Nghiên cứu tính toán đường ống nạp cho động cơ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu tính toán, thiết kế đường ống nạp cho động cơ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất. Mục tiêu nghiên cứu là lựa chọn được kết cấu đường ống nạp, tính toán các thông số chính cho đường ống nạp động cơ BD178F.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính toán đường ống nạp cho động cơ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG NẠP CHO ĐỘNG CƠ CHÁY DO NÉN HỖN HỢP ĐỒNG NHẤT Đỗ Văn Trấn Bộ môn động cơ đốt trong, Khoa cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải Email: dotran@utc.edu.vn Tóm tắt Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu tính toán, thiết kế đường ống nạp cho động cơ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất. Mục tiêu nghiên cứu là lựa chọn được kết cấu đường ống nạp, tính toán các thông số chính cho đường ống nạp động cơ BD178F. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng đường ống nạp thỏa mãn được các yêu cầu cơ bản cho động cơ hoạt động theo mô hình cháy HCCI như: hệ số nạp của động cơ nằm trong giới hạn hoạt động của động cơ và vị trí lắp vòi phun đảm bảo tạo ra hỗn hợp nhiên liệu không khí tương đối đồng nhất. Từ khóa: HCCI, Đường ống nạp động cơ HCCI, Mô hình cháy tiên tiến THE RESEARCH CALCULATION OF INTAKE MANIFOLD FOR HOMOGENEOUS CHARGE COMPRESSION IGNITION ENGINE Abstract The paper presents calculation results, design of intake manifold for the Homogeneous Charge Compression Ignition engine (HCCI). The research objective is to select the structure of the intake manifold, calculation of main parameters for engine intake manifold engine BD178F. The research results show that the intake manifold satisfies the basic requirements for engine operating under the HCCI model as: The engine's volumetric efficiency is within the engine operating limits and nozzle mounting position ensures a relatively homogeneous fuel-air mixture. Keywords: HCCI, Intake HCCI engine, Advanced combustion model 5. ĐẶT VẤN ĐỀ Động cơ cháy do nén hỗn hợp đồng nhất có ưu điểm vượt trội so với động cơ truyền thống như: giảm phát thải NOx, phát thải dạng hạt, hiệu suất cháy cao hơn [1- 6]. Động cơ hoạt động theo nguyên lý này vẫn đang trong quá trình nghiên cứu thử nghiệm chưa được sản xuất đưa vào sử dụng. Nên cách tiếp cận nghiên cứu thử nghiệm cho loại động cơ này thông thường dựa trên các động cơ truyền thống và cải tiến các hệ thống để nó có thể hoạt động theo mô hình cháy mới này. Nguyên tắc làm việc của động cơ HCCI là phải tạo ra được hỗn hợp đồng nhất trong xylanh và hỗn -127- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải hợp tự cháy do quá trình nén lên nhiệt độ và áp suất đủ lớn. Khi chuyển đổi từ động cơ truyền thống sang hoạt động theo nguyên lý cháy HCCI, cần thiết phải cải tạo lại hệ thống cấp nhiên liệu và đường ống nạp cho phù hợp. Động cơ diesel sử dụng hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy, để chuyển đổi sang hoạt động theo nguyên lý HCCI hệ thống nhiên liệu được cải tiến phun trên đường nạp (mục tiêu là tạo được hỗn hợp đồng nhất trước khi đi vào xylanh). Khi thay đổi phương pháp cấp nhiên liệu cho động cơ từ phun trực tiếp vào xylanh sang phun nhiên liệu trên đường nạp cần phải tính toán lại đường ống nạp cho phù hợp để khắc phục các hiện tượng như nhiên liệu bám thành không bay hơi, vị trí lắp vòi phun, hướng tia phun nhiên liệu vào dòng khí nạp, khả năng hòa trộn đồng đều nhiên liệu và không khí, hệ số nạp của động cơ phải đảm bảo đủ lớn. Trong nội dung nghiên cứu này tác giả tập chung nghiên cứu tính toán và thiết kế lại đường ống nạp cho động cơ HCCI. 6. CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với sử dụng các phần mềm hỗ trợ cho quá trình thiết kế và tính toán. Đối tượng nghiên cứu là động cơ Kubota BD178F, đây là động cơ diesel một xylanh, không tăng áp, làm mát bằng không khí, động cơ này sử dụng 2 xupap (1 nạp, 1 thải), có buồng cháy thống nhất với thông số kỹ thuật cho ở bảng 1. Bảng 1. Thông số kỹ thuật động cơ BD178F 1 xilanh, 4 kỳ, sử dụng nhiên liệu Kiểu động cơ Diezel phun trực tiếp, làm mát bằng không khí. Mô men cực đại [Nm]/ Số vòng 13/2000 quay [vòng/phút] Công suất cực đại [kW]/ Số vòng 4,4/3600 quay [vòng/phút] Dung tích xylanh [cm3] 360 Mở sớm 16oTK trước ĐCT Xupap nạp Đóng muộn 46oTK sau ĐCD Mở sớm 53,5oTK trước ĐCD Xupap thải Đóng muộn 16,5oTK sau ĐCT Tỷ số nén 20 Đường kính xylanh [mm] 87 Hành trình piston [mm] 57 2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán đường ống nạp 2.2.1. Tính toán lựa chọn kết cấu đường ống nạp Đường ống nạp trên động cơ phải đảm bảo kết cấu đơn giản, tổn thất trên đường ống nhỏ, lắp trên động cơ dễ dàng. Dựa trên kết cấu thực tế của động cơ Kobuta -128- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải BD178F và các yêu cầu cơ bản của đường ống nạp động cơ, tác giả đã lựa chọn kích thước và kết cấu đường ống nạp như hình bên dưới. Kết cấu ống gồm 2 góc 135o nghiêng với mục đích tạo dòng khí nạp đi vào trong xylanh tạo ra dòng xoáy lốc để hòa trộn nhiên liệu. Để biết được kết cấu này có đảm bảo cho động cơ hoạt động được theo nguyên lý cháy HCCI hay không. Ta cần thiết phải tính toán xác định các thông số chính như: hệ số nạp, khả năng vận động rối của dòng khí, khả năng hình thành hỗn hợp đồng nhất trong xylanh. Hình 1. Kết cấu đường ống nạp được lựa chọn tính toán 2.2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán dòng chảy đường ...