Quá trình mô phỏng tính toán động lực học lưu chất (CFD)
• 2.4.3. Mô phỏng quá trình cháy bằng phần mềm AVL FIRE
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHÁY ĐỘNG CƠ VIKYNO RV165-2 BẰNG PHẦN MỀM AVL FIRE
• 3.1. Mô hình hóa và mô phỏng hoạt động động cơ Vikyno RV165-2 với buồng cháy hiện hữu
• 3.1.1. Thiết lập mô hình (Pre-processing)
• 3.1.2. Chạy chương trình (Processing)
• 3.1.3. Kết quả mô phỏng (Post-processing)
• 3.2. Một số giải pháp công nghệ cho động cơ và mô phỏng so sánh kiểm chứng với động cơ hiện hữu
• 3.2.1. Giải pháp thay đổi thời điểm phun sớm nhiên liệu vào buồng cháy
• 3.2.2. Giải pháp cải tiến biên dạng buồng cháy của động cơ
• KẾT LUẬN VÀ CÁC KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung

Nghiên cứu về mô phỏng động cơ diesel RV1652 là một phần quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật hàng không. Động cơ diesel, đặc biệt là loại một xylanh như RV1652, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp và các ứng dụng công nghiệp. Việc mô phỏng quá trình cháy động cơ giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất và khí thải của động cơ, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào lý thuyết mà còn áp dụng các công nghệ hiện đại như phần mềm AVL FIRE để mô phỏng và phân tích. Kết quả từ nghiên cứu này có thể giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính là buồng cháy của động cơ diesel một xylanh RV1652. Động cơ này được sản xuất tại Việt Nam và có vai trò quan trọng trong ngành nông nghiệp. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc khảo sát ảnh hưởng của góc phun sớm nhiên liệu và biên dạng buồng cháy đến đặc tính công suất và khí thải. Mục tiêu là cải thiện quá trình cháy và giảm thiểu khí thải độc hại. Nghiên cứu sẽ sử dụng các phương pháp tính toán số động lực học lưu chất (CFD) để mô phỏng và phân tích các thông số kỹ thuật của động cơ.

II. Cơ sở lý thuyết

Quá trình cháy trong động cơ diesel là một hiện tượng phức tạp, liên quan đến nhiều yếu tố như thời điểm phun nhiên liệu và hình dạng buồng cháy. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy và hình thành khí thải. Các lý thuyết về quá trình cháy và hình thành khí thải sẽ được trình bày, cùng với các mô hình tính toán số để mô phỏng quá trình này. Việc hiểu rõ cơ sở lý thuyết sẽ giúp đưa ra các giải pháp kỹ thuật hiệu quả nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm.

2.1 Ảnh hưởng của thời điểm phun nhiên liệu

Thời điểm phun nhiên liệu có ảnh hưởng lớn đến quá trình cháy và khí thải của động cơ diesel. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh góc phun sớm có thể tối ưu hóa quá trình cháy, từ đó cải thiện hiệu suất và giảm thiểu khí thải độc hại. Các thông số như công suất, moment, và lượng khí thải NO, Soot sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các phương án điều chỉnh. Kết quả từ mô phỏng sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc cải tiến thiết kế động cơ.

III. Mô phỏng quá trình cháy động cơ RV1652

Mô phỏng quá trình cháy động cơ RV1652 được thực hiện bằng phần mềm AVL FIRE, một công cụ mạnh mẽ trong lĩnh vực mô phỏng kỹ thuật. Quá trình mô phỏng tập trung vào giai đoạn từ khi đóng xupap nạp đến khi xupap xả mở. Nghiên cứu sẽ khảo sát ba góc phun nhiên liệu khác nhau và bốn dạng buồng cháy để đánh giá ảnh hưởng đến hiệu suất và khí thải. Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để xác nhận tính chính xác của mô hình.

3.1 Thiết lập mô hình và kết quả mô phỏng

Quá trình thiết lập mô hình bao gồm việc nhập các thông số kỹ thuật của động cơ RV1652 vào phần mềm AVL FIRE. Sau khi chạy chương trình mô phỏng, các kết quả về áp suất, nhiệt độ và lượng khí thải sẽ được thu thập. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh góc phun sớm và biên dạng buồng cháy có thể cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải. Những phát hiện này có thể được áp dụng trong thực tiễn để nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ diesel.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về mô phỏng quá trình cháy động cơ diesel RV1652 đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh góc phun nhiên liệu và biên dạng buồng cháy có thể cải thiện hiệu suất và giảm thiểu khí thải. Kết quả từ mô phỏng cung cấp cơ sở cho các giải pháp kỹ thuật nhằm tối ưu hóa hoạt động của động cơ. Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc khảo sát thêm các loại động cơ khác và áp dụng các công nghệ mới trong mô phỏng để nâng cao độ chính xác và hiệu quả.

4.1 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc áp dụng các công nghệ mô phỏng tiên tiến hơn, như mô hình hóa động lực học lưu chất phức tạp hơn. Ngoài ra, việc nghiên cứu các loại động cơ khác và so sánh hiệu suất giữa các loại động cơ diesel cũng là một hướng đi tiềm năng. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiểu biết về quá trình cháy mà còn đóng góp vào việc phát triển các giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp động cơ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ diesel là nguồn động lực chủ yếu trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp và giao thông vận tải. Tại Việt Nam, động cơ Vikyno RV165-2, loại một xylanh, được sản xuất và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nông nghiệp. Theo số liệu của công ty TNHH MTV Động Cơ và Máy Nông Nghiệp Miền Nam (SVEAM), hàng năm có khoảng 45.000 động cơ được cung cấp ra thị trường, chiếm phần lớn sản lượng động cơ diesel trong nước. Tuy nhiên, đặc tính phát thải của dòng động cơ này chưa được công bố rộng rãi, trong khi khí thải động cơ diesel chứa các chất độc hại như NOx, muội than (Soot), CO, HC gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường.

Luận văn tập trung nghiên cứu mô phỏng quá trình cháy và đặc tính phát thải của động cơ diesel Vikyno RV165-2 bằng phần mềm CFD 3D AVL FIRE, với mục tiêu đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm nhiên liệu và biên dạng buồng cháy đến công suất và khí thải động cơ. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ lúc đóng xupap nạp đến trước khi mở xupap xả, tại hai chế độ vận hành chính: tốc độ 2400 vòng/phút và 1900 vòng/phút, tải 100%. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm phát thải ô nhiễm và nâng cao hiệu suất động cơ, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành cơ khí động lực tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Quá trình cháy trong động cơ diesel: Quá trình cháy được chia thành bốn giai đoạn chính gồm cháy trễ, cháy nhanh, cháy chính và cháy rớt. Thời gian cháy trễ và sự hòa trộn nhiên liệu-không khí ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và khí thải.

• Ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu (Injection Timing - IT): Góc phun sớm ảnh hưởng đến thời gian cháy trễ, áp suất trong buồng cháy, từ đó tác động đến lượng NOx và muội than sinh ra. Tăng góc phun sớm làm tăng NOx nhưng giảm muội than, ngược lại giảm góc phun sớm làm tăng muội than và giảm NOx.

• Ảnh hưởng của biên dạng buồng cháy: Các thông số hình học như đường kính họng, đường kính cực đại, độ sâu buồng cháy, bán kính vòng xuyến và bán kính phụ ảnh hưởng đến chuyển động xoáy (swirl) và chuyển động nén (squish) của dòng khí, từ đó ảnh hưởng đến sự hòa trộn nhiên liệu-không khí và đặc tính cháy.

• Mô hình tính toán số động lực học lưu chất (CFD): Sử dụng phương trình Navier-Stokes và các mô hình rối như k-ε để mô phỏng dòng chảy, quá trình phun nhiên liệu, cháy và hình thành khí thải trong buồng cháy động cơ.

• Mô hình mô phỏng quá trình cháy và phát thải trong phần mềm AVL FIRE: Bao gồm các mô hình cháy (Turbulence Combustion Model, Coherent Flame Model), mô hình hình thành NOx và muội than, mô phỏng tia phun nhiên liệu và sự tương tác với thành buồng cháy.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật động cơ Vikyno RV165-2 được thu thập từ công ty SVEAM và các tài liệu kỹ thuật liên quan. Dữ liệu vận hành gồm hai chế độ chính: 2400 vòng/phút và 1900 vòng/phút, tải 100%.

• Phương pháp mô phỏng: Xây dựng mô hình 3D buồng cháy và động cơ trên phần mềm AVL FIRE v.2013. Mô hình bao gồm biên dạng buồng cháy hiện hữu và các phương án cải tiến biên dạng, cùng ba góc phun nhiên liệu khác nhau.

• Phân tích số liệu: Mô phỏng quá trình cháy từ lúc đóng xupap nạp đến trước khi mở xupap xả, trích xuất các thông số công suất, mô men, tiêu hao nhiên liệu, nồng độ NOx và muội than. So sánh kết quả giữa các phương án để đánh giá ảnh hưởng của góc phun và biên dạng buồng cháy.

• Cỡ mẫu và timeline: Mô phỏng thực hiện trên mô hình động cơ một xylanh, với các điều kiện vận hành cụ thể. Thời gian nghiên cứu từ tháng 2/2014 đến tháng 1/2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu đến đặc tính công suất và khí thải:

   • Tại tốc độ 2400 vòng/phút, góc phun sớm 22.5° BTDC cho công suất tối ưu và mức NOx thấp hơn khoảng 15% so với góc phun sớm 30°.
   • Tại tốc độ 1900 vòng/phút, góc phun sớm 20° BTDC giảm lượng muội than khoảng 12% so với góc phun trễ 15°, đồng thời giữ được công suất ổn định.

2. Ảnh hưởng của biên dạng buồng cháy:

   • Buồng cháy dạng 2 (được thiết kế cải tiến) cho hiệu suất công suất cao hơn 8% và giảm NOx khoảng 10% so với buồng cháy hiện hữu khi vận hành ở tải 100%, tốc độ 2400 vòng/phút.
   • Ở tốc độ 1900 vòng/phút, buồng cháy dạng 2 cũng giảm muội than khoảng 14% so với buồng cháy gốc.

3. Tối ưu hóa phối hợp góc phun và biên dạng buồng cháy:

   • Kết hợp góc phun sớm phù hợp với tốc độ và biên dạng buồng cháy dạng 2 giúp cân bằng giữa công suất và giảm phát thải, đạt hiệu quả tối ưu trong vận hành động cơ.

4. So sánh mô phỏng và thực nghiệm:

   • Kết quả mô phỏng áp suất trong xilanh và nhiệt độ tương đối phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, sai số dưới 5%, đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

Thảo luận kết quả

Việc điều chỉnh góc phun sớm nhiên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian cháy trễ và áp suất cực đại trong buồng cháy, từ đó tác động đến lượng NOx và muội than sinh ra. Góc phun sớm quá lớn làm tăng nhiệt độ cháy, dẫn đến tăng NOx nhưng giảm muội than, trong khi góc phun trễ làm ngược lại. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu đến khí thải động cơ diesel.

Biên dạng buồng cháy cải tiến làm tăng hiệu quả hòa trộn nhiên liệu-không khí nhờ tăng cường chuyển động xoáy (swirl) và chuyển động nén (squish), giúp quá trình cháy diễn ra đồng đều hơn, giảm lượng nhiên liệu chưa cháy và muội than. Điều này cũng đồng nghĩa với việc giảm phát thải và tăng hiệu suất động cơ.

Biểu đồ so sánh đặc tính công suất và nồng độ khí thải giữa các phương án được trình bày rõ ràng, giúp minh họa sự khác biệt và hiệu quả của từng giải pháp. Bảng số liệu chi tiết hỗ trợ việc đánh giá chính xác các chỉ tiêu kỹ thuật.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Điều chỉnh góc phun nhiên liệu theo chế độ vận hành:

   • Thực hiện điều chỉnh góc phun sớm phù hợp với tốc độ và tải động cơ để tối ưu hóa công suất và giảm phát thải NOx, muội than.
   • Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Bộ phận kỹ thuật và bảo trì động cơ tại các nhà máy sản xuất và sử dụng động cơ.

2. Cải tiến biên dạng buồng cháy:

   • Áp dụng thiết kế buồng cháy dạng 2 đã được mô phỏng để nâng cao hiệu suất cháy và giảm khí thải.
   • Thời gian thực hiện: 12 tháng cho nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm.
   • Chủ thể thực hiện: Bộ phận R&D của công ty sản xuất động cơ.

3. Ứng dụng phần mềm mô phỏng CFD trong thiết kế và tối ưu động cơ:

   • Sử dụng phần mềm AVL FIRE để mô phỏng và đánh giá các phương án thiết kế mới trước khi sản xuất thực tế, giảm chi phí và thời gian thử nghiệm.
   • Thời gian thực hiện: liên tục trong quá trình phát triển sản phẩm.
   • Chủ thể thực hiện: Các phòng thí nghiệm và trung tâm nghiên cứu động cơ.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ vận hành và bảo trì:

   • Tổ chức các khóa đào tạo về điều chỉnh góc phun và bảo dưỡng buồng cháy nhằm duy trì hiệu suất và giảm phát thải trong thực tế.
   • Thời gian thực hiện: 3-6 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các trung tâm đào tạo kỹ thuật và công ty sản xuất động cơ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà sản xuất động cơ diesel trong nước:

   • Lợi ích: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến thiết kế, nâng cao hiệu suất và giảm phát thải, tăng sức cạnh tranh sản phẩm trên thị trường.

2. Các kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật trong lĩnh vực động cơ đốt trong:

   • Lợi ích: Nắm bắt kiến thức về mô phỏng CFD, ảnh hưởng của góc phun và biên dạng buồng cháy đến hiệu suất và khí thải, phục vụ công tác thiết kế và tối ưu động cơ.

3. Các nhà quản lý môi trường và chính sách năng lượng:

   • Lợi ích: Hiểu rõ tác động của động cơ diesel đến môi trường, từ đó xây dựng các chính sách kiểm soát phát thải phù hợp.

4. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật cơ khí, kỹ thuật hàng không:

   • Lợi ích: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và mô phỏng quá trình cháy động cơ diesel, phục vụ học tập và nghiên cứu khoa học.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần điều chỉnh góc phun nhiên liệu trong động cơ diesel?
   Điều chỉnh góc phun giúp tối ưu hóa quá trình cháy, cân bằng giữa công suất và lượng khí thải. Góc phun phù hợp làm giảm thời gian cháy trễ, tăng hiệu suất và giảm NOx, muội than.

2. Biên dạng buồng cháy ảnh hưởng như thế nào đến khí thải?
   Biên dạng buồng cháy ảnh hưởng đến chuyển động xoáy và nén khí, từ đó cải thiện sự hòa trộn nhiên liệu-không khí, giúp cháy hoàn toàn hơn, giảm lượng nhiên liệu chưa cháy và muội than.

3. Phần mềm AVL FIRE có ưu điểm gì trong nghiên cứu động cơ?
   AVL FIRE cho phép mô phỏng chi tiết quá trình cháy, phun nhiên liệu và hình thành khí thải trong buồng cháy 3D, giúp đánh giá và tối ưu thiết kế động cơ một cách chính xác và tiết kiệm chi phí.

4. Kết quả mô phỏng có thể áp dụng trực tiếp vào thực tế không?
   Kết quả mô phỏng cần được kiểm chứng bằng thực nghiệm, tuy nhiên với sai số dưới 5%, mô hình có độ tin cậy cao và có thể làm cơ sở để điều chỉnh thiết kế và vận hành động cơ.

5. Làm thế nào để giảm phát thải muội than trong động cơ diesel?
   Giảm muội than có thể thực hiện bằng cách tăng góc phun sớm, cải tiến biên dạng buồng cháy để tăng cường hòa trộn nhiên liệu-không khí, đồng thời điều chỉnh áp suất phun và hệ thống nhiên liệu.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng quá trình cháy và phát thải của động cơ diesel Vikyno RV165-2 bằng phần mềm AVL FIRE, với độ chính xác cao so với thực nghiệm.
• Góc phun nhiên liệu và biên dạng buồng cháy là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến công suất và khí thải của động cơ.
• Việc điều chỉnh góc phun sớm phù hợp với chế độ vận hành và áp dụng biên dạng buồng cháy cải tiến giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải NOx, muội than.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các giải pháp kỹ thuật cải tiến động cơ diesel trong nước, góp phần bảo vệ môi trường.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm thử nghiệm thực tế các phương án cải tiến và đào tạo kỹ thuật viên vận hành để ứng dụng hiệu quả trong sản xuất và sử dụng động cơ.

Áp dụng các giải pháp kỹ thuật đã đề xuất vào sản xuất thử nghiệm và đánh giá hiệu quả thực tế nhằm hoàn thiện sản phẩm động cơ diesel thân thiện môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1.1 Giới thiệu chung Dầu thô, khí ga và than đá là những nhiên liệu hóa thạch, nó có vai trò cốt lõi trong nên kinh tế và năng lượng thé giới. Hiện nay, nên kinh tế công nghiệp hiện đại phụ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu hóa thạch là các nguồn nguyên liệu chính cung cấp năng lượng phục vụ cho các ngành công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải, quân sự,. Tuy nhiên, nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch là nguôn nhiên liệu không thể tái sinh, việc sử dụng tràn lan và nhu cầu ngày cảng tăng do sự công nghiệp hoá, hiện đại hoá được dự báo sẽ dẫn đến sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu này trong tương lai gần. Nếu cứ tiếp tục với mức tiêu thụ năng lượng tăng dan hàng năm như hiện tại thì nguồn dau thô có khả năng cạn kiệt trong 49 năm tới [2].

Bên cạnh đó là hiện tượng biến đổi khí hậu do phát thai ô nhiễm môi trường từ việc sử dụng các nguồn năng lượng trên dẫn đến các hiện tượng động dat, sóng thần, bão lụt xảy ra liên tục trên toàn thế giới trong những năm gan đây. Đây là những van dé dang được quan tâm hàng dau của các quốc gia phát triển cũng như đang phát triển. Động cơ nhiệt dùng nhiên liệu truyền thống (như xăng, diesel, .) hiện là một trong những nguồn động lực chủ yếu được lắp đặt và sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp, ô tô chuyên dùng trong các công trình xây dựng: đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải. Tuy nhiên, một trong những hạn chế của loại động cơ này là gây ra sự gia tăng đáng kế mức phát thai 6 nhiễm đối với môi trường.

Khí thải của động cơ đốt trong chứa các chất độc hại như CO, CO, HC, NO, và thành phan hat muội than đã gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, cũng như ảnh hưởng đến môi trường.1 tóm tắt các ảnh hưởng chính của các thành phần gây ô nhiễm trong khí thải động cơ đến sức khỏe con người và môi trường [3].1 Tác hại của các chất gây ô nhiễm trong khí thải động co [3] Chất ô nhiễm Nguồn phát thải Ảnh hướng chính CO Ô tô: 93%. Các | Cản trở sự trao đổi O; trong máu và gây 13 nguôn sinh nang ngộ độc CO (nêu nông độ CO trong không lượng khí từ 30 đến 45 ppm thì sẽ làm tê liệt hệ thân kinh thực vật). Lọc dầu, Kích thích thành bên trong của các cơ quan sử dụng các dung hô hấp. môi: 43% NO, O tô: 49%.

Nha máy, Kích thích mat, mũi họng. Nếu sự kích nguồn sinh năng thích rất mạnh có thể gây ho, đau đầu và hư lượng: 61% hại phối. Nếu nông độ NO; trong khí quyên 3-5 ppm thìđã có d ấu hiệu của sự kích thích. Kích thích lên mắt, mũi ở 10-30 ppm gây ho, đau đầu, chóng mặt ở 30-50 ppm.

Lam giam qua trinh quang hop cua cay xanh. Muội than Do ham lượng lưu Gây ung thư đường hô hấp. Bồ hóng bám (PM) huỳnh cao, nhiên liệu vào cây co làm giảm kha năng quang hop, và nhớt bôi trơn chưa cây cối dễ bị héo chết. Bồ hóng bám vào cháy hết kết hợp công trình xây dựng gây ra ăn ờm kim loại.

Động cơ mang nãn hi éu Vikyno/Vinapro của Công ty TNHH Một Thành Viên Động Cơ và Máy Nông Nghiệp Miền Nam (SVEAM) hiện đang là những sản phẩm động cơ chính của Việt Nam trên thị trường và là sản phẩm chủ lực của Bộ Công Thương về động cơ đốt trong. Theo số liệu thống kê của công ty SVEAM, hiện nay hang năm công ty cung cấp tổng cộng hơn 45.000 động cơ trên tổng số khoảng 48.000 động cơ sản xuất tại Việt Nam ra thị trường mỗi năm (Nguồn: 14 http://www.vn/store/4502/about. Trong các dòng sản phẩm của SVEAM, động cơ RV165-2 là một trong những san phẩm chủ lực của SVEAM bán trên thị trường. Hiện tại, thực trạng về đặc tính phát thải của loại động cơ này là chưa được công bố.

Những nghiên cứu tiêu biểu trên dòng sản phẩm này gồm: nghiên cứu về cải tiến hệ thống nhiên liệu va nghiên cứu về nâng cao hiệu suất và công suất cho động cơ. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên chưa cho thấy đặc tính phát thải của động cơ Vikyno RVI65-2 hiện tại. Ngoài ra, những phương án cải thiện mức phát thải của dòng sản phẩm này phục vụ cho nhu cầu xuất khẩu và thương mại trong nước chưa được đê cập. Với thực trạng này, việc nghiên cứu đặc tính công suất và phát thải của động cơ là rất cần thiết.

Có nhiều hướng nghiên cứu để giảm phát thải ô nhiễm của động cơ như tác động vào quá trình nạp, tác động về mặt nhiên liệu, tác động vào khí thải động co, tác động vào quá trình cháy. Trong phạm vi của luận văn chúng ta tập trung vào nghiên cứu quá trình cháy của động cơ, đưa ra một số giải pháp kỹ thuật tác động vào quá trình cháy như thay đổi thời điểm phun nhiên liệu, thay đối biên dạng buông cháy của động cơ, nhằm cải thiện quá trình cháy, giảm thiểu các thành phân khí thải.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính là buồng cháy động cơ Diesel một xylanh Vikyno RV165-2, đây là dòng động cơ sản xuất bởi công ty TNHH MTV Động cơ và Máy nông nghiệp Miền Nam (SVEAM) được sử dung rộng rãi tại thị trường Việt Nam. Thông số kỹ thuật của động cơ được thể hiện chỉ tiết trong Hình 1.0 —†” tas 46 kg-m 174 _— 164 ” 15+ 144 Nel _ 13 4 „ .1 Động cơ VikynoRV165-2 Hình 1.2 Dé thị đặc tính ngoài của động cơ VikynoRV165-2 N.: Công suất tối da (HP), N„: Công suất định mức (HP), T1: moment xoan (kgm), bạ: Suât tiêu hao nhiên liệu (g/HP.h) (Nguon: http://www.com/?id_pproductv=123&lg=vn&start=0) Bang 1.2 Tinh nang kỹ thuật dong co Vikyno RV165-2 (Nguôn: http://www.com/?id_pproductv=123&lg=vn&start=0) KIEU RV165-2 Loai 4 ky, 1 xilanh, năm ngang Duong kinh x Hanh trinh pitt6ng (mm) 105 x 97 Thé tích xylanh (em) 839 Công suat định mức (Mã lực/vòng/phút) 14/2200 Công suất tối đa 16.5/2400 Moment cực dai (kgm/vòng/phút) 4.9/1800 Tỉ số nén 18 Nhiên liệu Dâu diesel Thể tích thùng nhiên liệu (lít) 11 Suất tiêu thụ nhiên liệu (g/Mã lực/giờ) 175 Áp suất mở vòi phun (kg/cm’) 220 Dâu bôi trơn Nhớt 30 (SAE30,20, 10w-30) Thể tích dâu bôi trơn (lít) 4.0 Hệ thông đốt nhiên liệu Phun trực tiếp Hệ thông khởi động Tay quay, Khởi động điện Hệ thông đèn chiêu 12V-25W Hệ thông làm mát Kết nước Thể tích nước làm mát (lít) 2.2 Pham vi va mục đích nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu này là kiểm chung lại đặc tính của động cơ RV165-2 và đưa ra một số giải pháp công nghệ: thay đổi thời điển phun nhiên liệu vào buồng cháy, cải tiễn buồng cháy của động cơ. Mục đích nham nâng cao quá trình hình thành hỗn hợp và sự cháy, từ đó cải thiện đặc tính phát thai của động cơ RV165-2.

13 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng lý thuyết tính toán số động lực học lưu chất (CFD),. Lý thuyết hình thành các chất ô nhiễm trong động cơ đốt trong Lý thuyết ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu va biên dạng buồng cháy đến đặc tính khí thải của động cơ. Lý thuyết về các mô hình hình thành hỗn hợp. mô hình quá trình cháy, truyền nhiệt và mô hình hình thành các chất ô nhiễm độn g cơ đốt trong, áp dụng trong phần mềm AVL FIRE.

Tham khảo các báo cáo khoa học đã được công bồ trong Hội nghị khoa học, Tạp chí khoa học trong và ngoài nước, các dé tài khoa học các cấp, luận văn cao học của các tác giả trong và ngoai nước. Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm CFD-3D thương mại AVL FIRE (Modul: AVL FIRE ESE DIESEL) để xây dựng mô hình và thực hiện mô phỏng đánh giá đặc tính công suất và phát thải động cơ Vikyno RV165-2 dựa trên các phương án công nghệ đề xuất.4 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.1 Y nghĩa khoa học Đề tài là một hướng nghiên cứu về động cơ đốt trong nhờ công cụ mô phỏng hiện đại trên cơ sở lý thuyết tính toán động lực học lưu chất (CFD). Góp phần làm cơ sở đê nghiên cứu phát triên các động cơ mới trong lĩnh vực nông nghiệp.2 Y nghĩa thực tiễn Trên cơ sở kết quả kiểm chứng và một số giải pháp nâng cao hiệu quả quá trình cháy bằng phương pháp mô phỏng. giúp Công ty TNHH Một Thành Viên Động Cơ và Máy Nông Nghiệp Miền Nam (SVEAM) đưa ra một số giải pháp kỹ thuật công nghệ cải tiến quá trình cháy của động cơ RV165-2 nhằm nâng cao công suât và giảm phát thải 6 nhiêm môi trường.1 Giới thiệu về qua trình cháy và hình thành khí thải trong động co diesel 2.1 Quá trình cháy trong buồng cháy động co diesel Bản chất quá trình cháy là quá trình oxy hóa nhiên liệu và tỏa nhiệt.

Quá trình cháy trong động co diesel là quá trình cháy khôngđ ông nhất, nhiên liệu được phun vào xylanh ở cuối chu kỳ nén, lúc nay không khí trong buông đốt đã bị nén tới áp suất khoảng 3. Do tính tự cháy của dau diesel cao, dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao nên quá trình cháy bắt đầu xay ra. ¬» ba : ⁄ 4 m—j„ \ ~~ fhe) = “" I ao 1 0 20 @ (0 ste" (T Hình 2.1 Đồ thị triển khai quá trình cháy của động cơ diesel [4] P— Đồ thị biến thiên cua áp suất trong xy lanh T Đô thị bién thiên của nhiệt độ trong xy lanh Dựa vào sự biến thiên của áp suất và nhiệt độ trong xylanh có thé chia quá trình cháy trong động cơ diesel ra bốn giai đoạn [4]: = Giai đoạn cháy trễ (I) Là giai đoạn chuẩn bị các trung tâm cháy đầu tiên, bắt đầu từ lúc phun nhiên liệu đến khi đường áp suất do cháy tách khỏi đường áp suất do nén, do chuyển động 19 xoáy lốc không khí trong lòng buồng cháy nên nhiên liệu bị xé nhỏ va hoà trộn đều với hỗn hợp khí. Ở giai đoạn này, áp suất tăng rất chậm do: - Mất nhiệt do quá trình bay hơi của nhiên liệu.

- Các trung tâm cháy hình thành ở những nơi có hệ số dư lượng không khí (ơ = 0.9) thích hợp nhưng do tốc độ cháy nhỏ (khả năng hóa hơi nhiên liệu chậm) nên nhiệt độ và áp suất trong buông cháy tăng chậm. - Luong nhiên liệu ở giai đoạn nay chiếm khoảng 30 + 40 % lượng nhiên liệu cung cấp cho toàn bộ chu trình.