Nghiên cứu tối ưu thành phần phụ gia nhiên liệu trên cơ sở hạt nano xeri đi oxit để giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ diesel

PHÁT THẢI ĐỘC HẠI CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Để đơn giản khi đưa ra các tiêu chuẩn về môi trường, người ta chỉ đưa ra thành phần hydrocacbon tổng cộng trong khí thải (Total Hydrocacbon viết tắt là THC). •P-M: Theo định nghĩa của tổ chức bảo vệ môi trường bang carlifornia thì P-M là những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi được hòa trộn với không khí (làm loãng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,70C và được tách ra bằng một bộ lọc qui định. Các hạt rắn gồm: cacbon tự do và tro còn gọi là bồ hóng (soot), các chất phụ gia dầu bôi trơn, các hạt và vẩy tróc do mài mòn,… Chất lỏng bám theo gồm có các thành phần trong nhiên liệu và dầu bôi trơn.

Đặc điểm của động cơ diesel là sự hình thành hỗn hợp bên trong động cơ nên so với ở động cơ xăng hệ số dư lượng không khí λ nằm trong một giới hạn rất rộng từ 1,2 ÷ 10 tương ứng từ toàn tải đến không tải. Trong khí thải động cơ diesel, tuy λ>1 và khá lớn (thừa nhiều oxy) nhưng vẫn có thành phần CO mặc dù khá nhỏ là do vẫn có những vùng cục bộ thiếu oxy với λ<1. Lưu huỳnh khi cháy tạo thành SO2 sẽ kết hợp với hơi nước (sản phẩm cháy hydro của nhiên liệu) tạo thành axit yếu H2SO3 gây ăn mòn các chi tiết và mưa axit, đồng thời tạo ra P-M thông qua các muối có gốc sufat.

PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CÔNG TÁC VÀ PHÁT THẢI ĐỘC HẠI CỦA ĐỘNG CƠ

PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CÔNG TÁC VÀ. hành tới các chỉ tiêu kinh tế năng lượng của động cơ; ảnh hưởng của điều kiện khí hậu đến độ bền, tuổi thọ của động cơ,..) thường phức tạp hơn rất nhiều. - Thử nghiệm khi thay đổi nhiên liệu: hiện nay, đứng trước nguy cơ cạn kiệt nguồn nguyên liệu có nguồn gốc hóa thạch truyền thống, việc nghiên cứu sử dụng nguyên liệu thay thế (CNG, LPG, Biofuel..) hoặc nhiên liệu có thành phần thay đổi so với nhiên liệu truyền thống đang được quan tâm rất nhiều. Những nghiên cứu hiện nay tập trung vào hai hướng chính là tận dụng các động cơ hiện có hoặc cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu cho phù hợp với loại nhiên liệu mới.

- Thử nghiệm xây dựng bản đồ điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu và điều khiển động cơ (Engine Map): việc điện tử hóa quá trình điều khiển động cơ và cung cấp nhiên liệu đang là xu thế tất yếu của ngành động cơ đốt trong nhằm thỏa mãn hai yêu cầu chính là giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và mức độ ô nhiễm môi trường. Với các hệ cơ – điện tử trên động cơ đốt trong hiện nay, bộ dữ liệu mẫu nạp trong ECU đóng vai trò rất quan trọng và là bí quyết công nghệ của các hãng sản xuất động cơ. Dựa trên ngân hàng các dữ liệu đã có, kết hợp với các phần mềm chuyên dụng sẽ cho phép chúng ta tiến hành khảo sát, đánh giá chi tiết nhiều phương án thiết kế cải tiến khác nhau trên máy tính, trước khi tiến hành chế tạo động cơ mẫu và thử nghiệm thực trên bệ thử.

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM TRONG TỐI ƯU THÀNH PHẦN PHỤ GIA

Phương pháp chuyển động đến tối ưu (Phương pháp theo bước gradien) Tìm mô hình thích hợp, xác định hướng thay đổi nhanh nhất của phương trình tương thích, dùng phương pháp “đi lên” hay “đi xuống” để đến giá trị tối ưu D. Quy hoạch thực nghiệm (QHTN) là một phương pháp toán học được sử dụng rộng rãi trong quá trình nghiên cứu nhằm chọn một chiến lược tối ưu trong điều kiện chưa hiểu quá trình một cách toàn diện để tiến hành thực nghiệm, nhờ đó có thể xác định được các thông số công nghệ hợp lý rồi áp dụng vào thực tiễn sản xuất một cách hiệu quả. Có rất nhiều phương pháp lập quy hoạch thực nghiệm, ở đây chủ yếu dùng quy hoạch trực giao cấp 2 để xây dựng mô hình toán học miêu tả phương trình hồi quy và quan hệ hàm giữa các nhân tố ảnh hưởng đối với các đại lượng cần đạt được.

Trước hết, người nghiên cứu tiến hành một số ít thí nghiệm để mô tả một cách cục bộ một phần nhỏ của một mặt mục tiêu bằng đa thức bậc nhất, sau đó sẽ di chuyển trên mặt mục tiêu theo hướng của gradient xấp xỉ tuyến tính. Quá trình này được lặp đi lặp lại một số lần cho tới khi người nghiên cứu vào tới “miền gần đúng”, tại đó xấp xỉ tuyến tính trở nên không đủ dùng nữa, lúc này sẽ làm một loạt thí nghiệm và mô tả mặt mục tiêu bằng một đa thức bậc 2 và đôi khi bằng một đa thức bậc 3. - Chuyển tâm thí nghiệm về điểm có giá trị tốt nhất của hàm mục tiêu, còn khoảng biến đổi của các yếu tố cần được giảm một cách tỷ lệ với giá trị tuyệt đối của hệ số hồi quy, như vậy sẽ làm cho mô hình trở nên tương thích hơn.

Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm lựa chọn tối ưu thành phần phụ gia cho nhiên liệu diesel

Khi F < Fα (f1, f2) – chúng ta nói phương trình hồi quy tương thích, có nghĩa mô hình toán học được dùng hoàn toàn miêu tả được bản chất quá trình. Ý nghĩa này rất quan trọng trong thiết kế và phân tích thí nghiệm nhằm xác định vai trò ảnh hưởng riêng biệt của từng yếu tố đầu vào tới sự biến đổi của yếu tố đầu ra. Theo các bước của thuật toán xác định phương trình hồi quy (3.1.5 ) có thể xác định được các hệ số hồi quy của phương trình hồi quy như sau:. - Xác định các hệ số của hàm hồi quy của suất tiêu hao nhiên liệu ge. - Xác định các hệ số của hàm hồi quy thành phần khí xả CO2. - Xác định các hệ số của hàm hồi quy thành phần khí NOx. Các hệ số phương trình hồi quy. Giá trị trung bình thí nghiệm ở tâm được coi như Y7 trong bảng ma trận thực nghiệm:. Vậy giá trị của phương sai tái sinh:. f) Kiểm tra tính có ý nghĩa của các hệ số bj.

Hệ số b12,b11 bị loại khỏi phương trình hồi quy gía trị giới hạn suất tiêu hao nhiên liệu vì tỷ số so sánh trên nhỏ hơn 2,92. Nội dung chính của bước này là xem xét hàm hồi quy được viết dưới dạng phương trình (3.2) có đủ mức tin cậy hay không, nếu tương thích – nó miêu tả được quan hệ giữa các thông số kích thước hạt nano, phần trăm phụ gia nhiên liệu tới suất tiêu hao nhiên liệu , và có thể tính toán được những giá trị của suất tiêu hao nhiên liệu trong phạm vi nghiên cứu mà chưa làm được thí nghiệm. Từ các kết quả trên cho thấy ảnh hưởng của kích thước hạt nano và phần trăm phụ gia nhiờn liệu tới cỏc thành phần khớ thải thể hiện rất rừ cỏc mức độ cải thiện của khớ thải.

Từ phương trình (3.27a’), (3.27b’) cho thấy yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến suất tiêu hao nhiên liệu là phần trăm phụ gia nhiên liệu tiếp đó là kích thước hạt nano. Tương tự như trên kết quả tối ưu suất tiêu hao nhiên liệu và các thành phần khí thải được trình bày như bảng 3.7.

Kiến nghị

• Đã ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để lựa chọn thành phần phụ gia và kích thước hạt nanô CeO2 phù hợp. Có thể áp dụng để nghiên cứu lựa chọn gói phụ gia tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường tối ưu. Kết quả khảo sát các tính chất của nhiên liệu diesel khi pha phụ gia nanô xêri ôxít13 Bảng 1.3.

Kết quả thử nghiệm suất tiêu hao nhiên liệu và thành phần phát thải độc hại động cơ AVL 5402 khi kích thước hạt nano 5nm..62. Kết quả khảo sát các tính chất của nhiên liệu diesel khi pha phụ gia nanô xêri ôxít13 Bảng 1.3. Kết quả thử nghiệm suất tiêu hao nhiên liệu và thành phần phát thải độc hại động cơ AVL 5402 khi kích thước hạt nano 5nm..62.