CHƯƠNG II : ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL
3.3 Tốc độ phun nhiên liện
Lịch sử tốc độ phun, tiếp nhiên liệu ở các giai đoạn phun khác nhau và tổng lượng nhiên liệu phụ thuộc trực tiếp vào đặc tính của nhiên liệu, đặc biệt là độ nhớt và tỷ trọng. Từ độ nhớt và tỷ trọng của dầu diesel sinh học có thể thay đổi đáng kể; điều này có thể dẫn đến ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ tiêm. Hơn nữa, mật độ và độ nhớt của nhiên liệu phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ của nó. Do đó, nhiệt độ nhiên liệu cũng đại diện cho một tham số rất quan trọng.
Cũng như các đặc tính phun khác, ảnh hưởng của diesel sinh học đến tốc độ phun không tiếp xúc như nhau ở tất cả các hệ thống phun nhiên liệu. Trong MCFIS, ảnh hưởng này khá đáng kể do các tác động liên quan đến vận chuyển và áp suất phun thấp hơn (Boudy và Seers 2009; Kegl 2008, 2006a). Tuy nhiên, trong ECFIS, ảnh hưởng này là khá nhỏ. Thoạt nhìn, điều này gây ngạc nhiên vì dầu diesel sinh học thường có nhớt hơn so với dầu diesel khoáng, có xu hướng làm chậm dòng nhiên liệu vào buồng đốt và giảm thể tích nhiên liệu phun vào. Tuy nhiên, nhiên liệu diesel sinh học có mật độ cao hơn so với dầu diesel khoáng, có nghĩa là khối lượng của nhiên liệu được bơm vào không đổi. Hai tác động ngược lại này có thể giải thích tại sao có không có sự khác biệt đáng kể giữa cả hai tốc độ phun nhiên liệu ở áp suất cao hệ thống đường sắt chung (Luja´n et al. 2009a, b; Yoon et al. 2009).
56Hình 3.17 Thời gian phun tương đối của RaBIO đối với D100
57Hình 3.18 Thời gian phun tương đối ở các nhiệt độ khác nhau
3.3.1 Ảnh hưởng của các đặc tính của diesel sinh học
Trong MCFIS, một quan sát chung là các giá trị cao hơn của mật độ nhiên liệu, độ nhớt và mô đun số lượng lớn dẫn đến việc tăng lượng nhiên liệu (Boudy và Seers 2009; Kegl 2006a). Ở trong ECFIS mật độ nhiên liệu cao hơn cũng có thể dẫn đến nhiên liệu cao hơn một chút, nhưng chỉ trong những hoàn cảnh đặc biệt. Trong trường hợp phun một lần, việc tiếp nhiên liệu khác nhau diesel sinh học thực tế không thay đổi so với diesel khoáng. Mật độ nhiên liệu có cũng là một tác động không đáng kể trong quá trình tiêm thử và tiêm chính trong trường hợp ba mũi phun. Tuy nhiên, trong quá trình sau phun, mật độ nhiên liệu diesel sinh học cao hơn có thể dẫn đến khối lượng nhiên liệu phun vào cao hơn. Hiệu ứng này có thể được nhấn mạnh hơn nữa, nếu giá trị của môđun số lượng
lớn giảm (Boudy và Seers 2009), tức là nếu một loại điêzen sinh học được thay thế bằng một loại khác có tỷ trọng cao hơn và môđun khối lượng lớn thấp hơn.
Các nghiên cứu về hệ thống phun nhiên liệu M được điều khiển cơ học, Bảng 5.1, cho thấy rằng, nói chung, tốc độ phun trung bình tăng khi D100 được thay thế bằng RaBIO hoặc hỗn hợp của nó. Điều này có thể được quan sát ở tất cả các chế độ ESC, ngoại trừ RaBIO gọn gang à B50 ở chế độ không tải (Hình 5.19) (Kegl 2006a).
Bằng cách tính đến các yếu tố trọng số của 13 chế độ của bài kiểm tra ESC, nhiên liệu một phần của các giai đoạn phun khác nhau được trình bày trong Hình 5.20 (Kegl 2006a).
Tổng lượng nhiên liệu bao gồm nhiên liệu một phần trong giai đoạn mở kim (A), được chia nhỏ thành A1 (10% tiêm đầu tiên) và A2 (từ cuối A1 cho đến cuối A), pha kim mở (B) và pha kim đóng (C), được chia nhỏ vào C1 (từ đầu C đến đầu C2) và C2 (10% lần tiêm cuối cùng). Các kết quả được trình bày trong Hình 5.20 cho thấy rằng nhiên liệu trong 10% đầu tiên của thời lượng tiêm (A1) là cao nhất khi sử dụng D100; trong khi đó việc tiếp nhiên liệu trong 10% thời gian tiêm cuối cùng (C2) là nhỏ nhất với B25 và B75. Việc tiếp nhiên liệu trong quá trình nâng kim cũng như đóng kim giảm theo tăng hàm lượng RaBIO trong hỗn hợp với D100.
Để có thể so sánh giữa các nhiên liệu khác nhau, phần tương đối có thể tính được nhiên liệu, tổng hợp trên tất cả 13 chế độ ESC (Kegl 2006a). Các các pha thú vị nhất (A, A1, C và C2) được so sánh trong Hình 5.21. Người ta có thể thấy rằng bằng cách tăng hàm lượng RaBIO, tất cả các lượng được so sánh đều giảm. Cái này mang lại cơ hội tốt để giảm NOx cũng như khói và khí thải PM.
58Hình 3.19 Tốc độ phun trung bình ở 13 chế độ thử nghiệm ESC cho hỗn hợp RaBIO và D100 đối với D100
59Hình 3.20 Tiếp nhiên liệu trong các giai đoạn phun khác nhau, tổng hợp trên 13 chế độ ESC, cho các loại nhiên liệu khác nhau
60Hình 3.21 Nhiên liệu cục bộ tương đối tổng hợp trên tất cả 13 chế độ ESC cho các hỗn hợp khác nhau của RaBIO và D100
3.3.2 Ảnh hưởng của Chế độ Vận hành Động cơ
Nói chung, tốc độ phun trung bình cao hơn ở tải và tốc độ động cơ cao hơn. Tuy nhiên, điêu nay không phải luôn luôn đung. Các cuộc điều tra đã chỉ ra rằng điều này tình hình có thể thay đổi trong một chế độ hoạt động cụ thể.
Trong Kegl (2006a) hỗn hợp RaBIO với D100 đã được thử nghiệm cơ học Hệ thống phun nhiên liệu có điều khiển M, Bảng 5.1. Nó chỉ ra rằng, nói chung, nhiên liệu tăng lên bằng cách tăng một phần RaBIO trong hỗn hợp (Hình 5.22). Chỉ tại nhàn rỗi đây không phải là trường hợp.
Tỷ lệ tiêm trung bình tương đối của RaBIO đối với D100 được trình bày trong Hình 5.23 (Kegl 2006a). Có thể thấy rằng tỷ lệ tiêm tăng nhiều nhất ở tải thấp hơn (chế độ 7, 9, 11 —25% tải và chế độ 5—50% tải). Mặt khác bên, tỷ lệ tiêm trung bình ở chế độ nhàn rỗi là thấp nhất.
61Hình 3.22 Tiếp nhiên liệu của RaBIO pha trộn với D100
62Hình 3.23 Tỷ lệ tiêm trung bình tương đối cho RaBIO
3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Trong Kegl (2008) ảnh hưởng của nhiệt độ nhiên liệu đến nhiên liệu trên mỗi hành trình là được khảo sát trên hệ thống phun nhiên liệu M được điều khiển cơ học, Bảng 5.1, bằng cách sử dụng D100 và RaBIO. Nói chung, nhiên liệu của RaBIO có phần cao hơn so với D100, nhưng kết quả phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ nhiên liệu (Hình 5.24). Sự khác biệt tối đa (trên 20%) đạt được ở tải thấp hơn (chế độ 5, 7, 9 và 11), đặc biệt là ở nhiệt độ nhiên liệu cao hơn.
Trong hệ thống phun M được điều khiển cơ học, nhiên liệu trong thời gian đầu và các giai đoạn phun cuối cùng có liên quan chặt chẽ đến khí thải NOx và khói. Trước đó, đáng để so sánh các loại nhiên liệu riêng phần cho D100 và RaBIO ở nhiều mức khác nhau các chế độ vận hành và nhiệt độ nhiên liệu khác nhau (Kegl 2008). Để ước tính phát thải
NOx, nhiên liệu một phần A ở các nhiệt độ khác nhau được thể hiện trong Hình 5.25. Người ta có thể thấy rằng các biến thể của nhiên liệu một phần tương đối A tăng lên khi nhiệt độ trở nên thấp hơn. Đối với cả hai loại nhiên liệu, D100 và RaBIO, điều này đặc biệt hiển nhiên dưới 0 C. Cả hai loại nhiên liệu hoạt động tương tự nhau, ngoại trừ ở ba chế độ vận hành (chế độ 1, 7 và 9) ở nhiệt độ 0 C. Điều này có nghĩa là ở chế độ tải thấp, RaBIO có phần nhạy cảm hơn với nhiệt độ. Do đó, mức tăng tương đối của phát thải NOx của RaBIO có thể cao hơn một chút ở các chế độ này. Hầu như tất cả các chế độ khác của thử nghiệm ESC, nhiên liệu một phần A giảm với mức thấp hơn nhiệt độ.
Bằng cách phân tích nhiên liệu một phần A1 (Hình 5.26), người ta có thể kết luận rằng sự khác biệt giữa cả hai loại nhiên liệu là tương đối nhỏ. Tuy nhiên, người ta có thể thấy rằng nhiên liệu một phần A1 trên thực tế luôn tăng khi nhiệt độ giảm.
Điều này có nghĩa là ở nhiệt độ thấp hơn, lượng phát thải NOx cao hơn có thể được mong đợi đối với cả hai loại nhiên liệu (Kegl 2008).Để ước tính ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát thải khói, nhiên liệu một phần C2 và C được thể hiện trong Hình. 5,27 và 5,28 (Kegl 2008). Người ta có thể thấy rằng người thân nhiên liệu một phần C2 tăng thực tế ở tất cả các chế độ. Mức tăng tương đối lớn; ở một số chế độ gần như đạt 100%. Sự khác biệt
giữa RaBIO và D100 khá nhỏ. Một quan sát tương tự có thể được thực hiện đối với phần tương đối tiếp nhiên liệu C. Theo quan sát trong giai đoạn cuối của quá trình tiêm, người ta có thể kỳ vọng rằng ảnh hưởng của nhiệt độ nhiên liệu lên khói là tương tự đối với D100 và RaBIO.
63Hình 3.24 Nhiên liệu tương đối của RaBIO so với của D100 ở các nhiệt độ nhiên liệu khác nhau 64Hình 3.25 Tiếp nhiên liệu một phần tương đối A
65Hình 3.26 Tiếp nhiên liệu một phần tương đối A1
66Hình 3.27 Tiếp nhiên liệu một phần tương đối C2
68Hình 3.29 Nhiên liệu cục bộ tích lũy
69Hình 3.30 Tỷ lệ tiêm trung bình tương đối
Nhiên liệu cục bộ tích lũy của cả hai loại nhiên liệu (Hình 5.29) phản ánh rất nhiều tình hình quan sát được với nhiên liệu một phần A1 và C2 (Hình 5.26 và 5.27). Hơn nữa, như thể hiện trong Hình 5.29, nhiên liệu tích lũy từng phần A2 và C1 giảm khi nhiệt độ nhiên liệu thấp hơn (Kegl 2008). Rõ ràng là bằng cách thấp hơn nhiệt độ mà nhiên liệu một phần B tăng lên, theo cả nghĩa tuyệt đối và tương đối (một phần nhiên liệu B chia cho tổng số nhiên liệu). Phần tương đối tích lũy nhiên liệu A1 và C2 tăng khi nhiệt độ thấp hơn. Về tác hại khí thải, điều này không được khuyến khích cho lắm. Tuy nhiên, phần
tích lũy tương đối nhiên liệu A và C thực tế không đổi. Như vậy, tác động tiêu cực đến có hại khí thải có thể không quá vấn đề.
Đối với cả hai loại nhiên liệu, tốc độ phun trung bình tương đối tăng khi lượng nhiên liệu thấp hơn nhiệt độ (Hình 5.30). Ngoại trừ ở chế độ nhàn rỗi, sự gia tăng lượng tiêm tương đối tỷ lệ của RaBIO thấp hơn một chút so với D100. Vì trung bình thấp hơn tốc độ phun dẫn đến phát thải khói cao hơn, có vẻ như RaBIO sẽ cung cấp phát thải khói cao hơn, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp nhất (Hình 5.30). Làm rõ tình hình, tỷ lệ tốc độ phun trung bình của RaBIO và D100 được thể hiện trong Hình 5.31. Như đã thể hiện, RaBIO cung cấp tỷ lệ tiêm trung bình cao hơn ở hầu hết tất cả các ESC và ở mọi nhiệt độ (Kegl 2008).
71Hình 3.32 Giảm áp suất và tiếp nhiên liệu ở điều kiện định mức cho RaBIO
Các cuộc điều tra thực nghiệm cũng cho thấy rằng nhiệt độ thấp có thể có một ảnh hưởng đến việc tiếp nhiên liệu không bình đẳng liên quan đến các cụm riêng lẻ trong bộ phun bơm của động cơ nhiều xi lanh. Ảnh hưởng này đã được điều tra bằng thực nghiệm đối với toàn bộ hệ thống phun nhiên liệu M của động cơ 6 xi-lanh với cụm phun I thông qua VI (Kegl 2008). Các thí nghiệm được thực hiện ở hai chế độ vận hành động cơ (điều kiện định mức và mô-men xoắn cực đại). Các loại nhiên liệu được thử nghiệm là RaBIO và D100.
Ở điều kiện định mức, nhiên liệu của RaBIO cho các cụm riêng lẻ (tôi đến VI) được trình bày trong Hình 5.32. Người ta có thể thấy rằng trên 7 C sự khác biệt của nhiên liệu thông qua các cụm riêng lẻ nằm trong giới hạn chấp nhận được. Tuy nhiên, tại nhiệt độ thấp hơn 7 độ C, những khác biệt này tăng lên không thể chấp nhận được. Chỉ dành cho cụm phun I, được đặt gần nhất với đầu vào nhiên liệu vào áp suất thấp phòng trưng bày của máy bơm, việc tiếp nhiên liệu vẫn được chấp nhận. Đối với các tổ hợp khác, tình hình trở nên tồi tệ hơn, vì khoảng cách giữa đầu vào thư viện và đầu vào lắp ráp trở nên lớn hơn. Quan sát này có thể được giải thích bởi sự gia tăng giảm áp suất qua bộ lọc nhiên liệu (Hình 5.32). Điều này có thể dẫn đến không đủ cung cấp nhiên liệu vào phòng trưng bày của máy bơm áp suất thấp. Sự gia tăng áp suất giảm qua bộ lọc là hệ quả của độ nhớt và mật độ RaBIO cao ở nhiệt độ thấp hơn.
Hình 5.33 trình bày sự giảm áp suất và nhiên liệu cho RaBIO thông qua phuncụm từ I đến VI ở điều kiện mômen xoắn cực đại. Tình hình cũng tương tự của RaBIO ở điều kiện đánh giá. Nhiệt độ tới hạn ở đây là khoảng 3 C.
Việc tiếp nhiên liệu qua tất cả các cụm phun cũng đã được đo cho D100. Sự giảm áp suất qua bộ lọc nhiên liệu thực tế không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ thay đổi, tức là, nó vẫn ở mức thấp và không đổi. Do đó, đối với D100, nhiệt độ không có ảnh hưởng đến nhiên liệu, cả hai, ở điều kiện danh định và mô-men xoắn cực đại.
Phân tích các kết quả thực nghiệm, thu được trên hệ thống phun nhiên liệu M, cho thấy rằng việc phân phối nhiên liệu RaBIO trở nên rất bất bình đẳng giữa các cụm phun riêng lẻ khi nhiệt độ nhiên liệu giảm xuống dưới mức tới hạn (7 C ở định mức và 3 C ở chế độ mômen xoắn cực đại). Rõ ràng, độ nhớt vàmật độ RaBIO tăng lên đến mức cung cấp nhiên liệu cho cá nhân cụm tiêm trở nên quan trọng. Điều này là do áp suất giảm qua bộ lọc nhiên liệu và bằng cách tăng sức cản dòng chảy qua phòng trưng bày của máy bơm áp suất thấp. Việc sưởi ấm RaBIO sẽ là cần thiết để tránh những tác động tiêu cực này.
72Hình 3.33 Giảm áp suất và tiếp nhiên liệu ở điều kiện mô-men xoắn cực đại cho RaBIO
3.4 Thảo luận
Việc phân tích các đặc điểm phun cho thấy rằng, nói chung, nhiên liệu, thời lượng tiêm, thời điểm tiêm, tốc độ tiêm trung bình và áp suất tiêm tăng theo các chế độ vận hành được coi là hầu hết khi dầu diesel khoáng được thay thế bằng dầu diesel sinh học. Tốc độ âm thanh cao hơn và mô đun số lượng lớn của diesel sinh học dẫn đến giảm độ trễ tiêm và nâng cao thời gian tiêm. Về phần nhiên liệu ở các giai đoạn khác nhau của quá trình phun, kết quả số phụ thuộc đáng kể về chế độ điều hành. Tuy nhiên, tổng hợp các kết quả trên tất cả 13 chế độ của bài kiểm tra ESC (và có tính đến trọng số tương ứng các yếu tố) tiếp nhiên liệu khi bắt đầu tiêm (tiếp nhiên liệu trong quá trình nâng kim và trong 10% đầu tiên của giai đoạn tiêm) cũng như tiếp nhiên liệu vào cuối lần tiêm (tiếp nhiên liệu trong quá trình đóng kim và trong 10% cuối cùng của giai đoạn tiêm) thấp hơn khi dầu diesel sinh học (RaBIO) thay thế dầu diesel khoáng.
73Hình 3.34 Lịch sử áp suất phun ở điều kiện định mức
74Hì nh
3.35 Lịch sử nâng kim ở điều kiện định mức
trong 10% đầu tiên của giai đoạn tiêm) cũng như tiếp nhiên liệu vào cuối lần tiêm (tiếp nhiên liệu trong quá trình đóng kim và trong 10% cuối cùng của giai đoạn tiêm) thấp hơn khi dầu diesel sinh học (RaBIO) thay thế dầu diesel khoáng.
Trong một hệ thống phun được điều khiển cơ học, áp suất phun trung bình cao và tốc độ phun dầu diesel sinh học trung bình có khả năng làm giảm khói độc hại và Phát thải NOx. Điều này có thể đạt được bằng cách làm chậm thời gian bơm phun cho phù hợp. Nó phải được chỉ ra rằng bằng cách sửa đổi thích hợp tiêm thời gian bơm hầu hết lượng khí thải động cơ có hại có thể được giảm bớt, trong khi nhiên liệu cụ thể mức tiêu thụ và các hoạt động khác của động cơ vẫn nằm trong giới hạn chấp nhận được.
Dầu diesel sinh học rõ ràng cung cấp một loại nhiên liệu thú vị và có khả năng khá có lợi thay thế. Do đó, cũng có thể đáng để điều tra nếu có thể cải thiện đặc tính phun bằng cách trộn dầu diesel sinh học với các chất phụ gia thích hợp, như cồn sinh học.
Trước hết, cần phải chỉ ra rằng các đặc tính tiêm đạt được với hỗn hợp của RaBIO và cồn