Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy

i

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

-----o-0-o-----

NGUYỄN VĂN PHỤNG

GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU

ỨNG DỤNG LPG

TRÊN ĐỘNG CƠ NÉN CHÁY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NẴN – 2014

i

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN VĂN PHỤNG

GÓP PHẦN NGHIÊN CỨU

ỨNG DỤNG LPG

TRÊN ĐỘNG CƠ NÉN CHÁY

Chuyên ngành: Kỹ thuật Động cơ Nhiệt

Mã số: 62. 52. 34. 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

N ƯỜ HƯỚN ẪN KH A HỌ :

1: PGS.TS. TRẦN VĂN NAM

2: PGS.TS. TRẦN THANH HẢI TÙNG

NẴN - 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

ôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

ác số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là trung

thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Đà Nẵng, tháng 8 năm 2014

Tác giả luận án

Nguyễn Văn Phụng

i

MỤC LỤC

LỜ AM AN ........................................................................................................i

ANH M KÝ H ỆU HỮ Ế Ắ ................................................iv

ANH M HÌNH....................................................................................... viii

ANH M ẢN ...................................................................................... xiii

MỞ ẦU.....................................................................................................................1

NHỮN ÓN ÓP MỚ ỦA LUẬN N ...........................................................6

hương 1. N H ÊN ỨU ỔN QUAN .................................................................7

1.1. Khái quát............................................................................................................7

1.1.1. Môi trường và phương tiện giao thông........................................................7

1.1.2. Nhiên liệu thay thế sử dụng trên phương tiện giao thông .........................10

1.1.3. Động cơ nén cháy dùng hai nhiên liệu ......................................................14

.2. ình hình nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LP trên thế giới và

ở iệt Nam .............................................................................................................16

1.2.1. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG trên thế giới ..16

1.2.2. Các nghiên cứu động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG ở Việt Nam....24

1.2.3. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu ......................................................26

1.3. Kết luận............................................................................................................27

hương 2.. Ơ SỞ LÝ HUYẾ ÍNH N QU RÌNH H Y HỖN HỢP

DIESEL - LPG - KHÔN KHÍ R N UỒN H Y N ĂN H.............28

2.1. ơ sở lý thuyết về quá trình cháy của động cơ dùng diesel - LPG................28

2.1.1. Xác định nồng độ oxygen, nồng độ nhiên liệu của hỗn hợp trong buồng

cháy ngăn cách ....................................................................................................30

2.1.2. Phương trình năng lượng của hỗn hợp hai nhiên liệu ..............................31

2.1.3. Sự lan tràn màng lửa trong quá trình cháy hỗn hợp hai nhiên liệu ..........31

2.1.4. Tốc độ lan tràn màng lửa cháy chảy tầng .................................................32

2.1.5. Tốc độ lan tràn màng lửa cháy rối ............................................................33

2.1.6. Nhiệt độ cháy và khối lượng riêng của hỗn hợp hai nhiên liệu.................34

2.1.7. Tính năng công tác của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel - LPG............36

2.2. háy kích nổ khi động cơ dùng hai nhiên liệu diesel - LPG...........................37

2.2.1. Thời kỳ cháy trễ..........................................................................................37

2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cháy kích nổ ở động cơ hai nhiên liệu............38

2.3. ác yếu tố vận hành ảnh hưởng đến n ng độ các chất ô nhi m của động cơ

nén cháy..................................................................................................................40

2.3.1. Trường hợp động cơ dùng 100 % diesel....................................................40

2.3.2. Trường hợp động cơ dùng diesel - LPG....................................................43

2.4. Kết luận............................................................................................................44

ii

hương 3. MÔ HÌNH HÓA QU RÌNH H Y X ỊNH MỨ

PH Ô NH ỄM ỦA N Ơ WL - TURBO DÙNG DIESEL - LPG ...........45

3.1. iới thiệu phần mềm ANSYS - Fluent ...........................................................45

3.2. hiết lập mô hình quá trình cháy h n hợp hai nhiên liệu diesel - LPG trong

động cơ WL - Turbo...............................................................................................46

3.2.1. Kết cấu hình học và lưới động của buồng cháy động cơ...........................47

3.2.2. Các thông số của mô hình buồng cháy ......................................................47

3.2.3. Tính chất của nhiên liệu.............................................................................48

3.3. i n biến quá trình cháy của diesel, h n hợp LPG-không khí và n ng độ b

hóng – NOx trong bu ng cháy ngăn cách khi mô phỏng bằng Fluent....................52

3.3.1. Diễn biến quá trình cháy nhiên liệu diesel ................................................52

3.3.2. Diễn biến quá trình cháy LPG trong buồng cháy ngăn cách ....................53

3.3.3. Diễn biến nồng độ bồ hóng và NOx trong buồng cháy ngăn cách.............54

3.4. ác yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật của động cơ.............55

3.4.1. Ảnh hưởng của thành phần CO2 trong hỗn hợp ........................................55

3.4.2. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí .................................................57

3.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ ..................................................................60

3.4.4. Ảnh hưởng của lưu lượng diesel phun mồi................................................62

3.4.5. Ảnh hưởng của cháy kích nổ......................................................................64

3.5. Kết luận............................................................................................................65

hương 4. XÂY ỰN Ố RÍ HÍ N H ỆM.............................................66

4.1. Mục tiêu, điều kiện, phương pháp và nội dung thí nghiệm.............................66

4.1.1. Mục tiêu thí nghiệm ...................................................................................66

4.1.2. Điều kiện thí nghiệm ..................................................................................66

4.1.3. Quy hoạch thí nghiệm ................................................................................67

4.1.4. Nội dung thí nghiệm...................................................................................67

4.2. ố trí thí nghiệm..............................................................................................68

4.2.1. Bố trí hệ thống cấp LPG vào động cơ 1KZ - TE qua họng khuếch tán.....68

4.2.2. Bố trí bộ điều chỉnh cung cấp nhiên liệu diesel, phun khí LPG và hồi lưu

khí thải trên đường nạp động cơ WL - Turbo......................................................70

4.3. hiết bị A L dùng trong thí nghiệm...............................................................74

4.3.1. Băng thử công suất APA 204/8..................................................................74

4.3.2. Thiết bị dùng thí nghiệm ............................................................................74

4.4. hiết bị cung cấp LP và h i lưu khí thải dùng trong thí nghiệm..................77

4.4.1. Bộ hóa hơi – giảm áp.................................................................................77

4.4.2. Vòi phun LPG ............................................................................................79

4.4.3. Van hồi lưu khí thải....................................................................................79

4.4.4. Bộ làm mát khí thải hồi lưu........................................................................80

4.5. ộ điều chỉnh cung cấp diesel - LP và tiết lưu khí thải h i lưu ...................81

4.5.1. Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh.....................................................81

iii

4.5.2. Các cảm biến sử dụng trong bộ điều chỉnh ...............................................85

4.5.3. Các cơ cấu chấp hành cung cấp LPG và hồi lưu khí thải.........................89

4.5.4. Mạch điện tử điều khiển lưu lượng diesel - LPG và hồi lưu khí thải ........91

4.6. Kết luận............................................................................................................96

hương 5 KẾ QUẢ HỰ N H ỆM N LUẬN.......................................97

5.1. Kết quả thực nghiệm........................................................................................97

5.1.1. Phạm vi làm việc thường xuyên của động cơ ô tô du lịch dùng 100 %

diesel ....................................................................................................................97

5.1.2. Vận hành ở chế độ không tải (thí nghiệm trên động cơ 1KZ - TE dùng

diesel - LPG được bổ sung CO2) .......................................................................101

5.1.3. Vận hành chế độ tải thấp (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng

diesel - LPG khi áp dụng các giải pháp hạn chế kích nổ).................................102

5.1.4. Vận hành chế độ tải thấp (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng

diesel - LPG khi điều chỉnh góc phun sớm).......................................................110

5.1.5. Vận hành chế độ tải trung bình (thí nghiệm trên động cơ WL - Turbo dùng

diesel - LPG bổ sung CO2).................................................................................114

5.1.6. Thí nghiệm phối hợp các giải pháp hạn chế kích nổ ...............................116

5.2. ánh giá kết quả động cơ dùng LP cho bởi mô phỏng và thực nghiệm ....117

5.2.1. Về áp suất chỉ thị của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG ở chế độ tải

trung bình...........................................................................................................117

5.2.2. Về công suất và mô men của động cơ WL - Turbo dùng LPG - diesel ở chế

độ tải trung bình.................................................................................................118

5.2.3. So sánh nồng độ bồ hóng và NOx cho bởi mô phỏng và thực nghiệm của

động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG ở chế độ tải trung bình.......................119

5.2.4. So sánh nồng độ bồ hóng của khí thải, nhiệt độ môi chất và ngọn lửa

trong buồng cháy xoáy lốc của động cơ WL - Turbo cho bởi phần mềm ANSYS

Fluent và thiết bị quay phim kỹ thuật số AVL - 513D .......................................120

5.3. Kết luận..........................................................................................................122

5.3.1. Kết luận về thực nghiệm ..........................................................................122

5.3.2. So sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm .....................................123

KẾ LUẬN K ẾN N HỊ.................................................................................125

Kết luận của luận án .............................................................................................125

Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo ............................................................127

ANH M Ã ÔN Ố.......................................................128

L ỆU HAM KHẢ .......................................................................................129

ANH M PH L ............................................................................................. a

iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1. Các ký hiệu mẫu tự La Tinh:

Ký hiệu Đơn vị Diễn giải

Af m² ề mặt màng lửa

D mm ường kính xi lanh

df mm ường kính l kim phun

Di

- ỷ lệ khối lượng h n hợp F/A lý tưởng

f - hành phần h n hợp (mixed fraction)

gct g/ct Lượng nhiên liệu cấp cho m i chu trình

gctCO2 g/ct rọng lượng khí CO2 tham dự m i chu trình

gctds g/ct rọng lượng nhiên liệu diesel tham dự m i chu trình

gctLPG g/ct rọng lượng LP tham dự m i chu trình

Gk kg/s Lưu lượng không khí nạp vào xi lanh

GL kg/s Lưu lượng nhiên liệu LP nạp vào xi lanh

i - Số xi lanh

Lo kgkk/kgLPG Lượng không khí để đốt cháy hoàn toàn 1 kg LP

lt m hang độ dài rối

M1 kmolkk/kgnl Số mol h n hợp khí nạp mới

M2 kmolkk/kgnl Số mol sản vật cháy

mb kg Khối lượng h n hợp khí đã cháy

m ”v kmolkk/kgnl ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản vật cháy

m v’ kJ/kmolnl ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất

mCvkk kmolkk/kgnl ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của không khí

m vz’ kJ/kmolnl ỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại z

Me Nm Mô men động cơ

mmix kg Khối lượng h n hợp khí chưa cháy

mp kg Khối lượng sản phẩm cháy

n v/ph Số vòng quay của trục khuỷu động cơ

n/nn ốc độ tương đối của động cơ

Nc/Nen ông cản tương đối của động cơ

Ne kW ông suất động cơ

Pc Pa p suất cuối quá trình nén

v

pe Pa p suất có ích trung bình

pf Pa p suất trước miệng l phun

pi Pa p suất chỉ thị trung bình

pk Pa p suất không khí trên đường ống nạp

pth Pa p suất cuối quá trình thải

qds kJ/ct Năng lượng nhiên liệu diesel tham dự m i chu trình

Qh MJ/kg Nhiệt trị thấp

Qk kg/s Lưu lượng khối lượng không khí vào đường nạp

qLPG kJ/ct Năng lượng LP tham dự m i chu trình

R J/kg.K Hằng số khí lý tưởng

Re huẩn số Reynolds

S mm Hành trình của pit tông

Sf m² iện tích miệng kim phun

SL m/s ốc độ màng lửa cháy chảy tầng

St m/s ốc độ màng lửa rối

Ta ˚K Nhiệt độ cuối quá trình nạp

Tc ˚K Nhiệt độ cuối quá trình nén

Tk °C Nhiệt độ không khí trên đường ống nạp

Tm ˚K Nhiệt độ của h n hợp trước khi cháy

Tp ˚K Nhiệt độ của sản phẩm cháy

Vc m³ hể tích bu ng cháy

Ve m

3

/kW.h Suất tiêu hao nhiên liệu khí LP có ích

vf m/s ốc độ nhiên liệu LP qua l kim phun F300

Vh cm³ hể tích công tác của một xi lanh

Xnal % ỷ lệ năng lượng LP thay thế trong h n hợp

XNOx(%) N ng độ N x trong khí thải động cơ

Xsoot(%) N ng độ b hóng trong khí thải động cơ

+dsm i iải pháp tăng lượng diesel m i

+CO2 iải pháp bổ sung 2

+EGR iải pháp h i lưu khí thải

100%ds iesel làm nhiên liệu chính cho động cơ

vi

2. Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp:

∆P Pa ộ chênh áp suất trước và sau miệng l vòi phun

∆Qh kJ/kg ổn thất nhiệt do cháy không hòan toàn

 Hệ số tương đương trước màng lửa

α - Hệ số dư lượng không khí của động cơ

α% - ị trí cần điều khiển nhiên liệu diesel ở bơm cao áp

αb - Hệ số bóp dòng của miệng kim phun

αt

- ộ mở vị trí % bướm ga (% tải) thực nghiệm A L.

βg ° óc quay bàn đạp ga so với phương nằm ngang

Δp/Δφ ốc độ tăng áp suất

ε - ỉ số nén của động cơ

εt ốc độ tiêu tán động năng rối

ηe

- Hiệu suất có ích

ηi

- Hiệu suất chỉ thị

ηm - Hiệu suất cơ giới

ηv - Hệ số nạp của động cơ dùng diesel

ηv’ - Hệ số nạp của động cơ dùng LP

λ2 - Hệ số quét bu ng cháy

μh - Hệ số lưu lượng LP qua miệng l phun

ξ Hệ số cản của dòng chảy giữa hai mặt cắt

ξb - Hệ số lợi dụng nhiệt tại b

ξz

- Hệ số lợi dụng nhiệt tại z

ρ - Hệ số giãn nở sớm

ρk kg/m³ Khối lượng riêng của không khí

ρL kg/m³ Khối lượng riêng của LP

τ - Số kỳ động cơ

τc s hang thời gian hóa học

τt s hang thời gian rối

φ ° óc quay trục khuỷu tính từ

φh - Hệ số tốc độ LP qua miệng l phun

φs

° óc phun sớm

ω rad/s ận tốc góc

vii

3. Các chữ viết tắt :

A/D ộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

AFV Ô tô sử dụng nhiên liệu thay thế (alternative fuelled vehicles)

ALU ộ xử lý xử lý số học – logic (Arithmetic Logical Unit).

AVL hiết bị thực nghiệm động cơ đốt trong

BUS Hệ thống các đường truyền dẫn dữ liệu giữa các bộ phận bên trong

vi xử lý và từ vi xử lý với bên ngoài

CCR ỷ lệ năng lượng thay thế LP /diesel

CNG Khí thiên nhiên (Compressed Natural Gas)

CPS ảm biến tốc độ động cơ ( rankshaft Position Sensor)

iểm chết dưới

ộng cơ đốt trong ( nternal combustion engine)

N ộng cơ nén cháy

iểm chết trên

DME Dimethyl ether

ECE

R49

hu trình thử nghiệm (châu Âu) ở chế độ tĩnh đối với động cơ diesel

lắp trên ôtô tải hạng nặng và ôtô khách (Emission est ycles E E

R49 Euro II emission standard)

ECU ộ điều khiển điện tử (Electronic ontrol Unit)

EGR H i lưu khí thải (Exhaust gas recirculation)

ISP hương trình phục vụ ngắt ( nterrupt Service Program)

LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroleum as)

NLTT Nhiên liệu truyền thống

NOx hành phần khí thải ôxit nitơ

ONMT Ô nhi m môi trường

P2B2C6 H n hợp 20% propane 20% butane 60% carbonic

P3B3C4 H n hợp 30% propane 30% butane 40% carbonic

P4B4C2 H n hợp 40% propane 40% butane 20% carbonic

P5B5C0 H n hợp 50% propane 50% butane

PTGT Phương tiện giao thông

SAE Hiệp hội kỹ sư ôtô Hoa Kỳ (Society of Automotive Engineers).

S Sau điểm chết trên

rước điểm chết trên

TPS ảm biến vị trí bướm ga ( hrottle Position Sensor)

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Khí thải ô tô đã gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường không khí ............8

Hình 1.2: Thực trạng giao thông ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh ....................8

Hình 1.3: Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro [4]............9

Hình 1.4: Mô hình phân tử khí hoá lỏng LPG ..........................................................11

Hình 2.1: Buồng cháy ngăn cách của động cơ WL - Turbo .....................................28

Hình 2.2: Sơ đồ hoạt động của động cơ WL - Turbo với buồng cháy ngăn cách a.

Kỳ nạp; b. Kỳ nén; c. Kỳ cháy - giãn nở; d. Kỳ thải [112] .......................29

Hình 2.3: Sơ đồ hòa trộn nhiên liệu diesel với LPG và không khí [122].................30

Hình 2.4: Biến thiên nhiệt độ, áp suất, nồng độ propane, nồng độ butane, nồng độ

diesel trong buồng cháy ngăn cách ...........................................................35

Hình 2.5: Ảnh hưởng thời điểm phun diesel đến hiệu suất động cơ.........................39

Hình 2.6: Ảnh hưởng thời điểm phun diesel đến mô men động cơ...........................39

Hình 2.7: Ảnh hưởng của lưu lượng diesel đến hiệu suất động cơ ..........................39

Hình 2.8: Ảnh hưởng của lưu lượng diesel đến mô men động cơ ............................39

Hình 2.9 : Ảnh hưởng số vòng quay đến mô men động cơ .......................................39

Hình 2.10.: Ảnh hưởng tốc độ động cơ đến biến thiên áp suất buồng cháy.............39

Hình 3.1: Kết cấu buồng cháy và lưới động của động cơ WL - Turbo.....................47

Hình 3.2: Diễn biến trường nồng độ oxygen, trường nhiệt độ và trường tốc độ vận

động của dòng khí trong buồng cháy của động cơ sử dụng 100% diesel .52

Hình 3.3: Diễn biến của trường nồng độ LPG, trường nhiệt độ và trường tốc độ vận

động của dòng khí trong buồng cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu

diesel-LPG .................................................................................................53

Hình 3.4: Diễn biến của trường nồng độ bồ hóng, NOx, trường nồng độ oxygen và

trường tốc độ vận động của dòng khí của động cơ dùng hai nhiên liệu

diesel – LPG...............................................................................................54

Hình 3.5: Biến thiên áp suất chỉ thị của động cơ theo thành phần CO2...................55

Hình 3.6: Biến thiên công chỉ thị chu trình theo thành phần CO2............................55

Hình 3.7: Ảnh hưởng của thành phần CO2 trong hỗn hợp đến nồng độ oxygen ......56

Hình 3.8: Ảnh hưởng của thành phần CO2 đến nhiệt độ trung bình môi chất .........56

Hình 3.9: Ảnh hưởng của thành phần CO2 trong hỗn hợp đến nồng độ nhiên liệu

diesel ..........................................................................................................57

Hình 3.10: Công suất động cơ khi thay đổi thành phần CO2 trong hỗn hợp...........57

Hình 3.11: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến áp suất chỉ thị................58

Hình 3.12: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến công chỉ thị ...................58

Hình 3.13: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ propane ...........58

ix

Hình 3.14: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ butane .............58

Hình 3.15: Ảnh hưởng hệ số dư lượng không khí đến nhiệt độ trung bình môi chất59

Hình 3.16: Ảnh hưởng hệ số dư lượng không khí đến nồng độ chất oxy hóa...........59

Hình 3.17: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ bồ hóng ...........59

Hình 3.18: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ NOx .................59

Hình 3.19: Ảnh hưởng hệ số dư lượng không khí đến công chỉ thị chu trình...........60

Hình 3.20: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến công suất động cơ.........60

Hình 3.21: Biến thiên áp suất chỉ thị của động cơ theo tốc độ động cơ...................60

Hình 3.22: Biến thiên công chỉ thị của chu trình theo tốc độ động cơ .....................60

Hình 3.23: Biến thiên nhiệt độ trung bình trong xi lanh theo tốc độ động cơ..........61

Hình 3.24: Biến thiên nồng độ oxygen trong buồng cháy theo tốc độ động cơ........61

Hình 3.25: Biến thiên nồng độ diesel trong buồng cháy theo tốc độ động cơ..........61

Hình 3.26: So sánh công suất động cơ khi thay đổi tốc độ động cơ.........................61

Hình 3.27: Ảnh hưởng của số vòng quay đến nồng độ bồ hóng của khí thải...........62

Hình 3.28: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến nồng độ NOx của khí thải..............62

Hình 3.29: Ảnh hưởng của lượng nhiên liệu diesel đến áp suất chỉ thị ...................62

Hình 3.30: Ảnh hưởng của lượng nhiên liệu diesel đến công chỉ thị .......................62

Hình 3.31: Ảnh hưởng của lưu lượng diesel đến nồng độ bồ hóng..........................63

Hình 3.32: Ảnh hưởng của lượng nhiên liệu diesel đến nồng độ NOx .....................63

Hình 3.33: Ảnh hưởng lưu lượng nhiên liệu diesel đến công chỉ thị chu trình ........63

Hình 3.34: Ảnh hưởng lưu lượng nhiên liệu diesel đến công suất động cơ .............63

Hình 3.35: Diễn biến áp suất chỉ thị của động cơ khi cháy kích nổ .........................64

Hình 3.36: Diễn biến nhiệt độ trung bình môi chất khi cháy kích nổ.......................64

Hình 3.37: Diễn biến nồng độ LPG trong buồng cháy khi cháy kích nổ..................64

Hình 3.38: Diễn biến nồng độ bồ hóng và NOx của khí thải khi cháy kích nổ ........64

Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG và CO2 trên động cơ 1KZ - TE ................69

Hình 4.2: Bố trí thí nghiệm động cơ 1KZ - TE .........................................................70

Hình 4.3: Sơ đồ khối hệ thống thí nghiệm động cơ WL - Turbo...............................71

Hình 4.4: Sơ đồ bộ điều chỉnh phun LPG vào đường nạp của động cơ WL - Turbo72

Hình 4.5: Bố trí thí nghiệm động cơ WL - Turbo trên băng thử APA 204/8 ............73

Hình 4.6: Sơ đồ bố trí thiết bị AVL dùng trong thí nghiệm ......................................77

Hình 4.7: Bộ hóa hơi - giảm áp ................................................................................78

Hình 4.8: Sơ đồ chuyển pha của nhiên liệu LPG theo nhiệt độ................................79

Hình 4.9: Sơ đồ chuyển pha của nhiên liệu LPG theo áp suất .................................79

Hình 4.10: Cụm chi tiết nối ghép giữa kim phun với vòi phun LPG ........................79

Hình 4.11: Kết cấu van hồi lưu khí thải....................................................................80

Hình 4.12: Kết cấu bộ làm mát khí thải hồi lưu .......................................................80

x

Hình 4.13: Sơ đồ khối bộ điều chỉnh cung cấp diesel - LPG và hồi lưu khí thải .....82

Hình 4.14: Lưu đồ thuật toán hoạt động của mạch vi điều khiển.............................83

Hình 4.15: Lưu đồ thuật toán giám sát LPG trên đường thải ..................................84

Hình 4.16: Lưu đồ thuật toán kiểm tra hiện tượng kích nổ ......................................85

Hình 4.17: Đặc tính cảm biến lưu lượng không khí nạp ..........................................86

Hình 4.18: Đặc tính cảm biến lưu lượng LPG..........................................................86

Hình 4.19: Đặc tính cảm biến nhiệt độ động cơ.......................................................86

Hình 4.20: Đặc tính cảm biến nhiệt độ khí nạp ........................................................86

Hình 4.21: Sơ đồ và mạch cảm ứng điện từ dùng bảo vệ điện áp và chuyển xung tín

hiệu tốc độ động cơ....................................................................................87

Hình 4.22: Kết cấu và mạch điều khiển cảm biến nồng độ LPG..............................87

Hình 4.23: Đặc tính cảm biến vị trí ga .....................................................................88

Hình 4.24: Tỷ lệ Rs/Ro phụ thuộc LPG ....................................................................88

Hình 4.25: Đặc tính xung tín hiệu kích nổ theo tốc độ động cơ khi φs = 12 ᴼTĐCT88

Hình 4.26: Đặc tính xung tín hiệu kích nổ theo thời gian khi φs = 12 ᴼTĐCT.........88

Hình 4.27: Kim phun LPG và cuộn kích phun..........................................................89

Hình 4.28: Đặc tính kim phun LPG ..........................................................................89

Hình 4.29: Cụm điều khiển cung cấp diesel .............................................................90

Hình 4.30: Đặc tính lưu lượng diesel theo điện áp động cơ DC..............................90

Hình 4.31: Cụm điều khiển lưu lượng LPG - không khí...........................................91

Hình 4.32: Sơ đồ mạch nguồn của hệ thống điều khiển ...........................................92

Hình 4.33: Sơ đồ mạch ECU giao tiếp các cảm biến và van điện từ .......................92

Hình 4.34: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bước.....................................................92

Hình 4.35: Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm ...........................................................93

Hình 4.36: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ Servo....................................................93

Hình 4.37: Mạch khối nguồn và khối vi điều khiển ..................................................94

Hình 4.38: Mạch khối cách ly và khối điều khiển công suất ....................................94

Hình 4.39: Mạch khối xử lý tín hiệu và khối khuếch đại ..........................................95

Hình 4.40: Giao diện phầm mềm ứng dụng LabView trên máy tính PC..................95

Hình 4.41: Sơ đồ mạch hiển thị thông số kỹ thuật trên máy tính PC .......................96

Hình 5.1: Đặc tính ngoài của động cơ WL - Turbo dùng 100 % diesel đo trên băng

thử ..............................................................................................................98

Hình 5.2: Phạm vi làm việc thường xuyên của động cơ WL - Turbo trên ô tô.........98

Hình 5.3: Công suất và mô men động cơ WL - Turbo theo năng lượng diesel ........98

Hình 5.4: Nồng độ khí thải của động cơ WL - Turbo dùng 100 % diesel ................98

Hình 5.5: Đặc tính công suất và phạm vi cần áp dụng các giải pháp hạn chế kích nổ

của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG..............................................99

xi

Hình 5.6: Giới hạn năng lượng LPG lớn nhất theo nhiên liệu diesel khi bắt đầu kích

nổ..............................................................................................................100

Hình 5.7: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế của động cơ WL - Turbo ......................100

Hình 5.8: Giới hạn không kích nổ khi động cơ 1KZ - TE dùng diesel -LPG được bổ

sung CO2 ..................................................................................................101

Hình 5.9: Biến thiên lưu lượng CO2 theo lượng nhiên liệu LPG............................101

Hình 5.10: Công suất, mô men và lượng CO2 cấp vào động cơ theo năng lượng

LPG khi qds=1,38 kJ/ct ở chế độ tải thấp ...............................................102

Hình 5.11: Công suất, mô men và lượng CO2 cung cấp theo năng lượng LPG khi

qds=1,79 kJ/ct ở chế độ tải thấp..............................................................102

Hình 5.12: Biến thiên lượng diesel và CO2 theo số vòng quay, khi Me = 60Nm ...103

Hình 5.13: Biến thiên diesel và CO2 theo số vòng quay, khi Me = 90Nm..............103

Hình 5.14: Công suất và mô men động cơ khi tăng lượng CO2 .............................103

Hình 5.15: Tỷ lệ năng lượng thay thế LPG/(LPG+diesel) ở chế độ tải thấp .........103

Hình 5.16: Nồng độ bồ hóng động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG bổ sung CO2 ở

chế độ tải thấp tại n=1250 v/ph...............................................................104

Hình 5.17: Nồng độ NOx của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG bổ sung CO2 ở

chế độ tải thấp tại n=1750 v/ph...............................................................104

Hình 5.18: Công suất và mô men động cơ theo năng lượng LPG ở chế độ tải thấp105

Hình 5.19: Năng lượng LPG và diesel theo công suất khi Me=90Nm...................105

Hình 5.20: Nồng độ bồ hóng của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG theo công

suất khi tăng diesel, chế độ tải thấp ........................................................106

Hình 5.21: Nồng độ NOx động cơ WL-- Turbo dùng diesel - LPG theo công suất khi

tăng diesel, chế độ tải thấp ......................................................................106

Hình 5.22: Mô men động cơ dùng LPG theo năng lượng LPG khi áp dụng EGR .107

Hình 5.23: Công suất động cơ dùng LPG theo năng lượng LPG khi áp dụng EGR107

Hình 5.24: Nồng độ bồ hóng theo công suất khi áp dụng EGR ở chế độ tải thấp .107

Hình 5.25: Nồng độ NOx

theo công suất khi áp dụng EGR ở chế độ tải thấp........107

Hình 5.26: Công suất động cơ theo các giải pháp giảm kích nổ, n=1250 v/ph .....108

Hình 5.27: Công suất động cơ theo các giải pháp giảm kích nổ, n=1750 v/ph .....108

Hình 5.28: Nồng độ bồ hóng theo công suất động cơ khi hạn chế kích nổ ở 1250

v/ph...........................................................................................................109

Hình 5.29: Nồng độ NOx theo công suất khi hạn chế kích nổ ở 1250 v/ph............109

Hình 5.30: Nồng độ bồ hóng theo công suất động cơ khi hạn chế kích nổ ở 1750

v/ph...........................................................................................................110

Hình 5.31: Nồng độ NOx theo công suất khi hạn chế kích nổ ở 1750 v/ph............110

xii

Hình 5.32: Công suất động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG theo góc điều chỉnh

phun sớm với chế độ tải thấp...................................................................111

Hình 5.33: Công suất động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG theo góc điều chỉnh

phun sớm với chế độ tải thấp...................................................................111

Hình 5.34: Nồng độ bồ hóng động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG tại 4 góc điều

chỉnh phun sớm khi n = 1250 v/ph ..........................................................112

Hình 5.35: Nồng độ bồ hóng của động cơ WL - Turbo dùng diesel - LPG tại 4 góc

điều chỉnh phun sớm khi n = 1750 v/ph...................................................112

Hình 5.36: Nồng độ NOx tại các góc điều chỉnh phun sớm khi n = 2250 v/ph......113

Hình 5.37: Nồng độ NOx tại góc điều chỉnh phun sớm khi n = 2750 v/ph ............113

Hình 5.38: Nồng độ bồ hóng theo góc điều chỉnh phun sớm ở n=1250 v/ph và

n=1750 v/ph.............................................................................................114

Hình 5.39: Đặc tính điều chỉnh góc phun sớm .......................................................114

Hình 5.40: Đặc tính mô men động cơ theo lượng LPG ở chế độ tải trung bình ....115

Hình 5.41: Đặc tính công suất động cơ theo lượng LPG ở chế độ tải trung bình .115

Hình 5.42: Lưu lượng khí CO2 theo năng lượng LPG ở chế độ tải trung bình ......115

Hình 5.43: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế trong hỗn hợp ở chế độ tải trung bình115

Hình 5.44: Đường đặc tính nhiên liệu LPG, diesel và CO2 khi phối hợp 2 giải pháp

hạn chế kích nổ ........................................................................................116

Hình 5.45: Áp suất chỉ thị của động cơ WL-Turbo mô phỏng tại 4 số vòng quay ở

chế độ tải trung bình................................................................................117

Hình 5.46: Áp suất chỉ thị của động cơ WL-Turbo dùng diesel-LPG cho bởi mô

phỏng và thực nghiệm ở chế độ tải trung bình ........................................117

Hình 5.47: Công suất và mô men của động cơ WL-Turbo cho bởi mô phỏng thực

nghiệm theo thành phần CO2 ở chế độ tải trung bình , n = 2000v/ph.....118

Hình 5.48: Đặc tính công suất và mô men của động cơ WL-Turbo theo số vòng

quay ở chế độ tải trung bình cho bởi mô phỏng và thực nghiệm ............118

Hình 5.49: Nồng độ bồ hóng của khí thải động cơ dùng diesel-LPG bổ sung CO2

cho bởi mô phỏng và thực nghiệm...........................................................119

Hình 5.50: Nồng độ NOx của khí thải động cơ dùng diesel-LPG bổ sung CO2 cho

bởi mô phỏng và thực nghiệm..................................................................119

Hình 5.51: Diễn biến nhiệt độ, nồng độ oxyen, bồ hóng của khí thải động cơ dùng

diesel ở Me = 51 Nm; n = 2000 v/ph cho bởi mô phỏng và thực nghiệm121

Hình 5.52: Diễn biến nhiệt độ, nồng độ oxyen, bồ hóng của khí thải động cơ dùng

LPG/diesel ở Me = 50 Nm; n = 2000 v/ph cho bởi mô phỏng và thực

nghiệm......................................................................................................121