Biodiesel Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sử ụd ng diesel khoáng

Một phần của tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu sinh học trong hỗn hợp Dieselethanolbiodiesel tới tính năng kỹ thuật và phát thải động cơ diesel444 (Trang 34 - 153)

thấy phát th i HC gi m trung bình trong kho ng t ả ả ả ừ 22,5% đến 33,1%. Trong khi đó, phát th i NOả x gia tăng, từ 5,58% đến 25,97% so v i khi s d ng nhiên li u diesel. ớ ử ụ ệ Các thông s cố ủa đặc tính cháy của động cơ nhƣ thời gian cháy tr , nhiễ ệt độ và áp suất buồng cháy, tốc đ ỏa nhiệt cũng đã đƣợc nghiên cứộ t u trên nhi u loề ại nhiên liệu khác nhau.

Zhang và Van Gerpen [34] nghiên cứu so sánh khi s d ng diesel sinh h c và ử ụ ọ

diesel tăng áp, 4 xylanh. Họ nh n th y, khi s d ng diesel sinh h c và h n hậ ấ ử ụ ọ ỗ ợp nhiên li u pha nói trên làm cho quá trình cháy tr rút ng n lệ ễ ắ ại trong khi các đặc tính cháy khác gần tƣơng tự nhƣ khi sử ụ d ng nhiên li u diesel. ệ

S.Sinha and A.K.Agarwal [35] nghiên cứu đặc tính cháy của động cơ diesel 4 kỳ, 4 xylanh, không tăng áp cho nhiên liệu diesel (B0) và nhiên li u diesel sinh hệ ọc ngu n g c t cám g o v i các tồ ố ừ ạ ớ ỷ l 10%, 20% và 100%. Th c nghiệ ự ệm đƣợc tiến hành ở chế độ 50% t i tả ại 1400 v/ph (Hình 1.11).

Hình 1.11 c tính cháy c a nhiên li u th nghi m [35]

K t qu cho th y áp suế ả ấ ất đỉnh và tốc độ ỏ t a nhi t l n nh t c a nhiên li u diesel ệ ớ ấ ủ ệ cao nhất, sau đó thấp d n khi t l pha tr n diesel sinh hầ ỷ ệ ộ ọc tăng lên. Trong khi đó, thời điểm b t d u cháy c a nhiên li u diesel mu n nh t và s m nh t là nhiên li u ắ ầ ủ ệ ộ ấ ớ ấ ệ B100. H u h t các nhà nghiên c u trên th gi i v diesel sinh hầ ế ứ ế ớ ề ọc đều có k t lu n ế ậ chung là tính ch t và ngu n g c c a nhiên li u có nh hu ng quyấ ồ ố ủ ệ ả ở ết định đến đặc

21

tính cũng nhƣ phát thả ủa động cơ. Lý do là các tính chấi c t nhiên li u khác nhau có ệ ảnh hƣởng khác nhau đến quá trình phun nhiên li u, hình thành h n h p và cháy ệ ỗ ợ trong động cơ diesel.

1.4.1.3. Nhiên li u diesel-ethanol-biodiesel ệ

Hiện nay đã có mộ ốt s công trình nghiên c u v tính ch t h n h p nhiên li u ứ ề ấ ỗ ợ ệ diesel-ethanol-biodiesel cũng nhƣ khả năng sử ụ d ng h n hỗ ợp này trên động cơ diesel. M. Al-Hassan th c hi n nghiên c u v tính hòa tan c a h n h p diesel-ự ệ ứ ề ủ ỗ ợ ethanol-biodiesel và tính năng kinh tế ỹ k thuậ ủa động cơ diesel vớ ỗt c i h n h p này ợ [36 Nhiên li u diesel-]. ệ ethanol DE5, DE10, DE15, DE20 không b n và phân tách ề

pha sau 80, 24, 5 và 2 gi . Tuy nhiên khi tr n thêm 10% biodiesel, h n h p ờ ộ ỗ ợ DE10B10, DE15B10, DE20B10 có thời gian tách pha tăng lên đáng kể ớ, t i 9, 3 và 1 ngày tƣơng ứng v i h n h p DE10, DE15, DE20ớ ỗ ợ . Đố ớ ỗi v i h n h p ợ DE5B10 thì hầu nhƣ không có sự phân tách pha. Th nghi m các h n h p diesel-ethanol-biodiesel ử ệ ỗ ợ trên động cơ diesel 1 xylanh có dung tích xylanh 1,433 lít, công suất 8 mã l c. K t ự ế qu cho th y v công su t ả ấ ề ấ động cơ không thay đổi khi s d ng DE5ử ụ B10, và công suất gi m khi s d ng ả ử ụ DE10B10, DE15B10, DE20B10. Suất tiêu hao nhiên li u có ệ xu hƣớng tăng khi tăng tỷ ệ l ethanol và hi u su t nhiệ ấ ệt tăng với DE5B10, DE10B10 và gi m v i DE15ả ớ B10, DE20B10 (Hình 1.12). K t qu cho th y h n h p DE5B10, ế ả ấ ỗ ợ DE10B10 phù hợp để làm nhiên liệu cho động cơ diesel.

Hình 1.12. Công su t, su t tiêu hao nhiên li u và hi u su t nhi t c a nhiên li u th nghi m 6] [3

Su Han Park [37] nghiên c u ứ thử nghi m v i các lo i nhiên ệ ớ ạ liệu diesel, DE10B5, DE20B5, DE30B5 trong đó biodiesel có nguồn gố ừ ầc t d u c , th nghi m ọ ử ệ

22

trên động cơ diesel 1 xylanh, phun trực ti p, s d ng h th ng luân h i khí x ế ử ụ ệ ố ồ ả (EGR). K t qu cho th y khi s d ng h n h p nhiên li u DE10B5, DE20B5, ế ả ấ ử ụ ỗ ợ ệ DE30B5 quá trình cháy tƣơng tự so v i s d ng nhiên li u ớ ử ụ ệ diesel, hàm lƣợng muội than, CO và NOx u gi m. đề ả

Qiang Fang [38] nghiên c u so sánh khi s d ng diesel, diesel-biodiesel ứ ử ụ DB10, ỗh n h p nhiên li u diesel-ethanol-biodiesel Dợ ệ E10B10 và DE20B10 ới v biodiesel có ngu n g c t dồ ố ừ ầu ăn phế thả trên động cơ diesel 4 xylanh ử ụi , s d ng h ệ thống phun nhiên li u ki u common rail (Hình 1.13). Có ể ấệ ể th th y r ng áp su t phun ằ ấ c a các h n h p nhiên li u có hình dủ ỗ ợ ệ ạng tƣơng tự nhau, áp suất đỉnh của DE10B10

và DE20B10 thấp hơn so với nhiên li u diesel truyệ ền th ng và DB10 có áp su t ố ấ đỉnh cao hơn một chút. Tốc độ ỏ t a nhi t l n nhệ ớ ất tăng cùng vớ ự tăng tỷ ệi s l ethanol

trong nhiên li u h n h p và xu t hiệ ỗ ợ ấ ện xa ĐCT hơn, thời điểm bắt đầu cháy của diesel và DB10 là sớm hơn DE10B10 và DE20B10. Do s ự gia tăng về hàm lƣợng ô xy trong nhiên li u, s ệ ự gia tăng về trị ố s Xê tan nên quá trình cháy tr ễ dài hơn, dẫn đế ốn t c đ gi i phóng nhi t tộ ả ệ ối đa cao hơn.

Hình 1.13. So sánh áp su t cháy và t t a nhi t c a diesel, DB10, DE10B10, DE20B10[38]

X. Shi 9[3 ] thử nghi m v i các lo i nhiên li u g m B20, DE3B12ệ ớ ạ ệ ồ , DE4B16, trong đó biodiesel có gố ừ ầu đậu nành, trên động cơ diesel 4 xylanh, phun trực t d c tiếp, Euro II. Các k t qu c ể đã đƣợế ả ụ th c th hi n trên Hình 1.14. S có m t c a ô ể ệ ự ặ ủ xy trong các nhiên li u h n hệ ỗ ợp đã cải thiện đáng kể chất lƣợng khí thải đặc bi t là ệ phát th i PM, có th gi m t i 48% v i nhiên li u DE4B16. NOả ể ả ớ ớ ệ x có xu hƣớng tăng v i mớ ức tăng lớn nhất lên đến 32%. Thành ph n CO giầ ảm và HC tăng khi sử ụ d ng h n h p nhiên li u sinh hỗ ợ ệ ọc, đƣợc cho là do ảnh hƣởng c a ethanol trong h n h p. ủ ỗ ợ Dù v y, s d ng h n h p diesel-ethanol-biodiesel là giậ ử ụ ỗ ợ ải pháp đáng quan tâm để gi m PM và có th nghiên c u các giả ể ứ ải pháp khác để kh c phắ ục các nhƣợc điểm còn t n tồ ại, nhƣ xử lý khí thải để ả gi m NOx và HC.

23

Hình 1.14. Phát th i c a nhiên li u diesel, B5, B20, DE3B12 và DE4B16 t i 100% t i [39]

T. Krishnaswamy [40 nghiên c u h n h p ] ứ ỗ ợ DE15, DE10B10 và DE15B20 trong đó biodiesel có nguồn g c t Jatropha, th y r ng các h n hố ừ ấ ằ ỗ ợp này có độ nh t ớ

tƣơng tự nhƣ diesel và có độ ề b n tách pha tốt hơn hỗn h p diesel-ợ ethanol Th . ử nghiệm trên động cơ diesel 4 xylanh có sử ụ d ng b x lý xúc tác ôxy hóa cho thấy ộ ử suất tiêu hao nhiên liệu tăng nhẹ (do nhi t tr h n h p gi m) và hi u su t nhiệ ị ỗ ợ ả ệ ấ ệt tăng lên, phát thải độ khói và NOx u giđề ảm, trong khi HC và CO tăng nhẹ ở các ch ế độ tải nhẹ (Hình 1.15).

24

Hình 1.15 Phát th. i c a nhiên li u diesel, DE15, DE10B10 và DE15B20 [40] Czerwinski [41] nghiên c u s d ng h n h p nhiên li u diesel pha 30% ứ ử ụ ỗ ợ ệ ethanol và 15% biodiesel t d u hừ ầ ạt cải, th nghiử ệm trên động cơ diesel bốn xy lanh phun tr c ti p. K t qu cho th y khi thêm ethanol s làm cho nhiự ế ế ả ấ ẽ ệt độ cháy giảm, phát th i NOả x, HC, CO, PM gi m toàn tả ở ải, tuy nhiên lƣợng CO và HC tăng tạ ải i t nh và tỏ ốc độ thấp.

Nadir Yilmaz 2[4 ] thử nghi m v i tệ ớ ỷ l ệ phối trộn cao hơn, DE10B45 và DE20B40 v biodiesel có ngu n g c t dới ồ ố ừ ầu đậu nành trên động cơ diesel 2 xylanh, phun tr c ti p t i cùng ch ự ế ạ ế độ ải t cho th y v i h n h p nhiên li u su t tiêu hao ấ ớ ỗ ợ ệ ấ

nhiên liệu tăng, phát thải HC và CO tăng trong khi NOx giảm khi tăng nồng độ ethanol. Nhƣ vậy h n h p diesel-ethanol-biodiesel có th là gi i pháp tỗ ợ ể ả ốt để gi m ả NOx, tuy nhiên chất lƣợng khí th i nói chung ph u c nhi u vào ch làm viả ụ th ộ ề ế độ ệc của động cơ và tỷ l ệ trộn ethanol.

Nhƣ vậy, các công trình nghiên c u ứ ở nƣớc ngoài đã phần nào cho th y kh ấ ả năng sử ụ d ng h n h p nhiên li u diesel-ethanol-biodiesel làm nhiên liỗ ợ ệ ệu cho động cơ diesel. Nhìn chung h n h p nhiên li u diesel-ỗ ợ ệ ethanol-biodiesel có độ nhớt tƣơng

t ự nhƣ diesel và có độ ề b n tách pha tốt hơn hỗn h p diesel-ợ ethanol. Động cơ sử

d ng h n h p nhiên li u này v i t l ph i tr n biodiesel và ethanol nh ụ ỗ ợ ệ ớ ỷ ệ ố ộ ỏ ít ảnh hƣởng tới tính năng kỹ thuật động cơ. Tuy nhiên, các nghiên c u ứ khác nhau đƣa ra xu hƣớng và mức độ ảnh hƣởng t i chớ ất lƣợng khí thải khác nhau, đặc bi t là mu i ệ ộ than và PM. Điều này cho thấy ảnh hƣởng c a h n h p nhiên li u t i chủ ỗ ợ ệ ớ ất lƣợng khí

thải ph ụ thuộc vào ngu n g c nhiên li u sinh h c, t l ph i tr n các nhiên li u ồ ố ệ ọ ỷ ệ ố ộ ệ thành ph n, k t c u, chầ ế ấ ất lƣợng và điều ki n làm vi c c ệ ệ ụ thể ủa động cơ. c Ngoài ra, những công trình nói trên chƣa đƣa ra đƣợc phƣơng pháp nhằm xác định t l pha ỷ ệ h p lý ba thành ph n trong nhiên li u. ợ ầ ệ

1.4.2. Nghiên cứu trong nước

M t s công trình nghiên cộ ố ứu trong nƣớc đã đƣợc th c hi n nhự ệ ằm ứng d ng ụ NLSH thay th cho nhiên li u hóa th ch truy n th ng. ế ệ ạ ề ố

Nghiên c u c a tác gi Nguyứ ủ ả ễn Tuấn Nghĩa [43] đánh giá ảnh hƣởng c a ủ biodiessel s n xu t t i Vi t Nam n tính n ng kinh t - k ả ấ ạ ệ đế ă ế ỹ thuật và phát th i cả ủa

25

B10, B20 và B30 gi m so v diesel lả ới ần lƣợt 1,08%, 2,16% và 3,00%, trong khi đó suất tiêu hao nhiên li u tăng lệ ần lƣợt 1,21%, 2,45% và 3,40% (Hình 1.16). S suy ự gi m công su t là do nhi t tr c a biodiesel thả ấ ệ ị ủ ấp hơn, mặt khác do quá trình cháy tr ễ gi m nên x y ra quá trình v a cháy v a nén. Khi s d ng nhiên li u B10, B20 và ả ả ừ ừ ử ụ ệ B30 phát th i NOả x tăng 2,0%, 3,7% và 5,1%, độ khói gi m 5,6%, ,4%, 17,5% và ả 11 CO giảm 4,2%, 8,3% và 14,3% so v i s d ng nhiên li u diesel (Hình 1.17)ớ ử ụ ệ . Nghiên c u này ứ chƣa đề ập đế c n vấn đề ph i tr n thêm ethanol vào h n hố ộ ỗ ợp biodiesel.

Hình 1.16 e và gi Netheo t l diesel

Hình 1.17. Quan h gi a CO, HC, NOx khói và t l pha tr n diesel sinh h c [43]

Nguyễn Hoàng Vũ và cộng s [44] ự đã nghiên cứu v kh ề ả năng sử ụ d ng biodiesel B10, B20 cho phƣơng tiện cơ giới quân s . K t qu ự ế ả đã đánh giá ảnh hƣởng của B10, B20 đến các ch tiêu kinh t , k thu t, phát th i, mỉ ế ỹ ậ ả ức độ tƣơng thích v t li u c a B10 và B20; mậ ệ ủ ức độ ổn định của B10, B20 khi lƣu trữ dài hạn trên phƣơng tiện; tác động của B10, B20 đến đặc tính c a dủ ầu bôi trơn động cơ; tác động của B10, B20 đến mức độ mài mòn các chi ti t chính c a h th ng phun nhiên ế ủ ệ ố liệ và động cơ diesel.u

Nghiên c u c a tác gi ứ ủ ả Phạm H u Truy n [45] nâng cao tữ ề ỷ l nhiên li u sinh ệ ệ

h c bio-ethanol s d ng trên ọ ử ụ động cơ xăng t p trung nghiên c u ậ ứ ảnh hƣởng của xăng E10 đố ới phƣơng tiện ô tô con đang lƣu hành bai v o g m xe dùng ch hòa khí ồ ế và phun xăng điệ ử ớn t v i các thông s ố tính năng kỹthuật, phát thải và độ ề b n. Với các tỷ l c n ethanol lệ ồ ớn hơn ừt 10% t i 85%, nghiên c u này ch yớ ứ ủ ếu th c hi n mô ự ệ

26

phỏng mà chƣa tiến hành th c nghiự ệm, đồng thời cũng chƣa đề ập đế c n vấn đề ử s d ng cụ ồn ethanol cho động cơ diesel.

Công trình nghiên c u c a tác gi Lê Danh Quang [46 nghiên cứ ủ ả ] ứu ảnh hƣởng

của phụ gia nhiên li u sinh h c E10 và D Bệ ọ 5 đến các ch tiêu kinh t kỉ ế ỹ thu t cậ ủa động cơ cũng đã thự, c hi n th nghi m nhiên li u DE5 ệ ử ệ ệ trên động cơ diesel. Tuy nhiên đề tài này t p trung nghiên c u h ậ ứ ệ phụ gia cho nhiên liệu mà không đi sâu

nghiên c u v t l ứ ề ỷ ệ phối tr n ethanol trong nhiên liộ ệu cũng nhƣ hỗn h p diesel-ợ ethanol-biodiesel.

Công trình nghiên c u c a Nguyứ ủ ễn Thành B c [47 vắ ] nghiên c u chuyề ứ ển đổi động cơ diesel thành động cơ lƣ ng nhiên li u diesel-ỡ ệ ethanol, đã xây dựng mô hình điều khiển có xét đế ảnh hƣởn ng c a b ủ ộ điều tốc trên MHMP động cơ. Tuy nhiên,

chƣơng trình điều khi n này ch ể ỉ tính toán lƣợng phun c a diesel và ethano trên ủ l đƣờng n p theo t ng ch t i và tạ ừ ế độ ả ốc độ, chƣa xét nghiên c u v t l ph i tr n ứ ề ỷ ệ ố ộ ethanol trong nhiên liệu.

Nguy n Th Lễ ế ƣơng 8 nghiên c u th nghi m ph i tr n ethanol vào diesel [4 ] ứ ử ệ ố ộ v i tớ ỷ l ệ 5% và 10% và đánh giá ảnh hƣởng c a nhiên li u t i tính nủ ệ ớ ăng động cơ diesel 1 xylanh common rail. K t qu cho th y h n h p DE5,DE10 hế ả ấ ỗ ợ ầu nhƣ không ảnh hƣởng t i công su t và su t tiêu hao nhiên liớ ấ ấ ệu động cơ, tuy nhiên giúp giảm

đáng kể phát th i HC và CO trong khi NOả x tăng nhẹ so v i khi s d ng diesel ớ ử ụ khoáng (Hình 1.18, Hình 1.19).

Hình 1.18. Mô men và su t tiêu hao nhiên li u khi s d ng nhiên li u diesel, DE5, DE10 [48]

27

Hình 1.19. Phát th i CO, HC, NOxkhi s d ng nhiên li u diesel, DE5, DE10 [48] Có th thể ấy các nghiên cứu trong nƣớc đƣợc th c hi n h u hự ệ ầ ết đối với xăng sinh h c và diesel sinh h c, còn ít các nghiên c u ph i tr n ethanol v i diesel và ọ ọ ứ ố ộ ớ chƣa có nghiên cứu nào th c hi n ph i tr n h n h p diesel-ethanol-ự ệ ố ộ ỗ ợ biodiesel cũng nhƣ đánh giá tính năng k ỹthuật động cơ diesel khi sử ụ d ng h n h p này. ỗ ợ

1.5. Hƣớng ti p c n c a lu n án ế ậ ủ ậ

Nhằm th c hi n mự ệ ục tiêu tăng lƣợng tiêu th ethanol nêu ra ph n M u ụ ở ầ ở đầ c a lu n án b ng cách pha ethanol v i diesel khoáng và b ủ ậ ằ ớ ổ sung biodiesel nhƣ một ph gia c i thi n tính ch t nhiên liụ ả ệ ấ ệu và trên cơ sở nghiên c u tứ ổng quan NCS đƣa ra phƣơng pháp tiếp cận nhƣ sau. Đầu tiên NCS chọn động cơ nghiên cứu là động cơ diesel D4BB lắp trên xe t i nh Hyundai 1,25 s d ng nhi u Viả ẹ ử ụ ề ở ệt Nam đại di n ệ cho các loại động cơ diesel đang lƣu hành. Tiếp theo, căn cứ vào nh ng công trình ữ

đã công bố, NCS ch n m t s m u có t l pha diesel-ethanol-bioethanol khác ọ ộ ố ẫ ỷ ệ nhau, sau đó tiến hành nghiên c u mô ph ng b ng ph n m m AVL-ứ ỏ ằ ầ ề Boost để xác định các thông s ố tính năng và phát thả ủi c a động cơ làm cơ sở để xác đị nh t l pha ỷ ệ diesel-ethanol-bioethanol h p lý. ợ Cuối cùng, NCS tiến hành nghiên c u thứ ực nghiệm có đối chi u v i k t qu mô ph ng nhế ớ ế ả ỏ ằm đánh giá ảnh hƣởng c a h n hủ ỗ ợp nhiên li u diesel-ethanol-biodiesel tệ ới tính năng kinh tế, k thu t và phát ỹ ậ thả ủa i c động cơ diesel đang lƣu hành và rút ra những k t lu n c n thi t. ế ậ ầ ế

1.6 K t lu n . ế ậ chƣơng 1

- Phối trộn ethanol vào diesel thông thƣờng cùng v i s có m t c a biodiesel ớ ự ặ ủ

Một phần của tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu sinh học trong hỗn hợp Dieselethanolbiodiesel tới tính năng kỹ thuật và phát thải động cơ diesel444 (Trang 34 - 153)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(153 trang)