(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ đề tài nghiên cứu nào khác

Hà Nội, tháng 02 năm 2022

Nghiên cứu sinh

Trịnh Xuân Phong

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận

án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Viện Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Đình Long đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Động cơ đốt trong và Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu và khí thải - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy phản biện, các Thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc, duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người

đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này

Nghiên cứu sinh

Trịnh Xuân Phong

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 4

Phát thải của động cơ diesel và phương pháp kiểm soát 4

1.1.1 Đặc điểm phát thải động cơ diesel 4

1.1.2 Các công nghệ giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel 4

Luân hồi khí thải trong động cơ diesel 6

1.2.1 Giới thiệu chung 6

1.2.2 Các phương pháp luân hồi 7

1.2.2.1 Luân hồi nội tại 7

1.2.2.2 Hệ thống luân hồi áp suất cao 8

1.2.2.3 Hệ thống luân hồi áp suất thấp 9

1.2.2.4 Hệ thống luân hồi kết hợp 10

1.2.2.5 Luân hồi tức thời 11

1.2.3 Đặc điểm làm việc của động cơ khi luân hồi khí thải 11

1.2.3.1 Các nghiên cứu trong nước 11

1.2.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước 11

1.2.3.3 Tóm tắt đặc điểm làm việc của động cơ diesel khi luân hồi khí thải 14

Bổ sung hydro trong động cơ đốt trong 14

1.3.1 Tính chất của hydro 14

1.3.2 Sản xuất, lưu trữ và vận chuyển hydro 15

1.3.2.1 Sản xuất 15

1.3.2.2 Lưu trữ và vận chuyển 17

1.3.3 Sử dụng hydro làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong 18

iv

1.3.4 Bổ sung hydro trong động cơ diesel 20

1.3.4.1 Các nghiên cứu trong nước 20

1.3.4.2 Các nghiên cứu ngoài nước 21

1.3.4.3 Tóm tắt đặc điểm động cơ diesel bổ sung hydro 24

Kết hợp bổ sung hydro và luân hồi khí thải trong động cơ 25

Nội dung nghiên cứu của luận án 26

Kết luận chương 1 27

Chương 2 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL HIỆN HÀNH SỬ DỤNG LUÂN HỒI KHÍ THẢI VÀ BỔ SUNG HYDRO 28

Giới thiệu chung 28

2.1.1 Mục đích nghiên cứu mô phỏng 28

2.1.2 Lựa chọn phần mềm mô phỏng 28

Cơ sở lý thuyết của phần mềm AVL Boost 28

Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ R180 có EHSy 29

2.3.1 Thiết lập mô hình 29

2.3.1.1 Các thông số cơ bản của động cơ R180 30

2.3.1.2 Các phần tử trong mô hình 30

2.3.2 Nhập dữ liệu cho mô hình 30

2.3.2.1 Khai báo các thông số cơ bản cho mô hình 30

2.3.2.2 Xây dựng mô hình lưỡng nhiên liệu 31

2.3.2.3 Vòi phun hydro 31

2.3.2.4 Van EGR 32

2.3.2.5 Bộ làm mát khí luân hồi 32

2.3.2.6 Thiết lập phần tử động cơ và xi-lanh (Cylinder) 33

2.3.3 Khai báo biến và thực hiện mô phỏng 39

2.3.3.1 Khai báo biến 39

2.3.3.2 Các nội dung mô phỏng 41

Hiệu chỉnh mô hình và đánh giá độ tin cậy 41

Kết quả tính toán mô phỏng và thảo luận 43

2.5.1 Đặc tính tải ở 1500 v/p 43

2.5.1.1 Hệ số Lambda 43

2.5.1.2 Suất tiêu hao nhiên liệu 45

2.5.1.3 Phát thải NOx 46

v

2.5.1.4 Phát thải soot 48

2.5.1.5 Phát thải CO 50

2.5.1.6 Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý 51

2.5.2 Đặc tính tải ở 2600 v/p 52

2.5.2.1 Hệ số lambda 52

2.5.2.2 Suất tiêu hao nhiên liệu 53

2.5.2.3 Phát thải NOx 55

2.5.2.4 Phát thải soot 56

2.5.2.5 Phát thải CO 58

2.5.2.6 Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý 59

2.5.3 Đặc tính ngoài 60

2.5.3.1 Các thông số làm việc và phát thải 60

2.5.3.2 Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý 61

2.5.4 Thảo luận 61

Kết luận chương 2 63

Chương 3 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG EHSy CHO ĐỘNG CƠ DIESEL R180 64

Giới thiệu chung 64

Thiết kế bố trí chung hệ thống EGR và cung cấp nhiên liệu trên động cơ R180 64

Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp hydro cho động cơ R180 66

3.3.1 Cơ sở tính toán và thiết kế 66

3.3.1.1 Bình nhiên liệu hydro 67

3.3.1.2 Van chống cháy ngược 68

3.3.1.3 Bộ giảm áp 68

3.3.1.4 Vòi phun hydro 68

3.3.1.5 Cảm biến đo lượng tiêu thụ hydro 70

3.3.2 Lắp đặt hệ thống cung cấp hydro 71

Nghiên cứu thiết kế hệ thống EGR cho động cơ R180 71

3.4.1 Cơ sở tính toán và thiết kế 71

3.4.1.1 Đường ống thải 71

3.4.1.2 Van EGR 72

3.4.1.3 Mạch điện điều khiển 74

3.4.1.4 Bộ làm mát khí luân hồi 74

vi

3.4.2 Lắp đặt hệ thống EGR 75

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển EHSy 76

3.5.1 Sơ đồ tổng quát 76

3.5.2 Các cảm biến và công tắc 77

3.5.2.1 Cảm biến tốc độ động cơ và thời điểm phun hydro 77

3.5.2.2 Cảm biến vị trí tay điều khiển 78

3.5.2.3 Công tắc chọn chế độ làm việc 78

3.5.2.4 Tín hiệu điều khiển của người thí nghiệm 78

3.5.3 Các cơ cấu chấp hành 79

3.5.3.1 Động cơ servo 79

3.5.3.2 Vòi phun hydro 80

3.5.3.3 Van EGR 80

3.5.4 Thiết kế ECU điều khiển 81

3.5.4.1 Phần cứng 81

3.5.4.2 Phần mềm 81

3.5.5 Thuật toán và code chương trình 82

3.5.5.1 Thuật toán xác định tốc độ thực, tốc độ đặt và vị trí van EGR của động cơ 82

3.5.5.2 Thuật toán điều khiển góc quay servo, thời gian mở vòi phun, van EGR 84

3.5.5.3 Code chương trình Labview 86

Kết luận chương 3 87

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 88

Mục đích thử nghiệm 88

Đối tượng và phạm vi thử nghiệm 88

4.2.1 Đối tượng thử nghiệm 88

4.2.2 Phạm vi thử nghiệm 88

Sơ đồ bố trí trang thiết bị và quy trình thử nghiệm 88

Kết quả thí nghiệm và thảo luận 90

4.4.1 Đặc tính tải ở 1500 vòng/phút 90

4.4.1.1 Hệ số lambda 91

4.4.1.2 Suất tiêu hao nhiên liệu 91

4.4.1.3 Phát thải thải NOx 91

4.4.1.4 Phát thải khói 92

vii

4.4.1.5 Phát thải HC 92

4.4.1.6 Phát thải CO 93

4.4.1.7 Diễn biến áp suất trong buồng đốt 93

4.4.2 Đặc tính tải ở 2600 vòng/phút 94

4.4.2.1 Hệ số lambda 94

4.4.2.2 Suất tiêu hao nhiên liệu 94

4.4.2.3 Phát thải NOx 95

4.4.2.4 Phát thải khói 95

4.4.2.5 Phát thải HC 95

4.4.2.6 Phát thải CO 96

4.4.2.7 Diễn biến áp suất trong buồng đốt 96

4.4.3 Đặc tính ngoài 97

4.4.3.1 Các thông số làm việc và phát thải 97

4.4.3.2 Diễn biến áp suất trong buồng đốt 99

4.4.4 Thảo luận 100

Kết luận chương 4 100

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 112

DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC 113

viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AVL-Boost Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL (Áo) -

DEF Dung dịch hỗ trợ giảm phát thải động cơ diesel -

EHSy Phương pháp kết hợp bổ sung luân hồi khí thải và bổ sung

H5E5 Động cơ diesel thực hiện đồng thời bổ sung hydro 5% và

HES Phương pháp bổ sung hydro trên đường ống nạp -

ix

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Một số nghiên cứu về EGR cho động cơ có quá trình cháy hiện đại 14

Bảng 1.2 Một số tính chất của hydro, mê-tan, xăng và diesel 15

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật của động cơ R180 30

Bảng 2 2 Các phần tử trong mô hình 30

Bảng 2 3 Thông số dữ liệu nhập cho mô hình 30

Bảng 2 4 Các thông số của phần tử điều kiện biên 33

Bảng 2 5 Các thông số hình học, vật lý của các đường ống 33

Bảng 2 6 Độ nâng xu-páp nạp theo góc quay trục khuỷu 36

Bảng 2 7 Độ nâng xu-páp thải theo góc quay trục khuỷu 36

Bảng 2 8 Bảng thông số hiệu chỉnh mô hình AVL MCC theo loại nhiên liệu 38

Bảng 2 9 Bảng thông số hiệu chỉnh mô hình AVL MCC theo người dùng 38

Bảng 2 10 Diễn biến hệ số lambda tại đặc tính tải ở 1500 (v/p) 43

Bảng 2 11 Diễn biến ge tại đặc tính tải ở tốc độ 1500 (v/p) 45

Bảng 2 12 Diễn biến phát thải NOx tại đặc tính tải ở 1500 (v/p) 47

Bảng 2 13 Diễn biến phát thải soot tại đặc tính tải ở tốc độ 1500 (v/p) 49

Bảng 2 14 Diễn biến phát thải CO tại đặc tính tải ở 1500 (v/p) 50

Bảng 2 15 Diễn biến hệ số lambda tại đặc tính tải ở 2600 (v/p) 52

Bảng 2 16 Diễn biến ge tại đặc tính tải ở 2600 (v/p) 54

Bảng 2 17 Diễn biến phát thải NOx tại đặc tính tải ở 2600 (v/p) 55

Bảng 2 18 Diễn biến phát thải soot tại đặc tính tải ở 2600 (v/p) 57

Bảng 2 19 Diễn biến phát thải CO tại đặc tính tải ở 2600 (v/p) 58

Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật bộ giảm áp 68

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật của vòi phun hydro [108] 69

Bảng 3 3 Thông số kỹ thuật của cảm biến đo tiêu hao nhiên liệu hydro 70

Bảng 3 4 Thông số kỹ thuật của van EGR 74

Bảng 3 5 Các thông số kỹ thuật động cơ servo MG995 79

Bảng 4 1 Hệ số lambda tại 1500 (v/p) 91

Bảng 4 2 ge tại 1500 (v/p) 91

Bảng 4 3 Phát thải NOx tại 1500 (v/p) 92

Bảng 4 4 Phát thải smoke tại 1500 (v/p) 92

xi

Bảng 4 5 Phát thải HC tại 1500 (v/p) 93

Bảng 4 6 Phát thải CO tại 1500 (v/p) 93

Bảng 4 7 Hệ số lambda tại 2600 (v/p) 94

Bảng 4 8 Suất tiêu hao nhiên liệu tại 2600 (v/p) 94

Bảng 4 9 Phát thải NOx tại 2600 (v/p) 95

Bảng 4 10 Phát thải smoke tại 2600 (v/p) 95

Bảng 4 11 Phát thải HC tại 2600 (v/p) 96

Bảng 4 12 Phát thải CO tại 2600 (v/p) 96

Bảng 4 13 Hệ số lambda tại đặc tính ngoài 97

Bảng 4 14 ge tại đặc tính ngoài 97

Bảng 4 15 Phát thải NOx tại đặc tính ngoài 98

Bảng 4 16 Phát thải khói tại đặc tính ngoài 98

Bảng 4 17 Phát thải HC tại đặc tính ngoài 98

Bảng 4 18 Phát thải CO tại đặc tính ngoài 99

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Các thành phần có trong khí thải của động cơ diesel [1] 4

Hình 1 2 Tổng quan về các phương pháp giảm phát thải NOx và PM [5] 5

Hình 1 3 Luân hồi nội tại sử dụng cam phụ EGR 8

Hình 1 4 Hệ thống luân hồi áp suất cao 9

Hình 1 5 Hệ thống luân hồi áp thấp 9

Hình 1.6 Hệ thống luân hồi kết hợp 10

Hình 1 7 Hệ thống luân hồi tức thời 11

Hình 1 8 Ảnh hưởng của EGR tới quá trình cháy và phát thải của động cơ diesel [19-23] 12 Hình 1 9 Ảnh hưởng của CO2 và H2O tới phát thải NOx và Soot[28] 13

Hình 1 10 Ảnh hưởng của nồng độ ô-xy và làm mát khí luân hồi tới phát thải NOx[28] 13

Hình 1 11 Các phương pháp sản xuất nhiên liệu hydro 16

Hình 1 12 Các phương án cung cấp hydro vào cho ĐCĐT 18

Hình 2 1 Sơ đồ động cơ R180 trang bị EHSy trong thực tế 29

Hình 2 2 Mô hình động cơ R180 có trang bị EHSy trên AVL Boost 29

Hình 2 3 Chọn mô hình lưỡng nhiên liệu cho quá trình mô phỏng 31

Hình 2 4 Chọn lựa loại nhiên liệu trong mô hình cần mô phỏng 31

Hình 2 5 Thiết lập các thông số điều khiển vòi phun 31

Hình 2 6 Khai báo biến thay đổi lượng nhiên liệu hydro cung cấp 31

Hình 2 7 Thiết lập đường kính van EGR 32

Hình 2 8 Mối quan hệ giữa góc quay và hệ số lưu lượng của van EGR 32

Hình 2 9 Thiết lập lưu lượng, nhiệt độ và áp suất đầu ra mong muốn 33

Hình 2 10 Các thông số bộ làm mát khí luân hồi 33

Hình 2 11 Thiết lập chung phần tử xi-lanh 34

Hình 2 12 Thiết lập mô hình truyền nhiệt 34

Hình 2 13 Thiết lập xú-páp nạp 35

Hình 2 14 Thiết lập xú-páp thải 35

Hình 2 15 Chọn lựa mô hình cháy và phương pháp hình thành hòa khí 37

Hình 2 16 Khai báo thông số vật lý vòi phun diesel 37

Hình 2 17 Tỉ lệ phun của vòi phun diesel sơ bộ theo biên dạng cam bơm 37

Hình 2 18 Các thông số hiệu chỉnh mô hình cháy trong mô hình AVL MCC 38

Hình 2 19 Hiệu chỉnh mô hình theo kinh nghiệm người dùng 38

xiii

Hình 2 20 Hiệu chỉnh các hệ số phát thải của mô hình cháy AVL-MCC 39

Hình 2 21 Thay đổi lượng diesel và hydro 39

Hình 2 22 Thay đổi tỉ lệ EGR 39

Hình 2 23 So sánh công suất và tiêu hao nhiên liệu ở đặc tính ngoài 42

Hình 2 24 So sánh phát thải NOx ở đặc tính ngoài 42

Hình 2 25 So sánh phát thải CO ở đặc tính ngoài 42

Hình 2 26 Đồ thị so sánh Gnl tại đặc tính tải ở 1500 (v/p) và 2600 (v/p) 42

Hình 2 27 Đồ thị so sánh phát thải NOx tại đặc tính tải ở 1500 (v/p) và 2600 (v/p) 42

Hình 2 28 Đồ thị so sánh phát thải CO tại đặc tính tải ở 1500 (v/p) và 2600 (v/p) 42

Hình 2 29 Đồ thị so sánh NOx ở 1500 (v/p) và 2600 (v/p) khi thực hiện H5E5 42

Hình 2 30 Đồ thị so sánh CO ở 1500 (v/p) và 2600 (v/p) khi thực hiện H5E5 42

Hình 2.31 Ảnh hưởng của EGR tới lambda trên R180 với H5 tại 1500 (v/p) mô phỏng 44

Hình 2.32 Ảnh hưởng của EGR tới lambda trên R180 với H10 tại 1500 (v/p) mô phỏng 44 Hình 2.33 Ảnh hưởng của EGR tới lambda trên R180 với H20 tại 1500 (v/p) mô phỏng 44 Hình 2.34 Ảnh hưởng của EGR tới lambda trên R180 với H30 tại 1500 (v/p) mô phỏng 44 Hình 2 35 Ảnh hưởng của EGR tới ge trên R180 với H5 tại 1500 (v/p) mô phỏng 46

Hình 2 36 Ảnh hưởng của EGR tới ge trên R180 với H10 tại 1500 (v/p) mô phỏng 46

Hình 2 37 Ảnh hưởng của EGR tới ge trên R180 với H20 tại 1500 (v/p) mô phỏng 46

Hình 2 38 Ảnh hưởng của EGR tới ge trên R180 với H30 tại 1500 (v/p) mô phỏng 46

Hình 2 39 Ảnh hưởng của EGR tới NOx trên R180 với H5 tại 1500 (v/p) mô phỏng 48

Hình 2 40 Ảnh hưởng của EGR tới NOx trên R180 với H10 tại 1500 (v/p) mô phỏng 48

Hình 2 41 Ảnh hưởng của EGR tới NOx trên R180 với H20 tại 1500 (v/p) mô phỏng 48

Hình 2 42 Ảnh hưởng của EGR tới NOx trên R180 với H30 tại 1500 (v/p) mô phỏng 48

Hình 2 43 Ảnh hưởng của EGR tới soot trên R180 với H5 tại 1500 (v/p) mô phỏng 49

Hình 2 44 Ảnh hưởng của EGR tới soot trên R180 với H10 tại 1500 (v/p) mô phỏng 49

Hình 2 45 Ảnh hưởng của EGR tới soot trên R180 với H20 tại 1500 (v/p) mô phỏng 49

Hình 2 46 Ảnh hưởng của EGR tới soot trên R180 với H30 tại 1500 (v/p) mô phỏng 49

Hình 2 47 Ảnh hưởng của EGR tới CO trên R180 với H5 tại 1500 (v/p) mô phỏng 51

Hình 2 48 Ảnh hưởng của EGR tới CO trên R180 với H10 tại 1500 (v/p) mô phỏng 51

Hình 2 49 Ảnh hưởng của EGR tới CO trên R180 với H20 tại 1500 (v/p) mô phỏng 51

Hình 2 50 Ảnh hưởng của EGR tới CO trên R180 với H30 tại 1500 (v/p) mô phỏng 51

Hình 2 51 Tỉ lệ hydro thay thế và EGR hợp lý ở tốc độ 1500 (v/p) 52

Hình 2.52 Ảnh hưởng của EGR tới lambda trên R180 với H5 tại 2600 (v/p) mô phỏng 53 Hình 2.53 Ảnh hưởng của EGR tới lambda trên R180 với H10 tại 2600 (v/p) mô phỏng 53 Hình 2.54 Ảnh hưởng của EGR tới lambda trên R180 với H20 tại 2600 (v/p) mô phỏng 53

xiv

Hình 2.55 Ảnh hưởng của EGR tới lambda trên R180 với H30 tại 2600 (v/p) mô phỏng 53

Hình 2 56 Ảnh hưởng của EGR tới ge trên R180 với H5 tại 2600 (v/p) mô phỏng 54

Hình 2 57 Ảnh hưởng của EGR tới ge trên R180 với H10 tại 2600 (v/p) mô phỏng 54

Hình 2 58 Ảnh hưởng của EGR tới ge trên R180 với H20 tại 2600 (v/p) mô phỏng 55

Hình 2 59 Ảnh hưởng của EGR tới ge trên R180 với H30 tại 2600 (v/p) mô phỏng 55

Hình 2 60 Ảnh hưởng của EGR tới NOx trên R180 với H5 tại 2600 (v/p) mô phỏng 56

Hình 2 61 Ảnh hưởng của EGR tới NOx trên R180 với H10 tại 2600 (v/p) mô phỏng 56

Hình 2 62 Ảnh hưởng của EGR tới NOx trên R180 với H20 tại 2600 (v/p) mô phỏng 56

Hình 2 63 Ảnh hưởng của EGR tới NOx trên R180 với H30 tại 2600 (v/p) mô phỏng 56

Hình 2 64 Ảnh hưởng của EGR tới soot trên R180 với H5 tại 2600 (v/p) mô phỏng 56

Hình 2 65 Ảnh hưởng của EGR tới soot trên R180 với H10 tại 2600 (v/p) mô phỏng 56

Hình 2 66 Ảnh hưởng của EGR tới soot trên R180 với H20 tại 2600 (v/p) mô phỏng 57

Hình 2 67 Ảnh hưởng của EGR tới soot trên R180 với H30 tại 2600 (v/p) mô phỏng 57

Hình 2 68 Ảnh hưởng của EGR tới CO trên R180 với H5 tại 2600 (v/p) mô phỏng 58

Hình 2 69 Ảnh hưởng của EGR tới CO trên R180 với H10 tại 2600 (v/p) mô phỏng 58

Hình 2 70 Ảnh hưởng của EGR tới CO trên R180 với H20 tại 2600 (v/p) mô phỏng 59

Hình 2 71 Ảnh hưởng của EGR tới CO trên R180 với H30 tại 2600 (v/p) mô phỏng 59

Hình 2 72 Tỉ lệ hydro và EGR thay thế hợp lý ở tốc độ 2600 (v/p) 59

Hình 2 73 Ảnh hưởng của EHSy tới lambda trên R180 ở toàn tải mô phỏng 60

Hình 2 74 Ảnh hưởng của EHSy tới pcmax trên R180 ở toàn tải mô phỏng 60

Hình 2 75 Ảnh hưởng của EHSy tới ge trên R180 ở toàn tải mô phỏng 60

Hình 2 76 Ảnh hưởng của EHSy tới NOx trên R180 ở toàn tải mô phỏng 60

Hình 2 77 Ảnh hưởng của EHSy tới soot trên R180 ở toàn tải mô phỏng 61

Hình 2 78 Ảnh hưởng của EHSy tới CO trên R180 ở toàn tải mô phỏng 61

Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống EHSy trang bị cho động cơ diesel R180 65

Hình 3 2 Động cơ diesel R180 dùng cho thí nghiệm 66

Hình 3 3 Kết cấu bơm cao áp động cơ R180 66

Hình 3 4 Kết cấu vòi phun diesel động cơ R180 66

Hình 3 5 Bình chứa nhiên liệu hydro 67

Hình 3 6 Van chống cháy ngược 67

Hình 3 7 Cấu tạo cụm van giảm áp 68

Hình 3 8 Cấu tạo vòi phun hydro 68

Hình 3 9 Ý nghĩa của T và i 69

Hình 3 10 Cảm biến đo tiêu hao nhiên liệu hydro 70

xv

Hình 3 11 Hệ thống cung cấp nhiên liệu hydro sau khi hoàn thiện 71

Hình 3 12 Kích thước đường ống thải 71

Hình 3 13 Sơ đồ tính toán tiết diện lưu thông của van EGR 73

Hình 3 14 Van EGR lựa chọn phục vụ thí nghiệm 73

Hình 3 15 Mạch điện điều khiển van EGR 74

Hình 3 16 Hệ thống điều khiển van EGR 74

Hình 3.17 Ống làm mát khí luân hồi 75

Hình 3 18 Bơm nước làm mát khí luân hồi 75

Hình 3 19 Hệ thống EGR cho động cơ R180 sau khi hoàn thiện 76

Hình 3 20 Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống EHSy 76

Hình 3 21 Sơ đồ cấu tạo hệ thống EHSy 77

Hình 3 22 Sơ đồ bố trí trong thực tế 77

Hình 3 23 Vị trí lắp đặt cảm biến phun hydro 78

Hình 3 24 Cấu tạo cảm biến tốc độ động cơ 78

Hình 3 25 Cảm biến vị trí tay điều khiển 78

Hình 3 26 Sơ đồ mạch điện cảm biến 78

Hình 3 27 Mô tơ kéo thước nhiên liệu 79

Hình 3 28 Mô tơ servo MG995 79

Hình 3 29 Đặc tính của động cơ servo 80

Hình 3 30 Đặc tính của vòi phun hydro 80

Hình 3 31 Tỉ lệ EGR theo độ mở van EGR ở tốc độ 1500 (v/p) 80

Hình 3 32 Tỉ lệ EGR theo độ mở van EGR ở tốc độ 2600 (v/p) 80

Hình 3 33 Sơ đồ mô tả các tín hiệu của card HDL 9090 81

Hình 3 34 ECU điều khiển hệ thống EHSy 81

Hình 3 35 Sơ đồ thuật toán xác định tốc độ thực của động cơ 82

Hình 3 36 Sơ đồ thuật toán xác định vị trí tay điều khiển 83

Hình 3 37 Thuật toán xác định vị trí van EGR 84

Hình 3 38 Thuật toán điều khiển góc quay động cơ servo 84

Hình 3 39 Thuật toán điều khiển vòi phun hydro 85

Hình 3 40 Thuật toán điều khiển van EGR 85

Hình 3 41 Code lập trình điều khiển EHSy trên Labview 86

Hình 3 42 Giao diện điều khiển và hiển thị trên Labview 86

Hình 3 43 Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống EHSy 87

Hình 3 44 Sơ đồ mạch nguồn hệ thống EHSy 87

1.3.4 Bổ sung hydro trong động cơ diesel

Do việc sản xuất, vận chuyển và tích trữ bảo quản nhiên liệu hydro đủ để sử dụng thay thế hoàn toàn xăng hoặc diesel khá khó khăn và tốn kém nên việc sử dụng hydro làm nhiên liệu bổ sung vào các nhiên liệu truyền thống để cải thiện quá trình cháy của nhiên liệu này và giảm phát thải cho động cơ đang rất được quan tâm nghiên cứu

1.3.4.1 Các nghiên cứu trong nước

Ở trong nước đã có một số công trình nghiên cứu bổ sung hydro cho động cơ đốt trong cả về lý thuyết và thực nghiệm Hydro có thể được cung cấp bổ sung vào động

cơ dưới dạng khí hydro tinh khiết, khí giàu hydro hoặc khí HHO Công trình nghiên cứu bổ sung khí giàu hydro cho động cơ xăng của Phạm Ngọc Anh [55] và công trình nghiên cứu mô phỏng tạo khí giàu hydro bổ sung cho động cơ diesel của Hoàng Đình Long[56] cho thấy chỉ với tỉ lệ khí giàu hydro bổ sung nhỏ (<6%) đã giúp giảm đáng

kể phát thải CO, HC của động cơ

Một số công trình nghiên cứu bổ sung khí HHO cho động cơ cũng chỉ ra hiệu quả giảm phát thải đáng quan tâm Khí HHO là hỗn hợp chứa H2 (khoảng 60% thể tích)

và O2 (khoảng 30%) và một lượng nhỏ hơi nước và các chất hoạt động như gốc ô-xy (O) và gốc hydroxyl (OH)) Công trình nghiên cứu tạo khí HHO cung cấp cho động

cơ diesel [57] cho thấy động cơ HD700 với 100 km khi có tải, tiêu thụ nhiên liệu giảm từ 34 lít xuống 28 lít (giảm 14%), động cơ Maxfore có tải, tiêu thụ giảm từ 38 lít xuống 35 lít (giảm 8%) Về phát thải độc hại thì với động cơ HD700, lượng khí

CO giảm 32,7%, khí NOx giảm 21,8%, muội than giảm 47,5%; với động cơ MaxxForce 11, lượng khí CO giảm 16%, lượng khí NOx giảm 18%, muội than giảm 15% Lượng phát thải CO2 cũng giảm do việc nhiên liệu tiêu thụ giảm

Công ty Fujidenki đã nghiên cứu, lắp đặt và thử nghiệm hệ thống thiết bị điện phân nước tạo khí HHO trên tàu đánh cá để tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát khí thải gây

ô nhiễm môi trường[57] Kết quả thử nghiệm tại tàu cá ngư dân Bình Định cho thấy mức tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ giảm được 4,98 lít/giờ (16,6%)

Chưa có công trình nghiên cứu thực nghiệm nào về đánh giá ảnh hưởng của bổ sung hydro đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ diesel

21

1.3.4.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Các nghiên cứu ngoài nước được chia làm 2 dạng nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm Các kết quả đều khẳng định rằng việc cải thiện đặc tính làm việc

và phát thải của động cơ diesel khi bổ sung hydro phụ thuộc vào các yếu tố sau: tỉ lệ hydro thay thế, tải trọng làm việc, phương pháp cung cấp hydro, thời điểm phun hydro

và kiểu động cơ (có tăng áp hoặc không tăng áp, hệ thống nhiên liệu diesel cơ khí hay điều khiển điện tử) Với các điều kiện lý tưởng thì việc bổ sung hydro sẽ thúc đẩy sự hòa trộn của hỗn hợp diesel-hydro-không khí, giảm thời gian cháy trễ [58, 59] làm gia tăng áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt [59] Điều này làm tăng hiệu suất nhiệt giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm hầu hết các phát thải độc hại như HC, CO, CO2, đặc biệt là PM [60, 61], tuy nhiên phát thải NOx lại có xu hướng tăng

Tỉ lệ hydro thay thế tối đa phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố, mỗi nghiên cứu có một tỉ lệ tối ưu riêng Theo nghiên cứu của Lambe [62], tỉ lệ hydro thay thế có thể đạt được lên tới 65%-90% bằng cách cải tạo buồng đốt, thay đổi thời gian phun và thời điểm phun hydro Việc bổ sung quá nhiều hydro sẽ làm giảm lượng không khí nạp trong buồng đốt và gây ảnh hưởng xấu tới động cơ

Tải trọng động cơ có ảnh hưởng đến mức độ tham gia của hydro vào quá trình cháy Các nghiên cứu chỉ ra rằng chỉ nên bổ sung hydro ở tải cao để có thể đốt hoàn toàn nhiên liệu và khi ở tải thấp thì chỉ bổ sung hydro với lượng nhỏ để tránh việc hydro không đốt hết và bị thải ra ngoài ống thải [63] Zhou [59] công bố ở tải lớn hơn 70% hiệu quả của việc đốt hoàn toàn hydro có xu hướng tăng

Như vậy có thể nói tùy thuộc vào lượng không khí nạp mới, lượng hydro tham gia vào quá trình cháy, hiệu quả đốt cháy diesel, hiệu quả đốt cháy hydro sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới các thông số như áp suất xi-lanh, tốc độ gia tăng áp suất, tốc độ gia tăng nhiệt độ, hiệu suất nhiệt và tiêu hao nhiên liệu

Các nghiên cứu về hiệu suất nhiệt của của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-hydro (DHE) cho kết quả không đồng nhất Theo Adnan và cộng sự [64], bổ sung hydro làm tăng công suất chỉ thị từ 4% đến 16% khi tốc độ động cơ tăng lên, điều này chứng

tỏ BTE tăng cho tất cả các dải tốc độ Các kết quả đồng quan điểm với Adnan có thể

kể đến như của Tomina [58] hay Singh [65] (BTE tăng 1,83% với lưu lượng hydro cung cấp là là 40 mol/h) Tuy nhiên Miyamoto [66] và Zhou [59] cho rằng hiệu suất chỉ thị không đổi hoặc giảm khi ở tải thấp và chỉ tăng khi tải cao [59, 67] Sự giảm BTE sẽ làm gia tăng sự tiêu hao nhiên liệu có ích BSFC [65] Ngoài ra việc tăng tỉ lệ hydro quá lớn cũng làm cho BTE giảm [68] và làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ISFC Mức giảm tối đa của BTE là 10,5% và mức tăng tiêu hao nhiên liệu 11,7% với trường hợp tỉ lệ bổ sung hydro là 46%

Hydro có ảnh hưởng tích cực đến việc giảm phát thải cho động cơ diesel, đặc biệt

là phát thải khói Hầu hết các nghiên cứu đều công bố khi có hydro tham gia vào quá trình cháy thì phát thải khói của động cơ diesel giảm mạnh Cụ thể Sandalcı và Karagoz [68] công bố giảm 57,8% phát thải khói Varde [69] công bố giảm 50% khói

ở tải bộ phận với tỉ lệ hydro thay thế nhỏ hơn 15% Lambe và Watson [62] công bố phát thải khói giảm 80% trong khi Tomita [58] công bố phát thải khói giảm gần tới 0 trong tất cả các trường hợp có hydro bổ sung ở tất cả các trường hợp thử nghiệm Senthil Kumar [70] công bố phát thải khói giảm 43,5% với tỉ lệ hydro bổ sung là 5% Saravanan và Nagarajan [71] công bố khói giảm khoảng 50% cùng với sự tăng của

22

hiệu suất nhiệt có ích từ 22,78% lên 27,9% khi bổ sung khí giàu hydro lên tới 30% Theo Zhou [59], việc bổ sung hydro giúp giảm phát thải khói ở tải từ trung bình đến tải cao Tuy nhiên khi ở tải cao tỉ lệ hydro bổ sung lớn thì hiệu quả giảm phát thải khói là không đáng kể như công bố của Jing-ding [72] hoặc tăng cao như công bố của Miyamoto [67] cho rằng phát thải khói tăng ở tải cao với tỉ lệ hydro thay thế là 8,2% (v/v) so với động cơ diesel ban đầu Zhou [59] cũng công bố sự hình thành của C2H4,

C3H6, C6H6, C7H8, C8H10, CH3CHO trong khí thải được sinh ra do quá trình nhiệt phân diesel có xu hướng giảm do sự tham gia của hydro ở tải trung bình thấp nhưng

có xu hướng tăng lên ở các tải cao hơn do thiếu ô-xy cho quá trình cháy vì bị hydro thay thế

Khi bổ sung hydro cho động cơ diesel, các thành phần phát thải CO, CO2, HC có

xu hướng giảm [58, 73, 74] Một số công trình còn định lượng được mức giảm như Senthil Kumar [70] công bố CO giảm 50%, HC giảm 42,8% với H5% Lambe [62] công bố khí CO giảm hơn 80% Singh [65] công bố ở chế độ 80% tải lượng phát thải

CO, CO2 và HC lần lượt giảm 10%, 21,7% và 5,13% tương ứng so với động cơ diesel ban đầu Sandalci và Karagoz [68] công bố lượng phát thải CO2 giảm khi tăng hydro

bổ sung với mức giảm tối đa 62,2% tương ứng với H46%, phát thải CO giảm tối đa 62% được ghi nhận ở H16% Tuy nhiên, phát thải HC có xu hướng tăng khi tăng tỉ lệ hydro bổ sung Theo Zhou [59], việc bổ sung hydro giúp giảm hàm lượng khí thải

CO2, CO ở tải từ trung bình đến cao, trong khi phát thải HC giảm ở tải thấp đến trung bình tương ứng với tỉ lệ hydro bổ sung là 30% và 40%

Tuy nhiên việc bổ sung hydro với tỉ lệ lớn sẽ làm cho các thành phần phát thải CO,

CO2 và HC tăng theo như các kết quả nghiên cứu của Masood [75] và Miyamoto [67] Miyamoto cho rằng khi thời điểm phun diesel là 60 BTDC và hydro thay thế là 10,3% thể tích, lượng khí thải CO của động cơ DHE tăng lên Varde [69] công bố HC tăng khi tăng tỉ lệ hydro thay thế ở tải bộ phận và toàn tải Sự gia tăng phát thải HC, CO

và CO2 là do quá trình đốt cháy không hoàn toàn xảy ra do thiếu ô-xy cần thiết ở tốc

độ cao khi bổ sung hydro

Đặc biệt một số trường hợp còn ghi nhận không tìm thấy tỉ lệ hydro bổ sung nào hợp lý để giảm các phát thải CO, CO2 và HC cho động cơ diesel như Adnan [64] công

bố CO tăng liên tục từ 423-758 ppm

Phát thải NOx được ghi nhận là phụ thuộc vào tải, giảm ở mức tải thấp đến trung bình nhưng tăng ở tải cao và có xu hướng tăng cùng với sự gia tăng của tỉ lệ hydro thay thế Có hydro trong quá trình cháy sẽ làm cho nhiệt độ buồng đốt tăng cao, tạo tiền đề cho xu hướng hình thành NOx [74] Các nghiên cứu có thể kể đến như Saravanan và Nagarajan [71], các tác giả đã công bố ở 70% tải động cơ với tỉ lệ khí giàu hydro thay thế là 90% thì lượng khí thải NOx giảm 79,5% Tuy nhiên, ở toàn tải, lượng phát thải NOx tăng lên so với động cơ diesel nguyên bản Theo Sandalcı và Karagoz [68], NOx tăng 58,8% khi HR vượt quá 16% và tăng mạnh 159,7% đối với các trường hợp tương ứng là HR=36% và HR=46% Singh [65] công bố mức NOx

tăng 6,2% Tomina [62] công bố NOx có xu hướng gia tăng cả ở điều kiện tải bộ phận

và toàn tải, phát thải NOx tăng 30% khi ở đặc tính ngoài với HR là 15% Senthil Kumar [70] công bố NOx tăng 13,8% với HR là 5% ở toàn tải do tăng nhiệt độ quá trình cháy Adnan [64] công bố lượng khí thải NOx tăng liên tục từ 48-197 ppm Theo nghiên cứu của Mac Willlam và Kumar và Nag [76-78], đối với động cơ DHE khi bổ

Sanavan và cộng sự [54] nghiên cứu trên động cơ diesel 1 xi-lanh phun trực tiếp Kirloskar AV1 với các tải khác nhau ở tốc độ định mức là 1500 v/p đã chỉ ra rằng với việc cung cấp hydro kiểu chế hòa khí thì BTE giảm 5%, khói giảm 8% và NOx tăng 8%, trong khi phun hydro vào cửa nạp thì BTE tăng 17%, khói giảm 18% và NOx

tăng 34% Phát thải CO, CO2 và phát thải khói giảm khi bổ sung hydro, nhưng sự thay đổi NOx, HC và BSFC ở điều kiện tải cục bộ còn chưa đồng nhất Ngoài ra không

có sự khác biệt cơ bản nào khi phun trước xu-páp nạp và phun trên đường ống nạp Như vậy có thể nói phương pháp phun hydro trên đường ống nạp có hiệu quả hơn so với phương pháp chế hòa khí

Saravanan và cộng sự [53] khẳng định bổ sung hydro cho động cơ diesel có thể cải thiện đồng thời hiệu suất và phát thải bằng cách tối ưu thời gian và thời điểm phun hydro trên đường ống nạp Trong nghiên cứu của mình tác giả cho rằng với thời gian phun hydro là 900 CA và thời điểm phun là 50 AFTDC (IVO-IVC) là thích hợp ở toàn tải Trong điều kiện này, kết quả cho thấy khói giảm 66,2%, NOx giảm 50,8% và BTE tăng 5,4%; phát thải CO, CO2 và HC đã giảm đáng kể so với động cơ thuần diesel ở toàn tải

Saravanan và Nagarajan [80] nghiên cứu phun hydro trên cụm ống hút với thời điểm phun và thời gian phun có thể thay đổi nhờ ECU Thời điểm phun tối ưu nằm trong khoảng khi pít-tông ở ĐCT và xu-páp hút bắt đầu mở với thời gian là 300 góc quay trục khuỷu Kết quả cho thấy BTE tăng 8,1%, khói giảm 54,5%, HC giảm 7,6%

so động cơ nguyên bản ở 75% tải, nhưng lượng phát thải NOx lại tăng 13%

Đối với động cơ diesel hút khí tự nhiên việc bổ sung hydro có nhiều tín hiệu tích cực, tuy nhiên vẫn bị hạn chế về lượng ô-xy cung cấp cho một chu trình Động cơ diesel tăng áp khắc phục được nhược điểm này và các nghiên cứu bổ sung hydro trên động cơ diesel tăng áp cũng có nhiều kết quả khả thi hơn Shirk và cộng sự [81] nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung hydro đến phát thải của động cơ diesel 4 xi-lanh tăng áp, dung tích 1,3 lít Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với HR là 5% và 10%, lượng phát thải NOx giảm so với động cơ nguyên bản ở các tải tương ứng Nghiên cứu cũng kết luận việc bổ sung hydro sẽ góp phần chuyển đổi phát thải NO thành

NO2 trên tổng lượng phát thải NOx của động cơ

Roy và cộng sự [82] công bố với HR là 90% thì động cơ không còn phát thải khói,

CO và HC có hàm lượng không đáng kể trong khi hiệu suất nhiệt đạt khoảng 42% Tuy nhiên phát thải NOx luôn cao hơn các quy định về khí thải

Lilik và cộng sự [83] nghiên cứu trên động cơ tăng áp, phun diesel điều khiển điện

tử với các tỉ lệ HR là 0%, 2,5%, 5%, 7,5%, 10 % và 15% Việc thực nghiệm được tiến hành ở mức 25% và 75% tải và ở tốc độ động cơ là 1800 v/p và 3600 v/p Thời

24

điểm phun và lượng phun không thể thay đổi vì phụ thuộc vào ECU động cơ Kết quả cho thấy quá trình đốt cháy diesel bổ sung hydro dẫn đến sự gia tăng phát thải NOx Trong tổng khối lượng phát thải NOx thì NO2 chiếm tỉ lệ lớn Điều này có thể giải thích khi có hydro sẽ thúc đẩy sự hình thành hơi nước trong buồng đốt Sự có mặt của H2O làm tăng sự chuyển đổi NO thành NO2, các tác giả cũng kết luận rằng lợi ích của việc bổ sung hydro trong các động cơ diesel là có tiềm năng vì việc thay thế nhiên liệu diesel bằng hydro không ảnh hưởng bất lợi đến các đặc tính làm việc và phát thải của động cơ nguyên bản

Liu và cộng sự [84] đã nghiên cứu thực nghiệm đặc điểm phát thải NO2 của động

cơ hạng nặng tăng áp hoạt động với chu trình thử 13 chế độ của châu Âu tại tốc độ

1200 v/p với hydro được bổ sung vào không khí nạp Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung một lượng nhỏ hydro làm tăng đáng kể lượng phát thải NO2 ở các tải nhất định So với động cơ thuần diesel việc bổ sung hydro làm tăng lượng khí thải

NO2 gấp 5 lần và 3 lần tương ứng ở mức tải 10% và 70% Tuy nhiên khi tăng tải động

cơ thì ảnh hưởng của hydro tới sự chuyển đổi NO thành NO2 có xu hướng giảm Bika và cộng sự [85] đã nghiên cứu ảnh hưởng của hydro đến phát thải NOx và

PM của một động cơ diesel 4 xi-lanh, tăng áp Kết quả chỉ ra rằng với HR lớn hơn 40% thì sự hình thành NOx không bị ảnh hưởng nhiều nhưng làm gia tăng quá trình chuyển đổi NO thành NO2 Sự phát thải PM, được đo bằng máy quang phổ cho thấy tổng khối lượng và tổng số hạt PM giảm đáng kể trong tất cả các trường hợp bổ sung hydro

Ngoài việc bổ sung hydro nguyên chất thì việc biến đổi nhiệt hóa để tạo hydro cũng cho kết quả giảm các phát thải dạng hạt như nghiên cứu của Tsolakis và cộng

sự [86] Khí hydro được tạo ra bằng cách nhiệt hóa nhiên liệu trong bộ xúc tác nhờ khí luân hồi và đưa vào đường ống nạp Kết quả nghiên cứu cho thấy kích thước hạt

và sự phân bố khối lượng PM không bị ảnh hưởng đáng kể, nhưng tổng số hạt và khối lượng PM giảm đáng kể so với động cơ thuần diesel

Lợi ích của việc bổ sung hydro cho động cơ là rõ ràng tuy nhiên kích nổ là một vấn đề lớn trên động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-hydro Một số nghiên cứu đã công bố rằng ở tỉ lệ hydro bổ sung lớn hơn 50% tổng năng lượng cung cấp [87, 88] hoặc khi

tỉ lệ của hydro-không khí ΦH2-Air > 0,3 [82] thì sẽ gây kích nổ

1.3.4.3 Tóm tắt đặc điểm động cơ diesel bổ sung hydro

Qua tổng quan kết quả các công trình nghiên cứu bổ sung hydro trong động cơ diesel có thể tóm tắt ảnh hưởng của việc bổ sung hydro đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ như sau:

- Nhìn chung việc bổ sung hydro cho động cơ diesel sẽ giúp hỗn hợp không hydro-diesel hòa trộn tốt hơn, tạo tiền để cho quá trình cháy hoàn hảo; ngoài ra với đặc tính cháy nhanh, hydro sẽ góp phần làm giảm thời gian cháy trễ, giúp đốt cháy nhiên liệu diesel kiệt hơn;

khí Việc bổ sung hydro với tỉ lệ và điều kiện làm việc hợp lý sẽ góp phần cải thiện đặc tính làm việc của động cơ diesel như tăng hiệu suất nhiệt, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và giảm các phát thải độc hại của động cơ như CO, CO2, HC và đặc biệt là PM; tuy nhiên phát thải NOx lại có xu hướng gia tăng;