Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng CNG và nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu

Mục tiêu của luận án là làm chủ công nghệ chuyển đổi động cơ xăng đang lưu hành sang sử dụng CNG và đưa ra giải pháp công nghệ sử dụng phụ gia cho CNG để nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu này. Đánh giá ảnh hưởng của CNG và các phương pháp cung cấp CNG đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ xăng khi chuyển đổi sang sử dụng hoàn toàn CNG. Đánh giá ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ xăng hiện hành sử dụng CNG.

1 MỞ ĐẦU i Lý chọn đề tài Ngày nay, với phát triển mạnh kinh tế, xã hội gia tăng nhanh chóng phương tiện giao thông vận tải thiết bị động lực trang bị động đốt (ĐCĐT) Do đó, mức tiêu thụ nhiên liệu ngày tăng, đặc biệt nhiên liệu hóa thạch truyền thống xăng dầu diesel Điều gây nguy cạn kiệt nhanh nguồn nhiên liệu truyền thống gây ô nhiễm môi trường trầm trọng phát thải độc hại động sử dụng nhiên liệu Do đó, vấn đề đặt cần nghiên cứu sử dụng loại nhiên liệu thay có mức phát thải độc hại thấp có trữ lượng lớn tái tạo để mặt giảm ô nhiễm môi trường, mặt khác bù đắp phần thiếu hụt nhiên liệu truyền thống lâu dài Trong số nhiên liệu thay thế, khí thiên nhiên nén (Compressed Natural Gas – CNG) nhiên liệu đáp ứng u cầu nói thích hợp với động đánh lửa cưỡng nên có tiềm để sử dụng làm nhiên liệu thay động xăng Tuy nhiên, CNG nhiên liệu khí có nhiều tính chất khác với nhiên liệu lỏng truyền thống nên cần có thay đổi kết cấu động cho phù hợp Việc chế tạo động dùng CNG với sản lượng nhỏ thường có giá thành cao nên khó khả thi Trong nhập khấu động đắt so với động sử dụng nhiên liệu truyền thống nên khó đáp ứng khả chi trả người sử dụng Việc chuyển đổi động xăng hành sang sử dụng CNG phương pháp cấp CNG vào đường nạp khắc phục khó khăn chi phí có ý nghĩa thực tiễn cao công suất động giảm nhiều CNG nhiên liệu khí chiếm nhiều chỗ khơng khí nạp Do đó, cần nghiên cứu nhân tố ảnh hưởng đến tính làm việc động sử dụng CNG từ nghiên cứu giải pháp khắc phục phần suy giảm công suất Đây lý để tác giả thực đề tài “Nghiên cứu chuyển đổi động xăng sang sử dụng CNG nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu” để góp phần vào đa dạng hóa nguồn nhiên liệu cho động giảm ô nhiễm môi trường ii Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài * Mục đích nghiên cứu: - Làm chủ công nghệ chuyển đổi động xăng lưu hành sang sử dụng CNG đưa giải pháp công nghệ sử dụng phụ gia cho CNG để nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu - Đánh giá ảnh hưởng CNG phương pháp cung cấp CNG đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động xăng chuyển đổi sang sử dụng hoàn toàn CNG - Đánh giá ảnh hưởng phụ gia nhiên liệu đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động xăng hành sử dụng CNG * Đối tượng phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu động xăng lưu hành thực nghiên cứu động 1NZ-FE lắp xe Toyota Vios Phòng thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Việc nghiên cứu giới hạn chế độ làm việc ổn định động cơ, chưa đề cập đến chế độ khởi động chuyển tiếp, chưa nghiên cứu ảnh hưởng nhiên liệu phụ gia đến độ bền tuổi thọ động iii Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm - Lý thuyết: Sử dụng phần mềm AVL-Boost nghiên cứu mô động xăng 1NZ-FE sử dụng CNG nhằm đánh giá tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động ảnh hưởng phương pháp cung cấp CNG góc đánh lửa sớm đến đặc tính làm việc động cơ; từ đề xuất hướng nghiên cứu thực nghiệm chuyển đổi động sang sử dụng CNG - Thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo trang bị hệ thống cung cấp CNG cung cấp phụ gia nhiên liệu để phục vụ nghiên cứu thực nghiệm sử dụng CNG nâng cao hiệu sử dụng CNG động xăng lưu hành; nghiên cứu thực nghiệm phòng thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng CNG phụ gia đến tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động 2 iv Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Xây dựng mô hình mơ đánh giá các thơng số ảnh hưởng đến tính kinh tế kỹ thuật hình thành phát thải động sử dụng CNG - Hoàn thiện giải pháp chuyển đổi động xăng hành sang sử dụng CNG phù hợp với điều kiện thực tế lần đưa giải pháp công nghệ hiệu sử dụng phụ gia lỏng cho động chạy nhiên liệu khí - Đánh giá ảnh hưởng CNG, phương pháp cung cấp CNG sử dụng phụ gia đến tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động - Góp phần giảm thành phần phát thải độc hại, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống, định hướng việc nhiên cứu ứng dụng nhiên liệu thay phương tiện giao thông sử dụng ĐCĐT v Điểm luận án - Luận án đánh giá ảnh hưởng CNG, phương pháp cung cấp CNG, góc đánh lửa sớm việc bổ sung phụ gia Maz-nitro đến tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động xăng sử dụng CNG, làm sở để chọn hồn thiện giải pháp cơng nghệ phù hợp để sử dụng CNG cách hiệu - Đã hoàn thiện giải pháp công nghệ cung cấp CNG hòa trộn phun CNG phù hợp với loại động xăng hành, đặc biệt giải pháp công nghệ phun CNG tận dụng hệ thống điều khiển phun xăng động nguyên thủy giúp việc chuyển đổi động phun xăng sang phun CNG trở nên đơn giản với chi phí thấp - Lần đưa hồn thiện giải pháp cơng nghệ sử dụng phụ gia lỏng cho nhiên liệu khí để nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu - Kết luận án cho biết, sử dụng hệ thống phun CNG cơng suất động tăng, suất tiêu hao nhiên liệu phát thải giảm so với hệ thống cung cấp CNG hòa trộn Nếu bổ sung phụ gia, công suất tăng thêm 6,5%, tiêu hao nhiên liệu giảm tiếp 5,0%, phát thải CO, HC giảm khoảng 30% Do đó, việc chọn phụ gia Maz-nitro để nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu hợp lý, cải thiện công suất động giảm lượng phát thải độc hại vi Bố cục luận án - Mở đầu - Chương Nghiên cứu tổng quan - Chương Nghiên cứu mô sử dụng CNG động xăng hành phần mềm AVL-Boost - Chương Nghiên cứu tính tốn thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp CNG phụ gia cho động 1NZ-FE - Chương Nghiên cứu thực nghiệm - Kết luận chung hướng phát triển đề tài - Tài liệu tham khảo - Phụ lục CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Nhiên liệu thay dùng cho động đốt Do phát thải gây ô nhiễm môi trường trầm trọng cạn kiệt nhanh nguồn nhiên liệu truyền thống động đốt hành nên việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay giải pháp tất yếu Các nhiên liệu thay ưu tiên nghiên cứu sử dụng loại nhiên liệu có mức phát thải thấp có trữ lượng lớn tái tạo được, đồng thời sử dụng cho động lưu hành mà không cần thay đổi nhiều kết cấu Các nhiên liệu hydro, biogas, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, loại nhiên liệu sinh học nhiên liệu khí thiên nhiên Trong khí nhiên nhiên có trữ lượng lớn, giá thành rẻ thích hợp sử dụng cho động đốt cháy cưỡng nên nhiên liệu thay có tiềm cho động xăng 3 1.2 Đặc điểm khí thiên nhiên Khí thiên nhiên loại khí khơng màu, khơng mùi, có tỷ trọng nhẹ khơng khí, tìm thấy mỏ khí mỏ dầu Thành phần khí thiên nhiên thường khác tùy thuộc vào nơi khai thác chế biến thành phần khí methane Thành phần mẫu khí thiên nhiên sử dụng nghiên cứu thể bảng 1.1 Bảng 1.1 Thành phần khí thiên nhiên Thành phần Kí hiệu Hàm lượng (%) Methane CH4 93,3 Ethane C2H6 2,16 Propane C3H8 0,19 Ethylene C2H4 0,14 Nitrogen N2 2,21 Carbondioxide CO2 2.0 Khí thiên nhiên nén với áp suất cao để dễ dàng cho việc bảo quản, tích trữ vận chuyển gọi khí thiên nhiên nén Một số tính chất khí thiên nhiên nén so với nhiên liệu truyền thống xăng dầu diesel bảng 1.2 Bảng 1.2 So sánh đặc tính CNG với nhiên liệu truyền thống TT Nhiên liệu Thông số Xăng CNG Trị số octane 95 ≈ 130 Nhiệt trị thấp LHV (kJ/kg) 43690 50009 Giới hạn thể tích bốc cháy (%V) 0,60 0,50 Nhiệt độ bốc cháy (0C) 650 250 ÷ 275 Nồng độ giới hạn tự bốc cháy (%) ÷ 15 0,6 ÷ 7,6 Tốc độ cháy độ lửa (m/s) 0,43 0,38 Năng lượng đánh lửa tối thiểu (mJ) 0,26 0,33 Nhiệt độ màng lửa (K) 2266 2227 Tỷ lệ H/C 1/5,7 1/3 10 Tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu lý thuyết 14,7 16,8 1.3 Tình hình nghiên cứu sử dụng CNG động đốt cháy cưỡng 1.3.1 Sự phát triển phương tiện GTVT sử dụng nhiên liệu CNG Số lượng phương tiện sử dụng CNG giới ngày tăng cao, có 23 triệu tơ CNG sử dụng, dự đoán số đạt 65 triệu vào năm 2020 Việt Nam có trữ lượng sản lượng khí thiên nhiên lớn việc sử dụng CNG cho ô tô bắt đầu quan tâm 1.3.2 Các phương pháp cung cấp CNG tạo hỗn hợp động 1.3.2.1 Hệ thống cung cấp CNG sử dụng hòa trộn Bướm ga Đường không tải Van công suất Bộ giảm áp Van điện từ Họng khuếch tán Khơng khí Hỗn hợp Nước nóng CNG Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp CNG dùng hòa trộn có lỗ xung quanh họng Hệ thống cung cấp CNG vào đường nạp (hình 1.1) sử dụng hòa trộn có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ lắp đặt giá thành rẻ Ngày hệ thống sử dụng rộng rãi, đặc biệt động CNG chuyển đổi từ động xăng cần lắp thêm hệ thống lên động khóa đường xăng lại động làm việc với CNG 1.3.2.2 Hệ thống phun CNG vào cửa nạp Hình 1.2 trình bày sơ đồ nguyên lý ECU hệ thống phun CNG vào đường nạp theo nguyên lý phun đa điểm Nguyên lý điều khiển phun CNG đa điểm điện tử 10 hoàn toàn tương tự hệ thống phun xăng đa điểm Chỉ có điểm khác vòi phun CNG bố trí cụm từ vòi phun có đường dẫn CNG nhiên liệu khí tới cửa nạp xi lanh động Áp suất sau giảm áp trước vòi phun trì khoảng Bình CNG; Van điện từ; Bộ giảm áp; Ống phân 2,53 bar tùy theo yêu cầu hệ phối; ECU điều khiển vòi phun CNG; Tín hiệu từ thống cảm biến; Tín hiệu điều khiển vòi phun; Vòi phun CNG; Đường cấp CNG vào cửa nạp; 10 Động c Hệ thống phun trực tiếp CNG vào xi Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phun đa điểm CNG lanh Theo sơ đồ hình 1.3, CNG từ bình chứa dẫn tới điều áp đưa tới vòi phun Áp suất khí điều chỉnh ổn định nhờ điều áp CNG thông qua ECU Hệ thống phun trực tiếp CNG phức tạp nên thường áp dụng động CNG chế tạo khó áp dụng động chuyển đổi Từ kết nghiên cứu nêu trên, khuôn khổ đề tài, tác giả lựa chọn theo hai cách dùng hòa trộn phun đường nạp (gần phía xupap nạp) để nghiên Bình CNG; Đồng hồ áp suất; Van điện từ; Máy tính điều khiển; Bộ giảm áp; Vòi phun khí cứu cung cấp CNG trang bị cho động CNG; Động xăng có hệ thống phun xăng điện tử Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống phun CNG trực tiếp lưu hành 1.3.3 Chuyển đổi động hành sang sử dụng CNG Động CNG làm việc theo nguyên lý đốt cháy cưỡng nên chuyển đổi động diesel sang sử dụng CNG ngồi việc trang bị hệ thống cung cấp CNG cần phải thực thay đổi nhiều kết cấu động so với việc chuyển đổi động xăng Đặc biệt phải giảm tỷ số nén trang bị hệ thống đánh lửa công việc phức tạp đòi hỏi chi phí lớn Thêm nữa, động diesel chuyển đổi sang động CNG động khơng thể sẵn sàng quay lại sử dụng nhiên liệu diesel cần Trong chuyển đổi động xăng cần trang bị thêm hệ thống cung cấp CNG nên giá thành chuyển đổi rẻ nhiều Đồng thời động có giữ nguyên hệ thống cung cấp xăng sẵn sàng quay lại sử dụng xăng muốn Chính đề tài hướng tới nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chuyển đổi động xăng hành sang sử dụng CNG nghiên cứu công nghệ nâng cao hiệu sử dụng CNG động chuyển đổi 1.3.4 Các nghiên cứu sử dụng CNG cho ĐCĐT 1.3.4.1 Trên giới Nghiên cứu Tahir cộng sự, với phương pháp cấp CNG vào đường ống nạp, công suất động sử dụng CNG giảm 18,5% so với sử dụng xăng chế độ tải tốc độ lượng khí nạp giảm đến 14,5% bị nhiên liệu khí chiếm chỗ Kết nghiên cứu M.U Aslam cộng so sánh việc sử dụng CNG xăng động xăng hoán cải cho thấy áp suất có ích trung bình giảm khoảng 16% sử dụng CNG so với sử dingj xăng Tuy nhiên, suất tiêu hao lượng có ích lại cải thiện trung bình khoảng 1,65 MJ/kWh chế độ toàn tải Hàm lượng phát thải độc hại CO giảm trung bình 80%, CO2 giảm 20% HC giảm 50%, NOx lại tăng 33% R.L Evans cộng nghiên cứu ảnh hưởng CNG đến tính làm việc phát thải độc hại động thí nghiệm xylanh Ricardo phương pháp phun CNG vào cửa nạp Kết cho thấy, cơng suất động giảm trung bình khoảng 12%, hiệu suất nhiệt động gần tương tự sử dụng nhiên liệu xăng cải thiện chút vùng hỗn hợp nghèo Tất thành phần phát thải giảm khoảng từ đến 50% tùy theo loại Kết nghiên cứu Ali M Pourkhesalian cộng chuyển đổi động xăng xylanh nhãn hiệu Mazda B2000i thành động lưỡng nhiên liệu xăng/CNG theo nguyên lý phun đường nạp cho thấy nhiên liệu khí làm giảm khoảng 12% lượng khơng khí nạp, đó, cơng suất giảm tới 20% Phát thải CO HC giảm mạnh tương tự kết tác giả khác Theo kết nghiên cứu M.A Kalam cộng sự, chuyển đổi động sử dụng xăng sang phun CNG trực tiếp, hiệu suất động tăng lên nhiều, công suất động tăng 10% so với trường hợp sử dụng nhiên liệu xăng với hệ số dư lượng khơng khí 1.3.4.2 Ở Việt Nam Tại Việt Nam có số nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí biogas LPG, việc nghiên cứu sử dụng CNG động chưa nhiều Tác giả Lê Văn Tụy nghiên cứu mô cung cấp CNG cho động có tỷ số nén cao (động KamAZ 740) dừng lại kết mô mà chưa đánh giá đầy đủ thực nghiệm; Nguyễn Sĩ Thắng cộng nghiên cứu sử dụng CNG hai xe Innova Altis sử dụng kít chuyển đổi cung cấp CNG bán thị trường nên khơng tối ưu với động thí nghiệm kết thu không mong đợi 1.3.5 Nghiên cứu nâng cao hiệu sử dụng CNG động chuyển đổi Nói chung kết nghiên cứu chuyển động xăng sang sử dụng CNG việc cung cấp CNG vào đường ống nạp, phát thải động cải thiện nhiều công suất động giảm đến 20% so với sử dụng xăng Do đó, cần nghiên cứu áp dụng số giải pháp công nghệ để hạn chế suy giảm cơng suất động chuyển đổi, gồm: 1.3.5.1 Thay đổi kết cấu động Một số biện pháp thay đổi kết cấu áp dụng để cải thiện tính cơng suất động chuyển đổi gồm tăng tỷ số nén động cơ, thiết kế đường ống nạp tạo xoáy để tăng tốc độ cháy động cơ, tăng góc đánh lửa sớm để khắc phục thời gian cháy trễ dài CNG Tuy nhiên, biện pháp cần thay đổi nhiều kết cấu động cơ, làm tăng chi phí nên khó áp dụng cho việc chuyển đổi động hành sang sử dụng CNG 1.3.5.2 Bổ sung hydro Nhiều công trình nghiên cứu bổ sung hydro vào động CNG phương pháp hữu hiệu để cải thiện q trình cháy, từ giảm tiêu hao nhiên liệu giảm phát thải động Tuy nhiên hydro khí nhẹ nên cơng suất động khơng cải thiện bao nhiêu, chí bị giảm tỷ lệ hydro bổ sung nhiên liệu cao Mặt khác công nghệ phức tạp nên khó áp dụng thực tế 1.3.5.3 Sử dụng phụ gia nhiên liệu Việc sử dụng phụ gia nhiên liệu lỏng để cải thiện tính nhiên liệu nhằm nâng cao hiệu trình cháy giúp cháy nhanh, cháy kiệt để tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu phát thải quan tâm từ lâu Một số loại phụ gia cải thiện đặc tính cháy sử dụng nhiều ether, loại hydrocarbon dễ cháy, nitromethane, butyl rubber, Maznitro, v.v Trong loại phụ gia này, Maz-nitro, phụ gia hữu dạng lỏng, chứng minh có hiệu cao cải thiện công suất, tiêu hao nhiên liệu phát thải động sử dụng nhiên liệu lỏng Maz-nitro thử nghiệm với nhiên liệu khí thiên nhiên đốt lò thể hiệu sử dụng với nhiên liệu lỏng Thành phần phụ gia bảng 1.3 Tỷ lệ pha phụ gia nhiên liệu nhà sáng chế khuyến cáo tỷ lệ khối lượng 500 ppm đến 1000 ppm tỷ lệ tối ưu chứng minh thực nghiệm 800ppm Bảng 1.3 Công thức chất phụ gia Maz-nitro Công Thức “MAZ-NITRO” Thành phần Thành phần khối lượng 1-nitropropane 29/55 Nitroethane 10/55 10/55 Nitromethane 5/55 Toluen 1/55 Chất bôi trơn (dầu Ete cải tiến) Tổng: 55/55 Đề tài luận án chọn nghiên cứu sử dụng phụ gia Maz-nitro để khắc phục phần suy giảm công suất động CNG so với động xăng cải thiện tính kinh tế nhiên liệu phát thải động 1.4 Kết luận chương Việc sử dụng nhiên liệu thay ĐCĐT cần thiết để khắc phục tình trạng thếu nhiên liệu phát thải độc hại động sử dụng nhiên liệu truyền thống Trong số nhiên liệu thay khí thiên nhiên có trữ lượng lớn, phát thải độc hại thấp, đồng thời có trị số octane cao nên thích hợp sử dụng làm nhiên liệu thay động xăng Các động CNG chuyển đổi có tính kinh tế nhiên liệu cao phát thải độc hại thấp nhiều so với động xăng nguyên thủy Tuy nhiên, vấn đề tồn động chuyển đổi sử dụng hệ thống cung cấp CNG vào đường nạp có công suất giảm nhiều so với động nguyên thủy, giảm tới 20% Đề tài nghiên cứu biện pháp để tối ưu hóa q trình làm việc động với CNG để hạn chế suy giảm cơng suất cải thiện tính kinh tế phát thải động Các biện pháp nghiên cứu sử dụng gồm: 1- Nghiên cứu sử dụng phương pháp cung cấp CNG hợp lý; 2- Nghiên cứu điều chỉnh góc đánh lửa sớm phù hợp động chuyển đổi; 3- Nghiên cứu sử dụng phụ gia Maz-nitro cải thiện đặc tính làm việc động Các nội dung nghiên cứu gồm: - Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu tính tốn thiết kế chế tạo trang bị hệ thống cung cấp CNG hệ thống cung cấp phụ gia cho động - Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng CNG, phương pháp cung cấp CNG phụ gia Maz-nitro đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động Việc nghiên cứu giới hạn chế độ làm việc ổn định động cơ, chưa đề cập đến chế độ khởi động chuyển tiếp, chưa nghiên cứu độ bền tuổi thọ động CHƯƠNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỬ DỤNG CNG TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG HIỆN HÀNH BẰNG PHẦN MỀM AVL BOOST 2.1 Giới thiệu chung Việc nghiên cứu mô động xăng sử dụng CNG nhằm đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động xăng chuyển sang sử dụng CNG ảnh hưởng phương pháp cung cấp CNG góc đánh lửa sớm đến đặc tính làm việc động đề xuất hướng nghiên cứu thực nghiệm hiệu cho việc chuyển đổi động sang sử dụng nhiên liệu khí Việc nghiên cứu thực phần mềm mô nên tiện lợi giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu, thiết kế, chế tạo chạy thử nghiệm Trong đề tài này, phần mềm AVL-Boost chọn để thực nhiệm vụ đặt 7 2.2 Mơ hình mơ động 1NZ-FE Mô Boost trải qua bước sau: - Thiết lập mơ hình: Gồm việc định nghĩa phần tử kết nối chúng với nhau; - Lựa chọn thuật toán nhập liệu điều kiện biên điều kiện đầu liên quan vào mơ hình; - Chạy mơ hình xuất kết Để tính tốn mơ thơng số đánh giá tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động 1NZ-FE sử dụng CNG cung cấp phương pháp phun hòa trộn kiểu ống venturi so với động phun xăng, cần thiết lập mơ hình động phần mềm AVL-Boost cho trường hợp cung cấp nhiên liệu nói Hình 2.1 thể mơ hình động 1NZ-FE phần mềm AVL-Boost, mơ hình (a) thiết lập cho động sử dụng xăng CNG phun vào đường nạp, mơ hình (b) cho động sử dụng CNG cung cấp hòa trộn kiểu ống venturi Các thơng số động cho trường hợp phun xăng phun CNG hoàn toàn nhau, khác mơ hình cấp nhiên liệu, mơ hình động sử dụng CNG cấp hòa trộn kiểu ống venturi kết cấu động có thay đổi đường ống nạp so với mơ hình (a) có đặt ống venturi Dựa số liệu động thực (bảng 2.1) lấy từ đĩa CD đào tạo kỹ thuật viên hãng Toyota thành phần có sẵn AVL Boost Đường cấp CNG Venturi (a) (b) (a) Mơ hình mơ động phun xăng phun CNG; (b) Mô hình mơ động cung cấp CNG hòa trộn kiểu ống venturi Hình 2.1 Mơ hình động 1NZ-FE AVL Boost Bảng 2.1 Thông số động Toyota Vios 1NZ-FE [99 - phụ lục 2.1] Thơng số Ký hiệu Giá trị Hành trình piston (mm) S 84,7 Đường kính xi lanh (mm) D 75 Số xi lanh (-) I Công suất định mức (kW) Ne 80 140 Mô men cực đại n = 4200 v/phh (Nm) Me max 6000 Số vòng quay định mức (v/phh) nđm Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ (g/kWh) ge 244 Tỉ số nén (-) 10,5:  2.3 Đánh giá độ tin cậy mô hình Đồ thị Hình 2.2 cho thấy sai lệch trung bình 3,26% tồn dải tốc độ Với sai lệch kết mô so với thực nghiệm nhỏ 5% nên mơ hình động xây dựng coi đảm bảo độ tin cậy sử dụng để tính tốn mơ thơng số làm việc sử dụng xăng 8 40 ge-thực nghiệm ge-mô 350 30 300 20 250 10 500 1000 1500 2000 2500 n (v/p) 3000 3500 4000 200 4500 Nồng độ khí thải độc hại (ppm) 50 Ne-thực nghiệm Ne-mô ge (g/kW.h) Ne (kW) 8000 400 60 Xăng RON 92 7000 CO-thực nghiệm 6000 CO-mô 5000 NOx-thực nghiệm 4000 NOx-mô 3000 HC-thực nghiệm 2000 HC-mô 1000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 n (v/ph) Hình 2.2 So sánh mơ với thực nghiệm Hình 2.3 So sánh mơ với thực nghiệm Đồ thị Hình 2.3 cho thấy sai lệch trung bình kết mơ số liệu đo HC nhỏ 5%, CO NOx không 7%, nhỏ 10%, nên nói mơ hình mơ động xây dựng đảm bảo độ tin cậy sử dụng để tính tốn mơ thơng số làm việc động 2.4 Đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động 2.4.1 Công suất suất tiêu hao nhiên liệu a Cơng suất Hình 2.4 thể công suất động chế độ tồn tải từ tốc độ 1000 vòng/phút đến 4000 vòng/phút với hai loại nhiên liệu xăng CNG Trên toàn dải tốc độ, phương pháp phun CNG cho công suất giảm từ đến 14% sử dụng CNG, phương pháp sử dụng hòa trộn kiểu ống venturi cho công suất thấp khoảng 19% so với sử dụng xăng 60 350 Xăng RON 92 50 CNG-bộ trộn CNG-trộn 300 CNG-phun ge (kW) 40 Ne (kW) Xăng RON 92 CNG-phun 30 20 250 10 200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 n (v/p) Hình 2.4 So sánh cơng suất mơ sử dụng xăng CNG tốc độ 500 1000 1500 2000 2500 3000 n (v/p) 3500 4000 4500 Hình 2.5 So sánh suất tiêu hao nhiên liệu mô sử dụng xăng CNG tốc độ b Suất tiêu hao nhiên liệu Hình 2.5 so sánh suất tiêu hao nhiên liệu động chế độ tồn tải từ tốc độ 1000v/ph ÷ 4000v/ph sử dụng xăng RON 92, CNG phun vào cửa nạp CNG dùng hòa trộn Đồ thị cho thấy, suất tiêu hao nhiên liệu động cải thiện rõ rệt sử dụng CNG so với xăng Mức giảm tiêu hao nhiên liệu trung bình khoảng 6% sử dụng phun CNG giảm 3% sử dụng hòa trộn so với sử dụng xăng Do CNG có nhiệt trị khối lượng cao xăng nên cơng suất sinh tính đơn vị khối lượng nhiên liệu tiêu thụ cao 2.4.2 Phát thải động Kết tính tốn mô phát thải thành phần CO, HC NOx động sử dụng loại nhiên liệu xăng CNG thể đồ thị hình 2.6 đến hình 2.8 Các đồ thị cải thiện phát thải cách rõ rệt động sử dụng CNG so với sử dụng xăng Hình 2.6 cho thấy, phát thải CO động sử dụng CNG giảm trung bình 80% toàn dải tốc độ giảm lớn đến 87% tốc độ 4000v/p Vì CNG (thành phần CH4) có tỷ lệ C/H nhỏ so với xăng (thành phần gần với C8H18), hỗn hợp cháy đồng cháy kiệt nên phát thải CO động sử dụng CNG thấp nhiều so với sử dụng xăng Khi phun CNG phát thải CO thấp không nhiều so với sử dụng hòa trộn, mức chênh lệch trung bình < 10% 9 8000 2000 1800 6000 Nồng độ HC (ppm) Nồng độ CO (ppm) 7000 Xăng RON 92 5000 CNG-trộn 4000 CNG-phun 3000 2000 1000 1600 1400 Xăng RON 92 1200 1000 800 CNG-trộn CNG-phun 600 400 200 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 n (v/ph) 3500 4000 4500 Hình 2.6 So sánh phát thải CO sử dụng xăng CNG tốc độ 500 1000 1500 2000 2500 3000 n (v/ph) 3500 4000 4500 Hình 2.7 So sánh phát thải HC sử dụng xăng CNG tốc độ Nồng độ NOx (ppm) Phát thải HC (hình 2.7) giảm nhiều so với sử dụng xăng toàn dải tốc độ động cơ, trung bình 85% tồn dải tốc độ, giảm lớn đến 90% tốc độ 3000v/p Phát thải HC giảm mạnh hỗn hợp CNG-khơng khí đồng so với hỗn hợp xăngkhơng khí nên cháy kiệt Thêm nữa, CNG có tỷ số C/H nhỏ so với xăng phát thải HC tính quy hàm lượng C3H8 nên hàm lượng phát thải HC động sử dụng CNG thấp nhiều so với sử dụng 5000 Xăng RON 92 xăng Động phun CNG phát thải HC thấp 4000 CNG-trộn không nhiều so với động CNG sử dụng hòa CNG-phun 3000 trộn, mức chênh lệch lớn khoảng 10% 2000 Hình 2.8 cho thấy hàm lượng phát thải NOx giảm đáng kể sử dụng CNG so với sử dụng 1000 xăng, mức giảm trung bình 50% Điều giải thích nhiệt độ cháy CNG thấp xăng, 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 n (v/ph) làm giảm nhiệt độ trình cháy dẫn tới phát thải NOx giảm Động phun CNG phát thải NOx Hình 2.8 So sánh phát thải NOx sử dụng cao chút so với động CNG sử dụng xăng CNG tốc độ hòa trộn, mức chênh lệch trung bình khoảng 15% 2.4.3 Đánh giá chung Động phun xăng chuyển sang sử dụng CNG cấp vào đường nạp không thay đổi kết cấu góc đánh lửa sớm động cơng suất giảm nhiều hàm lượng phát thải cải thiện đáng kể so với động nguyên thủy Suất tiêu hao nhiên liệu động CNG cải thiện so với động xăng nguyên thủy Động phun CNG có hàm lượng phát thải CO HC thấp so với động CNG sử dụng hòa trộn phát thải NOx cao Tuy nhiên mức chênh lệch hàm lượng phát thải hai phương pháp cấp CNG không nhiều, từ 5% ÷ 15% 2.5 Góc đánh lửa sớm tối ưu động CNG 2.5.1 Giới thiệu chung Kết tính tốn mơ động 1NZ-FE sử dụng CNG so với sử dụng xăng mục 2.4 nói thực động thiết kế tối ưu cho việc sử dụng xăng Động khơng thay đổi kết cấu trang bị thêm hệ thống cung cấp CNG Do đó, động làm việc khơng tối ưu với CNG Chính vậy, muốn động chuyển đổi làm việc tối ưu với CNG để nâng cao tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động cơ, phải nghiên cứu điều chỉnh thay đổi kết cấu sau động nguyên thủy cho phù hợp: - Thay đổi kết cấu đường ống nạp để tăng hệ số nạp khí tạo xốy giúp hòa trộn hỗn hợp tốt tăng tốc độ cháy hỗn hợp CNG-khơng khí giúp tăng cơng suất động cơ; - Thay đổi hình dạng kết cấu buồng cháy, tăng tỷ số nén để tăng công suất hiệu suất động cơ; CNG có trị số ốc tan 120 cao xăng nên cho phép thực điều này; - Điều chỉnh tăng góc đánh lửa sớm cho phù hợp với CNG chế độ làm việc 10 Ne (kW) ge (g/kWh) Trong yêu cầu thay đổi trên, việc thay đổi kết cấu đường ống nạp, hình dạng buồng cháy tăng tỷ số nén thay đổi lớn có chi phí cao nên khó áp dụng chuyển đổi động Mặt khác, thay đổi kết cấu động sau chuyển đổi sang sử dụng CNG khó quay lại sử dụng xăng cần Việc điều chỉnh thay đổi góc đánh lửa sớm đơn giản nên cần điều chỉnh để động làm việc tốt với CNG nghiên cứu thực Chính vậy, phần mơ nghiên cứu xác định góc đánh lửa sớm tối ưu động sử dụng CNG tốc độ khác Từ xác định điều chỉnh cần thiết động xăng nguyên thủy chuyển sang sử dụng CNG để cải thiện tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động Để xác định góc đánh lửa sớm tối ưu, trước tiên cần nghiên cứu ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến thơng số cơng suất, tiêu hao nhiên liệu phát thải động cơ, xác định giá trị điều chỉnh thay đổi cần thiết góc đánh lửa so với nguyên thủy cho đảm bảo hài hòa tiêu công suất, tiêu hao nhiên liệu phát thải động 2.5.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa sớm đến công suất, tiêu hao nhiên liệu phát thải Kết tính tốn mơ cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu hàm lượng thành phần phát thải độc hại động sử dụng CNG chế độ toàn tải, tốc độ 4000v/p thay đổi góc đánh lửa sớm φs theo hướng tăng dần so với góc đánh lửa sớm nguyên đến giá trị tăng 12 độ có BMEP lớn bảng 2.2 Số liệu bảng cho thấy tăng góc đánh lửa sớm φs cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu cải thiện chút, phát thải CO cải thiện không đáng kể hàm lượng phát thải HC NOx tăng mãnh liệt Bảng 2.2 Sự thay đổi Ne, ge hàm lượng phát thải động thay đổi góc đánh lửa sớm Sự thay đổi φs (độ) 12 Thông số Trị số (kW) 46,10 47,55 48,75 49,05 Công suất Tỷ lệ thay đổi (%) 3,1 5,7 6,4 Trị số (g/kW.h) 241 234 229 225 Suất tiêu hao nhiên liệu Tỷ lệ thay đổi (%) -2,9 -5,0 -6,6 Hàm lượng (ppm) 3420 3375 3553 3693 CO Tỷ lệ thay đổi (%) -1,5 -3,9 -8,2 Hàm lượng (ppm) 5522 8935 11645 15262 HC Tỷ lệ thay đổi (%) 61,8 110,9 176,4 Hàm lượng (ppm) 2779 3051 3222 3283 NOx Tỷ lệ thay đổi (%) 9,7 15,8 18,0 Cụ thể, tăng góc đánh lửa sớm thêm 4, 12 độ góc quay trục khuỷu so với góc đánh lửa sớm nguyên động sử dụng xăng công suất tăng tương ứng 3,1%, 5,7% 6,4%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm với tỷ lệ tương tự; hàm lượng phát thải 450 CO giảm tối đa 6,6% HC NOx 50 Ne_NB tăng mãnh liệt Phát thải HC tăng 400 Ne_OP 40 61,8%, 110,9% 176,4% tăng góc đánh ge_NB 350 lửa sớm 4, 12 độ góc quay trục khủy so 30 ge_OP 300 với nguyên Phát thải NOx tăng 20 mạnh, với tỷ lệ 9,7%, 15,8% 250 10 18,0% ứng với mức tăng góc đánh lửa 200 sớm 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Ở chế độ tốc độ khác, xu hướng Tốc độ (v/ph) thay đổi Ne, ge hàm lượng phát thải độc Hình 2.9 So sánh kết tính tốn mơ Ne ge áp dụng góc đánh lửa sớm nguyên (NB) hại động tăng góc đánh lửa sớm áp dụng góc đánh lửa sớm cho BMEP lớn (OP) diễn tương tự tốc độ 4000v/p 11 Kết tính tốn mơ cơng suất Ne, suất tiêu hao nhiên liệu ge, nhiệt độ khí thể lớn xi lanh hàm lượng phát thải CO, HC NOx động góc đánh lửa sớm nguyên (NB) góc đánh lửa sớm cho BMEP lớn (OP) tốc độ 1000v/p đến 4000v/p tồn tải so sánh thơng số hai trường hợp góc đánh lửa sớm thể đồ thị hình 2.9 đến hình 2.13 Đồ thị hình 2.9 cho thấy tồn dải tốc độ 1000v/p ÷ 4000v/p Ne ge góc đánh lửa sớm có BMEP lớn cải thiện 5%÷8%, trung bình 6%, so với góc đánh lửa sớm nguyên Lý trình cháy dịch gần điểm chết làm nhiệt độ cao khí thể tăng khoảng 100K (hình 2.10), áp suất tăng q trình giản nở sinh cơng hiệu 18 2800 CO_NB T_NB 15 T_OP CO(g/kWh) T(K) 2700 2600 CO_OP 12 2500 2400 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1000 4000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Tốc độ (v/ph) Tốc độ (v/ph) Hình 2.10 So sánh kết mơ nhiệt độ khí thể cực đại xi lanh áp dụng góc đánh lửa sớm nguyên (NB) góc đánh lửa sớm cho BMEP lớn (OP) Hình 2.11 So sánh kết tính tốn mơ phát thải CO áp dụng góc đánh lửa sớm nguyên (NB) góc đánh lửa sớm cho BMEP lớn (OP) Đồ thị hình 2.11 cho thấy phát thải CO cải thiện trung bình khoảng 20% tồn dải tốc độ khoảng 8% tốc độ 4000v/p, đồ thị hình 2.12 cho thấy phát thải HC tăng mãnh liệt, tăng trung bình khoảng 180%, đồ thị hình 2.13 phát thải NOx tăng trung bình khoảng 25% góc đánh lửa sớm có BMEP lớn so với góc đánh lửa sớm nguyên 15 12 HC_NB NOx_OP NOx (g/kWh) HC(g/kWh) NOx_NB HC_OP 12 1000 1500 2000 2500 Tốc độ (v/ph) 3000 3500 4000 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Tốc độ (v/ph) Hình 2.12 So sánh kết tính tốn mơ phát thải Hình 2.13 So sánh kết tính tốn mơ phát thải HC áp dụng góc đánh lửa sớm nguyên (NB) NOx áp dụng góc đánh lửa sớm nguyên (NB) góc đánh lửa sớm cho BMEP lớn (OP) góc đánh lửa sớm cho BMEP lớn (OP) Phát thải CO giảm NOx tăng nhiệt độ q trình cháy tăng nói Nhiệt độ tăng làm gia tăng phản ứng cháy nhiên liệu nên hội tạo CO giảm, nhiệt độ tăng đồng thời làm tăng phản ứng tạo NOx từ ni tơ ô xy Phát thải HC, phần sản phẩm q trình cháy khơng hồn tồn phần lớn kết trình khuếch tán thẩm thấu nhiên liệu vào lớp dầu, bay dầu bôi trơn phần nhiên liệu thành vách khe kẽ tra q trình giãn nở thải Nhiệt độ cháy cao trình cháy tập trung gần điểm chết tăng góc đánh lửa sớm làm cho q trình cháy giãn nở hiệu nhiệt độ q trình giãn nở giảm nên phản ứng xi hóa HC từ khe kẽ màng dầu giảm nên phát thải HC tăng mạnh 2.5.3 Xác định góc đánh lửa sớm tối ưu động sử dụng CNG Nghiên cứu thay đổi thông số Ne, ge hàm lượng thành phần phát thải độc hại động sử dụng CNG mục 2.5.2 tăng góc đánh lửa sớm đến góc đánh lửa sớm có BMEP lớn (tăng 12 độ chế độ tốc độ 1000v/p, 3000v/p 4000v/p 16 độ chế độ tốc độ 2000v/p) cho thấy việc điều chỉnh tăng góc đánh lửa sớm đem lại kết sau: - Kết tích cực: Công suất suất tiêu hao nhiên liệu cải thiện trung bình 6%, CO cải thiện đến 20% toàn dải tốc độ - Kết tiêu cực: Phát thải HC tăng mãnh liệt, trung bình 180%, NOx tăng trung bình 25% 12 Do đó, quan tâm đến tiêu tổng thể động khơng nên coi góc đánh lửa sớm có BMEP lớn góc đánh lửa sớm tối ưu khơng đảm bảo hài hòa tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải động Ở đây, tiêu kinh tế, kỹ thuật cải thiện phát thải HC NOx tăng lớn không đáp ứng mục tiêu chuyển đổi động sang sử dụng CNG để giảm phát thải Theo kết nghiên cứu bảng 2.2 muốn phát thải HC NOx khơng tăng nhiều q nên tăng góc đánh lửa sớm khoảng độ góc quay trục khuỷu so với góc đánh lửa sớm ngun Ne ge cải thiện khoảng 3% HC tăng gần 62% NOx tăng gần 10% Tuy nhiên, mức điều chỉnh tăng góc đánh lửa độ, phát thải CO cải thiện 1,5% phát thải HC cao so với sử dụng góc đánh lửa sớm nguyên Do Ne g e cải thiện xung quanh 3%, góc đánh lửa sớm chưa phải tối ưu quan tâm đến đề giảm phát thải cho động Nếu với mục tiêu giảm phát thải coi trọng chuyển đổi động xăng sang sử dụng CNG khơng cần điều chỉnh góc đánh lửa sớm Ngoài lý làm tăng hàm lượng phát thải HC NOx, việc điều chỉnh thay đổi góc đánh lửa sớm động chuyển sang sử dụng CNG động phun xăng điều khiển điện tử tích hợp điều khiển đánh lửa khó khăn khó can thiệp lập trình lại ECU nguyên nhà chế tạo mà phải trang bị thêm ECU đánh lửa làm tăng kinh phí chuyển đổi động Chính vậy, kết hợp lý trên, đề tài luận án tác giả chọn hướng khơng điều chỉnh thay đổi góc đánh lửa sớm chuyển đổi động sang sử dụng CNG Việc nghiên cứu nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu (tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu phát thải) thực phương pháp sử dụng phụ gia Maz nitro cho CNG 2.6 Kết luận chương Kết nghiên cứu mô tóm tắt sau: - Việc nghiên cứu mơ phần mềm AVL-Boost động xăng 1NZ-FE chuyển sang sử dụng CNG thực với phương pháp cung cấp CNG phun CNG vào đường nạp sử dụng hòa trộn CNG kiểu ống venturi - Khi chuyển sang sử dụng CNG, sử dụng phương pháp phun CNG công suất động giảm 9%14%, giảm đến 19% sử dụng hòa trộn; suất tiêu hao nhiên liệu cải thiện 3%-6% - Phát thải thành phần độc hại CO, HC NOx động sử dụng CNG giảm đáng kể so với sử dụng xăng; CO gảm trung bình 80%, HC giảm trung bình 85% NOx giảm 50% - Động sử dụng CNG theo phương pháp phun CNG vào đường nạp có tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải cải thiện so với phương pháp cấp CNG hòa trộn kiểu ống venturi Cơng suất trung bình sử dụng phương pháp phun CNG cao đến 6% suất tiêu hao nhiên liệu thấp 3% so với sử dụng hòa trộn; phát thải CO, HC, CO2 thấp hơn, NOx cao không nhiều - Khi điều chỉnh tăng góc đánh lửa sớm so với nguyên bản, công suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng CNG cải thiện đến 6% phát thải HC NOx tăng mãnh liệt; HC tăng 180% NOx tăng 25% Từ kết rút kết luận sau: - Sử dụng CNG động xăng phương pháp tốt để giảm phát thải độc hại tiết kiệm nhiên liệu - Khi chuyển đổi động xăng sang sử dụng CNG khơng cần thay đổi kết cấu động điều chỉnh tăng góc đánh lửa sớm mà áp dụng phương pháp khác sử dụng phụ gia nhiên liệu để hạn chế giảm công suất động chuyển sang sử dụng CNG - Khi chuyển đổi động xăng sang sử dụng CNG, áp dụng phương pháp phun CNG phương pháp cung cấp CNG hòa trộn Tuy nhiên cần nghiên cứu thực nghiệm trang bị hệ thống khảo nghiệm đánh giá tính làm việc động điều kiện thực tế để đề xuất ứng dụng phương pháp cấp CNG hợp lý cho loại động cơ, đảm bảo hài hòa tiện lợi áp dụng tiêu kinh tế, kỹ thuật động chuyển đổi 13 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CUNG CẤP CNG VÀ PHỤ GIA CHO ĐỘNG CƠ 1NZ-FE 3.1 Giới thiệu chung Động 1NZ-FE động phun xăng vào cửa nạp điều khiển điện tử Trong đó, hệ thống điều khiển điện tử tích hợp điều khiển hệ thống phun xăng hệ thống đánh lửa Bộ điều khiển trung tâm ECU tiếp nhận tín hiệu điện từ cảm biến phản ánh trạng thái làm việc động kể tác nhân điều khiển từ bên ngồi, sau tính tốn xuất tín hiệu điều khiển để điều khiển phun nhiên liệu đánh lửa Việc điều khiển đánh lửa điều khiển phun xăng thực theo trình tự làm việc xi lanh động Để góp phần thực mục tiêu nghiên cứu đề tài, chương đề cập đến vấn đề sau: - Tính toán thiết kế, chế tạo hệ thống cung cấp CNG sử dụng hòa trộn; - Tính tốn thiết kế hệ thống phun CNG vào cửa nạp; - Tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp phụ gia Maz-nitro 3.2 Tính tốn thiết kế chế tạo hệ thống cung cấp CNG dùng hòa trộn 3.2.1 Sơ đồ chung Họng khuếch tán Bướm ga Đường khơng tải Khơng khí Van công suất Bộ giảm áp Van điện từ Hỗn hợp Nước nóng CNG Hình 3.1 Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp CNG sử dụng hòa trộn Khi động làm việc, CNG bình chứa cao áp (có thể đến 200-250 bar) qua van khí van điện từ đến van giảm áp Tại đây, áp suất CNG giảm xuống áp suất khí trời qua van công suất (điều chỉnh lưu lượng) đến hòa trộn bị hút vào họng thắt vào khơng gian hỗn hợp hòa trộn, hòa trộn với khơng khí tạo thành hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu vào xi lanh động 3.2.2 Tính tốn kích thước hòa trộn Có nhiều phương pháp xác định kích thước hòa trộn, nhiên phương pháp đơn giản, nhanh chóng đảm bảo độ tin cậy đáp ứng yêu cầu làm việc hòa trộn mà nhiều nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp xác định theo quy trình sau: - Bước 1: Chọn sơ kích thước hòa trộn theo kinh nghiệm dựa lưu lượng khí nạp; - Bước 2: Tính tốn lưu lượng nhiên liệu khí vào hòa trộn dựa lý thuyết thủy khí động học; - Bước 3: Tính tốn hệ số dư lượng khơng khí  ứng với tiết diện lỗ phun chọn sử dụng để tính tốn lượng nhiên liệu bước 2; - Bước 4: Chọn tiết diện lỗ phun có lưu lượng nhiên liệu đảm bảo  lân cận Sau tóm tắt điều kiện ban đầu kết tính tốn thơng số kích thước ống venturi hòa trộn (Bảng 3.1 đến bảng 3.3): Bảng 3.1 Các điều kiện ban đầu Thơng số Thể tích cơng tác động (dm ) Tốc độ động (v/ph) Áp suất khơng khí vào hòa trộn (bar) Nhiệt độ khơng khí vào hòa trộn (oC) Áp suất nhiên liệu khí vào khoang nhiên liệu bao quanh họng (bar) Lưu lượng khơng khí nạp áp suất nhiệt độ mơi trường (m3/s) Tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu cân lý thuyết lt (kg/kg) Hệ số lưu lượng lỗ phun nhiên liệu Giá trị 1,5 6000 35 0,0545 17 0,9 14 Bảng 3.2 Tỷ lệ không khí / nhiên liệu với đường kính họng khác Anl=59mm2 Đường kính họng (mm) 22 24 26 28 Tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu  (kg/kg) 14,5 15.4 17.0 20,9 Bảng 3.3 Tỷ lệ  thay đổi tổng tiết diện lỗ phun nhiên liệu đường kính họng 26mm Số lỗ phun đường kính 2,5mm Tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu  (kg/kg) 20,8 10 18,9 12 16,9 14 15,1 Từ kết tính tốn tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu thơng số kích thước lân cận thơng số tính tốn sơ cho thấy đường kính họng d2=26mm 12 lỗ phun nhiên liệu với đường kính lỗ 2,5mm cho tỷ lệ khơng khí/nhiên liệu  gần với tỷ lệ cân lý thuyết (lt = 16,8) Các thơng số kích thước chọn để chế tạo hòa trộn phục vụ thí nghiệm 3.2.2 Bản vẽ hòa trộn Từ kích thước xác định đặc điểm kích thước vị trí lắp ống nạp chung động cơ, kích thước khác hòa trộn xác định vẽ chế tạo thể hình 3.2 Chiều dòng khí vào hòa trộn từ phía miệng đường kính 62mm A-A R25 Ø56 Ø52 Ø26±0,1 R4 47 32 12 loã Ø2,5 A 24 A 55° Ø13 15 60° R1 12 15 Ø44 lỗ M6 Ø62±0,1 Ø71 Hình 3.2 Bản vẽ kết cấu hòa trộn 3.3 Tính toán thiết kế hệ thống phun CNG vào cửa nạp 3.3.1 Sơ đồ chung Hệ thống cung cấp CNG với phương pháp phun vào cửa nạp sơ đồ hóa hình 3.3 Nước nóng Bình nhiên liệu CNG; Van khí; Van điện từ ; Bộ giảm áp; Bộ lọc nhiên liệu; 10 Ống nhiên liệu chung; Các vòi phun; Đường nhiên liệu đến cửa nạp ECU-Gas 11 xi lanh; Ống nạp động cơ; 13 12 10 Xi lanh động cơ; 11 Tín hiệu vào hộp điều khiển; 12 Hộp điều khiển phun; 13 Dây tín hiệu điều khiển vòi phun; 14 Ống chân khơng nối ống nạp Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp phun CNG 15 Nhiên liệu CNG cho động nghiên cứu thực theo phương pháp phun đa điểm vào cửa nạp theo thứ tự làm việc xi lanh động Việc điều khiển thay đổi lượng nhiên liệu phun thực thông qua điều khiển thay đổi độ dài thời gian mở vòi phun với áp suất phun giữ cố định kG/cm2 Độ dài thời gian mở vòi phun CNG xác định theo công thức: t  k p  t xang , đó, k hệ số điều chỉnh, p áp suất tuyệt đối đường ống nạp, txang độ dài thời gian phun xăng Như vậy, điều khiển ECU-gas cần thông số vào thông số ECU điều khiển phun xăng tín hiệu áp suất đường ống nạp Chính ECU-gas bơ khuếch đại tín hiệu điều khiển phun xăng với hệ số khuếch đại k điều chỉnh hiệu chỉnh hệ thống để =1 Bộ khuếch đại thiết kế đặt hàng mua hãng LGC, Hong Kong 3.4 Tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp phụ gia Maz-nitro 3.4.1 Sơ đồ bố trí chung 11 10 12 14 13 Khơng khí 15 Khí thải 16 CNG Bộ giảm áp; Nước sấy nóng; Giắc nối tín hiệu điều khiển phun CNG; Vòi phun CNG; Bướm ga; Bầu lọc khí; Đường ống nạp; Đường khí nén; Van giảm ổn áp khí nén; 10 Áp kế; 11 Bình chứa phụ gia Maz; 12 Vòi phun phụ gia Maz; 13 Bình hóa phụ gia Maz; 14 Đường cấp khí thải sấy nóng bình hóa Maz; 15 Đường ống thải; 16 Động Hình 3.4 Sơ đồ cung cấp CNG phụ gia Maz động Phụ gia Maz-nitro chứa ống 11 tạo áp bar nhờ không khí nén từ hệ thống khí nén phòng thí nghiệm cấp vào qua van điều áp Nếu sử dụng xe CNG đường khí áp thay đường khí CNG sau giảm áp, tức chung đường CNG cấp cho ống nhiên liệu chung vòi phun CNG Phụ gia Maz-nitro áp suất ổn định bar ống 11 thơng với vòi phun điện từ 12 Khi vòi phun điều khiển mở phụ gia phun vào ống hóa 13 sấy nóng từ 150oC - 200oC nhờ nhiệt khí thải nên phụ gia hóa hút vào ống nạp sau bướm ga hòa trộn với hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu vào động (hình 3.4) 3.4.2 Tính tốn thiết kế điều khiển phun phụ gia Lưu lượng phụ gia cấp vào mpg tính tốn đảm bảo tỷ lệ khối lượng với CNG 800ppm, với hỗn hợp cháy có  =1 tỷ lệ khối lượng phụ gia lưu lượng khí nạp mkk 48ppm Do đó, lượng cung cấp phụ gia điều chỉnh theo lưu lượng khí nạp Trong đề tài việc cung cấp phụ gia thực phương pháp phun gián đoạn, 100 vòng quay động phun lần Độ dài thời gian phun tính toán t p  k p mkk , đó, n tốc độ n động kp hệ số điều chỉnh thay đổi giao diện điều chỉnh ECU điều khiển phun phụ gia để đạt khối lượng phun phụ gia theo yêu cầu hiệu chỉnh hệ thống Mạch xử lý tín hiệu cảm biến thiết kế để sử dụng tín hiệu từ cảm biến lưu lượng nhiệt độ khí nạp cảm biến tốc độ có sẵn động Tín hiệu tốc độ lấy từ 16 cảm biến trục cam loại cảm biến điện từ với xung vòng quay trục cam hay xung ứng với vòng quay trục khuỷu Cảm biến lưu lượng khí nạp cảm biến dây nóng với tín hiệu tín hiệu điện áp 0-5V, cảm biến nhiệt độ khí nạp cảm biến nhiệt điện trở (hình 3.5) Khối nguồn 5V; Khối xử lý tín hiệu đầu vào từ cảm biến Khối điều khiển vòi phun; Khối kết nối với máy tính; Khối xử lý trung tâm Ø21 3.4.3 Thiết kế chế tạo bình chứa tạo áp phụ gia Bình chứa phụ gia có nhiệm vụ chứa phụ gia đảm bảo đủ cung cấp cho động hoạt động thời gian ca làm việc đồng thời nơi tạo áp suất phục vụ việc phun phụ gia, việc tạo áp thực nhờ khí nén hệ thống khí nén ÷ kG/cm2 phòng thí nghiệm Ø42 Hình 3.5 ECU điều khiển phun phụ gia 200 260 Hình 3.6 Ống chứa phụ gia lỏng Trên tơ chạy CNG sử dụng khí CNG đường khí sau van giảm áp đến vòi phun CNG (áp suất bar) làm khí tạo áp cho bình phụ gia Động 1NZ-FE vận hành ngày tiêu tốn khoảng 100 cm phụ gia nên chọn bình chứa có dung tích 250 cm3 để chứa 200 cm3 phụ gia để 50 cm làm khơng gian chứa khí tạo áp Ống chứa phụ gia làm ống thép Inox đường kính 40mm, cao 260mm (hình 3.6) 3.4.4 Tính tốn thiết kế hóa tận dụng nhiệt khí thải a Sơ đồ bố trí chung Yêu cầu chung ống hóa dễ bố trí ống hóa động cơ, đồng thời đường dẫn khí thải từ ống thải đến ống hóa phải ngắn để giảm nhiệt, thêm đường dẫn phụ gia từ ống hóa đến đường nạp động không dài để giảm sức cản Mặt khác, ống hóa kết hợp làm bình cân để dòng phụ gia chảy ổn định vào ống nạp động nên cần tích tối thiểu định (hình 3.7) Lưới chắn hạt oxit nhôm; Hạt oxit nhơm Al2O3 sấy nóng; Ống hóa cân bằng; Khơng gian khí thải trao đổi nhiệt; 5, Đường khí thải vào, sấy nóng ống hóa hơi; Vòi phun; Lỗ lắp cặp nhiệt ngẫu đo nhiệt độ ống hóa hơi; Van điều chỉnh lượng khí thải qua ống hóa Hình 3.7 Sơ đồ bình cân hóa phụ gia b Ống hóa Ống hóa chọn có dạng hình trụ, bên chứa hạt oxit nhơm hình cầu đường kính 2mm Kích thước chọn để đảm bảo tỷ lệ diện tích xung quanh/thể tích đủ lớn để trao đổi nhiệt tốt với khí thải bao quanh, đồng thời dung tích đủ lớn để thực vai trò bình cân 17 160 200 Ø52 Ø21 giảm dao động dòng khí phụ gia vào ống nạp động khối lượng phải đủ nhỏ để sấy nóng nhanh Ống hóa cần đảm bảo dòng khí phụ gia chảy liên tục vào động mà khơng cần thể tích q lớn Với đặc điểm vậy, chọn ống hóa phụ gia có đường kính 50mm, dài 200mm, dung tích gần 0,4 lít Hình 3.8 Ống hóa phụ gia (hình 3.8) c Ống trao đổi nhiệt Ống trao đổi nhiệt chọn để đảm bảo tiết diện lưu thơng khí thải dọc theo chiều dài ống khơng bị cản lớn phải có tốc độ thích hợp để tăng hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng với ống hóa Trong trường hợp chọn đường kính 76mm, với đường kính ngồi ống hóa 52mm tạo tiết diện lưu thơng khí thải diện tích 19 cm2 lớn gấp đơi tiết diện đường ống dẫn khí thải vào Trên thân ống trao đổi nhiệt có bố trí lỗ để đặt đầu đo nhiệt độ ống hóa cần kiểm tra điều chỉnh nhiệt độ Ống trao đổi nhiệt có hình trụ bao mặt xung quanh ống hóa hơi, dẫn khí thải chảy dọc bao quanh ống hóa để sấy nóng Lưu lượng khí thải cấp vào ống trao đổi nhiệt cần khoảng 1,6% tổng lưu lượng khí thải động đủ cấp nhiệt cho ống hóa Để kiểm sốt tỷ lệ lưu lượng này, chọn sơ tiết diện ống dẫn khí thải vào ống trao đổi nhiệt khoảng 5% tiết diện ống thải động lắp đặt dùng van để điều chỉnh lưu lượng khí thải cho ống hóa đạt nhiệt độ yêu cầu Đường kính ống thải động 6,5cm, diện tích tiết diện 33cm nên chọn ống dẫn khí thải đến ống trao đổi nhiệt có d= 2cm, tiết diện 3,14cm2 3.5 Kết luận chương Đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thành công hệ thống cung cấp CNG cung cấp phụ gia Maz để phục vụ chuyển đổi động 1NZ-FE loại phun xăng điện tử đa điểm sang sử dụng CNG với phụ gia Maz Các hệ thống thiết kế, chế tạo có kết cấu khơng phức tạp dễ lắp đặt điều chỉnh Hệ thống cung cấp CNG sử dụng hòa trộn đơn giản, giá thành rẻ áp dụng để chuyển đổi tất loại động xăng sang CNG mà không cần phải thay đổi kết cấu động nguyên thủy Hệ thống phun CNG thiết kế theo nguyên lý sử dụng khuếch đại tín hiệu điều khiển phun hệ thống phun xăng nguyên thủy nên tận dụng hầu hết phận hệ thống phun xăng nên giá thành thấp dễ lắp đặt hiệu chỉnh Hệ thống cung cấp phụ gia Maz-nitro thiết kế chế tạo theo nguyên lý phun gián đoạn hóa phụ gia cho phép sử dụng phụ gia lỏng động chạy nhiên liệu khí, giúp có thêm điều kiện để cải thiện tính kinh tế, kỹ thuật giảm phát thải động CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích, phạm vi chương trình thử nghiệm 4.1.1 Mục đích thử nghiệm - Hiệu chỉnh đánh giá ưu nhược điểm tính làm việc hệ thống cung cấp CNG hệ thống cung cấp phụ gia Maz thiết kế chế tạo - Đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động xăng sử dụng CNG với phương pháp cấp CNG khác với phụ gia Maz-nitro so với sử dụng xăng 4.1.2 Phạm vi thử nghiệm Thử nghiệm tiến hành để đánh giá ảnh hưởng phương pháp cấp CNG phụ gia đến tính làm việc động chế độ tải tốc độ ổn định động 1NZ-FE quy mơ phòng thí nghiệm băng thử động lực học cao Phòng thí nghiệm Động đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Thử nghiệm chưa đề cập đến chế độ khởi động, chuyển tiếp chưa đánh giá độ bền tuổi thọ hệ thống cung cấp CNG, phụ gia động 18 4.1.3 Chương trình thử nghiệm - Kiểm tra, hiệu chỉnh thiết bị phân tích khí theo quy trình nhà sản xuất - Hiệu chỉnh hệ thống cung cấp CNG sử dụng hòa trộn: điều chỉnh van công suất để đạt =1 - Hiệu chỉnh hệ thống phun CNG vào cửa nạp: Vận hành động chế độ toàn toàn tải, tốc độ 3000v/ph, qua giao diện điều khiển ECU, điều chỉnh hệ số khuếch đại k theo dõi hệ số dư lượng khơng khí  thiết bị phân tích khí đạt =1 - Hiệu chỉnh hệ thống cung cấp phụ gia: Vận hành động chế độ toàn tải, tốc độ 3000v/ph, đo kiểm tra nhiệt độ ống hóa điều chỉnh van lưu lượng khí xả cho nhiệt độ ống hóa đạt khoảng 200oC; đo tiêu hao khơng khí tiêu hao phụ gia tính kiểm tra tỷ lệ phụ gia/khơng khí so với số liệu chọn thiết kế 48 ppm, sai số phạm vi 5% được, khơng điều chỉnh lại hệ số kp qua giao diện điều khiển ECU máy tính + Kiểm tra chế độ tải khác nhiệt độ ống hóa  130 oC sai lệch tỷ lệ phụ gia khoảng 10% 4.2 Kết thử nghiệm thảo luận 4.2.1 Đánh giá độ tin cậy thiết bị cung cấp CNG phụ gia Maz-nitro 80.00 1.02 60.00 0.98 Gkk (kg/h) Gcng(kh/h) λ 40.00 0.96 20.00 0.94 0.92 0.00 0.9 10 15 20 Công suất (kW) 25 100.00 1.08 1.06 1.04 80.00 1.02 60.00 0.98 40.00 0.96 0.94 20.00 0.92 0.00 0.00 30 0.9 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 Công uất (kW) N s(kW) e Ne (kW) Hình 4.1 Tiêu hao khơng khí, CNG hệ số dư lượng khơng khí  chế độ tải khác 3000v/ph động CNG sử dụng hòa trộn Gkk (kg/h) Gcng(kh/h) λ Lambda 1.04 Tiêu hao khơng khí, CNG (kg/h) 1.06 Lambda Tiêu hao khơng khí, CNG (kg/h) 1.08 100.00 1.1 120.00 1.1 120.00 Hình 4.2 Tiêu hao khơng khí, CNG hệ số dư lượng khơng khí  chế độ tải khác 3000v/ph động phun CNG Công suất (kW) Hình 4.1 thay đổi ge, tiêu hao khơng khí thay đổi hệ số dư lượng khơng khí  động CNG sử dụng hòa trộn tăng tải Đồ thị cho thấy tăng tải, tiêu hao CNG tiêu hao khơng khí động tăng đặn đảm bảo hệ số dư lượng khơng khí lambda  động thay đổi dao động phạm vi nhỏ từ ÷ 1,07 Điều khẳng định hệ thống cung cấp CNG sử dụng hòa trộn thiết kế chế tạo đáp ứng yêu cầu đặt Do vậy, thiết bị cung cấp CNG đảm bảo độ tin cậy để nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính làm việc động với CNG Hình 4.2 thể thay đổi ge, tiêu hao 50 khơng khí thay đổi hệ số dư lượng RON 92 khơng khí  động sử dụng hệ thống phun Phun CNG+PG 40 Phun CNG Bộ trộn CNG CNG thiết kế trang bị Đồ thị cho thấy  30 động CNG sử dụng hệ thống phun CNG thay 20 đổi dao động từ 0,99 ÷ 1,03 tồn phạm vi tải, tức  dao động phạm vi 4% giá 10 trị gần nên đảm bảo động cho tính kinh tế, kỹ thuật phát thải tốt hệ thống 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 cung cấp CNG sử dụng hòa trộn Kết kiểm Tốc độ động (v/p) tra khẳng định hệ thống phun CNG Hình 4.3 Ne đặc tính ngồi sử dụng xăng trang bị đảm bảo độ tin cậy đáp ứng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun yêu cầu nghiên cứu sử dụng CNG động CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro chuyển đổi 19 4.2.2 Đánh giá tiêu công suất động Đối với trường hợp sử dụng CNG với hòa trộn, cơng suất động giảm lớn, trung bình giảm 20,8% tồn dải tốc độ khảo nghiệm, trường hợp sử dụng hệ thống phun CNG, công suất động giảm trung bình khoảng 15,9% so với sử dụng xăng RON 92 (hình 4.3) 4.2.2 Đánh giá tiêu hao nhiên liệu động RON 92 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 375 g (g/kW.h) e Suất tiêu hao nl (g/kW.h) ge nhiên (g/kW.h) Suất tiêu hao liệu ge (g/kW.h) 400 350 325 300 275 250 225 200 500 1000 1500 2000 2500 3000 450.00 350.00 300.00 250.00 200.00 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) n (v/ph) Hình 4.4 ge đặc tính ngồi sử dụng xăng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro RON 92 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 400.00 10 15 20 25 Công suất động Ne (kW) 30 35 Ne (kW) Hình 4.5 ge đặc tính tải 3000v/ph sử dụng xăng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia 9000 1800 8000 1600 7000 6000 5000 4000 3000 2000 RON 92 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG Nồng độ CO (ppm) Nồng độ CO (ppm) Tiêu hao nhiêu liệu đặc tính ngồi đặc tính tải đươc thể hình 4.4 hình 4.5 Ở đặc tính ngồi (hình 4.4), nói chung ge cao tốc độ nhỏ (trên 350g/kW.h 1000v/ph), giảm nhanh tốc độ tăng đạt nhỏ vùng tốc độ 2500v/ph ÷ 3500v/ph Đây vùng tốc độ làm việc kinh tế vùng tốc độ làm việc thường xuyên động Khi sử dụng CNG với hòa trộn, ge giảm trung bình khoảng 2,4% so với xăng Khi phun CNG ge thấp 3,1% so với hệ thống cấp CNG hòa trộn thấp 5,4% so với sử dụng xăng RON 92 Trường hợp phun CNG bổ sung phụ gia ge giảm tồn dải tốc độ, trung bình 5,0%, so với phun CNG khơng bổ sung phụ gia Ở đặc tính tải (hình 4.5), ge động sử dụng CNG cao tải nhỏ cao động sử dụng xăng tải Trên tồn dải cơng suất, sử dụng CNG ge cải thiện nhiều so với xăng, tỷ lệ cải thiện trung bình tương tự đặc tính ngồi Đặc biệt, trường hợp phun CNG+PG, ge động cải thiện tồn dải công suất, mức cải thiện so với trường hợp phun CNG khơng bổ sung phụ gia từ 5% ÷ 6% 4.2.3 Đánh giá phát thải động a Phát thải CO Kết đo hàm lượng phát thải CO đặc tính ngồi động thể hình 4.6 Mức giảm phát thải CO từ 65 ÷ 95%, trung bình giảm khoảng 80% Phát thải CO động phun CNG có cải thiện so với động CNG sử dụng hòa trộn mức cải thiện khơng nhiều Trong đó, bổ sung phụ gia Maz động phun CNG (CNG+PG) giúp giảm đáng kể với mức giảm trung bình 35% 1400 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 1200 1000 800 600 1000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) n (v/ph) 400 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ nđộng (v/p) (v/ph) Hình 4.6 Phát thải CO toàn tải tốc độ khác động sử dụng xăng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro 20 Phát thải CO chế độ tải khác thể đồ thị hình 4.7, cho thấy CO giảm nhiều so với động sử dụng xăng, cụ thể CO giảm từ 80 ÷ 85%, trung bình giảm 83% Động CNG có phụ gia CO giảm tải nhỏ trung bình, giảm mạnh tải lớn, mức giảm từ 10 ÷ 40%, trung bình giảm 25%, so với khơng có phụ gia 1000 RON 92 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 7000 6000 Nồng độ CO (ppm) Nồng độ CO (ppm) 8000 5000 4000 3000 2000 800 700 600 500 1000 400 300 10 15 20 25 Công suất động (kW) 30 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 900 35 Ne (kW) 10 15 20 25 Công suất động (kW) 30 35 Ne (kW) Hình 4.7 Phát thải CO chế độ tải tốc độ 3000v/ph động sử dụng xăng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro 2000 1800 1600 1400 1200 RON 92 1000 Bộ trộn CNG Phun CNG 800 Phun CNG+PG 600 400 200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ nđộng (v/ph)cơ (v/p) 250 Nồng độ HC (ppm) Nồng độ HC (ppm) b Phát thải HC Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 200 150 100 50 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) n (v/ph) Hình 4.8 Phát thải HC toàn tải tốc độ khác động sử dụng xăng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro 450 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 400 RON 92 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG Nồng độ HC (ppm) Nồng độ HC (ppm) Phát thải HC đặc tính ngồi động thể hình 4.8, cho thấy HC giảm từ 82% ÷ 95%, trung bình 85%, so với sử dụng xăng toàn dải tốc độ Động CNG bổ sung phụ gia Maz-nitro, có phát thải HC giảm từ 5% ÷ 48% tốc độ khác so với không bổ sung phụ gia Mức giảm HC trung bình tồn dải tốc độ 27% Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 350 300 250 200 150 100 50 10 15 20 25 Công suất Neđộng (kW)cơ (kW) 30 35 10 15 20 25 Công suất động (kW) 30 35 N e (kW) Hình 4.9 Phát thải HC chế độ tải 3000v/ph động sử dụng xăng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro Ở chế độ tải khác 3000v/ph (hình 4.9), phát thải HC động sử dụng CNG giảm từ 56% ÷ 79%, trung bình giảm 68% so với sử dụng xăng Còn động sử dụng CNG có bổ sung phụ gia Maz-nitro HC giảm thêm nữa, giảm từ 32% ÷ 36%, trung bình giảm 34%, so với sử dụng CNG không phụ gia 21 5000 RON 92 4500 Bộ trộn CNG 4000 Phun CNG Phun CNG+PG 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độnđộng (v/ph)cơ (v/p) 1800 nồng độ NO x (ppm) Nồng độ NOx (ppm) nồng Nồngđộ độNO NOxx (ppm) (ppm) c Phát thải NOx 1600 1400 1200 1000 800 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 600 400 200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động (v/p) n (v/ph) Hình 4.10 Phát thải NOx toàn tải tốc độ khác sử dụng xăng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro RON 92 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG 3500 3000 nồng độ NOx (ppm) Nồng độ NOx (ppm) nồng độ NOx (ppm) Nồng độ NOx (ppm) 4000 2500 2000 1500 1000 500 0 10 15 20 25 Công suất N động (kW)cơ (kW) 30 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 35 Bộ trộn CNG Phun CNG Phun CNG+PG e 10 15 20 25 Công suất Neđộng (kW)cơ (kW) 30 35 Hình 4.11 Phát thải NOx chế độ tải tốc độ 3000v/ph sử dụng xăng RON 92, CNG với hòa trộn, phun CNG, phun CNG kết hợp bổ sung phụ gia Maz-nitro Các đồ thị hình 4.10 4.11 thể kết đo hàm lượng phát thải NOx động chế độ tốc độ tải ổn định đường đặc tính ngồi đặc tính tải động sử dụng xăng, CNG với hòa trộn, CNG phun CNG phun có bổ sung phụ gia Maz-nitro (CNG+PG) Kết cho thấy phát thải NOx động CNG có hay khơng bổ sung phụ gia giảm đáng kể so với sử dụng xăng Mức giảm NOx từ 50% ÷ 65%, trung bình giảm 58% Khi động sử dụng (CNG+PG) NOx thay đổi khơng đáng kể so với động sử dụng CNG khơng có phụ gia toàn dải tốc độ tải 4.2.4 So sánh kết mô thực nghiệm động Để đánh giá độ tin cậy mơ hình mơ động 1NZ-FE sử dụng CNG với việc cung cấp CNG hòa trộn phương pháp phun xây dựng phát triển Chương 2, kết tính tốn mơ cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu hàm lượng thành phần phát thải độc hại động sử dụng CNG so sánh với số liệu thực nghiệm chương Kết thể đồ thị hình 4.12 đến 4.15 360 280 20 380 Ne-mô Ne-thực nghiệm ge-mô ge-thực nghiệm 40 320 300 30 50 340 260 Ne (kW) Ne (kW) 40 CNG-trộn ge (g/kW.h) Ne-mô Ne-thực nghiệm ge-mô ge-thực nghiệm 30 220 200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động n (v/p) Hình 4.12 So sánh kết mô Ne ge động CNG sử dụng hòa trộn với số liệu thực nghiệm 360 340 320 300 280 20 260 240 10 CNG-phun ge (g/kWh) 50 240 10 220 200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Tốc độ động n (v/p) Hình 4.13 So sánh kết mơ Ne ge động phun CNG với số liệu thực nghiệm 22 Nồng độ khí thải độc hại (ppm) Nồng độ khí thải độc hại (ppm) Đồ thị hình 4.12 so sánh kết tính tốn mơ Ne ge động CNG sử dụng hòa trộn đường đặc tính ngồi với số liệu thực nghiệm Đồ thị cho thấy sai lệch lớn Ne tính tốn số liệu đo 10% tốc độ 4000v/ph sai lệch trung bình 5% tồn dải tốc độ động Còn ge mơ có sai lệch lớn 8,5% so với thực nghiệm sai lệch trung bình 4,5% tồn dải tốc độ Đồ thị hình 4.13 so sánh kết tính tốn mơ Ne ge động phun CNG vào đường nạp toàn tải với số liệu thực nghiệm Trong trường hợp này, sai lệch lớn Ne tính tốn số liệu đo 8,5% tốc độ 4000v/ph sai lệch trung bình 4,5% tồn dải tốc độ động Còn ge mơ có sai lệch lớn 8% so với thực nghiệm sai lệch trung bình 4,2% tồn dải tốc độ Đồ thị hình 4.14 so sánh kết 1600 CNG-trộn tính tốn mô hàm lượng 1400 thành phần phát thải CO, HC NOx-thực nghiệm 1200 NOx động CNG sử dụng 1000 NOx-mơ hòa trộn đường đặc tính ngồi 800 CO-thực nghiệm với số liệu thực nghiệm Đồ thị cho 600 CO-mô thấy sai lệch trung bình kết 400 HC-thực nghiệm tính tốn mơ số liệu 200 HC-mơ đo hàm lượng HC 6%, CO 11% NOx khoảng 15% 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Đồ thị hình 4.15 so sánh kết Tốc độ động n (v/ph) tính tốn mơ hàm lượng Hình 4.14 So sánh kết mô phát thải CO, HC, NOx thành phần phát thải CO, HC động CNG sử dụng hòa trộn với số liệu thực nghiệm NOx động phun CNG toàn tải với số liệu thực nghiệm Đồ thị cho thấy sai lệch trung bình kết tính tốn mơ số liệu đo hàm lượng HC 4,5%, CO 9% NOx 13% Tóm lại, với sai lệch trung 1800 CNG-phun bình kết mơ so với 1600 số liệu thực nghiệm Ne ge 1400 NOx-thực nghiệm 1200 không 5% sai lêch kết NOx-mô 1000 mô hàm lượng phát CO-thực nghiệm 800 thải khơng q 15% nên nói CO-mơ 600 mơ hình mơ động sử 400 HC-thực nghiệm dụng CNG theo hai phương 200 HC-mơ pháp cấp CNG hòa trộn 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 phun xây dựng chương Tốc độ động n (v/ph) đảm bảo độ tin cậy Như vậy, Hình 4.15 So sánh kết mơ phát thải CO, HC, NOx kết mô việc sử dụng động phun CNG với số liệu thực nghiệm kết mô nhận xét đánh giá chương hoàn tồn có giá trị, mơ hình mơ sử dụng để tính tốn mơ nghiên cứu đặc tính làm việc động CNG khơng có điều kiện thực nghiệm 4.3 Kết luận chương Qua nội dung kết nghiên cứu thực nghiệm, rút kết luận sau: Các thiết bị cung cấp CNG sử dụng hòa trộn, thiết bị phun CNG thiết bị cung cấp phụ gia Maz-nitro thiết kế trang bị đề tài luận án đáp ứng yêu cầu làm việc đảm bảo độ tin cậy để sử dụng nghiên cứu thực nghiệm đề tài tồn dải cơng suất khảo nghiệm động Cụ thể sau: - Thiết bị cấp CNG sử dụng hòa trộn đảm bảo trì hệ số dư lượng khơng khí  phạm vi =11,07, sai lệch phạm vi 7% (