1.3.1.1. Theo hướng tính toán lượng phát thải các chất độc hại và các yếu tố ảnh hưởng.
Tính toán lượng phát thải các chất độc hại trong khí thải là một trong những nội dung quan trọng để đánh giá chất lượng bảo vệ môi trường của động cơ. Ngay từ khi vấn đề ô nhiễm môi trường được đặt ra, đã có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này.
Việc tính toán phát thải dựa trên mô hình mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu của động cơ diesel được giới thiệu khá chi tiết trong công trình của tác giả Badami. M, Nuccio. P, Trucco. G (Technology for Diesel Fule Injection and Spray) (1999), [36]. Mô hình ba chiều về sự hình thành PM và NOX trong động cơ diesel buồng cháy thống nhất cũng được đề cập trong nghiên cứu của Z.X Hou và J.Abraham (University of Minesota) (1995) [45].
Ảnh hưởng của một số thông số như áp suất phun, hình dạng hình học của vòi phun... đến phát thải các chất ô nhiễm trong khí thải của động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp đã được nhóm tác giả D.A Pierpont và R.D Reitz (Universty of Wisconsin-Madison) (1995) [59] làm rõ. Đây là một trong những đóng góp đáng kể cho quá trình nghiên cứu giảm ô nhiễm của động cơ diesel. Tác động của tốc độ phun đến sự phát thải ô nhiễm của động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp cũng được đề cập trong công trình của tác giả J.W Hwang, H.J Kai, M.H Kim và các đồng sự (INHA University) (1999) [47].
BEROUN (Stanislav Techn. Univ. Liberec - Czech Republic) và MARTINS, Jorge (Univ. Minho - Portugal) (2001) [38] đã xác định được nồng độ các chất CO, HC, NOx, CO2, PM trong khí thải của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - CNG và diesel - LPG. Kết quả nghiên cứu của tác giả đã cho thấy hàm lượng NOX và PM trong động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu giảm tùy thuộc vào tốc độ và tải trọng của động cơ.
Z.H. Zhang, C.S. Cheung, T.L. Chan và C.D. Yao (State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin 300 072, PR China) (2009) [74] đã tìm ra được ảnh hưởng đến thành phần khí thải của động cơ diesel khi phun thêm khí metanol vào đường ống nạp của động cơ.
13
Thierry Seguelong [71] đã tiến hành thực nghiệm so sánh 3 phương pháp cắt giảm phát thải NOx trên động cơ diesel, kết quả đạt được cho thấy, sử dụng bộ xúc tác SCR có thể giúp cho động cơ mới đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 6, trong khi giải pháp LNT và EGR có thể giúp động cơ đạt được tiêu chuẩn phát thải Euro V.
Công trình của các tác giả Bogdan Cornel BENEA và Adrian Ovidiu SOICA (TRANSILVANIA University of Brasov) (2007) [37] đã so sánh kết quả thực nghiệm đo khí thải của một động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG. Tác giả đã làm rõ được hiệu quả giảm phát thải PM đối với động cơ diesel – LPG là rất đáng kể, đồng thời cũng cho thấy lượng phát thải HC và CO tăng lên khi sử dụng lưỡng nhiên liệu.
Khả năng giảm phát thải độc hại của động cơ diesel khi sử dụng phương án phun LPG vào đường ống nạp đã được các tác giả Dong Jian, Gao Xiaohong, Li Gesheng và Zhang Xintang, (Wuhan University of Technology) (2001) [41] nghiên cứu thành công trên một động cơ diesel lắp trên ô tô buýt. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi đưa thêm LPG vào nhiên liệu diesel, lượng phát thải PM và NOx giảm mạnh. Các tác giả cũng đã làm rõ ảnh hưởng của các thông số như áp suất phun, thời gian phun và đường kính lỗ phun đến độ ổn định của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG.
Kết quả nghiên cứu của Thomas Renald C.Ja và Somasundaram P trên một động cơ diesel có hệ thống phun nhiên liệu điện tử [69] cho thấy mức giảm phát thải NOx khi pha thêm tỷ lệ % LPG khác nhau ở các chế độ tải trọng khác nhau.
Biện pháp giải quyết hiện tượng tăng lượng phát thải độc hại HC và CO khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG đã được các tác giả M. P. Poonia, (Engineering College, Kota, Rajasthan), A. Ramesh (Indian Institute of Technology Madras, Chennai) và R. R. Gaur (Indian Institute of
Technology Delhi, New Delhi-110 016) (1999) [57] tiến hành thực nghiệm trên một động cơ diesel. Nghiên cứu đã chỉ rõ tác dụng của việc sử dụng biện pháp luân hồi khí xả để giảm lượng khí thải độc hại của một động cơ diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG là rất hiệu quả, đặc biệt là ở chế độ tải trung bình và tải nhỏ.
Các công trình kể trên đã cho thấy phương pháp xác định hàm lượng các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ diesel và động cơ diesel-LPG tùy thuộc vào loại động cơ, mục đích nghiên cứu và điều kiện hoạt động thực tế. Với các động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu, việc tính toán các thành phần khí thải thường sử dụng phương pháp mô phỏng kết hợp với thực nghiệm. Chất lượng quá trình cháy và hàm lượng các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ diesel-LPG phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như phương pháp hòa trộn hỗn hợp diesel-LPG, tỷ lệ hòa trộn, thành phần nhiên liệu, thông số kết cấu của động cơ…Do vậy, muốn xác định được thành phần khí thải của động cơ, cần phải tiến hành nghiên cứu trên những động cơ cụ thể.
1.3.1.2. Theo hướng nghiên cứu ứng dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – LPG vào thực tế
Trên thế giới, việc sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - LPG thực tế chưa phổ biến như chuyển đổi động cơ đơn nhiên liệu LPG, tuy nhiên việc nghiên cứu, thử nghiệm chuyển đổi lưỡng nhiên liệu ngày càng được quan tâm đặc biệt. Loại phương tiện chuyển đổi chủ yếu tập trung vào các loại ô tô tải và ô tô chở khách chạy trong các đô thị lớn.
Liên xô cũ là một trong những nước đi tiên phong trong việc nghiên cứu, ứng dụng động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG. Vào những năm 70 của thế kỷ 19, Liên xô đã nghiên cứu chuyển các động cơ máy kéo M-17, Д-54 và V-2 sang sử dụng LPG với phương pháp trộn hỗn hợp bên ngoài và phát cháy bằng tia lửa điện.
15
sở tại Lexington, Kentucky (Mỹ) cũng là hãng đi tiên phong trong việc sử dụng động cơ diesel - LPG vào các xe nâng hàng hóa. Hiện nay có 250.000 xe nâng hàng của Clark được sử dụng tại Bắc Mỹ và trên 350.000 chiếc sử dụng trên toàn thế giới [52].
Ở Anh việc sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel - LPG bắt đầu từ năm 1996 và được hiệp hội LPGA (LPG Autogas) phê chuẩn vào năm 2000. Đến nay ở Anh đã có khoảng 90.000 xe ô tô các loại được chuyển đổi sang đa nhiên liệu. GSPK là một trong những hãng đi đầu về công nghệ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG tại Anh. Hãng đã lắp đặt hơn 500 xe tải hạng nặng sử dụng lưỡng nhiên liệu và đều rất thành công [79].
Việc ứng dụng chuyển đổi lưỡng nhiên liệu cho động cơ diesel cũng rất phổ biến ở Australia, nó được ứng dụng trên hầu hết các loại xe từ phương tiện cá nhân cho đến phương tiện giao thông công cộng, thậm chí cả tàu thủy. Theo Eco - gas thì tại Australia có khoảng gần 20 công ty kinh doanh trong lĩnh vực lắp đặt bộ chuyển đổi, trung bình một tháng tại Australia có khoảng 5000-8000 phương tiện các loại chuyển đổi sang sử dụng lưỡng nhiên liệu [79].
Philipin là quốc gia đi đầu ở khu vực Đông Nam Á trong việc ứng dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG đại trà trên các phương tiện công cộng. Tháng 6 năm 2008 tổng thống Gloria Macapagal-Arroyo đã dành một khoản ngân sách một tỷ peso để thực hiện dự án chuyển đổi các phương tiện công cộng sử dụng nhiên liệu diesel sang sử dụng diesel - LPG. Hiện tại có khoảng 53 trạm tiếp LPG cho các phương tiện sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu tại thủ đô Manila của Philippin. MACRO Liquefied Petroleum Gas Co. Inc, một công ty cung cấp LPG tại Philipin đang có kế hoạch mở rộng mạng lưới LPG ra các thành phố khác của Philipin như Baguio, Cebu và Davao. Công ty cũng hứa hẹn sẽ sản xuất 15.000 phương tiện sử dụng lưỡng nhiên liệu mỗi năm bao gồm xe bus và taxi.
thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về khí thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG. Các công trình tập trung chủ yếu vào loại động cơ lắp trên ô tô khách, ô tô tải trọng lớn, ô tô chuyên dùng. Các nghiên cứu sử dụng động cơ diesel-LPG lắp trên ô tô cỡ nhỏ còn rất hạn chế.