Luận văn Nghiên cứu, khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp và các hệ thống phụ trên động cơ 2.0T FSI của tập đoàn ôtô Volkwagen (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp và các hệ thống phụ trên động cơ 2.0T FSI của tập đoàn ôtô Volkwagen (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM PHÚC PHÁT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NẠP VÀ TẠO HỖN HỢP ĐỘNG CƠ 3 XYLANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC) SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIO-DIESEL. NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S KC 0 0 4 0 7 0 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2013
2. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Phạm Phúc Phát Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 18/03/1988 Nơi sinh: Bình Dương Quê quán: Bình Dương Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 12 tổ 3 ấp Mỹ Đức, xã Bình Mỹ, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0933278088 Fax: E-mail: phatphamphuc@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 08/2006 đến 04/ 2011 Nơi học (trường, thành phố): trường đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM Ngành học: Cơ Khí Ô tô Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Nghiên cứu, khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp và các hệ thống phụ trên động cơ 2.0T FSI của tập đoàn ôtô Volkwagen.” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 3 năm 2011, trường đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM. Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Thành sa III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 06-08/2011 Công ty ô tô Trường Hải Nhân viên kinh doanh 10/2012 đến nay Trường cao đăng nghề Kỹ Giáo viên Thuật Công Nghệ TP.HCM HVTH: Phạm Phúc Phát i MSHV: 11085246009
3. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phạm Phúc Phát HVTH: Phạm Phúc Phát ii MSHV: 11085246009
4. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI LỜI CẢM TẠ Trong suốt thời gian 2 năm học tập và nghiên cứu tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, nhận được sự hướng dẫn tận tình của các quí thầy cô và các điều kiện học tập thuận lợi của quí trường tôi đã tiếp thu được nhiều kiến thức hửu ích phục vụ cho quá làm việc và nghiên cứu của mình sau này. Luận văn được hoàn thành ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ và đóng góp của nhiều cá nhận và tổ chức. Qua đây tôi xin gửi lời cám ơn đến các cá nhân và tổ chức đã giúp đỡ tôi trong suất quá trình thực hiện đề tài. Xin cảm ơn ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành khai thác và bảo trì ô tô - máy kéo. Xin cảm ơn đến quí Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khoá B2011-2013 đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Xuân Mai đã hướng dẫn,chỉ đạo về ý tưởng, phương hướng, nội dung và có những lời khuyên đúng lúc. Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báo giúp tôi hoàn thiện nội dung tập luận văn. Xin cảm ơn anh Bình, anh Dương, công ty VCAM TECH CO.LTD, đã hổ trợ kỹ thuật để Scan 3D động cơ mô hình thử nghiệm trong đề tài. Xin cám ơn các thầy cô trong Khoa kỹ thuật giao thông, trường đại học Bách Khoa thành phố HCM, xưởng thí nghiệm động cơ, đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị trong quá trình nghiên cứu đề tài. Mặc dù rất nổ lực, nhưng do kiến thức còn hạn chế, thời gian có hạn và thiết bị hổ trợ thiếu thốn nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Quý Thầy Cô và các bạn góp ý thêm để đề tài nghiên cứu này sớm được áp dụng vào thực tế. Học viên thực hiện Phạm Phúc Phát HVTH: Phạm Phúc Phát iii MSHV: 11085246009
5. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI TÓM TẮT Cùng với sự phát triển nhanh chóng của quá trình cơ giới hóa ở nông thôn Việt Nam thì nhu cầu động lực trong hoạt động sản xuất cũng tăng nhanh chóng. Bên cạnh đó, việc ứng dụng nhiên liệu sinh học biodiesel sử dụng trên động cơ diesel cũng là một ưu tiên hàng đầu để cắt giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường và duy trì ổn định nguồn cung cấp nhiên liệu. Động cơ diesel 3 xylanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC với dãy công suất 20-50HP không những đáp ứng được yêu cầu cho nguồn động lực trong sản xuất mà còn được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đánh giá cao trong việc kết hợp sử dụng các loại nhiên liệu biodiesel đặc biệt là khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí trong loại buồng cháy này. Luận văn với đề tải: “Nghiên cứu quá tạo hỗn hợp động cơ 3 xy lanh diesel phun gián tiếp có buồng cháy three vortex combustion (TVC), sử dụng nhiên liệu sinh học Bio-diesel. (tham khảo động cơ 3 xy lanh KUBOTA D1703-M-E3B)”, đã được thực hiện để góp phần nghiên cứu, cải tiến quá trình hình thành hỗn hợp cháy của nhiên liệu biodiesel trên loại động cơ 3 xy lanh sử dụng buồng cháy xoáy lốc TVC. Luận văn bao gồm các nội dung cụ thể như sau: Giới thiệu tổng quan và khảo sát nhu cầu động cơ 3 xy lanh, Nghiên cứu sự phân rã của tia phun nhiên liệu và hình thành hỗn hợp cháy trong buồng cháy xoáy lốc, phân tích các đặc tính của nhiên liệu biodiesel, Nghiên cứu mô phỏng 3D quá trình hình thành hỗn hợp cháy trên động cơ diesel 3 xy lanh dùng nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá ba sa, Cải tiến buồng cháy xoáy lốc TVC và mô phỏng so sánh khả năng hòa trộn nhiên liệu biodiesel với động cơ nguyên thủy. Kết quả của luận văn đã cho thấy rằng việc cải tiến động cơ diesel 3 xy lanh phun gián tiếp sử dụng công nghệ Three Vortex có thể làm tăng hiệu suất hòa trộn của không khí với nhiên liệu biodiesel và việc ứng dụng các động cơ này trong các hoạt động sản xuất ở nông thôn là rất khả thi. HVTH: Phạm Phúc Phát iv MSHV: 11085246009
6. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI ABSTRACT Along with high speed development of mechanization in rural Viet Nam, the demand of dynamic in all kinds of productive activities are increasing significantly. Besides, applying biodiesel fuels on diesel engine is also a priority for reducing greenhouse gas emitting into the atmosphere and sustaining the energy supply. Three cylinders diesel engines using TVC technology with the power range 20- 50HP not only satisfy the demand of dynamic but also especially noted by many scientists in their potential of biodiesel application thanks to its high quality of air fuel mixture formation in the swirl chamber. This thesis with subject: “Researching mixture formation process in three cylinders indirect injection diesel engine with Three Vortex Combustion Chamber (TVC) using bio-diesel fuel. (referencing model 3 cylinders Kubota D1703-M-E3B)” was carried out in order to improve the mixture formation of biodiesel fuel in TVC chamber of three cylinders diesel engine. the thesis issued following content: General introduction and survey researching about the demand of three cylinders engine. Researching break-up regimes of fuel spray and mixture formation in swirl chamber, analyzing the characters of biodiesel and potential of applying on diesel engine. Simulation researching of application biodiesel from basa oil on original three cylinders indirect injection diesel engine, Modifying the TVC chamber and make comparison with the original engine in their quality of mixture formation. The results of simulations show that the modification schemes on the swirl- chamber presents the potential to further improve the mixture formation ability of biodiesel fuel and air on diesel engine and using these engines is very feasible in Viet Nam rural areas. HVTH: Phạm Phúc Phát v MSHV: 11085246009
7. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI MỤC LỤC Trang tựa trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các hình xi Danh sách các bảng xiii Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.1.1. Nhu cầu động cơ đốt trong ở nông thôn Việt Nam 1 1.1.2. Nhu cầu động cơ 3 xilanh 3 1.1.3. Công nghiêp máy động lực ở Việt Nam 4 1.1.4. Nhiên liệu thay thế 6 1.2.Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về động cơ 3 xy lanh sử duṇ g nhiên liêụ sinh hoc̣ . 11 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài: 11 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước: 13 1.3.Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu. 14 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu: 14 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu: 14 1.4.Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài. 14 1.4.1.Nhiệm vụ của đề tài: 15 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu: 15 1.5.Phương pháp nghiên cứu. 16 HVTH: Phạm Phúc Phát vi MSHV: 11085246009
8. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1. Lý thuyết hình thành hỗn hợp cháy trong động cơ đốt trong. 17 2.1.1. Sự phát triển của tia phun nhiên liệu 17 2.1.2. Sự phân rã động học của các hạt nhiên liệu. 18 2.1.3. Cơ chế phân rã của tia phun nhiên liệu. 21 2.1.4. Sự tương tác giữa tia phun với thành xilanh. 30 2.2. Quá trình tạo hỗn hợp cháy trong động cơ Diesel. 34 2.2.1. Buồng cháy dự bị 35 2.2.2. Buồng cháy xoáy lốc 37 2.3. Lý thuyết Three Vortex. 41 2.3.1. Phương trình mô phỏng xoáy lốc Three Vortex 41 2.3.2. Mô hình chuyển động của xoáy lốc Three Vortex. 44 2.4. Lý thuyết về nhiên liệu biodiesel. 47 2.4.1. Khái niệm 47 2.4.2. Các tính năng khi sử dụng nhiên liệu biodiesel 51 2.4.3. Các yêu cầu của quá trình nạp và tạo hỗn hợp trên động cơ sử dụng biodiesel 55 Chƣơng 3. PHÂN TÍCH BUỒNG CHÁY TVCS (trên động cơ 3 xilanh KUBOTA D1703- E3B). 57 3.1. Giới thiệu động cơ KUBOTA D1703-E3B 57 3.1.1. Lý do chọn động cơ Kubota 3 xy lanh 57 3.1.2. Thông số kỹ thuâṭ chính của đôṇ g cơ Kubota 3 xy lanh 57 3.2. Phân tích kết cấu buồng cháy TVCS. 60 3.2.1. Buồng cháy xoáy lốc 60 3.2.2. Cửa buồng cháy 61 3.2.3. Đỉnh piston 62 3.3. Phân tích quá trình hình thành hỗn hợp cháy 63 3.4. Các yếu tố cải thiện quá trình hòa trộn nhiên liệu Biodiesel trong buồng cháy TVCS 68 HVTH: Phạm Phúc Phát vii MSHV: 11085246009
9. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI 3.4.1. Độ nhớt cao. 68 3.4.2. Nhiệt chớp cháy. 68 3.4.3. Nhiệt trị thấp. 69 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC 70 4.1. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Ansys Fluent 70 4.2. Đối tượng mô phỏng. 72 4.2.1. Mô hình động cơ mô phỏng 72 4.2.2. Nhiêu liệu thử nghiệm 72 4.3. Trình tự thực hiện và cơ sở lý thuyết trong mô phỏng. 74 4.3.1. Trình tự thực hiện 74 4.3.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô phỏng. 78 4.4. Xây dựng mô hình và xác lập các thông số động học liên quan đến quá trình hình hỗn hợp cháy trong buồng cháy TVC. 83 4.4.1. Xây dựng mô hình hình học buồng cháy TVC. 83 4.4.2. Chia lưới mô hình. 83 4.4.3. Cài đặt thông số đầu vào cho bài toán. 86 4.5. Mô phỏng động học quá trình hòa trộn nhiên liệu biodiesel 87 4.6. Xử lý và đánh giá kết quả đạt được từ mô phỏng 92 4.6.1. Nhiệt phận bố trong buồng cháy xoáy lốc 92 4.6.2. Vận tốc không khí phân bố trong buồng cháy xoáy lốc. 93 4.6.3. Tỉ số mass fraction phân bố trong buồng cháy xoáy lốc. 96 4.6.4. So sánh độ xuyên thấu của tia phun theo áp suất phun .99 Chƣơng 5: ĐỀ XUẤT VÀ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ 101 5.1. Nghiên cứu và đề suất cải tiến động cơ. 101 5.1.1. Nghiên cứu cải tiến 101 5.1.2. Đề suất cải tiến 105 5.2. Mô phỏng quá trình hòa trộn của động cơ TVCS sau khi cải tạo 105 5.2.1.Các cấu trúc được xét đến 105 5.2.2. Thiết lập thông số và tiêu chí mô phỏng 110 HVTH: Phạm Phúc Phát viii MSHV: 11085246009
10. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI 5.3. So sánh và đánh giá kết quả đạt được trước và sau cài tiến. 112 5.3.1. Vận tốc và quỹ đạo chuyển động xoáy lốc trong buồng cháy. 112 5.3.2. Vận tốc và quỹ đạo chuyển động của nhiên liệu trong buồng cháy 114 5.3.3. Tỉ số mass fraction giữa không khí và nhiên liệu trong buồng cháy 116 5.3.4. Nhiệt độ không khí trong buồng cháy. 119 5.3.5. Độ xuyên thấu của tia phun nhiên liệu. 122 5.3.6. Phân tích kết cấu tối ưu. 123 Chƣơng 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 125 6.1. Tóm tắt kết quả đề tài 125 6.2. Đánh giá kết quả của đề tài 128 6.3. Đề nghị hướng phát triển của đề tài 128 KẾ HOẠCH DỰ KIẾN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤ LỤC HVTH: Phạm Phúc Phát ix MSHV: 11085246009
11. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASOI After start of injection ATDC After top dead center BDF Biodiesel Fuel BTDC Before top dead center CAD computer-aided design CFD Computational Fluid Dynamics IDI Indirect injection ISL Intact surface length KH Kelvin-Helmholtz model LES Large eddy simulation Re Reynolds number SAE Society of Automotive Engineers SMD Sauter mean diameter TVC Thee Vortex Combustion T DC Top Dead Centre udf_P User define function VEAM Vietnam Engine and Agricultural Machinery We Weber number HVTH: Phạm Phúc Phát x MSHV: 11085246009
12. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Thị phần động cơ 3 xylanh 30-50 Hp trong tổng số động cơ nhiều xy lanh từ 20 – 90 Hp 4 Hình 1.2. Thị phần động cơ phục vụ cho nông nghiệp Việt Nam. 5 Hình 1.3. Biểu đồ biến động giá nhiên liệu từ năm 2004 đến 2009 7 Hình 1.4. So sánh hàm lượng khí CO trong khí thải khí thải Biodiesel và Diesel. 9 Hình 1.5. Lượng khí thải trung bình của nhiên liệu Biodiesel khi sử dụng trên động cơ diesel. 10 Hình 2.1. Trạng thái phân rã tia phun 17 Hình 2.2. Các trạng thái phun 18 Hình 2.3. Đặc tính phát triển tia phun 18 Hình 2.4. Các trạng thái phân rã hạt chất lỏng theo Wierzba. 19 Hình 2.5. Sự phân rã thứ cấp của các hạt Newton 20 Hình 2.6. Cấu trúc tia phun nhiên liệu. 21 Hình 2.7. Xoáy lốc trong tia phun 21 Hình 2.8. Hình thành bọt khí trong tia phun 22 Hình 2.9. Dao động sóng trên tia phun 22 Hình 2.10. sự phục hồi của tia phun 22 Hình 2.11. So sánh áp suất phun nhiên liệu 23 Hình 2.12. Sự va chạm và kết hợp giữa các hạt nhiên liệu 23 Hình 2.13. Tia phun dạng hình chóp rỗng. 24 Hình 2.14. Sự phát triển theo thời gian của chùm tia phun từ vòi phun xoáy lốc áp suất 26 Hình 2.15. Sự phát triển theo thời gian của dòng khí phụ quanh chùm tia phun từ vòi phun xoáy lốc áp suất 26 Hình 2.16. Ảnh hưởng của áp suất môi trường lên kết cấu chùm phun 27 HVTH: Phạm Phúc Phát xi MSHV: 11085246009
13. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI Hình.2.17. Ảnh hưởng của áp suất môi trường và áp suất phun lên cấu trúc chùm phun. 27 Hình 2.18. Sự thay đổi kết cấu tia phun theo áp suất phun 28 Hình 2.19. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường lên kết cấu tia phun. 29 Hình 2.20. Ảnh hưởng của tốc độ khí lên quá trình phân rả của chùm phun 30 Hình 2.21. Hiện tượng tương tác với thành chắn của chùm phun hình chóp đặc 31 Hình 2.22. Vùng không khí quanh một chùm phun chóp đặc khi tương tác với thành chắn. 31 Hình 2.23. Các dạng tương tác giữa nhiên liệu với thành chắn. 32 Hình 2.24. Thời gian phát triển của chùm phun khi bị va chạm, 32 Hình 2.25. Ảnh hưởng của áp suất phun, áp suất buồng cháy và nhiệt độ thành chắn đến quá trình va đập của tia phun lên thành 34 Hình 2.26. Phát triển chùm tia phun nhiên liệu diesel 35 Hình 2.27. Buồng cháy dự bị 36 Hình 2.28. Buồng cháy xoáy lốc 37 Hình 2.29. Tốc độ xoáy lốc thay đổi theo kết cấu và vị trí của cửa buồng cháy 38 Hình 2.30. Quá trình vận chuyển hỗn hợp cháy đến buồng cháy chính 39 Hình 2.31. Xoáy lốc trong buồng cháy chính 40 Hình 2.32. Kết cấu buồng cháy trước và sau cải tiến 41 Hình 2.33. Mô phỏng xoáy lốc của Helmholtz 42 Hình 2.34. Mô phỏng chuyển động của Three Vortex do Grobli thiết lập. 45 Hình 2.35. Chuyển động của 4 và 5 xoáy lốc. 46 Hình 2.36. Mô phỏng Xoáy lốc three vortex bằng phần mềm Ansys 46 Hình 2.37. Công thức cấu tạo của triglyceride. 48 Hình 2.38. So sánh đường kính SMD giữa diesel và biodiesel 54 Hình 3.1. Hình chiếu đứng động cơ D1703-E3B 59 Hình 3.2. Hình chiếu cạnh động cơ D1703-E3B 59 Hình 3.3. Kết cấu buồng cháy TVC. 60 Hình 3.4. Cửa buồng cháy Three Vortex. 61 HVTH: Phạm Phúc Phát xii MSHV: 11085246009
14. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI Hình 3.5. Kết cấu đỉnh piston. 62 Hình 3.6. Buồng cháy TVCS 63 Hình 3.7. Góc phun nhiên liệu trong buồng cháy 64 Hình 3.8. Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của khối lượng và nhiệt độ hạt nhiên liệu theo thời gian. 65 Hình 3.9. Xoáy lốc trong buồng cháy TVC 65 Hình 3.10. Xoáy lốc trong buồng cháy xoáy lốc 66 Hình 3.11. Xoáy lốc trong buồng cháy chính 66 Hình 3.12. Kết cấu đỉnh piston của động cơ TVCS 67 Hình 4.1. Buồng cháy được mô hình hóa bằng ANSYS FLUENT. 70 Hình 4.2. Máy bay được mô hình hóa bằng ANSYS FLUENT 71 Hình 4.3. Quy trình tổng quát giải quyết vấn đề 74 Hình 4.4. Kết cấu của buồng cháy TVC. 75 Hình 4.5. Mô hình sau khi thiết kế trong môi trường CATIA. 76 Hình 4.6. Quy trình phân tích sử dụng công cụ quản lý Project của ANSYS WorkBench 14.0 76 Hình 4.7. Quy trình thực hiện mô phỏng 77 Hình 4.8. Mô hình thu được từ máy Scan 3D 83 Hình 4.9. Kết cấu lưới của cửa buồng cháy 85 Hình 4.10. Lưới thể tích bên trong của buồng cháy TVC 85 Hình 4.11. Biểu đồ chất lượng lưới 86 Hình 4.12. Đồ thị Mass Fraction theo góc quay trục trục khuỷu 98 Hình 4.13. Độ xuyên thấu của nhiên liệu. 99 Hình 5.1. Kết cấu cách nhiệt của buồng cháy xoáy lốc 102 Hình 5.2. Sử dụng 4 cửa buồng cháy phụ đối xứng 103 Hình 5.3. Sử dụng 2 cửa buồng cháy phụ nghiêng 103 Hình 5.5. Kết cấu biên dạng đỉnh piston 104 Hình 5.6. Kết cấu phần lõm đỉnh piston 104 Hình 5.7. Bố trí kim phun trong buồng cháy 113 HVTH: Phạm Phúc Phát xiii MSHV: 11085246009
15. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI Hình 5.8. Đồ thị Mass Fraction theo góc quay và áp suất phun 118 Hình 5.9. Biểu đồ liên hệ giửa nhiệt độ với góc quay trục khuỷu trước điểm chết trên giữa các kết cấu 121 Hình 5.10. Độ xuyên thấu của nhiên liệu sau khi phun 122 Hình 5.11. Mô hình buồng cháy TVC tối ưu 124 HVTH: Phạm Phúc Phát xiv MSHV: 11085246009
16. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1. Nguồn động lực dùng trong nông nghiệp nông thôn 1 Bảng 1.2. Thống kê cơ giới hóa trong canh tác nông nghiệp 2 Bảng 1.3. Thống kê cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp 2 Bảng 1.4. Phương tiện vận tải (PTVT) ở khu vực nông thôn của các vùng 2 Bảng 1.5. Dãy công suất động cơ và cỡ lực kéo ở móc máy kéo 3 Bảng 2.1. Sự chuyển dịch hệ số Weber trong các trường hợp phân rã 20 Bảng 2.2. Tính chất lý hóa cơ bản của các Biodiesel 52 Bảng 2.3. So sánh độ cặn và trị số cetan của các loại Biodiesel 52 Bảng 2.4. Lượng khí thải dầu biodiesel (BDF) so với dầu Diesel (DO) 53 Bảng 3.1. Thông số kỹ thuâṭ đôṇ g cơ diesel thử nghiêṃ 57 Bảng 4.1. Thành phần và tỉ lệ trong nhiên liệu biodiesel từ mỡ cá basa 73 Bảng 4.2. Tính chất của nhiên liệu thử nghiệm (B30). 74 Bảng 4.3. Phân bố nhiệt độ buồng cháy theo góc quay trục khuỷu 92 Bảng 4.4. Trường vận tốc không khí trong buồng cháy theo góc quay trục khuỷu . 93 Bảng 4.5. Trường vận tốc và quỹ đạo chuyển động của các hạt nhiên liệu 95 Bảng 4.6. So sánh tỉ số mass fraction phân bố trong buồng cháy xoáy lốc. 96 Bảng 5.1. Thông số cấu trúc cần phân tích. 105 Bảng 5.2. Mô hình các cấu trúc được phân tích. 107 Bảng 5.3. Thông số thiết lập cho phân tích Fluent trong trường hợp áp suất phun nhiên liệu bằng 150 Bar 110 Bảng 5.4. Thông số thiết lập cho phân tích Fluent trong trường hợp áp suất phun nhiên liệu bằng 180 Bar. 111 Bảng 5.5. Thông số thiết lập cho phân tích Fluent trong trường hợp áp suất phun nhiên liệu bằng 150 Bar. 111 Bảng 5.5. So sánh vận tốc và quỷ đạo chuyển động của không khí. 112 Bảng 5.5. So sánh vận tốc và quỷ đạo chuyển động của các hạt nhiên liệu 114 HVTH: Phạm Phúc Phát xv MSHV: 11085246009
17. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI Bảng 5.6. So sánh phổ mass fraction giữa các cấu trúc 116 Bảng 5.7. So sánh nhiệt độ không khí trong buồng cháy 119 HVTH: Phạm Phúc Phát xvi MSHV: 11085246009
18. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM PHÚC PHÁT NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NẠP VÀ TẠO HỖN HỢP ĐỘNG CƠ 3 XYLANH DIESEL PHUN GIÁN TIẾP CÓ BUỒNG CHÁY THREE VORTEX COMBUSTION (TVC), SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIO-DIESEL. (THAM KHẢO ĐỘNG CƠ 3 XYLANH KUBOTA D1703-M-E3B) NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM XUÂN MAI Tp. Hồ Chí Minh, 2013
19. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Tính cấp thiết của đề tài: 1.1.1. Nhu cầu động cơ đốt trong ở nông thôn Việt Nam Viêṭ Nam là nền kinh tế lớn thứ 6 ở Đông Nam Á và lớn thứ 59 trên thế giới trong các nền kinh tế thành viên của Quỹ Tiền tê ̣Quốc tế xét t heo quy mô tổng sản phẩm nôị điạ danh nghiã năm 2009 và đứng thứ 128 xét theo tổng sản phẩm nội địa danh nghiã bình quân đầu người . Trong đó khu vực sản xuất nông nghiệp chiếm 20,29% GDP. Rõ ràng ngành nông nghiệp là một trong nhữ ng ngành kinh tế mũi nhọn và quan trọng cho nền kinh tế Việt Nam . Do đó, việc cơ giới hóa nông nghiêp̣ mà ặđ c biệt là trang bị nguồn máy động lực cần thiết cho sản xuất là một đòi hỏi cấp thiết. Sau một thời gian đẩy mạnh hoạt động cơ giới hóa nông nghiệp, nhìn chung Việt Nam đã đạt được một số thành quả nhất định trong việc nâng cao cả về số lượng và chất lượng máy móc trong sản xuất. Theo thống kê của tổng cục Thống kê tính đến năm 2011 thì số lượng máy móc phục vụ cho quá trình cơ giới hóa trong nông nghiệp đã và đang tăng lên đáng kể so với năm 2007(bảng 1): [1] Bảng 1.1. Nguồn động lực dùng trong nông nghiệp nông thôn Máy kéo, Máy kéo, Máy kéo, Động cơ, PTVT vận PTVT vận Năm máy cày máy cày máy cày máy phát chuyển trên chuyển trên lớn 35 HP trung nhỏ dưới điện đường bộ đưởng thủy 12-35HP 12HP 2011 Số lượng 32700 207112 275131 776261 202664 153790 (cái) 2007 Số lượng 24380 105180 266098 600000 70289 95.735 (cái) Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011. Trong đó mức độ cơ giới hóa trong từng khu vực kinh tế nông thôn được thống kê như sau :  Cơ giới hóa trong nông nghiệp : HVTH: Phạm Phúc Phát 1 MSHV: 11085246009
20. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI Các khâu công tác trong khu vưc nông nghiệp đặc biệt là trong ngành trồng lúa nước ở cả 3 vùng đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Lông và các tỉnh Đông Nam Bộ ngày càng được cơ giới hóa và trang bị các máy móc phục vụ cho nhu cầu của các khâu công tác ở từng thời kỳ như : làm đất, gieo cấy và thu hoạch. Bảng 1.2. Thống kê cơ giới hóa trong canh tác nông nghiệp. [1] Năm Máy kéo, Máy kéo, Máy kéo, Động cơ, PTVT vận Canh tác trên đất chuyển trồng cây nông 2011 máy cày Máy cày trung máy cày nhỏ máy phát trên nghiệp dưới 12HP điện lớn 35 HP 12-35HP đường bộ Số 15311 206035 272791 531277 58002 2926174 lượng (cái) Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011  Cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp. Cơ giới hóa tập trung vào lĩnh vực canh tác, trồng mới (làm đất, tạo bầu cây giống ). Trong khai thác rừng trồng, mặc dù sản lượng không lớn, nhưng về cơ bản được tiến hành bằng máy như các khâu: chặt cây, bốc xếp, vận chuyển . Áp dụng dây chuyền sơ chế tại cửa rừng nhằm nâng cao tỉ lệ thu hồi gỗ và giảm giá thành trong khâu vân chuyển. Bảng 1.3. Thống kê cơ giới hóa trong ngành lâm nghiệp. [1] Năm Máy kéo, Máy kéo, Máy kéo, Động cơ, PTVT Lò máy Máy Canh tác vận sấy sản bơm trên đất 2011 máy cày máy cày máy cày máy phát chuyển phẩm nước trồng cây trung điện lớn 35 nhỏ dưới trên lâm sản dùng cho lâm HP 12-35HP đường bộ sản xuất nghiệp 12HP lâm sản Số 75 212 693 1927 1250 172 2728 2134 lượng (cái) Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2011  Cơ giới hóa khâu vận tải nông thôn. Cơ giới hóa khâu vận tải nông thôn đã phát triển cả về số lượng và chất lượng. Ngoài việc nâng cấp, xây dựng đường nông thôn, các thành phần kinh tế đã đầu tư trang bị phương tiện vận tải (trên bộ, trên sông rạch). Cả nước đã đầu tư 248767 HVTH: Phạm Phúc Phát 2 MSHV: 11085246009
21. Luận văn tốt nghiệp GVHD:PGS-TS. PHẠM XUÂN MAI chiếc phương tiện vận tải (PTVT) trên đường bộ và 202470 chiếc xuồng, thuyền trên sông rạch (Bảng 4) [1]. Bảng 1.4. Phƣơng tiện vận tải (PTVT) ở khu vực nông thôn của các vùng TT Cả nước Số lượng PTVT trên đường bộ (chiếc) 248767 1 Bình quân cho 100 hộ (chiếc) 0.6 Số lượng PTVT trên đường thủy (chiếc) 202470 2 Bình quân cho 100 hộ (chiếc) 1.6 Nguồn tổng cục Thống kê, 2011. Tùy điều kiện từng vùng chọn công suất động cơ, cỡ lưc̣ kéo theo daỹ cỡ sau : Bảng 1.5. Dãy công suất động cơ và cỡ lực kéo ở móc máy kéo [2] Cỡ công suất máy kéo thứ I thường dùng đôṇ g cơ môṭ xy lanh (xăng hoăc̣ diesel nhưng phần lớn là diesel ) và là kiểu máy kéo 2 bánh. Cỡ thứ II từ 14 đến 19 kW thường là đôṇ g cơ 2 hoăc̣ 3 xy lanh lắp trên máy kéo 4 bánh làm công việc vạn năng. Cỡ thứ III có công suất trên 36 kW với lưc̣ kéo trên 1,4 tấn dùng nhiều trong nông nghiêp̣ và đươc̣ ưa chuôṇ g ở đồng ruôṇ g môṭ số vùng của Viêṭ Nam. [2] 1.1.2. Nhu cầu động cơ 3 xy lanh. Trước nhu cầu rất lớn của động cơ đốt trong, ta thấy được rằng động cơ Diesel có công suất nhỏ mà phổ biến nhất là động cơ 3 xy lanh đang và sẽ được sử dụng rất rộng rãi tại các vùng nông thôn. Đây chính là nguồn động lực được ưa chuộng trong công cuộc cơ giới hoá nông thôn nước ta hiện nay. Để phát triển nhanh nền kinh tế nông nghiệp, viêc tăng tỉ lệ cơ giới hoá là một trong những nhiệm vụ quan trọng. Và để tăng tỉ lệ cơ giới hoá thì việc sử dụng động cơ đốt trong 3 xy lanh cũng chiếm một phần rất lớn. Đồng thời cũng qua quá trình khảo sát thị trường trực tiếp ở các khu vực: HVTH: Phạm Phúc Phát 3 MSHV: 11085246009