ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BÙI VĂN HÙNG
TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ
GÓC ĐÁNH LỬA SỚM ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CÔNG
TÁC CỦA ĐỘNG CƠ BIOGAS-HYDROGEN
Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số : 9520116
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng, 2023
Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Hướng dẫn khoa học : 1. GS. TSKH. Bùi Văn Ga
2. PGS. TS. Bùi Thị Minh Tú
Phản biện 1: ............................................................
Phản biện 2: ............................................................
Phản biện 3: ............................................................
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đơn vị chuyên môn tại Trường
Đại học Bách Khoa, vào lúc: ...... giờ……….
Ngày…… tháng……năm ……
Có thể tìm luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Học liệu và Truyền thông, ĐHBK-
ĐHĐN
1
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Biogas thô chứa chủ yếu methane (CH4) và tạp chất carbon
dioxide (CO2) nên nhiệt trị của nó thấp hơn khí thiên nhiên. Mặc dù
CO2 có trong khí biogas làm giảm phát thải ô nhiễm, nhưng tạp chất
này lại có xu hướng làm tăng thời gian cháy trễ và giảm tốc độ lan
truyền màng lửa nên sẽ làm giảm hiệu suất nhiệt động cơ [18]. Làm
giàu biogas bằng hydrogen (H2) là giải pháp hữu hiệu để giải quyết
vấn đề này. Tuy nhiên, H2 có thể gây ra các kết quả không mong muốn
như tăng lượng phát thải NOx vì nhiệt độ cháy cao và giảm hiệu suất
nhiệt do tổn thất nhiệt. Việc pha trộn một tỉ lệ vừa phải H2 vào biogas,
sẽ cải thiện được tính năng của động cơ đồng thời không làm tăng phát
thải các chất ô nhiễm.
Trên thị trường hiện nay có sẵn phần lớn các bộ phận để lắp ráp
hệ thống năng lượng tái tạo hybrid, trừ động cơ đốt trong kéo máy phát
điện phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Động cơ đốt trong được thiết
kế để làm việc với một loại nhiên liệu cho trước và trong điều kiện vận
hành xác định. Trong hệ thống năng lượng tái tạo hybrid, thành phần
nhiên liệu thay đổi thường xuyên theo nguyên liệu đầu vào và nguồn
hydrogen do điện mặt trời cung cấp. Mặt khác, chế độ tải của động cơ
cũng thay đổi thường xuyên để cung cấp tải bù cho hệ thống. Do đó,
động cơ phải được điều chỉnh một cách linh hoạt các thông số vận
hành, đặc biệt là góc đánh lửa sớm và hệ số tương đương của hỗn hợp.
Động cơ tĩnh tại truyền thống khó có thể đáp ứng được yêu cầu này.
Luận án tập trung xử lý hai vấn đề chính của động cơ trong hệ
thống năng lượng tái tạo hybrid, đó là điều khiển quá trình cung cấp
nhiên liệu để điều chỉnh hệ số tương đương và điều chỉnh góc đánh
2
lửa sớm tối ưu để đảm bảo cho động cơ hoạt động hiệu quả với nhiên
liệu biogas-hydrogen với thành phần thay đổi trong phạm vi rộng.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Cải tạo động cơ tĩnh tại cung cấp xăng bằng bộ chế hòa khí
thành động cơ tĩnh tại phun nhiên liệu và điều chỉnh góc đánh lửa sớm
tự động theo thành phần nhiên liệu và chế độ vận hành trong hệ thống
năng lượng tái tạo hybrid sinh khối-năng lượng mặt trời.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Cải tạo động cơ tĩnh tại truyền thống
cung cấp xăng bằng bộ chế hòa khí thành động cơ tĩnh tại điều khiển
điện tử quá trình phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm theo thành phần
nhiên liệu và chế độ vận hành trong hệ thống năng lượng tái tạo hybrid
sinh khối-năng lượng mặt trời.
Phạm vi nghiên cứu:
- Cải tạo động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí truyền thống thành động
cơ tĩnh tại điều khiển điện tử có tốc độ thay đổi trong phạm vi hẹp
tương ứng với điều kiện làm việc của động cơ tĩnh tại.
- Đánh giá bằng thực nghiệm tính năng kỹ thuật và mức độ phát thải
ô nhiễm của động cơ ở một số điểm xác định trên đường đặc tính
điều tốc với thành phần nhiên liệu xác định.
- Mô phỏng được thực hiện ở nhiều chế độ công tác và nhiều thành
phần nhiên liệu để mở rộng kết quả nghiên cứu.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm.
• Phần lý thuyết: tập trung nghiên cứu cơ sở quá trình cháy rối
của hỗn hợp nhiên liệu khí, cơ sở hình thành các chất ô nhiễm,
3
tập trung phân tích ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp nhiên
liệu biogas-hydrogen đến tính năng công tác và mức độ phát
thải ô nhiêm của động cơ.
• Phần mô phỏng: Sử dụng phần mềm ANSYS FLUENT để mô
phỏng quá trình cung cấp nhiên liệu và quá trình cháy của động
cơ chạy bằng hỗn hơp nhiên liệu biogas-hydrogen. Về quá trình
cung cấp nhiên liệu tập trung phân tích ảnh hưởng của kỹ thuật
cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen hòa trộn trước (blend) và
cung cấp nhiên liệu biogas/hydrogen riêng rẽ (dual). Về quá
trình cháy, tập trung mô phỏng ảnh hưởng của thành phần hỗn
hợp và góc đánh lửa sớm đến tính năng kỹ thuật và mức độ phát
thải ô nhiễm của động cơ.
• Phần thực nghiệm: Thực hiện việc cải tạo động cơ tĩnh tại chạy
xăng, cung cấp nhiên liệu bằng bộ chế hòa khí thành động cơ
phun nhiên liệu khí và đánh lửa điều khiển điện tử, cụ thể xây
dựng giản đồ cung cấp nhiên liệu biogas-hydrogen trên đường
đặc tính điều tốc và thiết kế mạch điều khiển điện tử để thực
hiện việc cung cấp nhiên liệu và điều chỉnh góc đánh lửa sớm
tối ưu theo chế độ công tác của động cơ. Tiến hành đo đạc thực
nghiệm công suất và mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ ở
một số chế độ công tác và thành phần nhiên liệu xác định để
đánh giá kết quả mô phỏng
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học: Động cơ tĩnh tại truyền thống thường được
thiết kế để sử dụng một loại nhiên liệu xác định, do đó chúng không
phù hợp khi vận hành trong điều kiện nhiên liệu thay đổi. Việc nghiên
cứu điều chỉnh linh hoạt quá trình cung cấp nhiên liệu và góc đánh lửa