BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ VĂN TỤY TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG CUNG CẤP

NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN (CNG)

PHUN TRỰC TIẾP

TRONG ĐỘNG CƠ CÓ TỶ SỐ NÉN CAO

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT
Mã số: 62.52.34.01
liệu khí thiên nhiên (CNG) phun trực tiếp trong động cơ có tỷ số nén cao» của
luận án có ý nghĩa hết sức to lớn và mang tính cấp thiết cao, nó không những góp
phần làm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu cho động cơ nhiệt trong khi dầu mỏ đang
cạn kiệt mà còn góp phần tiết kiệm năng lượng và giảm thi
ểu ô nhiễm môi trường
trong tình hình mới.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Ngoài mục đích giảm thiểu ô nhiễm môi
trường, làm phong phú nguồn nhiên liệu dùng cho các phương tiện giao thông vận
tải, đề tài còn hướng tới mục đích sử dụng hiệu quả hơn nguồn nhiên liệu mới sạch
này trong động cơ có tỷ số nén cao nhằm nâng cao hiệu suất và công suất động cơ,
sử dụng tiết kiệm nhiên li
ệu khí thiên nhiên (CNG).
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Như tên đề tài và với mục
đích nghiên cứu đã chỉ rõ, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án là hệ
thống phun trực tiếp nhiên liệu khí thiên nhiên cho động cơ có tỷ số nén cao.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU : Luận án sử dụng phương pháp nghiên
cứu tổng hợp; trong đó chủ yếu là phương pháp mô phỏng; theo đó đưa hệ thực về
hệ
qui ước tương đương, qua đó xây dựng mô hình tính toán động lực học cho hệ
thống. Ngoài ra, luận án còn sử dụng các công cụ mô phỏng hóa bằng số với sự trợ
giúp của máy tính thông qua phần mềm lập trình trực quan bằng ngôn ngữ
Microsoft Visual Basic để giải các hệ phương trình vi-tích phân của mô hình. Hơn
nữa, để khẳng định tính đúng đắn và tin cậy của của mô hình và phương pháp, kết
quả cho bởi mô hình được kiể
m chứng bởi các mô hình thực nghiệm tương đương.
2

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:
Bằng giải pháp phun trực tiếp hai giai đoạn nhiên liệu khí thiên nhiên cho
động cơ có tỷ số nén cao, ngoài việc nâng cao hiệu suất và công suất động cơ nhiệt

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣

1),,(
b
y
Exp
S
x
Expx
D
C
tg
C
yzyxC
tf
t
(5.36)
f Luận án xây dựng được phần mềm tính toán mô phỏng đối với hệ thống
phun trực tiếp hai giai đoạn nhiên liệu khí thiên nhiên áp dụng cho động cơ có tỷ
số nén cao. Phần mềm còn cho phép nhúng kết linh hoạt mô hình tia phun nhiên
liệu khí trong buồng cháy động cơ với mô hình hệ thống phun trực tiếp mà luận án
đã thiết lập. Tia phun được mô phỏng dưới dạng biểu đồ màu và tọa độ nồng độ
trong h
ệ tọa độ hai chiều (2D); qua đó cho phép phân tích trực quan trường phân
bố nồng độ tia phun nhiên liệu khí trong buồng cháy động cơ; sự phát triển tia
phun theo thời gian và ảnh hưởng của các yếu tố vận hành khác đến tia phun.
3

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án được trình bày trong 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu khí thiên
nhiên cho động cơ có tỷ số nén cao tương tự như động cơ diesel.
Chương 2: Nghiên cứu xây dựng mô hình phun trực tiếp nhiên liệu khí cho

Một ưu điểm nổi bậc nữa của CNG là nó có tính chịu nén tốt và tính chống kích nổ
cao nên có thể ứng dụng làm nhiên liệu không những thuận lợi đối với động cơ
xăng mà cả động cơ có tỷ số nén cao như diesel chuyển đổi theo hướng động cơ
nhiên liệ
u kép (Dual-fuel) hoặc động cơ sử dụng thuần khí thiên nhiên CNG.
4

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN
NHIÊN TRONG GIAO THÔNG VẬN TẢI.
1.2.1 Đặc điểm nhiên liệu khí thiên nhiên. Nhiên liệu khí thiên thiên hình thành
đồng hành cùng dầu mỏ, có thành phần chính là khí methane CH
4
ở thể khí trong
điều kiện thường, hóa lỏng ở áp suất 1atm và nhiệt độ âm -162
0
C. Đây là loại
nhiên nhiệu sạch nhất trong các nhiên liệu hóa thạch vì có thành phần carbon ít
nhất, phân bố khớp nơi và chưa được khai thác nhiều như dầu mỏ.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên trong giao
thông vận tải. Tháng 12/2006 đã có hơn 6 triệu phương tiện giao thông vận tải
dùng nhiên liệu khí thiên nhiên ở 72 quốc gia trên thế giới.
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN
NHIÊN CHO ĐỘNG CƠ CÓ TỶ SỐ NÉN CAO.
Cũ
ng giống như xăng và khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, nhiên liệu khí thiên
nhiên dễ hình thành kích nổ khi áp dụng trong động cơ có tỷ số nén cao. Theo kết
quả nghiên cứu của nhiều công trình thì với hỗn hợp hòa trộn trước đồng nhất có tỷ
lệ tương đương gần với lý thuyết, nhiên liệu CNG chỉ có thể phát huy hiệu quả với
động cơ CNG có tỷ số nén quanh giá trị ε = 12. Để có thể ứng dụ
ng khí thiên nhiên


chưa cháy thoát sớm ra ngoài. Hơn
nữa, nó còn tăng tổn thất nhiệt do
diện tích buồng cháy tăng. Mặc
khác, tỷ số nén động cơ trong trường hợp này bị giới hạn bởi hiện tượng cháy kích
nổ do hỗn hợp hòa trộn trước có tỷ lệ cao.
1.3.3 Phun trực tiếp CNG với kiểu vòi phun CNG vào buồng cháy thống nhất.
Hệ thống phun trực tiếp với kiểu vòi phun CNG vào buồng cháy thống nhấ
t
trên cơ sở động cơ diesel chuyển đổi theo hướng giảm tỷ số nén để khống chế hiện
tượng kích nổ được quan tâm nhiều hơn cả. Chẳng hạn như Ouellette P. and Philip
G. Hill (1992) làm kín vòi phun nhờ kim phun hình nấm, khống chế kích nổ bằng
vòi phun mồi diesel. Với Cox G. B. và cộng sự (2000) thì phun vào buồng cháy
xoáy lốc, làm kín vòi phun bằng mạch dầu riêng, khống chế kích nổ bằng cách
giới hạn tỷ số nén ε
≤ 16. Với David A. Blank (2004) [65] cũng vậy khống chế
kích nổ nhờ giảm tỷ số nén ε < 16 bằng cách tạo thêm buồng cháy mi-ni trong
buồng cháy xoáy lốc trên đầu piston. Còn với John T. Kubesh (2002) [78] thì phát
triển động cơ kiểu cung cấp qua họng Venturi thành động cơ hỗn hợp vừa hút vừa
phun trực tiếp để cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm NO
x
; tuy vậy lượng
cung cấp chính thông qua đường nạp nên vấp phải những nhược điểm tương tự giải
pháp phun vào buồng cháy phụ; và tỷ số nén không cao vì giới hạn kích nổ.
1.4 KẾT LUẬN . Để nâng cao hơn nữa tỷ số nén cho động cơ sử dụng nhiên liệu
thuần khí thiên nhiên CNG nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt và tiết kiệm nhiên liệu,
giải pháp mà luận án đưa ra là phun trực tiếp hai giai đo
ạn: giai đoạn phun sớm
thực hiện đầu quá trình nén để tạo hỗn hợp đồng nhất loãng (φ ≤ 0,6) và giai đoạn
phun muộn nhanh vào cuối chu trình nén để tạo hỗn hợp đậm phân lớp. Hệ thống

được d
ẫn đến buồng phun (5) của
vòi phun; nhánh thứ hai được
dẫn đến buồng cao áp (15) của
rơ-le điện từ, rồi qua van nạp
(14), đến khoang (9) trên đỉnh
piston (8) của kim phun (6) nhằm
thực hiện điều khiển quá trình
phun.

2.1.2 Mô hình hóa các phần tử hệ thống phun trực tiếp điều khiển điện tử.
18
6
7
8
9
10
1 2 3
4
5
11
121315 141617
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phun CNG trực
tiếp điều khiển điện tử.

7

Từ sơ đồ mô hình hệ
thống phun như hình H2.1,
luận án tiến hành mô hình

, áp dụng phương
trình trạng thái và phương trình đoạn nhiệt, phương trình vi phân tổng quát biểu
diễn sự biến đổi áp suất p
i
trong dung tích V
i
được thiết lập.
)(tV
kp
dt
dV
QQ
dt
dp
i
ii
l
il
k
ki
i
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎠

10
B
3
(
μ
S)
1
(
μ
S)
2
(
μ
S)
6
(
μ
S)
8
(
μ
S)
5
(
μ
S)
3
(
μ
S)

⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
−
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡

i
j
i
i
ij
ij
k
k
i
j
i
jjij
v
dt
dv
l
p
p
p
k
k
dt
dv
l
p
p
k
a
SQ
ξ

⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟
⎟
⎠

1
1
(2.29)

F
F
qt
qt
F
ms
F
ms
F
lx
F
lx
p
7
p
2
p
xl
F
F
qt
qt
F
ms
F
ms

p suÊt trong
buång ch¸y
TÝn hiÖu ®¸nh löa
TÝn hiÖu §CT
[§é]
§iÖn thÕ (Vol)Hình 4.4. Các tín hiệu nhận được từ động cơ Transparence

2.2.2.4 Qui luật đóng mở van cấp – xả điều khiển bởi rơ-le điện từ.
Phương trình đặc tính biên thuộc nhánh điều khiển có thể được mô tả bởi
đặc tính cân bằng chuyển vị của rơ-le điện từ như sau (hình H2.12).
(
)
()
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢

h
h
vh
vn
n
vn
t
ttt
XtxttttKhi
XtxttttKhi
t
tt
XtxttttKhi
2
max22
max21
1
max11
cos1
2
1
)( :
)( :
cos1
2
1
)( :
π
π
(2.37)

lượng phun nhiên liệu khí thiên nhiên trong m
ột chu trình làm việc của động cơ
cũng được xác định theo phương trình tích phân sau.
()
()
dt
dt
dv
l
p
p
k
a
Sm
Inj
t
k
k
xl
vinj 23
0
23
23
1
2
2
2
23
21
1

⎝
⎛
−
−
=
−
(2.41)

Chương 3
NGHIÊN CỨU XÂY DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN,
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ CHO BỞI MÔ HÌNH
VÀ PHÁT TRIỂN
MÔ HÌNH PHUN TRỰC TIẾP HAI GIAI ĐOẠN
3.1 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CHO MÔ HÌNH.
3.1.1 Phương pháp tính và ngôn ngữ lập trình.
Phương pháp tính được luận án lựa chọn làm công cụ mô phỏng hóa bằng số
là phương pháp giải hệ phương trình vi phân Runge_Kutta bậc 4. Ngoài ra để hổ
trợ cho việc xử lý và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng phun, phương
pháp xấp xỉ bình phương cực tiểu cũng được áp dụng.
Về phần mềm tính toán, ngôn ngữ lập trình trực quan Microsoft Visual
Basic 6.0 đượ
c luận án lựa chọn làm công cụ lập trình tính toán cho mô hình. Bằng
cách lập trình trực tiếp cho phép ta tổ chức quản lý chương trình một cách linh
hoạt, chia sẽ nguồn dữ liệu dùng chung một cách thuận lợi thông qua giao diện đa
cửa sổ Multiple Documents Interface (MDI) của Microsoft Visual Basic 6.0.
3.1.2 Xây dựng chương trình tính toán cho mô hình.
Chương trình tính toán nhằm giải các hệ phương trình vi-tích phân của mô
hình được xây dựng trên cơ sở ngôn ngữ lập trình đã lựa chọn là Microsoft Visual
Basic. Trên hình H3.1 là một màn hình giao diệ
n chung kiểu đa cửa sổ MDI của

f
= 5,2[Mpa] thì lượng phun chu trình tính là m
inj
= 17,199[mg/inj]
so với lượng phun chu trình thử nghiệm m
cyc
= 17,094[mg/cyc]; sai số vấp phải
không quá 0,614% < 1% (ở cùng chế độ tính toán và thử nghiệm với số vòng quay
của động cơ n
e
= 650[v/ph]), chứng tỏ mô hình mà luận án xây dựng cũng như
phương pháp tính là đúng đắn và tin cậy.
3.2.2 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phun.
3.2.2.1 Ảnh hưởng của các thông số vận hành hệ thống phun .
m
inj
[mg/inj]
x
k
= 0.2129x
p
- 0.3995
m
inj
= 25.378x
p
2
- 73.636x
p
+ 48.695

.
13

m
inj
[mg/inj]
m
inj
= 45.323t
f
+ 17.2
t
inj
= 0.9969t
f
+ 0.4
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
Thời gian duy trì phun t
f
[ms]
0.00

phụ thuộc bậc nhất theo thời gian phun t
f
(hình H3.10).
3.2.2.2 Ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống phun.
x
k
= 0.2991x
D
2
- 0.4999x
D
- 0.1693
m
inj
= 97.871x
D
2
- 282.01x
D
+ 176.7
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1.90 1.95 2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25 2.30

quá độ trong các thời kỳ đóng/m
ở kim phun, kết thúc phun không dứt khoát; điều
này sẽ được khắc phục ở mục 3.3.
14

3.2.2.3 Ảnh hưởng của tốc độ động cơ.
Kết quả phân tích từ mô hình cho thấy, ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến
lượng phun chu trình thì nghịch biến (hình 3.17); điều này là có lợi vì nó bảo đảm
cho sự làm việc ổn định của động cơ khi phụ tải bên ngoài thay đổi.
m
inj
[mg/inj]
m
inj
= -0.7417k
n
2
- 3.7986k
n
+ 18.365
10.0000
11.0000
12.0000
13.0000
14.0000
15.0000
16.0000
17.0000
18.0000
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035
t [s]
X [m m ]
x
2
x
1

Hình 3.18b: Đặc tính rơ-le điện từ kép (x
1
: van xả, x
2
: van cấp).
15

3.3.2 Đặc trưng động cơ có tỷ số nén cao dùng cho mô phỏng. Động cơ diesel
được chọn để tính mô phỏng cho mô hình phát triển phun trực tiếp hai giai đoạn là
động cơ KamAZ 740 có tỷ số nén ε = 17 :1.
3.3.3 Phun trực tiếp hai giai đoạn nhiên liệu khí CNG cho động cơ có tỷ số nén
cao kiểu rơ-le điện từ kép.
Kết quả nghiên cứu của nhiều công trình về giới hạn kích nổ cho thấy trong
đi
ều kiện thường, động cơ có tỷ số nén cao ε ≥18 thì hỗn hợp hòa trộn trước của
nhiên liệu khí thiên nhiên không vượt quá giới hạn 0,6. Với động cơ chọn mô
phỏng là KamAZ 740 có tỷ số nén ε = 17:1 thì lượng nhiên liệu cần phun trước là
0,6 được thực hiện vào đầu kỳ nén, sau khi các xupap nạp thải đã đóng. Lượng
nhiên liệu được phun nhanh vào cuối kỳ nén (40%) có thời gian phun nhỏ hơn thời
gian cháy trễ t
ối thiểu để hiện tượng kích nổ bị khống chế, không kịp xẫy ra.
3.3.3.1 Tính toán quá trình phun muộn tạo hỗn hợp đậm phân lớp.
Chương 4 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TIA PHUN.
Chương 4 :
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TIA PHUN
Để thực hiện phun trực tiếp hai giai đoạn tránh kích nổ cho động cơ có tỷ số
nén cao như diesel, thì giai đoạn phun muộn phải diễn ra thật nhanh để tập trung
nhiên liệu theo hỗn hợp đậm phân lớp mạnh. Để thấy rõ hơn điều này, mô hình tia
phun nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) trong buồng cháy động cơ cũng được luận
án nghiên cứu và mô phỏng bằng biểu đồ màu (Chương 5). Tuy vậy, cấu trúc tia
phun trong buồng cháy động cơ là vô cùng phức tập, để mô phỏng nó, trước hết
nhất thiết phải nghiên cứu thực nghiệm, qua đó có thể xây dựng được các công
thức bán thực nghiệm mô tả đặc trưng hình học tia phun cũng như sự phát triển tia
phun trong buồng cháy động cơ.
4.1 SỰ PHÁT TRIỂN TIA PHUN TRONG BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ.
4.1.1 Động cơ trong suốt (transparence) dùng cho thí nghiệm tia phun.
Theo định nghĩa, dòng chất lỏng khi ra khỏi vòi phun và ch
ảy vào môi
trường chất lỏng khác hoặc của chính nó được gọi là dòng tia. Khi dòng tia chuyển
động, do tính chất nhớt và sự mạch động vận tốc của dòng chảy rối mà xuất hiện
các xoáy ở chỗ tiếp giáp của dòng tia và môi trường xung quanh. Các xoáy này

Hình 3.26: Sơ đồ minh họa phun trực tiếp nhiên liệu CNG hai giai đoạn.
17

cơ có cửa sổ trong suốt (transparence) tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Trung
tâm Lyon (École Central de Lyon) - Cộng Hòa Pháp (hình 4.2).
4.1.2 Đo sự phát triển tia phun bằng hệ thống quay phim tốc độ cao.
Tốc độ cực đại của máy quay
FASTAX có thể đạt 6000 ảnh/ giây, nên có thể
ghi được [01 ảnh/ 01 độ góc quay trục khuỷu] khi tốc độ động cơ 1000 [v/ph].
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng qui luật phát triển tia phun nhiên liệu khí
trong buồng cháy động cơ tuân theo qui luật hàm mũ đối với thời gian phun.
m
t
taS .= (4.1)
trong đó t là thời gian; a là hằng số tỉ lệ, còn m là số mũ. Với áp suất phun nhiên
liệu khí LPG là 100[atm], t tính bằng [ms] và chiều dài đỉnh tia phun S
t
tính bằng
[mm]; thì a ≈ 49,854 và m ≈ 0,501.
4.2 ĐO TRƯỜNG PHÂN BỐ TỐC ĐỘ TIA PHUN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
LASER DOPPLER ANEMOMETRY (LDA).

vßi phun
Bé khuÕch ®¹i
Hép ®iÒu khiÓn
®¸nh löaHình 4.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên động cơ Transparence.
18

trong đó f
s
là tần số gia cường “Bragg”, λ là bước sóng của tia laser, θ là góc hợp
bởi hai chùm tia laser, u
x
là tốc độ của vật thể chiếu theo phương vuông góc với
phân giác của góc hợp bởi hai tia laser.
4.2.1 Mô hình thí nghiệm đo tốc độ tia phun bằng LDA. Để đo trường phân bố
tốc độ tia phun khí, luận án sử dụng phương pháp LDA với thiết bị laser hiệu
”LDA Dantec Dynamics A/S” của Đan mạch; với bộ chuyển đổi tín hiệu quang
“60x41 FiberFlow Transmitter”, đầu dò “1D-Probe 60[mm]” cùng bộ xử lý
“Multiprocessor BSA F60”. Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo tia phun khí CO
2
bằng hệ
thống LDA Dantec Dynamics A/S được mô tả ở hình H4.10

4.2.2 Phân bố trường tốc độ trong tia phun khí.
Kết quả đo trường phân bố tốc độ tia phun
khí CO
2
với đường kính lỗ vòi phun:

η
b
U
u
axU
U
m
m
(4.3)
trong đó x là tọa độ theo chiều trục tia phun tính từ cực tia, U
m
tốc độ tại điểm có
Đầu dò
Chùm tia
Laser
Hình 4.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm LDA.
Ti
a

p
h
u
n
θ

B
ộ
t
ạ
o h

cứu xây dựng mô hình mô phỏng tia phun trong buồng cháy động cơ.
5.1 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TIA PHUN RỐI KHUẾCH TÁN NHIÊN LIỆU
KHÍ TRONG BUỒNG CHÁY ĐỘNG CƠ.
5.1.1 Mô hình tích phân tính toán tia phun rối khuếch tán trong không gian
yên tĩnh.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.00 0.20 0.40 0.60
x [m]
U
CO2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
y [m]
U [m/s]
x = 150 [mm]
x = 300 [mm]

⎜
⎝
⎛
++−
zyx
zyx
f
k
z
k
y
k
x
Exp
kkk
m
222
2/12/3
4
1
8
τ
πτ
(5.20)
Các hệ số khuếch tán rối k
x
, k
y
, k
z

⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞

t
(5.36)
trong đó S
t
, C
t
và b là độ xuyên thâu, độ côn góc mở tia phun và bề rộng tia phun
trong buồng cháy động cơ được cho bởi mô hình thực nghiệm của Hiroyasu.
5.1.2.2 Mô hình khuếch tán nồng độ trong tia phun phẳng - đối xứng.
Hàm phân bố nồng độ (không thứ nguyên) của tia phun phẳng - đối xứng có
thể được xác định đơn giản theo mô hình Gauss trong bài toán phẳng quen thuộc.
C(x,y,z) = C
o
(x).f(η) (5.39)
trong đó C
o
(x) là hàm số biểu thị phân bố nồng độ nhiên liệu trên trục tia phun x
với phương z =0; còn hàm f(η) có dạng không thứ nguyên xác định nồng độ theo
phương ngang vuông góc với trục tia phun như sau.
f(η) =
(
)
2
exp
η
a− (5.41)
5.1.3 So sánh kết quả mô hình khuếch tán Gauss và mô hình tích phân.
So sánh nồng độ theo trục tia phun giữa mô hình tích hợp Gauss-Hiroyasu
kiểu phẳng đối xứng với mô hình tích phân tia phun rối phẳng là vào khoảng 8%.
21

làm tăng tính chất rối của tia phun. Với mô hình Gauss-Hiroyasu cũng có thể mô
phỏng ảnh hưởng của tốc độ vận động trung bình theo các phương của dòng không
khí trong xy lanh hết sức thuận lợi.

Hình 5.12: Sự phát triển tia phun tương thích với thực nghiệm về độ xuyên thâu
đỉnh tia phun (tia phun KamAZ-CNG, t
f
=0)
5.3.3 Ảnh hưởng của vách thành buồng cháy đến tia phun.
Ảnh hưởng của vách thành buồng cháy đến tia phun cũng có thể khảo sát
một cách dễ dàng theo mô hình Gauss-Hiroyasu và dựa vào lý thuyết phản xạ. Một
kết quả mô phỏng tia phun có sự phản xạ từ vách thành đặt vuông với tia phun
được biểu thị như trên hình H5.18.

Hình 5.18: Biểu đồ màu xác định nồng độ tia phun rối có phản xạ
(tia phun KamAZ-CNG, t
f
=0).
23

5.4 KẾT LUẬN.
Kết quả tính toán mô phỏng tia phun cho bởi mô hình khuếch tán kết hợp
Gauss-Hiroyasu hoàn toàn tương thích và phù hợp với lý thuyết cũng như thực
nghiệm mà nhiều công trình đã công bố như: mô hình của Bùi Văn Ga và cộng sự,
mô hình tia phun của Hill and Ouellette, mô hình tia phun của White T. R. v.v
Kết quả mô phỏng cho thấy nồng độ tia phun nhiên liệu khí thiên nhiên
trong buồng cháy động cơ là phân bố tập trung mạnh quanh miệng vòi phun; xa
miệng vòi phun nồng độ nhiên liệu khí thiên nhiên rất loãng khi kết thúc phun.

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

3) Lượng phun chu trình của hệ thống phun trực tiếp nhiên liệu khí là nghịch
biến theo tốc độ động cơ khi thời gian duy trì phun của rơ-le điện từ không đổi.
Điều này bảo đảm cho đặc tính làm việc ổn định của động cơ phun trực tiếp nhiên
liệu khí thiên nhiên, giúp cho động cơ thích ứng tốt với phụ tải bên ngoài.
4) Khác với tia phun nhiên liệu lỏng, đối với tia phun nhiên liệu khí chỉ có
thuần thể khí, nên các qui luật phân bố nồng độ tia phun trong buồng cháy động cơ
có thể được biểu diễn bởi mô hình khuếch tán rối Gauss kết hợp với mô hình
24

khống chế tia phun nhiên liệu khí trong buồng cháy động cơ của Hiroyasu để tạo
nên mô hình tia phun tích hợp «Gauss-Hiroyasu».
5) Tương tự tia phun nhiên liệu lỏng, tia phun nhiên liệu khí cũng có sự
phân lớp mạnh khi phun nhanh trong chu trình phun muộn; điều đó không chỉ tạo
thuận lợi cho giải pháp tổ chức quá trình cháy phân lớp nhằm tiết kiệm nhiên liệu
mà còn có ý nghĩa vô cùng lớn đối với động cơ có tỷ số nén cao như diesel sử dụng
thuần CNG mà không b
ị kích nổ, cho phép tránh phụ thuộc vào nhiên liệu truyền
thống từ dầu mỏ đang cạn kiệt và ô nhiễm môi trường.

2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Các nội dung nghiên cứu và các kết quả đạt được của luận án là hết sức quan
trọng, góp phần nhỏ vào việc sử dụng hiệu quả hơn nhiên liệu khí thiên nhiên
(CNG) trong động cơ có tỷ số nén cao tương tự diesel mà không phụ thuộc vào
nguồn nhiên liệu dầu mỏ diesel vốn gây ô nhiễm và đang cạn kiệt.
Tuy vậy, những đóng góp của luận án này chỉ là bước đầu mang tính lý
thuyết mô phỏng và đị
nh hướng cho những bước tiếp theo để có thể đi đến hoàn
thiện một hệ thống mang tính khả thi trong thực tiễn sản xuất.
Theo đó, các hướng phát triển tiếp theo của đề tài có thể là :
1) Nghiên cứu thực nghiệm trên băng thử hệ thống phun trực tiếp hai giai