Tiểu luận động cơ đốt trong nâng cao tiết kiệm nhiên liệu và khí xả

5 Tiết kiệm nhiên liệu khí xả 5.1 Khả tiết kiệm nhiên liệu Trong động cũ, hệ thống nhiên liệu cải tiến thực chất cải tiến lượng tiêu thụ nhiên liệu chất cặn bẩn khí xả làm nhiễm môi trường Sự cải tiến nhiên liệu xe khách quan trọng làm tảng cho phát triển động SI, loại động Diesel nhỏ,có tốc độ cao Hiệu suất nhiệt động GDI tăng cường có tỉ số nén lớn,hoặc tạo hịa khí nghèo qua khử nhiệt mát qua bướm ga vách Động GDI sử dụng hệ thống phân lớp chất thải đưa điện áp để làm giảm lượng tiêu hao nhiên liệu 20-25% chu kỳ xăng, nhiệt hình học tối ưu hóa Trong hình 81(a) biểu diễn mức nhiên liệu 2000rpm 0.2MPa BMEP Tính tốn cơng suất mát ma sát không đổi tỉ số cân thay đổi Trong phần động có hịa khí lí tưởng λ= 1.0 - 1.3 hệ thống phân lớp chất thải từ λ= 1.6- 3.4 Nó lượng khí xả nhiệt trao đổi vách giảm 10.8 12,5% Theo kết nghiên cứu dự báo lên đến 23% Hiệu suất nhiệt mát giải thích thất bướm ga chu trình nhiệt động lực học Sự cân tính tốn riêng lẻ điểm biểu thị Chu trình nhiệt động lực học cơng nghệ GDI điểm hoạt động làm giảm công suất bơm bị 95%, nhiệt bị 42% làm giảm lượng khí xả 26% Nó tạo hỗn hợp nghèo λ= 1,3 làm giảm áp suất tổng cộng khoảng 5% Khả tiết kiệm nhiên liệu PFI GDI cao Động GDI có khả chịu tải cao mà không cần bướm ga mở hết cỡ Thực chu trình nhiệt động lực học hệ thống tiết kiệm nhiên liệu GDI có khả vận hành phần tải cách sử dụng overall-lean ,nhưng phân lớp ,hịa khí Vì chúng q tiếng nên hiệu suất tiết kiệm cao xx.Tóm lại việc cải tiến BSFC động GDI động PFI thơng thường : •Tạo áp lực bơm để bướm ga vận hành phần sử dụng hòa khí nghèo tổng cộng •Tạo tiếng gõ giới hạn cho tỉ số nén nhiệt độ khí thấp •Tạo nhiệt độ thấp kim phun suốt q trình cháy diễn •Tạo áp suất vòng để làm gi ảm tỉ số nén điều kiện hịa khí nghèo •Tạo thành xy lanh buồng cháy có sức nóng giả m cho q trình cháy phân lớp •Shimotani so sánh lượng tiêu thụ nhiên liệu động PFI GDI trình phun đồng Trên hình 82 mức giới hạn nghèo phun thời diểm 600 ATDC kì hút (ứng với 300 hình) động GDI Tuy nhiên kim phun 2100 ATDC hút (-150 hình) hịa khí nghèo giới hạn GDI.Người ta phát BSFC cải thiện tỉ số nhiên liệu/ khơng khí,mặc dù hiệu suất lớn 20% BSFC cải thiện khoảng 13% tỉ số lí tưởng Hình 82: Thời gian phun tỉ lệ nhiên liệu khơng khí động ISUZU sử dụng GDI So sánh DGI PFI Bảng mức độ thải từ hệ thống Hình 83 : Tính kinh tế nhiên liệu GDI Như biết, hệ thống nhiên liệu cải thiện công nghệ GDI ,mà động bình thường tải nặng thuộc tính phận cải thiện nhiên liệu cơng nghệ phun xăng trực tiếp.Anderson có báo cáo cho cải thiện từ 5% chế độ có tải 10% chế độ cầm chừng Hệ thốnng GDI FORD có hệ số tỷ lượng thấp hoạt động chế độ tải cải thiện đến 12% so sánh với PFI diều kiện Động GDI với EGR giảm khí xả đến 22% so sánh với PFI khơng có EGR ,trong lúc dó BSFC cải thiện 19% Động GDI làm giảm lượng NOx từ 7-10% Tóm lại : •GDI có tỉ số nén cao : 1,5 -2% •Chỉ số EGR cho phép : 1,5- 2% •Cải thiện số nhiên liệu khơng khí q trình làm ấm thời 1-2% •Cải thiện mơmen lực 3-4% 5.2 Khí xả giải pháp cải thiện hệ thống nhiên liệu Điện áp quan trọng hệ thống phun xăng trực tiếp,ở dộng kì FI điều dễ hiểu Nó tạo cơng suất thật, nhiên ,có thể cài đặt hệ thống diều khiển khí xả ,phần cứng, điều khiển mức khí xả thích hợp Đây rào chắn việc phát triển hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp Đặt biệt vài lưc cản trình phun nhiên liệu thỏa hiệp để tạo tiêu chủa khí xả US ULVE SULEV Đáp án câu hỏi nằm công thức OEMs động GDI giới hạn cuối hệ thống tiết kiệm nhiên liệu Một điều quan trọng sai số ln có tỉ đối xác động PFI Đây so sánh BSFC hệ thống tuần hồn khí xả Những công nghệ truyền thống hệ thống tuần hồn khí xả từ động GDI tổng kết phía sau thảo luận tiếp chương này: •Hệ thống điều khiển khí xả UBHC tải nhẹ tải nặng: •Bướm ga tải nhẹ hoạt động •UBHC mở •Bộ xúc tác UBHC hoạt động •NOx : oEGR oBộ xúc tác ba tác dụng oBộ xúc tác làm giảm NOx •Chất phân tán oTrong hệ thống cháy hệ thống điều khiển buồng cháy oBộ xúc tác oxi hóa Mặc dù điện áp hệ thống tiết kiệm nhiên liệu động GDI cải thiện đáng kể Nó áp dụng cho hầu hết động GDI, yêu cầu hệ thống xả hoạt động cho q trình cháy Ví dụ, khó đẻ xác định q trình cháy nhỏ lúc xúv tác hoạt động động làm nóng Như trên,hịa khì nghèo giới hạn khí xả Jackson có báo cáo cho 20% EGR 20% tái tạo lại UBHC điều khiển thơng qua bướm ga, động GDI với tốc độ, tay số,và 60% NOx thải đáp ứng tiêu chuẩn EURO Chiến lược tiết kiệm nhiên liệu tới 14%, 3,6% CO2 đáp ứng tiêu chuẩn Sử dụng kiểu vùng, Iiyama Muranaka tính tốn lượng tiêu thụ nhiên liệu động GDI cho nhánh hoạt động định Và cho cải thiện đến 20% nhiên liệu so với động PFI có sử dụng xúc tác ba tác dụng Nhiệt độ xúc tác quan trọng tính hịa khí cực nghèo, xúc tác để nhiệt độ trì giá trị xác     Hình 84 : Biểu đồ mức độ nhiễm Ford sử dụng GDI •Sử dụng IWEP để khởi động lạnh xylanh đơn để nghiên cứu trình hoạt động phun trực tiếp Mức độ sử dụng HC cho xy lanh đơn để nghiên cứu động 295K, 1500rpm, 43kPa, Bugi đánh lửa 230 BTDC Đối lập với nồng độ HC khởi động lạnh,nồng độ HC tải thấp hoạt động giống với động DISC Trong hệ thống phun xăng trực tiếp, lửa không đồng với chế độ hịa khí nghèo khu vực mà hịa khí chuyển từ giàu sang nghèo Ngọn lửa giàu hòa trộn khe hở bugi hịa khí nghèo sinh HC có tải động GDI Khi nhiệt độ khí xả thấp ,nó làm cho xúc tác ba tác dụng hoạt động khó khăn Kết trình tạo HC động GDI tóm lại sau : •Ngọn lửa yếu tạo hịa khí cực nghèo hịa trộn gần khu vực biên động nạp •Sự cháy yếu làm giàu khu vực đỉnh piston thành xy lanh •Nhiệt độ lửa thấp làm giảm khả xảy HC •Nhiệt độ khí xả thấp làm giảm bớt hiệu xúc tác •Nhiệt độ khí xả thấp làm giảm khả tạo HC ống Pơ Tóm lại, có hệ thống phun xăng trực tiếp làm giảm khả xảy HC cầm chừng Khi động có tải hoạt động tốc độ cao,thì HC sinh q trình hịa trộn nhiên liệu trước Khi EGR hoạt động tải thấp HC bị loại trừ •Mức độ thải HC động xy lanh HC thải ống xả xy lanh Hình 86: Kết thí nghiệm động GDI ISUZU LA-4 động thứ 11 Như biết sử dụng động nạp làm ngọc lửa xảy nhanh hơn trình cháy đồng Khi gắn hệ thống EGR làm cho trinh cháy xảy chậm làm cho thời điểm đánh lửa bị trễ Tỉ lệ KK/NL lớn, Nhưng khơng cải thiện q trình cháy làm cho khí xả tăng lên HC sử dụng lại hệ thống EGR,nhưng cấu phức tạp, làm cho q trình cháy khó khăn,làm trễ thời điểm đánh lửa Tuy nhiên Jackson Lakes lại có báo cáo cho HC tạo PFI GDI giống ta cho chúng tỉ số KK/NL Q trình HC xảy thuận lợi gắn trêm hệ thống EGR.Khả đặc biệt hệ thống EGR đem HC thải tham gia lại trình cháy trình cháy HC 5.2.2 NOx Khi khí cháy bắt đầu sạch, q trình cháy động PFI tạo NOx động Kết trình khơng khí bị nhiễm Tuy nhiên phát triển động GDI với động nạp nhiên, hệ thống GDI vùng phản ứng cịn có nhiệt độ cao dẫn đến việc phải bù hệ số lượng vào cho hịa khí giàu Động GDI đạt mức tiết kiệm nhiên liệu thuận lợi chống tiếng gõ lớn tỉ số nén cao, khó khống chế NOx Một điều nhiệt độ bên xy lanh cao khối lượng tỉ số nén lớn bướm ga mở rộng Một điều mức NO x động GDI khơng có hệ thống hồi lưu ,khí thải EGR giống động PFI, số loại động GDI hoạt động tỉ số nén lớn tải thấp Như mô tả sử dụng thời kim phun sớm động GDI sản sinh NOx giống PFI Kim phun 30 ATDC vào kỳ hút(-1500C ATDC hình) sản sinh lượng NOx cao Góc đánh lửa sớm có ảnh hưởng mạnh đến phát sinh NO Khi tăng góc đánh lửa sớm, điểm bắt đầu cháy xuất sớm chu trình cơng tác, áp suất cực đại xuất gần ĐTC giá trị cao Vì vậy, tăng góc đánh lửa sớm làm tăng nhiệt độ cực đại Mặt khác, thời điểm cháy bắt đầu sớm nên thời gian tồn khí cháy nhiệt độ cao kéo dài Hai yếu tố tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành NO Vì tăng góc đánh lửa sớm làm tăng nồng độ NO khí xả Trong điều kiện vận hành bình thường động cơ, giảm góc đánh lửa 10 độ giảm nồng độ NO từ 20 ÷ 30% áp suất cực đại động Một động ví dụ GDI thiết kế để hoạt động hịa khí nghèo hịa khí cưc nghèo,nó khơng có tác dụng dùng xúc tác tác dụng dể khử NOx, nên sử dụng công nghệ tái tạo NO x xy lanh hệ thống xử lí khí xả khác So sánh khả tái sản xuất NOx động PFI, GDI động Diesel mô ta hình 88 Rõ NOx sinh độc hại NOx sinh tạo áp suất chân không sử dụng bướm ga Hệ thống thắng chống áp lực chân không (VPBS)luôn sử dụng chân không qua bướm ga sử dụng hệ thống bơm chân không Một vài động GDI chứng minh so sánh khí xả nhiên liệu với sử dụng bướm ga Hệ thống bướm ga điều khiển điện tử thường sử dụng cho GDI hệ thống khí tiên tiến TOYOTA sử dụng Hình 88: Hiệu suất EGR để tái sử dụng NOx kiểu khác đỉnh lửa Động SI sử dụng EGR rộng rãi để tiết kiệm nhiên liệu, có nhiều báo cáo cho động GDI mạnh gấp sử dụng xúc tác làm nghèo NOx Bởi EGR khơng tái sản sinh NOx chạy có tải chúng sử dụng hầu hết giới( Nam Mỹ, Châu Âu, Nhật) Một số công nghệ cho NOx trình cháy nghèo động nạp Chúng tóm tắt bên đây: •Bộ xúc tác NOx nghèo •Sử dụng hệ thống ống xả NOx động nghèo : •Sử dụng HC dể giảm NOx •Có hiệu suất thấp •Hoạt động khoảng nhiệt độ hẹp, dựa vật liệu xúc tác; •Sử dụng xúc tác tác để cải thiện độ bền •Chống nhiễm bẩn lưu huỳnh •Lọc NOx •Kiểm soát NOx động nghèo •Kiểm sốt NOx tỉ số nhiên liệu khơng khí cao •Khơng có HC để kiểm sốt NOx •Hoạt động áp suất cao hoạt động 300-5000C •Hịa khí giàu •Sử dụng hệ thống phức tạp để cải tạo •Khơng bền xúc tác tác dụng •Giới hạn nồng độ lưu huỳnh xăng Bộ xúc tác tác dụng Plasma •Làm nhiệt độ bị giãn nở •Cải thiện NO tái tạo cịn gặp khó khăn Hình 89 : Khả tái tạo NOx động GDI Mitsubisi sử dụng EGR(2000rpm, 15mm3) Hình 90 : Khả tái tạo NOx động GDI TOYOTA sử dụng EGR(2000rpm, 15mm3) Một vấn đề sử dụng hệ thống hồi lưu NO x cho hỗn hợp cháy nghèo để giảm khí xả động có tải Trong suốt q trình làm động cơ, thành phần tạo tỉ lệ nhiên liệu tạo cơng suất động Trong động Toyota D-4 sử dụng hệ thống GDI, nhiên liệu phun liên tục suốt trình hút tạo hỗn hợp giàu đỉnh đạt cự ly xa gấp 50 lần Sử dụng động nạp đỉnh phức tạp khơng cung cấp nhiên liệu nhiều mà cịn đánh lửa chậm Nhưng ln ln kiểm soát thời điểm đánh lửa, bướm ga mở van SCV EGR hoạt động Có báo cáo cho rằng, mức NOx cho động mà khơng có EGR NOx Catalyst 1,85 g/km Nhật sau 10-15 lần thử Với hệ thống EGR, NOx gi ảm xuống cịn 0,6 g/km, tức giảm đến 67% Và giảm xuống 0,1 g/km xử dụng NO x Catalyst •6 Giới thiệu hệ thống đánh lửa MISUBISHI Hệ thống đánh lửa động GDI Misubishi phát minh Kume, Ando, Kuwahara, Kamara Takada, Yamamoto,Yamaguchi, McCann,Auer, Schreffler, Demmler, Lewis, Ward Treece Biểu đồ bố trí động cơ, động lượt cắt,hệ thống xy lanh Piston hình 101-103 Biểu đồ bố trí động Biểu đồ lượt cắt động Đặc điểm chủ yếu động 1,8L ,GDI xy lanh : •4 xy lanh •Van DOHC buồng cháy nghiêng •Xy lanh 81 x 89 mm •Đánh lửa trung tâm •Hịa khí trực tiếp sử dụng buồng cháy trung tâm •Tỉ số Lực trộn hút 1,8 •Phun áp suất cao, xoáy lốc •Sử dụng Common-rail áp lực phun Mpa •Sử dụng bướm ga phẳng khiển điện tử •Hệ thống đánh lửa 60 mJ, sử dụng Bugi Platium khe hẹp •TỈ số Nhiên liệu khơng khí 40:1 có tải •Tải cao phun sớm •Sử dụng hệ thống hồi lưu khí xả EGR, xúc tác NOx •Chỉ số otan cho xăng A92 •Tốc độ cầm chừng 600rpm •Cơng suất 112Kw HS 65 rpm ... nhiệt động lực học hệ thống tiết kiệm nhiên liệu GDI có khả vận hành phần tải cách sử dụng overall-lean ,nhưng phân lớp ,hịa khí Vì chúng q tiếng nên hiệu suất tiết kiệm cao xx.Tóm lại việc cải... EGR cho phép : 1, 5- 2% •Cải thiện số nhiên liệu khơng khí q trình làm ấm thời 1-2 % •Cải thiện mơmen lực 3-4 % 5.2 Khí xả giải pháp cải thiện hệ thống nhiên liệu Điện áp quan trọng hệ thống phun... nhiệt bị 42% làm giảm lượng khí xả 26% Nó tạo hỗn hợp nghèo λ= 1,3 làm giảm áp suất tổng cộng khoảng 5% Khả tiết kiệm nhiên liệu PFI GDI cao Động GDI có khả chịu tải cao mà không cần bướm ga mở