Hcmute nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ vikyno rv125 2 sử dụng nhiên liệu kép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CUNG CẤP ĐẾN ĐẶC TÍNH PHÁT THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125-2 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP CNG - DIESEL S K C 0 9 MÃ SỐ: T2015 - 53TD S KC 0 8 Tp Hồ Chí Minh, 2015 Luan van MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CNG 1.1 Nhiên liệu tình trạng nhiễm mơi trường 1.2 Khí thiên nhiên nén CNG – Nguồn nhiên liệu thay phù hợp 1.2.1 Trữ lượng tình hình khai thác 1.2.2 Tính chất vật lý khí CNG 1.2.3 Đặc tính kỹ thuật khí CNG 1.2.4 Ưu nhươ ̣c điể m CNG CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC ỨNG DỤNG VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KÉP ĐÃ CÓ 10 2.1 Tình hình ứng dụng nhiên liệu CNG ô tô 10 2.2 Các phương pháp chuyển đổi động xăng – diesel có sang sử dụng CNG 14 2.2.1 Chuyể n đổ i đô ̣ng xăng sang đô ̣ng sử du ̣ng hoàn toàn bằ ng CNG 14 2.2.2 Chuyể n đổ i đô ̣ng xăng thành đô ̣ng sử du ̣ng xăng – CNG 15 2.2.3 Chuyể n đổ i đô ̣ng diesel sang sử du ̣ng khí CNG , đố t cháy hỗn hơ ̣p nhờ tia lửa điê ̣n của bugi 16 2.2.4 Chuyể n đổ i đô ̣ng diesel sang hoa ̣t đô ̣ng bằ ng nhiên liệu kép CNG –Diesel 17 2.3 Các phương pháp cung cấp nhiên liệu động nhiên liệu kép 20 2.3.1 Cung cấ p khí CNG cho đô ̣ng sử du ̣ng bơ ̣ hịa trơ ̣n 20 2.3.2 Cung cấ p CNG cho ̣ng sử du ̣ng bơ ̣ hịa trô ̣n kết hơ ̣p với van tiết lưu van công suấ t 21 2.3.3 Cung cấ p CNG cho đô ̣ng bằ ng phương pháp phun CNG đường nạp 22 2.3.4 Cung cấ p CNG cho đô ̣ng bằ ng phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồ ng cháy 23 2.4 Chọn phương án cung cấp nhiên liệu cho động VIKINO RV125-2 24 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL DIESEL INJECTION (CRDI) VÀ CNG Luan van TRÊN ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125-2 26 3.1 Thông số kỹ thuật động VIKYNO RV125-2 26 3.1.1 Thông số kỹ thuật động 27 3.1.2 Đồ thị đặc tính động 28 3.2 Thiết kế hệ thống nhiên liệu CRDI CNG 28 3.2.1 Phương án thiết kế 28 3.2.2 Xây dựng mơ hình hệ thống 30 3.2.3 Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel CRDI 32 3.2.3.1 Bơm cao áp HP3 32 3.2.3.2 Ống phân phối cảm biến áp suất 34 3.2.3.3 Kim phun diesel 35 3.2.4 Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 35 3.2.4.1 Bình chứa van điện từ cấp CNG 35 3.2.4.2 Bộ giảm áp CNG 36 3.2.4.3 Kim phun CNG 36 3.2.5 Thiết kế, lắp đặt cụm cảm biến tín hiệu đầu vào 37 3.3 Mơ hình tốn học xác định thông số hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel 38 3.3.1 Lượng nhiên liệu cung cấp cho xylanh chu trình cơng tác 38 3.3.2 Lượng nhiên liệu lý thuyết bơm phải cung cấp để bảo đảm cho động hoạt động 39 3.3.3 Thiết lập phương trình động lực học khí CNG qua van tiết lưu 40 3.3.4 Thiết lập điều kiện biên cho hệ thống phun nhiên liệu khí CNG điều khiển điện tử 41 3.4 Xây dựng mơ hình thuật toán hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNGDiesel 42 3.4.1 Thuật toán điều khiển chung điều khiển (ECU) 42 3.4.2 Lập trình điều khiển phun CNG-Diesel 43 3.5 Thiết kế mạch điều khiển 45 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM ĐO CÔNG SUẤT VÀ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ VIKYNO RV 125-2 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP CNG- Luan van DIESEL 46 4.1 Đặt vấn đề 46 4.2 Mơ hình thực nghiệm 47 4.2.1 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm: 47 4.2.2 Cân nhiện liệu diesel 48 4.2.3 Cân nhiên liệu CNG 48 4.2.4 Hệ thống băng thử động tĩnh xylanh 48 4.2.5 Thiết bị đo khí thải 49 4.2.6 Máy phân tích độ mờ khói 49 4.3 Kết thực nghiệm 50 4.3.1 Thực nghiệm đánh giá đặc tính mơ-men công suất động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 50 4.3.2 Thực nghiệm đánh giá đặc tính phát thải động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 54 4.3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ CNG/diesel đến đặc tính phát thải động 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO Luan van DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Mức độ chất độc hại nhiên liệu (EIA-1998) Bảng 1.2: Tier Emission Tiêu chuẩn động lên đến 560 kW Bảng 1.3: Giai đoạn III IV - Tiêu chuẩn phát thải cho động Diesel Nonroad Bảng 1.4: Giai đoạn IV - Tiêu chuẩn phát thải cho động Diesel Nonroad Bảng 1.5: Những nước có trữ lượng khí thiên nhiên lớn giới năm 2013 Bảng 6: Đặc tính kỹ thuật CNG Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động VIKYNO RV125-2 27 Bảng 3.2 Thông số cảm biến áp suất nhiên liệu diesel 34 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật bình chứa CNG 36 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật giảm áp 36 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật kim phun CNG 37 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật thiết bị đo khí xả HG-520: 49 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật thiết bị đo độ mờ khói AVL Dismoke: 50 Bảng 4.3 Kết đo mô-men công suất động thực nghiệm 51 Bảng 4.4 Kết đo mô-men công suất động thực nghiệm 52 Bảng 4.5: Mức độ phát thải CO động RV 125-2 54 Bảng 4.6: Mức độ phát thải HC động RV 125-2 55 Bảng 4.7: Mức độ phát thải Opacity động RV 125-2 56 Bảng 4.8: Độ mờ khói (%), CO (%) động tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% theo tỷ lệ % CNG 58 Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Bản đồ phân bố bể trầm tích thềm lục địa nước ta Hình 1.2: Một trạm nạp CNG hoạt động Việt Nam Hình 2.1: Honda Civic GX 1.8L chạy hoàn toàn CNG 11 Hình 2.2: Mẫu xe Ford F150 chạy hoàn toàn CNG 11 Hình 2.3: Mẫu xe Volkswagen Eco-Up Bi-fuel 12 Hình 2.4: Mẫu xe Audi A3 Sportback G-Tron sử dụng nhiên liệu CNG 13 Hình 2.5: Xe Bus chạy CNG IVECO 13 Hình 2.6: Xe đầ u kéo chạy dual fuel của IVECO 14 Hình 2.7:Một hệ thống nhiên liệu CNG đơn điển hình 14 Hình 2.8: Hệ thống nhiên liệu kép xăng-CNG 15 Hình 2.9: Động diesel chuyển đổi sang hoạt đô ̣ng 100% CNG 16 Hình 2.10: Ảnh hưởng tốc ̣ quay đô ̣ng đến áp suấ t xilanh 17 Hình 2.11: Sơ đờ mơ tả hệ thống nhiên liệu kép CNG-diesel 18 Hình 2.12: Cung cấ p khí CNG dùng bơ ̣ hịa trơ ̣n 20 Hình 2.13: Cung cấ p khí CNG dùng bơ ̣ hồ trơ ̣n kết hơ ̣p van tiết lưu 21 Hình 2.14: Cung cấ p khí CNG bằ ng phương pháp phun đường nạp 22 Hình 2.15: Cung cấp khí CNG phương pháp phun trực tiếp 23 Hình 2.16: Sơ đồ hệ thống sử dụng nhiên liệu kép Diesel-CNG điển hình 24 Hình 3.1: Động VIKYNO RV125-2 26 Hình 3.2: Đồ thị đặc tính động 28 Hình 3.3: Hệ thống nhiên liệu cũ động VIKYNO RV125 29 Hình 3.4: Sơ đồ thiết kế hệ thống common rail động Vikyno RV 125-2 29 Hình 3.5: Bố trí song song hai hệ thống nhiên liệu CRDI CNG 30 Hình 3.6: Mơ hình hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel 31 Hình 3.7: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử điều khiển trình cung cấp hệ thống nhiên liệu kép CNG-diesel 32 Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống dẫn động bơm cao áp HP3 vị trí lắp 33 Hình 3.11: Kim phun nhiên liệu diesel vị trí lắp đặt 35 Hình 3.12: Bình chứa làm vật liệu composite van điện từ cấp CNG 35 Hình 3.13: Bộ giảm áp khí CNG 36 Luan van Hình 3.14: Kim phun CNG 37 Hình 3.15: Các cảm biến lắp động 38 Hình 3.16: Sơ đồ điều khiển chung ECU 43 Hình 3.17: Giản đồ thời điểm phun nhiên liệu kép CNG-diesel 44 Hình 3.18: Sơ đồ mạch điều khiển tổng thể 45 Hình 4.1: Mơ hình động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 47 Hình 4.2: Sơ đồ thực nghiệm động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép 47 Hình 4.3: Cân điện tử Vibra 48 Hình 4.4: Cân nhiên liệu CNG 48 Hình 4.5: Hệ thống băng thử động tĩnh 49 Hình 4.6: Thiết bị phân tích khí xả Heshbon HG-520 49 Hình 4.7: Thiết bị AVL Dismoke 4000 50 Hình 4.8: Cơng suất động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 51 Hình 4.9: Mơ-men động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 52 Hình 4.10: Cơng suất động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 53 Hình 4.11: Mơ-men động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 53 Hình 4.12: Biểu đồ nồng độ CO động RV 125-2 chế độ 55 Hình 4.13: Biểu đồ nồng độ HC động RV 125-2 chế độ 56 Hình 4.14: Biểu đồ độ mờ khói động RV 125-2 chế độ 57 Hình 4.15: Độ mờ khói tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% động theo tỷ lệ % CNG sử dụng 58 Hình 4.16: Nồng độ CO tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% động theo tỷ lệ % CNG sử dụng 59 Luan van DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Diễn giải CNG Compressed Natural Gas (khí thiên nhiên nén) LPG Liquefied Petroleum Gas (khí hóa lỏng) LNG Liquefied Natural Gas (khí thiên nhiên hóa lỏng) DO Diesel CRDI Common Rail Diesel Injection EPA Environmental Protection Agency (Cơ quan bảo vệ môi trường) EIA Energy Information Administration (Cơ quan quản lý thông tin lượng) SCV Suction Control Valve (Van điều khiển lượng nhiên liệu nạp) ECU Electronic Control Units φ Góc quay trục khuỷu n Tốc độ động ge Suất tiêu hao nhiên liệu động ASN Áp suất nén A/F Air/Fuel (tỷ số hỗn hợp khơng khí/nhiên liệu) Me Momen động Ne Công suất động t Thời gian CO2 Carbon Dioxide CO Carbon Monoxide NOx Nitrogen Oxides SO2 Sulfur Dioxide PM Particulates Matter (độ mờ khói) Hg Mercury QT Quantity ( mức tải) HC Hydro Carbure LHV Low Heating Value (nhiệt trị thấp) Luan van TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày 15 tháng 11 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKINO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel - Mã số: T2015-53TĐ - Chủ nhiệm: ThS Huỳnh Phƣớc Sơn - Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: Từ tháng năm 2015 đến tháng 02 năm 2016 Mục tiêu: Nghiên cứu ảnh hưởng số chế độ điều khiển động đến đặc tính phát thải động sử dụng nhiên liệu CNG/diesel Trên sở đề xuất phương án điều khiển cho động sử dụng nhiên liệu kép Tính sáng tạo: Đánh giá mức độ phát thải động diesel chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel nhằm làm sở cho việc nghiên cứu chuyển đổi nhiên liệu động nhiệt Kết nghiên cứu: Các kết thực nghiệm đặc tính phát thải động VIKINO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel Sản phẩm: - Hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel áp dụng mẫu động VIKINO RV125-2 - 01 báo khoa học Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Ứng dụng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu CNG động nhiệt Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) (ký, họ tên) Luan van INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Researching experiment influences of supply condition to emission characteristic on VIKYNO RV125-2 using CNG-Diesel dual fuel Code number: T2015-53TĐ Coordinator: M.E Huynh Phuoc Son Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education Duration: From March, 2015 to February, 2016 Objective(s): Research and assess effect of condition supply to emission characteristics of VIKYNO RV125-2 engine using dual fuel CNG-diesel These research results are fundamental for propose solutions to control engine using dual fuel Creativeness and innovativeness: Design, manufacture a electronic control system for supplying dual fuel CNG-Diesel mixture in diesel engine with high compress ratio Assess emission characteristics of diesel engine when using CNG/diesel to apply for study of engines using dual fuel Research results: The experimental results of emission characteristics on VIKYNO RV125-2 engine using dual fuel CNG-diesel Products: - The control system for CNG-Diesel dual fuel supplying system based on VIKINO RV125-2 engine - 01 science paper Effects, transfer alternatives of research results and applicability: Apply for researching on use of CNG in combustion engine Luan van Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL  Đồ thị đặc tính ngồi động cơ: Cơng suất thực nghiệm động RV125-2 Công suất động (N.m) 9.5 8.5 7.5 6.5 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 Tốc độ động (v/ph) 100%DO CNG-Diesel Hình 4.10: Cơng suất động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 Moment thực nghiệm động RV125-2 36 Moment (N.m) 34 32 30 28 26 24 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 Tốc độ động (v/ph) 100%DO CNG-Diesel Hình 4.11: Mơ-men động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 Kết thực nghiệm cho thấy động VIKYNO RV125-2 trường hợp sử dụng nhiên liệu kép có giá trị mơ-men cơng suất cao trường hợp sử dụng hoàn toàn diesel Kết đạt nhờ CNG có nhiệt trị cao, khả hịa trộn với khơng khí đồng nhiên liệu lỏng nên trình cháy diễn tốt [6] Các tính động học (gia tốc, độ, tốc độ cực đại, ) CNG cao nên góp phần làm tăng hiệu suất cháy động Với phương án giữ nguyên tỷ số nén cao động phương pháp phun CNG đường ống nạp, khơng có lực cản 53 Luan van Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL họng Venturi đường nạp làm tăng hệ số nạp động góp phần làm tăng cơng suất động 4.3.2 Thực nghiệm đánh giá đặc tính phát thải động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel Quy trình thực nghiệm đo khí thải động thực theo chu trình thử khí thải ISO 8178 C1, chu trình thử chuẩn quốc tế sử dụng cho động tĩnh Quy trình có điểm thử: - 04 điểm đo (1, 2, 3, 4) tương ứng với chế độ động phát công suất lớn (2.400 v/ph) mức tải 100%, 75%, 50% 10%; - 03 điểm đo (5, 6, 7) tương ứng với chế độ động phát mô-men lớn (1.600 v/ph) mức tải 100%, 75% 50%; - 01 điểm đo (8) tương ứng với chế độ động không tải (1.200 v/ph) Kết phép đo kết trung bình lần đo khác chế độ làm việc Theo chu trình đo ISO 8178 C1, thành phần khí phát thải hai điểm (ứng với chế độ động phát công suất lớn mức tải 100%) (ứng với chế độ động phát mô-men lớn mức tải 100%) có ý nghĩa định việc đánh giá mức độ phát thải động  Kết Phịng Thí nghiệm Nghiên cứu phát triển động Công ty TNHH Động Máy nông nghiệp miền Nam (VIKYNO & VINAPPRO): Bảng 4.5: Mức độ phát thải CO động RV 125-2 Điểm đo n Tải Ne Me 100%DO CNG-Diesel (v/ph) 2400 2400 2400 2400 1600 1600 1600 1200 (%) 100 75 50 10 100 75 50 (kW) 37,43 28,12 19,00 3,77 43,20 31,88 21,13 (N.m) 9,42 7,23 4,73 0,93 8,15 6,02 4,01 CO (%) 4.83 0.13 0.04 0.04 4.03 0.15 0.04 0.03 CO (%) 0.32 0.17 0.06 0.06 0.15 0.05 0.06 0.05 54 Luan van Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Nồng độ CO động RV125-2 Nồng độ CO (%) 1 Điểm đo 100%DO CNG-Diesel Hình 4.12: Biểu đồ nồng độ CO động RV 125-2 ở chế độ Bảng 4.6: Mức độ phát thải HC động RV 125-2 CNG- n Tải Ne Me 100%DO (v/ph) (%) (kW) (N.m) HC (ppm) HC (ppm) 2400 100 37,43 9,42 82.67 27.25 2400 75 28,12 7,23 33 2400 50 19,00 4,73 71 2400 10 3,77 0,93 127 1600 100 43,20 8,15 49.67 28 1600 75 31,88 6,02 0.33 69 1600 50 21,13 4,01 194 1200 0 0.33 18 Điểm đo 55 Luan van Diesel Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Nồng độ HC động RV125-2 250 Nồng độ HC (ppm) 200 150 100 50 Điểm đo 100%DO CNG-Diesel Hình 4.13: Biểu đồ nồng độ HC động RV 125-2 ở chế độ Bảng 4.7: Mức độ phát thải Opacity động RV 125-2 n Tải Ne Me (v/ph) (%) (kW) (N.m) 2400 100 37,43 2400 75 2400 Điểm đo 100%DO CNGDiesel Mờ khói Mờ khói (%) (%) 9,42 99.3 44.6 28,12 7,23 77.5 31.6 50 19,00 4,73 11.6 10.8 2400 10 3,77 0,93 4.53 10.3 1600 100 43,20 8,15 93.63 30.8 1600 75 31,88 6,02 42.2 22.7 1600 50 21,13 4,01 16.37 20.1 1200 0 3.13 13 56 Luan van Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Độ mờ khói động RV125-2 120 Độ mờ khói (%) 100 80 60 40 20 Điểm đo 100%DO CNG-Diesel Hình 4.14: Biểu đồ độ mờ khói động RV 125-2 ở chế độ Kết thực nghiệm động VYKINO RV125 sử dụng nhiên liệu kép (Hình 4.12, 4.13, 4.14) cho thấy thành phần CO, HC bồ hóng khí thải giảm đáng kể so với trường hợp sử dụng hoàn toàn diesel Tại điểm (100% tải ứng với tốc độ 2400 vòng/phút) điểm (100% tải ứng với tốc độ 1600 vòng/phút): CO (%vol) giảm đến 90%, HC (ppm) giảm đến 30%, độ mờ khói giảm đến 30 ÷ 70% so với trường hợp sử dụng hoàn toàn diesel Khi chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, nhờ đặc điểm hịa trộn tốt cháy nhiên liệu khí CNG nên thành phần CO gần không đáng kể Đối với phát sinh thành phần hydrocarbure chưa cháy HC phần lớn ảnh hưởng trình cháy khơng hồn tồn phận hỗn hợp nằm khu vực lan tràn màng lửa Điều xảy không đồng hỗn hợp dập tắt màng lửa khu vực gần thành xy lanh, tạo nên vùng không gian chết Tuy nhiên không gian chết động diesel không ảnh hưởng quan trọng đến nồng độ HC khí xả q trình nén giai đoạn đầu q trình cháy, khơng gian chết chứa khơng khí khí sót nên nồng độ HC động thấp [6] Mặc dù vậy, hai chế độ làm việc quan trọng chế độ làm việc định mức chế độ công suất cực đại (điểm chu trình thử), nồng độ HC động thực nghiệm thấp động nguyên thủy, điều cho thấy khả cháy CNG ưu điểm lớn Các ngun nhân gây nên hình thành bồ hóng nhiều động diesel thành phần nhiên liệu, thành phần Carbon (C) diesel lớn nên sinh nhiều bồ hóng; cháy hạt nhiên liệu lỏng di chuyển 57 Luan van Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL buồng cháy tập trung cục nhiên liệu vùng có nhiệt độ cao nên sinh nhiều bồ hóng Đối với động sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel, lượng diesel cịn lượng nhỏ đóng vai trị phun mồi nên hạn chế điều Ngoài thành phần Carbon CNG thấp nên lượng bồ hóng giảm Nồng độ bồ hóng lửa cháy khí CH4 thấp [7] 4.3.3 Ảnh hƣởng tỷ lệ CNG/diesel đến đặc tính phát thải động Kết đo độ mờ khói Opacity (%), CO (%), tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% thay đổi tỷ lệ CNG Bảng 4.8: Độ mờ khói (%), CO (%) động ở tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% theo tỷ lệ % CNG Tỷ lệ CNG Độ mờ khói (%) (%) 85.6 8.2 30 55 5.92 40 30 5.29 50 26.3 4.96 60 11.2 2.26 CO (%) Hình 4.15: Độ mờ khói ở tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% động theo tỷ lệ % CNG sử dụng 58 Luan van Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Hình 4.16: Nồng độ CO ở tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% động theo tỷ lệ % CNG sử dụng Đối với động sử dụng 100% diesel, thành phần Carbon (C) nhiên liệu lớn, đồng thời cháy hạt nhiên liệu lỏng di chuyển buồng cháy tập trung cục nhiên liệu vùng có nhiệt độ cao nên sinh nhiều bồ hóng, làm độ mờ khói tăng cao Tuy nhiên đây, nhờ sử dụng hệ thống CRDI với áp suất phun cao, nhiên liệu xé tơi hóa tốt, q trình cháy diễn hồn tồn nên độ mờ khói động thấp so với trường hợp sử dụng hệ thống phun nhiên liệu PF thông thường động nguyên thủy Khi động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, lượng diesel giảm đáng kể nên hạn chế hình thành bồ hóng Ngồi thành phần Carbon CNG thấp nên lượng bồ hóng giảm nhiều Nồng độ bồ hóng lửa cháy khí CH4 thấp [6] Kết thực nghiệm cho thấy động hoạt động tốc độ 1.800 v/ph, tải 100%, độ mờ khói giảm 86% (11,2/85,6%) tăng tỷ lệ CNG lên 60% so với sử dụng hồn tồn diesel Nhờ hịa trộn trước CNG với khơng khí đường ống nạp, chất lượng cháy cải thiện nên nồng độ CO giảm động sử dụng nhiên liệu kép Khi tăng tỷ lệ CNG lên 60% lượng CO giảm 72% so với sử dụng hoàn toàn diesel Cùng với kết nghiên cứu thiết kế, chế tạo lắp đặt hệ thống cung cấp hỗn hợp nhiên liệu kép CNG-Diesel động thực nghiệm 01 xi lanh có tỷ số nén cao VIKYNO RV125-2, cơng tác nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng tỷ lệ sử dụng CNG-Diesel đến đặc tính động áp suất, mô-men, công suất phát thải động cơ, kết hợp đối chiếu số kết thực nghiệm với kết mô hoạt động động phần mềm AVL-Boost[12], cho thấy: 59 Luan van Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL - Diễn biến giá trị thông số thực nghiệm thu phù hợp với quy luật, cho thấy khả đáp ứng trình cháy tốt hỗn hợp nhiên liệu kép CNG-Diesel tỷ lệ khác động có tỉ số nén cao Trong thực nghiệm, động hoạt động ổn định tỷ lệ CNG-Diesel nâng lên đến 70/30 (%) điều kiện tồn tải - Tỷ lệ sử dụng CNG-Diesel có ảnh hưởng định đến đặc tính kỹ thuật động Khi tăng thành phần tỷ lệ CNG, thông số kỹ thuật động cải thiện rõ rệt, đặc biệt mô-men, công suất mức phát thải động Điều thể tính hiệu ý nghĩa việc nghiên cứu sử dụng nguồn nhiên liệu CNG động diesel chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu kép Trên sở nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ CNG-Diesel đến đặc tính động cơ, cần thiết tiếp tục nghiên cứu xây dựng đồ tỷ lệ CNG-Diesel (engine map) theo điều kiện chế độ làm việc động để chọn tỷ lệ CNG-Diesel phù hợp đáp ứng chế độ hoạt động động 60 Luan van KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Thực tế nghiên cứu cho thấy triển vọng ứng dụng CNG ô tô động nhiệt lớn, cần quan tâm phát triển nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu nguồn phát thải gây ô nhiễm môi trường Công trình Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu động common rail diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel thực đạt số kết sau: - Đã nghiên cứu tổng quan tình hình sử dụng nhiên liệu, tình trạng nhiễm môi trường xu hướng, tiềm phát triển nguồn nhiên liệu CNG động nhiệt nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu nguồn phát thải gây ô nhiễm môi trường; - Tổng quan tình hình nghiên cứu, ảnh hưởng động điều kiện cung cấp đến công suất đặc tính nhiệt động động sử dụng nhiên liệu khí CNG; - Tính tốn, mơ hình hóa mơ q trình cung cấp nhiên liệu trình cháy động CNG-Diesel phần mềm FLUENT[12] Kết mô cho thấy thông số kỹ thuật, đặc tính nhiệt động động VIKYNO sử dụng nhiên liệu kép có giá trị tương đương với sử dụng 100% diesel, phù hợp với tính tốn lý thuyết Đây sở khoa học định hướng cho công việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel mơ hình thực nghiệm Sự phù hợp mơ thực nghiệm khẳng định tính xác khoa học nghiên cứu - Thiết kế, chế tạo thành công hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNGDiesel động VIKYNO RV125-2 Hệ thống nhiên liệu diesel phun mồi CRDI điều khiển điện tử với ưu điểm kiểm soát tốt thời điểm áp suất phun giúp tăng khả cháy hỗn hợp khí CNG-Diesel - Thực nghiệm đo kiểm moment, cơng suất, thành phần khí phát thải, lượng tiêu hao nhiên liệu động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel Kết thực nghiệm cho phép rút số kết luận: Luan van - Trong hệ thống nhiên liệu kép, tỉ lệ sử dụng CNG/diesel đạt trung bình 70/30 (%), chế độ thấp lên đến 81/19 (%), cho thấy hiệu sử dụng tỉ lệ CNG cao, tăng tính hiệu kinh tế tiết kiệm nhiên liệu - Khi sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel, công suất động bảo toàn so với trường hợp sử dụng hoàn toàn Diesel Kết công suất cực đại đạt 9,37 kW (CNG-Diesel)/9,2 kW (100% Diesel) cho thấy công suất động cải thiện động chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép Kết phù hợp với kết dự đốn mơ hình mơ phần mềm Fluent - Mức độ phát thải động sử dụng nhiên liệu kép giảm đáng kể Ở hai điểm đo ứng với tốc độ động chế độ công suất moment cực đại, tải 100%: - CO (%vol) giảm > 90%; - HC (ppm) giảm đến 30%; - Độ mờ khói giảm đến 30 ÷ 70% Kết thực nghiệm phù hợp với kết dự đốn mơ hình mơ phần mềm Fluent [12] nồng độ Oxy CH4 cuối trình cháy thấp Mức độ phát thải giảm cho thấy CNG nguồn nhiên liệu sạch, có ý nghĩa ảnh hưởng lớn việc sử dụng làm nguồn nhiên liệu thay cho động nhiệt, góp phần giảm thiểu nhiễm mơi trường - Xác định tỉ lệ mức tiêu hao nhiên liệu CNG-Diesel chế độ làm việc động theo hướng bảo tồn cơng suất động Kiến nghị Các kết nghiên cứu đạt cho thấy hướng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel động nén cháy có tỷ số nén cao có tính khả thi, cần đầu tư nghiên cứu hoàn thiện, đặc biệt kỹ thuật điều khiển nhằm giải toán lượng giảm thiểu ô nhiễm môi trường Đề tài tiếp tục nghiên cứu theo hướng sau đây: Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến chế độ hoạt động động cơ; Thử nghiệm đánh giá tác động chất lượng khí CNG đến tuổi thọ động Luan van thơng qua mức độ ăn mịn chi tiết động chất lượng dầu bôi trơn; Triển khai thí điểm ứng dụng động tĩnh để đánh giá tính kỹ thuật, tính kinh tế nhiên liệu mức độ phát thải, làm sở cho việc ứng dụng ô tô Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] Các tài liệu nghiên cứu CNG internet: http://thegioi.baotintuc.vn/nhin-ra-the-gioi/nguy-co-tu-viec-the-gioi-can-nguondau-mo-vao-nam-2060-20110405003643908.htm www.greencarcongress.com/2010/10/f150-20101015.html https://www.dieselnet.com/standards/us/nonroad.php https://www.dieselnet.com/standards/eu/nonroad.php http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_gas_vehicle http://denso.com.vn/ http://www.ngvjournal.com/en/magazines/asian-ngv-communications Www.atmel.com/avr.pdf Tài liệu Tiếng Việt: Trần Thanh Hải Tùng, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn, Nguyễn Văn Long Giang, Phan Nguyễn Quí Tâm "Nghiên cứu, lắp đặt hệ thống nhiên liệu CRDI (Common Rail Diesel Injection) động Vikyno RV125-2" Tạp chí Khoa học Cơng nghệ (Đại học Đà Nẵng) Số 1(62).2013 Trần Thanh Hải Tùng, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn, Nguyễn Văn Long Giang, Thái Huy Phát.“Nghiên cứu lắp đặt hệ thống nhiên liệu kép CNG-diesel động Vikyno RV 125”, Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Khoa học Cơ học thủy khí tồn quốc 2013 Trần Thanh Hải Tùng, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn.“Thực nghiệm đánh giá công suất mức độ phát thải động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel”, Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Cơ học thủy khí tồn quốc 2014 Trần Thanh Hải Tùng, Huỳnh Phước Sơn, Nguyễn Đình Q.“Mơ q trình cháy động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel phần mềm FLUENT “, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng, Số (90)-2015 Lê Văn Tụy, Phan Minh Đức (2008), "Mô hệ thống phun trực tiếp nhiên liệu khí thiên nhiên nén động đánh lửa cưỡng bức", Báo cáo Hội nghị Cơ học Thủy khí tồn quốc năm 2008, Phan Thiết, 24-26/07, 2008 Trần Ngọc Chấn (2001), Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải (Tập 1: Ơ nhiễm khơng khí tính tốn khuếch tán chất nhiễm), Nxb Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Bùi Văn Ga (1999), Nghiên cứu sử dụng động nhiên liệu khí Việt Nam, Đề tài nghiên cứu cấp trọng điểm - Mã số B9-III-01TD, Bộ Giáo Dục Đào Tạo Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam Ơ tơ khơng truyền thống - Nhà xuất GD VN 2010 Bùi Văn Ga, Dương Việt Dũng (1998), " Ơ tơ sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp giảm nhiễm môi trường", thông tin môi trường - Sở KHCNMT Đà Nẵng, Số 2-3/1998 Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng Ô tô ô nhiễm môi trường - Nhà xuất GD 1999 Luan van [19] PGS.TS ĐỒ VĂN DŨNG – Trang bị điện điện tử ôtô đại – Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh – Năm 2013 [20] Ngơ Diện Tập – Kỹ thuật vi điều khiển với AVR – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật , Hà Nội – 2003 [21] PGS-TS Nguyễn Duy Tiến Nguyên lý động đốt [22] Phạm Minh Tuấn Giáo trình lý thuyết động đốt Tài liệu tiếng Anh: [23] Beck N J., Barkhimer R.L., W.P, Wong H.C., Gebert K (1997), "Evolution Heavy Duty Natural Gas Engines - Stoichiomentric, Carbureted and Spark Ignited to Lean Burn, Fuel-Injection and Micro-Pilot", SAE Technical Papers, No 1997-972665 [24] Heywood J.B (1998), Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw Hill BookCo, New York [25] Ouellette P (1996), Direct Injection of Natural Gas for Diesel Engine Fuelling, PhD Thesis, The University of British Columbia [26] Podnar D.J and Kubesh, J.T (2000), Development of the Next Generation Medium-Duty Natural Gas Engine, Final Report, NREL/SR-540-27503, Golden [27] Shashikantha and parikh P.P (1999), Spark Ignition Producer-Gas Engine and Dedicated Compressed natural Gas Engine technology devbelopment and experimental performance optimisation", Society of Automotive Engineer, Inc., No 1999-01-3515 [28] Kouji Iwazaki, Kenji Amagai, Masataka Arai, 2004 Improvement of fuel economy of an IDI diesel engine with two-stage injection [29] Mohamed Y.E Selim, 2004 Effect of engine parameters and gaseous fuel type on the cyclic variability of dual fuel engines [30] Mohamed Y.E Selim, 2004 Sensitivity of dual fuel engine combustion and knocking limits to gaseous fuel composition Luan van PHỤ LỤC  Bài báo khoa học: 1.1 Trần Thanh Hải Tùng, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn Thực nghiệm đánh giá công suất mức độ phát thải động VIKINO RV125-2 sử dụng hệ thống nhiên liệu kép CNG-Diesel Báo cáo Hội nghị Khoa học Cơ học thủy khí tồn quốc năm 2014, Phan Rang 1.2 Trần Thanh Hải Tùng, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn, Nguyễn Đình Quý Nghiên cứu ảnh hưởng thông số vận hành đến trình cháy động VIKINO RV125-2 sử dụng nhiện liệu kép CNG-Diesel Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Cơng nghệ tồn quốc Cơ khí lần thứ IV 1.3 Trần Thanh Hải Tùng, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ CNG-Diesel đến đặc tính động VIKINO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Khoa học Cơ học thủy khí tồn quốc năm 2015 Luan van S K L 0 Luan van