Nghiên cứu ảnh hưởng của EGR (exhaust gas recirculation) đến đặc tính phát thải và hiệu suất

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Thái nguyên, ngày… tháng… năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (ký tên) NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Thái nguyên, ngày… tháng… năm 2016 Cán phản biện (ký tên) MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN LỜI NÓI ĐẦU .5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN KHÍ XẢ EGR (EXHAUST GAS RECIRCULATION) .6 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giới thiệu tổng quan EGR (Exhaust Gas Recirculation) 1.2.1 Hiệu ứng pha loãng .8 1.2.2 Hiệu ứng nhiệt .9 1.2.3 Hiệu ứng hóa học 1.2.4 Hiệu ứng khối lượng 1.3 Mục đích hệ thống tuần hồn khí xả 10 1.4 Nhận xét chế làm việc hệ thống tuần hồn khí xả EGR 10 1.5 Nguyên lý hoạt động hệ thống tuần hồn khí xả EGR 12 1.6 Cấu tạo chi tiết hệ thống tuần hồn khí xả 15 1.6.1 Van điều chỉnh chân không (Vancuum Modulated EGR Vavel) 16 1.6.2 Van điều chỉnh áp suất hồi (Back pressure modulated EGR vavel) 17 1.6.3 Van chân không điều khiển nhiệt (TVSV) .18 1.6.4 Bộ điều biến chân không 19 1.6.5 Bộ xử lí chuyên dụng hệ thống cảm biến dùng cho EGR 20 1.6.6 Bộ làm mát EGR .20 1.7 EGR động xăng 21 1.7.1 Tuần hoàn nội .21 1.7.2 Tuần hoàn bên 22 1.8 EGR động diesel 22 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA EGR (EXHAUST GAS RECIRCULATION) ĐẾN ĐẶC TÍNH PHÁT THẢI 25 2.1 Thành phần thực tế có khí xả động 25 2.2 Oxyde Nitơ (NOx) .25 2.2.1 Trường hợp động xăng 26 2.2.2 Trường hợp động diesel .31 2.2.3 Ảnh hưởng Oxyde Nitơ (NOx) 33 2.3 Hydrocarbua chưa cháy (HC) Monoxyde carbure (CO) 34 2.3.1 Cơ chế hình thành hydrocarbure chưa cháy động đốt 34 2.3.2 Trường hợp động xăng 36 2.3.3 Trường hợp động Diesel .41 2.4 Bồ hóng q trình cháy động diesel 44 2.5 Tìm hiểu chất thải dạng hạt PM 46 2.6 Ảnh hưởng EGR đến thành phần khí thải động diesel chế độ tải 46 2.7 Ảnh hưởng EGR đến động diesel sử dụng nhiên liệu thay nhiên liệu dầu diesel 49 2.7.1 Ảnh hưởng tuần hồn khí thải (EGR) đến đặc tính phát thải động diesel sử dụng dầu diesel Este Metyl Pongamia Pinta ( PPME) 49 2.7.2 Ảnh hưởng hệ thống tuần hồn khí thải (EGR) đến đặc tính phát thải động diesel với hoa hướng dương Este Metyl dầu 52 2.7.3 Ảnh hưởng tỷ lệ EGR đến NOx CO2 động diesel phun gián tiếp với hỗn hợp nhiên liệu sinh học Jatropha 57 2.7.4 Ảnh hưởng tỷ lệ EGR thực phát động diesel phun trực tiếp với hỗn hợp nhiên liệu sinh học 63 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA EGR (EXHAUST GAS RECIRCULATION) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ 69 3.1 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất nhiệt hiệu suất thể tích 69 3.2 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất thể tích động diesel nhiên liệu khí tự nhiên 70 3.3 Tua-bin nén khí giải pháp cho EGR động diesel cỡ lớn .72 3.4 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất nhiệt phanh .74 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .79 LỜI NÓI ĐẦU Động đốt nói riêng ơtơ nói chung phận quan trọng việc phát triển kinh tế đất nước Nhưng tác động khí thải tới ô nhiễm môi trường sức khỏe người khơng nhỏ Do vấn đề cấp thiết cần phải giải làm giảm đến mức chất độc hại khí thải động Như biết thành phần hàm lượng chất có động đốt phức tạp, chất có hại với mơi trường người điển hình như: NOx, CO, CO2, Hydrocacbon, ơxit lưu huỳnh, Trong hợp chất NOx chiếm tỷ lệ cao có hại Vì hầu hết quốc gia đưa tiêu chuẩn khí xả nhằm mục đích để giảm phát xạ NOx khí xả động Với mong muốn hiểu biết hệ thống tuần hồn khí xả (Exhaust Gas Recirculation) ảnh hưởng hệ thống đến đặc tính phát thải Tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng EGR (Exhaust Gas Recirculation) đến đặc tính phát thải hiệu suất động cơ” làm đề tài tốt nghiệp Với nỗ lực cố gắng thân giúp đỡ tận tình thầy TS Nguyễn Trung Kiên Em hồn thành nội dung đề tài giao, nhiên kiến thức chun mơn thực tế cịn hạn chế nên nội dung đồ án cịn nhiều thiếu sót hạn chế Rất mong q thầy đóng góp ý kiến để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Trung Kiên, q thầy khoa Kỹ Thuật Ơtơ Máy Động Lực tạo điều kiện giúp đỡ, hỗ trợ em hoàn thành đạt kết đề tài Thái nguyên, ngày 06 tháng 06 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Xuân Tùng Chương 1: Tổng quan hệ thống tuần hồn khí xả EGR (Exhaust Gas Recirculation) 1.1 Đặt vấn đề Giảm nồng độ khí độc NOx khí thải động nhiệm vụ nhà sản xuất ôtô giới Khi xúc tác trung hồ khí xả chưa đời kỹ sư ơtơ đưa hệ thống tuần hồn khí xả để làm giảm hình thành NOx khí xả động Mặc dù ngày có nhiều biện pháp ưu việt hơn, EGR sử dụng động diesel cỡ lớn xe đời cũ EGR có hai loại là: tuần hồn khí xả bên (Internal EGR) tuần hồn khí xả bên ngồi (External EGR) EGR công nghệ điều khiển cho phép giảm phát xạ NO x hiệu loại động diesel xe tải EGR cơng nghệ mới, sử dụng châu âu Hoa Kỳ năm 1970 động xăng xe khách Sau EGR thử nghiệm sử dụng động diesel xe khách Sau sử dụng động diesel xe tải vào năm 1999 Ứng dụng EGR xe tải ban đầu gây ý nhiều thách thức kỹ thuật nên nhiều hệ thống không phổ biến nhanh Cùng với thời gian hệ thống EGR tiên tiến đời, điều khiển điện tử ECU hệ thống cịn trang bị thêm phận làm mát Chính mà kết cấu ngày phức tạp Lợi ích việc giảm NO x ln kèm với số nhược điểm như: Xuất tiêu hao nhiên liệu tăng, mài mòn chi tiết động EGR thúc đẩy qui định tiêu chuẩn khí xả Trước tiêu chuẩn nước cho phép lượng lớn NO x mà tiêu chuẩn cho phép hàm lượng NOx nhỏ (= 1g/bhp-hr) khơng có cách hiệu việc áp dụng công nghệ EGR Lịch sử tiêu chuẩn phạm vi áp dụng EGR tóm tắt bảng 1.1 Bảng 1.1 Các tiêu chuẩn phạm vi ứng dụng EGR Tiêu chuẩn Euro I-II (1992-1996) Giới hạn NOX Phạm vi ứng dụng NOX + HC = 0,97-0,7 Sử dụng EGR động g/km DI IDI theo tiêu chuẩn Euro I gần với tiêu chuẩn Euro II US 2004 (2002-2004) NOX = 2g/bhp-hr EGR làm mát sử dụng động xe tải xe buýt đại đa số nhà sản xuất như: Volvo, Cummin… Euro IV (2005) NOx = 3,5g/kwh EGR sử dụng nhà sản xuất động xe tải xe buýt hạng nặng như: Scanni, MAN Japan (2005) NOx = 2,0g/kwh EGR sử dụng nhà sản xuất xe tải xe buýt hạng nặng Hino, Isusu US (2007) NOx = 1g/bhp-hr EGR sử dụng xe xe buýt hạng nặng tất nhà sản xuất 1.2 Giới thiệu tổng quan EGR (Exhaust Gas Recirculation) EGR viết tắt từ Exhaust Gas Recirculation nghĩa hệ thống tuần hồn khí xả Hệ thống tuần hồn khí xả (EGR) phương pháp để làm giảm nhiễm khí xả động đốt cách đưa phần khí xả quay trở lại đường ống nạp trước vào xylanh động Một phần khí xả động quay trở lại buồng đốt qua hệ thống nạp để giảm bớt phát xạ NO x khí xả động đốt Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống tuần hồn khí xả EGR phương pháp quan trọng việc làm giảm tỷ lệ NO x diện khí xả động đốt Nguyên nhân làm giảm nhiệt độ đỉnh lửa đốt cháy động Như biết, NOx sản phẩm phản ứng hoá học nitơ ôxy xảy xylanh động điều kiện nhiệt độ cao Bên cạnh đó, nhiên liệu chứa lượng lớn nitơ việc bị ôxy hoá nhiên liệu nguồn phát sinh NO quan trọng Những hiệu ứng dẫn tới làm giảm tỷ lệ NOx khí xả là: Hiệu ứng pha lỗng, hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng hố học hiệu ứng khối lượng 1.2.1 Hiệu ứng pha loãng Khi khí xả tuần hồn đường nạp làm giảm nhiệt độ lửa phát xạ Nó làm giảm lượng ơxy có buồng cháy thay ơxy xylanh phần khí xả (khí trơ) Hiệu ứng pha lỗng nhiều nhà khoa học nghiên cứu [Hawley 1998] [Mellow 1999] Qua nhiều nghiên cứu cho thấy hiệu ứng pha lỗng có ảnh hưởng mạnh tới giảm phát xạ NOx Tác động hiệu ứng pha lỗng gây giảm nhiệt độ cháy từ lan rộng lửa giảm phần tử ơxy Bên cạnh đó, tăng lên phần tử khí vùng lan truyền lửa hấp thụ nhiệt từ lửa làm cho nhiệt độ cháy toàn xylanh giảm Bất kỳ tác động EGR tác động đến hàm lượng ôxy, việc tạo thành NOx phụ thuộc nhiều vào hàm lượng ôxy 1.2.2 Hiệu ứng nhiệt Chỉ ảnh hưởng tăng nhiệt dung riêng trung bình hỗn hợp xảy vùng cháy 1.2.3 Hiệu ứng hóa học Là giảm nhiệt độ cháy phản ứng hố học với khí qua hệ thống EGR Ví dụ nhiệt tiêu thụ phản ứng thu nhiệt phản ứng tách CO2 H2O Nếu giảm NOx có hiệu từ thành phần khí xả khác hút vào hệ thống EGR, CO2 H2O lọc trở lại buồng hút 1.2.4 Hiệu ứng khối lượng Là hiệu ứng kể đến kết xuất thêm chất làm loãng khơng khí nạp Hiệu ứng gây ảnh hưởng lớn tới thay đổi hấp thụ nhiệt chất khí tham gia vào trình phản ứng buồng cháy Sự tăng lên lượng nhiệt hấp thụ khí mà khơng tham gia phản ứng (Q) tỷ lệ với khối lượng tăng lên xylanh (m0), nhiệt dung riêng áp xuất không đổi (Cp) thay đổi nhiệt độ nhiệt độ trình cháy nhiệt độ khí xả hồi lưu thể qua phương trình: Q = m0 Cp (Tcháy – TEGR) Những sản phẩm cháy chứa phần lớn CO H2O với nhiệt dung riêng cao nhiệt dung riêng khơng khí Sự thay đổi lượng nhiệt trung bình tính tốn theo phương trình Kết pha lỗng q trình nạp hiệu ứng nhiệt Sự thay đổi khối lượng m0 hiệu ứng 10 Công suất cực đại 75Kw/2000 rev/min Momen cực đại 278Nm/1300 rev/min Tỷ số nén 16,0:1 Thể tích xylanh 4,06 it Trong tất thử nghiệm, điều kiện môi trường nhiệt độ áp suất đo lường ghi chép Thí nghiệm thực 5°C áp suất 0,814atm FGA-4100 máy phân tích khí Khả đo lường, đơn vị xác hệ thống đưa vào bảng 2.10 Bảng 2.10 Đặc điểm máy phân tích khí Đo Hydrocarbon (HC) Carbon monoxide (CO) Carbon dioxide (CO2) Đơn vị ppm Vol % Vol % Giới hạn 0-9999 0-9,99 0-20 Độ xác 0,01 0,1 Oxygen (O2) Vol % 0-25 0,01 Nitrogen monoxide (NO) ppm 0-5000 Nhiệt độ dầu (°C) 0-150 0,1 Máy phân tích khí bao gồm cảm biến đặt đưa vào hệ thống xả cảm biến thiết bị nơi đưa vào trung tâm buồng đốt để cung cấp tiếp xúc tốt với khói Số lượng EGR điều chỉnh van điều chỉnh đặt đưa vào vòng EGR Cũng số liệu cho HC, NO, CO, CO 2, nhiệt độ khí xả tiêu thụ nhiên liệu ghi nhớ Sau đó, suất động phát mẫu phân tích Tỷ lệ EGR điều kiện tối ưu tìm thấy dựa theo thực phát động Nạp vào khơng khí bao gồm lượng nhỏ CO phần tái chế mang nhiều CO tăng với EGR tốc độ dịng chảy tải động 67 Hình 2.27 Sự thay đổi nhiệt độ khí thải động diesel động diesel-WCO hòa trộn với tỷ lệ EGR khác Hình 2.27 thể thay đổi nhiệt độ khí thải động diesel hỗn hợp nhiên liệu sinh học với tỷ lệ EGR thay đổi Nói chung gia tăng số lượng EGR bên xylanh động cơ, có giảm bớt đỉnh nhiệt độ cháy giảm bớt nhiệt độ khí thải Lý cho giảm bớt nhiệt độ tính sẵn có ôxy tương đối thấp cho đốt cháy nhiệt dung riêng hỗn hợp khơng khí nạp Kết thu đồng ý với quan sát người khác Tuy nhiên nguồn tin khác thu cho thấy mâu thuẫn với kết nghiên cứu Họ báo cáo bổ xung them EGR tăng tuần hồn khí thải Đó xê dịch quy trình cháy đến giai đoạn sau vào hành trình giãn nở khoảng thời gian cháy dài với nhiên liệu cho cháy giới hạn sau Nhiệt độ khí thải cho B10, B20 B50 lãng phí dầu ăn nhiên liệu sinh học nhận thấy thấp so với động diesel khơng có EGR Hình 2.28 Sự thay đổi hydrocarbon động diesel động dieselWCO hòa trộn với tỷ lệ EGR khác Sự thay đổi phát hydrocarbon cho bốn loại nhiên liệu với tỷ lệ EGR khác biểu thị đưa vào hình 2.28 Rõ ràng hạ phát HC động diesel-nhiên liệu sinh học khuấy trộn sử dụng, vài nguyên nhân đề xuất để giảm phát HC thay thông thường động diesel nhiên liệu sinh học Hàm lượng ôxy đưa vào phân tử nhiên liệu sinh học nguyên nhân gây đốt cháy hoàn toàn hơn, số xêtan cao 68 nhiên liệu sinh học giảm thời điểm đốt cháy sử dụng nhiên liệu sinh học tiến triển Tất nguyên nhân hạ phát HC động cơ, số nhà nghiên cứu tìm thấy giống phát HC với động diesel-hỗn hợp nhiên liệu sinh học Mặt khác, nâng lên tốc độ dòng chảy EGR đến mức thấp gây hạ nhỏ đưa vào phát HC Một nguyên nhân cho phần khí gas khơng nung đưa vào hệ thống xả chu kỳ trước lưu thông lại đưa vào chu kỳ sau Hơn nữa, có mặt nguyên lý giúp cho trình đốt cháy, đặc biệt với tăng lên nhiệt độ khí nạp hịa lẫn với khí xả Ngoài ra, thay đổi HC sau xu hướng với mở rộng đưa vào tỷ số EGR dẫn đến mở rộng đưa vào phát HC Sự mở rộng phát HC giảm nồng độ ôxy đưa vào chất nạp EGR vào xylanh mà kiểu phát HC để tăng Hình 2.29 Sự thay đổi carbon monoxide động diesel động diesel-WCO hòa trộn với tỷ lệ EGR khác Hình 2.29 biểu thị thay đổi phát CO động diesel nhiên liệu sinh học với tỷ lệ EGR khác Từ thí nghiệm tìm thấy phát CO tăng với tăng tỷ lệ EGR Gía trị độ cao CO xem cho nhiên liệu diesel với 20%EGR Vì EGR cao hệ tốc độ dịng chảy thiếu nồng độ ơxy đưa vào quy trình cháy khơng hoàn toàn mà làm tăng phát CO Đối với nhiên liệu sinh học, ôxy them hàm lượng xem có phần đền bù cho thiếu ôxy vận hành EGR Hợp chất ôxy nhiên liệu sinh học có vai trị quan trọng với hạ phát CO 69 Hình 2.30 Sự thay đổi Nitric oxide động diesel động dieselWCO hòa trộn với tỷ lệ EGR khác Hình 2.30 mơ tả phát NO, với động diesel, B10, B20 B50 nhiên liệu với tỷ lệ EGR khác Thường nhiều nhiên liệu sinh học phát NO cao dầu diesel Ôxy hàm lượng nhiên liệu sinh học tham số đáng kể đưa vào mức hình thành cao, hàm lượng ơxy nhiên liệu sinh học cung cấp nhiệt độ đỉnh số dư tương ứng khơng khí Do đó, độ cao phát NO cho hồn toàn cháy nhiên liệu sinh học với hữu ôxy đưa vào buồng đốt Mặt khác, phát NO có khuynh hướng hạ đầy ý nghĩa với tăng tỷ số EGR tăng tổng cộng nhiệt dung buồng đốt EGR, mà hạ nhiệt độ đốt cháy cao Đây có có mặt khí trơ CO2 H2O đưa vào buồng đốt giảm đỉnh nhiệt độ đốt cháy, thay ôxy đưa vào buồng đốt 70 Chương Ảnh hưởng EGR (Exhaust Gas Recirculation) đến hiệu suất động 3.1 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất nhiệt hiệu suất thể tích Động chạy chế độ tải khác với tốc độ không đổi 1500rpm tỷ lệ EGR thay đổi từ 0% đến 25% Hiệu suất nhiệt thể hình 3.1, hiệu suất nhiệt thấy cao với EGR tải thấp động Lý hợp lý đốt lại hydrocacbua vào buồng đốt với khí thải tuần hồn lại Ở tải phần, khí thải có CO2 lượng lớn O2 Hơn phận làm mát EGR giống thiết bị đun nóng trước hỗn hợp nạp vào khí thải tuần hoàn lại đưa vào xylanh Sự đốt cháy vượt giới hạn hydrocacbua không nung sử dụng với hạ tỷ lệ nhiên liệu tải cao động cơ, hiệu suất không bị ảnh hưởng EGR Ở tải cao, khí thải có lượng CO lớn hạ nhiệt độ cực đại đưa vào buồng đốt với tính sẵn có ơxy đốt lại HC không đáng kể Hiệu suất nhiệt tăng nhẹ tải thấp với EGR so với EGR Nhưng tải cao, hiệu suất nhiệt tương tự với EGR khơng có EGR Hình 3.1 Hiệu suất nhiệt với tỷ lệ EGR khác Hình 3.2 thể cho hiệu suất thể tích với tỷ lệ EGR khác Hiệu suất thể tích giảm tỷ lệ EGR tăng Lưu lượng khơng khí nạp vào giảm điều có nghĩa hiệu suất thể tích giảm 71 Hình 3.2 Hiệu suất thể tích với tỷ lệ EGR khác 3.2 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất thể tích động diesel nhiên liệu khí tự nhiên Khái niệm sử dụng lựa chọn nhiên liệu dạng khí đưa vào động diesel giới quan tâm Tăng giá nhiên liệu lấy từ dầu mỏ làm ô nhiễm mơi trường dẫn đến tìm kiếm nhiên liệu khác từ vài năm qua CNG (nén khí tự nhiên) nhiên liệu có số lượng lớn sẵn có nhiều nơi giới Nó nhiên liệu cháy so với chất lỏng thông thường nhiên liệu dầu diesel xăng Việc sử dụng CNG đưa vào động diesel có tính kinh tế thuận lợi cho mơi trường Trong động vận hành hai loại nhiên liệu, nhiên liệu dạng khí hịa lẫn với khơng khí nạp vào phần bên xy lanh động nhiên liệu phun vào cuối hành trình nén Sau đó, truyền lửa xảy qua hỗn hợp khí ga – khơng khí Do đó, vận hành nhiên liệu kép với chứa khí nhiên liệu hiệu suất nhiệt cao, tương xứng với động diesel tải cao Tuy nhiên, động vận hành hai loại nhiên liệu chịu thiệt hại hiệu suất nghèo tăng phát tải trọng nhẹ Đây chủ yếu kết hỗn hợp nghèo tải thấp Hỗn hợp nghèo khó đốt cháy, việc sử dụng tuần hồn khí xả đề xuất phương pháp để cải thiện tải phần thực đặc tuyến phát xạ 72 Khi xem xét nhiên liệu dạng khí để dùng đưa vào động diesel, số vấn đề bao gồm: ảnh hưởng động hoạt động thông số thiết kế, việc thực nhiên liệu kép động quan trọng CNG bao gồm thành phần sau: 96,113% methane, 2,571% ethane, 0,359% propane, 0,05% I- butane, 0,09% N- butane, 0,01% I- pentane, 0,598% nitrogen, 0,149% carbon dioxide, 0,06% hexane % EGR= MEGR/ Mkhí nạp Mkhí nạp = Mkhơng khí +MEGR+MCNG Động dùng để nghiên cứu động sử dụng xy lanh đơn, động phun trực tiếp, thông số động đưa vào bảng 3.1 đây: Bảng 3.1 Các thông số động Loại động Kirloskar Kiểu DAF Tốc độ (rpm) 1500 Số xy lanh Đường kính xy lanh 95mm Chu kỳ 110mm Thể tích cơng tác (cc) 779.704 Tỷ số nén 17.5:1 Điều chỉnh thời điểm phun 26 BTDC Áp suất mở vòi phun 200 bar Bảng 3.2 Các số nhiên liệu dầu diesel CNG Loại nhiên liệu Cơng thức hóa học Cacbon Hy-đro Trọng lượng mol (g) Mật độ (kg/m3) Tốc độ lửa ( cm/s) Giới hạn tính bốc cháy (%mol) Nhiệt độ đánh lửa tự động ( °C) Chỉ số xêtan 73 Diesel CNG C10.8H18.7 84-87 75 33-16 25 200 16-18 823-844 0.79 2.0-8.0 34 0.6-7.5 5.3-15.0 230-280 730 45-50 Hình 3.3 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất thể tích Qua hình vẽ cho ta thấy với tăng tỉ lệ EGR đưa vào vận hành nhiên liệu kép, hiệu suất thể tích giảm Đây khơng khí thay EGR 3.3 Tua-bin nén khí giải pháp cho EGR động diesel cỡ lớn - EGR máy nén kiểu tua bin Máy nén kiểu tua-bin turbo máy mà cung cấp khí nén cho đốt cháy lấy lượng từ độ giãn nở khí xả Máy nén kiểu tua-bin EGR khơng phù hợp với định nghĩa này, gọi quạt gió EGR bị điều khiển tua-bin khí xả lấy bổ xung lượng từ khí xả Vì điều kiện khác lưu lượng áp suất tỷ số nén tiện lợi đưa vào lượng phù hợp với máy nén truyền lượng linh động giá trị trung bình thích hợp tiến trình, mối quan hệ trực tiếp ưa thích lý thực hành, đầy thử thách khơng cân đối máy nén tua-bin Sự kết hợp không tương xứng áp suất tỷ số nén máy nén thấp lý hiệu suất cao từ máy nén kiểu tua-bin EGR Theo ứng dụng, giá trị phạm vi 30 đến 60% thực tế Hiệu suất giảm van tiết lưu EGR nạp vào tua-bin phải điều khiển tỷ lệ EGR Điều khiển cho van tiết lưu cao cho ứng dụng với tốc độ máy biến số với cố định hình học khơng có tiết lưu tỷ lệ EGR 74 không đổi tải động cơ, biến số với tốc độ cho động dịng khí thường dẫn động tua-bin đại diện cho lượng mát, giảm hiệu suất tua-bin nén khí (tăng áp) Sự thay đổi hiệu suất tua-bin nén khí chịu ảnh hưởng hiệu suất máy nén kiểu tua-bin EGR Vì định rõ dịng khí xả cho tỷ lệ EGR, ảnh hưởng rõ rang nhỏ, cho 1% thay đổi hiệu suất tua-bin nén khí (tăng áp) điều cần thiết thay đổi xấp xỉ 10% Mối quan hệ độ hiệu EGR máy nén kiểu tua-bin hệ thống tua-bin nén khí (tăng áp) hợp lý đưa vào tổng quát, hệ khác cho động kỳ kỳ Động kỳ địi hỏi tỷ lệ EGR từ 30-40% hiệu suất giảm dần tỷ lệ EGR tăng dần (hình 3.4) Khi khơng có EGR hiệu suất cao, giá trị số Hình 3.4 Hiệu suất tua-bin nén khí (tăng áp) với máy nén kiểu tua-bin EGR Từ động kỳ đòi hỏi hiệu suất tua-bin nén khí (tăng áp) cao, ứng dụng máy nén khí kiểu tua-bin EGR khơng cân nhắc cho loại động Ứng dụng động kỳ với pha tua-bin nén khí (tăng áp) tình hình tốt hơn, tỷ lệ EGR đòi hỏi hạ thấp động kỳ bị hư hỏng với thay đổi hiệu suất tua-bin nén khí (tăng áp) 75 3.4 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất nhiệt có ích Động thường nghiên cứu sử dụng xylanh đơn động phun trực tiếp, nước làm mát, động đốt nén cháy tốc độ khơng đổi hút gió tự nhiên, đặc điểm trình bày vào bảng 3.3 Bảng 3.3 Đặc điểm động STT 10 Đặc điểm Số xylanh Số kỳ Công suất (Kw) Tốc độ (rpm) Tỷ số nén Tiêu thụ nhiên liệu (g/kWh) Áp suất vòi phun (bar) Thời điểm phun (°btdc) Dung tích xylanh (cc) Hệ thống đốt cháy Gía trị 7,5 1500 16,5:1 251 200 23 950 Phun trực tiếp Động gắn liền với lực kế thủy lực qua tải áp dụng tăng cung cấp nước đến cánh chong chóng qua máy bơm ly tâm Động thử 0, 25, 50, 75 100 phần trăm điều kiện tải trọng phanh Động có khả chạy động diesel túy kiểu nhiên liệu kép, động thay đổi để chạy khí sinh học cách đưa vào ống hút qua thiết bị trộn Tốc độ dịng chảy khí sinh học giữ cố định cho tốc độ tải định trước Khí sinh học sinh từ bèo lục bình thu thập phịng thí nghiệm, đặc điểm tính chất khí sinh học thể qua bảng 3.4 76 Bảng 3.4 Đặc điểm tính chất khí sinh học STT Số lượng Mêtan (%) Cacbon điôxit Nitơ Mật độ (kg/m3) LHV (KJ/Kg) Chỉ số octan Nhiệt độ tự bốc cháy (°C) Đơn vị 49 - 53 21 - 29 17 - 19 1,22 19,100 130 632 - 813 Khí sau cung cấp đến động qua máy bơm chuyển khí sinh học Tốc độ dịng chảy thể tích khí kiểm sốt van đo lường sử dụng máy đo lưu lượng khí Sự kiểm tra tỷ lệ lưu lượng tính sử dụng thể tích khí tiêu thụ, mật độ khí thời gian Hình 3.5 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất nhiệt có ích với tải động Từ hình 3.5 trình bày khác hiệu suất nhiệt có ích vơi tải động cơ, hiệu suất nhiệt có ích tăng với tăng đưa vào tải động với chế độ điều hành Hiệu suất nhiệt có ích tăng với EGR lên đến khoảng 20 EGR % sau bắt đầu hạ Lý tăng đưa vào hiệu suất nhiệt có ích với EGR đốt lại HC vào buồng đốt với tuần hồn khí xả EGR tăng, nhiệt độ chất nạp vào tăng tỷ lệ cho đốt cháy Tuần hồn khép kín khí xả 77 nhiều, nhiên chuyển vị phần lớn không khí cần thiết đốt cháy, dẫn đến giảm hiệu suất nhiệt Hình 3.6 Ảnh hưởng EGR đến hiệu suất nhiệt có ích với momen Hình 3.6 thể khác hiệu suất nhiệt có ích với momen với tỷ lệ EGR khác Quan sát thấy với tăng tỷ lệ EGR momen khác giảm nhỏ với hiệu suất nhiệt có ích Điều thiếu hụt ôxy tải độ cao, mà dẫn đến cháy khơng hồn tồn Hình 3.7 Ảnh hưởng EGR đến cơng suất có ích động với tải động Hình 3.7 thể khác công suất đầu động với tải Cho thấy EGR khơng có ảnh hưởng đáng kể công suất động EGR lên đến 30% Đây khí gas cho quay vịng lại khơng chuyển vị q nhiều khơng khí cần cho đốt cháy mà gây giảm cơng suất đầu 78 KẾT LUẬN Với mong muốn nghiên cứu biện pháp làm giảm phát thải ô nhiễm khí xả động đốt trong, đặc biệt phát thải NOx Vì qua kết tiến hành thí nghiệm với động đại cỡ lớn trang bị thêm hệ thống EGR ngồi ECU ứng dụng để thay đổi thời điểm phun nhiên liệu Ta rút số kết luận quan trọng sau: EGR biện pháp hữu hiệu để làm giảm hàm lượng NOx khí xả động Diesel cỡ lớn Hệ thống phù hợp với động đời cũ để phù hợp với tiêu chuẩn khí thải Điều có ý nghĩa quan trọng, giúp tận dụng động cỡ lớn đời cũ.Tránh tình trạng lãng phí, phải vứt bỏ động loại này, khơng phù hợp với tiêu chuẩn khí thải đặt Qua thí nghiệm cho thấy rằng: việc lắp thêm hệ thống EGR cho động hoàn tồn (đặc biệt động cỡ lớn) Nó khơng làm thay đổi nhiều tính làm việc khơng gian kích thước động EGR kéo theo tăng lên FSN xuất tiêu hao nhiên liệu có ích Nhưng sử dụng tỷ lệ EGR thích hợp nhận tỷ lệ tăng chấp nhận FSN xuất tiêu hao nhiên liệu có ích Điều đảm bảo tính kinh tế cho động lắp thêm EGR Khi kết hợp tốt sử dụng tỷ lệ EGR hợp lý với góc phun sớm phù hợp đồng thời làm mát tốt khí xả hồi lưu thu kết tốt (giảm đi) hàm lượng NOx khí xả động tỷ lệ tăng thích hợp (có thể chấp nhận xuất tiêu hao nhiên liệu có ích), tức đảm bảo tính kinh tế động Các biện pháp nêu đặc biệt phù hợp với nước phát triển, Việt Nam, để chuyển đổi tình trạng động có phù hợp với u cầu tiêu chuẩn khí xả cao (Euro II) Các vấn đề mà đề tài em đạt được: 79 - Nghiên cứu hệ thống tuần hồn khí thải EGR (Exhaust Gas Recirculation) - Nghiên cứu ảnh hưởng EGR đến đặc tính phát thải hiệu suất động Trong trình nghiên cứu, làm đồ án có nhiều cố gắng điều kiện thời gian, kinh nghiệm thực tế, trình độ hiểu biết cịn hạn chế nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ơtơ nhiễm mơi trường : GS.TS Bùi Văn Ga NXB giáo dục [2] Chun đề khí thải động đốt nhiễm môi trường tác giả Bùi Văn Ga, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam NXB giáo dục [3] Bài giảng khí xả động đốt trong: TS Nguyễn Trung Kiên (Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên- Đại học Thái Nguyên) [4] K Muralidharan, D Vasudevan, “Performance, emission and combustion characteristics of a variable compression ratio engine using methyl esters of waste cooking oil and diesel blends’’, Applied Energy ,88 , pp.3959– 3968,2011 [5] Jaffar Hussain, K Palaniradja, N Alagumurthi, R Manimaran, “Effect of Exhaust Gas Recirculation (EGR) on Performance Emission characteristics of a Three Cylinder Direct Injection Compression Ignition Engine’’, Alexandria Engineering Journal,51, pp.241–247, (2012) [6] K Rajan , K R Senthilkumar, “Effect of Exhaust Gas Recirculation (EGR) on the Performance and Emission Characteristics of Diesel Engine with Sunflower Oil Methyl Ester,” JJMIE, Volume 3, ISSN 1995-6665 Pages 306 –311, Number 4, December 2009 [7] Sureshkumar K., Velraj R., Ganesan R Performance and exhaust emission characteristics of a CI engine fueled with Pongamia pinnata methyl ester (PPME) and its blends with diesel Renewable Energy 2008, 33, 2294– 2302 [8] Mahla, S.K., Das, L.M and Babu, M.K.G (2010) Effect of EGR on Performance and Emission Characteristics of Natural Gas Fueled Diesel Engine Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, 4, 523-530 [9] Kumar, N.R., Sekhar, Y.M.C and Adinarayana, S (2013) Effects of Compression Ratio and EGR on Performance, Combustion and Emissions of Direct Injection Diesel Engine International Journal of Applied Science and Engineer-ing, 11, 41-49 81 ... hưởng tỷ lệ EGR thực phát động diesel phun trực tiếp với hỗn hợp nhiên liệu sinh học 63 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA EGR (EXHAUST GAS RECIRCULATION) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ 69 3.1 Ảnh hưởng. .. phát xạ NOx khí xả động Với mong muốn hiểu biết hệ thống tuần hồn khí xả (Exhaust Gas Recirculation) ảnh hưởng hệ thống đến đặc tính phát thải Tác giả lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng EGR. .. 2.7.1 Ảnh hưởng tuần hồn khí thải (EGR) đến đặc tính phát thải động diesel sử dụng dầu diesel Este Metyl Pongamia Pinta ( PPME) 49 2.7.2 Ảnh hưởng hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) đến