M ụcălục
5.3. Mơ phỏng quá trình cháy đ ng c Diesel sd ng nhiên liu Biodiesel b ng
5.3.1. Các thơng s mơ phỏng đ ng c Diesel 3 xy lanh s d ng nhiên li u Biodiesel. B ng 5.1: ThơngăsốăkỹăthuậtăđộngăcơăDiesel thửănghiệm Tênăđộngăcơ D1703-M-E3B Kiểu 4 kỳ thẳngăhàng Sốăxyălanh 3 Đ ngăkínhăpiston mm 87,0 Hành trình piston mm 92,4 Thanh truyền mm 134 Dung tích L 1,647 Thứ tự n 1 - 2 - 3 Hệăthốngăhịaătrộn E-TVCS Hệăthốngăn p n păth ng
Bơmăphunănhiênăliệu bơmăPFRăMDă- Bosch
H ớngăxoay ng ợcăchiều đ ngăh ă(nhìnătừăbánhăđà)
Tỷsốănén 23,0
Dầuăbơiătrơn ch tăl ợngătrênălo iăCD
Dungătíchădầu L 7,0
Hệăthốngălàmămát qu tăt nănhiệt
σĕngăl ợngăkh iăđộng V-A 12 – 1,2
σĕngăl ợngăphát V-A 12 - 40
σhiênăliệu Diesel (ASTM D975)
Trọngăl ợngăkhơ Kg 148,0
Cơngăsu tăđịnhămức kW 15,0 (50 Hz – 1500 rpm)
Cơngăsu tăkh ădụng kW 12,8 (50 Hz – 1500 rpm)
109
5.3.2. Các k t qu mơ phỏng đ ng c b ng đ th .
đâyătácăgi chọn số vịng quay lớn nh t củaăđộngăcơălàă2800ăvịng/phút ứng với cơng su t cựcăđ i 26,1 kW và 1700 vịng/phút ứng với moment cựcăđ i 104 Nm để thiết lập mơ phỏng với ba nhiên liệu Diesel, B5 và B10.ăSauăđâyălàăcácăkết qu mơ phỏng, dựaăvàoăđộngăcơămẫu:
Hình 5.5: Thơng sốđộngăcơăvề moment, cơng su t và sức tiêu hao nhiên liệu.
5.3.2.1.Đặc tính đ ng c .
1. Cơng su t đ ng c .
Hình 5.6: Cơng su tăcủaăđộngăcơăKubotaăD1703–M-E3B vớiănhiên liệuăDiesel,ăB5,ă và B10.
Trong phầnămềmămơăphỏngăđộngăcơăđ ợcăvậnăhành ăchếăđộăđầyăt iăr iăđoăcácă thơng sốăđặcătínhăngoài củaăđộngăcơămoment, cơng su t,ăsứcătiêu hao nhiên liệuăvà
110
n ngăđộăkhíăth i.ăSauăkhiăđã hồn thành các b ớcămơăphỏngătrên ch yăch ơngătrình
mơ phỏngăvà xu tăcác kếtăqu ăvềăđặcătínhălàm việcăvà khí th iăđộngăcơ. Hình 5.6 và
b ngă5.2ătrình bày kếtăqu ămơăphỏngăcơngăsu tăcủaăcácănhiên liệuăDiesel,ăB10,ăB5.ă
Cơng su tă củaă Diesel,ă B10,ă B5ă tĕngă dầnă trongă kho ngă tốcă độă 500ă vịng/phút đếnă 2800 vịng/phútăvàăđ tăcựcăđ iă2800 vịng/phút t ơngăquanăvớiăcơngăsu tămà nhà s nă
xu tăđộngăcơăcungăc p.ăGiáătrịăcơngăsu tăngõ ra cựcăđ iăt iă2800ăvịng/phút củaăcácă
nhiên liệuăDiesel,ăB5,ăB10 lầnăl ợtălà 29,58 kW; 21,07 kW; 19,11 kW. Và cơng
su tăt iămomentăcựcăđ iăt iătốcăđộă2600ăvịng/phút là 27,69 kW; 19,76 kW; 17,96
kW. B iăvì trong phầnămềmăRicardoăWaveăkhơngăchoăphépă khaiăbáoăbộăđiềuătốcă nênăkhiătĕngătốcăđộăcủaăđộngăcơăthì moment tĕngătheoăđâyălàănh ợcăđiểmăcủaăphầnă
mềm.ăThựcătếăcơngăsu tăt iămomentăcựcăđ iă ătốcăđộă1700ăvịng/phút t ơngăứng là
17,81 kW; 12,67 kW; 11,56 kW.
2. Moment đ ng c .
Hình 5.7: Moment củaăđộngăcơăKubotaăD1703-M-E3B vớiănhiên liệuăDiesel,ăB5,ă và B10.
Hình 5.7 trình bày moment củaănhiên liệuăDτ,ăB5,ăB10ătĕngădầnătheoătốcăđộă
độngăcơătừă700 - 2600 vịng/phút và đ tăcựcăđ iăt iă2600 vịng/phút và cĩăxuăh ớngă
gi mănhẹăkhiătốcăđộăđộngăcơătĕngătừă2600 vịng/phút đếnătốcăđộăcựcăđ i. Từăhình 5.7
và b ngă5.3 ta th yămoment các mẫuănhiên liệuăBiodiesel B5, B10 so vớiăDτ thì
momentăđộngăcơătĕngădầnătừă700ăvịng/phútăđếnătốcăđộăcựcăđ i.ăNguyên nhân là do
trong phầnămềmămơăphỏngăRicardoăWaveăkhơngăthểăhiệnăbộăđiềuătốcăđểăh năchếătốcă
111
đ tăcựcăđ iăt iătốcăđộă2600 vịng/phút củaănhiên liệuăt ơngăứngăDiesel,ăB5,ăB10ălà
101,72 Nm; 72,6 Nm; 65,96 Nm. Vàăcĩăxuăh ớngăgi mănhẹătừătốcăđộă2600ăđếnă2800 vịng/phút t ơngăứngălà 100,88 Nm; 71,88 Nm; 65,2 Nm. σh ngăthựcătếămomentă
đ tăcựcăđ iăt iătốcăđộă1700ăvịng/phút t ơngăứngălà 100,09 Nm; 71,21 Nm; 64,95
Nm điềuă nàyă đúngă đốiă vớiă thựcă tếă thựcă nghiệmă cĩă đ ợc. Dựaă vàoă đ ă thịă taă th yă moment độngăcơăsửădụngăcácămẫuănhiên liệuăDiesel,ăB5,ăB10ăbiếnăthiên theo tốcăđộă
độngăcơăvàămoment củaănhiên liệuăB5,ăB10ăth păhơnăsoăvớiăDiesel. Nguyên nhân là
khiătĕngăphầnătrĕmăBiodieselătrongăhỗnăhợpăBiodieselăthì do độănhớt,ăsứcăcĕngăbềă
mặtăcủaăBiodieselătĕngălàm nhăh ngăđếnătínhăch tăphunătơiăcủaănhiên liệu,ăđộănhớtă
quá cao kh ănĕngănguyên tửăhĩaăkémăquáătrình cháy khơng triệt để,ăngoài ra hỗnă
hợpăkhơngăkhíănhiên liệuătrongăxyălanhăkhơngăđ ngănh t,ăquáătrình cháy khơng hồn
tồn làm gi măcơngăsu tăvà moment củaăđộngăcơ.
Mặtă khácă trongă Biodiesel cịn cĩ t pă ch tă glyxerină nhă h ngă đếnă quáă trình
phun nhiên liệu,ătrongăquáătrình ho tăđộngăcủaăđộngăcơăd ớiătácăđộngăcủaănhiệtăđộ,ă chúng t oăthành s năphẩmăpolymerălàm tắcănghẽnăkimăphunănên làm hỗnăhợpănhiên liệuă khơngă khíăhịa trộnătrongăxyălanh khơng tốtănh ăđộngăcơăsửădụngă nhiên liệuă Diesel, cũngădẫnăđếnăcơngăsu tăvàămomentăđầuăraăgi măsoăvớiăDiesel. Dựaătrên kếtă
qu ămơăphỏngătaăth yămứcăđộăgi măcơngăsu tămomentăcủaăđộngăcơăsửădụngănhiên
liệuăB5ălà th pănh tăsauăđĩăđếnăB10,ăđiềuănày cho th yăsựă nhăh ngăcủaăphầnătrĕmă
nhiên liệuăBiodieselăphaătrộnăvàoăDieselăđếnăcơngăsu tăvàămomentăđầuăraăcủaăđộngă cơ.ăVì trong phầnămềmăRicardoăWaveăkhơngăchoăphépăkhaiăbáoăbộăđiềuătốcănên khi
tĕngătốcăđộăcủaăđộngăcơăthì moment tĕngătheo. Vì vậyăkhiăđộngăcơăsửădụngăhỗnăhợpă
nhiên liệuăBiodieselăd ớiă10%ăthì cơng su tăvà moment củaăđộngăcơălàătốtănh tăvà t ơngăđ ngăvới đặcătínhăcơngăsu t,ămoment củaăđộngăcơăsửădụngănhiên liệu Diesel.
3. Áp su t xy lanh đ ng c .
Dựa vào kết qu trên hình 5.8 thể hiện áp su t xy lanhăđộngăcơăCIăsử dụng B5, B10 và Diesel t i tốcăđộ 1700 (rpm) và t i mức t i lớn nh t 100,09 Nm, t i tốcăđộ 2800 (rpm) và t i mức t i nhỏ nh t 89,09 Nm. Ta nhận th y rằng áp su t xy lanh
112
caoăhơnăkhơngăđángăkể so vớiăđộngăcơădùng Diesel. Áp su t cao nh t cho nhiên liệu
Diesel,ăB5,ăB10ăt ơngăứng là 77,5 bar; 78 bar; 78,5 bar. Nguyên nhân chính cho hiệnă t ợng này là b i vì uă điểmă v ợt trội của quá trình cháy với nhiên liệu Biodiesel, nh tính ch t lý tính của Biodiesel.
Hình 5.8: Biểuăđ ăápăsu tăxy lanh phụăthuộcăvào t iăvà gĩc quay trụcăkhuỷuăvớiă nhiên liệuăB5, B10 và Diesel.
Hơnănữa,ăvì sựăhiệnădiệnăcủaănguyên tử oxy trong Biodiesel nên hydrocarbon
cháy tốtăhơnăvàădẫnăđến áp su tăxyălanh sẽăcaoăhơn. Và áp su tănàyăđ tăcựcăđ iăsau
điểmăchếtătrênă10ăđộ.ăSựăchênh lệchăápăsu tăđối vớiăbaănhiên liệuănày x y ra vào
quá trình cháy và lúc này áp su tăcủaăB5 và B10 là lớnăhơnăDiesel. PB10 > PB5 > PDiesel. nhăh ngăcủaăt iăđếnăápăsu tăxyălanhăđ ợcăthểăhiệnătrên hình 5.8 theo quá trình cháy củaănhiên liệu. Cĩ thểănhậnăxétărằngăápăsu tăxyălanhătĕngăkhiăt iătĕngăchoă c ănhiên liệuăDieselăvà Biodiesel.
4. Nhi t đ xy lanh đ ng c .
Dựa vào kết qu trên hình thể hiện nhiệtăđộ xy lanhăđộngăcơăCIăsử dụng B5, B10 và Diesel t i tốcăđộ 1700 (rpm) và t i mức t i lớn nh t 100,09 Nm, t i tốcăđộ 2800 (rpm) và t i mức t i nhỏ nh t 89,09 Nm. Ta nhận th y rằng nhiệtăđộ xy lanh
độngăcơă chế độ t i nhỏ ứng với số vịng quay 2800 vịng/phút và t i lớn ứng với
số vịng quay 1700 vịng/phút của nhiên liệu Diesel, B10, B5 là chênh lệch khơng
đángăkể. Và áp su tănàyăđ t cựcăđ iăsauăđiểm chếtătrênă10ăđộ đối với B5 và B10 cịn
113
Hình 5.9: Biểuăđ ănhiệtăđộăxyălanh phụăthuộcăvào t iăvà gĩc quay trụcăkhuỷuăvớiă nhiên liệuăB5,ăB10ăvà Diesel.
Nhiệtăđộ cao nh t của nhiên liệu Diesel, B5, B10 lầnăl ợt là 1600 0K, 1650 0K, 1900 0K. Sự chênh lệch nhiệtăđộ đối với ba nhiên liệu này x yăraăvàoăđầu quá trình cháy và kết thúc vào cuối quá trình x . Cũngăt ơngătựnh ăápăsu t thì nhiệtăđộ của xy lanh cũngăthayăđ iătĕngădầnănh ăápăsu t: TDiesel < TB5 < TB10.
5. Tỷ l truy n nhi t trong bu ng cháy.
Hình 5.10: Biểuăđ ătỷălệătruyềnănhiệtăphụăthuộcăvào t iăvà gĩc quay trụcăkhuỷuăvớiă nhiên liệuăB10, B5 và Diesel.
Hình 5.10 thểăhiệnătỷălệătruyềnănhiệtăcủaăđộngăcơăCIăsửădụngăB5, B10 và Diesel
t iătốcăđộă1700ă(rpm) và tốcăđộă2800ă(rpm).ăTaăth yărằng,ă ăc ăhaiăchếăđộăt iălớnăvà
nhỏăvớiănhiên liệuăB10 và B5 thì tỷălệătruyềnănhiệtăcao hơnăsoăvớiăDiesel.ăMứcăđộă
114
độăđộngăcơălớnănh t.ăσh ngăcĩăsựăkhácănhauăvềăgiáătrịătruyềnănhiệtăđ tăđ ợcăđốiă vớiăt iălớnămứcăđộătruyềnănhiệtăcủaăDieselălà 27 kW so vớiă33ăkWăcủaăB10 và 28,5
kW củaăB5, mứcăđộăchênh lệchălà 4,5 – 6 kW, cịn ăchếăđộăt iănhỏămứcăđộăchênh
lệchănày nhỏăhơnă3,5 - 4,5ăkW,ătrongăđĩăvớiăDieselălà 28 kW cịn B10 33,5 kW và
B5 là 30 kW. Điềuănày chỉăx yăraăđốiăvớiăquáătrình bắtăđầuăcháy giãn nỡăcủaăđộngă
cơ đếnăđầuăkỳăx ăcủaăchuătrình làm việcăđộngăcơ. Mứcăđộătruyềnănhiệtăcủaănhiên
liệuăB10 vào cuốiăquáătrình cháy cĩ sựăthayăđ iălớnăhơnănhiềuăsoăvớiăB5ăvà Diesel
t ơng ứngăt iăth pălà 12 kW, 6 kW, 5kW và t iălớnălà 6,5 kW; 3 kW; 2,5 kW.
6. T c đ thốt nhi t và tích lũy nhi t.
Hình 5.11: Mứcăđộăgi iăphĩngănhiệtăvàăl ợngănhiệtăgi iăphĩngătíchălũy. Hình 5.11 thểăhiệnămứcăđộăgi iăphĩngănhiệtăcủaăđộngăcơăCIăsửădụngăB5, B10 và Diesel t iătốcăđộă1700ă(rpm)ăvà t iămứcăt iălớnănh t,ăt iătốcăđộă2800ă(rpm)ăvà t i mứcăt iănhỏănh t.ăTaăth yărằng,ăvớiăB5 và B10 thì mứcăđộăgi iăphĩngănhiệtăcaoăhơnă
115
so vớiăDiesel.ăGiá trịăgi iăphĩngănhiệtăcủaăDiesel,ăB5,ăB10ăt ơngăứngăt iătốcăđộă 1700 vịng/phút là 36,5 J/deg; 31 J/deg; 30,5 J/deg và t iătốcăđộă2800ăvịng/phút là 34,2 J/deg; 29,2 J/deg; 28,1 J/deg. Giá trịăgi iăphĩngătíchălũyănhiệtăcaoănh tă ătốcă độă2800 vịng/phút lầnăl ợtălà 815 J, 888 J, 1282 J. Hiệnăt ợngănày dễăhiểuălà vì sựă hiệnădiệnăcủaăoxyătrongăthành phầnănhiên liệuăBiodieselălàăcaoăhơnănhiềuăsoăvớiă Diesel. HỗnăhợpăgiữaăB5 và B10 vớiăkhơngăkhíăcháyăhồnătồnăvàătĕngămứcăđộăgi iă phĩng nhiệt.ăσhiệtăl ợngăgi iăphĩngătíchălũyăcủaăđộngăcơăvớiă3ălo iănhiên liệuăthửă đ ợcă thểă hiệnă trên hình 5.11. Nhậnă xétă rằngă l ợngă nhiệtă gi iă phĩngă tíchă lũyăvà
l ợngănhiệtăgi iăphĩngăcủaănhiên liệu B10 là cao nh tăt ơngăứngă36,5 J/deg; 1282J.
7. Hi u su t nhi t c a đ ng c .
Hình 5.12: Hiệu su t nhiệt củaăđộngăcơăvới ba nhiên liệu Diesel, B5, B10. Hình 5.12 và b ng 5.5 trình bày kết qu mơ phỏng hiệu su t nhiệtăđộngăcơăcủa các mẫu nhiên liệu Diesel, B10, B5. Hiệu su t nhiệt cĩ ích là tỷ số giữa nhiệtăl ợng đã chuyển thành cơng cĩ ích và nhiệtăl ợng c păchoăđộngăcơădoănhiênăliệu cháy bên trong xy lanh t o ra hay cĩ thể nĩi hiệu su t nhiệtăđộngăcơăDieselălàătỷ lệ với su t tiêu hao nhiên liệu và nhiệt trị th p của nhiên liệu. Theo tính tốn của tác gi , hiệu su t nhiệtăđộngăcơăđ ợc biểu diễn trên hình 5.12 và b ng 5.5 cĩ thể th y rằng với chếđộ t i th p với moment xoắn nhỏ nh t t i số vịng quay 2800 vịng/phút thì hiệu su t nhiệt của Diesel là nhỏhơnăsoăvới nhiên liệu B10 và B5.ăĐiều này cũngăx y ra t ơngătự so với chếđộ t i cao. Hiệu su t nhiệt cao nh tăt ơngăứng của Diesel, B5, B10 là 36,72 %; 37,98 %; 37,81% t i t i lớn nh t và chếđộ t i nhỏ hiệu su t nhiệt lầnă l ợt là 33,8 %; 35,17 %; 34,82 %. Nguyên nhân là sự cĩ mặt của oxy trong
116
nhiên liệu B10 và B5 gĩp phần c i thiện c i thiện quá trình cháy tốtăhơnă tốcăđộ cao. Giá trị cựcăđ i hiệu su t nhiệt củaăđộngăcơăsử dụng các mẫu nhiên liệu Diesel,
B5,ăB10ăđ t t i tốcăđộ 1700 vịng/phút.
8. Su t tiêu hao nhiên li u c a đ ng c .
Hình 5.13: Su tătiêu hao nhiên liệuăcủaăđộngăcơăCIăsửădụngănhiên liệuăB5, B10 và Diesel.
Hình 5.13 và b ngă5.4ăbiểuădiễnăsựăthayăđ iăcủaăsu tătiêu hao nhiên liệuăứngă vớiănhiên liệuăB5, B10 và Diesel t iăchếăđộăt iălớnănh tăvớiămomentăxoắnăcựcăđ iă
ứngăvớiăsốăvịng quay 1700 vịng/phút và chếăđộăt iănhỏănh tăvớiămomentăxoắnăcựcă
tiểuăứngăvớiăsốăvịng quay 2800 vịng/phút. Từăbiểuăđ ăhình ta th yă ăchếăđộăt iănhỏă
và lớnăthì sứcătiêu hao nhiên liệu củaăDieselălà th păhơnăsoăvớiăB10 và B5.
Su tătiêu hao nhiên liệuălà mộtăthơngăsốăquanătrọngăđểă đánhă giáăđặcătínhăcủaă
độngăcơ,ăcũngănh ăhiệuăsu tăcủaănhiên liệu.ăGiáătrịăsứcătiêu hao nhiên liệuăcủaăđộngă
cơăsửădụngăcácămẫuănhiên liệuăDiesel,ăB10,ăB5ăđ ợcătrình bày ăđ ăthịăbiểuădiễnăsựă
biếnă thiên sứcă tiêu hao nhiên liệuă theoă tốcă độă độngă cơă củaă cácă mẫuă nhiên liệu Biodiesel so vớiăDiesel.ăSứcătiêu hao nhiên liệuăcủaăcácănhiên liệuăgi mădầnătừătốcă
độă700 - 1700 vịng/ phút, đ tăgiáătrịăcựcătiểuă ătốc độăn=1700ăvịng/phút đốiăvớiă
Diesel, B10, B5. Giá trịăsứcătiêu hao nhiên liệuăcựcătiểuăcácămẫuăDiesel,ăB10,ăB5ă t ơngăứng:ă0,229 kg/kW/hr; 0,323 kg/kW/hr; 0,354 kg/kW/hr. Giá trịăsứcătiêu hao nhiên liệuă cựcă đ iă t ơngă ứng:ă 0,248 kg/kW/hr; 0,358 kg/kW/hr; 0,393 kg/kW/hr.
Sứcătiêu hao nhiên liệuătĕngătừătốcăđộă1700 - 2800vịng/phút vì ătốcăđộănày,ăđộngă
117
c păchoăđộngăcơăho tăđộng. Su tătiêu hao nhiên liệuăcủaăcácămẫuănhiên liệuăDiesel,
B5, B10 gi mădầnătheoătốcăđộăđộngăcơătừă700 -1700 vịng/phút và đ tăcựcătiểuăt iă 1700 vịng/phút cĩă xuă h ớngă tĕngă khiă tốcă độă độngă cơă tĕngă từă 1700ă đếnă 2800ă vịng/phút. Nguyên nhân là do trong phầnămềmămơăphỏngăkhơngăthểăhiệnăbộăđiềuă tốcăđểăh năchếătốcăđộăđộngăcơ.
9. Đ th cơng ch th P-V.
Hình 5.14: Đ ăthịăcơngăchỉăthịăP-V củaăđộngăcơăCIăsửădụngănhiên liệuăB10, B5 và Diesel.
Dựaăvào hình 5.14 ta th yărằngăchuătrình cơng tác củaănhiên liệuăDieselă ăcuốiă
kỳănénăvà cuốiăkỳăcháyăcĩăápăsu tăcaoăhơnăsoăvớiănhiên liệuăB10 và B5. Kếtăqu ăchỉă
ra rằngăcơngăsu tăsinhăraătừăđộngăcơă(đ ợcătínhătốnădựaătheoăđ ăthịăcơngăchỉăthị)ă
khơng cĩ khác biệtăgì giữaă3ălo iănhiên liệuăDiesel,ăB5,ăB10ăứngăvớiătốcăđộăđộngăcơă 1700 vịng/phút và 2800 vịng/phút. Quaă đĩăkếtă luậnă rằngă nhă h ngă doă nhiệtă trịă
th păcủaănhiên liệuăBiodieselăđ ợcăbùăđắpăb iă nhăh ngăcủaăquáătrình cháy.
10. Đ th năng l ng Enthalpy so với nhi t đ .
Theo hình 5.15 ta th yă chuă trình nhiệtă và enthalpy hầuă nh ă khơngă thayă đ iă nhiềuă ă tốcă độă 1700ă vịng/phút và 2800 vịng/phút. Từă hình 5.14 cho ta kếtă qu ă nhiệtăđộăvà enthalpy củaănhiên liệuăDieselălớnăhơnăsoăvớiăB10 và B5. Trongăđiềuă kiệnălàm việcăkhácănhauăcủaăđộngăcơăt iăsốăvịng quay moment xoắnăcựcăđ iăMemax, cơng su tă cựcă đ iă Pemax t ơngă ứngă vớiă sốă vịng quay n=1700 vịng/phút cho moment và n=2800 vịng/phút cho cơng su tăcủaăbaănhiên liệuăDiesel,ăB10ăvà B5.
118
Hình 5.15: Đ ăthịănhiệt - Enthalpy củaăđộngăcơăCIăsửădụngănhiên liệuăB10, B5 và Diesel.
5.3.2.2. Đặc tính khí th i đ ng c .
1. N ng đ NOx c ađ ng c .
Hình 5.16 và b ng 5.7 thể hiện n ngăđộ NOx củaăđộngăcơăCIăsử dụng B5, B10 và Diesel t i tốcăđộ 1700 (rpm) và t i mức t i lớn nh t, t i tốcăđộ 2800 (rpm) và t i mức t i nhỏ nh t. N ngăđộ NOx cũngăt ơngătự nh ăn ngăđộ NO. chế độ t i lớn thì n ng độ NOx của ba nhiên liệuătrênăđềuăcaoăhơnăsoăvới chế độ t i nhỏ. Và mức chênh lệch n ngăđộ NOx giữa Diesel với B5 và B10 là lớn, n ngăđộ cao nh t t i tốc độ 700 vịng/phút t ơngăứng là 2331 ppm, 1286ppm, 1194 ppm và n ngăđộ th p nh t t i tốcăđộ 2800 vịng/phútălàă1991ăppm,ă831ăppm,ă733ăppm.ăĐối với n ngăđộ NOx thì theo hình mơ phỏng ta th y: NOx (Diesel) > NOx (B5) > NOx (B10). Nhiệt độ cựcăđ i là yếu tố nhăh ng lớnăđến sự hình thành NOx trong quá trình cháy
độngăcơăDiesel.ăTrongăđộngăcơăDiesel,ăs n phẩm cháy của bộ phận nhiên liệu cháy
tr ớc tiên trong chu trình đĩngăvaiătrị quan trọng nh tăđối với sự hình thành NOx vì sau khi hình thành, bộ phận s n phẩmăcháyăđĩăbị nén làm nhiệtăđộ giaătĕngădoăđĩă làmă tĕngă n ngă độ NOx. Nhiệtă độ tĕngă caoă làă yếu tố nhă h ng lớnă đến sự hình thành NOx trong khí th iăđộngăcơăDiesel.
119
Hình 5.16: Biểuăđ ăn ngăđộăστxăphụăthuộcăvào t iăvà gĩc quay trụcăkhuỷuăvớiă nhiên liệuăB10,ăB5ăvà Diesel.
Mặt khác cĩ r t nhiều yếu tố nhăh ngăđếnăl ợng NOx th i ra trong khí x độngăcơ.ăTh i điểm bùng cháy, chỉ số Cetane cao, làm nhiên liệu dễ bốc cháy, th i điểm bùng cháy sớmăhơn. Thành phần oxy nhiều trong khí n p và trong bu ng cháy
cũngăcĩăthể là một yếu tố làmătĕngăl ợngăστxăphátăraăvàălàmăthúcăđẩy quá trình
hình thành NOx. Hình 5.16 và b ng 5.7 thể hiện kết qu mơ phỏngă l ợng oxide nitrơ NOx th i ra của nhiên liệu Biodiesel pha trộn so với Diesel. N ngăđộ NOx nhỏ
nh tăkhiăđộngăcơăch y với nhiên liệu B10 vàăđ t mức phát th i NOx cao nh t khi
động cơă ch y với nhiên liệu Diesel. Th iă điểm bùng cháy cũngă nhă h ngă đến l ợng NOx trong khí th i và mặt khác nhiên liệu Biodiesel cĩ chỉ số Cetane caoăhơnă Diesel, làm nhiên liệu dễ bốc cháy, th iăđiểm bùng cháy sớmăhơnălàmătĕngănhiệtăđộ bu ng cháy và cho phép th i gian giãn n dài hơn.
120
2. N ng đ NO c a đ ng c .
Hình 5.17 thể hiện n ngăđộ NO củaăđộngăcơăCIăsử dụng B5, B10 và Diesel t i tốcăđộ 1700 (rpm) và t i mức t i lớn nh t, t i tốcăđộ 2800 (rpm) và t i mức t i nhỏ nh t. Ta th y rằng, c hai chếđộ t i lớn và nhỏ với nhiên liệu B5 và B10 n ngăđộ NO th păhơnăsoăvới Diesel.
Hình 5.17: Biểuăđ ăn ngăđộăστăphụăthuộcăvào t iăvà gĩc quay trụcăkhuỷuăvớiănhiên liệuăB5, B10 và Diesel.
Ta th y rằng t i lớn thì n ngăđộ NO của B5 và B10 là 900 - 1100 ppm nhỏ
hơnăr t nhiều so với Diesel gần 2500 ppm. Và chế độ t i nhỏ n ngăđộ NO nhỏ
hơnă1000ăppmăsoăvới Diesel là 2100 ppm. Sự khác biệt này thể hiện rõ vào đầu kỳ cháy. chếđộ t i lớn thì n ngăđộ NO của ba nhiên liệuătrênăđềuăcaoăhơnăsoăvới chế độ t i nhỏ. Đối với n ngăđộ NO thì theo hình mơ phỏng ta th y: NO (Diesel) > NO (B5) >NO (B10).
3. N ng đ CO c a đ ng c .
Hình 5.18 và b ng 5.6 biểu diễn sự biến thiên n ngă độ khí th i carbon monoxide CO theo gĩc quay trục khuỷuă t ơngă ứng với các lo i nhiên liệu khác nhau củaăđộngăcơ CI sử dụng B5, B10 và Diesel t i tốcăđộ 1700 (rpm) và t i mức t i lớn nh t, t i tốcăđộ 2800 (rpm) và t i mức t i nhỏ nh t. Ta th y rằng, c hai chếđộ t i lớn và nhỏ với nhiên liệu B5 và B10 n ngăđộ CO th păhơnăsoăvới Diesel. Thành phần CO trong khí x độngăcơăcaoănh t đối với Diesel và th p nh tăđối với B10.
Thơngăquaăđ thị cho ta th y thành phần n ngăđộ CO trong khí x làăt ơngăđối cao,
121
Diesel. Nguyên nhân th pă hơnă nhiều là do mỡ cá trong nhiên liệu Biodiesel cĩ ngậmăoxyăvàăđộ nhớt của nhiên liệu B5 và B10ătĕngătrongăgiới h n cho phép gĩp phần t o tia phun xa, áp lực phun lớnănênătiaăphunătơiăhơn,ăgiúpăc i thiện quá trình cháy nhiên liệu tốtăhơn.ăGiáătrị cựcăđ i n ngăđộ CO trong thành phần khí x của độngăcơăứng với từng lo i nhiên liệu Diesel, B5, B10 là 818,47 ppm; 40,33 ppm; 18,8 ppm t i tốcăđộ độngăcơăn = 2800 vịng/phút. Và giá trị th p nh t của n ngăđộ CO t i tốcăđộ 700 vịng/phút t ơngăứng là 95,79 ppm; 3,08 ppm; 1,37 ppm. Cịn đối với chế độ moment lớn nh t t i tốcăđộ 1700 vịng/phút là 460,42 ppm; 19 ppm;
8,78ăppm.ăĐối với n ngăđộ CO thì theo hình mơ phỏng ta th y: CO (Diesel) > CO
(B5)>CO(B10).
Hình 5.18: Biểuăđ ăn ngăđộăCτăphụăthuộcăvào t iăvà gĩc quay trụcăkhuỷuăvớiă nhiên liệuăB5,ăB10ăvà Diesel.
122
T t t c các k t qu trên tác gi rút ra nh n xét r ng:
1. V tính năng đ ng c .
- Đốiă vớiă momentă và cơng su tăđộngăcơ:ăDựaătrên kếtăqu ă mơăphỏngătaăth y
mứcăđộăgi măcơngăsu t,ămomentăcủaăđộngăcơăsửădụngănhiên liệuăB5ălà th pănh tăsauă
đĩăđếnăB10,ăđiềuănày cho th yăsựă nhăh ngăcủaăphầnătrĕmănhiên liệuăBiodieselăphaă
trộnăvàoăDieselăđếnăcơngăsu tăvàămomentăđầuăraăcủaăđộngăcơ.ăMoment cựcăđ iăcủaă
nhiên liệuăDiesel, B5, B10 lầnăl ợtălà: 101,72 Nm; 72,6 Nm; 65,96 Nm. Và cơng
su tăcựcăđ iăt ơng ứngăcủaăDiesel,ăB5,ăB10ălà: 27,69 kW; 19,76 kW; 17,96 kW. Các
kếtăqu ămoment,ăcơngăsu tănày sẽătĕngătheoătốcăđộăđộngăcơăb iăvì trong phầnămềmă Ricardo Wave khơng cho phép khai báo bộăđiềuătốcănênăkhiătĕngătốcăđộăcủaăđộngăcơă thì moment, cơng su tătĕngătheo.
- Vềăáp su tăvà nhiệtăđộăcháyătrongăxyălanhăđộngăcơ:ăđốiăvớiănhiên liệuătruyềnă thốngălà Diesel thì ph iăcầnăápăsu tăvà nhiệtăđộălớnăhơnănhiềuăsoăvớiănhiên liệuăsinhă
họcănh ăB10 và B5 đểăđốtăcháy. B iăvì trong Biodiesel cĩ nhiềuăoxyănên quá trình
cháy diễnăraădễădàngăhơn và cháy s ch so vớiănhiên liệuăDiesel.ăVà theo kếtăqu ămơă
phỏngătừăđ ăthịăthì áp su tăvà nhiệtăđộăcủaăDieselăcaoăhơnăsoăvớiăB10ăvà B5.
- Về tỷ lệ truyền nhiệt, tốcăđộ thốt nhiệt và tích lũyănhiệt trong bu ng cháy: mứcăđộ truyền nhiệt, tốcăđộ thốt nhiệt và tích lũyănhiệt của nhiên liệu Biodiesel là hơnăhẳn so với Diesel. Hiệnăt ợng này dễ hiểu vì sự hiện diện của oxy trong thành phần Biodiesel là nhiềuăhơnăDieselănênăhỗn hợp giữa Biodiesel với khơng khí cháy
hồnătồnăvàătĕngămứcăđộ gi i phĩng, tích lũyăvà truyền nhiệt. Giúp c i thiện quá
trình cháy nhiên liệu tốtăhơnătrongăđộngăcơăDieselăIDI.ă
- Vềăhiệuăsu tănhiệtăvà sứcătiêu hao nhiên liệuăcủaăđộngăcơ:
+ Hiệuăsu tănhiệtăcủaăđộngăcơăDieselăsửădụngănhiên liệuăBiodieselălà cao hơnă soă vớiă nhiên liệuă Dieselă t ơngă ứngă B10,ă B5,ă Dieselă là 36,72%; 37,98 %; 37,81%; ăchếăđộămomentălớnănh tăt iăsốăvịng quay 1700 vịng/phút. Điềuănày là