Ảnh hưởng hồi lưu khí thải đến công suất và khí thải động cơ diesel Vikyno RV125-2

Bài viết trình bày nghiên cứu ảnh hưởng hồi lưu khí thải (EGR) đến công suất và khí thải trên động cơ diesel phun trực tiếp, buồng cháy thống nhất VIKYNO RV125-2 bằng phần mềm mô phỏng KIVA-3V.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng hồi lưu khí thải đến công suất và khí thải động cơ diesel Vikyno RV125-2SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015Ảnh hưởng hồi lưu khí thải đến côngsuất và khí thải động cơ diesel VikynoRV125-2Nguyễn Lê Duy Khải1Nguyễn Minh Trí21Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM2Công ty TNHH Robert Bosch Việt Nam(Bài nhận ngày 13 tháng 7 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 16 tháng 10 năm 2015)TÓM TẮTBài báo trình bày nghiên cứu ảnh hưởnghồi lưu khí thải (EGR) đến công suất và khíthải trên động cơ diesel phun trực tiếp,buồng cháy thống nhất VIKYNO RV125-2bằng phần mềm mô phỏng KIVA-3V. Trongnghiên cứu này, động cơ được khảo sát ởchế độ 80% tải, 2400 vòng/phút, với hồi lưukhí thải thay đổi từ 0% đến 40% . Kết quảnghiên cứu chỉ ra rằng, khi sử dụng 20%EGR công suất động cơ giảm 3,16%, trongkhi cả bồ hóng và NOx đều giảm, lần lượt là12,11% và 67,1% .Từ khóa: Hồi lưu khí thải, động cơ diesel RV125-2, mô phỏng, KIVA 3V1. ĐẶT VẤN ĐỀCông ty Trách nhiệm hữu hạn Động cơ vàMáy nông nghiệp Miền Nam là một trong nhữngcông ty trong nước đã sản xuất động cơ diesel cócông suất từ 10 mã lực đến 24 mã lực dùng chonông nghiệp, trong đó có động cơ VIKYNORV125-2. Tuy nhiên, động cơ vẫn cần phải cảithiện để đáp ứng được yêu cầu khí thải nhằm mụctiêu xuất khẩu. Một trong những giải pháp xử lý“bên trong động cơ” được biết đến từ lâu trên thếgiới là áp dụng hồi lưu khí thải (Exhaust GasRecirculation – EGR) nhằm giảm thiểu NOx, mộttrong những chất thải nguy hại chính của động cơdiesel .Trong bài báo này, các tác giả đã sử dụngphương pháp mô phỏng với phần mềm KIVA-3Vđể nghiên cứu ảnh hưởng của EGR đến công suấtvà khí thải động cơ Vikyno RV125-2, từ đó đềxuất nồng độ EGR phù hợp nhất.Trang 482. PHƯƠNG PHÁP SỐViệc nghiên cứu ảnh hưởng của EGR trênđộng cơ diesel Vikyno RV125-2 được thực hiệnbằng phần mềm mô phỏng CFD ba chiều KIVA3V, là chương trình mô phỏng mã nguồn mởđược phát triển bởi Phòng thí nghiệm Quốc giaLos Alamos (Hoa Kỳ) [1]. Đây là phần mềmchuyên dùng trong động cơ đốt trong, dựa trêncác phương trình bảo toàn và chuyển hóa vềnhiệt, khối lượng và mô men giữa các pha khítrong xy lanh để dự đoán dòng chảy phức tạp củahỗn hợp nhiên liệu không khí khi nạp vào buồngcháy. Dòng chảy rối được mô phỏng bằng môhình Re-Normalisation Group (RNG) k- cảitiến, được phát triển bởi Han và Reitz, 1995 [2].Mô hình xé tơi tia phun Wave Breakup được pháttriển bởi Liu et al. [3]. Mô hình cháy trễ Shell [4],mô hình cháy chính theo thời gian đặc trưng củaTAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 2015Abraham et al. [5] áp dụng cho quá trình cháy củanhiên liệu. Khí thải được tính toán dựa trên môhình Zeldovich cho quá trình hình thành NOx(Y.B.Zel’dovich, 1946, [6]) và mô hình bồ hóng8 bước của Foster (N.L.D.Khai; N.Sung, 2011,[7]) cho quá trình hình thành, ô xy hóa bồ hóng.Bảng 1 trình bày các thông số chính củađộng cơ VIKYNO RV125-2.Bảng 1. Thông số động cơ 1 xy lanh VykinoRV125-2Thông sốGiá trịNhiên liệuDieselSố xy lanh1Đường kính x Hànhtrình piston94 x 90 mmDung tích624 cm3Tỷ số nén18:1Số lượng xú páp1 nạp, 1thảiKiểu xy lanhƯớtHệ thống phối khíDOHCTừ thông số hình học của buồng cháy, môhình lưới mô phỏng được xây dựng với tổng cộng24037 ô tính toán (Hình 1). Thời gian trung bìnhhoàn tất một lần mô phỏng là khoảng hai giờ trênmáy vi tính trang bị vi xử lý Intel Core2 DuoE7400@2,8GHz. Dựa trên số liệu thực nghiệmtiến hành tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Độngcơ đốt trong, các thông số đầu vào của phần mềmđược hiệu chỉnh sao cho kết quả mô phỏng gầnđúng nhất với thực nghiệm. Hình 2 giới thiệuđường cong áp suất theo mô phỏng và thựcnghiệm ở chế độ 80% tải, 2400 vòng/phút, chothấy kết quả khá tốt. Sau đó, bộ thông số nàyđược giữ nguyên, tiến hành chạy mô phỏng ở tốcđộ 2400 vòng/phút và 80% tải với sự thay đổiEGR theo thể tích là 5%, 10%, 15%, 20%,25%, 30%, 35%, 40%.Thời điểm phối khíThời điểm xú páp nạpđóng45ođiểmdướiThời điểm xú páp xảmở50o trướcđiểm chếtdướisauchếtHình 1. Mô hình lưới buồng cháy Vykino RV125-2khi piston ở điểm chết trênKim phunKiểu kim phunBosch CP1Số lỗ tia x diện tích4x0,2867e-4cm2Khối lượng phun/gócquay0,0274g/15độTrang 49SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015Hình 2. Giá trị áp suất thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ 80% tải và tốc độ 2400 vòng/phút3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNGóc quay trục khuỷu (độ) Góc quay trục khuỷu (độ)Góc quay trục khuỷu (độ)Hình 3. Biến thiên áp suất và nhiệt độ theo góc quay trục khuỷu với tỉ lệ % EGR khác nhauKhi thay đổi nồng độ EGR từ 0% (không sửdụng EGR) đến nồng độ tối đa trong nghiên cứunày là 40%, áp suất và nhiệt độ trung bình trongbuồng cháy thay đổi đáng kể (Hình 3) theo hướngkhi nồng độ EGR tăng lên, áp suất và nhiệt độgiảm. Lý do chính là khi sử dụng EGR, sẽ có mộtTrang 50lượng CO2, H2O và các khí khác có ...