Ảnh hưởng của việc sử dụng LPG/diesel đến đặc tính phát thải của động cơ diesel

Hiện nay, chất lượng không khí của các trung tâm thành phố xuống rất thấp do bị ô nhiễm từ khí thải động cơ xăng và diesel. Việc sử dụng nhiên liệu LPG trên động cơ diesel được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG LPG/DIESEL ĐẾN ĐẶC TÍNH PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL Nguyễn Tường Vi Khoa Cơ khí, Trường Đại học Thủy lợi, email: Nguyentuongvi1978@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, chất lượng không khí trung tâm thành phố xuống thấp bị nhiễm từ khí thải động xăng diesel [1] Việc sử dụng nhiên liệu LPG động diesel nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu[2] LPG hỗn hợp hydrocarbon nhẹ, chủ yếu propan (C3H8) butan (C4H10) lấy từ thiên nhiên mỏ dầu, mỏ khí LPG sản xuất nhà máy lọc dầu q trình chưng cất dầu thơ[3] LPG loại nhiên liệu gây nhiễm, nghiên cứu sử dụng nhiều động xăng nước [4] Việt Nam PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thực mô động diesel điều khiển điện tử AVL 5402 theo phương pháp phun LPG vào đường nạp theo tỷ lệ 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, phun diesel trực tiếp vào xilanh để LPG thay phần diesel cho cho nhiệt lượng hai phần nhiên liệu tương đương với dùng diesel Bảng Thông số ĐC AVL 5402 Hành trình piston 95 mm Đường kính xylanh 80 mm Số xylanh - Thể tích cơng tác 510,7 cm3 Công suất định mức tốc độ n = 3200 v/ph Kw Mô men cực đại n = 2000 v/ph 31,4 Nm Tỷ số nén 17.3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Xây dựng mơ hình -Mơ hình truyền nhiệt: Q i  Ai  w T c  T wi  Với Qi– nhiệt lượng truyền cho thành, Ai– diện tích truyền nhiệt, αw– hệ số truyền nhiệt, Tc– nhiệt độ môi chất xylanh, Twi– nhiệt độ thành -Mơ hình hình cháy: dmb  u AT S L dt Trong đó: u - tỷ trọng hỗn hợp; AT diện tích màng lửa cháy rối phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu buồng cháy tốc độ động cơ; SL tốc độ lan tràn màng lửa - Mơ hình hình thành phát thải: Mơ hình hình thành phát thải CO: CO + OH ↔ CO2 + H CO2 + O ↔ CO + O2 Mơ hình hình thành phát thải NOx: Sử dụng mơ hình sử dụng phản ứng chuỗi Zeldovich Mơ hình hình thành phát thải Soot: dms dms , f dms ,ox   dt dt dt dms , f dms,ox , tốc độ hình Trong đó: dt dt thành tốc độ ơxy hố bồ hóng Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 4.2 Đánh giá độ tin cậy mơ hình Hình Kết mơ suất tiêu thụ lượng tỷ lệ LPG thay khác Hình Mơ men suất tiêu hao nhiên liệu động thực nghiệm mơ đường đặc tính ngồi chạy diesel 4.4 Kết ảnh hưởng tỷ lệ LPG đến nồng độ phát thải Phát thải HC (hình 4): Mơ hình tạo thành HC lập trình ngơn ngữ FORTRAN kết hợp với thông số nhiệt động từ phần mềm AVL BOOST, việc tính tốn mơ thực tốc độ định mức n=3000 v/p với chế độ tải 25%, 50%, 100% tải định mức với tỷ lệ LPG thay thay đổi từ 0% đến 50% Khi tăng tỷ lệ LPG thay chế độ tải, hàm lượng phát thải HC tăng Ở chế độ tải nhỏ hàm lượng HC tăng mạnh tăng tỷ lệ LPG thay So sánh kết mô men suất tiêu hao nhiên liệu động lý thuyết mơ hình kết thực nghiệm đặc tính ngồi (100% tải) chạy với nhiên liệu diesel (chưa cấp LPG) chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với lượng diesel thay 30% Có thể thấy, sai lệch kết tính tốn kết thực nghiệm khơng q 5% 3% hình 1,2 Hàm lư ợ ng phát thải HC (ppm ) 8000 7000 Tải 25% 6000 Tải 50% 5000 Tải 100% 4000 3000 2000 1000 Hình Mơ men động thực nghiệm mô đường đặc tính ngồi chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel 10 20 30 40 50 Tỷ lệ LPG thay (%) Hình Kết mơ phát thải HC chế độ tải tỷ lệ LPG thay khác 4.3 Kết ảnh hưởng tỷ lệ LPG đến suất tiêu thụ lượng Phát thải NOx (hình 5): Khi tăng tỷ lệ LPG thay nồng độ phát thải NOx tăng Phát thải NOx toàn tải tăng lên tăng tỷ lệ LPG tốc độ q trình cháy cao hơn, nhiệt độ cháy cục tăng dẫn tới khả hình thành NOx tăng lên Khi động sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với tỷ lệ tốc độ 2400v/ph suất tiêu hao lượng giảm nhiều Điều nói lên hiệu suất động tăng tăng tỷ lệ LPG thay Hình Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 sử dụng nhiên liệu diesel, Soot khí thải giảm Hình Kết mô phát thải NOx theo tốc độ động tỷ lệ LPG khác Hình Kết mô phát thải Soot theo tốc độ động tỷ lệ LPG khác Phát thải CO (hình 6): Khi tăng tỷ lệ LPG nồng độ phát thải CO giảm so với trường hợp đơn nhiên liệu chế độ thử nghiệm CO tạo vùng cháy nhiên liệu diesel; chế độ tồn tải, nhiệt độ khí cháy cao nên tăng tỷ lệ LPG trình cháy thêm mãnh liệt, nhiệt độ tăng cao giúp ơxy hóa nhanh CO làm cho CO giảm KẾT LUẬN Việc cấp LPG vào đường nạp động diesel phù hợp không yêu cầu phải thay đổi kết cấu động Tính chất nhiên liệu LPG đáp ứng yêu cầu làm việc động Khi sử dụng lưỡng nhiên liệu, phát thải HC NOx trung bình tốc độ tăng nhiều phát thải CO Soot giảm Cụ thể : Ở chế độ 100% tải, thay 30% LPG, 100% tải phát thải CO giảm 46,54%, Soot giảm 34,23%, HC tăng 500%, NOx tăng 49,67% TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] J.A Paravantis, Trends in energy consumption and carbon dioxide emissions of passenger cars and buses, 2007 [2] Phạm Minh Tuấn, 2008 Khí thải động ô nhiễm môi trường, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Blackmer Dover Company, Liquified gas handbook, Bulettin 500-01, 2008 [4] Hakan Bayraktar Investigating the effects of LPG on spark ignition engine combustion and performance Energy Conversion and Management 46 (2005) Hình Kết mơ phát thải CO theo tốc độ động tỷ lệ LPG khác Phát thải Soot (hình 7): Có thể thấy tăng tỷ lệ LPG phát thải Soot giảm so với trường hợp đơn nhiên liệu chế độ thử nghiệm, Do LPG hòa trộn với khơng khí đường ống nạp nên hỗn hợp khí nạp vào xilanh đồng so với ... 978-604-82-3869-8 sử dụng nhiên liệu diesel, Soot khí thải giảm Hình Kết mơ phát thải NOx theo tốc độ động tỷ lệ LPG khác Hình Kết mô phát thải Soot theo tốc độ động tỷ lệ LPG khác Phát thải CO (hình... khác Hình Mơ men suất tiêu hao nhiên liệu động thực nghiệm mô đường đặc tính ngồi chạy diesel 4.4 Kết ảnh hưởng tỷ lệ LPG đến nồng độ phát thải Phát thải HC (hình 4): Mơ hình tạo thành HC lập... KẾT LUẬN Việc cấp LPG vào đường nạp động diesel phù hợp không yêu cầu phải thay đổi kết cấu động Tính chất nhiên liệu LPG đáp ứng yêu cầu làm việc động Khi sử dụng lưỡng nhiên liệu, phát thải HC