Hcmute nghiên cứu đề xuất tỷ lệ sử dụng cng diesel trong động cơ vikyno rv125 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 ĐỀ XUẤT TỶ LỆ SỬ DỤNG CNG-DIESEL TRONG ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP MÃ SỐ: T2018-25TĐ SKC 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT TỶ LỆ SỬ DỤNG CNG-DIESEL TRONG ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP Mã số: T2018-25TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS HUỲNH PHƯỚC SƠN TP.HCM, 03/ 2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT TỶ LỆ SỬ DỤNG CNG-DIESEL TRONG ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP Mã số: T2018-25TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS HUỲNH PHƯỚC SƠN TP.HCM, 03/ 2019 Luan van Luan van MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU iii DANH MỤC CÁC HÌNH iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CNG VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG TRÊN CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 CNG – nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường ứng dụng 1.1.1 Khí thiên nhiên nén CNG 1.1.2 Trữ lượng tình hình khai thác khí thiên nhiên 1.2 Tình hình sử dụng CNG làm nhiên liệu cho động đốt trong, ô tô xu hướng phát triển 1.3 Nghiên cứu chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 1.4 Các phương pháp cung cấp CNG diesel động nhiên liệu kép CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KÉP CNG-DIESEL 11 2.1 Phương án thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 11 2.2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 14 2.2.1 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu CRDI 14 2.2.2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 16 2.2.3 Thiết kế hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép 18 2.3 Lập trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu 24 2.3.1 Thuật toán điều khiển cung cấp nhiên liệu diesel 24 2.3.2 Thuật toán điều khiển cung cấp nhiên liệu CNG 26 2.4 Thiết kế, chế tạo ECU điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu 26 i Luan van 2.5 Mô hình thực nghiệm 27 2.5.1 Mục đích nội dung thực nghiệm 28 2.5.2 Sơ đồ thực nghiệm 29 2.5.3 Quy trình thực nghiệm 30 2.6 Trang thiết bị thực nghiệm 32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Thực nghiệm đánh giá đặc tính mơ-men cơng suất động 34 3.2 Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ CNG/DO đến mô-men công suất động 37 3.3 Thực nghiệm đánh giá đặc tính phát thải động 39 3.4 Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ CNG/diesel đến đặc tính phát thải động 42 3.5 Thực nghiệm xác định suất tiêu hao lượng 44 3.6 Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 Kết luận 52 Kiến nghị 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 56 ii Luan van DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tính chất vật lý, hóa học CNG xăng, dầu diesel Bảng 2.1: Các thông số động VIKYNO RV125 11 Bảng 2.2: Các thiết bị hệ thống cung cấp nhiên liệu kép 14 Bảng 2.3: Điều kiện thực nghiệm 29 Bảng 3.2 So sánh kết công suất động giữa thực nghiệm mô hai tỷ lệ CNG60 DO100 34 Bảng 3.3 Kết đo mô-men công suất động thực nghiệm thay đổi tỷ lệ CNG/diesel chế độ 100% tải 37 Bảng 3.4: Mức phát thải CO, HC độ mờ khói Opacity động thực nghiệm 40 Bảng 3.5: Mức phát thải CO độ mờ khói Opacity động thực nghiệm thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 42 Bảng 3.6: Suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng diesel động hoạt động chế độ 100% diesel 45 Bảng 3.7: Suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng diesel CNG động sử dụng nhiên liệu kép 46 Bảng 3.8: Dữ liệu thời gian phun CNG diesel theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép 48 Bảng 3.9: Dữ liệu lượng nhiên liệu CNG diesel cung cấp theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép 50 iii Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Thành phần khí thiên nhiên cấu trúc phân tử khí methane (CH4) Hình 1.2: Các ưu điểm sử dụng nhiên liệu CNG thay cho xăng dầu diesel Hình 1.3: Bản đồ phân bố khí thiên nhiên tồn giới Hình 1.4: Ô tô buýt sử dụng nhiên liệu CNG TP.HCM Hình 1.5: Động diesel chuyển đổi sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel Hình1.6: Bốn phương pháp cung cấp CNG động Hình 1.7: Các phương án điều khiển cung cấp tỷ lệ CNG/diesel động nhiên liệu kép 10 Hình 2.1: Động VIKYNO RV125 đồ thị đặc tính động 12 Hình 2.2: Sơ đồ làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 13 Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel 13 Hình 2.4: Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail diesel 15 Hình 2.5: Sơ đồ thiết kế hệ thống CRDI động VIKYNO RV125 15 Hình 2.6: Lắp đặt bơm cao áp HP3 16 Hình 2.7: Ống cao áp, cảm biến áp suất vòi phun diesel 16 Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 17 Hình 2.9: Bình chứa CNG van giảm áp 17 Hình 2.10: Vịi phun CNG 17 Hình 2.11: Các cảm biến tốc độ, lưu lượng khí nạp, kích nổ nhiệt độ nước 18 Hình 2.12: cấu trúc ECU điều khiển hệ thống nhiên liệu kép 18 Hình 2.13: Sơ đồ hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép 19 Hình 2.14: Sơ đồ khối điều khiển PID điều khiển áp suất nhiên liệu diesel 20 Hình 2.15: Sơ đồ khối điều khiển phun nhiên liệu CNG diesel 21 Hình 2.16: Giản đồ thời điểm phun nhiên liệu kép CNG-diesel 21 Hình 2.17: Tín hiệu kích nổ 24 Hình 2.18: Sơ đồ thuật toán điều khiển áp suất nhiên liệu diesel 25 Hình 2.19: Sơ đồ thuật toán điều khiển thời gian phun nhiên liệu diesel tD 25 Hình 2.20: Sơ đồ thuật toán điều khiển thời điểm phun sớm diesel 25 Hình 2.21: Sơ đồ thuật tốn điều khiển thời gian mở vịi phun CNG 26 Hình 2.22: Sơ đồ mạch ECU điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu 27 Hình 2.23: Mô hình động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 28 Hình 2.24: Sơ đồ thực nghiệm động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép 29 Hình 2.25: Sơ đồ quy trình thực nghiệm 31 Hình 2.25: Sơ đồ quy trình thực nghiệm 32 iv Luan van Hình 2.27: Cân nhiên liệu Vibra thiết bị đo lưu lượng khí nạp ABB 32 Hình 2.28: Thiết bị phân tích khí xả đo độ mờ khói 32 Hình 3.1: Đồ thị đặc tính mơ-men cơng suất động VIKYNO RV125 35 Hình 3.2: Đồ thị so sánh kết công suất động giữa thực nghiệm mô hai tỷ lệ CNG60 DO100 36 Hình 3.3: Đồ thị đặc tính ngồi động thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 38 Hình 3.4: Cơng suất cực đại động VIKYNO RV125 n= 2400v/ph, 100% tải thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 39 Hình 3.5: Đồ thị quy trình điểm thử theo chu trình thử khí thải ISO 8178 C1 40 Hình 3.6: Nồng độ CO động RV125 theo chu trình đo ISO 8178 C1 41 Hình 3.7: Nồng độ HC động RV125 theo chu trình đo ISO 8178 C1 41 Hình 3.8: Độ mờ khói Opacity động RV125 theo chu trình đo ISO 8178 C1 42 Hình 3.9: Độ mờ khói Opacity động thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 43 Hình 3.10: Nồng độ CO động thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 43 Hình 3.11: Độ mờ khói Opacity số vịng quay 2400v/ph, tải 100% theo tỷ lệ CNG/ diesel 45 Hình 3.12: Suất tiêu hao lượng eeDO động hoạt động chế độ 100%diesel 46 Hình 3.13: Suất tiêu hao lượng thành phần diesel CNG động hoạt động chế độ nhiên liệu kép 47 Hình 3.14: So sánh suất tiêu hao lượng động sử dụng 100% diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 47 Hình 3.14: So sánh suất tiêu hao lượng động sử dụng 100% diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 49 Hình 3.15: Giản đồ thời gian phun nhiên liệu CNG theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình 50 Hình 3.16: Giản đồ lượng nhiên liệu diesel cung cấp theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình 51 Hình 3.17: Giản đồ lượng nhiên liệu CNG cung cấp theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình 51 v Luan van DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu mẫu tự La-tinh: Vh [cm3] Thể tích cơng tác Vc [cm3] Thể tích buồng cháy S [mm] Hành trình piston D [mm] Đường kính xylanh n [v/ph] Số vòng quay động i [-] Số xylanh Ni [kW] Cơng suất có ích ge [g/kW.h] Suất tiêu hao nhiên liệu động ee [J/kW.h] Suất tiêu hao lượng động mDO [kg] Khối lượng diesel tiêu thụ mCNG [kg] Khối lượng CNG tiêu thụ EDO [kJ] Năng lượng diesel tiêu thụ ECNG [kJ] Năng lượng CNG tiêu thụ eeDO [kJ/kW.h] Suất tiêu hao lượng diesel eeCNG [kJ/kW.h] Suất tiêu hao lượng CNG mc [kg] Khối lượng môi chất xylanh Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp:  [-] Số kỳ động  [-] Tỷ số nén động s [độ] Góc phun sớm  [-] Hệ số dư lượng khơng khí nl [kg/m3] Khối lượng riêng nhiên liệu kk [kg/m3] Khối lượng riêng khơng khí vi Luan van 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 những 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, trình cháy diễn hoàn toàn 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 Ngoài thành phần Carbon CNG thấp nên lượng bồ hóng giảm nhiều Nồng độ bồ hóng lửa cháy khí CH4 thấp [5], [12] Nồng độ phát thải Opac (%) 120 100 DO100 CNG40 CNG20 CNG50 CNG30 CNG60 80 60 40 20 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Số vòng quay động n (v/ph) Hình 3.9: Độ mờ khói Opacity động thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 1.8 Nồng độ phát thải CO (%) 1.6 1.4 DO100 CNG40 CNG20 CNG50 CNG30 CNG60 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Số vịng quay động n (v/ph) Hình 3.10: Nồng độ CO động thay đổi tỷ lệ CNG/diesel 43 Luan van Hình 3.11 thể độ mờ khói Opacity cà CO số vòng quay 2400v/ph, tải 100% thay đổi tỷ lệ CNG Nồng độ phát thải CO (%) 120 1.6 1.4 100 1.2 80 0.8 0.6 60 0.4 CO (%) 0.2 Độ mờ khói Opacity (%) 40 10 20 30 40 50 Nồng độ phát thải Opac (%) Thay đổi nồng độ CO và Opac theo tỷ lệ CNG n=2400 v/ph 1.8 60 Tỷ lệ CNG (%) Hình 3.11: Độ mờ khói Opacity số vòng quay 2400v/ph, tải 100% theo tỷ lệ CNG/diesel 3.5 Thực nghiệm xác định suất tiêu hao lượng Như đề cập, nhiên liệu diesel CNG có trọng lượng riêng nhiệt trị khác nhau, nên để có sở so sánh mức tiêu hao nhiên liệu hai trường hợp sử dụng 100% diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, suất tiêu hao nhiên liệu diesel CNG quy đổi sang suất tiêu hao lượng để thống xác định tỷ lệ CNG/diesel so sánh tính tiết kiệm nhiên liệu hai trường hợp Đối với trường hợp động sử dụng 100% diesel, dựa kết đo lượng nhiên liệu diesel tiêu thụ mDO 120s, tính suất tiêu hao nhiên liệu geDO100 (g/kW.h) Từ đó, xác định suất tiêu hao lượng eeDO100 (kJ/kW.h) (bảng 3.6): eeDO100= geDO100 QH_DO (3.1) Bảng 3.6: Suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng diesel động hoạt động chế độ 100% diesel Số vòng quay động (v/ph) Ne (kW) geDO100 (g/kW.h) eeDO100 (kJ/kW.h) 1200 1400 1600 1800 2000 4,36 5,28 6,21 7,14 7,85 248,4 237,6 270 298,8 313,2 10715,48 10249,59 11647,26 12889,63 13510,82 44 Luan van 2200 2400 8,40 8,74 342 396 14753,2 17082,65 Suất tiêu hao lượng e_DO100 (kJ/kW.h) 18000 16000 14000 12000 e_DO100 10000 8000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Số vòng quay động n (v/ph) Hình 3.12: Suất tiêu hao lượng eeDO động hoạt động chế độ 100%diesel Đối với trường hợp động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, dựa vào kết đo lượng nhiên liệu thành phần diesel mDO mCNG tiêu thụ động hoạt động tỷ lệ CNG, tính suất tiêu hao nhiên liệu thành phần geDO geCNG (g/kW.h) Từ đó, xác định suất tiêu hao lượng thành phần eeDO, eeCNG suất tiêu hao lượng tổng ee Tổng (ee Tổng = eeDO + eeCNG) (kJ/kW.h) Bảng 3.7 thể suất tiêu hao lượng động làm việc tỷ lệ CNG60 Bảng 3.7: Suất tiêu hao nhiên liệu suất tiêu hao lượng diesel CNG động sử dụng nhiên liệu kép Số vịng Cơng suất quay động động cơ n (v/ph) (kW) 1200 geDO40 geCNG60 eeDO40 eeCNG60 eeTổng (g/kW.h) (g/kW.h) (kJ/kW.h) (kJ/kW.h) (kJ/kW.h) 3,97 102,04 134,24 4401,88 6712,49 11114,37 1400 5,16 92,77 120,98 4001,87 6049,25 10051,12 1600 6,28 105,96 138,06 4570,70 6903,28 11473,99 1800 7,23 116,52 151,88 5026,61 7594,66 12621,27 2000 7,98 122,62 158,68 5289,75 7934,63 13224,39 2200 8,59 133,22 172,39 5746,75 8620,12 14366,87 2400 9,07 153,14 198,18 6606,33 9909,50 16515,83 45 Luan van Suất tiêu hao lượng (kJ/kW.h) 18000 e_DO40 16000 e_CNG60 14000 e_Tổng 12000 10000 8000 6000 4000 2000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Số vòng quay động n (v/ph) Hình 3.13: Suất tiêu hao lượng thành phần diesel CNG động hoạt động chế độ nhiên liệu kép So sánh kết suất tiêu hao lượng hai trường hợp động sử dụng 100% diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel tỷ lệ CNG60 hình 3.14, cho thấy suất tiêu hao lượng số vòng quay 1200v/ph động sử dụng nhiên liệu Suất tiêu hao lượng (kJ/kW.h) kép thấp so với động sử dụng nhiên liệu diesel 18000 e_Tổng e_DO100 16000 14000 12000 10000 8000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Số vịng quay động n (v/ph) Hình 3.14: So sánh suất tiêu hao lượng động sử dụng 100% diesel sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 46 Luan van Trong đó, suất tiêu hao lượng số vòng quay từ 1400v/ph đến 2400v/ph động sử dụng nhiên liệu kép giảm từ 1,6% đến 3,6% so với động sử dụng nhiên liệu diesel nhờ hòa trộn hỗn hợp CNG cải thiện cháy Kết cho thấy động chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép cho công suất cao tiết kiệm nhiên liệu nhiều hơn, bên cạnh đó lượng khí phát thải độc hại gây nhiễm mơi trường giảm xuống Đây ưu điểm lớn chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu kép 3.6 Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel Trong động nhiên liệu kép, với tỷ lệ CNG/diesel, động không thể đạt đồng thời mục tiêu có mô-men, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu phát thải tốt Ở số chế độ làm việc động cơ, có lợi công suất thì có thể bất lợi mặt phát thải ngược lại Tương tự, tỷ lệ CNG/diesel có thể cho động làm việc tốt chế độ lại không tốt chế độ khác, gây nên tượng kích nổ chẳng hạn Do vậy, việc xác định tỷ lệ CNG/diesel phù hợp với chế độ hoạt động để động có vùng làm việc ổn định, đảm bảo hài hòa cách tốt tiêu chí cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu mức phát thải động quan trọng Trên sở kết thực nghiệm, đề tài xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel (engine map) thể mối quan hệ giữa thông số thời gian phun, khối lượng nhiên liệu thành phần CNG diesel cung cấp cho động nhiên liệu kép theo số vòng quay tải động Giản đồ sở dữ liệu xác định tỷ lệ CNG/diesel tối ưu cho chế độ hoạt động động cơ, để động làm việc ổn định, có công suất mức phát thải tốt Bảng 3.8, 3.9 thể dữ liệu thời gian phun, lượng phun nhiên liệu diesel tDO nhiên liệu CNG tCNG cho động sử dụng nhiên liệu kép theo số vòng quay tải động Bảng 3.8: Dữ liệu thời gian phun CNG diesel theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép Chế độ Thời gian phun diesel theo số vòng quay chế độ tải động t_DO (µs) tải trọng Số vịng quay động (v/ph) (%) 2400 2200 2000 1800 47 Luan van 1600 1400 1200 100 28 82 110 130 190 200 260 80 25 66 101 115 160 170 180 60 22 45 65 90 106 123 145 40 20 40 55 80 100 110 120 20 15 19 22 30 40 43 45 Chế độ Thời gian phun CNG theo số vòng quay chế độ tải động t_CNG (ms) tải trọng Số vòng quay động (v/ph) (%) 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 100 12,1 11,9 10,3 10,09 8,7 5,3 3,7 80 9,1 7,5 5,6 4,5 4,1 3,5 60 6,41 6,2 5,5 5,4 5,3 3,5 2,9 40 1,8 1,4 1,38 1,22 1,2 0,9 0,8 20 1,2 1,1 1,05 0,98 0,95 0,9 0,7 Giản đồ tỷ lệ CNG/diesel cung cấp theo số vòng quay tải động xây dựng thông qua thời gian phun tDO tCNG: Thời gian phun (µs) Giản đồ thời gian phun diesel theo tốc độ và chế độ tải động 300 250-300 250 200-250 150-200 200 100-150 150 50-100 100 0-50 50 100 80 60 40 202400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 Hình 3.15: Giản đồ thời gian phun nhiên liệu diesel theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình 48 Luan van Biểu đồ thời gian phun CNG theo tốc độ và tải động Thời gian phun (ms) 12-14 10-12 14 12 10 8-10 6-8 4-6 2-4 0-2 100 80 60 40 2200 20 2400 2000 1800 1600 1400 1200 Hình 3.15: Giản đồ thời gian phun nhiên liệu CNG theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình Bảng 3.9: Dữ liệu lượng nhiên liệu CNG diesel cung cấp theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép Chế độ Lượng nhiên liệu diesel phun theo số vòng quay chế độ tải động (mg/ct) tải trọng Số vòng quay động (v/ph) (%) 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 100 14,52 15,51 16,03 16,41 17,58 17,78 19,01 80 14,47 15,21 15,86 16,13 16,99 17,19 17,39 60 14,41 14,83 15,19 15,66 15,96 16,28 16,7 40 14,38 14,74 15,01 15,47 15,84 16,03 16,22 20 14,29 14,36 14,41 14,56 14,74 14,79 14,83 Chế độ Lượng nhiên liệu CNG phun theo số vòng quay chế độ tải động (mg/ct) tải trọng Số vòng quay động (v/ph) (%) 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 100 28,46 27,45 20,38 19,58 14,98 8,09 6,52 80 13,1 11,91 8,78 8,49 7,2 5,59 5,58 60 9,75 9,4 9,08 8,22 8,09 7,51 7,5 40 5,64 5,56 5,55 5,53 5,53 5,49 5,48 20 5,53 5,51 5,51 5,5 5,5 5,49 5,48 49 Luan van Giản đồ tỷ lệ lượng CNG diesel cung cấp theo số vòng quay tải động cơ: Lượng diesel phun (mg/ct) Giản đồ lượng diesel phun theo tốc độ chế độ tải động 19-20 18-19 17-18 16-17 15-16 14-15 20 19 18 17 16 15 14 100 80 60 40 202400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 Hình 3.16: Giản đồ lượng nhiên liệu diesel cung cấp theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình Lượng CNG phun (mg/ct) Giản đồ lượng CNG phun theo tốc độ chế độ tải động 25-30 30 20-25 25 15-20 20 10-15 15 5-10 10 0-5 100 80 60 40 20 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 Hình 3.17: Giản đồ lượng nhiên liệu CNG cung cấp theo số vòng quay tải động động sử dụng nhiên liệu kép chu trình Qua nội dung kết thực nghiệm, có thể rút kết luận sau: 50 Luan van - Hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel động diesel VIKYNO RV125 làm việc ổn định tin cậy trình thực nghiệm - Kết sử dụng phương pháp phun diesel hệ thống CRDI, phun CNG đường nạp đáp ứng tốt trình cung cấp nhiên liệu cho động chế độ hoạt động khác Mô-men, cơng suất, mức tiêu hao nhiên liệu khí phát thải cải thiện động hoạt động chế độ nhiên liệu kép - Khi tăng tỷ lệ CNG/diesel, mô-men công suất động tăng Ở tỷ lệ CNG60, chế độ tải 100%, mô-men cực đại (tại số vòng quay 1800 v/ph) cao so với sử dụng hồn tồn diesel 1,32%; cơng suất cực đại (tại số vòng quay 2400 v/ph) cao 3,74% - Khi tăng tỷ lệ CNG > 60%, động bắt đầu có tượng kích nổ làm việc ổn định Do vậy, tỷ lệ CNG nghiên cứu giới hạn mức tối đa 60% - Kết đo mức phát thải động theo chu trình thử khí thải ISO 8178 C1, cho thấy sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel, mức độ phát thải động giảm đáng kể Tại hai điểm đo ứng với số vịng quay động chế độ công suất moment cực đại, chế độ tải 100%: CO (%) giảm đến 74,5%; HC (ppm) giảm đến 56,1%; Độ mờ khói giảm đến 51,1% Mức phát thải giảm đáng kể tăng tỷ lệ CNG - Suất tiêu hao lượng động giảm động chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép Tại tỷ lệ nhiên liệu CNG60, 100% tải, suất tiêu hao lượng động giảm từ 1,6% đến 3,6% so với động sử dụng nhiên liệu diesel - Trên sở kết thực nghiệm, giản đồ tỷ lệ CNG/diesel (engine map) xây dựng, thể mối quan hệ giữa thông số thời gian phun, khối lượng nhiên liệu thành phần CNG diesel cung cấp cho động nhiên liệu kép theo số vòng quay tải động Giản đồ sở dữ liệu xác định tỷ lệ CNG/diesel tối ưu cho chế độ hoạt động động theo tiêu chí đảm bảo động làm việc ổn định, có công suất mức phát thải tốt Kết chung trình thực nghiệm cho thấy, với hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel điều khiển điện tử thiết kế, chế tạo, động VIKYNO RV125 chuyển sang hoạt động chế độ nhiên liệu kép đạt mục tiêu đặt bảo tồn cơng suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường 51 Luan van KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Cơng trình nghiên cứu đề xuất tỷ lệ sử dụng CNG-diesel động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel thực nghiệm thực đạt số kết luận sau: Áp dụng thành công kỹ thuật điều khiển đại vào hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu cho động sử dụng nhiên liệu kép Phương án sử dụng hệ thống CRDI để cung cấp diesel phun CNG đường nạp tận dụng ưu điểm điều khiển phun nhiên liệu, nâng cao chất lượng hòa trộn hỗn hợp trình cháy nhiên liệu kép Đối với động diesel VIKYNO RV125 có tỷ số nén 18:1, với hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel chế tạo, động làm việc ổn định, cơng suất bảo tồn, tiết kiệm nhiên liệu giảm mức phát thải Khi tăng tỷ lệ CNG/diesel, mô-men công suất động tăng Ở chế độ tỷ lệ CNG60: mô-men cực đại tăng 1,32%, công suất cực đại tăng 3,74 %; mức phát thải đo theo chu trình thử khí thải ISO 8178 C1, hai điểm đo ứng với chế độ cơng suất moment cực đại, chế độ tải 100%: CO giảm đến 74,5%; HC giảm đến 56,1%; Độ mờ khói giảm đến 51,1% Suất tiêu hao lượng giảm từ 1,6% đến 3,6% so với động sử dụng hoàn toàn diesel Đối với động diesel VIKYNO RV125, tỷ lệ CNG tham gia tối đa động nhiên liệu kép 60% để động làm việc ổn định, khơng bị kích nổ Tuy nhiên, để động đạt đặc tính kinh tế, kỹ thuật mức phát thải tốt nhất, hiệu sử dụng CNG cao nhất, nên sử dụng tỷ lệ CNG đến 30% dải tốc độ thấp tỷ lệ 40% trở lên dải tốc độ từ 1400 v/ph Khi tăng tỷ lệ CNG > 60%, động bắt đầu có tượng kích nổ làm việc ổn định Do vậy, tỷ lệ CNG nghiên cứu giới hạn mức tối đa 60% Xây dựng giản đồ tỷ lệ CNG/diesel (engine map) theo số vòng quay tải động cơ, xác định tỷ lệ CNG/diesel tối ưu cho chế độ hoạt động động 52 Luan van theo tiêu chí đảm bảo động làm việc ổn định, có cơng suất mức phát thải tốt Với kết nghiên cứu đạt được, đề tài đạt mục tiêu quan trọng đặt xây dựng mơ hình hệ thống cung cấp nhiên liệu kép động diesel có tỷ số nén cao, thực nghiệm đánh giá xác định tỷ lệ sử dụng CNG-diesel hợp lý để động làm việc ổn định, bảo toàn công suất, tiết kiệm nhiên liệu giảm mức phát thải Kết nghiên cứu đề tài góp phần tiến đến nghiên cứu làm chủ công nghệ điều khiển cung cấp nhiên liệu kép điều kiện thực tế Việt Nam, nghiên cứu có ý nghĩa lớn việc hướng đến cải tiến hệ thống nhiên liệu động tĩnh để tiết kiệm chi phí nhiên liệu tăng tính cạnh tranh sản phẩm Kiến nghị Đề tài có thể tiếp tục nghiên cứu theo hướng sau đây: Tiếp tục nghiên cứu đánh giá đầy đủ ảnh hưởng tỷ lệ sử dụng CNGdiesel đến đặc tính kỹ thuật động cơ, nghiên cứu phương pháp cung cấp hệ thống nhiên liệu kép để nâng cao tỷ lệ sử dụng CNG-diesel theo hướng nâng cao hiệu sử dụng CNG 53 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tiếng Việt [1] Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam (2010), Ơ tơ khơng truyền thống, NXB Giáo dục [2] Nguyễn Hiệp (chủ biên), Nguyễn Văn Đắc (2005), Địa chất tài ngun dầu khí Việt Nam, Tập đồn dầu khí Việt Nam [3] Vương Minh Hoa (1994), Động nhiên liệu khí, Nxb Cơng nghiệp Hóa học, Trung Quốc, 12/1994, (Nguyễn Ngọc Diệp biên dịch – 2006) [4] Phạm Xuân Mai (2003), Sử dụng CNG để tiết kiệm nhiên liệu bảo vệ môi trường, Vietbao.vn [5] Phạm Minh Tuấn (2008), Lý thuyết động đốt trong, NXB Khoa học kỹ thuật B Tiếng Anh [6] Aref Taghizadeh, Payne M.L (1999), "Review of Natural Gas Fuelled Locomotive Technology", Transportation Development Centre – Transport Canada, TP 13470E [7] BEROUN, Stanislav (2001), The Development of Gas (CNG, LPG and H2) Engines for Buses and Trucks and their Emission and Cycle Variability Characteristics, Techn Univ Liberec – Czech Republic [8] Dong Jian, Gao Xiaohong, Li Gesheng, Zhang Xintang (2001), Study on DieselLPG Dual Fuel Engines, Wuhan University of Technology [9] E Chikishev, A Ivanov, I Anisimov, D Chainikov, Prospects of and Problems in Using Natural Gas for Motor Transport in RUSSIA [10] Ghazi a Karim (2015), Dual-Fuel Diesel engine, CRC Press, N.Y [11] Primož Potočnik (2010), Natural Gas, Published by Sciyo Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia [12] Semin, R.A, Bakar and A.R Ismail, (2009), Green Engines Development Using Compressed Natural Gas as an Alternative Fuel: A Review, American Journal of Environmental Sciences (3), pp 371-381 [13] Syed Kaleemuddin and G Amba Prasad Rao, (2009), Development of Dual Fuel Single Cylinder Natural Gas Engine an Analysis and Experimental Investigation for Performance and Emission, American Journal of Applied Sciences (5): 929-936, 2009, ISSN 1546-9239 54 Luan van [14] Wan Azelee Wan Abu Bakar and Rusmidah Ali (2010), Natrual gas, Universiti Teknologi Malaysia, Skudai, Johor, Malaysia [15] White Timothy Ross (2006), Simultaneous Diesel and Natural Gas Injection for Dual-Fuelling Compression-Ignition Engines, Ph.D thesis, University of New South Wales [16] Zhiqiang Lin and Wanhua Su (2003), A Study On the Determination of the Amount of Pilot Injection and Rich and Lean Boundaries of the Pre-Mixed CNG/Air Mixture for a CNG/Diesel Dual-Fuel Engine, Society of Automotive Engineers, Inc., No 2003-01-0765 C Website [17] Denso, Denso - Common Rail System [18] https://www.baomoi.com/opec-nang-du-bao-nhu-cau-dau-mo-toan-cau-len-92-5trieu-thung-ngay/c/16600620.epi (13-05-2015) [19] http://www.hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-va-doi-song/hoa-hoc-dau-khi/1220khi-metan-va-tiem-nang-su-dung.html (16-01-2013) [20] https://www.pvgas.com.vn/san-pham-va-dich-vu/san-pham/khi-thien-nhien-nen [21] https://voer.edu.vn/m/khi-thien-nhien [22] Isuzu Presents Westport Technology at Global Natural Gas Vehicle Conferencebusinesswire.com (14-02-2017) …………………………… 55 Luan van PHỤ LỤC  Bài báo khoa học liên quan đến đề tài: Huỳnh Phước Sơn, Đỗ Văn Dũng, Nguyễn Mạnh Cường, “Nghiên cứu đề xuất tỷ lệ CNG-diesel tối đa cho động VIKYNO RV125 sử dụng nhiên liệu kép”, Tạp chí Khoa học giáo dục kỹ thuật – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, số 54/2019, tháng 09/2019 (Xác nhận viết đăng Tạp chí KHGDKT số 161/GXNBV ngày 07/5/2019 Tổng biên tập tạp chí KHGDKT) 56 Luan van S K L 0 Luan van