Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel) (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel) (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel) (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel) (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel) (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel) (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel) (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG – Diesel) (Luận án tiến sĩ)

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác!

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2018

Tác giả luận án

Huỳnh Phước Sơn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

4 Nội dung nghiên cứu 4

5 Phương pháp nghiên cứu 5

6 Tên đề tài 5

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 5

8 Cấu trúc nội dung luận án 5

9 Các điểm mới chủ yếu của luận án 6

10 Hạn chế của luận án 6

Chương 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 7

1.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu hóa thạch và ô nhiễm môi trường 7

1.2 CNG – nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường và ứng dụng 10

1.2.1 Khí thiên nhiên nén CNG 10

1.2.2 Trữ lượng và tình hình khai thác kh thiên nhiên 12

1.2.3 Tình hình sử dụng CNG làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, ô tô và xu hướng phát triển 14

1.3 Các nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng, diesel sang sử dụng CNG 15

1.3.1 Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng, diesel sang sử dụng hoàn toàn nhiên liệu CNG 16

1.3.2 Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng nhiên liệu kép CNG – xăng 17

1.3.3 Nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 18

1.4 Các phương pháp cung cấp CNG và diesel trên động cơ nhiên liệu kép 19

1.4.1 Cung cấp CNG bằng bộ hòa trộn 19

1.4.2 Cung cấp CNG bằng vòi phun trên đường ống nạp 21

1.4.3 Cung cấp CNG bằng vòi phun trực tiếp vào buồng cháy 22

1.4.4 Các phương pháp điều khiển tỷ lệ cung cấp CNG-diesel 26

1.5 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc t nh động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 26

1.5.1 Các nghiên cứu trên thế giới 26

1.5.2 Các nghiên cứu trong nước 30

1.6 Kết luận và định hướng nghiên cứu của đề tài 33

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35

2.1 Lý thuyết điều khiển động cơ nhiên liệu kép 35

2.1.1 Hệ thống điều khiển động cơ đốt trong 35

2.1.2 Lý thuyết điều khiển động cơ đốt trong 38

2.1.3 Hệ thống điều khiển động cơ nhiên liệu kép 43

2.2 Mô hình hóa quá trình cháy nhiên liệu kép CNG-diesel trong động cơ VIKYNO RV125 bằng phần mềm CFD FLUENT 46

2.2.1 Quá trình cháy hòa trộn trước cục bộ của nhiên liệu kép CNG-diesel 47

2.2.2 Sự lan tràn màng lửa trong quá trình cháy của động cơ CNG-diesel 49

2.2.3 Thiết lập mô hình t nh toán mô ph ng quá trình cháy 51

2.2.4 Khảo sát diễn biến quá trình cháy 53

2.2.5 Đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến quá trình cháy động cơ nhiên liệu kép CNG-diesel 56

2.3 Mô ph ng t nh toán các đặc tính kỹ thuật của động cơ VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel bằng phần mềm AVL-BOOST 58

2.3.1 Phương trình nhiệt động học thứ nhất 59

2.3.2 Mô hình cháy Vibe 2 vùng trong xy-lanh 60

2.3.3 Xây dựng mô hình mô ph ng động cơ VIKYNO RV125 63

2.3.4 Kết quả mô ph ng động cơ nhiên liệu kép CNG-diesel 67

2.4 Phát thải của động cơ VIKYNO RV125 70

2.4.1 Phát thải NOx 71

2.4.2 Phát thải CO 71

2.4.3 Phát thải SOOT 72

2.5 Kết luận chương 2 73

Chương 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KÉP CNG-DIESEL VÀ THỰC NGHIỆM 75

3.1 Phương án thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 76

3.2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 78

3.2.1 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu CRDI 79

3.2.2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 81

3.2.3 Thiết kế hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép 82

3.3 Lập trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu 90

3.3.1 Thuật toán điều khiển cung cấp nhiên liệu diesel 90

3.3.2 Thuật toán điều khiển cung cấp nhiên liệu CNG 92

3.4 Thiết kế, chế tạo ECU điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu 92

3.5 Mô hình thực nghiệm 95

3.5.1 Mục đ ch và nội dung thực nghiệm 96

3.5.2 Sơ đồ thực nghiệm 96

3.5.3 Quy trình thực nghiệm 99

3.6 Kết luận chương 3 101

Chương 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 102

4.1 Thực nghiệm xác định đặc tính vòi phun diesel và vòi phun CNG 102

4.2 Thực nghiệm đánh giá đặc tính mô-men và công suất động cơ 104

4.3 Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ CNG/DO đến mô-men và công suất của động cơ 107

4.4 Thực nghiệm đánh giá đặc tính phát thải của động cơ 109

4.5 Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ CNG/diesel đến đặc tính phát thải động cơ 112

4.6 Thực nghiệm xác định suất tiêu hao năng lượng 114

4.7 Thực nghiệm đo áp suất cháy của động cơ 117

4.8 Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel 119

4.9 Kết luận chương 4 123

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 125

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1 Các ký hiệu mẫu tự La-tinh:

f [-] Giá trị trung bình của tỷ lệ hỗn hợp

ge [g/kW.h] Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ

ee [J/kW.h] Suất tiêu hao năng lƣợng động cơ

R [J/kg.oK] Hằng số kh

S [J/mol.oK] Entropy phân tử mol

t [ms], [s] Thời gian

Q [J] Tổng nhiệt lƣợng t a ra trong quá trình cháy

QF [J] Nhiệt lƣợng của nhiên liệu cung cấp

eeDO [kJ/kW.h] Suất tiêu hao năng lƣợng diesel

eeCNG [kJ/kW.h] Suất tiêu hao năng lƣợng CNG

hi [-] Entanpy của môi chất kh đi vào xylanh

he [-] Entanpy của môi chất khi đi kh i xylanh

qev [kJ] Nhiệt hóa hơi của nhiên liệu

mew [kJ] Khối lượng nhiên liệu bay hơi

 [ ] Độ lệch trung bình phương của hàm

nl [kg/m3] Khối lượng riêng của nhiên liệu

kk [kg/m3] Khối lượng riêng của không khí

 [N.s/m2], [kg/m.s] Hệ số nhớt động lực

 [kg/m3] Khối lượng riêng

λDiff

[-] Hệ số dư lượng không kh trong quá trình cháy

chính

3 Các chữ viết tắt:

A/F Air/Fuel (tỷ số hỗn hợp không khí/nhiên liệu)

CNG Compressed Natural Gas (khí thiên nhiên nén)

LNG Liquefied Natural Gas khí thiên nhiên h a l ng

LPG Liquefied Petroleum Gas khí d u m h a l ng

CRDI Commom Rail Diesel Injection

RNG Re-Normalisation Group (mô hình k - ɛ đơn giản hóa theo nhóm)

ECU Electronic Control Module (hộp điều khiển điện tử)

BTDC Before Top Dead Center (trước điểm chết trên)

CA Crankshaft Angle (góc quay trục khuỷu)

RSM Reynolds Stress Models (mô hình ứng suất Reynolds)

EVM Eddy Viscovity Models (mô hình độ nhớt động)

AVL MCC Mô hình cháy của hãng AVL

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Nguồn gốc kh thải gây hiệu ứng nhà k nh ở Mỹ năm 2013 8

Hình 1.2: Nguồn phát thải động cơ ô tô gây ô nhiễm môi trường trầm trọng 9

Hình 1.3: Thành phần kh thiên nhiên và cấu trúc phân tử kh methane (CH4) 11

Hình 1.4: Các ưu điểm khi sử dụng nhiên liệu CNG thay cho xăng và dầu diesel 12

Hình 1.5: Bản đồ phân bố kh thiên nhiên trên toàn thế giới 13

Hình 1.6: Bản đồ phân bố các vùng có trữ lượng kh thiên nhiên lớn ở Việt Nam 13

Hình 1.7: Ô tô buýt sử dụng nhiên liệu CNG tại TP.HCM 14

Hình 1.8: Hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG trên động cơ xăng, diesel chuyển sang sử dụng hoàn toàn CNG 16

Hình 1.9: Hệ thống cung cấp nhiên liệu kép xăng-CNG 17

Hình 1.10: Động cơ diesel chuyển đổi sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 18

Hình1.11: Bốn phương pháp cung cấp CNG trên động cơ 19

Hình 1.12: Cung cấp CNG bằng bộ hòa trộn 20

Hình 1.13: Cung cấp CNG bằng bộ hòa trộn trên động cơ sử dụng nhiên liệu kép 20 Hình 1.14: Sơ đồ cung cấp CNG bằng vòi phun trên đường ống nạp 22

Hình 1.15: Sơ đồ cung cấp CNG với kiểu phun vào buồng cháy phụ 23

Hình 1.16: Phun trực tiếp CNG vào buồng cháy thống nhất 24

Hình 1.17: Vòi phun liên hợp kép CNG-diesel 25

Hình 1.18: Các phương án điều khiển cung cấp tỷ lệ CNG/diesel trong động cơ nhiên liệu kép 26

Hình 1.19: Mô-men, công suất và tỷ lệ CNG thay thế trên động cơ X6-130 sử dụng nhiên liệu kép 27

Hình 1.20: Hiệu suất nhiệt và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ thử nghiệm khi thay đổi tỷ lệ CNG-diesel và tỷ số nén động cơ ở các chế độ tải 28

Hình 1.21: Tỷ lệ CNG-diesel trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép 29

Hình 1.22: Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu động cơ diesel và động cơ sử dụng nhiên liệu kép (CNG% = 65÷85%) 29

Hình 1.23: Áp suất và nhiệt độ cháy động cơ sử dụng diesel và nhiên liệu kép 30

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo chung của một hệ thống điều khiển động cơ 36

Hình 2.2: Sơ đồ mạch giao tiếp các ngõ vào và ra của ECU 36

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động 37

Hình 2.4: Cấu trúc bộ điều khiển PID 37

Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ diesel 38

Hình 2.6: Mô hình mô men động cơ diesel 40

Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống điều khiển mô men động cơ diesel 40

Hình 2.8: Điều khiển giới hạn khói với tỷ lệ tối thiểu không kh /nhiên liệu 42

Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển chống k ch nổ kiểu hồi tiếp 43

Hình 2.10: Sơ đồ điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu kép 43

Hình 2.11: Sự gia tăng áp suất theo thời gian trên động cơ nhiên liệu kép hoạt động bằng methane dưới điều kiện k ch nổ và không k ch nổ 46

Hình 2.12: Phân chia vùng cháy trong động cơ CNG-diesel 49

Hình 2.13: Hướng lan truyền của màng lửa trong buồng cháy 50

Hình 2.14: Sơ đồ xy-lanh và buồng cháy động cơ 51

Hình 2.15: Chia lưới và xác lập điều kiện biên cho mô hình 52

Hình 2.16: Diễn biến nồng độ CH4 và nhiệt độ trong buồng cháy động cơ 54

VIKYNO RV125 (n=2200v/ph; s=20; =1) 54

Hình 2.17: Trường tốc độ ở vị tr 330 của môi chất công tác trong buồng cháy động cơ VIKYNO RV125 ở chế độ (n=2200v/ph; s=20; =1) 54

Hình 2.18: Biến thiên nồng độ O2 trong quá trình cháy nhiên liệu kép CNG-diesel của động cơ VIKYNO RV125(n=2200v/ph; φs=20o; ϕ=1) 55

Hình 2.19: Biến thiên nồng độ CH4 trong quá trình cháy nhiên liệu kép CNG-diesel của động cơ VIKYNO RV125(n=2200v/ph; φs=20o; ϕ=1) 55

Hình 2.20: Biến thiên nhiệt độ trong quá trình cháy nhiên liệu kép CNG-diesel của động cơ VIKYNO RV125 (n=2200v/ph; s=20; =1) 55

Hình 2.21: Biến thiên áp suất trong quá trình cháy nhiên liệu kép nhiên liệu kép CNG-diesel của động cơ VIKYNORV125(n=2200v/ph; φs=20o; ϕ=1) 56

Hình 2.22: Đồ thị công p-Vcủa động cơ VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel(n=2200v/ph; φs=20o; ϕ=1) 56

Hình 2.23: Áp suất chỉ thị trong quá trình cháy ứng với s : 10, 20, 30 độ, 56

n=2000v/ph, =1 56

Hình 2.24: Đồ thị công P-V ứng với s: 10, 20, 30 độ, n=2000v/ph, =1 57

Hình 2.25: Ảnh hưởng của góc phun sớm đến công chỉ thị chu trình Wi ứng với φs:10, 20, 30 độ, n=2000v/ph, =1 57

Hình 2.26: Cân bằng năng lượng trong xy-lanh động cơ 60

Hình 2.27: Mô hình mô ph ng động cơ VIKYNO RV125 64

Hình 2.28: Đồ thị mô ph ng đặc t nh mô-men động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 68

Hình 2.29: Đồ thị mô ph ng công suất động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 69

Hình 2.30: Đồ thị suất tiêu hao năng lượng theo tỷ lệ CNG/diesel theo mô ph ng 70 Hình 2.31: Đồ thị biểu diễn kh thải NOx theo số vòng quay và tỷ lệ CNG/diesel 71

Hình 2.32: Đồ thị biểu diễn kh thải CO theo số vòng quay và tỷ lệ CNG/diesel 72

Hình 2.33: Đồ thị biểu diễn bồ hóng theo số vòng quay và tỷ CNG/diesel 73

Hình 3.1: Động cơ VIKYNO RV125 và đồ thị đặc t nh động cơ 76

Hình 3.2: Sơ đồ làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 77

Hình 3.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 78

Hình 3.4: Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail diesel 79

Hình 3.5: Sơ đồ thiết kế hệ thống CRDI trên động cơ VIKYNO RV125 80

Hình 3.6: Lắp đặt bơm cao áp HP3 80

Hình 3.7: Ống cao áp, cảm biến áp suất và vòi phun diesel 80

Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 81

Hình 3.9: Bình chứa CNG và van giảm áp 81

Hình 3.10: Vòi phun CNG 82

Hình 3.11: Các cảm biến tốc độ, lưu lượng kh nạp, k ch nổ và nhiệt độ nước 82

Hình 3.12: cấu trúc ECU điều khiển hệ thống nhiên liệu kép 83

Hình 3.13: Sơ đồ hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép 83

Hình 3.14: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID điều khiển áp suất nhiên liệu diesel 84

Hình 3.15: Sơ đồ khối bộ điều khiển phun nhiên liệu CNG và diesel 85

Hình 3.16: Giản đồ thời điểm phun nhiên liệu kép CNG-diesel 86

Hình 3.17: T n hiệu k ch nổ 90

Hình 3.18: Sơ đồ thuật toán điều khiển áp suất nhiên liệu diesel 91

Hình 3.19: Sơ đồ thuật toán điều khiển thời gian phun nhiên liệu diesel tD 91

Hình 3.20: Sơ đồ thuật toán điều khiển thời điểm phun sớm diesel 91

Hình 3.21: Sơ đồ thuật toán điều khiển thời gian mở vòi phun CNG 92

Hình 3.22: Sơ đồ mạch ECU điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu 93

Hình 3.23: Mạch cấp nguồn các thiết bị 93

Hình 3.24: Mạch điện nhận t n hiệu CKP 94

Hình 3.25: Mạch điện điều khiển các vòi phun diesel và CNG 95

Hình 3.26: Mô hình động cơ VIKYNO RV125 nhiên liệu kép CNG-diesel 95

Hình 3.27: Sơ đồ thực nghiệm động cơ VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép 97 Hình 3.28: Bệ thử công suất động cơ một xy lanh 98

Hình 3.29: Cân nhiên liệu Vibra và thiết bị đo lưu lượng khí nạp ABB 98

Hình 3.30: Thiết bị phân tích khí xả và đo độ mờ khói 98

Hình 3.31: Thiết bị thu thập dữ liệu số vòng quay động cơ và áp suất cháy 98

Hình 3.32: Thiết bị thu thập dữ liệu số vòng quay động cơ và áp suất cháy 99

Hình 3.33: Sơ đồ quy trình thực nghiệm 100

Hình 4.1: Đồ thị đặc t nh vòi phun diesel trên mô hình thực nghiệm 103

Hình 4.2: Đồ thị đặc t nh vòi phun CNG trên mô hình thực nghiệm 103

Hình 4.3: Đồ thị đặc t nh mô-men và công suất động cơ VIKYNO RV125 105

Hình 4.4: Đồ thị so sánh kết quả công suất động cơ giữa thực nghiệm và mô ph ng ở hai tỷ lệ CNG60 và DO100 106

Hình 4.5: Đồ thị đặc t nh ngoài của động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 107

Hình 4.6: Công suất cực đại của động cơ VIKYNO RV125 ở n= 2400v/ph, 100% tải khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 108

Hình 4.7: Đồ thị quy trình 8 điểm thử theo chu trình thử kh thải ISO 8178 C1 109

Hình 4.8: Nồng độ CO của động cơ RV125 theo chu trình đo ISO 8178 C1 110

Hình 4.9: Nồng độ HC của động cơ RV125 theo chu trình đo ISO 8178 C1 111

Hình 4.10: Độ mờ khói Opacity của động cơ RV125 theo ISO 8178 C1 111

Hình 4.11: Độ mờ khói Opacity của động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 113

Hình 4.12: Nồng độ CO của động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 114

Hình 4.13: Độ mờ khói Opacity ở số vòng quay 2400v/ph, tải 100% theo tỷ lệ CNG/diesel 114

Hình 4.14: Suất tiêu hao năng lƣợng eeDO khi động cơ hoạt động ở chế độ 100%diesel 115

Hình 4.15: Suất tiêu hao năng lƣợng thành phần diesel và CNG khi động cơ hoạt động ở chế độ nhiên liệu kép 116

Hình 4.16: So sánh suất tiêu hao năng lƣợng khi động cơ sử dụng 100% diesel và khi sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 117

Hình 4.17: Áp suất cháy động cơ ở chế độ 100% tải, số vòng quay 2000v/ph khi thay đổi tỷ lệ CNG-diesel 118

Hình 4.18: Áp suất cháy động cơ ở chế độ 100% tải, số vòng quay 1800v/ph khi thay đổi tỷ lệ CNG-diesel 118

Hình 4.19: Giản đồ thời gian phun nhiên liệu diesel theo số vòng quay và tải động cơ khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép trong một chu trình 121

Hình 4.20: Giản đồ thời gian phun nhiên liệu CNG theo số vòng quay và tải động cơ khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép trong một chu trình 121

Hình 4.21: Giản đồ lƣợng nhiên liệu diesel cung cấp theo số vòng quay và tải động cơ khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép trong một chu trình 122

Hình 4.22: Giản đồ lƣợng nhiên liệu CNG cung cấp theo số vòng quay và tải động cơ khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép trong một chu trình 123

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Mức độ xả thải vào môi trường của xe buýt tại TP Hồ Ch Minh 8

Bảng 1.2: T nh chất vật lý, hóa học của CNG và xăng, dầu diesel 11

Bảng 2.1: Giá trị của các hệ số của phương trình (2.20) 48

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của động cơ VIKYNO RV125 51

Bảng 2.3: Các thông số ch nh của mô hình mô ph ng 64

Bảng 2.4: Thống kê các phần tử trong mô hình mô ph ng 65

Bảng 2.5: Kết quả mô ph ng đặc t nh mô-men động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG 68

Bảng 2.6: Kết quả mô ph ng công suất động cơ khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 69

Bảng 3.1: Các thiết bị ch nh trong hệ thống cung cấp nhiên liệu kép 78

Bảng 3.2: Điều kiện thực nghiệm 97

Bảng 4.1: Kết quả đo mô-men và công suất của động cơ thực nghiệm 104

Bảng 4.2 So sánh kết quả công suất động cơ giữa thực nghiệm và mô ph ng ở hai tỷ lệ CNG60 và DO100 106

Bảng 4.3 Kết quả đo mô-men và công suất của động cơ thực nghiệm khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel ở chế độ 100% tải 107

Bảng 4.4: Mức phát thải CO, HC và độ mờ khói Opacity của động cơ thực nghiệm 110

Bảng 4.5: Mức phát thải CO và độ mờ khói Opacity của động cơ thực nghiệm khi thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 112

Bảng 4.6: Suất tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu hao năng lượng diesel khi động cơ hoạt động ở chế độ 100% diesel 115

Bảng 4.7: Suất tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu hao năng lượng diesel và CNG khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép 116

Bảng 4.8: Dữ liệu thời gian phun CNG và diesel theo số vòng quay và tải động cơ khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép 120

Bảng 4.9: Dữ liệu lượng nhiên liệu CNG và diesel cung cấp theo số vòng quay và tải động cơ khi động cơ sử dụng nhiên liệu kép 122

ép lớn về nguồn cung, giá thành và nguy cơ khủng hoảng an ninh năng lượng trong thời gian tới Đồng thời, một lượng lớn khí phát thải độc hại tạo ra từ các loại nhiên liệu này đang gây nên các hiện tượng ô nhiễm không khí, hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu, làm Trái đất nóng lên, băng tan chảy và mực nước dâng cao,… ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống và sức kh e con người Điều này sẽ dẫn đến những thảm họa ngày càng trầm trọng nếu chúng ta không có các giải pháp ngăn chặn kịp thời

Tại Việt Nam, với sự phát triển nhanh chóng của nền công nghiệp và số lượng phương tiện GTVT trong những năm gần đây, tốc độ tiêu thụ nhiên liệu đang dẫn đầu khu vực với mức tăng 7,5% hàng năm [92], ảnh hưởng rất lớn đến chi phí sản xuất và giá thành sinh hoạt Mức độ ô nhiễm tại các thành phố lớn do mật độ giao thông đông đúc cũng đã đến mức báo động

Bên cạnh các phương tiện GTVT, một lượng lớn các động cơ diesel tĩnh tại phục vụ cho sản xuất công, nông, ngư nghiệp cũng đang góp phần phát thải gây ô nhiễm môi trường trầm trọng, cần phải được đầu tư nghiên cứu chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu sạch nhằm giảm chi ph đầu vào của sản phẩm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng t nh cạnh tranh trên thị trường

Để giải quyết bài toán về năng lượng và môi trường nói trên, phần lớn các nghiên cứu hiện nay tập trung vào hướng cải tiến động cơ và tìm nguồn năng lượng mới để thay thế một phần hay hoàn toàn các loại nhiên liệu truyền thống nhằm mục

đ ch nâng cao hiệu suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, giảm sức ép lên nguồn nhiên liệu hiện tại và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Trong đó, hướng nghiên cứu sử

dụng khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas -CNG) làm nhiên liệu cho các

động cơ nhiệt là một trong những giải pháp rất được quan tâm hiện nay

CNG là nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường, có đặc tính kỹ thuật phù hợp với các động cơ nhiệt, khi cháy ít sinh ra sản phẩm độc hại Trữ lượng khí thiên nhiên trên thế giới còn rất dồi dào, giá thành rẻ Do vậy, việc sử dụng khí thiên nhiên làm nhiên liệu thay thế là giải pháp cho thấy có sự phù hợp, khả thi và triển vọng với điều kiện thực tế, đáp ứng được các mục tiêu tiết kiệm nhiên liệu và chi phí, bảo vệ môi trường và góp phần đảm bảo an ninh năng lượng

Bên cạnh việc nghiên cứu sản xuất mới các động cơ sử dụng CNG, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào hướng chuyển đổi các động cơ có sẵn, đặc biệt là động cơ diesel sang sử dụng CNG Để tận dụng được các ưu điểm của động cơ diesel có tỷ số nén cao, hạn chế các ảnh hưởng bất lợi về công suất, giảm chi phí cải tạo động cơ, đồng thời động cơ có thể vừa hoạt động bằng nhiên liệu CNG vừa trở

về hoạt động như một động cơ diesel bình thường, phù hợp với điều kiện hạ tầng về cung cấp nhiên liệu, lĩnh vực nghiên cứu chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel được xem là có lợi thế nhất định và quan tâm nhiều nhất Tuy nhiên, do một số khác nhau về tính chất nhiên liệu, tổ chức quá trình cháy, nên

để động cơ lưỡng nhiên liệu có thể làm việc ổn định, đảm bảo các yêu cầu về đặc tính kỹ thuật, đòi h i phải có thêm các nghiên cứu về quá trình cháy của động cơ, tối ưu hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu Trong đó, nếu tổ chức tốt phương pháp điều khiển cung cấp hệ thống nhiên liệu kép, kiểm soát tốt tỷ lệ nhiên liệu CNG/diesel, khắc phục hiện tượng kích nổ của động cơ, … là các giải pháp quan trọng góp phần nâng cao hiệu quả làm việc của các động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel

Từ các lý do trên, cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng nguồn nhiên liệu sạch CNG làm nhiên liệu thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống nhằm giải quyết bài toán khan hiếm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một nhu cầu xã

hội mang tính cấp thiết, có tính thời sự đang đặt ra trách nhiệm đối với các nhà hoạch định chính sách, các nhà khoa học và sự vào cuộc của cả cộng đồng xã hội cùng tham gia giải quyết

Trên thế giới, vấn đề sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel đã và đang được nghiên cứu ở nhiều qui mô khác nhau từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng thực tiễn,

đã bắt đầu có một số sản phẩm thương mại, nhưng nhìn chung cần phải nghiên cứu hoàn thiện rất nhiều về công nghệ và kỹ thuật Đây có thể được xem là xuất phát điểm thuận lợi để chúng ta có thể chủ động tham gia nghiên cứu, làm chủ công nghệ, hướng đến các sản phẩm phù hợp với nền tảng công nghệ và điều kiện hạ tầng

kỹ thuật ở trong nước, phát triển sản phẩm có tính cạnh tranh cao ra thị trường khu vực và thế giới Trong các điều kiện vận hành cụ thể tại Việt Nam, việc nghiên cứu phát triển các hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel tương th ch cho các chế độ vận hành tốt nhất, quá trình cháy hoàn thiện nhất, đạt công suất cao

và khí thải thấp nhất là rất quan trọng và cần thiết

Với ý nghĩa đó, đề tài “Nghiên cứu phương pháp điều khiển cung cấp nhiên

liệu trên động cơ common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép (CNG–Diesel)” được

thực hiện nhằm góp phần nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng CNG trên các động

cơ nhiệt Đề tài chọn hướng nghiên cứu ứng dụng các thành tựu công nghệ thông tin

và kỹ thuật điện tử vào nghiên cứu điều khiển cung cấp hỗn hợp nhiên liệu kép CNG-diesel cho động cơ diesel có tỷ số nén cao, kiểm soát tỷ lệ sử dụng CNG/diesel theo hướng bảo toàn công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí phát thải Kết quả nghiên cứu góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng cho các phương tiện GTVT và động cơ tĩnh tại, bảo vệ môi trường, đang là nhu cầu cấp thiết hiện nay

Nghiên cứu này là cơ sở để đề xuất phương pháp điều khiển cung cấp hệ thống nhiên liệu kép CNG-diesel trên các động cơ nhiệt, góp phần nghiên cứu chuyển đổi các động cơ diesel truyền thống sang sử dụng nguồn nhiên liệu sạch CNG, trước mắt đáp ứng nhu cầu thực tiễn của Việt Nam trong điều kiện hiện nay Nghiên cứu cũng có ý nghĩa đối với việc ứng dụng cải tiến hệ thống nhiên liệu trên

Luận án đủ ở file: Luận án full