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

 2014

- 2014 i

LỜI CAM ĐOAN




Đà Nẵng, tháng 8 năm 2014
Tác giả luận án
Nguyễn Văn Phụngi
MỤC LỤC
 i
 iv
 viii
 xiii
 1
 6
 7
1.1. Khái quát 7
1.1.1. Môi trường và phương tiện giao thông 7

- TURBO DÙNG DIESEL - LPG 45
- Fluent 45
- LPG trong
- 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
PG-
hóng  NO
x
 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 NO
x
trong buồng cháy ngăn cách 54
 55
3.4.1. Ảnh hưởng của thành phần CO
2
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
 65
 66
 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

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 CO
2
) 114
5.1.6. Thí nghiệm phối hợp các giải pháp hạn chế kích nổ 116
t qu i mô phng và thc nghim 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. Kt lun 122
5.3.1. Kết luận về thực nghiệm 122
5.3.2. So sánh kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm 123
 125
 125
 127
 128
 129
 a

g
ct
CO
2

g/ct
ng khí CO
2

g
ct
ds
g/ct

g
ct
LPG
g/ct

G
k

kg/s

G
L

kg/s

i

/kg
nl


m
b

kg

m


kmol
kk
/kg
nl


m


kJ/kmol
nl


m
Cvkk

kmol
kk



Nc/Ne
n
N
e

kW

P
c

Pa


v
p
e

Pa
t có ích trung bình
p
f

Pa

p

LPG

kJ/ct

R
J/kg.K

R
e
S
mm

S
f

m²

S
L

m/s
ng
S
t

m/s


V
e

m
3
/kW.h

v
f

m/s

V
h

cm³

Xnal %


XNOx(%)


Xsoot(%)

N



+CO


-


b

-


t

-


g

°





-


t


h

-





b

-
i b

z

-


-


k

kg/m³


L

kg/m³


vii
3. Các chữ viết tắt :
A/D

AFV

ALU
 logic (Arithmetic Logical Unit).
AVL

BUS


CCR

CNG
Khí thiên nhiên (Compressed Natural Gas)
CPS









DME
Dimethyl ether
ECE




 trên
TPS


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

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 CO
2
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 4.31: 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 CO
2
101
Hình 5.9: Biến thiên lưu lượng CO
2
theo lượng nhiên liệu LPG 101

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 NO
x
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

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

xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc tính của nhiên liệu diesel và LPG ở điều kiện tiêu chuẩn p = 760
mmHg và T = 15 °C [57], [PL7]. 12
Bảng 1.2: Đánh giá tính năng của các phương pháp cung cấp LPG [73] 15
Bảng 3.1: Tính chất lý hóa của nhiên liệu LPG sử dụng trong thực nghiệm [PL7] 49
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật động cơ 1KZ - TE 68
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật động cơ WL - Turbo 71
Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật Bộ hóa hơi - giảm áp 78
Bảng 5.1: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế khi chưa can thiệp hạn chế kích nổ 100
Bảng 5.2: Tỷ lệ năng lượng LPG thay thế khi bổ sung CO
2
ở chế độ tải thấp 104
Bảng 5.3: Công suất, nồng độ bồ hóng và NO
x
của động cơ khi thay đổi lượng CO
2
105
Bảng 5.4:Công suất động cơ, nồng độ bồ hóng và NO
x
khi tăng lượng diesel 105
Bảng 5.5: Công suất, nồng độ bồ hóng và NOx khi tăng tỷ lệ hồi lưu khí thải 108

- - 
- vòi

 - không



2
- - 
 




- 

áp 
              



  
- 



 
.

- Đối tượng nghiên cứu


- 
6.3. Cấu trúc luận án


4
Chương 1- Nghiên cứu tổng quan
diesel - 
Chương 2- Nghiên cứu lý thuyết
 - LPG -     
cháy;
Chương 3- Nghiên cứu mô hình hóa
 - 
diesel - LPG;
Chương 4- Xây dựng và bố trí thí nghiệm       
- 
- 
        - 
diesel - LPG;
Chương 5- Kết quả thực nghiệm và bàn luận
- 






- 
nh quá trình cháy
 

 - LPG
         -     
- 
 
204/8.


- - 
              
- diesel và

- Turbo (phun LPG
- -
                


“Góp phần nghiên cứu ứng dụng LPG trên động cơ nén cháy” có






7
Chương 1.
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Khái quát
1.1.1. Môi trường và phương tiện giao thông



Hình 1.1: Khí thải ô tô đã gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường không khí

Hình 1.2).

Hình 1.2: Thực trạng giao thông ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh






Euro IV) (2005) [4], [48] (Hình 1.3).

9
              


c 4

[13], [14].

Hình 1.3: Biểu đồ về mức độ khí thải cho phép của các tiêu chuẩn Euro [4]


ên




