Nghiên cứu hiệu quả của nhiên liệu diesel sinh học trên động cơ diesel

Bài viết Nghiên cứu hiệu quả của nhiên liệu diesel sinh học trên động cơ diesel chỉ ra rằng khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học công suất động cơ giảm xuống và tiêu hao nhiên liệu tăng lên so với nhiên liệu khoáng. Với nhiên liệu diesel sinh học B5, nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng công suất và mômen không có sự sai khác nhiều nhưng suất tiêu hao nhiên liệu tăng, các phát thải độc hại có xu hướng giảm, trừ phát thải NOx.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL Nguyễn Hữu Tuấn1, Nguyễn Văn Tuân2, Nguyễn Văn Nhinh3, Nguyễn Phi Trường4, Nguyễn Huy Chiến4 Trường Đại học Thủy lợi, email: nhtuan@tlu.edu.vn Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội GIỚI THIỆU CHUNG Các thách thức nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt ô nhiễm môi trường từ phương tiện tham gia giao thông ngày gia tăng không ngừng thúc đẩy nghiên cứu áp dụng biện pháp tiết kiệm nhiên liệu giảm khí thải nhiễm hoạt động giao thơng Ngồi diesel khống (DO), nhiên liệu diesel sinh học sử dụng cho động đốt nhận quan tâm giới Diesel sinh học định nghĩa dạng nhiên liệu dùng để thay diesel, có nguồn gốc từ dầu thực vật mỡ động vật Về phương diện hóa học diesel sinh học methyl, ethyl ester acid béo Nhiên liệu diesel sinh học góp phần phát triển kinh tế nông thôn, tăng thu nhập cho người dân nơi có tiềm lớn lĩnh vực nơng, lâm, ngư nghiệp Đến có nhiều nghiên cứu giới Việt Nam nhiên liệu diesel sinh học phối trộn diesel khoáng với tỷ lệ diesel sinh học từ 0% (B0) tới 100% (B100) Các kết nghiên cứu đem lại hiệu định Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi diesel sinh học cho động đốt nhiều khó khăn thiếu hụt nguồn nguyên liệu giá thành sản xuất cao Trong tương lai, nhiên liệu khoáng cạn kiệt nguồn nguyên liệu chế biến đa dạng hóa diesel sinh học nhiên liệu thay nhiều tiềm cho động diesel Phần lớn nghiên cứu sử dụng nhiên liệu diesel sinh học công suất động giảm xuống tiêu hao nhiên liệu tăng lên so với nhiên liệu khoáng Với nhiên liệu diesel sinh học B5, nhiều nghiên cứu công suất mơmen khơng có sai khác nhiều suất tiêu hao nhiên liệu tăng, phát thải độc hại có xu hướng giảm, trừ phát thải NOx Ở Việt Nam, đề tài cấp nhà nước B5 công suất tăng 1,33%, tiêu hao nhiên liệu giảm 1,39%, phát thải độc hại giảm từ ÷ 6,5%, phát thải NOx tăng 3,29% so với sử dụng diesel khoáng [1] PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AVLBoost mô động diesel D4BB sử dụng nhiên liệu diesel diesel sinh học phối trộn diesel với tỷ lệ khác Nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ diesel sinh học tới tính kỹ thuật phát thải động diesel theo đường đặc tính ngồi (100% tải) Đối tượng nghiên cứu động Hyundai D4BB với thơng số trình bày Bảng [2] 21 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Bảng Thông số kỹ thuật động diesel D4BB Model động Dung tích xy lanh (cm ) Đường kính  hành trình (mm) Cơng suất lớn (Kw - vịng/phút) D4BB 2.607 91,1  100 59-4.000 Mômen lớn (N.m - vịng/phút) 170-2.200 Đường đặc tính ngồi động thực thể Hình dQ (3)  CComb f1 ( M F , Q) f (k ,V ) d CO sản phẩm cháy trình cháy thiếu O2, tức CO chủ yếu sinh từ q trình cháy khơng hồn tồn hydro cácbon Tốc độ phản ứng tạo thành CO tính theo cơng thức:  d  CO  CO   (4)  ( R1  R2 )      CO   dt e   Cơ chế hình thành NOx mơ Boost dựa sở Pattas Hafner Quá trình hình thành chúng thể qua sáu phương trình phản ứng theo chế Zeldovich Phát thải soot thường dựa theo chế đề xuất Hiroyasu cộng Cơ chế gọi chế hai bước, mơ tả hình thành xy hố phân tử bồ hóng hai nhiều phản ứng [3] Hình Đường đặc tính ngồi động thực Nghiên cứu mơ sử dụng phương trình nhiệt động học thứ để tính tốn q trình cháy động đốt Định luật nhiệt động học thứ thể mối quan hệ biến thiên nội (hay enthalpy) với biến thiên nhiệt công: d (mc u ) dV dQF   pc  d d d (1) dQw dmBB   hBB d d Quá trình truyền nhiệt từ buồng cháy qua thành buồng cháy nắp xy lanh, piston lót xy lanh tính dựa vào phương trình truyền nhiệt thể phương trình (2): (2) Qwi  Ai  w (Tc  Twi ) Mơ hình Woschni 1978 phù hợp cho động diesel sử dụng để tính tốn hệ số truyền nhiệt Mơ hình cháy sử dụng nghiên cứu mơ hình AVL MCC Tốc độ tỏa nhiệt hàm số lượng nhiên liệu (f1) lượng động học rối (f2), thể phương trình (3): Hình Xây dựng mơ hình mơ Hình Kết kiểm chứng Dựa thông số kết cấu tài liệu liên quan, mơ hình mơ động thể Hình Kết kiểm chứng hai mơ hình cách so sánh tính kỹ 22 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 thuật Hình Với nhiên liệu DO, công suất suất tiêu hao nhiên liệu điều chỉnh đảm bảo sai số mô đường đặc tính nhà sản xuất sai lệch nhỏ 2%, mơ hình đảm bảo độ tin cậy để thực nghiên cứu CO2 dẫn đến phát thải giảm dần (từ 3,4 đến 11,9%) theo mức tăng diesel sinh học KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ diesel sinh học tới tính kỹ thuật động Công suất động sử dụng nhiên liệu diesel sinh học giảm so với nhiên liệu diesel giảm tỷ lệ pha trộn diesel sinh học tăng lên Với lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình tất nhiên liệu kết nhiệt trị diesel sinh học thấp nhiên liệu diesel Trong đó, suất tiêu hao nhiên liệu lại tăng dần tăng tỷ lệ pha trộn diesel sinh học Vì lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình khơng đổi nhiên liệu công suất động giảm nên làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu Mức độ cải thiện hiệu công suất suất tiêu hao nhiên liệu thể Hình Hình Mức độ cải thiện hiệu phát thải CO, NOx, Soot Phát thải NOx tăng tương ứng (từ 1,8 đến 8,1%) tăng tỷ lệ diesel sinh học Sự thay đổi hệ số dư lượng khơng khí nhiên liệu diesel sinh học cao nên tạo thuận lợi cho trình hình thành NOx, mặt khác hỗn hợp nhiên liệu diesel sinh học cháy nhanh nên làm cho nhiệt độ buồng cháy cao Phát thải Soot cải thiện (từ 2,9 đến 13,9%) thành phần nhiên liệu diesel sinh học có phần tử xy giúp cho q trình xy hóa bồ hóng triệt để KẾT LUẬN Hình Mức độ cải thiện hiệu công suất suất tiêu hao nhiên liệu Kết cho thấy, tăng dần tỷ lệ pha trộn nhiên liệu diesel sinh học cơng suất động giảm dần (từ 0,8 đến 3,1%), suất tiêu hao nhiên liệu tăng dần (từ 0,8 đến 3,2%) 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ diesel sinh học tới hàm lượng phát thải động Kết cho thấy, giữ nguyên lượng nhiên liệu cung cấp nên dư lượng khơng khí sử dụng nhiên liệu diesel sinh học cao làm tăng khả xy hóa CO thành Kết mơ cho thấy, cơng suất có xu hướng giảm suất tiêu hao nhiên liệu lại tăng sử dụng diesel sinh học Theo đó, cơng suất giảm nhiều 3,1% suất tiêu hao nhiên liệu tăng mạnh 3,2% nhiên liệu B40 Phát thải CO độ khói cải thiện lớn 11,9% 13,9%, NOx tăng lên lớn 8,1% sử dụng nhiên liệu diesel sinh học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Thị Thu Hà (2009), Viện Hóa cơng nghiệp Việt Nam, Đề tài ĐLNN Đánh giá trạng Công nghệ sản xuất thử nghiệm trường nhiên liệu sinh học (diesel sinh học) từ mỡ cá [2] Hyundai (2009), Automotive diesel engines catalogue, Perez Wholesale Distributor, Inc [3] AVL-BOOST (2011), Theory AVL-BOOST, AVL-BOOST 23 ... theo mức tăng diesel sinh học KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ diesel sinh học tới tính kỹ thuật động Công suất động sử dụng nhiên liệu diesel sinh học giảm so với nhiên liệu diesel giảm... lệ pha trộn diesel sinh học tăng lên Với lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình tất nhiên liệu kết nhiệt trị diesel sinh học thấp nhiên liệu diesel Trong đó, suất tiêu hao nhiên liệu lại tăng... diesel sinh học Vì lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình khơng đổi nhiên liệu công suất động giảm nên làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu Mức độ cải thiện hiệu công suất suất tiêu hao nhiên liệu