Nghiên cứu điều khiển van luân hồi egr cho hệ thống luân hồi áp suất thấp lắp trên động cơ diesel tăng áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ĐÌNH SƠN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN VAN LUÂN HỒI EGR CHO HỆ THỐNG LUÂN HỒI ÁP SUẤT THẤP LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HÀ NỘI – NĂM 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ĐÌNH SƠN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN VAN LUÂN HỒI EGR CHO HỆ THỐNG LUÂN HỒI ÁP SUẤT THẤP LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS KHỔNG VŨ QUẢNG HÀ NỘI – NĂM 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân Các kết quả, số liệu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Học viên thực Vũ Đình Sơn i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Khổng Vũ Quảng ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo, giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Bộ mơn Động Cơ đốt Trong, Phịng thí nghiệm ĐCĐT, Viện Cơ khí động lực, Viện Đào tạo sau đại học, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em thời gian làm luận văn Em xin bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy giáo phản biện Hội đồng chấm luận văn đọc, có ý kiến q báu để em hồn chỉnh luận văn cách tốt có định hƣớng nghiên cứu tƣơng lai Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám Hiệu Trƣờng Cao đẳng nghề LICOGI Tổng công ty xây dựng phát triển hạ tầng, Bộ xây dựng, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập Cuối lời cảm ơn tới đồng nghiệp, gia đình bạn bè ngƣời ln động viên khuyến khích em suốt thời gian học tập thực luận văn Học viên thực Vũ Đình Sơn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU .1 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Phát thải động diesel 1.1.1 Xu hƣớng khai thác sử dụng động diesel 1.1.2 Các thành phần phát thải động diesel 1.1.3 Tiêu chu n quy định phát thải phƣơng tiện sử dụng động diesel 10 1.2 Các giải pháp giảm phát thải động diesel 12 1.2.1 Giới thiệu chung 12 1.2.2 Các giải pháp giảm NOX cho động diesel 13 1.3 Phƣơng pháp luân hồi khí thải 18 1.3.1 Khái quát chung luân hồi khí thải động diesel .18 1.3.2 Luân hồi khí thải động diesel tăng áp 22 1.3.3 Hệ thống luân hồi áp suất cao 25 1.3.4 Hệ thống luân hồi áp suất thấp 26 Kết luận chƣơng .28 Chƣơng LỰA CHỌN GIẢI PHÁP GIẢM PHÁT THẢI NOX .29 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 29 2.2 Thực trạng phát thải động D1146TI 29 2.3 Lựa chọn giải pháp giảm phát thải cho động D1146TI 30 2.3.1 Các phƣơng pháp luân hồi khí thải 30 2.3.2 Các cụm chi tiết hệ thống luân hồi khí thải 32 2.4 Lựa chọn van EGR 34 2.4.1 Đ c điểm van EGR 34 2.4.2 Phân loại van EGR 34 Kết luận chƣơng .37 iii Ơ Chƣơng THIẾT KẾ HỆ THỐNG LUÂN HỒI KHÍ THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP 38 3.1 Cơ sở thiết kế hệ thống luân hồi khí thải 38 3.1.1 Quan điểm thiết kế 38 3.1.2 Phƣơng án thiết kế 38 3.2 Thiết kế hệ thống luân hồi khí thải cho động diesel D1146TI 39 3.2.1 Thiết kế ống venturi 39 3.2.2 Thiết kế ống làm mát khí luân hồi 43 3.2.3 Thiết kế điều khiển van EGR 48 3.3 Bố trí hệ thống luân hồi khí thải động D1146TI 57 Kết luận chƣơng .59 Chƣơng NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN VAN EGR TRONG HỆ THỐNG LUÂN HỒI ÁP SUẤT THẤP LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ D1146TI 60 4.1 Mục đích điều khiển van EGR .60 4.2 Nội dung thử nghiệm 60 4.3 Đối tƣợng thử nghiệm 60 4.4 Trang thiết bị thử nghiệm .61 4.4.1 Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm .61 4.5 Thực thử nghiệm đánh giá kết 68 4.5.1.Thực điều khiển van EGR mở theo tỷ lệ khác 68 4.5.2 Mức độ giảm phát thải NOX theo tỷ lệ luân hồi chế độ thử 69 4.5.3 Ảnh hƣởng luân hồi khí thải đến đ c tính kỹ thuật động 72 4.5.4 Mức độ giảm phát thải động sau lắp EGR 74 Kết luận chƣơng .80 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 81 Kết luận chung 81 Hƣớng phát triển 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 84 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải CO Mônôxit cácbon HC Hyđrô cácbon PM Phát thải hạt (Particulate Matter ) NOx Ơxít nitơ SOx Ơxít lƣu huỳnh DOC Bộ xúc tác ơxy hóa (Diesel Oxidation Catalyst ) EGR Hệ thống luân hồi khí thải (Exhaust Gas Recirculation ) DPF Bộ lọc phát thải hạt, dạng lọc kín (Diesel Particulate Filter) PM10 Phát thải hạt có kích thƣớc nhỏ 10 µm TSP Tổng lƣợng bụi lơ lửng khơng khí TCCP Tiêu chu n cho phép TCVN Tiêu chu n Việt Nam SCR Bộ xúc tác khử NOx (Selective Catalyst Reduction) CRT Bộ lọc tái sinh liên tục (Continuous Regeneration Trap) LNT Bộ xúc tác hấp thụ NOx (Lean NOx Trap) SCRT Hệ thống xử lý khí thải tổng hợp gồm CRT SCR TN Thực nghiệm TA Khí tăng áp MN Máy nén TB Tuabin USB Cổng giao tiếp máy tính COM Cổng giao tiếp máy tính dạng nối tiếp Smoke Độ khói Ppm Phần triệu HSU Độ mờ khói TP Thành phố v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Sự gia tăng phƣơng tiện giới Việt Nam Bảng 1.2 Bùng nổ giao thơng giới (ƣớc tính) .5 Bảng 1.3 Số liệu dự báo mức độ tăng trƣởng kinh tế phƣơng tiện tham gia giao thông đô thị lớn Việt Nam số nƣớc khu vực Bảng 1.4 Lƣợng phát thải thành phần động diesel .7 Bảng 4.1 Các thông số kỹ thuật động D1146TI 60 Bảng 4.2 So sánh NOX với EGR 25% tải 1400 (v/ph) 69 Bảng 4.3 So sánh NOX với EGR 50% tải 1400 (v/ph) .70 Bảng 4.4 So sánh NOX với EGR 75% tải 1400 (v/ph) .70 Bảng 4.5 So sánh NOX với EGR 25% tải 2000 (v/ph) .71 Bảng 4.6 So sánh NOX với EGR 50% tải 2000 (v/ph) .71 Bảng 4.7 So sánh NOX với EGR 75% tải 2000 (v/ph) 72 Bảng 4.8 Diễn giải mode chu trình thử ECE R49 75 Bảng 4.9 Kết đo thành phần phát thải có khơng có lắp hệ thống EGR theo13 mode chu trình thử ECE R49 76 Bảng 4.10 Kết thành phần phát thải có EGR khơng có EGR theo chu trình ECE R49 80 vi DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Số lƣợng ôtô xe máy hoạt động hàng năm Việt Nam Hình 1.2 Số lƣợng tỷ lệ xe sử dụng động diesel Đức Hình 1.3 Đ c tính thành phần độc hại động diesel theo λ .7 Hình 1.4 Tỷ lệ thành phần khí thải động diesel Hình 1.5 Các giải pháp giảm phát thải NOX PM nh m hƣớng tới tiêu chu n Châu Âu 13 Hình 1.6 a) Vịi phun thơng thƣờng; b) Vịi phun tích chết nhỏ 14 Hình 1.7 Sơ đồ động sử dụng hệ thống EGR 16 Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống LNT 17 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống SCR 18 Hình 1.10 Sơ đồ bố trí chung hệ thống luân hồi khí thải 19 Hình 1.11 Ảnh hƣởng ln hồi khí xả đến lƣợng phát thải NOX 20 Hình 1.12 Ảnh hƣởng loại khí đến hiệu giảm NOX 22 Hình 1.13 Áp suất tuabin, tăng áp tỷ lệ luân hồi tăng áp suất tuabin .23 Hình 1.14 Hệ thống luân hồi dùng tăng áp VGT 24 Hình 1.15 Đ c tính tăng áp VGT 24 Hình 1.16 Quan hệ vị trí cánh hƣớng gió tỷ lệ luân hồi 24 Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý hệ thống luân hồi khí xả ống venturi đ t đƣờng nạp 24 Hình 1.18 Hệ thống luân hồi áp suất cao 25 Hình 1.19 Hệ thống luân hồi áp suất cao với ống venturi .26 Hình 1.20 Hệ thống luân hồi áp suất thấp 26 Hình 2.1 Khí thải độc hại từ xe bus 30 Hình 2.2 Hệ thống luân hồi tức thời .30 Hình 2.3 Hệ thống luân hồi nội 31 Hình 2.4 Hệ thống luân hồi lai 31 Hình 2.5 Van ln hồi khí thải đƣợc thiết kế với đƣờng nạp 35 vii Hình 2.6 Két làm mát khí luân hồi 33 Hình 2.7 Bố trí đƣờng ống dẫn khí hệ thống luân hồi 33 Hình 2.8 Bố trí van EGR điều khiển b ng khí động 34 Hình 2.9 Kết cấu van EGR điện từ điều khiển b ng cuộn dây 35 Hình 2.10 Cấu tạo van EGR điện từ điều khiển b ng động điện chiều có chổi than 35 Hình 2.11 Kết cấu van EGR điện từ điều khiển b ng động điện chiều không chổi than 36 Hình 2.12 Cấu tạo động điện chiều khơng chổi than 36 Hình 3.1 Hình dạng kết cấu ống venturi 39 Hình 3.2 Ảnh hƣởng hệ số thu hẹp đến tổn thất áp suất tỷ lệ luân hồi 39 Hình 3.3 Ảnh hƣởng hình dạng ống venturi tới tổn thất áp suất tỷ lệ luân hồi .40 Hình 3.4 Ảnh hƣởng dạng ống khuếch tán tới tổn thất áp suất 41 Hình 3.5 Phần ruột ống venturi 42 Hình 3.6 Các vị trí đ t ống venturi 43 Hình 3.7 Các giai đoạn trao đổi nhiệt khí luân hồi 45 Hình 3.8 Kết cấu ống làm mát khí ln hồi 46 Hình 3.9 Sơ đồ bố trí van điều khiển lƣu lƣợng nƣớc làm mát khí ln hồi 47 Hình 3.10 Lắp đ t ống làm mát khí luân hồi động luân hồi áp suất thấp 48 Hình 3.11 Sơ đồ chân vi xử lý PIC16F727 49 Hình 3.12 Cấu trúc vi xử lý PIC16F727 50 Hình 3.13 Cấu tạo động BLDC 51 Hình 3.14 Tín hiệu trả senser điện áp đ t vào phase động 51 Hình 3.15 Khối vi xử lý 52 Hình 3.16 Khối truyền nhận tín hiệu USB TO COM 53 Hình 3.17 Khối hiển thị kết điều khiển van luân hồi EGR 53 Hình 3.18 Khối cơng suất điều khiển động BLDC van luân hồi EGR 54 Hình 3.19 Sơ đồ thuật tốn chƣơng trình điều khiển van EGR 55 viii Kết thử nghiệm đƣợc thể Hình 4.17 cho thấy: với mức 75% tải thành phần phát thải NOX giảm tăng tỷ lệ luân hồi Bảng 4.7 So sánh NOX với EGR 75% tải - 2000 (v/ph) Độ mở EGR % % luân hồi NOX (ppm) Thay đổi % (+/-) 0,00 2047 0,00 20 5,00 1364 -33,37 40 10,60 1122 -45,19 60 13,97 964 -52,91 80 15,65 878 -57,11 100 17,28 825 -59,70 Hình 4.17 Lượng NOX độ mờ khói theo %EGR 75% tải - 2000 (v/ph) Ứng với tỷ lệ luân hồi 17,28% (độ mở van EGR = 100%) NO X giảm lớn tới 59,70% so với không luân hồi (Bảng 4.8) Tuy nhiên độ mờ khói lại tăng cao với tăng tỷ lệ luân hồi Do để đảm bảo lƣợng phát thải PM không cao nên lựa chọn % EGR < 16% Nh n xét: Thông qua kết thử nghiệm động D1146TI tốc độ 1400 (v/ph) 2000 (v/ph) ứng với chế độ tải 25%, 50% 75% Ta rút số kết luận sau: - Ở chế độ tải tốc độ động khác cho kết đƣờng đ c tính van luân hồi khí thải lắp động D1146TI khác - Kết thử nghiệm sở để lựa chọn điều chỉnh tỷ lệ luân hồi cho phù hợp với chế độ làm việc động đảm bảo đƣợc tiêu chu n phát thải NOX đồng thời không làm tăng cao lƣợng phát thải PM 4.5.3 Ảnh hƣởng luân hồi khí thải đến đ c tính kỹ thuật động Dựa kết thử nghiệm chế độ tải 25%, 50%, 75% 100% động D1145TI đƣợc xác định Các kết thực nghiệm đánh giá ảnh hƣởng hệ thống luân hồi khí thải động đƣợc thể Hình 4.18, 4.19 4.20 Cụ thể có số ảnh hƣởng trực tiếp đến động nhƣ sau: 72 - Trên Hình 4.18 thể đ c tính mơ men động có lắp khơng lắp hệ thống EGR Các kết cho thấy lắp hệ thống EGR mơ men động chế độ tải giảm, mức giảm tăng tăng tải động Hình 4.18 Đặc tính mô men động chế độ 25%, 50%, 75% 100% tải trường hợp khơng có có lắp hệ thống EGR Trên Hình 4.19 thể đ c tính cơng suất động trƣờng hợp khơng lắp có lắp hệ thống EGR, kết cho thấy xu hƣớng khác có lắp hệ thống không lắp hệ thống EGR đ c tính cơng suất tƣơng đồng với đ c tính mơ men động Hình 4.19 Đặc tính cơng suất động chế độ 25%, 50%, 75% 100% tải trường hợp khơng có có lắp hệ thống EGR 73 - Trên Hình 4.20 thể đ c tính tiêu hao nhiên liệu động hai trƣờng hợp có lắp khơng lắp hệ thống EGR Các kết cho thấy lắp hệ thống EGR suất tiêu hao nhiên liệu tăng chế độ tải Hình 4.20 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động chế độ 25%, 50%, 75% 100% tải trường hợp khơng có có lắp hệ thống EGR Hai trƣờng hợp lắp không lắp hệ thống EGR có khác do: - Khi lắp hệ thống EGR gây tƣợng cản động học đƣờng nạp có sử dụng ống venturi Hơn thực việc luân hồi khí thải làm xuất thành phần sản vật cháy vào đƣờng nạp, làm giảm lƣợng khí nạp vào động - M t khác có phần sản vật cháy đƣợc đƣa vào buồng cháy nên ảnh hƣởng đến trình cháy làm giảm hiệu trình cháy Các tƣợng ngun nhân làm giảm mơ men công suất làm tăng tiêu hao nhiên liệu động Tuy nhiên, với hệ thống EGR lắp cho động D1146TI cơng suất giảm khơng q 4,5% tiêu hao nhiên liệu tăng không nhiều n m giới hạn đ t đề tài 4.5.4 Mức độ giảm phát thải động sau lắp EGR 4.5.4.1 Chu trình thử Chu trình thử nghiệm để đánh giá khả giảm NOX hệ thống đƣợc lựa chọn theo chu trình thử ECE R49 Đây chu trình thử nghiệm khí thải 13 mode 74 dành cho xe tải, tƣơng đƣơng TCVN 6567.2006 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình thử ECE R49 đƣợc trình bày Bảng 4.2 Hình 4.12 Theo chu trình thử có mode: - Từ mode đến mode chạy tốc độ động n = 1400 (v/ph), tƣơng ứng với mômen lớn - Từ mode đến mode 12 chạy tốc độ động n = 2000 (v/ph), tƣơng ứng với cơng suất lớn Vì cần phải xác định tỷ lệ luân hồi mode cho NOX phải giảm đạt yêu cầu PM tăng không cao Bảng 4.8 Diễn giải mode chu trình thử ECE R49 10 Trọng số tải (%) 25/3 Thời gian (ph) 6 25 50 75 6 100 25 Không tải - 25/3 10 11 12 Công suất lớn (2000v/ph) 100 75 50 25 10 10 2 2 6 6 13 Không tải - 25/3 Mode Chế độ thử nghiệm động Không tải Mơmen lớn (1400v/ph) % Tải Hình 4.21 Sơ đồ thể mode chu trình thử ECE R49 Bảng 4.8 thể kết đo thành phần phát thải NOX, CO, HC theo chu trình đo phát thải ECE R49 có 13 mode trƣờng hợp có lắp khơng lắp hệ thống EGR 75 Bảng 4.9 Kết đo thành phần phát thải có khơng có lắp hệ thống EGR theo13 mode chu trình thử ECE R49 Khơng có EGR Mode nđc (v/ph) Có EGR NOX (ppm) HC (ppm) CO (ppm)  (-) NOX (ppm) HC (ppm) CO (ppm)  (-) % EGR 700 328 169 65 13,28 328 169 65 13,28 0,00 1387 699 363 121 6,04 558 428 55 4,82 19,58 1400 1112 304 87 4,24 765 335 40,7 3,42 19,49 1400 1497 245 80 2,46 703 326,4 98 1,98 18,63 1400 1689 239 157 1,94 613 331 262 1,56 18,58 1400 1798 243 230 1,59 508 333 453,6 1,28 18,59 700 328 169 65 13,28 328 169 65 13,28 0,00 2000 1950 203 267 1,78 687 266,7 375,7 1,35 18,66 2000 2050 169 122 2,13 824 240 260 1,61 18,50 10 2000 1580 163 61 2,79 815 216,8 63 2,16 19,16 11 2006 902 220 73 4,24 625 275 40 3,31 18,83 12 2000 555 235 85 5,75 444 294 49,8 4,66 18,74 13 700 328 169 65 13,28 328 169 65 13,28 0,00 Các kết cho thấy mode lƣợng phát thải NOX giảm đáng kể, HC CO giảm mode có chế độ tải chế độ tải nhỏ, phần lớn mode cịn lại hàm lƣợng HC CO tăng Kết thực nghiệm có ảnh hƣởng đến thành phần phát thải đƣợc thể rõ Hình 4.22, 4.23, 4.24, 4.25, 4.26 4.27 Cụ thể ảnh hƣởng nhƣ sau: - Ảnh hưởng đến phát thải NOX Kết đƣợc thể Hình 4.22, với chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 phát thải NOX giảm cho luân hồi khí thải Giá trị NOX trung bình theo ppm chế độ có ln hồi khí thải giảm 46,36% Tại chế độ 50%, 75% 100% tải giá trị NOX giảm nhiều hơn, giá trị trung bình chế độ giảm tới 60,23% Giá trị NOX giảm nhiều hai chế độ mômen lớn 76 (mode 6) công suất lớn 2200 NOx-Không Luân hồi (mode 8) với giá trị giảm tƣơng 2000 NOx-Luân hồi ứng 71,72% 64,76% Nhƣ vậy, cho khí thải luân hồi đƣờng nạp làm giảm lƣợng khơng khí nạp vào động cơ, đồng Phát thải NOx (ppm) 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 thời có khí ln hồi vào 400 xilanh làm giảm nhiệt độ trình cháy động cơ, điều làm cho phát thải NOX 200 10 11 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 12 13 Hình 4.22 Phát thải NOx chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 giảm đáng kể - Ảnh hưởng đến phát thải độ khói 5.0 Kết đƣợc thể Hình Smoke-Khơng Ln hồi 4.5 Smoke-Ln hồi 4.23 Ta thấy động luân hồi cháy giảm xuống, đồng thời lƣợng khơng khí nạp giảm, Phát thải độ khói (FSN) khí thải làm cho nhiệt độ trình 4.0 làm cho phát thải độ khói tăng lên 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 hầu hết chế độ thử nghiệm 0.0 Tƣơng ứng với chế độ 50%, 75% 100% tải, thành phần phát thải 10 11 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 12 13 Hình 4.23 Phát thải độ khói chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 NOX giảm nhiều phát thải độ khói tăng lên nhiều Giá trị trung bình độ khói chế độ tăng tới 125,42% Tuy nhiên giá trị độ khói trung bình chế độ có ln hồi khí thải tăng tới 82,65% - Ảnh hưởng đến phát thải CO Kết Hình 4.24 thể hiện, phát thải CO ln hồi khơng ln hồi khí thải theo chu trình thử nghiệm ECE R49 Theo kết cho thấy với chế độ thử nghiệm chế độ tải 10% 25% động ln hồi khí thải cho phát 77 thải CO nhỏ trƣờng hợp 500 khơng ln hồi Bởi CO-Ln hồi trƣờng hợp phần khí thải nóng đƣờng nạp, tạo nhiệt độ xilanh tăng lên làm tăng khả bay nhiên liệu 400 350 Phát thải CO (ppm) vào đƣờng nạp có tác dụng sấy CO-Không Luân hồi 450 300 250 200 150 100 Chính làm giảm lƣợng phát 50 thải CO Giá trị CO trƣờng 10 11 12 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 hợp giảm tới 54,44% mode 2, trung bình chế độ CO giảm tới 48,47% Tuy 13 Hình 4.24 Phát thải CO chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 nhiên, chế độ tải tăng lên giá trị CO trƣờng hợp luân hồi cao so với không luân hồi khí thải - Ảnh hưởng đến phát thải HC Nồng độ phát thải HC động 500 có luân hồi khí thải khơng ln HC-Khơng Ln hồi hồi khí thải đƣợc thể Hình HC tăng chế độ thử nghiệm, giá trị HC trung bình 400 Phát thải HC (ppm) 4.25 Khi động có ln hồi khí thải HC-Ln hồi 450 chế độ có luân hồi tăng 29,44% Giá trị 350 300 250 200 150 100 50 HC tăng nhiều chế độ tải lớn mode phát thải HC tăng 41,44% 10 11 12 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 13 Hình 4.25 Phát thải HC chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 Kết phát thải HC tăng khí luân hồi làm giảm nhiệt độ q trình cháy, làm cho nhiên liệu bám vào thành vách xilanh bay hơn, làm tăng hiệu ứng sát vách dẫn đến phát thải HC tăng 78 - Ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ nhiên liệu Kết Hình 4.26 4.27 thể ln hồi khí thải cơng suất động giảm không đáng kể, đồng thời lƣợng nhiên liệu tiêu thụ gần nhƣ không thay đổi chế độ thử nghiệm Giá trị công suất giảm nhiều chế độ mômen lớn (mode 6), nhiên giá trị giảm tới 5,92% có ln hồi Cịn chế độ cơng suất lớn (mode 8) giá trị cơng suất động có luân hồi giảm tới 4,26% Ở chế độ tải nhỏ khí luân hồi làm tăng khả bay nhiên liệu nên làm q trình cháy tốt cơng suất chế độ tăng lên nhƣ mode 12 công suất tăng lên 3,34% Giá trị công suất tồn chế độ có ln hồi khí thải giảm khơng đáng kể, giảm tới 1,79% 32 140 BH-Không Luân hồi Ne-Không Luân hồi 28 Ne-Luân hồi Lượng nhiên liệu tiêu thụ (kg/h) 120 Công suất Ne (kW) 100 80 60 40 20 BH-Luân hồi 24 20 16 12 0 10 11 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 12 13 10 11 12 13 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 Hình 4.27 Tiêu thụ nhiên liệu chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 Hình 4.26 Cơng suất động chế độ thử nghiệm theo chu trình ECE R49 Nhƣ sử dụng hệ thống ln hồi khí thải khơng làm ảnh hƣởng nhiều đến tính kỹ thuật động - Ảnh hưởng đến thành phần phát thải theo chu trình ECE R49 Kết Bảng 4.10 thể thành phần phát thải đƣợc xác định theo chu trình thử ECE R49 trƣờng hợp có lắp khơng lắp hệ thống EGR Các kết cho thấy thành phần phát thải NOX giảm đáng kể đạt 58,54% động có lắp hệ thống EGR Còn thành phần phát thải HC CO có tăng 34,24% 62,44% tƣơng ứng Trong hàm lƣợng phát thải PM tăng tới 90,31% Nhƣ vậy, với phƣơng pháp sử dụng hệ thống EGR hàm lƣợng NOX có 79 giảm nhiên phát thải PM lại tăng Do địi hỏi phải có thực nghiệm để đánh giá khả phối hợp EGR DOC DPF để đảm bảo giảm đƣợc NOX PM Bảng 4.10 Kết thành phần phát thải có EGR khơng có EGR theo chu trình ECE R49 Thành phần Đơn v Khơng có EGR Có EGR So sánh % (+/-) HC g/kW.h 0,844 1,133 34,24 NOX g/kW.h 14,823 6,146 -58,54 CO g/kW.h 1,214 1,972 62,44 PM g/kW.h 0,227 0,4326 90,31 Kết luận chƣơng Trên sở kết nghiên cứu nhƣ trình bày đƣa kết luận sau: Xác định tỷ lệ luân hồi theo chế độ làm việc độ mở van, ta phải thử nghiệm điều khiển van EGR, sở xây dựng đƣợc đ c tính van EGR Để giải vấn đề tác giả tiến hành công việc thử nghiệm động D1146TI, kết thử nghiệm cho thấy r ng : - Xây dựng đƣợc đ c tính van luân hồi Từ lựa chọn đƣợc tỷ lệ luân hồi tối ƣu cho động D1146TI để giảm phát thải NOx theo yêu cầu - Xác định đƣợc mức độ giảm phát thải động sau lắp hệ thống luân hồi khí thải - Việc lắp đ t hệ thống luân hồi không ảnh hƣởng nhiều đến đ c tính hoạt động động 80 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung Đề tài cho thấy tình hình phát triển nhanh chóng phƣơng xe tiện giới nhƣ phát thải loại phƣơng tiện gây tác động to lớn đến môi trƣờng sức khỏe ngƣời Từ tác hại phát thải động diesel việc cắt giảm loại chất độc hại có khí thải vô cấp thiết công tác bảo vệ môi trƣờng sống xung quanh Trong có phát thải, biệt phát thải NOX loại xe bus sử dụng động diesel tăng áp M c dù có nhiều giải pháp kỹ thuật đƣợc đƣa để giảm phát thải NO X song áp dụng kỹ thuật luân hồi áp suất thấp bố trí động phù hợp với điều kiện kinh tế, kỹ thuật Việt Nam Hệ thống cắt giảm phát thải EGR đƣợc thiết kế lắp đ t động thử nghiệm D1146TI khơng ảnh hƣởng nhiều đến tính kỹ thuật hệ thống khác động Thông qua thiết bị thử nghiệm xây dựng đƣợc đ c tính luân hồi cho van EGR Đồng thời xác định đƣợc tỷ lệ luân hồi tối ƣu để giảm phát thải NOX Tuy nhiên sử dụng hệ thống ln hồi khí thải động làm cho cơng suất trung bình động giảm, suất tiêu thụ nhiên liệu trung bình tăng lên so với không áp dụng biện pháp giảm phát thải Hƣớng phát triển Kết nghiên cứu giảm phát thải NOX b ng hệ thống luân hồi khí thải sở nghiên cứu giảm thành phần phát thải độc hại khác động diesel tăng áp Kết nghiên cứu luận văn tiền đề cho việc tính tốn thiết kế để chế tạo hệ thống luân hồi khí thải áp dụng đƣợc loại động diesel Ngoài nội dung luận văn cịn đƣợc sử dụng làm tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu sinh viên ngành khí động lực 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cục Đăng kiểm Việt Nam Vụ KHCN&MT, Bộ GTVT,2009 [2] GS.TSKH Phạm Ngọc Đăng, Viện khoa học công nghệ GTVT, Bộ GTVT, Bàn giải pháp phát triển giao thông đô thị bền vững giao thông xanh đô thị nước ta, Giao thông vận tải phát triển bền vững hội nhập, Hà Nội - 2010 [3] PGS.TS Dỗn Minh Tâm, tình hình giải pháp ATGT đường ATGT đô thị Việt Nam, Giao thông vận tải, phát triển bền vững hội nhập, Hà Nội 2010 [4] Phạm Minh Tuấn (2008), Lý thuyết động đốt NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội [5] Al Bedwell Diesel and Hybrid Cars in Europe, Automotive World Briefing,1/2008 [6] Khƣơng Thị Hà (2009), Các biện pháp giảm phát thải độc hại động diesel Luận văn thạc sỹ ngành Động Đốt trong, khóa 2007 - 2009, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội [7] Phạm Minh Tuấn, et.al (2008), Báo cáo hợp phần xe tải sạch, thực Công ty cổ phần môi trƣờng đô thị Hà Nội thuộc Chƣơng trình khơng khí Việt Nam-Thụy Sỹ [8] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1997), Ôtô ô nhiễm môi trường, NXB Giáo dục [9] http://www.dieselnet.com/papers/9804mayer/index.html [10].http://www.vietbao.vn/O-to-xe-may/Hethongtieuchuankhithaichauau 10875510/351/ [11] Hitoshi Yokomura, Susumu Kohketsu and Koji Mori (2005), EGR System in a Turbocharged and Intercooled Heavy-Duty Diesel Engine - Expansion of EGR Area with Venturi EGR System Mitsubishi Technical Review 2005 82 [12] Đinh Xuân Thành (2011), Nghiên cứu khả giảm khí thải độc hại cho động diesel tăng áp lắp xe bus Luận án tiến s kỹ thuật ngành Động đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội [13] Đỗ Hải Âu (2012), Nghiên cứu giải pháp xử lý nhằm giảm thiểu phát thải dạng hạt từ động diesel Luận văn cao học ngành Động đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội [14] Avinash Kumar Agrawal (2004), Effect of EGR on the exhaust gas temperature and opacity in compression ignition engines Department of Mechanical Engineering and Environmental Egineering and Management, Indian Institute of Technology, paper 275-284 vol 29, part 3, June 2004 [15] Zelenka P, Aufinger H, Reczek W, Cartellieri W (1998), Cooled EGR - A technology for future efficient HD diesels, SAE 980190 [16] Khổng Vũ Quảng, Nguyễn Duy Tiến, Phạm Hữu Tuyến, Phạm Minh Tuấn, Lê Anh Tuấn, Vũ Khắc Thiện, Đinh Xuân Thành, Phạm Minh Hiếu, Đỗ Hữu Đức, Nguyễn Minh Đồng, “Nghiên cứu công nghệ giảm phát thải cho động diesel lắp xe bus Hà Nội” Đề tài nghiên cứu Khoa học Phát triển công nghệ cấp Thành Phố Hà Nội, Mã số 01C-09/02-2010-2, Thời gian thực 01/2010 đến 06/2011 theo số định 116/2009/QĐ.UBND [17] Trần Văn Tuấn(2014), Xây dựng đặc tính van luân hồi EGR cho hệ thống luân hồi áp suất thấp lắp động diesel tăng áp Luận văn cao học ngành Động đốt trong, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội 83 PHỤ LỤC Bảng Tiêu chuẩn khí thải với xe diesel hạng nặng, chu trình thử tĩnh [8] Tiêu chu n Ngày áp dụng CO THC NMHC NOx HC+NOX P.M Euro 10/1994 9,6 - - - 1,7 0,25 Euro 01/1998 1,5 - - - 2,1 0,17 Euro 01/2001 0,95 - - 0,78 0,86 0,10 Euro 01/2006 0,74 - - 0,39 0,46 0,06 Euro 9/2010 0,740 - - 0,28 0,35 0,005 Euro 9/2015 0,740 - - 0,125 0,215 0,005 * Chỉ áp dụng cho loại xe với động phun nhiên liệu trực tiếp Bảng Tiêu chuẩn khí thải cho động Diesel từ 1.760 kg đến 3.500 kg (g/km)[8] Hàm lƣợng giới hạn (g/kWh, đơn v độ khói m-1) Tiêu chu n CO HC NOx PM Smoke 4,5 1,1 8,0 0,612 - 4,5 1,1 8,0 0,36 - 4,0 1,1 7,0 0,25 - 4,0 1,1 7,0 0,15 - Euro III 2,1 0,66 5,0 0,10 0,8 Euro IV 1,5 0,46 3,5 0,02 0,5 Euro I Euro II Bảng Tiêu chuẩn bang California cho mẫu xe từ 1996 đến 2003[9] CO (g/d m) HC (g/d m) NOx (g/d m) PM (g/d m) C-H-O (g/d m) LEV ULEV LEV ULEV - - - 3,4 1,7 0,075 0,04 0,2 0,04 0,008 84 Bảng Giới hạn độc hại Mỹ động diesel lắp xe tải nặng (áp dụng toàn quốc) [9] Đời xe CO (g/d m.giờ) NOx (g/d m.giờ) HC (g/d m.giờ) PM (g/d mgiờ) 1990 15,5 6,0 1,3 0,6 1991 15,5 5,0 1,3 0,25 1993 15,5 5,0 1,3 1994 15,5 5,0 1,3 1998 15,5 4,0 1,3 Ghi Nghiêm ng t NOX Nghiêm ng t NOX PM Nghiêm ng t PM Nghiêm ng t PM Nghiêm ng t NOX 0,25 0,05 (xe bus) 0,1 0,05 (xe bus) 0,1 0,05 (xe bus) Bảng Tiêu chuẩn khí thải Nhật Bản cho xe khách sử dụng động diesel (g/km) [9] Trọng Ngày áp Thử CO HC NOX PM lƣợng xe dụng nghiệm (max) (max) (max) (max) 2,1 (2,7) 0,40 (0,62) 0,70 (0,98) 2,1 (2,7) 0,40 (0,62) 0,50 (0,72) 2,1 (2,7) 0,40 (0,62) 0,50 (0,72) 0,20 (0,34) 2,1 (2,7) 0,40 (0,62) 0,40 (0,55) 0,08 (0,14) 0,63 0,12 1986 1990 1994 1250 kg* * 10 -15 chế độ 1998 2002 2005 b 2009 e JC08 c 0,28 0,052 0,63 0,024 d 0,14 0,013 0,63 0,024 d 0,08 0,005 2,1 (2,7) 0,40 (0,62) 0,90 (1,26) 2,1 (2,7) 0,40 (0,62) 0,60 (0,84) 2,1 (2,7) 0,40 (0,62) 0,60 (0,84) 0,20 (0,34) 2,1 (2,7) 0,40 (0,62) 0,40 (0,55) 0,08 (0,14) 0,63 0,12 0,63 0,63 0,30 0,056 0,024 d 0,15 0,014 0,024 d 0,08 0,005 - Tƣơng đƣơng với trọng lƣợng qn tính (EIW), có tải 1265 kg a - Quy định (10/2002) cho xe ô tô sản xuất nƣớc, (9/2004) cho xe nhập kh u b - Thực đầy đủ vào cuối năm 2005 c - Thực đầy đủ giai đoạn 2011 d - Khơng có methane hydrocarbon e - Áp dụng cho xe sản xuất nƣớc, xe có nhập kh u (10/2009) 85 Bảng Tiêu chuẩn khí thải động diesel cho xe hạng nặng thương mại GVW>3500 kg (>2500 kg trước năm 2005) [9] Ngày Thử nghiệm Đơn v 1988/1989 chế độ ppm CO (max) HC (max) 510 (670) 7,40 (9,20) 2,90 (3,80) DI: 6,00 (7,80) IDI: 5,00 (6,80) 0,70 (0,96) 7,40 (9,20) 2,90 (3,80) 4,50 (5,80) 0,25 (0,49) 2,22 0,87 3,38 0,18 2,22 0,17 d 2,0 0,027 2,22 d 0,7 0,01 13 chế độ 1997 g / kWh 2003 b 2005 c JE05 2009 PM (max) DI: 400 (520) IDI: 260 (350) 790 (980) 1994 NOX (max) 0,17 1997: Tổng trọng lƣợng ≤ 3500 kg; 1998: 3500 12.000 kg b 2003: Tổng trọng lƣợng ≤ 12.000 kg; 2004: Tổng trọng lƣợng> 12.000 kg c thực đầy đủ vào cuối năm 2005 d không.methane hydrocarbon Bảng Giới hạn tối đa cho ph p chất khí thải gây nhiễm (Theo Tiêu chuẩn TCVN 6438:2001)[12] Phƣơng tiện lắp động xăng Thành phần nhiễm khơng khí Các loại ô tô Mô tô, xe máy Phƣơng tiện lắp động Diesel Mức Mức Mức Mức Mức Mức Mức Mức Mức 2 6,5 6,0 4,5 3,5 - - - - Động kỳ 1500 1200 600 1500 1200 - - - - Động kỳ 7800 7800 7800 10000 7800 - - - - - - - - 85 72 50 CO (%thể tích) 4,5 HC (ppm) Độ khói (% HSU) - 86 ... vi nghiên cứu đề tài 2.1 Mục đích Đề tài nh m nghiên cứu điều khiển van luân hồi EGR cho hệ thống luân hồi áp suất thấp lắp động diesel tăng áp 2.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu van. .. van luân hồi EGR điều khiển b ng điện tử lắp hệ thống luân hồi áp suất thấp sử dụng cho động D1146TI 2.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu điều khiển van luân hồi EGR đƣợc lắp. .. BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ĐÌNH SƠN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN VAN LUÂN HỒI EGR CHO HỆ THỐNG LUÂN HỒI ÁP SUẤT THẤP LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ