Bài viết Nghiên cứu mô phỏng sử dụng CNG trên động cơ xăng hiện hành bằng phần mềm AVL-Boost nghiên cứu mô phỏng sử dụng CNG trên động cơ xăng hiện hành bằng phần mềm AVL-Boost làm tài liệu tham khảo và định hướng cho việc nghiên cứu thực nghiệm.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỬ DỤNG CNG TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG HIỆN HÀNH BẰNG PHẦN MỀM AVL-BOOST Nguyễn Tường Vi1, Hồng Đình Long2, Nguyễn Thành Trung3 Trường Đại học Thủy lợi, email: Nguyentuongvi1978@tlu.edu.vn Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Khoa Cơng nghệ Ơ tơ, Trường Cao đẳng nghề Cơ khí Nơng nghiệp 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, tình trạng thiếu nhiên liệu ô nhiễm môi trường khí thải động sử dụng nhiên liệu truyền thống mức báo động Do đó, vấn đề đặt cần nghiên cứu sử dụng loại nhiên liệu thay có mức phát thải độc hại thấp để mặt giảm ô nhiễm môi trường, mặt khác bù đắp phần thiếu hụt nhiên liệu truyền thống Ở Việt Nam tồn lưu hành số lượng lớn động xăng sử dụng CNG (Compressed Natural Gas - Khí thiên nhiên nén, tạo từ xác sinh vật phù du, vi sinh vật sống nước bao gồm tảo động vật nguyên sinh) cách dễ dàng theo phương pháp phun CNG vào đường nạp cấp CNG hòa trộn kiểu ống venturi Vì vậy, báo trình bày kết nghiên cứu mô sử dụng CNG động xăng hành theo hai phương pháp Kết nghiên cứu cho thấy công suất động giảm trung bình 11,5% 19%; suất tiêu hao nhiên liệu giảm 6% 3%; phát thải CO giảm trung bình 80% 78,5%, HC giảm trung bình 85% 83% NOx giảm trung bình 50% 53% tương ứng với phương pháp phun CNG vào đường nạp cấp CNG hòa trộn kiểu ống venturi GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, chất lượng khơng khí trung tâm thành phố xuống thấp bị nhiễm từ khí thải động xăng diesel Một biện pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay có mức phát thải thấp khí CNG Vấn đề mô lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng khoa học kỹ thuật sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích khác tùy thuộc vào điều kiện phạm vi nghiên cứu Đối với lĩnh vực động đốt trong, phương pháp mơ hình hố mơ ứng dụng ngày phổ biến, nhiều phần mềm mô hữu ích phát triển sử dụng, đó, phần mềm AVL-Boost phần mềm chiều mạnh mẽ có độ tin cậy cao Bài báo thực nghiên cứu mô sử dụng CNG động xăng hành phần mềm AVL-Boost làm tài liệu tham khảo định hướng cho việc nghiên cứu thực nghiệm PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thực mô phần mềm AVL-Boost sử dụng CNG cho động xăng 1NZ-FE theo phương pháp phun CNG vào đường nạp phương pháp cấp CNG nhờ hịa trộn kiểu ống venturi So sánh cơng suất, tiêu hao nhiên liệu phát thải động nguyên động CNG sử dụng phương pháp cung cấp nhiên liệu đánh giá thay đổi đặc tính làm việc động chuyển sang sử dụng CNG Động nghiên cứu động xăng 1NZ-FE TOYOTA với thông số ghi Bảng 246 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Bảng Thơng số kỹ thuật động 1NZ-FE Hành trình piston (mm) 84,7 Đường kính xi lanh (mm) 75 Cơng suất lớn (Kw - vịng/phút) 80-6.000 Mơ-men lớn (N.m - vịng/phút) 140-4.200 Tỉ số nén 10,5: Hình So sánh công suất mô sử dụng xăng CNG tốc độ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Thiết lập mơ hình động 1NZ-FE Việc tính tốn mơ thơng số làm việc động thực phần mềm AVL-Boost Các sơ đồ mô động 1NZ-FE sử dụng CNG theo phương pháp thể Hình Hình venturi cho cơng suất giảm trung bình 19% so với sử dụng xăng (Hình 3) Công suất động sử dụng CNG giảm so với sử dụng xăng CNG dạng khí cấp vào đường ống nạp nên nạp vào xi lanh động với khơng khí nạp chiếm chỗ khơng khí nạp xi lanh, dẫn đến làm giảm khối lượng hỗn hợp khí nạp vào xi lanh, làm giảm lượng cấp vào dẫn đến giảm công suất động 4.3 Kết tiêu hao nhiên liệu Suất tiêu hao nhiên liệu động cải thiện rõ rệt sử dụng nhiên liệu CNG so với nhiên liệu xăng (Hình 4) Tiêu hao nhiên liệu giảm trung bình 6% sử dụng phun CNG giảm trung bình 3% sử dụng hịa trộn so với sử dụng xăng Do CNG có nhiệt trị khối lượng cao xăng nên công suất sinh tính đơn vị khối lượng nhiên liệu tiêu thụ cao Hình Mơ hình mơ động phun xăng phun CNG Hình Mơ hình mơ động cung cấp CNG hịa trộn kiểu ống venturi Hình So sánh suất tiêu hao nhiên liệu mô sử dụng xăng CNG tốc độ 4.4 Kết phát thải động 4.2 Kết công suất động Ở chế độ tồn tải, lựa chọn mơ dải tốc độ từ 1000v/ph ÷ 4000v/ph (là tốc độ vận hành nhiều thực tế) sử dụng xăng RON 92, CNG phun vào cửa nạp CNG cung cấp hòa trộn kiểu ống venturi Phương pháp phun CNG cho công suất giảm trung bình 11,5%, phương pháp sử dụng hịa trộn kiểu ống 247 Hình So sánh phát thải CO sử dụng xăng CNG tốc độ Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 - Phát thải CO (Hình 5): Phát thải CO động sử dụng CNG giảm trung bình đến 80% tồn dải tốc độ sử dụng CNG phun vào cửa nạp giảm trung bình 78,5% CNG cung cấp hịa trộn kiểu ống venturi Vì nhiên liệu CNG (thành phần CH4) có tỷ lệ C/H nhỏ so với xăng (thành phần gần với C8H18) với cấu trúc đơn giản hơn, hỗn hợp cháy đồng cháy kiệt động cơng suất giảm nhiều hàm lượng phát thải cải thiện đáng kể so với động nguyên thủy Suất tiêu hao nhiên liệu động CNG cải thiện so với động xăng nguyên thủy Động phun CNG có hàm lượng phát thải CO HC thấp so với động CNG sử dụng hòa trộn phát thải NOx cao Tuy nhiên mức chênh lệch hàm lượng phát thải hai phương pháp cấp CNG khơng nhiều, từ 5% ÷ 15% KẾT LUẬN Hình So sánh phát thải HC sử dụng xăng CNG tốc độ - Phát thải HC(Hình 6): Tính tồn dải tốc độ động cơ, phát thải HC giảm trung bình đến 85% sử dụng CNG phun vào cửa nạp giảm trung bình 83% CNG cung cấp hịa trộn kiểu ống venturi Vì sử dụng CNG, phát thải HC giảm mạnh hỗn hợp CNGkhơng khí đồng so với hỗn hợp xăng-khơng khí nên cháy kiệt Hình So sánh phát thải NOx sử dụng xăng CNG tốc độ - Phát thải NOx (Hình 7): Phát thải NOx giảm đáng kể sử dụng nhiên liệu CNG so với sử dụng xăng, mức giảm trung bình 50% sử dụng CNG phun vào cửa nạp giảm trung bình 53% CNG cung cấp hòa trộn kiểu ống venturi Điều giải thích nhiệt độ cháy CNG thấp xăng, làm giảm nhiệt độ trình cháy dẫn tới phát thải NOx giảm Động phun xăng chuyển sang sử dụng CNG cấp vào đường nạp không thay đổi kết cấu góc đánh lửa sớm Sử dụng CNG động xăng phương pháp tốt để giảm phát thải độc hại tiết kiệm nhiên liệu Khi chuyển đổi động xăng sang sử dụng CNG không cần thay đổi kết cấu động Khi sử dụng phun CNG vào đường nạp CNG cung cấp hịa trộn kiểu ống venturi, Cơng suất động giảm trung bình tương ứng 11,5% 19%; ; suất tiêu hao nhiên liệu giảm trung bình tương ứng 6% 3%, phát thải thành phần độc hại CO, HC NOx giảm trung bình tương ứng 80% 78,5%, 85% 83%, 50% 53% Động sử dụng CNG theo phương pháp phun CNG vào đường nạp có tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải cải thiện so với phương pháp cấp CNG hòa trộn kiểu ống venturi Cần nghiên cứu điều chỉnh góc đánh lửa sớm áp dụng phương pháp khác sử dụng phụ gia nhiên liệu để hạn chế giảm công suất động chuyển sang sử dụng CNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] 248 J.A Paravantis, D.A Georgakellos, 2007 Trends in energy consumption and carbon dioxide emissions of passenger cars and buses, Technological Forecasting and Social Change, Volume 74, Issue 5, pp 682-707 Roger Westerholm, et.al, 1992 Exhaust emissions from gasoline-fuelled light duty vehicles operated in different driving conditions: A chemical and biological characterization,Atmospheric Environment, Part B, Urban Atmosphere, Volume 26, Issue 1, pp 79-90 ... suất mơ sử dụng xăng CNG tốc độ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 Thiết lập mơ hình động 1NZ-FE Việc tính tốn mơ thơng số làm việc động thực phần mềm AVL-Boost Các sơ đồ mô động 1NZ-FE sử dụng CNG theo phương... venturi cho cơng suất giảm trung bình 19% so với sử dụng xăng (Hình 3) Cơng suất động sử dụng CNG giảm so với sử dụng xăng CNG dạng khí cấp vào đường ống nạp nên nạp vào xi lanh động với khơng... nhiên liệu Khi chuyển đổi động xăng sang sử dụng CNG khơng cần thay đổi kết cấu động Khi sử dụng phun CNG vào đường nạp CNG cung cấp hòa trộn kiểu ống venturi, Cơng suất động giảm trung bình tương