KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018 2019 P a g e 68 | 82 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LUÂN HỒI KHÍ XẢ TỚI LƯỢNG PHÁT THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn ThS Vũ Văn[.]
KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LUÂN HỒI KHÍ XẢ TỚI LƯỢNG PHÁT THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn: ThS Vũ Văn Định Sinh viên thực hiện: Lê Hoàng Văn Lớp: CQ.56.CKOT Vương Xương Kiên Lớp: CQ.54.CKOT Trần Thị Hoàng Phi Lớp: CQ.59.KTOTO.1 Ngơ Tấn Vũ Lớp: CQ.59.CK Tóm tắt: Hệ thống luân hồi khí xả (EGR) phát minh để kiểm sốt mức độ nhiễm mơi trường xe vào đầu năm 1970 Luân hồi khí thải động góp phần làm giảm đáng kể lượng phát thải NOX, COX, HC, việc tìm tỷ lệ luân hồi tối ưu chế độ tải tốc độ khác vơ quan trọng với tỷ lệ luân hồi tối ưu công suất động giảm khơng đáng kể, khơng ảnh hưởng tới tính vận hành động cơ, đồng thời tiêu hao nhiên liệu lại tăng không đáng kể Bằng việc sử dụng phần mềm GT-POWER để mô hệ thống phân phối khí động cơ, đề tài xác định tỷ lệ luân hồi tối ưu chế độ tải tốc độ động khác Từ khóa: Hệ thống ln hồi khí xả (ERG); Lượng phát thải động cơ; Phần mềm GTPOWER; Tỷ lệ luân hồi tối ưu ĐẶT VẤN ĐỀ Xe giới nguồn gây nhiễm khơng khí thành phố lớn Các thành phần độc hại khí thải xe giới làm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người, thành phần khí CO2, CH4, N2O tác nhân gây hiệu ứng nhà kính, làm biến đổi khí hậu đe dọa đến sống trái đất Hình Phát thải độc hại từ loại phương tiện khác Việt Nam Hình thể phát thải từ loại phương tiện khác nhau, đó, xe mơ tơ xe gắn máy nguồn phát thải khí CO, HC, VOC, NOX SOX chủ yếu xe tải P a g e 68 | 82 KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 sử dụng động diesel gây Ngoài ra, phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel biết đến nguồn gây phát thải hạt (PM) Để giảm lượng phát thải phương tiện giới gây có nhiều cách: - Cơng nghệ xử lý khí xả trước đốt: Sử dụng công nghệ nhiên liệu sạch; Điều chỉnh thông số động cơ; Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử - Sử dụng hệ thống luân hồi khí xả - Cơng nghệ xử lý khí xả sau đốt: Khử xúc tác không chọn lọc (SNCR); Khử xúc tác chọn lọc (SCR); Phân hủy trực tiếp xúc tác Trong việc sử dụng hệ thống luân hồi khí xả để giảm lượng phát thải phương pháp sử dụng tương đối rộng rãi ô tô Mục tiêu hệ thống luân hồi khí xả giảm nồng độ HC, CO, NOX cách tuần hồn khí thải trở lại hệ thống nạp động điều kiện có tải Hệ thống dùng cho động xăng động diesel Trên sở nghiên cứu, xây dựng mơ hình động phần mềm GT-POWER, đề tài tiến hành khảo sát ảnh hưởng công suất động sử dụng hệ thống luân hồi khí xả, đồng thời tìm tỷ lệ luân hồi tối ưu khí xả chế độ tải tốc độ khác CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1 Giới thiệu động khảo sát Động khảo sát động K20Z2 lắp xe Honda Civic 2.0 i-VTEC hãng Honda, loại động xăng hệ Mỗi xylanh trang bị xupap gồm xupap nạp xupap thải nên đáp ứng nhu cầu nạp đầy, thải cho động Buồng cháy thiết kế với góc nghiêng xupap nạp xupap thải 55 độ, làm tăng diện tích xupap nạp từ tăng tiết diện nạp Bugi đặt tâm buồng cháy, đỉnh piston khoét lõm Có hệ thống đóng, mở van nạp biến thiên thơng minh Động có cơng suất 144 kW/6000 v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp, hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển ECU Bảng Các thông số kỹ thuật động K20Z2 Tên động K20Z2 Loại động Động xăng DOHC i-VTEC, làm mát nước Bố trí xylanh xylanh thẳng hàng, nằm ngang Dung tích cơng tác 1998 cm3 Đường kính xylanh, d 86 mm Hành trình piston, s 86 mm Tỉ số nén 9,6 Công suất tối đa 144/6000 kW/v/p Mô men xoắn tối đa 182/4000 N.m/rpm P a g e 69 | 82 KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 Truyền động xu páp Truyền động xích, xupap DOHC i-VTEC xylanh Hệ thống phun nhiên liệu Hệ thống phun nhiên liệu đa cổng liên tiếp (pgm-fi) Tiêu chuẩn khí xả Euro step Góc đánh lửa sớm 8±2 0BTDC Mở Thời Nạp Đóng điểm phối Mở Xả khí Đóng 520~00 BTDC Hệ thống bơi trơn Bình hứng dầu ướt, cưỡng u cầu nhiên liệu Xăng khơng chì có số oc-tan 92 cao 120~640 ABCD 440 BTDC 80 ABCD Hình Động K20Z2 2.2 Giới thiệu phần mềm khảo sát GT-POWER phần gói phần mềm GT-SUITE nhằm phục vụ cho việc mơ tồn phương tiện giao thông Để thực việc mô phỏng, tiến hành xây dựng phần tử mơ hình mơ Khi phần mềm làm việc, có vùng cần lưu ý: vùng 1, 2, vùng mẫu sử dụng cho việc xây dựng mơ hình mơ phỏng; vùng vùng đồ hệ thống hay động ta xây dựng mơ hình P a g e 70 | 82 KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 Hình Màn hình giao diện GT-POWER 2.3 Mơ hình hóa động K20Z2 phần mềm GT-POWER a) Mơ hình động khơng sử dụng ln hồi khí xả Hình Mơ hình động khơng sử dụng ln hồi khí xả b) Mơ hình hóa hệ thống ln hồi khí xả (EGR) Hệ thống luân hồi khí xả động Honda Civic 2.0 mơ hình hóa phần mềm GT-POWER hình P a g e 71 | 82 KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 Hình Mơ hình hóa hệ thống ln hồi khí xả động Honda Civic 2.0 Trong mơ hình, ta sử dụng van EGR điều khiển tỉ lệ khí luân hồi trích từ đường xả phần tử egr-fstangle Khí luân hồi đưa đường nạp thông qua đường ống Để điều khiển EGR-Valve ta sử dụng điều khiển EGR-Controller Bộ điều khiển dừa vào tín hiệu lưu lượng khơng khí nạp vào động lượng khí luân hồi qua van để thực việc điều khiển mở van cho lưu lượng khí luân hồi qua phù hợp c) Mơ hình động có sử dụng ln hồi khí xả Hình Mơ hình động Honda Civic 2.0 phần mềm GT-POWER P a g e 72 | 82 KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 2.4 Khảo sát đánh giá a) Ảnh hưởng luân hồi tới công suất động Hình Sự thay đổi Ne theo % EGR Ta thấy, với chế độ tải thay đổi từ 30% đến 100%, ta tăng tỉ lệ ln hồi làm cho cơng suất động giảm dần Sự thay đổi công suất động sau: Bảng Độ giảm công suất (đơn vị %) Ne Chỉ tiêu % Tải 5% 10% 15% 20% 30% 3.5 8.1 13.9 20.3 40% 5.9 13 20.6 28.3 50% 7.4 15.1 24.2 32.3 60% 8.2 15.2 26.1 34 70% 8.6 15.5 27.1 34.4 80% 8.8 17.6 27.5 34.6 90% 8.9 17.9 27.7 34.6 100% 8.9 18.4 27.8 34.6 Dựa vào bảng ta thấy, với chế độ tải bé từ 40% đến 70%, ta luân hồi 10% mà công suất động giảm cỡ 15% so với không luân hồi Đặc biệt, với chế độ tải 30% ta ln hồi tới 15% mà công suất suy giảm 13,9% so với không luân hồi Ở chế độ tải lớn từ 80% đến 100%, ta nên luân hồi 5% Tuy nhiên, với chế độ tải này, ta cần phát huy công suất tối đa nên nghiên cứu thực tế, người ta không tiến hành luân hồi P a g e 73 | 82 KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019 b) Ảnh hưởng luân hồi tới lượng phát thải HC Hình Sự thay đổi HC theo % EGR Từ đồ thị thấy rằng, lượng phát thải HC sau luân hồi giảm dần tăng tải giảm dần tương ứng với lượng luân hồi Nguyên nhân tiến hành luân hồi có lượng HC khí thải đưa ngược trở lại đốt cháy hết; đồng thời, HC sinh vùng cháy không hết góc cạnh, chân ren… buồng đốt, có lượng khí luân hồi chiếm chỗ vùng nên lượng phát môi chất cháy không hết giảm Bảng Sự thay đổi HC theo % EGR Chỉ tiêu HC (g/kW.h) 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0.731665 0.609459 0.582504 0.572074 0.568329 0.567533 0.567155 0.566981 0.566944 15% 0.774434 0.634313 0.604007 0.592375 0.587005 0.584396 0.58313 0.582546 0.582425 10% 0.818846 0.659549 0.625571 0.612649 0.606762 0.603928 0.602566 0.601936 0.601811 5% 0.862789 0.685243 0.647362 0.633021 0.626507 0.623401 0.621916 0.621239 0.621099 0% 1.108918 0.732829 0.710586 0.704464 0.697112 0.693604 0.691935 0.691169 0.691014 % EGR 20% Như vậy, luân hồi từ 30% đến 100% đáp ứng yêu cầu giảm lượng HC đạt tiêu chuẩn Euro với 20% khơng đảm bảo Tuy nhiên, 100% tải lại khơng đạt phát huy công suất c) Ảnh hưởng luân hồi tới lượng NOX Bảng Sự thay đổi NOx theo % EGR Chỉ tiêu % EGR 20% 15% 10% 5% 0% 20% 0.1545 0.4396 1.0581 2.1884 4.0497 30% 0.1665 0.470037 1.10071 2.15961 3.66085 40% 0.17285 0.48471 1.12686 2.16283 3.52347 NOx (g/kW.h) 50% 60% 70% 0.17445 0.18754 0.20507 0.48984 0.49178 0.49283 1.14419 1.15818 1.16567 2.16987 2.18059 2.19047 3.44663 3.40386 3.38099 80% 0.21451 0.49362 1.17051 2.19865 3.36972 90% 0.21907 0.49406 1.1735 2.20348 3.36512 100% 0.22004 0.49419 1.17411 2.20452 3.36409 P a g e 74 | 82 ... rãi ô tô Mục tiêu hệ thống luân hồi khí xả giảm nồng độ HC, CO, NOX cách tuần hồn khí thải trở lại hệ thống nạp động điều kiện có tải Hệ thống dùng cho động xăng động diesel Trên sở nghiên cứu, ... mềm GT-POWER a) Mơ hình động khơng sử dụng ln hồi khí xả Hình Mơ hình động khơng sử dụng ln hồi khí xả b) Mơ hình hóa hệ thống ln hồi khí xả (EGR) Hệ thống luân hồi khí xả động Honda Civic 2.0 mơ... - Cơng nghệ xử lý khí xả trước đốt: Sử dụng cơng nghệ nhiên liệu sạch; Điều chỉnh thông số động cơ; Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử - Sử dụng hệ thống luân hồi khí xả