Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kim phun đến tính năng động cơ diesel RV1252

Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kim phun đến tính năng động cơ diesel RV1252 qua mô phỏng trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật ô tô máy kéo.

• Tác giả: Nguyễn Trung Thành
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Lê Duy Khải
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô - Máy kéo
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng thông số kim phun đến tính năng động cơ diesel RV125-2 bằng phương pháp mô phỏng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của kim phun đến động cơ diesel RV1252

Nghiên cứu về kim phun diesel và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất động cơ diesel RV1252 là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật ô tô. Động cơ diesel ngày càng được sử dụng rộng rãi nhờ vào hiệu suất nhiên liệu cao và khả năng hoạt động bền bỉ. Tuy nhiên, việc tối ưu hóa thông số kim phun là cần thiết để cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phun nhiên liệu và sự phát triển của công nghệ kim phun hiện đại.

1.1. Tình hình nghiên cứu kim phun diesel trên thế giới

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng công nghệ kim phun có thể cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ. Các nghiên cứu quốc tế đã tập trung vào việc tối ưu hóa góc phun và áp suất phun để giảm thiểu khí thải và tăng cường công suất động cơ.

1.2. Tình hình nghiên cứu kim phun diesel tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu về động cơ diesel RV1252 vẫn còn hạn chế. Một số công trình đã được thực hiện nhưng chưa đủ để đáp ứng nhu cầu thực tiễn. Việc nghiên cứu sâu hơn về hệ thống phun nhiên liệu sẽ giúp cải thiện chất lượng khí thải và hiệu suất động cơ.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu kim phun diesel

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về kim phun diesel, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Các vấn đề như ô nhiễm khí thải, hiệu suất nhiên liệu và độ bền của động cơ cần được giải quyết. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kim phun đến hiệu suất động cơ là rất cần thiết để tìm ra giải pháp hiệu quả.

2.1. Ô nhiễm khí thải từ động cơ diesel

Ô nhiễm không khí do khí thải từ động cơ diesel là một vấn đề nghiêm trọng. Các chất ô nhiễm như NOx và bồ hóng gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. Việc tối ưu hóa kim phun diesel có thể giúp giảm thiểu tình trạng này.

2.2. Hiệu suất nhiên liệu và công suất động cơ

Hiệu suất nhiên liệu của động cơ diesel phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có góc phun và áp suất phun. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh thông số kim phun có thể cải thiện đáng kể công suất động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của kim phun đến động cơ diesel

Phương pháp nghiên cứu sử dụng mô phỏng để phân tích ảnh hưởng của thông số kim phun đến hiệu suất động cơ diesel RV1252. Phần mềm mô phỏng KIVA3V được áp dụng để mô phỏng quá trình cháy và khí thải. Phương pháp này cho phép đánh giá chính xác các thông số kỹ thuật và hiệu suất động cơ.

3.1. Mô phỏng quá trình cháy trong động cơ diesel

Mô phỏng quá trình cháy giúp hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa nhiên liệu và không khí trong buồng cháy. Kết quả từ mô phỏng cho thấy góc phun ảnh hưởng lớn đến áp suất và nhiệt độ trong xy lanh.

3.2. Phân tích khí thải từ động cơ diesel

Phân tích khí thải là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Việc xác định nồng độ NOx và bồ hóng giúp đánh giá hiệu quả của các thông số kim phun. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa góc phun có thể giảm thiểu khí thải độc hại.

IV. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của kim phun đến hiệu suất động cơ

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng góc phun tối ưu cho động cơ diesel RV1252 là 1640. Tại góc phun này, công suất động cơ đạt giá trị tối ưu, đồng thời nồng độ phát thải NOx và bồ hóng giảm đáng kể. Điều này chứng tỏ rằng việc tối ưu hóa thông số kim phun có thể cải thiện hiệu suất động cơ và giảm ô nhiễm.

4.1. Công suất động cơ và góc phun

Nghiên cứu cho thấy rằng công suất động cơ tăng lên khi góc phun được điều chỉnh đến mức tối ưu. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và tối ưu hóa thông số kim phun.

4.2. Khí thải và hiệu suất động cơ

Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa góc phun không chỉ cải thiện công suất mà còn giảm thiểu khí thải. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và hướng phát triển trong nghiên cứu kim phun diesel

Nghiên cứu về ảnh hưởng của kim phun đến hiệu suất động cơ diesel RV1252 đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa thông số kim phun là cần thiết để cải thiện hiệu suất và giảm ô nhiễm. Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về công nghệ kim phun và ứng dụng các giải pháp mới để nâng cao hiệu quả động cơ.

5.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển công nghệ kim phun mới, nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong ngành công nghiệp

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa trong lĩnh vực học thuật mà còn có giá trị thực tiễn cao trong ngành công nghiệp ô tô. Việc cải thiện hiệu suất động cơ sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Nghiên cứu tổng quan trong và ngoài nước Ô nhiễm không khí hiện đang là vấn đề cấp bách và nhận được nhiều sự quan tâm của toàn cầu trong những năm gần đây. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra ô nhiễm không khí như: Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, Các hoạt động sản xuất công nghiệp, Các hoạt động sinh hoạt hàng ngày,. nhưng do phạm vi nghiên cứu có giới hạn nên luận văn này chỉ tập trung đi sâu vào nghiên cứu giải pháp cải thiện mức độ ô nhiễm không khí do khí thải động cơ diesel RV 125-2 gây ra.

Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu được thực hiện trên thế giới với mục tiêu cải thiện chất lượng của khí thải do động cơ diesel gây ra trên thế giới. Tuy nhiên việc nghiên cứu vẫn chưa đi sâu vào phân tích đầy đủ đặc tính công suất của động cơ RV 125-2 cũng như chưa đáp ứng được nhu cầu thực tế ở Việt Nam. Một số nghiên cứu liên quan đến động cơ diesel RV125-2 đã được thực hiện trong những năm gần đây: 1. Nghiên cứu của GS.TSKH Bùi Văn Ga và nhóm cộng sự về “Hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ Dual Biogas/Diesel” [02].

Nghiên cứu về “Tối ưu hóa quá trình cung cấp Biogas cho động cơ tĩnh tại sử dụng hai nhiên liệu Biogas và Diesel” của GS.TSKH Bùi Văn Ga [04]. “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu khí hóa lỏng (LPG) cho động cơ Diesel” của PGS.TS Đỗ Văn Dũng, Lê Thanh Phúc, Lê Việt Hùng [03]. Nghiên cứu của Dương Tấn Việt, Lê Duy Linh, Dương Việt Dũng về “Tính toán – mô phỏng quá trình tạo hỗn hợp trong hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ RV125-2” [05]. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng hồi lưu khí thải đến độ phát thải ô nhiễm của Nguyễn Minh Trí [24].

Nghiên cứu hình dạng buồng cháy để giảm thiểu khí thải trên động cơ diesel phun trực tiếp của TS.Huỳnh Thanh Công và Phan Thế Anh [01]. Nghiên cứu về ảnh hưởng thông số hình học buồng cháy đến công suất và phát thải của động cơ của Nguyễn Đắc Khánh Hưng [23]. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình phun nhiên liệu đến khả năng vận hành của động cơ diesel của Gideon Goldwine [20]. Nghiên cứu sự hình thành tia phun nhiên liệu đối với buồng đốt HCCI của Fredrik Wahlin [22].

Lý do chọn đề tài Hình 1-1: Khí thải từ động cơ diesel được dùng trên máy kéo [37] Động cơ điesel được sử dụng rộng rãi và phổ biến ở mọi nơi trên thế giới, ta có thể dễ dàng tìm thấy động cơ diesel ở khắp nơi từ những động cơ khổng lồ được sử dụng trên tàu biển cho đến những động cơ loại nhỏ sử dụng làm máy phát điện; Từ những cánh đồng lúa bạt ngàn cho đến các trang trại nông nghiệp rộng lớn vì những 2 lợi ích mà chúng mang lại (lợi ích điển hình nhất của động cơ diesel so với động cơ xăng cùng thông số đó chính là công suất và tính kinh tế). Bên cạnh những lợi ích được nêu trên thì động cơ diesel cũng là một trong những nguyên nhân góp phần làm cho mức độ ô nhiễm ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Tuy nhiên, người sử dụng các động cơ diesel có trên các máy nông nghiệp và các động cơ tĩnh tại vẫn chưa thực sự quan tâm và chú trọng nhiều đến mức độ ô nhiễm khí thải do các động cơ này tạo ra. Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng thông số kim phun đến tính năng động cơ diesel RV125-2 bằng phương pháp mô phỏng là cần thiết nhằm góp phần vào việc nâng cao công suất nhưng đồng thời giảm phát thải ô nhiễm môi trường do chúng gây ra.

Việc nghiên cứu này cũng góp phần trong việc thúc đẩy cải tiến chất lượng của các động cơ mang thương hiệu và nguồn gốc xuất xứ Việt Nam, nhằm tạo lợi thế cạnh tranh với các sản phẩm các nước trong khu vực và trên thế giới. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 1. Mục tiêu Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu ảnh hưởng thông số hình học kim phun đến tính năng động cơ diesel VIKYNO RV 125-2 sử dụng phương pháp mô phỏng, nhằm tối ưu hóa góc phun của kim phun nhiên liệu bằng cách dựa vào kết quả nghiên cứu này đem so sánh với kết quả thực tế. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là động cơ diesel VIKYNO RV 125-2.

Nội dung và phạm vi nghiên cứu 1. Nội dung Tìm hiểu tổng quan về: Động cơ diesel VIKYNO RV 125-2, kim phun và các thông số của kim phun. 3 Nghiên cứu ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu đến đặc tính cháy và khí thải động cơ RV 125-2. Tìm hiểu về phần mềm mô phỏng KIVA-3V, ứng dụng phần mềm vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của góc phun đến đặc tính cháy và khí thải động cơ cụ thể.

Phân tích kết quả đạt được, đánh giá và kết luận. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học của kim phun đến đặc tính động cơ diesel VIKYNO RV 125-2 sau khi thay đổi góc phun nhiên liệu của kim phun. Phương pháp nghiên cứu 1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thu thập tài liệu Vận dụng lý thuyết về quá trình cháy trong động cơ diesel vào nội dung nghiên cứu.

Thu thập, chọn lọc số liệu từ các tài liệu có liên quan tới việc ảnh hưởng của góc phun nhiên liệu của kim phun đến quá trình cháy động cơ diesel. Các tài liệu kỹ thuật liên quan đến động cơ diesel VIKYNO RV 125-2. Phương pháp thống kê, phân tích và tổng hợp Phương pháp này được sử dụng chủ yếu trong toàn bộ nội dung của nghiên cứu này bao gồm: thống kê, phân tích và tổng hợp từ các nguồn tài liệu thu thập được. Phương pháp tính toán lý thuyết và mô phỏng Sử dụng phần mềm mô phỏng KIVA-3V và các lý thuyết có liên quan để tính toán và mô phỏng nhằm đánh giá và tìm ra kết quả tối ưu nhất.

Phương pháp so sánh 4 So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm. Phương pháp chuyên gia Phỏng vấn, đưa ý kiến đến các chuyên gia (chuyên gia kỹ thuật, cán bộ hướng dẫn,…) để thu thập các ý kiến và các phân tích. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học: Đề tài nghiên cứu góp phần phân tích, đánh giá quá trình cháy và phát thải trên động cơ diesel VIKYNO RV125-2; So sánh, đánh giá kết quả mô phỏng, góp phần tìm ra giải pháp nâng cao đặc tính công suất và giảm phát thải ô nhiễm môi trường đối với động cơ diesel VIKYNO RV125-2.

Ý nghĩa thực tiễn: Làm cơ sở cho khả năng ứng dụng thực tế việc tối ưu hóa góc phun nhiên liệu của kim phun nhằm nâng cao công suất và giảm phát thải ô nhiễm môi trường trên động cơ diesel VIKYNO RV125-2 thông qua việc đề xuất, cải tiến góc phun nhiên liệu của kim phun trên động cơ diesel VIKYNO RV125-2 hiện hữu. 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Các dạng buồng cháy trên động cơ diesel phun trực tiếp Buồng cháy động cơ diesel là nơi hòa khí được hình thành và bốc cháy, có ảnh hưởng lớn tới các thông số về đặc tính của động cơ: Công suất, hiệu suất, độ tin cậy của động cơ cũng như ô nhiễm môi trường của khí thải. Buồng cháy động cơ diesel phun trực tiếp được phân loại theo đặc điểm cấu tạo và theo nguyên tắc hình thành hòa khí [7].

Dựa theo đặc điểm cấu tạo, các dạng buồng cháy bao gồm: - Buồng cháy thống nhất: Dạng đĩa nông, dạng ω nông,… - Buồng cháy khoét lõm sâu đỉnh piston: Dạng cầu, dạng ω, dạng lõm sâu,… Hình 2-1: Hình dạng các buồng cháy cơ bản [7] Dựa theo nguyên tắc hình thành hòa khí, các dạng hình thành hòa khí bao gồm: 6 - Hình thành hòa khí kiểu màng dựa trên kết quả phối hợp giữa dòng chảy xoáy lốc của môi chất với màng nhiên liệu được tráng trên thành buồng cháy (quá trình M). - Hình thành hòa khí kiểu không gian là phương pháp phun tơi nhiên liệu vào không gian buồng cháy để các hạt nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi và hòa trộn đều với không khí. Các thông số hình học của buồng cháy Hình dạng, kích thước, đường kính miệng của phần khoét lõm như hình (2-2) có tác dụng lớn tới cường độ dòng xoáy hướng kính, qua đó cải thiện điều kiện hình thành hòa khí và điều kiện cháy. Cường độ dòng xoáy hướng kính tỉ lệ thuận với (D1/D3) (D1 – đường kính xy-lanh, D3 – đường kính miệng phần khoét lõm).

D3 càng nhỏ dòng xoáy càng mạnh nhưng sẽ làm chiều sâu H của phần khoét lõm càng lớn. Thông thường, D3 = (0. Hình 2-2: Các thông số hình học của buồng cháy [9] D1,D2,D3: Đường kính xy lanh, đường kính buồng cháy, miệng buồng cháy R1,R2,R3: Bán kính cong biên dạng buồng cháy H,H1: Độ sâu buồng cháy 7 RS1, Rs2: Các thông số điều chỉnh Ở tải lớn, ứng suất nhiệt tại miệng phần khoét lõm (R3) thường lớn, muốn giảm ứng suất nhiệt kể trên cần phải làm cho vách phần khoét lõm thẳng đứng. Theo các nhà sản xuất (ví dụ: Ricardo,…) thì chỉ cần kết hợp tốt giữa đặc tính tia phun, dòng xoáy khí nạp với hình dạng buồng cháy, còn hình dạng đáy phần khoét lõm không gây ảnh hưởng gì tới tính năng của động cơ.

Vì vậy, khi thay đổi hình dạng buồng cháy để đánh giá tác động của các thông số hình học đến công suất và khí thải, tác giả Lê Đắc Khánh Hưng chỉ thay đổi các thông số hình học cơ bản có ảnh hưởng trực tiếp như hình (2-3) bên dưới [8]. Hình 2-3: Các thông số hình học cơ bản của buồng cháy [8] 2. Ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy đến đặc tính động cơ 2. Ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy đến sự hình thành hòa khí, sự cháy và các chất gây ô nhiễm [23] Dạng buồng cháy thống nhất Buồng cháy thống nhất dạng đĩa nông, dạng ω nông,…hình thành hòa khí trong buồng cháy được được dựa trên hai yếu tố cơ bản: Đảm bảo chất lượng phun đều và nhỏ của tia nhiên liệu, kết hợp hình dạng các tia nhiên liệu với hình dạng buồng cháy tạo ra hòa khí phân bố đều trong không gian buồng cháy.

8 Xét về mặt tế vi: Sự ma sát giữa tia nhiên liệu và môi chất trong môi trường phun đã gây ra trao đổi động lượng, xé nhỏ các hạt nhiên liệu và tăng tốc cho dòng khí, không khí chuyển động theo chiều mũi tên bị cuốn vào tia nhiên liệu.