Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số phun hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel – Dầu dừa đến các chỉ tiêu kinh tế và môi trường của động cơ diesel cao tốc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 
______________________________________ 
MAI ĐỨC NGHĨA 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ PHUN 
HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU DIESEL – DẦU DỪA ĐẾN CÁC 
CHỈ TIÊU KINH TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ 
DIESEL CAO TỐC 
 Ngành đào tạo: Kỹ thuật cơ khí động lực 
 Mã số: 62520116 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ 
KHÁNH HÒA – 2017 
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Nha Trang 
Người hướng dẫn khoa học: 
PGS.TS Phạm Hùng Thắng 
Phản biện 1: 
PGS.TS Nguyễn Lê Duy Khải 
Phản biện 2: 
PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 
Phản biện 3: 
PGS.TS Phan Văn Quân 
1 
MỞ ĐẦU 
1. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 
 Việt Nam là quốc gia nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, có tiềm năng lớn 
trong việc phát triển nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học. Các nguồn 
nguyên liệu chủ yếu tại thời điểm này để sản xuất là mỡ cá basa, dầu Jatropha, dầu 
dừa. Trong đó, dầu dừa được xem là một trong những nguồn nguyên liệu tốt nhất do 
điều kiện tự nhiên và xã hội ở Việt Nam thích hợp và thuận lợi cho phát triển cây dừa. 
 Mở rộng phạm vi sử dụng hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa làm nhiên liệu cho các 
động cơ diesel, không chỉ có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường mà còn giảm thiểu 
sự phụ thuộc nguồn nhiên liệu truyền thống không tái sinh. 
 Tuy nhiên, một số tính chất lý hóa của hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa như: Độ 
nhớt, trị số cetan, khối lượng riêng và khả năng bay hơi không như nhiên liệu diesel 
nên khi sử dụng cho động cơ sẽ không đạt được hiệu quả cao nếu giữ nguyên các 
thông số phun như nhiên liệu diesel (DO). 
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 
 Nghiên cứu xác định thông số phun hợp lý của hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp 
động cơ diesel cao tốc khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa nhằm nâng 
cao chỉ tiêu kinh tế và môi trường. 
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 
3.1. Đối tượng nghiên cứu 
 Thông số phun hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa và các chỉ tiêu kinh tế, 
môi trường của động cơ diesel cao tốc có buồng cháy dạng ω. 
3.2. Phạm vi nghiên cứu 
 Về lý thuyết: 
 - Nghiên cứu quy luật thay đổi: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích, ge (g/kW.h) của 
động cơ diesel cao tốc theo góc phun sớm (φinj) và áp suất phun (pinj) khi sử dụng hỗn 
hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa B15 (15% dầu dừa và 85% dầu diesel - B15) để 
đánh giá chỉ tiêu kinh tế; 
2 
 - Nghiên cứu quy luật thay đổi: Phát thải bồ hóng, phát hải NOx của động cơ 
diesel cao tốc theo φinj và pinj khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu B15 để đánh giá chỉ tiêu 
môi trường. 
Về thực nghiệm: 
 Nghiên cứu thực nghiệm xác định góc phun sớm và áp suất phun hỗn hợp nhiên 
liệu B15 theo chỉ tiêu kinh tế (ge) và chỉ tiêu môi trường (bồ hóng, NOx) trên động cơ 
diesel cao tốc 4CHE Yanmar. 
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
 - Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của thông số phun nhiên liệu đến các chỉ tiêu 
kinh tế và môi trường của động cơ diesel khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu B15; 
 - Nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của thông số phun hỗn hợp nhiên liệu B15 
đến các chỉ tiêu kinh tế và môi trường của động cơ diesel bằng lý thuyết tính toán động 
lực học lưu chất CFD (Computational Fluid Dynamics - CFD); 
 - Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số phun (φinj, pinj) của hỗn hợp nhiên 
liệu B15 theo chỉ tiêu kinh tế và môi trường trên động cơ diesel cao tốc; 
 - Xây dựng công thức điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp động cơ 
diesel cao tốc khi chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu B15. 
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
 Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm 
kiểm chứng. 
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 
6.1. Ý nghĩa khoa học 
 Đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của thông số phun nhiên liệu đến góc nón 
tia phun, độ xuyên sâu tia phun, chiều dài phân rã, thời gian phân rã tia phun, quá trình 
hình thành hỗn hợp cháy, cháy và hình thành phát thải của động cơ diesel khi sử dụng 
hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa. Ứng dụng lý thuyết CFD và biến đổi các mô 
hình cháy, mô hình truyền nhiệt theo thông số phun phục vụ mô phỏng quá trình cháy 
hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa. Những kết quả này là cơ sở khoa học trong 
việc nghiên cứu năng lượng thay thế cho động cơ diesel. 
3 
6.2. Tính thực tiễn của đề tài 
 Các kết quả nghiên cứu đạt được của đề tài sẽ là cơ sở cho việc tối ưu điều khiển 
và vận hành hợp lý, nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường cho 
động cơ diesel khi chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu thực vật, 
trong đó có hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel – dầu dừa. 
7. KẾT CẤU LUẬN ÁN 
 Luận án được kết cấu gồm 4 chương và phần kết luận, khuyến nghị: 
 Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu; 
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về ảnh hưởng của thông số phun hỗn hợp dầu diesel 
dầu dừa đến các chỉ tiêu kinh tế và môi trường của động cơ diesel; 
 Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất phun và góc phun sớm hỗn hợp 
dầu diesel - dầu dừa đến các chỉ tiêu kinh tế và môi trường của động cơ diesel bằng lý 
thuyết CFD; 
 Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm; 
 Kết luận và khuyến nghị. 
8. HẠN CHẾ CỦA LUẬN ÁN 
 Luận án chưa nghiên cứu ảnh hưởng của quy luật cung cấp nhiên liệu đến các chỉ 
tiêu kinh tế và môi trường của động cơ diesel khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu dầu 
diesel - dầu dừa. 
4 
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 
1.1. Xu hướng phát triển và giải pháp nâng cao chỉ tiêu kinh tế, môi trường của 
động cơ diesel 
 Động cơ diesel hay còn gọi động cơ tự cháy CI (Compression Ignition) có ưu 
điểm vượt trội hơn so với động cơ xăng về tính kinh tế nhiên liệu, đạt 45% về hiệu 
suất chuyển đổi nhiệt năng sang công cơ học, trong khi động cơ xăng chỉ đạt khoảng 
30%. Tuy nhiên, còn một số tồn tại ở động cơ diesel mà chủ yếu là độ ồn, khí thải có 
nhiều chất độc hại. 
 Nhiều hãng sản xuất động cơ như: Yanmar, Cummins, Mitsubishi, Deutz, 
Isuzu,... đã áp dụng kỹ thuật hiện đại trong việc chế tạo động cơ để cải thiện những 
hạn chế trên, cụ thể: Phun nhiên liệu điện tử (Common Rail), sử dụng hồi lưu khí xả 
(EGR), lọc bồ hóng. Do đó, động cơ diesel ngày càng được sử dụng nhiều trong lĩnh 
vực giao thông vận tải và một số lĩnh vực khác phục vụ kinh tế xã hội. 
 Sự kết hợp giữa nhiên liệu mới và tổ chức tốt quá trình phun là hướng nghiên 
cứu ít tốn kém, nâng cao chỉ tiêu kinh tế và môi trường cho động cơ diesel. Bảng 1.1 
trình bày một số giải pháp nhằm giảm ô nhiễm và nâng cao hiệu suất động cơ diesel. 
Bảng 1.2 trình bày một số biện pháp tối ưu hóa quá trình cháy động cơ diesel dựa trên 
cơ sở của các giải pháp đặt ra. 
Bảng 1.1. Giải pháp giảm ô nhiễm và nâng cao hiệu suất động cơ diesel 
Giải pháp Thực hiện 
Xử lí bên trong động cơ. 
- Cải thiện quá trình nạp của động cơ; 
- Cải thiện quá trình phun nhiên liệu; 
- Cải thiện hình dáng buồng đốt. 
Xử lí bên ngoài động cơ. 
- Sử dụng bộ lọc xúc tác (Catalyst); 
- Sử dụng bộ lọc bồ hóng. 
Thay đổi thành phần nhiên liệu 
(nhiên liệu thay thế). 
- Giảm nồng độ lưu huỳnh có trong nhiên liệu dầu diesel; 
- Thêm phụ gia vào nhiên liệu; 
- Sử dụng nhiên liệu sinh học. 
5 
Bảng 1.2. Các biện pháp tối ưu hóa quá trình cháy động cơ diesel 
Biện pháp NOx HC/CO Bồ hóng 
Suất tiêu hao 
nhiên liệu 
Độ ồn 
Điều chỉnh góc phun sớm - + + + - 
Hồi lưu khí thải (EGR) - + + + - 
Hồi lưu khí thải có làm mát - + - - 0 
Tăng áp (Super charging) + - - - 0 
Làm mát khí nạp (Intercooling) - + - - 0 
Phun mồi (Pilot injection) 0 - + 0 - 
Phun thêm (Post injection) - 0 - + 0 
Điều chỉnh áp suất phun + - - - 0 
Giảm tỷ số nén - + - 0 + 
Ghi chú: giảm (-), tăng (+), không thay đổi (0). 
1.2. Nhiên liệu sinh học dùng cho động cơ diesel 
Nhiên liệu sinh học dùng cho động cơ diesel cho đến thời điểm này vẫn là 
Biodiessel, dầu thực vật nguyên gốc SVO (Straight Vegetable Oil - SVO). Dầu thực 
vật (dầu dừa) không cần tổng hợp thành Biodiesel mà pha trực tiếp vào dầu diesel 
thông qua một bộ tạo hỗn hợp. Hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa được gia nhiệt 
đến 800C để giảm độ nhớt về gần với nhiên liệu DO, nhiệt độ này là một trong những 
nguyên nhân khiến chiều dài tia phun hỗn hợp B15 ngắn hơn so với DO. 
Khi pha trộn dầu dừa nguyên gốc vào dầu diesel ở tỷ lệ thấp, mức chênh lệch về 
các giá trị nhiệt động không đáng kể so với dầu diesel, khi tăng tỷ lệ trên 10% có sự 
thay đổi lớn về thông số nhiệt động. Từ những phân tích trên, luận án nhận thấy một số 
yếu tố chính của hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa như: 
 - Độ nhớt và sức căng bề mặt; 
 - Nhiệt độ và khối lượng riêng của nhiên liệu. 
 Những yếu tố trên có ảnh hưởng đến cấu trúc tia phun gồm độ xuyên sâu tia phun 
(S), chiều dài phân rã (lb), góc nón tia phun (θs), đường kính hạt nhiên liệu (D0). 
Kết luận chương 1: 
 Nội dung chương 1 của luận án đã đề cập đến xu hướng phát triển và những giải 
pháp giúp nâng cao chỉ tiêu kinh tế và môi trường cho động cơ diesel. Phân tích, đánh 
giá kết quả đạt được của các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế về sử dụng 
nhiên liệu sinh học cho động cơ, xem xét sự khác biệt về tính chất lý hóa của dầu dừa, 
hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa so với dầu diesel. 
6 
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ PHUN 
HỖN HỢP DẦU DIESEL - DẦU DỪA ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ 
VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 
2.1. Ảnh hưởng của thông số phun hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel – dầu dừa đến 
chỉ tiêu kinh tế của động cơ diesel 
2.1.1. Quá trình phun và sự hình thành tia phun nhiên liệu 
Quá trình phun nhiên liệu giúp nhiên liệu hoà trộn với không khí và tăng diện 
tích bề mặt, tăng tốc độ bay hơi và cháy. Đặc biệt đối với động cơ phun trực tiếp, quá 
trình phun là biện pháp hiệu quả nhất để kiểm soát quá trình cháy. Trong đó, động 
năng tia phun là nguồn tạo xoáy lốc chính, khống chế việc hoà trộn không khí – nhiên 
liệu và tốc độ lan truyền ngọn lửa hoà trộn trước, ảnh hưởng lớn đến quá trình bắt 
cháy, toả nhiệt và hình thành khí thải, do đó ảnh hưởng đến độ ồn, tiêu hao nhiên liệu 
và phát thải của động cơ. 
Trên Hình 2.1 thể hiện các trạng thái tia phun nhiên liệu, nhiên liệu sau khi ra 
khỏi lỗ phun được chia thành nhiều vùng khác nhau, trong mỗi vùng các hạt nhiên liệu 
đều có những biến đổi khác nhau và tập trung thành chùm tia nhiên liệu. 
Hình 2.1. Các trạng thái hình thành tia phun nhiên liệu lỏng 
(1): Vùng lõi tia phun chưa phân rã. 
(2): Vùng dòng lưu chất bắt đầu phân rã (phân rã sơ cấp) λ <1. 
(3): Vùng thể hiện pha lỏng >> khí (λ <1). 
(4): Vùng thể hiện pha lỏng ~ khí (λ = 1). Pha lỏng còn chiếm phần đáng kể trong 
tổng khối lượng, có sự chuyển đổi động năng từ hạt nhiên liệu vào pha khí gây 
ảnh hưởng đến các hạt khác. 
(5): Vùng pha lỏng 1). Pha lỏng chiếm phần không đáng kể so với pha khí. 
7 
2.1.2. Cấu trúc tia phun nhiên liệu 
 Mô tả tia phun nhiên liệu được đặc trưng bởi các thông số vật lý như Hình 2.2. 
Hình 2.2. Cấu trúc và sự phân rã tia phun nhiên liệu 
2.1.2.1. Chiều dài phân rã tia phun lb 
Chiều dài lb là một đặc tính quan trọng để xác định khả năng hòa trộn khi phun 
nhiên liệu vào trong buồng cháy: 
l
0,05 0,50,13
gh h l
b h
h h l g
r ll 7d 1 0, 4
D d v
 (2.1) 
 Trong đó, lh: chiều dài lỗ phun; Dh: đường kính khoang phun, dh: đường kính lỗ 
phun; 1/2l d inj c lv C (2(p p ) / ) : vận tốc phun; pinj: áp suất phun; pc: áp suất nén. 
2.1.2.2. Độ xuyên sâu tia phun S 
Độ xuyên sâu tia phun S theo góc quay trục khuỷu và thông số phun được thể 
hiện qua công thức 2.2: 
h l
inj
u
d .v 1S( ) .
6n2.a
 (2.2) 
Trong đó, n: tốc độ động cơ; φ: góc quay trục khuỷu; φinj: góc phun sớm nhiên 
liệu; au: hệ số của dòng xoáy trong tia phun; Cd: hệ số giãn dòng vòi phun. 
2.1.2.3. Góc nón tia phun θs 
Góc nón tia phun là góc hình thành bởi hai đường biên hình học tia phun từ 
miệng lỗ phun. Góc nón thường có độ lớn từ 5 ÷ 300, tăng góc nón chỉ đạt một giá trị 
8 
nhất định, khi vượt ngưỡng sẽ làm giảm độ xuyên sâu tia phun và có thể gây hóa hơi 
ngay miệng lỗ phun: 
0,252
h g inj c
s 2
g
d (p p
0,05
  
 (2.3) 
Xét sự biến thiên của tia phun nhiên liệu hỗn hợp khi phun vào buồng cháy (Hình 
2.3), giả thiết sự phân bố mật độ hạt nhiên liệu trong tia phun là như nhau ở các 
hướng, sự thay đổi thể tích Vt biến thiên theo độ góc quay trục khuỷu theo phương 
trình 2.4: 
Hình 2.3. Mô hình biến thiên thể tích tia nhiên liệu trong buồng cháy động cơ 
l
l
inj2(p p )cd .C .dV h d 1t i. . . . injd 6n2.au
1
0,252d . .(p p )g ch inj 2 2(p p )(ctg0,05 1) cinj2 d .C .g h d
. .
1 2 2.au
0,252d . .(p p )g ch inj 3(ctg0,05 1)2
g
  
  
 (2.4) 
Trong đó, i: số lỗ vòi phun; dVt/dφ: biến thiên của tổng thể tích theo góc quay 
trục khủyu [m3/độ]; vs(φ): vận tốc phun [m/độ]; θs: góc nón tia phun [độ]; φ: góc quay 
trục khuỷu [độ]. 
 Phương trình 2.4 cho thấy áp suất phun và góc phun sớm nhiên liệu gần như 
quyết định thể tích tia phun. 
9 
2.1.2.4. Đường kính trung bình của hạt nhiên liệu trong tia phun 
Đại lượng đặc trưng cho kích thước hạt nhiên liệu và do đó quyết định sự phân rã 
tia phun là đường kính SMD (Sauter Mean Diameter - SMD): 
l l
0,37 0,47
0,25 0,32 l lSMD 0,38d (Re ) Weh g g
 
 
 (2.5) 
2.1.3. Quá trình phân rã tia phun hình thành hỗn hợp cháy 
 Trong quá trình phân rã, hiện tượng bay hơi hạt nhiên liệu xảy ra do không khí 
nóng bị kéo vào tia phun, nung nóng các hạt nhiên liệu ngay sau khi bị phân rã. Thông 
số cơ bản để tính toán quá trình bay hơi của hạt nhiên liệu, đó chính là thông số thời 
gian tồn tại của các hạt này: 
2
d
e
v,s v ,
h v
v,s
D
X X
6 S ln 1
1 X
 
 
 (2.6) 
 Trong đó, md: khối lượng hạt nhiên liệu; d: khối lượng riêng của hạt nhiên liệu; 
D: đường kính hạt nhiên liệu; D0: đường kính ban đầu của hạt nhiên liệu;  : hệ số 
khuếch tán khối lượng; Xv,s: hệ số khối lượng của hơi nhiên liệu tại bề mặt hạt; Xv, : 
hệ số khối lượng của hơi nhiên liệu ở vị trí xa hạt; Sc: số Schmidt của không khí; v: 
khối lượng riêng hơi nhiên liệu. 
2.1.4. Quá trình cháy hỗn hợp nhiên liệu trong động cơ diesel 
Xét sự biến thiên của các chất như: O2, N2, CO2, CO, H2, H20 trong quá trình 
cháy theo thời gian được J.Abraham tính toán ở cả nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. 
Trong đó, tốc độ biến đổi khối lượng riêng phần theo thời gian của một chất m trong 
buồng cháy do các biến đổi hóa học từ chất này sang chất khác được xác định như sau: 
   
CO H O CO H N2 2 2 2
*
m m m
( )/(1 ) 1 2
d inj c
inj
0.75 1.51 A
2
cyl
d
dt 1 e 10 . .C .(P P )
0.632 2 .P .N
EA Fuel O exp
RT
  
  
 (2.7) 
10 
Thông lượng nhiệt tại vách xy lanh thể hiện qua phương trình 2.8: 
 p cyl cyl w
w
inj c1/4
d
l
c T ln T T
q
3(p p )
y.C .C .
2.1ln 2.513

 
 (2.8) 
Trong các phương trình trên, Tcyl: nhiệt độ khối khí trong xy lanh; Tw: nhiệt độ 
vách xy lanh; y: khoảng cách đến vách xy lanh; μ: độ nhớt phân tử; cp: nhiệt dung 
riêng đẳng áp; cμ: hằng số; y+: đại lượng không thứ nguyên; uτ: thứ nguyên của bình 
phương vận tốc; Δθ: thời gian phun; E ... nh này, 
quá trình ôxy hóa bồ hóng phụ thuộc lớn vào nồng độ bồ hóng (cs), động năng rối của 
ngọn lửa: 
inj
i s 2
d inj c
.P .6.n1r A.C . .
3 .C .(P P )

  
 (2.10) 
Nếu thời gian cháy kéo dài ở nhiệt độ cao và tốc độ truyền nhiệt thấp sẽ ảnh 
hưởng đến sự hình thành NOx: 
cycle
EOC i n
d h dur t x inj c
i 1SOC
x 0.5
cyl l
C .A .t .i V.NO . 2(P P )
NO
V .
 
 (2.11) 
Trong đó, A: hằng số; ri: tốc độ ôxy hoá bồ hóng; NOx cycle: hàm lượng NOx trung 
bình của chu trình sinh ra do nhiệt độ cháy (ppm); i: số lỗ tia phun; SOC: bắt đầu cháy 
11 
hỗn hợp; EOC: kết thúc quá trình cháy; tdur: thời gian cháy (s); 
ni
i 1
: tổng thể tích của n 
tia phun. 
2.3. Phương pháp xác định thông số phun hỗn hợp nhiên liệu theo chỉ tiêu kinh tế 
và môi trường 
Luận án đề xuất phương pháp xác định thông số phun theo chỉ tiêu kinh tế (ge) 
và môi trường (bồ hóng, NOx) dưới dạng quan hệ toán học như sau: 
ge = f(φinj-hh, pinj-hh) (2.12) 
Bồ hóng = f(φinj-hh, pinj-hh) (2.13) 
NOx = f(φinj-hh, pinj-hh) (2.14) 
Ở đây: φinj-hh và pinj-hh sẽ được xác định theo công thức 2.15 và 2.16. 
φinj-hh = φinj-do + (a÷b)0gqtk, áp dụng cho hệ thống phun cơ khí (2.15) 
 pinj-hh = pinj-do + (c÷d)%. pinj-do (2.16) 
 φinj-hh = φinj-do + (e÷f)0gqtk, áp dụng cho hệ thống phun điện tử (2.16) 
 pinj-hh = pinj-do + (k÷l)%. pinj-do (2.16) 
 Trong đó, pinj-hh: áp suất phun hỗn hợp nhiên liệu B15; φinj-hh: góc phun sớm hỗn 
hợp nhiên liệu B15; pinj-do: áp suất phun định mức của động cơ sử dụng nhiên liệu DO; 
φinj-do: góc phun sớm định mức của động cơ sử dụng nhiên liệu DO; các hệ số a, b, c, d, 
e, f, k, l được xác định phụ thuộc vào kết quả khi nghiên cứu các điểm khảo sát. 
Kết luận chương 2: 
Nội dung chương 2 đã phân tích, dẫn chứng khoa học, mô tả ảnh hưởng của 
thông số phun nhiên liệu đến các chỉ tiêu kinh tế và môi trường của động cơ diesel 
thông qua các quan hệ toán học. Đưa ra phương pháp xác định thông số điều chỉnh hệ 
thống phun nhiên liệu động cơ diesel khi chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu dầu 
diesel – dầu dừa (công thức 2.15 và 2.16). 
12 
Chương 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT PHUN VÀ GÓC 
PHUN SỚM HỖN HỢP DẦU DIESEL - DẦU DỪA ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH 
TẾ VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL BẰNG LÝ THUYẾT CFD 
 3.1. Lý thuyết CFD trong mô phỏng quá trình cháy 
Các bước cơ bản giải bài toán CFD có liên quan đến dòng nhiều pha và có phản 
ứng hóa học như mô phỏng quá trình cháy của động cơ khi sử dụng chương trình mã 
nguồn mở KIVA - 3V bao gồm: 
- Xây dựng mô hình hình học buồng cháy và rời rạc hóa mô hình hình học; 
- Xác định các phương trình vi phân chủ đạo, xác định các điều kiện cho mô 
hình, phân tích và chọn các mô hình tính toán, giải và xử lý kết quả. 
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng về động cơ phun nhiên liệu trực tiếp kiểu cơ khí 
4CHE Yanmar 
 Mô hình lưới mô phỏng được thể hiện trên Hình 3.1. 
Hình 3.1. Mô hình lưới buồng cháy động cơ 4CHE Yanmar 
3.3. Xây dựng mô hình mô phỏng về động cơ phun nhiên liệu điện tử AVL - 5402 
Mô hình lưới mô phỏng được thể hiện trên Hình 3.2. 
Hình 3.2. Mô hình lưới buồng cháy động cơ AVL - 5402 
 3.4. Kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng CFD 
3.4.1. Ảnh hưởng của áp suất phun và góc phun sớm đến cấu trúc tia phun hỗn 
hợp nhiên liệu B15 trong buồng cháy động cơ diesel 
Bảng 3.1 và Bảng 3.2 so sánh sự biến thiên tia phun nhiên liệu B15 với nhiên liệu 
DO. Trong đó cho thấy, cấu trúc tia nhiên liệu B15 chỉ đạt tương đương với DO khi 
tăng áp suất phun và góc phun sớm. 
13 
Bảng 3.1. So sánh độ xuyên sâu tia phun S của nhiên liệu DO và nhiên liệu B15 
trong buồng cháy động cơ 4CHE Yanmar 
Tia nhiên liệu 
DO, B15 ở 
thông số phun 
định mức của 
động cơ và tia 
B15 khi đã 
thay đổi thông 
số phun 
Thời gian sau khi phun 20 gqtk 
Độ xuyên sâu tia phun S, mm 8,3 9,1 9,7 
Tia nhiên liệu 
DO, B15 ở 
thông số phun 
định mức của 
động cơ và tia 
B15 khi đã 
thay đổi thông 
số phun 
Thời gian sau khi phun 30 gqtk 
Độ xuyên sâu tia phun S, mm 14,3 15,4 16,4 
Tia nhiên liệu 
DO, B15 ở 
thông số phun 
định mức của 
động cơ và tia 
B15 khi đã 
thay đổi thông 
số phun 
Thời gian sau khi phun 40 gqtk 
Độ xuyên sâu tia phun S, mm 19,2 21,1 22,3 
14 
Bảng 3.2. So sánh góc nón tia phun của nhiên liệu DO và nhiên liệu B15 
trong buồng cháy động cơ 4CHE Yanmar 
Tại vị trí 160 TĐCT Tại vị trí 140 TĐCT 
15 
3.4.2. Ảnh hưởng của áp suất phun và góc phun sớm nhiên liệu B15 đến chỉ tiêu 
kinh tế và môi trường của động cơ diesel phun nhiên liệu điện tử AVL - 5402 
Kết quả nghiên cứu mô phỏng khi thay đổi thông số phun động cơ AVL - 5402, 
sử dụng nhiên liệu B15 ở 80 % tải, n = 2.000 v/ph so với thông số phun định mức: 
φinj = 180 TĐCT, pinj = 800 bar (180. 800 bar) được trình bày trong Bảng 3.3. 
Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng suất tiêu hao nhiên liệu, phát thải bồ hóng và NOx 
của động cơ AVL - 5402 
 Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
800 900 950 1000 
Suất tiêu hao liệu ge (g/kW.h) của nhiên liệu B15 
theo thông số phun khác nhau 
18 261,3 248,6 251,7 242,5 
19 254,9 256,9 256,9 254,3 
20 270,5 272,0 269,1 260,2 
21 271,1 270,6 273,7 265,2 
 Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
800 900 950 1000 
Phát thải bồ hóng (10-5g) của nhiên liệu B15 
theo thông số phun khác nhau 
18 5,78 5,08 4,06 5,11 
19 4,89 4,02 3,94 3,70 
20 3,73 3,17 4,32 4,48 
21 3,95 4,61 3,84 5,87 
 Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
800 900 950 1000 
Phát thải NOx (10-4g) của nhiên liệu B15 
theo thông số phun khác nhau 
18 8,59 10,40 10,80 11,30 
19 9,64 10,90 11,30 11,90 
20 10,20 11,20 11,50 12,30 
21 10,40 11,40 11,60 12,31 
3.4.3. Ảnh hưởng của áp suất phun và góc phun sớm nhiên liệu B15 đến chỉ tiêu 
kinh tế và môi trường của động cơ diesel phun nhiên liệu cơ khí 4CHE Yanmar 
Kết quả nghiên cứu mô phỏng khi thay đổi thông số phun động cơ 4CHE 
Yanmar, sử dụng nhiên liệu B15 ở 80 % tải, n = 1.800 v/ph so với thông số phun định 
mức: φinj = 180 TĐCT, pinj = 205 bar (180. 205 bar) được trình bày trong Bảng 3.4. 
16 
Bảng 3.4. Kết quả mô phỏng suất tiêu hao nhiên liệu, phát thải bồ hóng và NOx 
của động cơ 4CHE Yanmar 
Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
205 215 225 235 
Suất tiêu hao liệu ge (g/kW.h) của nhiên liệu B15 
theo thông số phun khác nhau 
18 311,25 306,25 300,62 301,07 
19 306,87 308,92 296,42 298,75 
20 311,60 308,48 302,14 299,73 
21 314,64 303,25 314,91 322,85 
22 322,32 325,53 320,80 326,96 
23 326,53 329,82 306,25 337,85 
Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
205 215 225 235 
Phát thải bồ hóng (10-4g) của nhiên liệu B15 
theo thông số phun khác nhau 
18 6,08 4,75 4,53 4,74 
19 5,01 5,23 4,57 4,73 
20 4,81 5,12 4,84 4,85 
21 4,69 5,54 5,05 5,60 
22 4,83 6,00 6,96 5,95 
23 5,65 7,98 4,20 4,76 
Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
205 215 225 235 
Phát thải NOx (10-4g) của nhiên liệu B15 
theo thông số phun khác nhau 
18 3,47 3,70 3,84 3,85 
19 3,59 3,91 3,94 4,35 
20 3,82 3,93 4,37 4,60 
21 3,86 4,89 4,80 4,90 
22 4,59 5,65 6,15 6,55 
23 6,22 5,89 7,00 6,77 
Kết luận chương 3: 
 Nghiên cứu bằng lý thuyết CFD cho phép xác định được các giá trị về suất tiêu 
hao nhiên liệu, công suất, hàm lượng phát thải bồ hóng và NOx theo mức tải tương ứng 
với các thông số phun khác nhau, giảm được thời gian và chi phí. 
17 
Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 
Quá trình thực nghiệm được tiến hành tại Trung tâm thí nghiệm thực hành - 
Trường Đại học Nha Trang với sự trợ giúp về thiết bị, kỹ thuật và nhân lực của Trung 
tâm đăng kiểm xe cơ giới tỉnh Khánh Hòa. 
4.1. Bố trí thực nghiệm 
Toàn bộ quá trình thực nghiệm được thực hiện trên động cơ diesel cao tốc 4CHE 
Yanmar phun nhiên liệu cơ khí, kết nối phanh thủy lực Dynomite 13, bộ đo công suất, 
mô men, tốc độ, bộ hòa trộn và đo chi phí nhiên liệu và các thiết bị phân tích khí thải 
có kết nối máy tính lưu trữ dữ liệu đo. Sơ đồ bố trí thực nghiệm như trên Hình 4.1. 
Hình 4.1. Sơ đồ bố trí chung các thiết bị trong phòng thử nghiệm 
4.2. Quy hoạch thực nghiệm 
Nhiên liệu thực nghiệm gồm: 
- Dầu diesel thương phẩm – PETROLIMEX; 
- Hỗn hợp nhiên liệu dùng thực nghiệm có thể tích: 15% dầu dừa và 85% dầu 
diesel (B15), gia nhiệt khoảng 800C. 
Các thông số điều khiển động cơ trong quá trình thực nghiệm như sau: 
- Nhiệt độ nước làm mát: 800C; nhiệt độ dầu bôi trơn: 800C; 
- Nhiệt độ nhiên liệu B15 khi thực nghiệm: 800C. Góc phun sớm, áp suất phun 
nhiên liệu, tốc độ động cơ và tải thay đổi theo Bảng 4.1. 
4.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 
 Kết quả thực nghiệm trên động cơ 4CHE được trình bày trong Bảng 4.1. 
18 
Bảng 4.1. Kết quả thực nghiệm suất tiêu hao nhiên liệu, phát thải bồ hóng và NOx 
của động cơ 4CHE khi thay đổi thông số phun ở 80% tải, n = 1.800 v/ph 
Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
205 215 225 235 
Suất tiêu hao liệu ge (g/kW.h) của nhiên liệu B15 
theo thông số phun khác nhau 
18 328,03 300,00 288,39 316,42 
19 313,02 294,30 282,05 292,97 
20 300,22 292,00 286,64 284,39 
21 307,00 296,30 296,12 294,10 
22 314,28 312,50 309,82 303,57 
Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
205 215 225 235 
Phát thải bồ hóng (độ mờ khói xả N%) của của nhiên liệu 
B15 theo thông số phun khác nhau 
18 8,77 7,03 6,65 6,84 
19 7,27 6,69 6,42 6,39 
20 7,04 6,80 6,49 6,43 
21 6,84 7,20 6,78 7,10 
22 7,06 7,61 8,23 7,72 
Pinj (bar) 
φinj (0TĐCT) 
205 215 225 235 
Phát thải NOx (ppm) của nhiên liệu B15 
theo thông số phun khác nhau 
18 998 1082 1106 1115 
19 1001 1114 1162 1218 
20 1012 1168 1242 1309 
21 1115 1392 1416 1452 
22 1194 1468 1711 1768 
4.4. Đánh giá kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm 
 Đánh giá kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm nhằm xác định độ tin cậy của 
các mô hình toán áp dụng trong mô phỏng và hiệu chỉnh các điều kiện để mô hình mô 
phỏng phù hợp với thực tế. Trung bình sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm khoảng 
± 6%, kết quả mô phỏng là cơ sở cho việc định hướng thực nghiệm giảm thời gian và 
chi phí. 
Kết luận chương 4: 
 Chương 4 đã tổ chức thực nghiệm xác định góc phun sớm và áp suất phun hỗn 
hợp nhiên liệu B15 theo chỉ tiêu kinh tế (ge) và chỉ tiêu môi trường (bồ hóng, NOx) 
trên động cơ diesel cao tốc 4CHE Yanmar. 
19 
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 
KẾT LUẬN 
 Từ kết quả nghiên cứu đạt được bằng phương pháp mô phỏng và thực nghiệm, 
kết hợp với cơ sở lý thuyết được phân tích cụ thể dưới dạng các quan hệ toán học. 
Luận án đã xây dựng được công thức điều chỉnh góc phun sớm tăng (0 ÷ 2)0 gqtk và 
áp suất phun nhiên liệu tăng (10 ÷ 15)% so với khi sử dụng nhiên liệu diesel (công 
thức 4.1), giúp nâng cao các chỉ tiêu kinh tế và môi trường cho động cơ diesel khi sử 
dụng hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel – dầu dừa (B15). 
 φinj-hh = φinj-do + (0 ÷ 2)0 gqtk (4.1) 
 pinj-hh = pinj-do + (10 ÷ 15)%. pinj-do (4.1) 
 Trong đó, φinj-hh: góc phun sớm nhiên liệu B15; φinj-do: góc phun sớm nhiên liệu 
DO; Pinj-hh: áp suất phun nhiên liệu B15; Pinj-do: áp suất phun nhiên liệu DO. 
 Khi điều chỉnh thông số phun theo công thức 4.1 đối với động cơ diesel (4CHE 
Yanmar), phun nhiên liệu trực tiếp cơ khí, sử dụng hỗn hợp nhiên liệu B15, các chỉ 
tiêu kinh tế và môi trường của động cơ được nâng cao. 
KHUYẾN NGHỊ 
 (1) Áp dụng công thức 4.1, nghiên cứu đối với hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa có tỷ 
lệ pha trộn cao hơn 15% và nghiên cứu đối với các loại hỗn hợp dầu diesel - dầu thực 
vật khác có tính chất tương đương với hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa; 
(2) Đánh giá độ ổn định của vòi phun và hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel 
khi chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa; 
 (3) Nghiên cứu ảnh hưởng của quy luật cung cấp nhiên liệu đến quá trình hình 
thành hỗn hợp cháy, cháy và phát thải của động cơ diesel khi chuyển sang sử dụng hỗn 
hợp nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa. 
20 
TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 
Đề tài luận án: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số phun hỗn hợp nhiên liệu dầu 
diesel – dầu dừa đến các chỉ tiêu kinh tế và môi trường của động cơ 
diesel cao tốc. 
Ngành/Chuyên ngành: 
Mã số: 
Nghiên cứu sinh: 
Khóa: 
Người hướng dẫn: 
Cơ sở đào tạo: 
Nội dung: 
Kỹ thuật cơ khí động lực 
62520116 
Mai Đức Nghĩa 
2012 
PGS.TS. Phạm Hùng Thắng 
Trường Đại học Nha Trang 
(1) Đã tổng hợp các cơ sở lý thuyết và tổ chức thực nghiệm nhằm xác định ảnh 
hưởng của góc phun sớm và áp suất phun nhiên liệu tới các chỉ tiêu kinh tế, môi 
trường của động cơ diesel cao tốc; 
(2) Đã xây dựng được công thức điều chỉnh góc phun sớm tăng (0 ÷ 2)0 gqtk và áp 
suất phun nhiên liệu tăng (10 ÷ 15)% so với khi sử dụng nhiên liệu diesel (công thức 
4.1), giúp nâng cao các chỉ tiêu kinh tế và môi trường cho động cơ diesel khi sử dụng 
hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel – dầu dừa (B15). 
Người hướng dẫn 
(Ký và ghi rõ họ tên) 
PGS.TS Phạm Hùng Thắng 
Nghiên cứu sinh 
(Ký và ghi rõ họ tên) 
Mai Đức Nghĩa 
Thesis title: Research on effects of fuel injection parameters of diesel - coconut oil 
mixture on economical and environmental parameters of high speed 
diesel engine. 
Mayor: 
Major code: 
PhD Student: 
Supervisor: 
Education Institution: 
Key Findings: 
Mechanical Dynamics Engineering 
62520116 
Mai Duc Nghia 
Prof. Pham Hung Thang 
Nha Trang University 
 (1) Synthesized the theoretical foundations and held experiment to determines 
the effects of early fuel injection crank angle and injection pressure on economical, 
environmental parameters of high speed diesel engine; 
 (2) Built a formula for early fuel injection crank angle adjustment increasing 
(0 ÷ 2) degrees of crank angle and increasing fuel injection pressure (10 ÷ 15)% 
compared with using diesel fuel (formula 4.1), improves the economical and 
environmental parameters for diesel engine using diesel - coconut oil mixture (B15). 
 Phd Student 
Mai Duc Nghia 
 DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ 
1. Mai Đức Nghĩa, Nguyễn Ngọc Cảnh, Nguyễn Công Minh, Ảnh hưởng của cấu 
trúc chùm tia phun nhiên liệu sinh học đến quá trình hình thành hỗn hợp cháy 
trong động cơ diesel, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 10 - 2015. 
2. Mai Đức Nghĩa, Nguyễn Công Minh, Phạm Hùng Thắng, Đánh giá ảnh hưởng 
của thời điểm phun hỗn hợp dầu diesel – dầu thực vật đến đặc tính động cơ 
diesel phun nhiên liệu điện tử bằng lý thuyết CFD, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 
12 - 2015. 
3. Mai Đức Nghĩa, Đoàn Phước Thọ, Phạm Hùng Thắng, Nghiên cứu mô phỏng 
ảnh hưởng của thời điểm phun hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa đến chỉ tiêu kinh tế 
và môi trường của động cơ diesel 4CHE Yanmar phun nhiên liệu cơ khí, Tạp 
chí Cơ khí Việt Nam, số 2 - 2016. 
4. Mai Đức Nghĩa, Nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của áp suất phun hỗn hợp 
nhiên liệu dầu diesel - dầu dừa đến tiêu hao nhiên liệu và phát thải khí xả của 
động cơ diesel, Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc, Đại học Đà Nẵng 03 - 05/ 
8/2015. 
5. Mai Đức Nghĩa, Nguyễn Ngọc Cảnh, Lê Xuân Chí, Nghiên cứu thực nghiệm 
ảnh hưởng của góc phun sớm hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa đến tiêu hao nhiên 
liệu và phát thải khí xả của động cơ diesel 4CHE Yanmar, Tạp chí Khoa học - 
Công nghệ Thủy sản số 2 - 2016.