Để xác định các thành phần phát thải của động cơ diesel và động cơ diesel-LPG, tiến hành mô phỏng động cơ theo chu trình thử khí thải của Châu Âu ECE R49. Các chế độ thử nghiệm được trình bày trong hình 3.6 và bảng 3.7.
Để đảm bảo trọng số của mỗi chế độ thử trong chu trình, có hai cách tính:
- Cách 1: Trọng số được xét đến ngay trong quá trình thử nghiệm bằng
cách thay đổi thời gian thử tại mỗi chế độ theo tỷ lệ tương ứng với trọng số - Cách 2: Thời gian thử tại mỗi chế độ thử là như nhau, trọng số tại mỗi chế độ được xét đến trong quá trình tính toán phát thải trung bình toàn chu trình.
Bảng 3.7. Diễn giải các mode của chu trình thử ECE R49
Mode Tốc độ động cơ % Tải Trọng số (%) Thời gian (ph) 1 Chế độ không tải - 25/3 6 2 Chế độ mômen lớn nhất 10 8 6 3 25 8 6 4 50 8 6 5 75 8 6 6 100 25 6 7 Chế độ không tải - 25/3 6 8 Chế độ công suất lớn nhất 100 10 6 9 75 2 6 10 50 2 6 11 25 2 6 12 10 2 6 13 Chế độ không tải - 25/3 6
Hình 3.6. Sơ đồ thể hiện các mode của chu trình thử ECE R49
Tốc độ động cơ, %
T
ải tr
ọng,
Đối với mô hình nghiên cứu, đề tài sử dụng cách thứ 2 với thời gian thử nghiệm tại mỗi chế độ đều là 6 phút. Hàm lượng phát thải độc hại CO, NOx và bồ hóng được xác định ở các chế độ thử nghiệm sau khi đã chạy chương trình mô phỏng.
Khi mô phỏng động cơ diesel - LPG, cần phải xác định được lượng LPG cấp vào động cơ nghiên cứu. Với mục tiêu là giữ nguyên công suất của động cơ khi thay một phần diesel bằng LPG, tiến hành thay đổi thông số đầu vào trong phần khai báo lượng diesel cung cấp cho chu trình. Lượng nhiên liệu diesel điều chỉnh giảm lần lượt là 10%, 20%. Sau khi giảm lượng diesel cung cấp, công suất của động cơ giảm, tiến hành điều chỉnh lượng LPG cung cấp cho chu trình tăng dần tới khi công suất động cơ đạt giá trị như chế độ sử dụng 100% nhiên liệu diesel.
Kết quả mô phỏng các thành phần khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel-LPG khi chạy theo chu trình ECE R49 thể hiện trong các hình (3.7), (3.8), (3.9) và bảng 3.8.
Kết quả mô phỏng ở trên hình 3.7 cho thấy, với động cơ diesel sử dụng
0 3 6 9 12 15 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 CO (g/ kw.h )
Các chế độ của chu trình ECE R49 100 % diesel
diesel+10%LPG
diesel+20%LPG
Hình 3.7. Phát thải CO ở các chế độ mô phỏng theo chu trình ECE R49
Diesel LPG_10 LPG_20
79
lưỡng nhiên liệu diesel - LPG, khi chạy theo chu trình thử ECE R49 thì hàm lượng CO tăng, mức tăng trung bình ở chế độ LPG thay thế 10% diesel là 77,42% và ở chế độ LPG thay thế 20% diesel là 151,8% so với khi sử dụng 100% diesel. Hàm lượng CO tăng là do hỗn hợp đồng nhất nhiên liệu và không khí quá nghèo, dưới giới hạn cháy nên không cháy hết hoặc màng lửa không lan đến kịp trong không gian buồng cháy.
Kết quả mô phỏng ở trên hình 3.8 cho thấy, hàm lượng NOX trong động cơ diesel - LPG giảm, ở chế độ LPG thay thế 10% diesel mức giảm trung bình là 3,427% và ở chế độ LPG thay thế 20% diesel mức giảm trung bình là 6,178% so với khi sử dụng 100% diesel. Hàm lượng NOX giảm là do LPG bay hơi sẽ thu nhiệt, nhiệt độ của quá trình cháy giảm làm giảm hàm lượng NOX.
Đối với thành phần phát thải bồ hóng, kết quả trên hình 3.9 cho thấy khi sử dụng lưỡng nhiên liệu, hàm lượng bồ hónggiảm trung bình 16,76% ở chế độ LPG thay thế 10% diesel và giảm trung bình 25,4% ở chế độ LPG thay thế 20% diesel. Bồ hóng giảm là do LPG được hòa trộn với không khí trên
0 3 6 9 12 15 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 NO X (g /kw .h )
Các chế độ của chu trình ECE R49 100 % diesel
diesel+10%LPG
diesel+20%LPG
Hình 3.8. Phát thải NOX ở các chế độ mô phỏng theo chu trình ECE R49
Diesel LPG_10 LPG_20
đường ống nạp nên hỗn hợp khí nạp vào xylanh tương đối đồng đều, tốc độ của quá trình cháy do đó sẽ tăng và thời gian cháy nhanh hơn làm giảm khả năng hình thành muội than.
Bảng 3.8. Phát thải trung bình theo chu trình ECE R49
Thành phần Đơn vị Diesel LPG_10 So sánh (%) LPG_20 So sánh (%) CO g/kW.h 1,469 2,606 77,4 3,699 151,8 NOX g/kW.h 5,654 5,460 -3,4 5,305 -6,2 Bồ hóng g/kW.h 0,299 0,249 -16,7 0,223 -25,4