3.1.2 .Các hệ thống đo và phụ trợ của băng thử
3.1.2.5 .Thiết bị đo độ mờ khói
3.2. Kết quả thử nghiệm tính năng và phát thải động cơ D1146TI khi sử dụng lưỡng
lưỡng nhiên liệu LPG/diesel
3.2.1. Các kết quả thử nghiệm tính năng động cơ khi sử dụng LPG/diesel ở chế độ động cơ làm việc 75% tải và 100% tải
Các chếđộ thử nghiệm được thiết lập theo tốc độ động cơ thay đổi từ 1000 đến 2200 vòng/phút, ởcác đặc tính 75% tải và 100% tải:
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về tỷ lệ cung cấp LPG hợp lý thực hiện trước đây [9], hệ thống cung cấp LPG được điều chỉnh để lượng LPG cung cấp thay thế trung bình khoảng 20% năng lượng, 80% còn lại do nhiên liệu diesel tạo ta.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -52- MSHV: CA120171 Hình 3.10 biểu diễn đường đặc tính cơng suất động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel ở chếđộđộng cơ làm việc 75% tải và 100% tải.
Hình 3.10.Kết quả đo cơng suất động cơ ở 100% và 75 % tải
Bảng 3.1.Kết quả công suất động cơ D1146TI ở 100% và 75% tải
TT n Ne ở 100% tải Ne ở 75% tải (vg/ph) (kW) (kW) 1 1000 71,74 52,04 2 1200 89,67 66,81 3 1400 103,93 76,66 4 1600 118,92 89,67 5 1800 130,68 96,73 6 2000 140,53 105,69 7 2200 144,80 110,10
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -53- MSHV: CA120171
3.2.2. Các kết quả thử nghiệm phát thải động cơ khi sử dụng LPG/diesel ở chế độ động cơ làm việc 100% tải
Kết quả thử nghiệm hàm lượng phát thải CO, HC, NOx, CO2 và độđen (Smoke) của động cơ khi sử dụng LPG/diesel làm việc ở chế độ 100% tải được thể hiện ở các hình 3.11 đến 3.15.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -54- MSHV: CA120171
Hình 3.12. Kết quả đo phát thải NOxcủa khí thải tại 100% tải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -55- MSHV: CA120171
Hình 3.14. Kết quả đo phát thải CO của khí thải tại 100% tải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -56- MSHV: CA120171
3.2.3. Các kết quả thử nghiệm phát thải động cơ khi sử dụng LPG/diesel ở chế độ động cơ làm việc 75% tải
Kết quả thử nghiệm hàm lượng phát thải CO, HC, NOx, CO2 và độđen (Smoke) của động cơ khi sử dụng LPG/diesel làm việc ở chếđộ 75% tải được thể hiện ở các hình 3.16 đến 3.20.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -57- MSHV: CA120171
Hình 3.17. Kết quả đo phát thải NOxcủa khí thải tại 75% tải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -58- MSHV: CA120171
Hình 3.19. Kết quả đo phát thải COcủa khí thải tại 75% tải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -59- MSHV: CA120171
3.3. Ảnh hưởng góc phun sớm nhiên liệu diesel tới đặc tính kỹ thuật động cơ
D1146TI.
Nhằm lựa chọn góc phun sớm tối ưu khi chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, góc phun sớm (GPS) được thay đổi theo cả hai chiều tăng và giảm góc phun sớm. Góc phun sớm nguyên thủy của động cơ D1146TI là 90 trước điểm chết trên (tại tốc độ 2200vòng/phút). Dựa trên kết quả mơ phỏng, góc phun sớm được thay đổi so với giá trị nguyên thủy lần lượt như sau: giảm 5 độ (GPS = 40), giảm 3 độ (GPS = 60), tăng 2 độ (GPS = 110), tăng 5 độ (góc GPS = 140).
Q trình điều chỉnh được thực hiện thơng qua thay đổi vị trí giữa trục cam của bơm cao áp và bánh răng dẫn động bơm cao áp và được kiểm tra bằng thiết bị đo góc phun sớm. Ứng với từng giá trị góc phun sớm nhiên liệu diesel, các thơng số cơng suất, mơmen, suất tiêu thụ nhiên liệu, lọt khí cácte và phát thải của động cơ được đo và so sánh.
3.3.1. Chế độ thử nghiệm:
Thử nghiệm theo đường đặc tính ngồi, tốc độ thay đổi từ 1000 đến 2200 vịng/phút, đo các thơng số cơng suất, mơmen, tiêu hao nhiên liệu, lọt khí cácte. Các thành phần phát thải CO, HC, CO2, NOx, và PM theo chu trình thử 13 mode ECE R49 (tiêu chuẩn Euro II) khi động cơ sử dụng đơn nhiên liệu diesel và động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -60- MSHV: CA120171
3.3.2. Kết quả đánh giá công suất, mơ men, tiêu hao nhiên liệu và lọt khí cácte theo đường đặc tính tốc độ
Hình 3.21. Cơng suất động cơ tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -61- MSHV: CA120171
Hình 3.23.Tiêu hao nhiên liệu tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -62- MSHV: CA120171 Kết quả thử nghiệm trên hình 3.21 đến 3.24 cho thấy khi thay đổi góc phun sớm, cơng suất và mơmen động cơ thay đổi ít theo cả hai chiều tăng và giảm nhưng đều nhỏ hơn 1,5%. Lượng khí lọt cácte hầu như khơng bị ảnh hưởng bởi góc phun sớm. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ thay đổi nhỏ, mức giảm lớn nhất tính trung bình trên tồn dải tốc độ với giá trị 6,09% khi giảm góc phun sớm 30. Tiếp tục giảm góc phun sớm đi 50 thì suất tiêu thụ nhiên liệu giảm ít hơn, giá trị lúc này chỉ là 5,32%. Đối với trường hợp tăng góc phun sớm thì suất tiêu thụ nhiên liệu vẫn giảm, tuy nhiên giá trị trung bình trên tồn dải tốc độ lúc này chỉ giảm tương ứng là 4,40% khi tăng góc phun sớm lên 2 độ và giảm 3,69% khi tăng góc phun sớm lên 50.
Như vậy khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel có thể giảm suất tiêu thụ nhiên liệu trung trên theo đường đặc tính ngồi đến 6,09% khi thay giảm góc phun sớm 30.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -63- MSHV: CA120171
3.4. Ảnh hưởng góc phun sớm nhiên liệu diesel tới phát thải động cơ D1146TI.
3.4.1.Kết quả đánh giá phát thải
Hình 3.25. Phát thải CO tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -64- MSHV: CA120171
Hình 3.27.Phát thải HC tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -65- MSHV: CA120171
Hình 3.29.Phát thải NOx tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -66- MSHV: CA120171
Hình 3.31.Độ đen trong khí thải tại 100% tải với các góc phun sớm khác nhau
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -67- MSHV: CA120171 Qua kết quả thực nghiệm trên hàm lượng phát thải ứng với thay đổi góc phun sớm theo hai chiều tăng và giảm lần lượt là: Giảm 50 (GPS=40), giảm 30 (GPS=60) và tăng 20 (GPS=110), tăng 50(GPS=140) so với góc phun sớm nguyên thủy (90) ở chế độ 100% tải thể hiện trên các hình 3.25 đến 3.32. Phát thải CO đạt giá trị thấp nhất khi giảm góc phun sớm 30 so với nguyên thủy, khi này CO của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu giảm trung bình trên tồn dải tốc độ là 6,90% so với động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu với góc phun sớm nguyên thủy. Đối với các góc phun sớm cịn lại thì phát thải CO trung bình khi sử dụng lưỡng nhiên liệu ln cao hơn. Phát thải HC tăng khi tăng góc phun sớm và giảm khi giảm góc phun sớm. Với góc phun sớm giảm 30, hàm lượng phát thải HC giảm nhiều nhất khoảng 9% so với góc nguyên thủy. Tương tự, phát thải NOx có xu hướng tăng khi tăng góc phun sớm và giảm khi giảm góc phun sớm, mức giảm NOx lớn nhất với giá trị 13,76% trong trường hợp giảm góc phun sớm 30. Khi giảm góc phun sớm 30 thì phát thải HC trung bình giảm 9,29%. Ngược lại, độ đen trong khí xả có xu hướng tăng khi giảm góc phun sớm và giảm khi tăng góc phun sớm, mức độtăng lớn nhất khi giảm góc phun sớm 50 là 13,68% và mức độ giảm lớn nhất khi tăng góc phun sớm 50 là 14,93%.
Qua kết quả thử nghiệm đánh giá ở trên, có thể thấy góc phun sớm hợp lý là giảm 30 độ so với nguyên thủy, tương ứng với góc phun sớm 60 trước điểm chết trên.Với giá trị góc phun sớm này có thể giảm hầu hết các thành phần độc hại trong khí thải động cơ.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -68- MSHV: CA120171
3.4.2 . Kết quả đánh giá phát thải động cơ theo chu trình thử ECE R49 với góc phun sớm diesel là 60 trước điểm chết trên
Hình 3.33. Chu trình thử ECE R49
Các chếđộđo và trọng số của từng chếđộ trong chu trình được cho trong bảng 3.2
Bảng 3.2.Chế độ đo trong chu trình thử ECE R49
Chếđộ Tốc độ Tải trọng, % Trọng số 1 Không tải 0 0,25/3 2 Tốc độtương ứng với mômen lớn nhất 10 0,08 3 25 0,08 4 50 0,08 5 75 0,08 6 100 0,25 7 Không tải 0 0,25/3 8 Tốc độtương ứng với công suất định mức 100 0,10 9 75 0,02 10 50 0,02 11 25 0,02 12 10 0,02 13 Không tải 0 0,25/3
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -69- MSHV: CA120171
Bảng 3.3.Kết quả đo phát thải theo chu trình Châu Âu ECE R49 của động cơ
D1146TI với góc phun sớm 60TK
Thành phần Đơn vị Diesel Diesel+LPG với góc phun sớm nguyên thủy Diesel+LPG với góc phun sớm 60 Thay đổi so với diesel (%) HC g/kW.h 1,637 1,804 1,440 -12,0% NOx g/kW.h 5,877 5,703 4,659 -20,7% CO g/kW.h 3,384 3,779 3,301 -2,5% PM g/kW.h 0,175 0,142 0,162 -7,7% CO2 g/kW.h 459,966 433,064 427,1 -7,1%
Hình 3.34. Hàm lượng phát thải theo chu trình thử ECE R49
So sánh mức phát thải trung bình theo chu trình thử ECE R49 khi sử dụng góc phun sớm nguyên thủy cho thấy, sau khi giảm góc phun sớm đi 30 so với góc nguyên thủy, tương ứng với góc phun sớm 60 thì hầu hết các thành phần phát thải
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -70- MSHV: CA120171 đều giảm , đặc bỉệt là NOx và PM. Mức giảm đối với các thành phần HC, NOx, CO và PM lần lượt là 12,0%, 20,7%, 2,5% và 7,7% so với trường hợp sử dụng đơn nhiên liệu diesel .
3.5. Kết luận chương 3
Với kết quả thử nghiệm ứng dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel trên động cơ D1146TI sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống tại Phịng thí nghiệm Động cơ đốt trong cho thấy:
Đã nghiên cứu và lựa chọn được khi thay đổi góc phun sớm, cơng suất và mơmen động cơ thay đổi ít theo cả hai chiều tăng và giảm nhưng đều nhỏhơn 1,5%. Như vậy động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel có thể giảm suất tiêu thụ nhiên liệu trung trên theo đường đặc tính ngồi đến 6,09% khi thay đổi góc phun sớm 30 (GPS=60).
Theo chu trình thửChâu Âu ECE R49, hàm lượng phát thải khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel so với sử dụng đơn nhiên liệu thay đổi như sau: phát thải HC và CO tăng tương ứng 12% và 2,5%, CO2 giảm 7,1%, NOx giảm 20,7% và đặc biệt chất thải hạt PM giảm đáng kể tới gần 7,7%.
Đã xác định được góc phun sớm tối ưu khi động cơ chuyển sang sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, ở chếđộ 100% tải góc phun sớm tối ưu nên lựa chọn giảm 30
so với nguyên thủy, tương ứng với góc phun sớm 60 trước điểm chết trên. Do đó khi ứng dụng LPG vào động cơ diesel khơng cần phải thay đổi góc phun sớm của động cơ.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -71- MSHV: CA120171
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
Qua kết quả nghiên cứu ảnh hưởng quá trình cung cấp nhiên liệu diesel tới đặc tính và phát thải động cơ diesel truyền thống khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, và kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu khả năng ứng dụng nhiên liệu LPG trên động cơ diesel có thểđưa ra các kết luận sau:
Việc ứng dụng nhiên liệu LPG trên các phương tiện vận tải rất phù hợp, không yêu cầu phải cải tiến động cơ. Tính chất nhiên liệu đáp ứng được yêu cầu làm việc của động cơ, đồng thời với khảnăng tạo ra phản ứng cháy tốt sẽ giúp cho hiệu suất nhiệt của động cơ cao hơn, phát thải của động cơ giảm xuống.
Đềtài đã nghiên cứu, phân tích nguyên lý kết cấu và lắp đặt hệ thống cung cấp LPG lên động cơ diesel truyền thống, từđó ứng dụng việc sử dụng hệ thống cung cấp LPG cho các phương tiện vận tải đang sử dụng động cơ diesel hiện nay tại Việt Nam, phù hợp với điều kiện hiện tại ở Việt Nam.
Đồng thời, tác giả đã nghiên cứu và đánh giá được ảnh hưởng quá trình cung cấp nhiên liệu diesel tới đặc tính và phát thải động cơ diesel truyền thống khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel, phù hợp với mục đích cải thiện tính năng, kinh tế kỹ thuật của đềtài đặt ra và có khảnăng khi ứng dụng vào thực tế.
Đánh giá được ảnh hưởng của góc phun sớm khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG và khẳng định, giảmgóc phun sớm đi 30 so với nguyên thủy, tương ứng với góc phun sớm 60 trước ĐTC có tác động tốt đến cơng suất. Với giá trị góc phun sớm này có thể giảm hầu hết các thành phần độc hại trong khí thải động cơ.Từ đó đưa ra kết luận khơng cần thiết phải thay đổi kết cấu của bộđiều chỉnh góc phun sớm của động cơ khi chuyển sang sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG.
Với kết quả mà đề tài đã thực hiện được sẽ góp phần thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu truyền thống trên các phương tiện GTVT và là hướng mở tiêu thụ cho nguồn nhiên liệu LPG, như một xu hướng tất yếu để đảm bảo an ninh năng lượng, giảm thiểu đáng kể ô nhiễm môi trường, đem lại hiệu quả kinh tế cao.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -72- MSHV: CA120171 Trong thời gian tới đề tài cần hoàn thiện theo các hướng sau:
- Hoàn thiện việc nghiên cứu đánh giá đặc tính và phát thải của động cơ diesel truyền thống khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel tại hiện trường thực địa trên phương tiện cụ thể, để xác định được tỷ lệ cung cấp LPG tối ưu và góc phun sớm nhiên liệu ở mọi chếđộ làm việc của động cơ.
- Đánh giá khả năng làm việc ổn định của bộ cung cấp LPG thế hệ mới do hãng Chip IT (Australia) sản xuất.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -73- MSHV: CA120171