Tóm tắt luận án: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cung cấp nhiên liệu trong động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel) có nội dung đưa ra giải pháp chuyển đổi và phương pháp điều khiển tỷ lệ cung cấp nhiên liệu LPG – Diesel cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel).
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN LONG GIANG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP (LPG - DIESEL) Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số: 62.52.01.16 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG – 2018 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Phản biện 1: GS.TS Trần Văn Nam Phản biện 2: PGS.TS Lê Anh Tuấn Phản biện 3: TS Nguyễn Lê Duy Khải Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cấp Trường Đại học Đà Nẵng vào lúc 14 00, ngày 03 tháng 03 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh công nghiệp gia tăng nhanh số lượng phương tiện giao thông vận tải (GTVT) thiết bị động lực trang bị động đốt trong, nhu cầu sử dụng nhiên liệu ngày tăng cao, đặc biệt nhiên liệu hóa thạch truyền thống xăng dầu diesel Trung bình ngày giới tiêu thụ hết khoảng 87 triệu thùng dầu Trong phần lớn sử dụng phương tiện GTVT Việt Nam nước phát triển nên không nằm ngồi quy luật phát triển chung giới Tình trạng thiếu nhiên liệu ô nhiễm môi trường khí thải động đến mức báo động Các loại nhiên liệu thay ưu tiên sử dụng loại nhiên liệu (phát thải độc hại thấp), trữ lượng lớn, giá thành rẻ sử dụng dễ dàng động mà không cần thay đổi nhiều kết cấu Trong loại nhiên liệu đó, khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) nhiên liệu có tiềm lớn, đáp ứng yêu cầu Việc sử dụng LPG động diesel hành tận dụng tính ưu việt hiệu suất cao loại động giúp giảm phát thải khói bụi (muội than), đ â y l loại phát thải quan trọng khó xử lý động diesel Tuy nhiên, tính tự cháy LPG nên sử dụng LPG thay phần nhiên liệu diesel động tính làm việc động phụ thuộc nhiều vào đặc điểm cung cấp tạo tỷ lệ hỗn hợp hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép LPG-Diesel thông số điều chỉnh động Chính vậy, việc thực đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cung cấp nhiên liệu động diesel sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel)” để sử dụng hiệu nhiên liệu LPG đáp ứng yêu cầu đặt tiết kiệm nhiên liệu diesel, giảm phát thải cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, đặc biệt điều kiện Việt Nam mà công nghiệp chế tạo động chuyên chạy nhiên liệu LPG chưa phát triển I Mục đích nghiên cứu - Đưa giải pháp chuyển đổi phương pháp điều khiển tỷ lệ cung cấp nhiên liệu LPG – Diesel cho động sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel) - Đánh giá khả sử dụng LPG làm nhiên liệu thay động Diesel hành, thông qua ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu LPG thay nhiên liệu Diesel thông số hiệu chỉnh ảnh hưởng đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel, từ lựa chọn giá trị hợp lý đảm bảo hài hòa tính động II Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu động Diesel TOYOTA 3C-TE trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu bơm phân phối với điều khiển điện tử VE-EDC; - Nghiên cứu chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG cho động Diesel Toyota 3C - TE; - Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính kỹ thuật động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) với trang thiết bị thực nghiệm (kiểm tra cơng suất, tiêu hao nhiên liệu, khí xả, …) trang bị Phòng thí nghiệm chun ngành Động Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh III Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu phương pháp cung cấp nhiên liệu kép (LPG-Diesel) động Diesel sở hình thành hỗn hợp cháy động - Nghiên cứu đặc điểm mơ hình hóa mơ q trình cháy hình thành phát thải động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Nghiên cứu phương pháp cải tạo phương thức điều khiển kiểm soát việc cung cấp tỷ lệ LPG – Diesel cho động chuyển đổi sang sử dụng nhiện liệu kép (LPG – Diesel) - Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ cung cấp LPG thay cho động Diesel đến tính kinh tế kỹ thuật phát thải sử dụng nhiện liệu kép (LPG – Diesel) - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số liên quan đến động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) IV Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp kết hợp nghiên cứu sở lý thuyết, mô thực nghiệm với nhiệm vụ sau: - Xây dựng mơ hình lý thuyết mơ tả q trình cháy, q trình kích nổ q trình phát thải động sử dụng nhiên liệu kép (LPG - Diesel) - Sử dụng phần mềm mô AVL BOOST để tính tốn thơng số q trình cháy hàm lượng phát thải động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel); Phân tích kết mô định hướng cho nội dung nghiên cứu thực nghiệm - Quá trình nghiên cứu thực nghiệm đánh ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu LPG thay thông số hiệu chỉnh ảnh hưởng đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động thí nghiệm sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Từ đánh giá đề xuất tỷ lệ nhiên liệu LPG thay tốt với thông số điều chỉnh động thích hợp V Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Có sở lý thuyết hợp lý việc xác định phương án phương pháp điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG thay cho động Diesel - Phân tích mơ trình hình thành hỗn hợp, trình cháy hình thành phát thải động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu LPG thay nhiên liệu Diesel thông số hiệu chỉnh ảnh hưởng đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel, từ lựa chọn giá trị hợp lý đảm bảo hài hòa tính động - Đưa giải pháp khả thi chuyển đổi động Diesel hành sang sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Góp phần giảm muội than NOx thành phần phát thải quan trọng khó xử lý, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống, định hướng việc nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay phương tiện giao thông sử dụng động đốt VI Cấu trúc luận án Bố cục luận án gồm: Mở đầu, chương nội dung phần kết luận CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Với ưu điểm sạch, nhiệt lượng cao sức ép toàn cầu vấn đề mơi trường, LPG loại khí đốt khuyến khích tiêu dùng với mức tăng trưởng hàng năm toàn giới đạt 3,5% Tuy nhiên, LPG bị cạnh tranh trực tiếp từ loại khí đốt khác CNG, LNG, đặc biệt khu vực có hệ thống sở hạ tầng tốt với hệ thống dẫn khí đốt đồng giá loại khí rẻ Tuy nhiên, loại khí khơng thể so sánh với LPG tính linh hoạt tồn trữ, vận chuyển phân phối Thực tế cho thấy đâu cần linh hoạt phân phối, LPG ln chiếm ưu Về xu hướng sử dụng, tỷ trọng LPG sử dụng cho cơng nghiệp, hố dầu, giao thơng vận tải/động đốt tăng dần Theo số liệu thống kê, tồn giới có khoảng 13 triệu xe ô tô sử dụng LPG, triệu xe tập trung 38 nước chủ yếu vùng kinh tế phát triển có mức sống cao vấn đề ô nhiễm môi trường vấn đề xúc phủ quan tâm 1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động đốt Các tác giả thực cơng trình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel mẫu động khác với điều kiện vận hành thí nghiệm tỷ lệ nhiên liệu khí LPG khác có kết nghiên cứu đánh sau: 1.1.1 Các kết nghiên cứu nước Ở nước có số cơng trình nghiên cứu động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel như: Cơng trình Bùi Văn Ga, Phạm Minh Tuấn, Lê Anh Tuấn, Phạm Hữu Tuyến, Mai Sơn Hải, Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Xuân, Vũ An, Nguyễn Tường Vi Các kết bước đầu cho thấy tác dụng giảm thiểu lượng khí thải độc hại gây nhiễm mơi trường ô tô sử dụng diesel - LPG, đặc biệt khả giảm phát thải PM số động Tuy nhiên, chưa có cơng trình nghiên cứu hoàn thiện động LPG - Diesel lắp ô tô thực tế 1.1.2 Các kết nghiên cứu giới Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu lĩnh vực này, điển hình như: Cơng trình BEROUN MARTINS, Z.H Zhang, C.S Cheung, T.L Chan C.D Yao, Bogdan Cornel BENEA Adrian Ovidiu SOICA, Dong Jian, Gao Xiaohong, Li Gesheng Zhang Xintang, Thomas Renald C Ja Somasundaram P, M P Poonia Tuy nhiên cơng trình tập trung chủ yếu vào loại động lắp ô tô khách, ô tô tải trọng lớn, ô tô chuyên dùng Các nghiên cứu chủ yếu sử dụng động LPG - Diesel lắp ô tô phương tiện chuyển đổi chủ yếu tập trung vào loại ô tô tải ô tô chở khách chạy đô thị lớn 1.2 Đặc điểm khí hóa lỏng 1.2.1 Tính chất lý hóa LPG 1.2.2 Ưu điểm LPG so với loại nhiên liệu truyền thống 1.2.3 Tình hình sản xuất LPG Tình hình sản xuất, sử dụng LPG giới Tình hình sản xuất, sử dụng LPG Việt nam 1.3 Kết luận chương Nhiên liệu LPG sử dụng theo cách thức tự cháy nén thông thường nhiên liệu Diesel thay hoàn toàn nhiên liệu Diesel nên LPG thường sử dụng động Diesel hành theo cách kết hợp với nhiên liệu Diesel gọi nhiên liệu kép LPG-Diesel Với số lượng đáng kể thị phần cao tổng công suất động Diesel so với động xăng đặc điểm phát thải muội than cao động Diesel việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu LPG động Diesel có ý nghĩa kinh tế thực tiễn cao Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu việc sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel động Diesel Các nhà nghiên cứu đưa nhận định chung sau: - Việc cấp nhiên liệu kép phương pháp phun LPG dạng khí vào đường ống nạp động cơ, hòa trộn với khơng khí nạp vào xilanh để tạo hỗn hợp đồng xilanh trước nhiên liệu Diesel phun phù hợp động nhiên liệu kép LPG - Diesel - Ở toàn tải với tỷ lệ LPG thay 25%, động làm việc êm dịu, trình cháy diễn qua ghi nhận đồ thị diễn biến áp suất thấy không thay đổi nhiều Nếu tăng tỷ lệ LPG thay lên cao dẫn đến tăng tốc độ cháy áp suất cực đại xilanh có xu hướng xuất kích nổ - Phát thải muội than NOx giảm đáng kể sử dụng LPG; tỷ lệ LPG thay lớn mức giảm muội than nhiều - Phát thải HC CO lớn phát thải động Diesel; tỷ lệ LPG thay tăng phát thải HC lớn - Tuy nhiên, số nghiên cứu đưa kết khác xung quanh số vấn đề sau: - Về tượng cháy kích nổ: Hiện tượng kích nổ xảy tăng tỷ lệ LPG thay đến mức định, nhiên tỷ lệ LPG thay giới hạn xảy kích nổ tác giả khác nhau, thay đổi từ 20% đến 50% nên người sử dụng không xác định nên giới hạn tỷ lệ thích hợp - Ảnh hưởng LPG đến thời gian cháy trễ, thời gian cháy chính, tốc độ cháy tải nhỏ trung bình cơng bố khác Một số tác giả cho LPG làm tăng tốc độ cháy dẫn đến áp suất cực đại tăng, số khác lại cho LPG làm giảm nhiệt độ môi chất kỳ nén giảm ôxy dẫn đến tăng thời gian cháy trễ, thời gian cháy chính, dẫn đến làm giảm áp suất khí thể cực đại làm giảm hiệu suất nhiệt động Các nhận định trái chiều làm khó cho cho người sử dụng việc xác định hướng điều chỉnh tỷ lệ LPG thay góc phun sớm tối ưu chạy nhiên liệu kép LPG-Diesel - Các nghiên cứu tác giả vấn đề lại cho kết khác đề cập phân tích động thí nghiệm điều kiện vận hành động thí nghiệm khác Từ kết luận ảnh hưởng tỷ lệ LPG thay đến đặc tính làm việc phát thải động kích nổ, phát thải, góc phun sớm tối ưu … phụ thuộc nhiều vào loại kết cấu động cơ, thành phần nhiên liệu sử dụng, phương pháp cấp nhiên liệu LPG điều kiện vận hành động - Đa số nghiên cứu tác giả chưa quan tâm đến việc cung cấp tỷ lệ nhiên liệu LPG thay lớn phải bảo tồn cơng suất mơ ment động sử dụng nhiên liệu kép so với sử dụng nhiên liệu Diesel Chính vậy, “Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cung cấp nhiên liệu động diesel sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel)” để làm rõ ảnh hưởng tỷ lệ LPG động nhiên liệu kép LPG - Diesel đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động cần thiết để xác định thông số điều chỉnh hợp lý giúp cho việc chuyển đổi hiệu động Diesel hành sang chạy nhiên liệu kép LPG - Diesel Các vấn đề cần nghiên cứu làm rõ thêm gồm: - Nghiên cứu điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu kép (LPG – Diesel) với động Diesel sử dụng điều khiển nhiên liệu điện tử để vận dụng chuyển đổi cho động sử dụng Diesel đại điều khiển điện tử - Ảnh hưởng tỷ lệ LPG thay đến diễn biến trình cháy tiêu kinh tế kỹ thuật phát thải động - Tỷ lệ LPG thay lớn đáp ứng tính kỹ thuật động - Các thơng số điều chỉnh góc phun sớm tối ưu sử dụng nhiên liệu kép LPG Diesel tỷ lệ thay khác phương pháp điều chỉnh cấp LPG phù hợp với chế độ làm việc động CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP LPG - DIESEL Trong luận án này, tác giả xây dựng phát triển mơ hình nhiệt động với mơ hình tốn động học phản ứng cháy để mơ q trình tạo hỗn hợp cháy động nhiên liệu kép LPG - Diesel với việc tạo hỗn hợp đồng LPG khơng khí từ bên ngồi phun mồi diesel động nghiên cứu To yota 3C -TE (hình 2.1) trang bị hệ thống phun nhiên liệu kiểu bơm phân phối VE điều khiển điện tử (VE – ECD - Electronic Diesel Control) Mục đích cụ thể sau: – Xây dựng phát triển mơ hình tốn biểu diễn trình tạo hỗn hợp, trình cháy hình thành phát thải động nhiên liệu kép LPG - Diesel – Đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật phát thải động xác định tỷ lệ LPG thay hợp lý thông số điều chỉnh tối ưu cho động – Cung cấp số liệu tính tốn làm sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm để chuyển đổi động Diesel hành sang chạy nhiên liệu kép LPG - Diesel cách hiệu 2.1 Quá trình cháy động Diesel LPG - Diesel 2.1.1 Quá trình cháy động Diesel 2.1.2 Quá trình cháy động LPG - Diesel 2.2 Các giả thiết để nghiên cứu động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel 2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn mơ q trình cháy động LPG - Diesel 2.3.1 Phương trình nhiệt động học thứ 2.3.2 Mơ hình hỗn hợp mơi chất Hỗn hợp mơi chất động diesel-LPG mô tả thành phần hình thành lên hỗn hợp gồm nhiên liệu diesel, LPG (C3H8, C4H10), O2, N2, CO2, H2O, CO, H2 2.3.3 Mơ hình truyền nhiệt Q trình truyền nhiệt từ buồng cháy qua thành buồng cháy nắp xi lanh, piston, lót xi lanh tính dựa vào phương trình truyền nhiệt sau: Qwi = Ai αw Tc – Twi (2.9) 2.3.4 Mơ hình cháy xi lanh Sử dụng mơ hình cháy Vibe vùng, phản ứng chuỗi Zeldovich với hệ số tốc độ để tính tốn lượng NOx, phản ứng theo A Onorati để tính tốn CO, mơ hình Hiroyasu để tính phát thải bồ hóng khí thải động diesel động LPG – Diesel 2.3.5 Mô hình hình thành phát thải chất độc hại Sản phẩm độc hại trình cháy động Diesel LPG - Diesel bao gồm chất sau: HC, NOX, SO2 muội than 2.4 Mô động sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel với phần mềm AVL BOOST 2.4.1 Phần mềm mô AVL BOOST Phần mềm AVL-BOOST phiên 2013 cho phép xác định tiêu kinh tế, đặc tính kỹ thuật phát thải động với độ tin cậy cao AVL BOOST bao gồm tính sau: - Mô động kỳ, kỳ, động không tăng áp, động tăng áp - Mô chế độ làm việc, chế độ chuyển tiếp động - Tính tốn thiết kế tối ưu hóa q trình làm việc động q trình cháy, q trình trao đổi khí, q trình phát thải độc hại - Có khả kết nối với phần mềm khác (liên kết động) để mô với liệu động (Matlab, Fire, Cruise…) 2.4.2 Ứng dụng phần mềm AVL BOOST tính tốn mơ phỏng: Trong luận án này, tác giả sử dụng mơ hình cháy mơ hình Vibe vùng cho hai trường hợp sử dụng nhiên liệu Diesel nhiên liệu kép LPG - Diesel Đây mơ hình hai hàm Vibe chồng lấn áp dụng cho hai vùng hỗn hợp cháy vùng cháy hỗn hợp đồng chuẩn bị trước vùng cháy khuyếch tán nhiên liệu diesel phun sau 2.4.3 Xây dựng mơ hình mơ động Diesel Toyota 3C – TE 2.4.3.1 Các thông số động Toyota Diesel 3C - TE Đề tài chọn động để nghiên cứu thực nghiệm động 3C-TE làm động nghiên cứu mô thực nghiệm 2.4.3.2 Đánh giá độ tin cậy mơ hình mơ Độ xác mơ hình đánh giá thông qua việc so sánh số kết công suất, mô men kết thực nghiệm động từ phòng thí nghiệm động Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM với kết mô Kết so sánh thông số công suất, mô men, suất tiêu hao nhiên liệu động Toyota 3C-TE thể sau: 80 250 70 225 200 175 50 150 40 125 Ne-mô phong (kW) Ne-thuc nghiêm (kW) Me-mô phong (N.m) Me-thuc nghiêm (N.m) 30 Torque (N.m) Power (kW) 60 100 20 75 10 50 1000 1400 1800 2200 2600 3000 3400 3800 4200 engine_speed (rpm) Hình 2.10: Mơ men cơng suất động thực nghiệm mô Các kết mô cho thấy, dải sai lệch công suất động lớn 3.88% tốc độ 1800 v/ph nhỏ 1.26% tốc độ 3800 v/ph, dải sai lệch nghiên cứu chấp nhận 250 Suất tiêu hao nhiên liệu Ge [g/kW.h] 225 Ge - Thực nghiệm Ge - Mô 200 175 150 125 100 1000 1400 1800 2200 2600 Tốc độ động [vòng/phút] 3000 3400 3800 4200 Hình 2.11: Suất tiêu hao nhiên liệu động 3C – TE thực nghiệm động mô sử dụng nhiên liệu Diesel Độ sai lệch kết mô thực nghiệm tốn mơ cho phép đến 5% Đối với mơ hình động 3C – TE xây dựng, giá trị sai lệch công suất, mô men suất tiêu hao nhiên liệu mô thực nghiệm nhỏ giá trị sai lệch cho phép, điều cho thấy thơng số điều kiện biên nhập cho mơ hình hồn tồn phù hợp 2.4.4 Xây dựng mơ hình mơ động Toyota 3C-TE sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel Hình 2.12: Mơ hình mơ động LPG - Diesel AVL-BOOST Tiến hành mô động chạy nhiên liệu kép LPG-Diesel cách cung cấp LPG vào đường nạp động với giả thiết LPG có tỷ lệ thành phần thể tích Propan/Butan=50/50 cấp với lưu lượng đảm bảo tỷ lệ LPG thay định Tỷ lệ nhiên liệu LPG thay tính sau: Lượng diesel thay Tỷ lệ LPG thay = Tổng diesel ban đầu Lượng LPG thay xác định sau: Lượng LPG thay = Nhiệt trị thấp LPG Diễn biến áp suất xilanh động cho thấy kết mô thực nghiệm 100% tải với tỷ lệ LPG thay 20%, tốc độ 2600v/ph (tốc độ ứng với mô men lớn nhất) chạy nhiên liệu kép LPG-Diesel Sai lệch áp suất lớn 1.48 bar (1.98%) (áp suất lớn thực nghiệm 74.82 bar mô 73,34 bar) sai lệch áp suất trung bình mơ so với thực nghiệm không 3,95 bar (gần 5%) 2.5 Kết mô động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel Tiến hành chạy mô với AVL BOOST theo điều kiện đầu vào phù hợp điều kiện lý thuyết hoạt động động sử dụng nhiên liệu kép Sau kết thúc trình chạy mô với tỷ lệ LPG thay 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% 70% kết tiến hành xuất đặc tính kỹ thuật động sau: 2.5.1 Ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu LPG thay đến đặc tính Mơmen động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel Kết mô sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel moment tăng theo tỷ lệ thay đổi LPG Ở chế độ LPG thay từ 10% đến 70%, moment động tăng trung bình từ 1.68% đến 7.20% so với giá trị mơ men sử dụng diesel nguyên thủy 2.5.2 Ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu LPG thay đến đặc tính Cơng suất động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel Kết mô cho thấy, sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel công suất động tăng theo tỷ lệ thay LPG Ở chế độ LPG thay từ 10% đến 70%, cơng suất động tăng trung bình từ 1.68% đến 7.20% so với giá trị công suất động sử dụng Diesel hoàn toàn Kết đo thể phục lục 2.4, tăng tỷ lệ thay LPG làm cho giá trị nhiệt trị nhiên liệu hòa trộn LPG - Diesel cao hơn, q trình cháy diễn tốt với tính động học, áp suất khí cháy nhiệt độ… sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel cao nên góp phần làm tăng cơng suất động 2.5.3 Ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu LPG thay đến nhiệt độ trình cháy động sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel Khi sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel nhiệt độ trình cháy giảm Ở chế độ LPG thay 10%, nhiệt độ trình cháy trung bình giảm 0.19 % so với giá trị nhiệt độ trình cháy sử dụng Diesel hoàn toàn Kết đo thể phụ lục 2.5 Vì cung cấp LPG hòa trộn với Diesel làm giảm nhiệt độ lửa cháy, thời gian trì mơi chất cháy nhiệt độ cao thời gian cháy trễ tăng lên 2.5.4 Ảnh hưởng tỷ lệ nhiên liệu LPG thay đến áp suất trình cháy động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel Áp suất trình cháy thơng số để đánh giá q trình làm việc động cơ, yếu tố ảnh hưởng đến công suất môment động 2.5.5 Phát thải NOx trình cháy động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel Khi sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel hàm lượng NOx giảm Ở chế độ LPG thay 10%, phát thải trung bình NOx giảm 10.86% chế độ LPG thay 20%, phát thải trung bình NOx giảm 4.57% so với giá trị NOx sử dụng nhiên liệu Diesel truyền thống Kết đo thể phụ lục 2.6 Khí NOx giảm LPG hòa trộn với Diesel làm giảm nhiệt độ lửa cháy, thời gian trì mơi chất cháy nhiệt độ cao tiếp xúc với lửa rút ngắn làm giảm trình hình thành NOx chế độ nhiệt độ cao Nhưng tăng tỷ lệ thay LPG từ 30% đến 70% hàm lượng phát thải NOx tăng theo tỉ lệ thuận chế độ thời gian cháy trễ q ttrình cháy giảm áp suất, nhiệt độ cháy tăng mạnh Điều làm gia tăng tượng phản ứng hóa học Nitơ ôxy hỗn hợp cháy động 2.5.6 Phát thải CO trình cháy động sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel Kết phát thải CO sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel mô cho thấy LPG phun vào đường nạp động khí thải CO tăng lên tất chế độ mô theo tăng tỷ lệ thay LPG Giá trị CO tăng trung bình chế độ LPG thay 10% 4.46% chế độ LPG thay 70% 22.98% so với giá trị CO sử dụng Diesel nguyên thủy Hàm lượng CO tăng hỗn hợp đồng nhiên liệu khơng khí q nghèo, giới hạn cháy nên không cháy hết màng lửa không lan đến kịp không gian buồng cháy 2.5.7 Phát thải muội than (SOOT) Kết mô phát thải muội than (Soot) chế độ toàn tải cho thấy tăng tỷ lệ LPG phát thải muội than giảm so với trường hợp sử dụng 100% nhiên liệu Diesel chế độ thử nghiệm, Khi mô với tỷ lệ LPG 10%, 20%, 30%, 40%, 50% phát thải muội than trung bình giảm tương ứng 9,86%, 32,53%, 34,23%, 50,84% 56,27% Do bổ sung LPG nên trình cháy vùng tia phun tốt làm cho muội 3.2 Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG cho động thực nghiệm 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý cung cấp nhiên liệu LPG cho động thực nghiệm 3.2.2 Hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép Diesel – LPG Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống cung cấp phun nhiên liệu LPG cho động Diesel Yêu cầu đặt điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG phải điều chỉnh độ rộng xung phun thích hợp để đảm bảo lượng phun LPG phù hợp với chế độ làm việc động cơ, tức đảm bảo tỷ lệ LPG thay tối ưu chế độ làm việc 3.2.3 Cơ sở tính toán lượng nhiên liệu LPG cung cấp cho động Đặc điểm động dùng nhiên liệu kép sử dụng lúc hai nhiên liệu Lượng nhiên liệu mồi diesel định nhờ thời gian đóng mở van SPV (Spill Valve) bơm cao áp Lượng LPG cung cấp thay định thời gian nhấc kim phun LPG Tính tốn chu trình nhiệt động sử dụng tỷ lệ lượng Diesel khí hóa lỏng (LPG) Xác định thành phần nhiên liệu Diesel khí LPG 1kg hỗn hợp Gnl = GnlD + GnlLPG [kg/h] (3.8) – Thành phần phần trăm khối lượng diesel 1kg hỗn hợp là: D hh G nlD *100% Gnl (3.9) – Thành phần phần trăm khối lượng LPG 1kg hỗn hợp là: LPG hh G LPG *100% G nl (3.10) – Nhiệt trị hỗn hợp (%Diesel + % LPG) là: QH = QHD * Dhh + QHLPG * LPGhh [kJ/kg] (3.11) Khối lượng không khí nạp Lượng nhiên liệu khí LPG Nhiên liệu LPG gồm có 50% Propane (C3H8) 50% Butane (C4H10) nên thành phần khối lượng C H là: 0,823C 0,177H, khơng có thành phần oxy nhiên liệu nên Onl = Lượng nhiên liệu phun mLPG tỷ lệ thuận với thời gian phun bậc hai chênh lệch áp suất ống phân phối nhiên liệu đường ống nạp trường hợp phun đường ống nạp Trường hợp LPG phun trực tiếp chênh lệch áp suất đường ống phân phối buồng cháy Tỷ trọng nhiên liệu diện tích mở có ích van kim phun xem số 11 tinj mLPG m LPG dtinj LPG Aeff p LPG tinj (3.22) Tính toán lượng nhiên liệu Diesel Đối với động diesel chọn =1,3 Do khối lượng nhiên liệu diesel tính theo cơng thức sau: mdiesel diesel Aeff p ma diesel n CYL (3.27) 3.3 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mạch điều khiển cung cấp khí LPG cho động 3C-TE Hình 3.15: Mạch điều khiển hệ thống cung cấp LPG Mạch điều khiển hệ thống cung cấp LPG cho động sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel lập trình ngơn ngữ LabVIEW [7], kết nối điều khiển từ máy tính thơng qua cổng USB 2.0 Sau hoàn chỉnh mạch điều khiển cung cấp LPG, để bố trí thành hệ thống điều khiển cần phải kết nối với điều khiển hệ thống nhiên liệu Diesel mạch công suất điều khiển hệ thống LPG sau: 3.4 Kết luận chương - Đã nghiên cứu, nắm rõ nguyên lý điều khiển động phun nhiên liệu Diesel điện tử VE – EDC Từ nguyên lý điều khiển thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển cắt giảm lượng nhiên liệu Diesel cung cấp động sử dụng nhiên liệu kép, đồng thời hồn tồn điều chỉnh góc phun sớm động để xác định góc phun sớm tốt động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Nghiên cứu chế tạo thành công mạch điều khiển tỷ lệ cung cấp (LPG – Diesel) hoạt động với độ tin cậy, kết nối điều khiển với máy tính việc thu thập số liệu điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Đây sở quan trọng cho việc thực nghiên cứu sâu sử dụng nhiên liệu LPG - Diesel cho động nghiên cứu - Đã ứng dụng thành công sử dụng kim phun LPG điều khiển điện tử việc chuyển đổi động sang sử dụng nhiên liệ kép LPG – Diesel, đồng thời sử dụng tính ổn định cảm biến, thông số kim phun LPG mạch điều khiển công suất cho kim phun phần mềm BRC SEQUENT 24 thu thập tất thơng số hệ thống q trình thực nghiệm để đánh giá động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Để ứng dụng nhiên liệu LPG động Diesel cách hiệu quả, đảm bảo cải thiện vấn đề tồn đặt nghiên cứu trước đây, vấn đề nghiên cứu, thiết kế, chế tạo lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG phù hợp cho động cần thiết - Trong chương này, tác giả thiết kế chế tạo điều khiển cung cấp LPG 12 cho động thực nghiệm 3C- TE có khả điều chỉnh lượng cung cấp LPG phù hợp với chế độ làm việc động theo yêu cầu đặt ra, đảm bảo cho động hoạt động ổn định tất chế độ thử nghiệm CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Mục đích, đối tượng trang thiết bị thực nghiệm 4.1.1 Mục đích đối tượng thực nghiệm Mục đích thực nghiệm - Quá trình thử nghiệm động Diesel với hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel băng thử nhằm mục đích sau: - Xây dựng đường đặc tính ngồi động sử dụng nhiên liệu Diesel - Đánh giá hoạt động hệ thống điều khiển hệ thống nhiên liệu kép LPG –Diesel kết hợp hệ thống điều khiển điện tử nhiên liệu Diesel hệ thống cung cấp tỷ lệ LPG - Đánh giá tính kinh tế, đặc tính kỹ thuật trình phát thải động sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel với tỷ lệ LPG thay lớn - Đánh giá ảnh hưởng thông số ảnh đến chế độ hoạt động động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Kiểm tra đánh giá thành phần khí thải động sử dụng hồn tồn Diesel động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Ngồi đánh giá số tính mà nghiên cứu mơ chưa giới hạn kích nổ rung động tăng tỷ lệ LPG thay Đối tượng thực nghiệm: Đối tượng nghiên cứu động diesel TOYOTA 3C-TE với hệ thống cung cấp nhiên liệu kép LPG – Diesel điều khiển điện tử Các thông số động trình bày Bảng 3.1 4.1.2 Điều kiện thực nghiệm Yêu cầu thiết bị thực nghiệm Trang thiết bị thực nghiệm Hình 4.2: Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TPHCM 13 Băng thử công suất AVL Dynoperform Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu Thiết bị đo độ mờ khói Thiết bị phân tích khí thải MGT Yêu cầu nhiên liệu Trong trình thử nghiệm, chất lượng nhiên liệu có ảnh hưởng lớn đến kết thí nghiệm Để đảm bảo độ xác thí nghiệm, nhiên liệu dùng q trình thử nghiệm phải kiểm định đánh giá thành phần hóa học 4.2 Các quy trình thực nghiệm 4.2.1 Thực nghiệm đặc tính kỹ thuật động Diesel 3C – TE Để có sở so sánh với động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) trước tiên cần phải xây dựng đặc tính động thực nghiệm động TOYOTA 3C - TE qua sử dụng nên để so sánh đánh giá đặc tính kỹ thuật động dùng nhiên liệu kép LPG - Diesel với động dùng nhiên liệu Diesel ta cần xác định đặc tính động Việc xác định đặc tính động Diesel sử dụng nhiên liệu Diesel thực theo quy trình sau: Xác định đặc tính Mơ men (Me) cơng suất (Ne) Xác định suất tiêu hao nhiên liệu (ge) 4.2.2 Thực nghiệm hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Xác định lưu lượng cung cấp nhiên liệu Diesel cho động 3C - TE Xác định đặc tính kim phun LPG: Thực nghiệm trình điều khiển cắt giảm nhiên liệu Diesel trình điều khiển kim phun LPG cung cấp nhiên liệu thay cho động Sử dụng phần mềm lập trình LabVIEW để điều khiển tỷ lệ thay loại nhiên liệu LPG Diesel động hoạt động Đồng thời với thiết bị đo thu thập số liệu dạng xung hãng PicoScope cho thấy thời gian điều khiển giảm lượng phun nhiên liệu Diesel hình 4.10 - a b Hình 4.10: Điều khiển thời gian giảm nhiên liệu Diesel cách ngắt sớm thời điểm hoạt động van SPV (a) Xung tín hiệu điều khiển van SPV đầu vào; (b) Xung tín hiệu điều khiển đầu van SPV điều khiển cắt giảm nhiên liệu Diesel Đồng thời với việc cắt giảm nhiên liệu Diesel cung cấp cho động để đảm bảo 14 mặt cân lượng trình cháy, hệ thống điều khiển tính tốn lưu lượng LPG thay tương ứng thông qua thời gian nấc kim phun LPG để đảm bảo đặc tính mơ men cơng suất động Vì vậy, tín hiệu điều khiển kim phun nhiên liệu LPG thay thể thông qua thiết bị đo thu thập số liệu dạng xung hãng PicoScope hình 4.11 sau: Bề rộng xung tín hiệu (số 4) điều khiển kim phun LPG thay đổi theo xung tín hiệu (số 3) đầu điều khiển tỷ lệ (LPG – Diesel) Việc thay đổi thời gian điều khiển kim phun LPG để tăng giảm lượng LPG cung cấp cho động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Hình 4.11: Xung tín hiệu điều khiển van SPV chạy 100% Diesel Tín hiệu cảm biến TDC; Tín hiệu cảm biến tốc độ động cơ; Tín hiệu đầu điều khiển tỷ lệ (LPG – Diesel); Tín hiệu điều khiển kim phun LPG Thực nghiệm xác định thời gian điều khiển kim phun LPG để cung cấp theo tỷ lệ thay nhiên liệu LPG cho nhiên liệu Diesel 4.2.3 Thực nghiệm đặc tính thơng số ảnh hưởng đến động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Thực nghiệm đặc tính Mơ men Cơng suất động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Thực nghiệm ảnh hưởng góc phun dầu sớm động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) 4.2.4 Thực nghiệm phát thải (HC, CO, NOx độ mờ khói) động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) 4.3 Kết thực nghiệm thảo luận 4.3.1 Đặc tính kỹ thuật động Diesel 3C – TE thực tế Kết liệu chạy thực nghiệm với phần mềm AVL-Concerto để xử lý số liệu thu thập từ hệ thống AVL - InDICOM, tiến hành xuất kết đo bảng 4.2: Với kết thực nghiệm hình 4.13 ta thấy mô men cực đại động 202.50 (Nm) tốc độ 2600 vòng/phút cơng suất cực đại 71.35 kW 4200 vòng/phút, tốc độ động cao 4200 vòng/phút cơng suất mơ men giảm nhiều 15 điều khiển cắt nhiên liệu cung cấp cho động Mô men công suất động thực nghiệm thấp 10% 7,6 so với thông số nhà chế tạo động 3C – TE qua sử dụng nên hệ thống động khơng hoạt động tốt động Từ kết so sánh cho thấy việc sử dụng động 3C-TE nghiên cứu thực nghiệm luận án phù hợp 250 80 225 70 200 175 50 150 40 125 Công suất [kW] Mô men [Nm] 60 30 100 Mô men_DIESEL Công suất_DIESEL 20 75 50 1000 1400 1800 2200 2600 3000 3400 3800 10 4200 Tốc độ [v/ph] Hình 4.13: Đồ thị đặc tính Mơ men Cơng suất động sử dụng Diesel Kết tiêu hao nhiên liệu động thời gian 1s thể sau: Theo kết thể suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng 100% nhiên liệu Diesel động 3C- TE có suất tiêu hao cao tốc độ 1000 (v/ph) suất tiêu hao nhiên liệu thấp tốc độ 3000 (v/ph) ứng với công suất 61.69 kW Mô men 196,46 (Nm) Suất tiêu hao nhiên liệu Ge [g/kW.h] 250 225 200 175 Ge - Thực nghiệm 150 125 100 1000 1400 1800 2200 2600 3000 3400 3800 4200 Tốc độ [v/ph] Hình 4.14: Suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng nhiên liệu Diesel 16 Kết thực nghiệm cho thấy đặc tính cơng suất môment động thực nghiệm đạt 92,4% 90% so với thông số công bố nhà chế tạo động theo bảng 4.4, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ động hoạt động tốc độ 3000 (v/ph) Tốc độ động cao 4200 (v/ph) cơng suất mơ men giảm nhiều, suất tiêu hao nhiên liệu tăng nhanh hoạt động điều tốc Như vậy, giá trị mô men, công suất suất tiêu hao nhiên liệu động Diesel làm sở để đánh giá đặc tính động chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) tỷ lệ nhiên liệu khác 4.3.2 Đánh giá hoạt động hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Từ kết phục lục 3.6 cho thấy việc thay đổi tỷ lệ cung cấp LPG – Diesel có quy luật định Tỷ lệ nhiên liệu thay LPG – Diesel với thời gian điều khiển giảm lượng phun Diesel tăng lượng phun LPG thể theo bảng 4.5 thời gian hiệu chỉnh sau: Bảng 1: Mối quan hệ tỷ lệ thay với thời gian giảm lượng phun Diesel tăng lượng phun LPG Tỷ lệ thay Giảm thời gian phun Diesel Tăng thời gian phun LPG (%) (ms) (ms) 10 0.5 2.2 20 1.3 3.0 30 1.5 3.5 40 2.4 4.2 Để đảm bảo đặc tính kỹ thuật động không thay đổi thay tỷ lệ LPG – Diesel khác ta tiến hành so sánh áp suất trình cháy diễn bên buồng đốt động thông qua cảm biến áp suất buồng cháy với kết theo hình 4.15 cho thấy áp suất cháy cực đại cao với tỷ lệ nhiên liệu thay (30%LPG – 70%Diesel) 81.22 bar 4.860 BTDC Nhưng vị trí 100 BDTC áp suất cháy tỷ lệ nhiên liệu (LPG – Diesel) khơng có chênh lệnh nhiều (tối đa 1,3 bar) so với áp suất cháy sử dụng nhiên liệu Diesel 76.742 bar Từ kết cho thấy điều chứng tỏ việc cung cấp tỷ lệ nhiên liệu LPG thay cho động Diesel động hoạt động chế độ nhiện liệu kép phù hợp với sở lý thuyết nghiên cứu chương Hình 4.15: So sánh áp suất cháy tỷ lệ (LPG – Diesel) tốc độ 2600 v/ph 17 Ngoài ra, thay đổi tỷ lệ nhiên liệu (LPG – Diesel) thay tăng thời điểm đạt áp suất cháy cực đại gần vị trí điểm chết trên, cho thấy trình cháy sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) diễn biến nhanh thời gian cháy trễ giảm so với sử dụng nhiên liệu Diesel Đánh giá tỷ lệ thay LPG lớn động 3C - TE Dựa vào số liệu thu thập cảm biến áp suất buồng cháy giúp giám sát xác định gia tăng áp suất tới giới hạn kích nổ cung cấp tỷ lệ LPG tăng cao Với tỷ lệ thay LPG 10%, 20%, 30%, 40% áp suất cháy xilanh tăng dần Nhưng tăng tỷ lệ LPG thay 44%, biên độ áp suất trình cháy tăng cao nhiều so với chế độ thay trên, đồng thời xuất tượng kích nổ xảy động Khi tỷ lệ LPG tăng lên khoảng 43% xuất đỉnh áp suất cao khoảng 10 bar, q trình kích nổ diễn mạnh Ví vậy, giới hạn tỷ lệ nhiên liệu thay LPG lớn nghiên cứu luận án 40% chế độ đảm bảo mô men động cao (chế độ 100% tải) 100 100% Diesel 10%LPG - 90%Diesel 20%LPG - 80%Diesel 30%LPG - 70%Diesel 40%LPG - 60%Diesel 43%LPG - 57%Diesel 90 80 AP SUAT XILANH [bar] 70 60 50 40 30 20 10 GOC QUA Y TRUC KHUY U AP SUA T XILA NH deg bar 561 -30 -20 66 633 -10 PCY L1 20% LPG - 80% Dies el bar bar 71 447 80 029 30% LPG - 70% Dies el 40% LPG - 60% Dies el 43% LPG - 57% Dies el bar bar bar 78 459 79 466 88 276 10 GOC QUAY TRUC KHUY U [deg] 20 30 40 Created with Concerto Student Edition Licensed for: University of T echnical Education Hình 4.16: Diễn biến áp suất xilanh 2600 v/ph với tỷ lệ LPG khác Đồng thời để giám sát q trình kích nổ động hoạt động với nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Hệ thống điều khiển sử dụng tín hiệu cảm biến kích nổ để biết xác thời điểm xảy q trình kích nổ để điều khiển giới hạn lượng cung cấp LPG thay cho động sử dụng nhiên liệu kép theo tín hiệu (số 3) hình 4.17 Tín hiệu kích nổ Hình 4.17: Tín hiệu xung kích nổ động xảy thời gian điều khiển mở kim phun LPG > 4.2 ms 18 4.3.3 Đánh giá ảnh hưởng đặc tính thơng số đến động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Ảnh hưởng đến mô men công suất động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Kết thu liệu (theo phụ lục 3.7 3.8) trình chạy thử nghiệm chế độ hoạt động động với băng thử công suất AVL phần mềm AVL InDICOM với tỷ lệ LPG thay 10%, 20%, 30%, 40% .Ứng dụng phần mềm chuyên dụng AVL Concerto tiến hành xử lý sở liệu xuất kết thực nghiệm đặc tính mơ men cơng suất động sử dụng nhiên liệu kép (LPG -Diesel) đồ thị hình 4.18 sau đây: 250 80 225 70 60 175 50 150 Mô men_DIESEL Mô men_10%LPG Mô men_20%LPG Mô men_30%LPG Mô men_40%LPG Công suất_DIESEL Công suất_10%LPG Công suất_20%LPG Công suất_30%LPG Công suất_40%LPG 125 100 75 50 1000 1400 1800 2200 2600 3000 Tốc độ [v/ph] 3400 3800 Công suất [kW] Mô men [Nm] 200 40 30 20 10 4200 Hình 4.18: Đồ thị so sánh đường đặc tính ngồi (Cơng suất & Mơ men) động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) theo tỷ lệ thay Qua kết thực nghiệm cho thấy động sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Diesel) đạt 98,5% mô men cực đại 85% công suất cực đại Cơng suất mơmen trung bình động tỷ lệ có giảm khơng đáng kể, tỷ lệ LPG thay cao 40%, tốc độ cao động bắt đầu xuất hiện tượng kích nổ Vì vậy, thử nghiệm lượng nhiên liệu LPG thay tối đa cho động 3C-TE sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) với 40%LPG – 60%Diesel tỷ lệ thay lớn đới với động 3C-TE chế độ mô men lớn Giá trị mô men công suất động sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel tốc độ từ 3400 vòng/phút đến 4200 vòng/phút có xu hướng giảm tăng dần tỷ lệ nhiên liệu LPG thay tăng trình cháy động sử dụng nhiên liệu kép LPG – Diesel bao gồm trình cháy khuếch tán nhiên liệu Diesel trình cháy hỗn hợp LPG – Khơng khí đồng tương tự động xăng 19 Ảnh hưởng góc phun sớm đến mômen công suất động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) Hình 4.19: Đồ thị đặc tính mơmen cơng suất động thay đổi góc phun sớm Kết thử nghiệm biểu diễn đồ thị hình 4.19 cho thấy thay đổi góc phun sớm, cơng suất mơmen động thay đổi theo hai chiều tăng giảm, mức thay đổi nhỏ 1.5% Công suất mô men động khơng thay đổi nhiều lượng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) cung cấp cho động không thay đổi so với lượng nhiên liệu Diesel tạo 4.3.4 Đánh giá ảnh hưởng đến phát thải (HC, CO, NOx muội than) động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Ảnh hưởng phát thải muội than Kết đo độ mờ khói (muội than) thực chế độ LPG thay 10%, 20%, 30%, 40% trình bày phụ lục 3.9 Độ mờ khói giảm tất tỷ lệ LPG thay tăng độ mờ khói giảm 77.61% thay tỷ lệ thay 40% LPG theo hình 4.20 1.4 Diesel Dual_10%LPG Dual_20%LPG Dual_30%LPG Dual_40%LPG 1.2 Độ mờ khói 0.8 0.6 0.4 0.2 Hình 4.20: Đồ thị độ mờ khói K (m ) thực nghiệm với tỷ lệ LPG thay -1 Độ mờ khói giảm LPG phun vào đường ống nạp, hỗn hợp LPG – Khơng khí hồn trộn đường ống nạp nên trình cháy diễn tốt Đồng thời tỷ lệ Cacbon so với Hydro LPG nhỏ so với Diesel, tức khối lượng C nhiên liệu 20 LPG thấp so với Diesel nên giảm khả hình thành muội than, dẫn đến độ mờ khói động chạy nhiên liệu kép Diesel – LPG thấp so với động chạy nhiên liệu Diesel Ảnh hưởng phát thải khí CO 3.00 CO_DIESEL CO_10%LPG CO_20%LPG CO_30%LPG CO_40%LPG 2.50 CO [%V] 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 1000 2000 Tốc độ [v/ph] 3000 4000 Hình 4.21: Đồ thị khí thải CO tỷ lệ LPG tốc độ khác Kết phát thải CO sử dụng động Diesel hoàn toàn sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel đo phụ lục 3.10 Đồ thị hình 4.21 cho thấy LPG phun vào đường nạp động khí thải CO tăng lên tất chế độ thực nghiệm Giá trị CO tăng trung bình lớn tỷ lệ LPG thay 40% 2,2 lần so với giá trị CO sử dụng hoàn toàn Diesel Khi tỷ lệ LPG thay nhỏ, tốc độ thấp hỗn hợp khơng khí nhạt ngồi giới hạn cháy nên q trình cháy giải phóng nhiều CO Tuy nhiên tăng lượng LPG đến mức hỗn hợp đốt cháy lúc q trình cháy diễn tốt nên khí CO có xu hướng giảm xuống đặc biệt tốc độ cao Ảnh hưởng phát thải khí HC Kết phát thải HC động thực nghiệm sử dụng hoàn toàn Diesel sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel đo phụ lục 3.11 Đồ thị hình 4.22 cho thấy, phun LPG vào đường ống nạp động Diesel phát thải HC tăng tất tỷ lệ, với tỷ lệ thay 40% nồng độ HC trung bình tăng gần 4,6 lần so với giá trị HC sử dụng Diesel bình thường 1200 HC_DIESEL HC_10%LPG HC_20%LPG HC_30%LPG HC_40%LPG HC [ppm] 1000 800 600 400 200 1000 2000 Tốc độ [v/ph] 3000 4000 Hình 4.22: Phát thải HC chế độ thử nghiệm với tỷ lệ LPG thay 21 Thành phần HC tăng cao hỗn hợp đồng nhiên liệu khơng khí q nghèo, giới hạn cháy nên khơng cháy hết màng lửa không lan đến kịp không gian buồng cháy Thực nghiệm đánh khí thải NOx Đồ thị hình 4.23 cho thấy, sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel hàm lượng NOx giảm Ở chế độ LPG thay 40%, phát thải trung bình NOx giảm nhiều 6,7% so với giá trị NOx sử dụng hoàn toàn Diesel Kết đo thể phụ lục 3.12 1200 Nox_DIESEL NOx_ 10%LPG NOx_ 20%LPG NOx_ 30%LPG NOx_ 40%LPG NOx [ppm] 1000 800 600 400 200 1000 2000 Tốc độ [v/ph] 3000 4000 Hình 4.23: Phát thải NOx chế độ thử nghiệm với tỷ lệ LPG thay NOx giảm LPG hòa trộn với Diesel làm giảm nhiệt độ lửa cháy, thời gian trì mơi chất cháy nhiệt độ cao tiếp xúc với lửa rút ngắn làm giảm trình hình thành NOx chế độ nhiệt độ cao Ảnh hưởng góc phun sớm đến phát thải động Hình 4.24: Phát thải HC,CO, NOx độ mờ khói thay đổi góc phun sớm Theo kết hình 4.24 4.25 cho thấy giảm góc phun sớm động chạy nhiên liệu kép (LPG – Diesel) so với góc phun sớm tối ưu 170, ta thấy thành phần phát thải HC giảm 8,47% NOx giảm 0,34% 140, thành phần phát thải CO gần khơng đổi Tuy nhiên thành phần độ mờ khói giảm 4,1% góc phun 14o 120 tăng lên 2,08% so với trường hợp động chạy góc phun sớm 170 Khi tăng góc phun sớm động chạy nhiên liệu kép LPG - Diesel so với góc phun sớm tối ưu 170, ta thấy tất thành phần phát thải động tăng HC tăng dần đạt 4,2%, NOx tăng 1,8% độ tăng 12,5% góc phun sớm 220, thành phần CO gần 22 khơng đổi Càng tăng góc phun sớm, HC, NOx độ mờ khói tăng, điều khơng cho phép tiếp tục tăng góc phun sớm Như vậy, qua kết thực nghiệm đánh giá trên, thấy góc phun sớm hợp lý 140 với chế độ mômen lớn Với giá trị góc phun sớm giảm hầu hết thành phần độc hại khí thải động 4.4 Kết luận chương Quá trình nghiên cứu thực nghiệm động Diesel 3C-TE chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) với hệ thống điều khiển cung cấp LPG điện tử, rút số kết luận sau: - Đã chế tạo ứng dụng thành công mạch điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu kép (LPG – Diesel) cho động 3C - TE với độ tin cậy cao giúp động ổn định hoạt động với hệ thống nhiên liệu kép (LPG – Diesel) - Đã nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ cung cấp LPG phù hợp động cơ, chạy với tỷ lệ thay 40%LPG mô men cực đại động tăng 1.5% so với chạy 100% Diesel tốc độ 2600v/p công suất cực đại giảm 9.03% 4200 v/ph - Đã đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu LPG động làm việc chế độ nhiên liệu kép (LPG – Diesel) đến phát thải động cơ, cụ thể sau: + Độ mờ khói giảm tỷ lệ LPG thay tăng độ mờ khói giảm 77.61% thay tỷ lệ thay 40% LPG + Phát thải khí sử dụng nhiên liệu kép CO tăng gấp 2,2 lần, HC tăng gần lần so với sử dụng nhiên liệu Diesel hỗn hợp đồng nhiên liệu khơng khí q nghèo, giới hạn cháy nên không cháy hết màng lửa không lan đến kịp không gian buồng cháy (do động sử dụng buồng đốt xoáy lốc) - Khi động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) góc phun sớm hợp lý 140 so với 170 động nguyên thủy Với giá trị góc phun sớm giảm hầu hết thành phần độc hại khí thải động KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận: Luận án hoàn thành rút kết luận sau đây: Động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel hướng nghiên cứu nhiên liệu thay nhà khoa học quan tâm Nhiều nước tiên tiến giới đầu tư tài chính, cơng sức cho nghiên cứu Ở Việt Nam, ứng dụng LPG cho động đốt quan tâm nghiên cứu ngày nhiều, chưa chuyên sâu Các kết nghiên cứu dừng mức cho động chạy nhiên liệu LPG chưa quan tâm tới việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp nhiên liệu, trình cháy, hình thành hỗn hợp đánh giá chất gây ô nhiễm Luận án nghiên cứu cách tổng quan trình cháy, phân tích lựa chọn phương án cung cấp LPG Xác định việc sử dụng nhiên liệu kép LPG Diesel động Diesel hành khả thi Phương pháp cung cấp LPG cách phun vào đường nạp động phù hợp mang tính thực tiễn cao, khơng u cầu phải thay đổi nhiều kết cấu động 23 Luận án nghiên cứu chế tạo thành công phối hợp điều khiển điện tử điều khiển động Diesel VE – EDC điều khiển điện tử cung cấp LPG phù hợp với mục đích luận án có khả ứng dụng vào thực tế Đồng thời đưa số giải pháp khả thi việc nghiên cứu chuyển đổi động Diesel sang sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) phù hợp với điều kiện Việt Nam Kết thực nghiệm với động 3C – TE cho thấy: Động sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel đạt 98,5% mô men cực đại 85% công suất cực đại, mô men công suất trung bình động giảm khơng đáng kể so với trường hợp sử dụng hoàn toàn nhiên liệu Diesel Tỷ lệ LPG thay lớn đạt 40% tồn tải, vượt q tỷ lệ tính kinh tế kỹ thuật động xấu đi, xuất kích nổ rung Khi động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel) số độ mờ khói giảm tất chế độ, số phát thải CO HC tăng, lượng giảm NOx 6,7%, độ mờ khói giảm 77% chế độ thay 40% so vớ động sử dụng hoàn toàn nhiên liệu Diesel Đã đánh giá ảnh hưởng góc phun dầu sớm tới đặc tính kỹ thuật phát thải động chạy nhiên liệu kép góc phun sớm phù hợp cho động 140 Hướng phát triển: Trên sở kết nghiên cứu, luận án có số đề nghị hướng phát triển sau: Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu kép LPG - Diesel đến độ bền chi tiết tuổi thọ động Ứng dụng phương án nghiên cứu để giảm độ mờ khói giải yêu cầu lượng thay cho động Diesel lắp ô tô hoạt động đô thị lớn Việt Nam để giúp giảm bớt nhiễm khơng khí động Diesel gây Sử dụng lọc khí thải dạng ơxy hóa để giải việc tăng CO HC động sử dụng nhiên liệu kép LPG-Diesel Nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện đồ động việc phối hợp điều khiển động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel), tiến tới phát triển điều khiển nhiên liệu kép (LPG – Diesel) cho loại động Diesel sử dụng thị trường Việt Nam Cần có thêm nghiên cứu nhằm tối ưu hóa tỷ lệ hòa trộn LPG động nhiên liệu kép LPG - Diesel Triển khai thử nghiệm đường cách sâu rộng phương tiện vận tải thông dụng đánh giá tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động vận hành với nhiên liệu kép LPG - Diesel điều kiện thực tế 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Nguyễn Văn Long Giang, Đỗ Văn Dũng, Trần Thanh Hải Tùng, Huỳnh Phước Sơn (2011), “Nghiên cứu, chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu kép cho động diesel Ford Range” Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Cơ học thủy khí tồn quốc, 2011, trang 71 Trần Thanh Hải Tùng, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn, Nguyễn Văn Long Giang, Phan Nguyễn Quí Tâm (2012), “Nghiên cứu, lắp đặt hệ thống nhiên liệu CRDI (Common Rail Diesel Injection) động Vikyno RV 125-2”, Kỷ yếu Hội nghị NCKH Đại học Đà Nẵng lần thứ V – 2012, trang 44 – 48 Nguyễn Văn Long Giang, Đỗ Văn Dũng, Trần Thanh Hải Tùng, Huỳnh Phước Sơn (2013), “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số điều khiển phun khí hóa lỏng đến hiệu suất khí thải động diesel chạy nhiên liệu kép LPG-Diesel” Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Cơ học thủy khí tồn quốc 2013, trang 221 Đỗ Văn Dũng, Trần Thanh Hải Tùng, Huỳnh Phước Sơn, Nguyễn Văn Long Giang, Thái Huy Phát (2013), “Nghiên cứu lắp đặt hệ thống nhiên liệu kép CNGdiesel động Vikyno RV 125” Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Cơ học thủy khí tồn quốc 2013, trang 656 Nguyễn Văn Long Giang, Đỗ Văn Dũng, Trần Thanh Hải Tùng, Huỳnh Phước Sơn (2014), “Ứng dụng phần mềm AVL Boost mô tính tốn chế độ hoạt động động sử dụng nhiên liệu kép (LPG - Diesel)” Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Cơ học thủy khí tồn quốc 2014, trang 174 Do Van Dzung, Huynh Phuoc Son, Thai Huy Phat, Nguyen Van Long Giang (2014) “Research and install the dual fuel CNG – diesel supply control system on small diesel engine” Tạp chí Khoa học Công nghệ ISSN 0868-3980 (Số 100/2014), trang 47- 50 Nguyễn Văn Long Giang, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn, Trần Thanh Hải Tùng, “Nghiên cứu ứng dụng logic mờ điều khiển hồi lưu khí thải lưu lượng nhiên liệu cho động nhiên liệu kép (LPG – Diesel)”, Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Cơ học thủy khí tồn quốc 2015, trang 246 Nguyen Van Long Giang, Do Van Dzung, Tran Thanh Hai Tung, Duong Trong Chung (01/2016), “Study the effect of LPG injection parameters on the performance and emission for dual fuel (Diesel – LPG) diesel engine”, Tạp chí khoa học giáo dục kỹ thuật (ISSN 1859 – 1272), số 35A (01/2016), trang 18 – 24 Nguyễn Văn Long Giang, Đỗ Văn Dũng, Huỳnh Phước Sơn, Trần Thanh Hải Tùng (2016), “Nghiên cứu thực nghiệm hệ thống điều khiển nhiên liệu cho động sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Diesel)”, Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Cơ học thủy khí tồn quốc lần thứ 19 năm 2016, trang 164 - 173 10 Nguyen Van Long Giang, Do Van Dzung, Huynh Phuoc Son, Tran Thanh Hai Tung (2017) “Experimental research on fuel control system of internal combustion engine using dual fuel LPG – Diesel”, 2017 International Conference on System Science and Engineering (ICSSE), Publication Year: 2017, Pages: 365 – 370 ... bảo tồn cơng suất mơ ment động sử dụng nhiên liệu kép so với sử dụng nhiên liệu Diesel Chính vậy, Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cung cấp nhiên liệu động diesel sử dụng nhiên liệu kép (LPG -Diesel) ”... cấp nhiên liệu kép LPG -Diesel thơng số điều chỉnh động Chính vậy, việc thực đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cung cấp nhiên liệu động diesel sử dụng nhiên liệu kép (LPG -Diesel) ” để sử dụng. .. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG TRONG ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU KÉP (LPG -DIESEL) Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng nhiên liệu kép LPG - Diesel thực động diesel 3C