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
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – 2014

ii 
1. PGS.TS. Trần Văn Nam
2. PGS.TS. Trần Thanh Hải Tùng PGS.TS. Nguyễn Hoàng Vũ
PGS.TS. Lê Anh Tuấn
TS. Nhan Hồng Quang 
 



 - 
 



            ng



2

- Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài


-



           


              
      
-

   WL-        

diesel-LPG       Atmega32, các cảm
biến 
các cơ cấu chấp hành. 
 
không khí 
 
.




diesel- 


4

Chng 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Khái quát
1.1.1. Môi trường và phương tiện giao thông
1.1.2. Nhiên liệu thay thế sử dụng trên phương tiện giao thông
1.1.3. Động cơ nén cháy hai nhiên liệu
  
             
   
             



-


               


hiện tượng kích nổ.
 



-



diesel/LPG.
6

Chương 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY HỖN HỢP
DIESEL-LPG-KHÔNG KHÍ TRONG BUỒNG CHÁY NGĂN CÁCH
2.1. Cơ sở lý thuyết về quá trình cháy của động cơ dùng diesel-LPG
2.1.1. Xác định nồng độ oxygen, nồng độ nhiên liệu của hỗn hợp
trong buồng cháy ngăn cách

-
LPG-      
       
      




       
 (Hình 2.3).
2.1.2. Phương trình năng lượng của hỗn hợp hai nhiên liệu
-

 
 








Trong đó: A: hằng số mô hình; ρ
u
khối lượng riêng của khí chưa cháy
đoạn nhiệt (kg/m³); τ
c
= α/S
2
L
: thang thời gian hóa học (s); τ
t
= l
t
/u’: thang
thời gian rối(s).
2.1.3. Sự lan tràn màng lửa trong quá trình cháy hỗn hợp hai nhiên
liệu



Hình 2.3: Sơ đồ hòa trộn nhiên liệu
diesel mồi với LPG và không khí
7





uf
b
L
A
dt/dm
S



Trong đó: dm
b
/dt: tốc độ gia tăng áp suất trong buồng cháy; A
f
: bề
mặt màng lửa.


   
 









4/1
c
t
4/1
t
4/12/1
L
4/3
t
'uAlS'uAS













TrS
t
: tốc độ màng lửa rối; A: hằng số mô hình; u’: độ lệch
bình phương tốc độ; l
t
=C
D

dt
K
1
T,pt
dt
ign
inj
ign
inj
t
t
t
t
q
inj

 


Trong đó: K = 2272; q = - 1,19; E/R=4650

 










2.3.2. Trường hợp động cơ dùng diesel-LPG
 dàng, hòa trn v
x

gi, HC thp và sn vt cháy không có chc t cht ph gia.
2.4. Kết luận
-

-


x
và


-LPG.
9

Chương 3
MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ
PHÁT Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ WL-TURBO DÙNG DIESEL-LPG
3.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS-Fluent
3.2. Thiết lập mô hình quá trình cháy hỗn hợp hai nhiên liệu diesel-
LPG trong động cơ WL-Turbo
3.2.1. Kết cấu hình học và lưới động của buồng cháy động cơ

WL-
LPG, nhiệt độ và tốc độ vận động của
dòng khí trong buồng cháy của động cơ
dùng nhiên liệu diesel-LPG
Hình 3.4: Diễn biến của trường nồng
độ bồ hóng, NOx,nồng độ oxygen và
nhiệt độ môi chất của động cơ dùng
nhiên liệu diesel-LPG
3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật của động cơ
3.4.1. Ảnh hưởng của thành phần CO
2
trong hỗn hợp

2


2



Hình 3.5: Biến thiên áp suất chỉ thị
theo thành phần CO
2Hình 3.6: Biến thiên công chỉ thị
chu trình theo thành phần CO
2

0
1


Hình 3.15: Ảnh hưởng hệ số α đến
nhiệt độ trung bình môi chất

Hình 3.16: Ảnh hưởng hệ số α
đến nồng độ chất oxy hóa
3.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ


x

hình 3.27 và 3.28.

Hình 3.27: Ảnh hưởng của tốc độ
đến nồng độ bồ hóng của khí thải
Hình 3.28: Ảnh hưởng của tốc độ
đến nồng độ NO
x
của khí thải
3.4.4. Ảnh hưởng của lưu lượng diesel phun mồi
    
ct
= 0,045 g/ct,       
 
 và 3.34).
0
500
1000
1500
2000

Xsoot
(%HSU)
(°)
n= 3000 v/ph n= 2500 v/ph
n= 2000 v/ph n=1000 v/ph
0
3
6
9
12
15
18
180 225 270 315 360 405 450 495 540
XNOx
(ppm)
φ(º)
n =3000 v/ph n =2500 v/ph
n =2000 v/ph n =1000 v/ph
12 Hình 3.33: Ảnh hưởng của lưu lượng
diesel đến công chỉ thị chu trình
Hình 3.34: Ảnh hưởng của lưu lượng
diesel đến công suất động cơ
3.4.5. Ảnh hưởng của cháy kích nổ

nhi



L(J)
gds(g/ct)
10.8
23.1
38.8
37.6
0
7
13
20
26
33
39
46
0,008 g/ct 0,031 g/ct 0,045 g/ct 0,053 g/ct
Ne
(kW)
0
10
20
30
40
50
60
180 225 270 315 360 405 450 495 540
pi
(MPa)
º)
 
0


Bảng 4.1:Thông số kỹ thuật của hai động cơ WL-Turbo và 1KZ-TE
TT
Các thông số
WL-Turbo
1KZ-TE
1
Côn
85/3500
96/3600
2

280/2000
289/2000
3

3500
3600
4

19,8:1
21,2:1
5

2499
2665
6

93/92
95/94

, CO, HC, O
2
, NO
x

, t

AVL

4.4. Thiết bị cung cấp LPG và hồi lưu khí thải dùng trong thí nghiệm
4.4.1. Bộ hóa hơi-giảm áp

Hình 4.7: Bộ hóa hơi-giảm áp
1.Màng cao su giảm áp; 2. Van nạp LPG lỏng; 3. Đầu nối với ống LPG lỏng; 4.
Đầu nối nước ra; 5. Ống đồng truyền nhiệt cho LPG; 6. Đầu nối ra khí LPG thấp
áp; 7. Màng cao su giảm áp; 8. Lò xo điều chỉnh áp suất khí LPG; 9. Vít điều
chỉnh áp suất khí LPG; 10. Van hạ áp khí LPG; 11. Đầu nối nước vào; 12. Môi
trường nước truyền nhiệt; 13. Lò xo điều chỉnh áp suất LPG lỏng; 14. Tay điều
15

chỉnh áp suất LPG lỏng; A: khoang chứa LPG lỏng áp suất cao; B: khoang chứa
nước cấp nhiệt cho LPG hóa hơi; C: khoang chứa khí LPG thấp áp.


-5°C và hóa



4.4.2. Vòi phun LPG
Vòi phun phun khí LPG vào



4.5. Bộ điều chỉnh cung cấp diesel-LPG và tiết lưu khí thải hồi lưu
4.5.1. Nguyên lý hoạt động của bộ điều chỉnh
4.5.2. Các cảm biến sử dụng trong bộ điều chỉnh
4.5.3. Các cơ cấu chấp hành trong bộ điều chỉnh
4.5.4. Mạch điện tử điều khiển lưu lượng diesel-LPG và hồi lưu khí thải


-LPG 
Hình 4.34: Sơ đồ modun điều khiển trung tâm
4.6. Kết luận


-

              

17


2

-Turbo.
Chương 5
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN
          -TE và WL-

  
0
10
20
30
40
50
60
70
0
50
100
150
200
250
300
1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000
Ne (kW)
Me (Nm)
n(v/ph)
Me Ne qds(kJ/ct)
qds(kJ/ct)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.0


Hình 5.9: Biến thiên lưu lượng
CO
2
theo lượng nhiên liệu LPG
5.1.3. Vận hành chế độ tải thấp của động cơ WL-Turbo dùng diesel-
LPG khi áp dụng các giải pháp hạn chế kích nổ

  diesel X
nal
% = 9,9%.        
CO
2

=

ds
= 1,383
kJ/

Hình 5.14: Công suất và mô men
động cơ khi tăng lượng CO
2Hình 5.15: Tỷ lệ năng lượng thay thế
LPG/(LPG+diesel) ở chế độ tải thấp

2


0.014
0.016
0.018
0.020
0.022
0.024
0.026
0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.04
gCO2
(g/ct)
gLPG/(g/ct)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 3 5 6 8 9 11 12
Ne (kW)
qLPG(kJ/ct)
gctCO2=0,02g/ct gctCO2=0,01g/ct
0
10
20
30
40
50




Hình 5.26: Công suất động cơ theo các
giải pháp hạn chế kích nổ, n=1250 v/ph
Hình 5.27: Công suất động cơ theo các
giải pháp hạn chế kích nổ, n=1750 v/ph
 t 1250 v/ph, khi hi n NO
x
gim 91,5% và
khi b sung CO
2
,

NO
x
gim 84%. Tuy nhiên  t 1750 v/ph, khi h
12% EGR n NO
x
gim 87%; khi cp CO
2
ng np NO
x
gim
84% và i n NO
x
gi
5.31.

Hình 5.30: Nồng độ bồ hóng theo công

15
18
21
"100%ds" "+CO2"

"+EGR"
Ne(kW)
n = 1750 v/ph
qLPG = 10,61 kJ/ct
0
10
20
30
40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Xsoot
(%HSU)
Ne (kW)
n=1750 v/ph
"100% ds" "+CO2"

"+12%EGR"
0
50
100
150
200
250
300
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18


Hình 5.38: Nồng độ bồ hóng theo góc điều
chỉnh phun sớm ở n=1250 v/ph và n=1750 v/ph
Hình 5.39: Đặc tính điều chỉnh
góc phun sớm
5.1.5. Vận hành chế độ tải trung bình của động cơ WL-Turbo dùng
diesel-LPG
5.1.6. Thí nghiệm phối hợp các giải pháp hạn chế kích nổ
5.2. Đánh giá kết quả động cơ WL-Turbo dùng diesel-LPG ở chế độ tải
trung bình cho bởi mô phỏng và thực nghiệm
5.2.1. Về áp suất chỉ thị của động cơ WL-Turbo
5.2.2. Về công suất và mô men của động cơ WL-Turbo
LPG = 0,036 g/ct, diesel g
ds
= 0,037 g/ct và CO
2
g
CO2

0
1.5
3
4.5
6
7.5
9
10.5
5 7 9 11 13 15 17 19
Xsoot
(%HSU)



 


Hình 5.46: Áp suất chỉ thị của động
cơ WL-Turbo dùng diesel-LPG, cho
bởi mô phỏng và thực nghiệm

Hình 5.48: Công suất và mô men
của động cơ WL-Turbo cho bởi mô
phỏng và thực nghiệm
5.2.3. Về nồng độ bồ hóng và NO
x
của động cơ WL-Turbo
, sai
7,8% và NO
x
3,5% (Hình 5.49 và 5.50).

Hình 5.49: Nồng độ bồ hóng của động cơ
dùng diesel-LPG bổ sung CO
2
cho bởi mô
phỏng và thực nghiệm
Hình 5.50: Nồng độ NO
x
của động cơ
dùng diesel-LPG bổ sung CO
2

n(v/ph)
Me.TN Me.MP
Ne.TN Ne.MP
0
7.5
15
22.5
30
37.5
45
52.5
1000 1500 2000 2500 3000
Xsoot
(%HSU)
n (v/ph)
 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1000 1500 2000 2500 3000
XNOx
(ppm)
n (v/ph )
 

23

-



-Turbo và
-TE -
             
nguy. 

- khi -TE dùng diesel-LPG thì 

2
) và

2


2

   -          
.004,0G49,0G
LPGCO
2


-  -Turbo dùng
diesel-             
