Mô hình hoá đa kích thước về việc hình thành sự cháy và chất ô nhiễm của động cơ do công suất ánh sáng công nghệ mới

Moâ hình hoaù ña kích thöôùc veà vieäc hình thaønh söï chaùy vaø chaát oâ nhieãm cuûa ñoäng cô do coâng suaát aùnh saùng coâng ngheä môùi. P. Berladini1 vaø C. Bertoli1 1 Istituto Motori CNR, Via G. Marconi 6-8, Naples-Italy Email: paola@motori.im.na.cnr.it-bertoli@motori.im.na.cnr.it Baûng toùm taét - Moät vaøi keát quaû trong caùc tôø baùo hieän nay - Moâ hình hoaù ña kích thöôùc veà vieäc hình thaønh söï chaùy vaø chaát oâ nhieãm cuûa ñoäng cô DO coâng suaát aùnh saùng coâng ngheä môùi ñaõ ñaït ñöôïc baèng vieäc söû duïng nhöõng duïng cuï soá hieän ñaïi CFD, ñaõ ñöôïc giôùi thieäu. Noùi moät caùch cuï theå, baét ñaàu töø ñaëc ñieåm thöïc nghieäm cuûa moät ñoäng cô DO ñöôøng ray phoå bieán DI, haèng soá theo kinh nghieäm cuûa nhöõng moâ hình caáp thaáp khaùc ñaõ ñöôïc ñieàu chænh ñeå ñaït ñöôïc nhöõng keát quaû thoaû ñaùng trong moät vaøi ñieàu kieän then choát. Nhöõng söï kieàm cheá chính cuûa nhöõng moâ hình baèng soá ñaït ñöôïc moät vieäc ñoùng caën thaúng cuûa vieäc döï baùo nhöõng chaát oâ nhieãm trong nhöõng tröôøng hôïp kieåm tra khaùc ñaõ ñöôïc phaân tích. Vieäc phaân tích baèng soá chöùng minh raèng nhöõng duïng cuï soá CDF, taïi giai ñoaïn phaùt trieån cuûa chuùng, coù theå giuùp ñôõ nhöõng ngöôøi thieát keá ñoäng cô ñeå vaïch roõ nhöõng chieán löôïc höùa heïn hôn ñeå ñaït ñöôïc söï kieåm soaùt hôi boác ra töø oáng boâ cuûa nhöõng ñoäng cô DO ñöôøng ray phoå bieán DI. Nhöõng töø khoaù: CFD, moâ hình hoaù ña kích thöôùc, söï chaùy, DO, ñöôøng ray phoå bieán. Giôùi thieäu: Heä thoáng chaùy baèng caùch phun tröïc tieáp, vì söï thuaän lôïi cuûa noù trong vieäc tieâu thuï nhieân lieäu, xuaát hieän nhö nhöõng chìa khoaù veà vieäc öùng duïng thaønh coâng cuûa nhöõng ñoäng cô DO trong thò tröôøng thaønh vieân xe hôi. Tuy nhieân, söï phaùt trieån xa hôn coù giôùi haïn vieäc bieán ñoåi coù keá hoaïch taïi thôøi ñieåm baét ñaàu theá kyû tieáp theo taïi chaâu AÂu, seõ ñaët ra nhöõng vaàn ñeà ñeán vôùi ñoäng cô DO phun nhieân lieäu tröïc tieáp (DDI), thöïc chaát thì vaät tröng baøy phaùt ra töông ñoái cao NOx. Vaán ñeà thöïc teá cuûa NOx laø phaùt ra coù giôùi haïn, ñöôïc laøm giaûm coøn 0,25 g/km theo quy ñònh naêm 2005 (giai ñoaïn IV cuûa chaâu AÂu), xuaát hieän nhö moät muïc tieâu gaây gaét ñeå ñaït tôùi nhöõng ñoäng cô loaïi naøy. Quy trình hoãn hôïp naøy khoáng cheá söï chaùy trong nhöõng ñoäng cô DI. Nhöõng ñoäng cô thaønh vieân xe hôi hieån nhieân veà phöông dieän hình hoïc thì nhoû hôn nhöõng ñoäng cô coù coâng suaát naëng. Ñieàu naøy daãn tôùi laøm giaûm ñoä daøi bôm phun töï do vaø caàn moät vaøi möùc xoaùy trong suoát quaù trình chaùy. Ñeå traùnh ra vieäc phaùt ra khoùi cacbon vao oxy thì tyû leä (C/O) phaûi laø thaáp nhaát. Ñieàu naøy ñoøi hoûi laøm taêng aùp söùc phun (ñaëc bieät trong ñieàu kieän nhaát thôøi) vaø moät khu vöïc giaûm bôùt söï phoùng ñieän cuûa voøi phun. Nhöõng nhu caàu naøy coù theå ñöôïc phuø hôïp baèng theá heä môùi cuûa heä thoáng phun döïc treân coâng ngheä ñöôøng ray phoå bieán. Hoaøn toaøn baèng ñieän ñieàu khieån vieäc quaûn lyù heä thoáng phun môû ra nhöõng con ñöôøng môùi ñeå ñieàu khieån khí NOx nhö ñieàu chænh vaän toác cuøa aùp suaát phun vaø troïng taïi phuï thuoäc hoaëc truï phun(DeNOx söï ñieàu chænh heä thoáng xöû lyù sau) [1,2]. Nhöõng duïng cuï soá CFD, taïi nhöõng giai ñoaïn phaùt trieån cuûa chuùng, coù theå giuùp nhöõng nhaø thieát keá ñoäng cô vaïch roõ chieán löôïc höùa heïn hôn ñeå ñaït ñöôïc söï kieåm soaùt hôi boác ra röø oáng boâ [3-5]. Hieäu suaát cuûa chuùng khoâng theå ñöôïc tính toaùn ñeán vieäc döï baùo tuyeät ñoái, nhöng ñoåi chieàu nhieàu moâ hình haèng soá khaùc cuûa moät ñoäng cô ñaõ cho vaø moät soá lieäu bò giôùi haïn bôûi nhöõng tröôûng hôïp lieåm tra, söï ñaùp laïi cuûa nhöõng moâ hình caáp thaáp cho pheùp söï ñoùng caën thaúng ñöùng cuûa nhöõng vieäc saép xeáp khaùc nhau cuûa heä thoáng chaùy. Moät vaøi keát quaû cuûa caùc tôø baùo hieän nay, ñaõ ñaït ñöôïc bôûi vieäc söû duïng moät duïng cuï soá hieän ñaïi CFD, ñöôïc giôùi thieäu. Noùi moät caùch cuï theå, baét ñaàu töø moâ taû thöïcn nghieäm cuûa nhöõng ñoäng cô ñöôøng ray phoå bieán, haèng soá kinh nghieäm cuûa nhöõng moâ hình caáp thaáp khaùc ñaõ ñöôïc ñaûo ngöôïc ñeå ñaït ñöôïc nhöõng keát quaû thoaû ñaùng trong moät vaøi ñiaàu kieän kieåm tra then choát. Nhöõng vaán ñeà chính, coù lieân quan vôùi söï thi haønh nhieàu moâ hình vaät lyù caáp thaáp khaùc nhau cuõng ñaõ ñöôïc thaûo luaän. 1 Moâ hình: 1.1 Söï thay ñoåi Kiva-3V: Trong coâng vieäc naøy thì söï moâ phoûng chaùy cuûa ñoäng cô DO ñöôïc bieåu dieãn baèng maõ Kiva-3V [6]. Ñeå moâ phoûng luoàng khoâng khí, moâ hình chuyeån ñoäng khoâng ñeàu cuûa k-ε RNG trong daïng nhaø Haùn vaø Reitz [7] ñaõ ñöôïc söû duïng. Quy trình phun ñöôïc tính toaùn ñeå söû duïng moâ hình lai gheùp ñöôïc phaùt trieån bôùi Beladini hay nhöõng ngöôøi khaùc [8] ñöôïc döïa treân caû Wave [9] thay ñoåi nhöõng moâ hình Tab [10]. Moâ hình bay hôi nhöõng gioït nhoû ñaõ ñöôïc caûi tieán ñeå thay theá nhöõng giaû thuyeát cuûa tính daãn luoàng khí nhieân lieäu noùng ñöôïc giaû ñònh nhö “voâ haïn” vaø nhieät ñoä beân trong nhöõng gioït nhoû khoâng thay ñoåi vaø baèng vôùi giaù trò nhieät ñoä beà maët cuûa noù [11]. Vieäc phaùt trieån cuûa moâ hình bugy ñöôïc döïa treân phöông phaùp Hiroyasu [12] baèng vieäc söû duïng söï töông quan Henderberg et Hase [13]. Söï hình thaønh NO ñöôïc laøm moâ hình vôùi thuyeát cô giôùi Zel’dovich trong hình theå naøy ñöôïc moâ taû bôùi Bowman [14]. Cuoái cuøng söï hình thaønh muoäi than vaø maùy moùc bò oxy hoaù ñöôïc keát noái vôùi moâ hình söï chaùy baèng saùu böôùc kyû thuaät ñöôïc ruùt goïn trong hình theå ñöôïc phaùt trieån bôûi Belardini hay nhöõng ngöôøi khaùc [15]. 1.2 Lieân keát söï chaùy-NOx vaø moâ hình muoäi than: Moâ hình muoäi than suy nghó ôû ñaây ñaõ ñöôïc ñeà nghò ñaàu tieân bôûi Leung hay nhöõng ngöôøi khaùc [16] vaø Fairweather hay nhöõng ngöôøi khaùc [17]. Trong moâ hình axetylen naøy ñöôïc giaû ñònh nhö chuû yeáu ñoàng tieàn kim loaïi nhieät phaân cho söï caáu taïo haït nhaân vaø nhöõng quy trình beà maët phaùt trieån. Belardini hya nhöõng ngöôøi khaùc [15] ñöôïc cung caáp duïng cuï moät kieåu thay ñoåi nhoû khoâng ñaùng keå cuûa moâ hình naøy trong tieâu chuaån ñoäng hoïc thoâng thöôøng cuûa maõ Kiva-II moâ phoûng n-heptan vaø nhöõng nguyeân lieäu chaùy hoaù trò boán. Trong caùc tôø baùo heän nay, thì söï tinh luyeän xa hôn nöõa cuûa nhöõng moâ hình ñaõ ñaït ñöôïc theâm nhöõng kyû thuaät lieân keát ñeå cung caáp nhöûng söï chaùy nhieät ñoä cao khoâng chæ vôùi vieäc phun nhieân lieäu maø coøn ñöôïc hình thaønh töø nhieân lieäu axeâtylen. Toaøn boä söï trình baøy chính xaùc cuûa moâ hình laø moät söï thoaû hieäp chính xaùc giöõa moät söï moâ taû moät caùch toaøn dieän cuûa quy trình taûi troïng muoäi than trong xylanh vaø chi phí tính toaùn cuûa keát quaû tính toaùn ñaày ñuû söï chaùy DO 3D. Boå sung nhöõng moâ hình ñöôïc söû duïng trong caùc tôø baùo hieän nay, noùi moät caùch ñôn giaûn, ñöôïc kieåm tra trong nhieàu ñieàu kieän khaùc nhau bôûi nhieàu taùc giaû trong nhöõng tôø baùo tröôùc ñaõ cho moät möùc ñoä ñaày ñuû cuûa söï ñaùng tin caäy trong vieäc giöõ gìn nhöõng thöïc nghieäm ñaõ tìm ra. Boä gheùp vôùi nhöõng kyû thuaät chaùy vaø moâ hình söï hình thaønh NO moâ taû moâ hình muoäi than trong hình theå coù thaät. Nhöõng ñaëc ñieåm chính cuûa moâ hình naøy thì ñöôïc tieáp sau ñaây; nhieân lieäu loûng ñöôïc phun; nhieân lieäu boác hôi vaø nhieân lieäu phaân taùn ñöôïc tính toaùn khi ñöôïc cung öùng bôûi maõ thoâng thöôøng Kiva-3V. Nhieân lieäu ñöôïc phun bò oxy hoaù taïi nhieät ñoä cao bôûi: (R1) CnHm + ( )124 222 OH mnCOOmn +↔⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + (1) Taïi tyû leä: )min( 1,1 diffpremix ωωω = (2) Trong ñoù vaän toác troän laãn vaø vaän toác khueách taùn laø: [ ] [ ]dcmnT E ipremix OHCeA i 21 =ω (3) [ ] [ ]⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= s OHCC mmidiff 21 ,min*κ εω (4) ÔÛ ñaây vaø trong phaàn tieáp theo nhöõng soá haïn trong ngoaëc vuoâng laø söï coâ caïn phaân töû trong mol/cm3; κ vaø ε laø nhöõng naêng löôïng ñoäng löïc hoïc thay ñoåi baát thöôøng vaø tyû leä hao moøn cuûa noù; s laø tyû leä hoaø khí lyù töôûng (ñoäng cô xaêng 14.7:1). Ai vaø Ei thì taùch bieät ra nhaân toá theo luaät soá muõ ñöùng tröôùc vaø nhieät ñoä kích hoaït cho söï chaùy sôùm, nhöõng giaù trò cuaû chuùng thì ñöôïc baùo caùo vôùi nhau sau ñoù vôùi söï ñieàu chænh haèng soá khaùc; Ci laø nhöõng nhaân toá caân xöùng cho nhieät ñoä khueách taùn. Ba böôùc sau ñaây moâ taû kyû thaät Zeldovich: (R2) O + N2 ' N + NO (5) (R3) O2 + N ' O + NO (6) (R4) N + OH ' H + NO (7) Bowman [14] taäp hôïp tyû leä nhöõng haèng soá ñaõ ñöôïc thoâng qua: f2ω = 7.6 * 1013 exp ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡− T 38000 (8) f2ω = 1.6 * 1013 (9) f4ω = 6.4 * 109 * exp ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡− T 3150 (10) f4ω = 1.5 * 109 * exp ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡− T 19500 (11) f5ω = 4.1 * 1013 (12) f4ω = 2.0 * 1014 * exp ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡− T 23650 (13) P. Belarbini vaø C. Bertoli moâ hình hoaù ña kích thöôùc veà vieäc hình thaønh söï chaùy vaø chaát oâ nhieãm cuûa ñoäng cô DO coâng suaát aùnh saùng coâng ngheä môùi. Xaûy ra cuøng moät luùc, hôi nhieân lieäu bò thay ñoåi thaønh axeâtylen baèng caùc böôùc phaûn öùng hoaù hoïc ñôn: (R5) CnHm  222 HC n + 22 Hm (14) Tyû leä phaûn öùng hoaù hoïc naøy laø: T EA 5 5 5 −=ω [ ]mnHC (15) Ba böôùc hình thaønh muoäi than vaø moâ hình oxy hoaù bieåu dieãn söï tính toaùn taûi troïng muoäi than cho moãi hoäp maùy ñieän toaùn söû duïng kyû thuaät: (R6) C2H2  2C + H2 söï caáu taïo haït nhaân (16) (R7) C2H2 + nC  (n+2)C + H2 söï phaùt trieån beà maët (17) (R8) C + 2 1 O2  CO oxy hoaù caùcbon (18) Tyû leä phaûn öùng trao ñoåi ñöôïc theå hieän sau ñaây: [ ]2266 HCeA T EEÂ− =ω (19) ( ) [ ] [ ]22316177 7 HCCNeA T E ρω − = (20) ( ) [ ] [ ]232312 1 88 8 OCNTeA T E ρω − = (21) Trong ñoù: Nρ laø maät soá (phaàn töû/cm3) T laø nhieät ñoä hoäp bình ñieän (K) MWc laø troïng löôïng phaân töû cacbon cρ = 1.8 (g/cm3) laø maät ñoä muoäi than K laø haèng soá Boltzmann Coøn hình daïng axetylen bò oxy hoaù taïi nhieät ñoä cao bôûi moät böôùc ñôn phaûn öùng hoaù hoïc lyù töôûng. (R9) C2H2 + 2 5 O2 ' 2CO2 + H2O (22) Ñöïôc moâ taû bôûi tyû leä: ' ( )999 ,min diffpremix ωωω = (23) Trong ñoù vaän toác hoaø troän vaø vaän toác khueách taùn laø: [ ] [ ]βαω 22299 9 OHCeA T E premix = (24) [ ] [ ]⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= s OHCCdiff 22299 ,min*κ ωω (25) Ñöôïc ñöa vaøo baûn mieâu taû keát tuûa trong nhöõng böôùc tieáp theo ñöôïc theâm vaøo cô cheá sau: (R10) nC  Cn keát tuûa (26) Taïi tyû leä: ( ) [ ]61611211010 CNTA ρω = (27) Trong ñoù: cc c KMWA ρπρ 6*6*9*2 6 1 10 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= (28) Moâ hình chaùy bao goàm moät bugy ñôn giaûn hoaù caûn trôû phöông phaùp tính toaùn. Nhieân lieäu nhieät ñoä cao vaø oxy hoaù khí axeâtylen baét ñaàu trong moãi hoäp tính toaùn khi ñaït ñöôïc ñuû ñieàu kieän: ∫ = igt d d 0 11 ττ (29) Cho bugy caûn trôû thôøi gian td söï töông quan bôûi Hamdenberg vaø Hase [13] ñöôïc söû duïng: ( )pd Sn 22.036.06 +=τ *exp ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − 63.0 4.12 1.21 17190 11 pRT EA (30) Trong ñoù: 0 laø thôøi gian taïi nôi maø bugy baét ñaàu; n laø vaän toác ñoäng cô rpm (tr/min); T laø nhieät ñoä hoäp (K); p laø aùp suaát hoäp (bar); Sp laø vaän toác trung bình cuûa pittoâng (m/s); Bugy laøm caûn trôû maùy moùc thì deã bò hö hoûng ñeán chæ soá xeâtan nhieân lieäu qua giôùi haïn söï hoaït hoaù naêng löôïng: [ ]molJ efCN EA / 618840 += (31) Vôùi ef chæ soá kinh nghieäm maø caàn moät söï ñieàu chænh, ñeå ñaït ñöôïc söï ñieàu chænh toát nhaát cuûa döõ lieäu thí nghieäm trong tröôøng hôïp soá laàn kieåm tra [18]. Heä soá cuûa kyû thaät ñoäng hoïc laø: A1 = 0.64*1011 E1 = 16300 A5 = 2.4*1011 E5 = 25000 A6 = 0.95*108 E6 = 21100 A7 = 0.24*108 E7 = 13100 A8 = 1.6*103 E8 = 23800 A9 = 8.5*109 E9 = 16300 YÙù nghóa thay ñoåi ñeán maõ goàm coù söï chaáp nhaän bieåu ñoà khaùc nhau ñeå giaûi quyeát heä thoáng cöùng xuaát phaùt töø kyû thuaät phaûn öùng ñoäng hoïc thoâng qua trong vieäc tính toaùn söï chaùy. Khi vaán ñeà cuûa thöïc teá trong kieåu nguyeân baûn cuûa maõ Kia-3V boä phaûn öùng hoaù hoïc thuoäc ñoäng löïc hoïc laø phöông trình giaûi quyeát lieân tuïc sau daáu baèng. Xeùt ñeán thöïc teá raèng giaù trò tyû leä phaûn öùng coù theå maïnh hôn khaùc nhau moät trong moãi caùi khaùc, moät moät maùy moùc mieãn laø ñeå ngaên caûn taïi nhöõng böôùc thôøi gian tính toaùn moät vaøi ñoàng tieàn kim loaïi coù theå bò truyeàn ñoäng aâm. Cho neân, söï löïa choïn moät daõy con soá ñaõ töøng giaûi quyeát nhöõng boä phöông trình coù aûnh höôûng ñeán vieäc tính toaùn giaù trò caäp nhaät cuûa maät doä tieán ñoàng, maø söï khaùc bieät trong vieäc phuï thuoäc chuoåi con soá ñaõ ñöôïc thoâng qua. Khi keát quaû cuûa moät vieäc thay ñoåi ñöôïc giôùi thieäu ñöôïc muïc ñích ñeå giaûi quyeát ñoàng thôøi nhöõng boä phöông trình ñoäng löïc hoïc: phöông phaùp söû duïng ñöôïc döïa treân thuaät toaùn Burlisch-Stoer, thuõ tuïc pheùp ngoaïi suy baùn aån ñeå nhöõng phöông trình vi phaân trong thôøi gian nhöõng böôùc thaáp hôn [18]. Cuoái cuøng saùu söï phoái hôïp phaûn öùng caân baèng, hieän taïi thì kieåu tieâu chuaån cuûa maõ ñöôïc giöõ laïi trong hieän taïi cuûa boä maùy tính. Söï phoái hôïp naøy bao goàm söï caân baèng gaz -nöôùc. 2 Ñoäng cô vaø nhöõng tröôøng hôïp kieåm tra: Phaàn hoïc naøy laø moät ñöôøng ray FIE phoå bieán ñöôïc trang bò ñoäng cô DDI ñaõ ñöôïc löïa choïn (baûng 1). Baûng 1 Nhöõng ñaëc ñieåm cuûa ñoäng cô Ñoäng cô Flat M 714 (1910 JTD) Ñöôøng kính xylanh ñoäng cô (mm) 82 Kyø (mm) 90.4 Tyû soá neùn 18/1 Toång dung tích xylanh (cm3) 1910 Coâng suaát ra cuûa ñoäng cô (kW) 77 taïi 4000 tr/phuùt Coâng suaát ra cuûa moâmen xoaén (Nm) 255 Nm taïi 2000 tr/phuùt Heä thoáng phun Ñöôøng ray phoå bieán Boä giaûi nhieät baèng tuoác bin taêng aùp Gaùc xeáp saùt maùi GT 15 coù caùnh EGN Ñöôïc ñieàu chænh baèng ñieän Ñoäng cô ñaõ ñöôïc trang bò baèng moät maùy bieán naêng aùp thaïch anh ñeå tìm ra aùp suaát chæ thò vaø vôùi moät caûm bieán ñieän trôû ñeå tìm ra aùp suaát phun taïi cöûa naïp nhieân lieäu phun ñieän töû (sau thanh ngang). Moät trong nhöõng loaïi kim phun ñöôïc cung caáp moät kim caûm bieán naâng epsilon cöïc nhoû. Moät maõ hoaù truïc vôùi söï phaân giaûi moät goùc cöïc lôùn vôùi möùc ñoä goùc quay tay 0.1 cho pheùp söï ñoàng boä cuûa nhöõng daáu hieäu khaùc nhau. Moät heä thoáng phaùt trieån Bosch ñaõ cho pheùp ñoïc vaø vieát caùc ECU töông taùc ñeå boá trí nhöõng ñieåm kieåm tra ñoäng cô. Naêm ñieåm ñoäng cô, taïi vaän toác thaáp vaø taûi troïng thaáp, ñöôïc giaû ñònh nhö ñaïi dieän cuûa caùch haønh ñoäng cuûa ñoäng cô trong ñoà thò keá hoaïch daãn ñoäng cuûa thuû tuïc kieåm tra taïi chaâu AÂu cho söï xeáp haïng söï phaùt ra khí thaûi. Ñaëc bieät hai thanh Bmep vaø 2000tr/phuùt aùp löïc thanh thay ñoåi, söï ñieàu chænh ñoäng cô, EGR vaø vieäc phunthí ñieåm ñaõ ñöôïc choïn (baûng 2). Coù lieân quan ñeán nhöõng vieäc ño löôøng chaát baån khí thaûi, khí thæa phaùt ra ñöôïc ño löôøng khí thaûi thoâ. Ñeå caûi tieán söï an toaøn cuûa nhöõng vieäc ño löôøng caùc haït vaø söï moâ taû tính caùch cuûa noù caû phöông phaùp laáy maãu khí thaûy thoâ vaø khí thaûi loaõng ñaõ ñöôïc chaáp nhaän. Nhöõng baøi kieåm tra so saùnh sô boä giöõa hai phöông phaùp laáy maãu ñaõ xaùc nhaän raèng nhöõng keát quaû trong nhöõng ñieàu khoaûn chaáp nhaän cuûa toång caùc haït, chaúng khaùc gì söï ño löôøng phaân soá (IOF) khoâng tan ñöôïc vaø Cl2CH4 hoaø tan ñöôïc (SOF), ñöôïc kieåm ñònh. Baûng 2 Tröôøng hôïp kieåm tra ñoäng cô veà nhöõng söï so saùnh vôùi nhöõng vieäc tính toaùn Kieåm tra #1 #2 #3 #4 #5 tr/phuùt 2000 2000 2000 2000 2000 Kl/chu trình 8.7mg 8.7mg 8.7mg 8.7mg 8.7mg Söùc eùp ñöôøng ray 350 thanh 550 thanh 800 thanh 520 thanh 520 thanh Baét ñaàu thôøi gian ñeán chính -10 tröôùc ñieåm cheát treân -8 tröôùc ñieåm cheát treân -7 tröôùc ñieåm cheát treân -2.5 tröôùc ñieåm cheát treân -2.5 tröôùc ñieåm cheát treân Baét ñaàu thôøi gian ñeán thí ñieåm (c.a.) - - - -27 tröôùc ñieåm cheát treân - EGR (%) 0 0 0 30 30 3 Keát quaû: 3.1 Phaùt ra söï chaùy: Nhöõng quaûng ñöôøng ñi coù tính toaùn ñaõ ñöôïc thi haønh, trong suoát kyø neùn baét ñaàu töø xupaùp naïp keát thuùc ñieåm cheát treân. Aùp suaát naïp, nhieät ñoä vaø phaân soá khoái löôïng hình daùng cuûa nhöõng ñieàu kieän kieåm tra soá khaùc nhau ñaõ ñöôïc tính toaùn bôûi nhöõng vieäc tính toaùn nhieät ñoä ñôn giaûn. Giaù trò tyû leä xoaùy cuûa 3.5, ñöôïc ñoù löôøng bôûi traïng thaùi beàn vöõng cuûa xung löïc phong keá hình baùnh xe, ñöôïc giaû ñònh nhö ñaïi dieän cho ñieàu kieän doøng chaûy trung giantaïi ñieåm baét ñaàu cuûa kyø neùn. Ñeå tính toaùn ñoäng cô ñoäng löïc hoïc thay ñoåi baát thöôøng ban ñaàu (TKEI) thì söï töông quan giöõa Abraham vaø Bracco ñaõ ñöôïc söû duïng. Tuy nhieân, noù coù theå ñöôïc chuù yù raèng, coùn giaù trò cuûa vieäc naøy hay bieán ñoåi giöõa ± 50%, vieäc döï baùo veà TKE taïi cuoái kyø neùn hoaøn toaùn ñuùng luùc. Vì theá khoâng chaéc trong vieäc choïn löïa giaù trò cuûa vieäc naøy thì ñaëc bieät khoâng ñaùng keå cho nhöõng vieäc tính toaùn phun vaø xòt. Trong hình 1 vaø 2 thì chæ ra aùp suaát tính toaùn thí ñöôïc so saùnh vôùi moät soá hoaù cho nhöõng tröôøng hôïp kieåm tra ñaõ ñöôïc löïa choïn. Söï chính xaùc cuûa vieäc tính toaùn döôøng nhö ñöôïc thoaû ñaùng. Noù coù theå ñöôïc chuù yù raèng vieäc ñaùnh giaù beân döôùi söï öôùc löôïng aùp söùc ñöôïc ño löôøng trong suoát kyø môû roäng. Ñaëc tröng cuûa taùc ñoäng naøy cuûa vieäc tính toaùn söï chaùy Kiva-3V, coù leû ñöôïc quy cho caû treân vieäc ñaùnh giaù nhieät ñoä laõng phí treân thaønh cuõng nhö ñeán söï moâ taû quaù ñôn giaûn cuûa söï chaùy vôùi khoái löôïng cuûa nhieân lieäu chaùy gaàn thaønh buoàng. HÌNH 1: Söï so saùnh giöõa aùp suaát chæ thò ñöôïc ño löôøng vaø ñöôïc tính toaùn: kieåm tra #1, #3: 2000 tr/phuùt, aùp suaát ñöôøng ray 350-800 thanh, vaø 8.7-mg/voøng, phun, khoái löôïng ngoaøi ñoäng cô EGR ñöôïc boá trí cho söï tieâu thuï nhieân lieäu nhoû nhaát. Hình 2 Söï so saùnh giöõa aùp suaát chæ thò ñöôïc ño löôøng vaø ñöôïc tính toaùn: kieåm tra #2,#4 vaø #5. 2000 tr/phuùt, 8.7 mg/voøng, phun, khoái löôïng, aùp suaát ñöôøng ray 550 thanh; kieåm tra #2 ñoäng cô EGR w/o ñöôïc boá trí cho söï tieâu thuï nhieân lieäu nhoû nhaát; kieåm tra #4 EGR 30% vaø phun thí ñieåm, ñoäng cô ñöôïc boá trí hai doøng khí NOx; kieåm tra #5 nhö kieåm tra #4 nhöng aùp suaát phun w/o. Taát caû nhöõng vieäc tính toaùn soá hoaù ñöôïc bieåu dieãn vôùi vieäc xoay cuøng moät luùc cuûa nhöõng moâ hình haèng soá khaùc nhau vôùi vieäc khoâng keå ñeán tröôøng hôïp kieåm tra #4. Khi ñoäng cô hoaït ñoäng vôùi phun thí ñieåm, xuaát hieän raát khaùc ñaït ñöôïc nhieàu keát quaû thoaû ñaùng ñoàng boä cuûa nhöõng moâ hình haèng soá ñöôïc chaáp nhaän baèng vieäc ñöôïc chaáp nhaän trong nhöõng tröôøng hôïp kieåm tra khaùc. Ñaëc bieát noù raát caàn thieát ñeå thay ñoåi ñaùng keå caû haèng soá ef trong phöông trình (31) vaø heä soá cuûa soá haïng ryû leä thöùc C1 cho söï chaùy khueách taùn trong phöông trình (4). Keát quaû naøy khoâng laøm ngaïc nhieân khi xem hình daùng cuûa tyû leä nhieät ñoä giaûi phoùng khi phun thí ñieåm hoaït ñoäng (hình 3). Söï chaáp nhaän cuûa moät goùc ñeàu giöõa söï phun chính vaø söï phun thí ñieåm > 100 c.a. (trong tröôøng hôïp cuûa chuùng >20 c.a.) saûn xuaát ra hai nhieät ñoä giaûi phoùng maøu naâu ñoû trong suoát chu kyø chaùy. Hieäu öùng chính cuûa phun aùp suaát , töø ñieåm nhìn thaáy cuûa söï phaùt trieån chaùy, laø söï saûn xuaát trong buoàng chaùy cuûa moät phaàn cuûa EGR beân trong ñöôïc ñònh vò gaàn voøi phun nhieân lieäu ñi vaøo. Trong suoát goùc bò chia caét giöõa söï phun chính vaø phun aùp suaát thì hình xoaùy phaân boá saûn phaåm chaùy trong buoàng chaùy. Roõ raøng nhöõng coâng vieäc töông quan trong thôøi gian töø luùc ngaét maïch ñaùnh löûa cho ñeán khi tia löûa xuaát hieän ôû bugy, trong tröôøng hôïp cuûa phun aùp suaát, naèm ngoaøi daõy aùp suaát vaø nhieät ñoä lyù töôûng thì ñaõ ñöôïc kieåm tra tröôùc vì vieäc ñieàu höôùng laïi ñöôïc caàn. Nhieàu vaán ñeà khaùc caàn ñöôïc giaûi thích nhöõng nhu caàu thay ñoåi söï boá trí cuûa nhaân toá caân xöùng C1 cho söï chaùy khueách taùn. Vì vaät lyù laøm caûn trôû trong vieäc kích thích heä thoáng thuyû ñieän ñieàu khieån nhöõng kim phun môû, khoaûng 250 µs caàn phaûi (3 c.a. taïi 2000 tr/phuùt) ñeå môû vaø ñoùng caùi kim. Vì vaän toác phun ban ñaàu khoâng theå ñöôïc tính toaùn deã daøng bôùi vieäc söû duïng moái quan heä doøng chaûy baèng söùc nöôùc vì moät phaàn kim môû. Ñieàu naøy khoâng chaéc chaén moät caùch thích ñaùng saûn xuaát ra moät söùc maïnh khoâng ñuùng treân moâ hình xòt phaân taùn nhaän ñöôïc töø söï phun thí ñieåm vaø taùc ñoäng cuûa vieäc naøy daãn ñeán moät vieäc boá trí khaùc nhau cuûa haáu heát haèng soá ñieàu khieån cuûa moâ hình chaùy. Noù phaûi ñöôïc chuù yù raèng, trong söï vaéng maët cuûa döõ lieäu thöïc nghieäm, noù ñaõ ñöôïc giaû thieát raèng moät vaän toác ban ñaàu cuûa vieäc phun thí ñieåm cuûa 60 m/s vaø khoái löôïng thí ñieåm cuûa 1 mg trong taát caû ñieàu kieän kieåm tra. Nhöõng vaán ñeà ñöôïc tuyeân boá töø tröôùc laø nhöõng moâ hình tieân ñoaùn coù giôùi haïn quan troïng nhaát. Tuy nhieân, söï chaáp nhaän hai boä haèng soá khaùc nhau cho söï phun chính vaø phun thí ñieåm trong cuøng thôøi gian vaän haønh, moät haønh vi coù theå chaáp nhaän ñöïôc cuûa hình daùng nhieät ñoä thoaùt ra ñöôïc tính toaùn coù theå ñöïôc ñaït ñöôïc (hình 3, ñöôøng nhieàu chaám). Moät soá cuûa söï vaän haønh ñöôïc bieåu dieãn goùc ñeàu hay thay ñoåi vaø khoái löôïng phun chính ñöôïc chöùng minh coù hieäu luïc cuûa pheùp tính gaàn ñuùng ñöôïc coâng nhaän. Hình 3 Nhieät ñoä phaân taùn roõ raøng ñöôïc ño löôøng vaø ñöôïc tính toaùn: kieåm tra #4 vôùi phun thí ñieåm. 3.2 Söï tieân ñoaùn chaát gaây oâ nhieãm: Nhieàu lyù do ñöôïc tranh luaän trong phaàn tröôùc thì söï ñaùnh giaù khoâng ñuùng möùc vieäc tính toaùn veà ñaùnh giaù taäp trung vaøo khí thaûi NOx. Söï ñieàu chænh vôùi khí thaûi ñaõ ñöôïc ñaït ñöôïc bôûi vieäc taêng leân nhieàu laàn khí NOx ñöôïc tính toaùn baèng moät nhaân toá β =6.5. Noù phaûi ñöôïc chuù yù raèng döõ lieäu NOx ñöôïc soá hoaù cuõng nhö thí nghieäm ñöôïc giaûm ñeå troïng löôïng cuûa phaân töû NO2 nhö ñöôïc quy ñònh bôûi vieäc ñieàu khieån taát caû khí thaûi thoaùt ra trong chaâu AÂu hay Myõ. Coù lieân quan ñeán vieäc tieân ñoaùn khí thaûi muoäi than, keát quaû soá hoaù ñaõ ñöôïc so saùnh ngay vôùi vieäc thí nghieäm mgoaøi baát kyø söï ñieàu höôùng naøo xa hôn. Trong baûng 3 nhöõng keát quaû tính toaùn ñöôïc baùo caùo trong söï so saùnh vôùi thí nghieäm. Baûng 3 Khí thaûi phaùt ra ñöôïc ño löôøng vaø ñöôïc tính toaùn T NOx ñöôïc tính toaùn ppm NOx ñöôïc ño löôøng ppm ∆ (%) Muoäi than ñöôïc tính toaùn g/kg Muoäi than ñöôïc ño löôøng g/kg ∆ (%) #1 350 360 -2.8 0.42 0.50 -1.6 #2 440 440 - 0.21 0.22 -4.5 #3 530 550 -3.6 0.10 .011 -9.1 #4 150 170 -11.8 1.0 0.87 14.9 #5 165 180 -8.3 0.40 0.36 11.1 Duø laø nhöõng keát quaû, trong thôøi haïn cuûa vieäc tieân ñoaùn khoái löôïng khí thaûi muoäi than ñöôïc tính toaùn, khaùc moät caùch ñaùng keå töø söï ño löôøng, tuy nhieân phaûi chuù yù raèng nhöõng xu höôùng naøy ñöôïc taùi saûn xuaát moät caùch ñaày ñuû baèng vieäc tính toaùn. Trong hình 4, nhö ví duï, taûi troïng muoäi than ñöôïc tính toaùn choáng ñoái vôùi goác ñoä tay quay, kieåm tra #2, #4 vaø #5, ñöôïc baùo caùo. Nhöõng baøi kieåm tra naøy thì taát caû ñöôïc tham khaûo ñeán moät aùp suaát ñöôïc ray cuûa 550 thanh. -Trong kieåm tra #2 (söï boá trí nhieân lieäu tieâu thuï toát nhaát) ñoäng cô hoaït ñoäng ngoaøi EGR vaø thôøi gian phun coù theå saûn xuaát söï chaùy baét ñaàu gaàn ñieåm cheát treân; -Trong kieåm tra #4 (ñoäng cô ñöôïc laïc quan cho doøng NOx vaø söï phaùt ra tieáng oàn) nhöõng söï phun thöïc nghieäm hoaït ñoäng cuõng nhö EGR taïi moät tyû leä 30% ñöôïc ño löôøng baèng phöông phaùp CO2; -Trong kieåm tra #5, ñöôïc bieåu dieãn trong cuøng nhöõng ñieàu kieän cuûa kieåm tra #4, phunthöïc nghieäm thì thieáu ñaõ bò thieáu töï nhieân. Bieåu ñoà cho moät söï giaûi thích roõ raøng cuûa moät vaøi tính chaát rieâng cuûa ñoäng cô ñöôøng ray phoå bieán. Ñaàu tieân maëc duø noù ñöôïc noãi tieáng raèng EGR vaø laøm chaäm thôøi gian thöïc taäp ñaõ coù nhöõng taùc ñoäng coù haïi ñeán chaát thaûi muoäi than, chaát thaûi muoäi than raât thaáp cuûa ñaõ ñaït ñöôïc vieäc söû duïng heä thoáng phun ñöôøng ray phoå bieán cho pheùp hoaït ñoäng trong nhöõng ñieàu kieän naøy ngoaøi nhöõng söï baát lôïi maïnh trong khí möoïi than. Treân nhöõng caùch khaùc thì söï chaáp nhaän phun thöïc nghieäm (tính baét buoäc ñöôïc caàn thieát ñeå laøm giaûm söï oàn khi chaùy) saûn xuaát moät söï gia taêng ñaùng chuù yù cuûa söï phaùt muoäi than cuoái cuøng. Taùc ñoäng coù theå ñöôïc quy cho cuïm hình thaønh muoäi than ban ñaàu, trong suoát quaù trình phun thöïc nghieäm maø khoâng theå bò oxi hoaù vaø coøn ñöïôc phaân phoái ñeå gia taêng söï phaùt muoäi than cuoái cuøng. Khi söï lo laéng veà söï phaùt ra khí NOx, trong giôùi haïn cuûa moâ hình ñaõ ñöïôc thaõo luaän tröôùc, coøn vieäc tính toaùn chöùng minh raèng nhöõng taùc ñoäng cuûa phun thöïc nghieäm khoâng aûnh höôûng söï phaùt ra naøy. Hình 4 Taûi troïng muoäi than trong tröôøng hôïp kieåm tra #2, #4, #5. Keát thuùc: Haønh ñoäng chaùy cuûa aùnh saùng baån cuûa ñoäng cô DO DI, ñöôïc trang bò vôùi heä thoáng phun ñöôøng ray phoå bieán, ñöôïc ñöôïc kieåm tra bôûi vieäc söû duïng moät kieåu ñöôïc caûi tieán cuûa Kiva-3V maõ CDF. Söï hoïc taäp naøy ñöôïc giôùi haïn baèng moät ñieåm roõ raøng cuûa baûng ñoà ñoäng cô, treân thöïc teá 2000 tr/phuùt vaø khoaûng 2 thanh BMEP. Trong ñieåm naøy moät vaøi boä ñoäng cô ñöôïc thay ñoåi bao goàm aùp suaát ñöôøng ray, thôøi gian phun, EGR vaø phun thöïc nghieäm. Söï so saùnh vôùi keát quaû thí nghieäm chöùng minh söï coù hieäu löïc cuûa maõ ñeå taøi saûn xuaát toát nhöõng phöông höôùng kinh nghieäm. Tuy nhieân, keát quaû khoâng theå ñöôïc coi nhö thoaõ maõn moät caùch ñaày ñuû. Moät vaán ñeà cuûa söï vieäc laø thieáu söï tieân ñoaùn veà söï phaùt ra khí NOx vaø phaùt trieån söï chaùy trong suoát kyø môû roäng ñieàu naøy thì hoaøn toaøn hieån nhieân. Theâm vaøo trong tröôøng hôïp naøy laø söï chaáp nhaän chaùy thöïc nghieäm, noù khoâng theå ñaït ñöôïc keát quaû thoaõ maõn vôùi cuøng söï boá trí moâ hình chaùy ñöôïc chaáp nhaän ñeá dieãn taû quy trình phun chính. Nhöõng döõ lieäu thí nghieäm chi tieát môùi treân söï phun vaø quy trình chay 1trong suoát phun thöïc nghieäm seõ cho pheùp moät coâng thöùc môùi veà moâ hình xòt vaø söï boå sung cuûa moät nhieät ñoä hoaù hoïc thaáp coù theå giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà naøy.