Bài báo sẽ trình bày kết quả thực nghiệm so sánh đối chứng tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ do Veam - Việt Nam sản xuất bao gồm động cơ TV165, RV165 với động cơ RT155 do Kubota - Thái Lan sản xuất tại các chế độ ổn định và theo chu trình thử ISO 8178-4 C1. Các kết quả đạt được sẽ giúp nhóm nghiên cứu đánh giá thực trạng cũng như là cơ sở đề xuất các giải pháp công nghệ nhằm cải thiện chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật và phát thải của nhóm động cơ này do Veam nói riêng và Việt Nam sản xuất nói chung.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG TÍNH NĂNG KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG TRONG MÁY NƠNG NGHIỆP CĨ DẢI CƠNG SUẤT TỪ - 19kW RESEARCH ON ASSESSMENT OF CURRENT SITUATION OF ECONOMIC, TECHNICAL AND EMISSION CAPACITIES OF DIESEL ENGINE USED IN AGRICULTURAL MACHINARY WITH CAPACITY RANGED FROM - 19kW Khổng Vũ Quảng1, Nguyễn Duy Tiến1,*, Đinh Xuân Thành2, Lê Trí Hùng3, Nguyễn Thế Trực1, Lê Đăng Duy1, Lê Mạnh Tới1 TÓM TẮT Động diesel sử dụng lĩnh vực nông nghiệp gia tăng nhanh chóng số lượng dần trở thành nguồn phát thải đáng kể gây nhiễm mơi trường khơng khí Trong đó, nước ta chưa xây dựng tiêu chuẩn phát thải động sử dụng lĩnh vực nhằm quản lý theo luật bảo vệ môi trường tạo rào cản pháp lý nhằm hạn chế nhập động chất lượng vào Việt Nam Bài báo trình bày kết thực nghiệm so sánh đối chứng tính kinh tế, kỹ thuật phát thải động Veam - Việt Nam sản xuất bao gồm động TV165, RV165 với động RT155 Kubota - Thái Lan sản xuất chế độ ổn định theo chu trình thử ISO 8178-4 C1 Các kết đạt giúp nhóm nghiên cứu đánh giá thực trạng sở đề xuất giải pháp công nghệ nhằm cải thiện tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải nhóm động Veam nói riêng Việt Nam sản xuất nói chung Từ khóa: Tier 2; giảm phát thải; máy nơng nghiệp ABSTRACT Diesel engines used in agriculture are rapidly increasing in number and gradually becoming one of the significant emission sources causing air pollution Meanwhile, our country has not yet developed a set of emission standards for the engines used in this field to manage thme under the law on environmental protection, as well as created a legal barrier to restrict the import of Low-quality engines enter Vietnam This paper will present experimental results comparing the economic, technical and emission features of Veam - Vietnamese products including TV165, RV165 and RT155 engines manufactured by Kubota - Thailand in stabilization modes and ISO 8178-4 C1 test cycle standard The empirical results will help the research team evaluate the current situation as well as the basis for proposing technological solutions to improve the economic, technical and emission targets of this engine group by Veam in particular and Vietnam engines in general Keywords: Tier 2; emission reduction; agricultural machinary Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tổng công ty Máy động lực Máy nông nghiệp Việt Nam * Email: tien.nguyenduy@hust.edu.vn Ngày nhận bài: 15/6/2020 Ngày nhận sửa sau phản biện: 19/9/2020 Ngày chấp nhận đăng: 24/5/2021 88 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (4/2021) GIỚI THIỆU CHUNG Việt Nam nước thuộc vùng nhiệt đới gió mùa ẩm nên việc phát triển ngành nơng nghiệp có nhiều thuận lợi trọng Theo tiến trình lịch sử, nông nghiệp nước ta từ chỗ đơn sản xuất để cung cấp nhu cầu lương thực thực phẩm phục vụ nước nông nghiệp ngày đóng vai trị quan trọng kinh tế, chiếm tỷ trọng đáng kể mặt hàng xuất chủ lực [1] Đóng góp lớn q trình phát triển ngành nơng nghiệp q trình giới hóa nơng nghiệp diễn ngày sâu rộng Cơ giới hóa nơng nghiệp góp phần giảm lao động nặng nhọc, đáp ứng tính thời vụ khẩn trương, góp phần nâng cao suất lao động, chất lượng, hiệu sức cạnh tranh nông sản hàng hóa Hiện nay, sản phẩm giới phục vụ sản xuất nông nghiệp Việt Nam đa dạng chủng loại từ máy làm đất (máy cày, bừa), máy thu hoạch (gặt đập liên hợp, gặt lúa xếp dãy, máy tuốt lúa), máy bơm nước, máy phun thuốc sâu, máy bảo quản chế biến (xay xát lúa gạo, máy sấy) Nhằm trì gia tăng thị phần nước với nhiều tiềm phát triển bước vươn thị trường giới, Tổng công ty Máy động lực Máy nông nghiệp Việt Nam (Veam) thực hàng loạt dự án nâng cao lực sản xuất Phối hợp với nhà khoa học trường đại học thực nghiên cứu phát triển nhằm bước cải thiện tính kinh tế, kỹ thuật mẫu động có [25] Để làm tiền đề cho nghiên cứu cải tiến tiếp theo, báo trình bày trình nghiên cứu thực nghiệm đánh giá thực trạng tiêu kinh tế, kỹ thuật phát thải số mẫu động máy nông nghiệp sản xuất nước Quá trình nghiên cứu thực băng thử Động lực học Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 (Combustion Emission Bench) thiết bị đo phát thải dạng hạt Smart Sampler NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Thông số kỹ thuật động thử nghiệm Nghiên cứu thực nhóm động có dải cơng suất 8-19kW, nhóm động sử dụng phổ biến máy nông nghiệp nước ta Cụ thể bao gồm động TV165 RV165 Veam sản xuất động lựa chọn làm sở so sánh đối chứng RT155 Kubota Thái Lan sản xuất Các thông số kỹ thuật động thể bảng Bảng Các thông số động Loại Ký hiệu Loại động Hãng - Nước sản xuất Đường kính xilanh x hành trình piston Dung tích xilanh Khối lượng khơ Tỷ số nén Công suất định mức Momen xoắn lớn Suất tiêu hao nhiên liệu Phương pháp cấp nhiên liệu Áp suất phun Dung tích dầu bơi trơn Dung tích thùng nhiên liệu Dung tích nước làm mát Chế độ khởi động Thông số TV165 RV165 RT155 Diesel kỳ, xilanh, nằm ngang Veam Vea Kubota Việt Nam Việt Nam Thái Lan 100 x 115 mm 105mm × 97mm 100 x 98 mm 903cm3 170kg 17,5:1 12,1kW (2200 v/ph) 58,5N.m (1750 v/ph) 839cm3 132kg 20:1 12,1kW (2200 v/ph) 48,05N.m (1800 v/ph) 769cm3 112kg 18:1 11,4kW (2400 v/ph) 53,9N.m (1600 v/ph) 251,5g/KWh 239g/kWh 240g/kWh Phun trực tiếp 185 Kg/cm2 Hình Sơ đồ trang thiết bị thử nghiệm Quy trình đánh giá tính kinh tế kỹ thuật phát thải động thực theo hai bước sau: * Bước 1: Đánh giá trạng tính kinh tế - kỹ thuật: Được thực theo đường đặc tính ngồi đường đặc tính tải tốc độ ứng với mơ men lớn (nMemax) tốc độ định mức (nđm) Do động dung tích xilanh khác nên nhóm nghiên cứu lựa chọn mơ men riêng (theo dung tích xilanh khối lượng động cơ) làm thông số so sánh đánh giá tính kỹ thuật động Tính kinh tế so sánh đánh giá thông qua thông số suất tiêu hao nhiên liệu 2,7 lít 4,8 lít 2,8 lít * Bước 2: Đánh giá trạng tính phát thải động cơ: 11 lít - 11 lít lít 2,6 lít 2,1 lít Bằng tay quay Bằng quay tay Bằng tay quay, khởi động điện Hiện Việt Nam chưa có quy chuẩn thử nghiệm tiêu chuẩn giới hạn hàm lượng phát thải động sử dụng máy nơng nghiệp nên nhóm nghiên cứu lựa chọn chu trình thử ISO 8178 - C1 (8 mode) làm sở so sánh đối chứng động Phát thải động tính tốn so sánh với tiêu chuẩn phát thải Tier 1, Tier theo tiêu chuẩn Mỹ (bảng 2) Bảng Giới hạn phát thải động theo tiêu chuẩn Tier 1, Tier [6] 2.2 Trang thiết bị quy trình thử nghiệm Quá trình thực nghiệm thực băng thử động lực học (hình 1) Trung tâm nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trong trình thử nghiệm thơng số nhiệt độ (nước, dầu bơi trơn, nhiên liệu, khí nạp, khí thải) áp suất (nhiên liệu, dầu bôi trơn, môi trường) thu nhận thông qua cảm biến Thanh nhiên liệu điều khiển kéo ga Throttle Actuator THA100 Lượng nhiên liệu tiêu thụ xác định phương phương pháp cân thiết Fuel Balance 733S Phát thải động trình thử nghiệm xác định thơng qua hệ thống phân tích khí thải CEBII Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Công suất động Tiêu chuẩn ≤ kW < 19 Tier Tier Năm áp dụng CO (g/k Wh) HC NMHC+ NOx (g/k NOx (g/k Wh) (g/kWh) Wh) PM (g/k Wh) 2000 6,6 - 9,5 - 0,8 2005 6,6 - 7,5 - 0,8 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình thử ISO 8178-4 C1 thể bảng hình Theo sơ đồ động tiến hành thử nghiệm ứng mode thử bao gồm mode thử tốc độ có cơng suất lớn hay tốc độ cực đại (mode ÷ 4), mode thử tốc độ có mơ Vol 57 - No (Apr 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 89 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 men lớn (mode ÷ 7) 01 mode thử tốc độ không tải (mode 8) Bảng Chế độ thử hệ số trọng lượng theo chu trình thử ISO 8178-4C1[7] Số thứ tự chế độ Tốc độ (v/ph) Tốc độ ứng với Tốc độ mômen lớn không tải Tốc độ định mức Mơ men xoắn (%) 100 75 Hình thể mơ men riêng theo dung tích xilanh (Merv) khối lượng (Merk) động đường đặc tính ngồi Tính trung bình tồn đặc tính, so với động RT155 Merv động TV165 RV165 nhỏ 24,5% 21,1%; Merk hai động tương ứng nhỏ 32,43% 15,83% 50 10 100 75 50 Hệ số trọng lượng 0,15 0,15 0,15 0,1 0,1 0,1 0,1 0,15 Hình Suất tiêu hao nhiên liệu Với suất tiêu hao nhiên liệu (ge) thể hình So với động RT155, ge trung bình đặc tính động TV165 RV165 cao 4,32% 3,74% Hình Sơ đồ thể chế độ thử nghiệm trọng số tương ứng chu trình thử ISO 8178-4C1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 So sánh số kinh tế kỹ thuật hai động 3.1.1 So sánh tiêu kinh tế kỹ thuật động đặc tính ngồi Hình Mơ men riêng theo dung tích xilanh khối lượng động 90 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (4/2021) 3.1.2 So sánh số kinh tế kỹ thuật động đặc tính tải nMemax nđm Merv Merk động đường đặc tính tải tốc độ nMemax nđm động thể hình Kết cho thấy, xu hướng thay đổi thông số mô men riêng hai đường đặc tính tương đồng Cụ thể xét tồn đặc tính, so với động RT155, Merv Merk động TV165 nhỏ 11,69% nMemax 13,19% nđm Trong thơng số động RV165 nhỏ 8,59% 8,42% Hình Mơ men riêng theo dung tích xilanh khối lượng động nMemax Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Bảng Kết đo phát thải động Thành phần Đơn vị NOx Giá trị đo RV165 RT155 TV165 g/kW.h 6,156 5,531 8,372 HC g/kW.h 0,280 0,286 0,340 NOx + HC g/kW.h 6,436 5,817 8,712 CO g/kW.h 5,671 3,839 6,585 CO2 g/kW.h 528,87 654,97 709,74 PM g/kW.h 0,956 0,564 1,007 Hình Mơ men riêng theo dung tích xilanh khối lượng động nđm Hình thể suất tiêu hao nhiên liệu động hai đường đặc tính So với động RT155, trung bình tồn đặc tính ge động TV165 RV165 cao 21,13% 16,79% nMemax, 15,16% 14,10% nđm Hình Phát thải động so sánh với tiêu chuẩn Tier 1, Tier Có thể nhận thấy, so sánh với giới hạn phát thải theo tiêu chuẩn Tier Tier 2: + Phát thải CO ba động đạt tiêu chuẩn Tier Tuy nhiên, so với động RT155, phát thải CO hai động TV165 RV165 cao 71,53% 47,72% Hình Suất tiêu hao nhiên liệu động 3.2 Đánh giá phát thải động Kết phát thải động theo chu trình ISO 8178-4C1 thể bảng hình Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn + Phát thải NMHC+NOx hai động RV165 RT155 đạt tiêu chuẩn Tier động TV165 đạt tiêu chuẩn Tier Phát thải NMHC+NOx hai động TV165 RV165 cao 49,78% 10,64% so với động RT155 Vol 57 - No (Apr 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 91 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 + Phát thải PM động RT155 đạt tiêu chuẩn Tier hai động TV165 RV165 vượt giới hạn tiêu chuẩn Tier Phát thải động TV165 RV165 cao động RT155 78,52% 69,57% KẾT LUẬN Có thể nhận thấy so với động RT155 Kubota Thái Lan sản xuất, động Việt Nam sản xuất nhiều hạn chế Các tiêu mô men riêng suất tiêu hao nhiên liệu hai động TV165 RV165 thấp nhiều Chỉ số phát thải hai động TV165 RV165 không đạt tiêu chuẩn Tier (thành phần PM) Các thành phần phát thải cao từ 10,64% đến 78,52% so với động RT155 Các kết sở giúp nhóm tiếp tục nghiên cứu, đề xuất giải pháp công nghệ nhằm bước nâng cao chất lượng động sử dụng lĩnh vực nông nghiệp Việt Nam sản xuất nói chung LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Bộ Cơng Thương cấp kinh phí thực đề tài “Nghiên cứu thực trạng đề xuất giải pháp công nghệ ứng dụng động diesel 01 xi lanh cỡ nhỏ dùng cho máy động lực máy nông nghiệp Việt Nam”, Mã số ĐTKHCN.151/18 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.gso.gov.vn/default.aspx?tabid=621&ItemID=19037 [2] Hiroyasu H, Kadota T, Arai M, 1983 Development and use of a spray combustion modeling to predict diesel engine efficiency and pollutant emissions Bulletin of the Japan Society of Mechanical Engineers, vol 26, p569–75 [3] Vo Thanh Vang, Huynh Thanh Cong, 2015 A study on modification of intake port of small di diesel engine for improvement of charging efficiency Science & Technology Development, Vol 18, No.K7, 39-47 [4] Le Viet Hung, Khong Vu Quang, Nguyen Duc Khanh, Pham Van Trong, 2019 Simulation study on exhaust emissions of nonroad diesel engine RV165-2 and Kubota RT155 following the emission standard ISO 8178 Journal of Water Resources & Environmental Engineering No 64 ISSN 1859-3491 [5] Vo Danh Toan, Huynh Thanh Cong, 2015 Simulation on engine characteristicimprovement by re-designing intake manifold Science & Technology Development, Vol 18, No.K7, 31-38 [6] https://www.dieselnet.com/standards/us/nonroad.php [7] https://www.dieselnet.com/standards/us/nonroad.php#cycles AUTHORS INFORMATION Khong Vu Quang1, Nguyen Duy Tien1, Dinh Xuan Thanh2, Le Tri Hung3, Nguyen The Truc1, Le Dang Duy1, Le Manh Toi1 School of Transportation Engineering, Hanoi University of Science and Technology Hanoi University of Industry Vietnam Motors and Agricultural Machinery Corporation 92 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (4/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn ... bị đo phát thải dạng hạt Smart Sampler NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Thông số kỹ thuật động thử nghiệm Nghiên cứu thực nhóm động có dải cơng suất 8-19kW, nhóm động sử dụng phổ biến máy nông nghiệp. .. nghiệm Quy trình đánh giá tính kinh tế kỹ thuật phát thải động thực theo hai bước sau: * Bước 1: Đánh giá trạng tính kinh tế - kỹ thuật: Được thực theo đường đặc tính ngồi đường đặc tính tải tốc... thành cảm ơn Bộ Cơng Thương cấp kinh phí thực đề tài ? ?Nghiên cứu thực trạng đề xuất giải pháp công nghệ ứng dụng động diesel 01 xi lanh cỡ nhỏ dùng cho máy động lực máy nông nghiệp Việt Nam”,