Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 1

Trang 1

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 2

Trang 2

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 3

Trang 3

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 4

Trang 4

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 5

Trang 5

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 6

Trang 6

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 7

Trang 7

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 8

Trang 8

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 9

Trang 9

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 164 trang nguyenduy 25/02/2024 310
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown

Luận án Nghiên cứu sự thay đổi tính năng kỹ thuật của động cơ đốt cháy cưỡng bức khi sử dụng hỗn hợp xăng – khí brown
yết chuyển đôṇg rối đẳng hƣớng, giả định là: 
3\4Re
I
k
t
L
l với 
'
Re It
u
u L
v
và 
I lL c H 
 LI: tỷ lệ chiều dài tổng , giả thiết tỷ lệ (cl = 0,2  0,8) với khe hở tức thời H 
bên trong xylanh và νu là đô ̣nhớt động học của hỗn hợp chƣa cháy. 
 Đặc biệt tỷ lệ chiều dài tổng và chiều dài Kolmogorov , LI và L, đƣợc lựa 
chọn là tỷ lê ̣gơṇ sóng l ớn nhất và nhỏ nhất trong phƣơng trình 3.8, trong khi kích 
thƣớc D3 chủ yếu phụ thuộc vào tỷ số giữa cƣờng độ rối u’ và tốc độ cháy tầng SL 
[39] 
 57 
L
L
Su
Su
D
05,235,2
3 (3.11) 
 b) Đánh lửa 
 Giả thiết rằng , cuối quá trình hình thành trung tâm cháy với ngoṇ lƣ̉a ổn 
điṇh có daṇg hình cầu bán kính khoảng 2mm, quá trình gợn sóng bắt đầu ở thời 
điểm cả bán kính cầu lƣ̉a tƣ́c thời và cƣờng đô ̣rối (tỷ lệ với tốc độ động cơ ) đều 
tăng. Phƣơng trình sau đây đƣơc̣ đƣa ra để tính toán tỷ lê ̣gơṇ sóng vô hƣớng của 
ngọn lửa [15]. 
refreff
f
wr
n
n
r
r
.
,
  
 (3.12) 
Trong đó, rf,ref là bán kính điều chỉnh tham chiếu , có giá trị bằng 1cm; nref là 
tốc đô ̣tham chiếu đƣơc̣ cố điṇh ở 1000 v/ph. 
Phƣơng trình 3.11 đƣơc̣ điều chỉnh để tính đến sƣ ̣tăng của kích thƣớc phân 
chia liên quan đến sƣ ̣tăng lên tƣ̀ tƣ̀ theo thời gian của gơṇ sóng trong ngoṇ lƣ̉a. 
L
L
Su
SDuD
D
 min,3max,33 
05,2min,3 D 
Ở phƣơng trình này , thành phần đầu tiên c ủa quá trình cháy se ̃đƣơc̣ đăc̣ 
trƣng bằng đƣờng kính phân chia rất gần với mƣ́ c cƣc̣ tiểu D3,min, thể hiêṇ tốc đô ̣
cháy ban đầu gần với tốc độ cháy tầng . Lƣu ý rằng giá tri ̣ nhỏ nhất của đƣờng kính 
phân chia trong moị trƣờng hơp̣ đều lớn hơn 2. 
 c) Cháy sát vách 
 Khi ngoṇ lƣ̉a chaṃ tới thành buồng chá y cơ chế phân chia của viêc̣ lan tràn 
màng lửa mô tả ở trên sẽ không còn giá trị . Các đặc tính rất quan trọng của việc 
cháy hoàn toàn liên quan tới những ảnh hƣởng của thành đến quá trình cháy (hiêṇ 
tƣơṇg cháy sát vách ). Thành buồng cháy hạn chế sự giãn nở của khí , ngăn cản sƣ ̣
phát triển của dòng môi chất và hình thành biên rắn có nhiệt độ khá thấp có thể làm 
nguôị khí. Tất cả các yếu tố trên làm thay đổi đăc̣ tính cơ bản của quá trình cháy so 
với trƣờng hơp̣ ngoṇ lƣ̉a lan truyền t ự do trong buồng cháy. Môṭ tỷ lê ̣lớn (30÷40%) 
 58 
hỗn hơp̣ chƣa cháy se ̃cháy trong trƣờng hơp̣ đăc̣ biêṭ này . Tỷ lệ cháy sát vách có 
thể thể hiêṇ môṭ cách đơn giản bởi công thƣ́c [15]. 

b
combustionwall
b mm
dt
dm 
 (3.13) 
Trong đó τ là thời gian cháy sát vách . 
Cuối cùng tỷ lê ̣cháy tổng quát có thể xác điṇh theo tỷ lê ̣khối lƣơṇg của 2 
chế đô ̣cháy đƣơc̣ mô tả ở trên (cháy fractal và cháy sát vách). 
combustionwall
b
fractals
b
overall
b
dt
dm
w
dt
dm
w
dt
dm
22).1( (3.14) 
Sƣ ̣chuyển tiếp giƣ̃a 2 chế đô ̣cháy bắt đầu khi đaṭ tới thời gian chuyển tiếp ttr 
(thời gian mà ngoṇ lƣ̉a đầu tiên chaṃ thành xylanh ). 
trLTu
trb
f
SA
mm
r
)(
)(
 (3.15) 
Hình 3.2 Ngọn lửa tiến gần đến thành xylanh và bắt đầu quá trình cháy sát vách 
3.1.1.3 Tính toán truyền nhiệt 
a) Truyền nhiệt trong xylanh 
 Tổn thất nhiệt qua vách hay quá trình truyền nhiệt từ trong buồng cháy qua 
thành buồng cháy nhƣ nắp xylanh, piston, và lót xylanh đƣợc tính dựa vào phƣơng 
trình truyền nhiệt sau: 
).(. wicwiwi TTAQ (3.16) 
Trong đó: Qwi-nhiệt lƣợng truyền cho thành (nắp xylanh, piston, lót xylanh); 
Ai-diện tích truyền nhiệt (nắp xylanh, piston, lót xylanh); W -hệ số truyền nhiệt; 
Tc -nhiệt độ môi chất trong xylanh; Twi-nhiệt độ thành (nắp xylanh, piston, lót 
xylanh). 
 59 
 Đối với nhiệt độ của thành lót xylanh, biến đổi nhiệt độ dọc trục giữa vị trí 
ĐCT và ĐCD đƣợc tính theo biểu thức [36]: 
cx
e
TT
xe
DCTLL
.
1
.
.
,
 (3.17) 
DCDL
DCTL
T
T
c
,
,
ln (2.18) 
Trong đó: TL-nhiệt độ lót xylanh; TL,ĐCT -nhiệt độ lót xylanh tại vị trí ĐCT; 
TL,ĐCD -nhiệt độ lót xylanh tại vị trí ĐCD; x: dịch chuyển tƣơng đối của piston (vị 
trí thực tế của piston so với toàn bộ hành trình). 
Hệ số truyền nhiệt của mô hình Hohenberg [36] đƣợc tính theo phƣơng trình 
sau: 
8,04,08,066,0 )4,1.(...130 mccw cTPV (3.19) 
Trong đó: cm -tốc độ trung bình của piston; V-thể tích tƣ́c thời c ủa 1 xylanh; pC-
áp suất môi chất trong xylanh; Tc-nhiệt độ môi chất trong xylanh. 
b) Trao đổi nhiệt tại cửa nạp, thải 
Trong quá trình quét khí, việc lƣu tâm đến quá trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp 
và thải là hết sức quan trọng. Quá trình này có thể lớn hơn rất nhiều so với dòng 
chảy trong đƣờng ống đơn giản do hệ số truyền nhiệt và nhiệt độ cao trong vùng 
giữa xupáp và đế xupáp. 
Thông thƣờng mô hình Zapf heat transfer 15 đƣợc sử dụng để tính toán cho 
quá trình này. 
w
cm
A
wud TeTTT
p
p
w
.
.
).(
 (3.20) 
 - Đối với dòng chảy ra: 
  
vi
v
viuuup
d
h
dmTTCTCC .797,01...... 5,15,044,02654 (3.21) 
-Đối với dòng chảy vào: 
  
vi
v
viuuup
d
h
dmTTCTCC .765,01...... 68,168,033,02987 
 (3.22) 
 60 
Trong đó: p-hệ số trao đổi nhiệt tại cửa; Td-nhiệt độ sau cửa; Tu-
nhiệt độ trƣớc cửa; TW -nhiệt độ thành cửa; AW-diện tích tiết diện lƣu thông; 
m -lƣu lƣợng khối lƣợng; Cp-nhiệt dung riêng đẳng áp; hv-độ nâng xupáp; dvi-
đƣờng kính trong của đế xupáp. 
Các hệ số của các phƣơng trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và cửa thải đƣơc̣ 
thể hiêṇ trong bảng 3.1. 
Bảng 3.1 Hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải 
Xupáp thải Xupáp nạp 
C4 1,2809 C7 1,5132 
C5 7,0451.10
-4 
C8 7,1625.10
-4 
C6 4,8035.10
-7 
C9 5,3719.10
-7 
 c) Lưu lượng dòng khí nạp và thải 
 Lƣu lƣơṇg củ a dòng khí taị cƣ̉a nap̣ và cƣ̉a thải đƣơc̣ tính toán tƣ̀ các 
phƣơng trình của dòng chảy qua khe hep̣ đẳng entropi có tính đến hê ̣số lƣu lƣơṇg 
đƣơc̣ xác điṇh bằng thiết bi ̣ đo ở traṇg thái dòng ổn điṇh. 
Lƣu lƣơṇg khối lƣơṇg có thể nhận đƣợc từ phƣơng trình năng lƣợng đối với 
dòng ổn định qua khe hẹp 15 
.
.
2
..
01
01
TR
pA
dt
dm
o
eff (3.23) 
Trong đó:
dt
dm
-lƣu lƣợng dòng khí; Aeff -diện tích tiết diện lƣu thông; po1-áp 
suất trƣớc miệng hút; T01-Nhiêṭ đô ̣trƣớc miêṇg hút; Ro-hằng số chất khí;  -hàm áp 
suất phụ thuộc vào tính chất của khí và tỷ số áp suất. 
Đối với dòng chảy dƣới âm: 
k
k
o
k
o p
p
p
p
k
k
1
1
2
2
1
2.
1

p2 : áp suất ra 
k : chỉ số đoạn nhiệt, dòng lƣu động dƣới giới hạn 
3.1.1.4 Tính toán phát thải 
a) Hình thành phát thải CO 
 61 
Phát thải CO hình thành và tăng nhanh trong vùng màng lửa , chủ yếu đƣơc̣ 
sinh ra do hyđrôcacbon bị ôxy hóa không hoàn toàn, và tiếp tục bị ôxy hóa hoàn 
toàn tạo thành CO2 thông qua cơ cấu điều khiển động lực học. 
 Vì thế, giá trị CO có thể đƣợc tính toán bằng việc giải phƣơng trình vi phân 
dựa trên các phản ứng sau 20: 
CO + OH = CO2 + H, 
CO2 + O = CO + O2 
Và nồng độ CO đƣợc tính toán theo công thức 20: 
 1 2
[ ] [ ]
1
[ ]e
d CO CO
R R
dt CO
 (3.24) 
Trong đó: [CO]e là hàm lƣợng cân bằng của CO. Các giá trị tốc độ R1, R2 đƣơc̣ cho 
bởi công thức: 
 1 1
[ ] [ ]e eR k CO OH
 = 6,76 1010 exp(T/1102) (3.25)
   
ee
OCOkR 222
 = 2,5 10
12 
exp(-24055/T) (3.26)
 Hình 3.3 thể hiêṇ hàm lƣợng CO cân bằng và CO động học theo góc quay 
trục khuỷu. Trên đó, tỷ lệ Mol CO cân bằng và CO động học là nhƣ nhau ở giai 
đoaṇ đầu của quá trình cháy và giañ nở . Tƣ̀ góc quay trục khuỷu là +60
0TK trở đi, 
CO cân bằng giảm nhanh hơn so với CO đôṇg hoc̣ . 
Tỷ lệ mol CO đƣợc dự đoán bởi mô hình này đƣơc̣ mô tả trong hình 3.4 theo 
góc đánh lửa sớm và hệ số dƣ lƣợng 
không khí (). Có thể thấy rõ rằng CO 
giảm khi tăng tỷ số A /F do có đủ 
lƣơṇg O2 tham gia phản ứng ôxy hóa 
CO thành CO 2. Trong khi đó , góc 
đánh lửa sớm không có ảnh hƣởng tới 
lƣơṇg CO vì áp suất xylanh và nhiệt 
độ khí cháy hầu nhƣ không ảnh hƣởng 
tới sự hình thành CO. 
Hình 3.3 Tỷ lệ mol CO tính toán theo góc 
quay truc̣ khuỷu 
 62 
Hình 3.4 Tỷ lệ mol CO tính toán theo giữa góc đánh lửa sớm và hệ số dư lượng 
không khí 
b) Hình thành phát thải HC 
 Những nguồn chính của hyđrôcacbon chƣa cháy có thể đƣợc xác định trong 
động cơ đánh lửa cƣỡng bức theo D’Errico [20] bao gồm: 
- Nhiên liêụ chƣa cháy tồn tại ở các khe kẽ, 
- Hơi nhiên liệu bị hấp thụ vào lớp màng dầu và kết tủa trên thành xylanh trong 
suốt kỳ nạp và kỳ nén, 
- Hiệu ứng cháy sát vách, 
- Hiện tƣợng cháy không hoàn toàn hay bỏ lửa xảy ra khi chất lƣợng cháy kém, 
- Dòng chảy trực tiếp của hơi nhiên liệu vào hệ thống xả ở động cơ PFI. 
 Hai cơ chế đầu và đặc biệt là sự hình thành HC taị các khe ke ̃đƣ ợc xem là 
quan trọng nhất và cần phải đƣợc chú ý trong mô hình nhiệt động học. Hiệu ứng 
cháy sát vách và cháy không hoàn toàn không thể miêu tả vật lý theo phƣơng pháp 
vô hƣớng nhƣng có thể đƣa ra từ những mối tƣơng quan bán thực nghiệm. 
Tốc độ hình thành HC đƣơc̣ thể hiêṇ bằng phƣơng trình tổng quát [20] sau 
đây: 
     bRTEHCHC OHCeAC
dt
HCd
gwHC
2
/ 
 (3.27) 
với AHC = 7,7 x 10
9
 ((m
3
/mol)
a+b-1
/s) 
 EHC = 156222 (J/mol) 
 R = 8314 (J/mol K) 
 Tgw = (Tgas + Tcyl.wall)/2 
 63 
 [HC] và [O2] là mật độ của HC và O2 (mol/m
3
) 
 CHC là hằng số điều chỉnh tốc độ phản ứng tùy thuộc từng chế độ 
và loại động cơ. 
 a và b là các hằng số, a = b = 1. 
* Cơ chế khe kẽ 
 Những khe ke ̃là nh ững vùng hẹp mà màng lửa không thể lan truyền tới. 
Những khe ke ̃đáng lƣu ý nh ất là khe hở giữa xec-măng và thành xylanh và khe hở 
đỉnh piston. Trong suốt quá trình nén, hỗn hợp không cháy bị đẩy vào những khe ke,̃ 
làm cho nhiệt trao đổi với thành xylanh giảm xuống. Trong suốt quá trình cháy, áp 
suất tiếp tục tăng lên và đẩy hỗn hợp khí không cháy khác vào các khe ke ̃này . 
Màng lửa lan tràn bị dập tắt khi đến đây nên sau đó khí chƣa cháy tƣ̀ các khe ke ̃này 
sẽ bị đẩy ra khi áp suất trong xylanh bắt đầu giảm, tạo nên phát thải HC từ các khe 
kẽ. 
 Để miêu tả quá trình này, mô hình giả định rằng áp suất trong xylanh và 
trong khe ke ̃là nhƣ nhau và nhi ệt độ của hỗn hợp khí trong các khe ke ̃b ằng với 
nhiệt độ piston. Khối lƣợng hỗn hợp khí trong khe ke ̃tại mọi thời điểm là: 
. .
.
kh
kh
piston
pV M
m
R T
 (3.28) 
Trong đó: mkh : khối lƣợng khí nạp chƣa cháy trong khe ke ̃[kg] 
 p: áp suất xylanh [Pa] 
 Vkh : tổng thể tích khe ke ̃[m
3
] 
M: khối lƣợng mol phân tử khí chƣa cháy [kg/kmol] 
R: hằng số khí [J/kmol K] 
Tpiston : nhiệt độ piston [K] 
* Cơ chế hấp thụ và giải phóng HC 
 Nguồn hyđrôcacbon quan trọng thứ hai là sự có mặt của dầu bôi trơn trong 
nhiên liệu hay trên thành xylanh của buồng cháy. Thực tế, trong quá trình nén, áp 
suất hơi nhiên liệu tăng, vì thế theo định luật Henry, sự hấp thụ xảy ra ngay cả khi 
dầu đã bão hòa trong suốt quá trình nạp. Trong quá trình cháy, nồng độ hơi nhiên 
 64 
liệu trong khí cháy giảm về không nên hơi nhiên liệu đã bị hấp thụ trƣớc đó sẽ đƣợc 
giải phóng ra từ dầu lỏng thành khí cháy. Độ hòa tan của nhiên liệu liên quan đến 
phân tử khối, vì thế lớp dầu tạo HC phụ thuộc vào độ hòa tan khác nhau của từng 
loại hyđrôcacbon trong dầu bôi trơn . Trong đó, đối với nhiên liệu khí thông thƣờng 
nhƣ metan hay propan, do khối lƣợng phân tử thấp, cơ chế này không ảnh hƣởng 
nhiều. Giả thuyết về sự tăng hấp thụ/ giải phóng HC nhƣ sau: 
- Lớp dầu có nhiệt độ bằng nhiệt độ thành xylanh 
- Dầu tạo thành từ những phần tử hyđrôcacbon đơn, hóa hơi hoàn toàn trong 
hỗn hợp khí mới 
- Dầu có sự hiện diện C30H62, có đặc tính giống dầu bôi trơn SAE5W20 
- Sự khuếch tán nhiên liệu trong lớp dầu là một yếu tố giới hạn bởi vì hằng số 
khuếch tán trong chất lỏng nhỏ hơn 10.000 lần so với trong chất khí. 
Hình 3.5 thể hiêṇ nồng đô ̣HC theo góc quay truc̣ khuỷu và đô ̣dày của màng 
dầu. Có thể thấy rằng ở góc quay trục khuỷu trong khoảng 730 đến 800 đô ̣và đô ̣
dày màng dầu trong khoảng 0,000125 đến 0,00025cm, nồng đô ̣HC đaṭ cƣc̣ đaị. 
Hình 3.5 Nồng đô ̣HC theo góc quay trục khuỷu và độ dày màng dầu 
 Theo những giả thuyết đó, sự phân bố khối lƣợng trong lớp dầu đƣợc tính 
toán trong phƣơng trình khuếch tán sau: 
2
2
w w
0F FD
t r
 
 
 (3.29) 
Trong đó: wF-tỷ lệ khối lƣợng của nhiên liệu trong lớp dầu [-]; t-thời gian 
[s]; r-vị trí tâm lớp dầu (tính từ thành xylanh) [m]; D-hệ số khuếch tán tƣơng ứng 
(nhiên liệu - dầu) [m/s] 
 65 
8 0,5 0,6 17,4.10 . . . .fD M T v
  (2.30) 
Trong đó: M- khối lƣợng mol phân tử của dầu [g/mol]; T-nhiệt độ dầu [K]; vf 
-thể tích mol của nhiên liệu ở điều kiện sôi thông thƣờng [cm3/mol]; -độ nhớt của 
dầu [cSt]. 
* Hiệu ứng cháy sát vách 
 Hiệu ứng cháy cục bộ và cháy sát vách không thể miêu tả theo phƣơng 
pháp vô hƣớng. Lavoie cùng cộng sự [38] đã đƣa ra giả thuyết về mối tƣơng quan 
bán thực nghiệm, trong đó tỷ lệ khí nạp chƣa cháy duy trì trong xylanh Fprop đƣợc 
tính toán bằng cách áp dụng phƣơng trình sau: 
90
1
90 0
. .exp
2
EVO
propF F C
C
 
 
  
 
 
 (3.31) 
1
1
0,0032
22
C
 
 khi 1 
4
1 0,003 1 .1,1C  khi 1 
2 0,35C 
Trong đó: F-thông số hiệu chỉnh [-]; -tỷ số cân bằng [-]; 0 -thời điểm 0% 
nhiên liệu cháy [0TK]; 90 -thời điểm 90% nhiên liệu cháy [0TK]; EVO -thời điểm 
xupap xả mở [0TK]. 
c) Hình thành phát thải NOx 
 Cơ chế hình thành NOx đƣơc̣ tính toán dựa trên cơ sở Pattas và Hafner [41]. 
Quá trình hình thành NOx đƣợc thể hiện qua sáu phƣơng trình phản ứng theo cơ chế 
Zeldovich (bảng 3.2). 
Bảng 3.2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx [41] 
TT Phản ứng 
Phản ứng thuận Phản ứng nghịch 
A 
(cm
3
/mol s) 
B (–) 
E 
(kcal/mol K) 
A 
(cm
3
/mol s) 
B (–) 
E 
(kcal/mol K) 
1 N2 + O ↔ NO + N 4.93 x 10
13 
0.0472 - 75.59 1.6 x 10
13 
0 0 
2 O2 + N ↔ NO + O 1.48 x 10
8
 1.5 - 5.68 1.25 x 10
7 
1612 - 37.69 
3 OH + N ↔ NO + H 4.22 x 1013 0 0 6.76 x 1014 - 0.212 - 49.34 
4 N2O + O ↔ NO + NO 4.58 x 10
13
 0 - 24.1 7.39 x 10
8 
0.89 - 58.93 
5 O2 + N2 ↔ N2O + O 2.25 x 10
10
 0.825 - 102.5 3.82 x 10
13 
0 - 24.1 
6 OH + N2 ↔ N2O + H 9.14 x 10
7
 1.148 - 71.9 2.95 x 10
13 
0 - 10.8 
 66 
Hằng số cân bằng của các phản ƣ́ng đƣơc̣ tính theo công thƣ́c 
)/exp( TEATk B . 
Sự hình thành của NOx đƣợc tính toán theo thông số nhập đầu vào nhƣ tốc 
độ động cơ, nhiên liệu cũng nhƣ áp suất, nhiệt độ, hệ số dƣ lƣợng không khí , thể 
tích và khối lƣợng, thời gian cũng nhƣ số vùng cháy. Quá trình tính toán đƣợc bắt 
đầu lúc thời điểm cháy bắt đầu. Mặc dù trong khí thải NOx của động cơ xăng, NO 
chiếm phần lớn (90  98%) nhƣng việc tính toán N2O cũng không thể bỏ qua. 
Lƣợng N2O sinh ra có mối quan hệ nhƣ sau : 
RT
T
ON
ON 71.18
exp10.1802.1 6125,01
6
22
2 (2.32) 
Tốc độ hình thành NO đƣợc tính nhƣ sau: 
 
RT
p
K
R
K
R
dt
NOd ee .
11
)1(2
4
4
2
12
 (3.33)
 3.1.2 Động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng+khí HHO 
 Khi dùng hỗn hợp nhiên liệu xăng+khí HHO cho xe máy Honda wave , hầu 
hết các biểu thức dùng trong động cơ xăng đƣơc̣ giƣ̃ nguyên . Tuy nhiên trong đó , 
các đại lƣợng liên quan đến lƣợng nhiên liệu cấp , nhiêṭ tri ̣ thấp của nhiên liêụ , tốc 
đô ̣cháy có thêm thành phần liên quan đến nhiên liệu khí HHO (hyđrô và ôxy) 
 Sau đây trình bày biểu thƣ́c tính toán hê ̣số dƣ lƣơṇg không khí , tốc đô ̣tỏa 
nhiêṭ trong xilanh của đôṇg cơ và mô hình sƣ̉ duṇg hai loại nhiên liệu là xăng và khí 
HHO. 
 - Hệ số dƣ lƣợng không khí () của hỗn hợp nhiên liệu xăng +khí HHO đƣợc 
tính theo công thức sau 44: 
HHOHHOngxăngxă
kk
FAdtdmFAdtdm
dtdm
)/.()/()/.()/(
/
 
 (2.35)
Trong đó (dm/dt)kk, (dm/dt)xăng và (dm/dt)HHO lần lƣơṭ là lƣu lƣơṇg không khí, 
nhiên liêụ xăng và khí HHO ; (A/F)xăng và (A/F)HHO là tỷ lệ không khí /nhiên liêụ lý 
tƣởng của xăng và khí HHO. 
- Qui luật cháy và tốc độ tỏa nhiệt 
 67 
Thông số rất quan trọng của quá trình cháy là qui luật cháy . Trong số các 
qui luật cháy tìm ra qua thực nghiệm thì qui luật cháy của Vibe đƣợc công nhận 
rộng rãi và cũng từ đó tìm đƣợc tốc độ cháy 
 d
dx
 và tốc độ tỏa nhiệt 
 d
dQ
 9: 
HHO
HHHOct
ngxă
ngxăHngxăct
d
dx
Qg
d
dx
Qg
d
dQ
)..()(.).()( (3.36) 
Trong đó: gct-lƣợng nhiên liệu cấp cho một chu trình; QH-nhiệt trị thấp của 
nhiên liệu; 
 d
dx
-tốc độ cháy . Các chỉ số “xăng” hay “HHO” lần lƣợt thể hiện đại 
lƣơṇg liên quan đến nhiên liêụ xăng và khí HHO. 
- Mô hình hỗn hợp nhiên liệu 
 Trong các mô hình tính toán quá trình hình thà nh hỗn hơp̣ và cháy trong 
đôṇg cơ đốt cháy cƣỡng bƣ́c ƣ́ng với mỗi loaị nhiên liêụ , các thuộc tính của nhiên 
liêụ nhƣ khối lƣơṇg phân tƣ̉ , nhiêṭ tri ̣ thấp , tỷ lệ khối lƣợng nguyên tử cácbon , ôxy, 
nitơ trên tổng khối lƣơṇg phân tƣ̉ nhiên liêụ, tỷ lệ không khí/nhiên liêụ tiêu chuẩn 
là những thuộc tính quan trọng để phân biệt loại nhiên liệu . Các thuộc tính này sẽ có 
tác động trực tiếp tới quá trình hình thành hỗn hợp và cháy cũng nhƣ ảnh hƣởn g tới 
các hằng số phản ứng giữa nhiên liệu và không khí theo mô hình cháy , mô hình 
truyền nhiêṭ và mô hình hình thành phát thải đôc̣ haị lƣạ choṇ . 
Việc mô phỏng hỗn hợp nhiên liệu nói chung và hỗn hợp xăng + nhiên liệu 
khí nói riêng đƣợc giải quyết thông qua mô hình hỗn hơp̣ nhiên liêụ này . Việc mô tả 
hỗn hợp khí dựa trên cơ sở các phần tử đƣợc định nghĩa và có thể thay đổi đƣợc 
bằng tùy chọn General Species Transport. 
Số phần tử trong 1 mô hình Species ít nhất là 7, bao gồm n hiên liệu (xăng 
hoăc̣ diesel), O2, N2, CO2, H2O, CO, H2. Trong phần mềm AVL -Boost, mô hình hóa 
học và đặc tính nhiệt động học của các phần tử Species đƣơc̣ xây dƣṇg trên 2 cơ sở 
dữ liệu avlchembrnd.inp (bao hàm các mô hình hóa học) và bst_therm.dat (bao hàm 
đặc tính các phần tử) cho phép ngƣời sử dụng có thể thêm vào các phần tử theo ý 
 68 
muốn. Các phần tử nằm ngoài cơ sở dữ liệu của AVL-Boost muốn đƣợc thêm vào 
phải đƣợc định nghĩa lại theo cấu trúc dữ liệu. 
Đối với m ô hình hỗn hợp 2 loại nhiên liệu , hình thành hỗn hợp bên ngoài 
xylanh nhƣ đôṇg cơ xăng có cung cấp khí HHO vào đƣờng nap̣ , nhiên liêụ đƣơc̣ 
cung cấp vào 2 phần tƣ̉ vòi phun , trong đó vòi phun số 1 thể hiêṇ vòi phun nhiên 
liêụ xăng (chế hòa khí ), vòi phun số 2 thể hiện vòi phun khí HHO . Do khí HHO là 
hỗn hơp̣ khí gồm hai thành phần hyđrô và ôxy nên cần khai báo 2 thành phần này 
theo tỷ lệ lần lƣơṭ là 0,1111 và 0,8889 theo khối lƣơṇg (tƣ́c là theo tỷ lệ 1:8) 
Hình 3.6. 
Hình 3.6 Giao diện bổ sung khí HHO (H2 và O2) 
3.1.3 Nhận xét 
Dựa vào các kết quả nghiên cƣ́u về cơ sở lý thuyết , dƣ̃ liêụ kết cấu và các 
thông số cơ bản của đôṇg cơ , mô hình tính toán đôṇg cơ Honda wave đa ̃đƣơc̣ xây 
dƣṇg trên phần mềm AVL Boost để nghiên cứu trong Luận án đƣơc̣ trình bày chi 
tiết ở mục 3.2. Kết quả mô phỏng là cơ sở khoa học vững chắc, cho phép rút ngắn 
thời gian, đánh giá các thông số kỹ thuật mà thực nghiệm rất khó hoặc không thể 
thực hiện đƣợc và giảm chi phí nghiên cứu. 
 69 
3.2 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG TRÊN 
MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CỦA PHẦN MỀM AVL-BOOST 
Măc̣ dù phần nghiên cƣ́u lý thuyết chƣa chỉ rõ nhu cầu bổ sung không khí khi 
có cung cấp khí HHO nhƣng với mục tiêu đƣa ra một mô hình tổng thể có xét đến 
tất cả c ác trƣờng hợp và hƣớng tới mục tiêu điều khiển đƣợc  trên mô hình mô 
phỏng, môṭ mô hình đôṇg cơ xe máy Honda wave có bổ sung khí HHO và không 
khí xây dựng trên chƣơng trình phần mềm mô phỏng AVL -Boost đƣơc̣ thể hiêṇ trên 
(Hình 3.7). Nhằm đơn giản hóa kết cấu bổ sung không khí cho đôṇg cơ , không khí 
đƣơc̣ đƣa vào đƣờng nap̣ nhờ chênh áp giƣ̃a áp suất môi trƣờng và áp suất trên 
đƣờng nap̣ taị ví trí cung cấp . Đây là lý do chính cần thiết phải bố trí vị trí bổ sung 
không khí nằm giƣ̃a BCHK và vi ̣ trí cung cấp khí HHO nhằm giảm ảnh hƣởng của 
áp s

File đính kèm:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_su_thay_doi_tinh_nang_ky_thuat_cua_dong_c.pdf