1.3.2.1 Kết quả đo độ khói trong khí thải với giá trị áp suất LPG sau bộ hóa hơi khác nhau
Các cơng trình nghiên cứu ở trên đã tiến hành đánh giá để lựa chọn áp suất LPG phun vào động cơ theo tiêu chí dựa trên độ khói trong khí thải và độrung động của động cơ.
Với kết quả nghiên cứu đã đánh giá và lựa chọn áp suất phun LPG là 2,65 bar.Tuy nhiên với tiêu chí là dựa trên nồng độ phát thải độ khói của động cơ và cảm nhận độ rung động của động cơ nên chưa đánh giá hết được ảnh hưởng của áp suất
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -23- MSHV: CA120171 LPG đến các tính năng kinh tế, kỹ thuật và các phát thải độc hại khác.
1.3.2.2 Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu ở chế độ chạy ổn định
Quá trình đo tiêu hao nhiên liệu được thực hiện cùng một chế độ làm việc của động cơ, sau đó tiến hành đo và so sánh tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng diesel và khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. Lượng tiêu hao diesel được đo bằng cân nhiên liệu Fuel Balancer 733S. Lượng tiêu hao LPG được đo bằng cân bàn có dải đo 0÷120kg, sai số 0,5kg.
Đểtăng độ chính xác, việc cân lượng tiêu hao nhiên liệu LPG được thực hiện 3 lần trong các khoảng thời gian 5h, 5,5h và 8,5h với lượng tiêu hao LPG tương ứng là 25kg, 29kg và 43kg. Kết quảđo mức tiêu hao nhiên liệu trong các trường hợp sử dụng diesel và lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. Như vậy khi sử dụng lưỡng nhiên liệu, lượng diesel giảm đi 5,77 kg/h (25,6%), lượng LPG cung cấp thêm vào là 5,11kg/h.
Kết quảlượng nhiên liệu diesel giảm đi nói trên thể hiện lượng nhiên liệu diesel được thay thế tối ưu nhất khoảng 25,6%. Lúc đó lượng nhiên liệu LPG đưa vào có khối lượng thấp hơn lượng nhiên liệu diesel giảm đi, mặt khác giá thành của LPG rẻ hơn so với giá dầu diesel (trong trường hợp được nhà nước trợ giá như ở các nước trên thế giới). Điều này bước đầu cho thấy tính kinh tế khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/dieseltrên động cơ diesel truyền thống.
Tuy nhiên trong quá trình làm việc của động cơ vận tải, các chếđộ của động cơ thay đổi liên tục, do đó tỷ lệ LPG thay thế cần được thay đổi theo. Hệ thống cung cấp LPG của Eco-gas chưa cho phép thực hiện điều này, vì thế cần có những nghiên cứu, cải tiết hệ thống cung cấp LPG.
1.3.2.3 Kết quả thử nghiệm khí thải
a) Thử nghiệm theo chu trình thử Châu Âu ECE R49
Đo khí thải theo chu trình ECE R49 được thực hiện 3 lần: trước khi chạy ổn định (thời điểm 0h) với nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu, và sau khi chạy ổn định 100h với lưỡng nhiên liệu.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -24- MSHV: CA120171 khi hàm lượng NOx giảm so với khi sử dụng diesel thông thường. Sự thay đổi này có thể là do bản chất của LPG có chỉ sốoctan cao (cao hơn xăng từ5 đến 12 đơn vị) cho thấy khả năng tự cháy của LPG kém. Dù được cung cấp vào đường nạp từ rất sớm (trước két làm mát khơng khí) và thời gian chuẩn bị cho q trình hịa trộn với diesel thành hỗn hợp đồng nhất khi đi vào xylanh nhưng việc hình thành những trung tâm tựcháy đầu tiên vẫn do nhiên liệu diesel tự bốc cháy. Ngoài ra LPG cung cấp vào có thể lấy đi một phần nhiệt lượng của q trình sấy nóng - bay hơi - hịa trộn, khiến thời điểm hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu thực sự bốc cháy muộn đi so với khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel. Nhìn chung quá trình cháy tồi hơn so với động cơ khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel.
0,54 1,05 1,09 1,1 1,1 0,39 3,03 3,82 4,5 4 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 (0h) (0h) (100h)
Diesel Diesel+LPG Diesel +LPG Euro I Euro II
CO , HC ( g /k W h ) HC (g/kWh) CO (g/kWh) Hình1.6. So sánh hàm lượng HC và CO (g/kWh)
Hàm lượng NOx từ chỗ vượt quá tiêu chuẩn cho phép của EURO II (thậm chí cả EURO I) khi thử nghiệm với nhiên liệu diesel nhưng đã giảm xuống dưới giá trị quy định khi thử nghiệm với lưỡng nhiên liệu LPG/diesel(Hình 1.7).
Lượng chất thải dạng hạt PM khi sử dụng lưỡng nhiên liệu lớn hơn so với trường hợp chạy bằng diesel cũng một phần do quá trình cháy kém hơn và phát thải HC tăng (Hình 1.6). Đồng thời, sự phát thải này có xu hướng gia tăng theo thời gian sử dụng do sự suy giảm khảnăng làm việc của các hệ thống trên động cơ.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật HV: Trần Thanh Tuấn -25- MSHV: CA120171 8,04 6,82 6,54 8 7 0,17 0,21 0,28 0,36 0,15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (0h) (0h) (100h)
Diesel Diesel+LPG Diesel +LPG Euro I Euro II
N O x, P M ( g /kW h ) NOx (g/kWh) PM (g/kWh) Hình 1.7. So sánh hàm lượng NOx và PM b) Kết quả thử nghiệm độ khói
Độ khói trong khí thải được thử nghiệm ở chế độ 50% và 100% tải, tốc độ từ 1000v/ph đến 2200 v/ph.Kết quả cho thấy sử dụng lưỡng nhiên liệu độ khói giảm tại tất cá các điểm đo. Độ khói giảm trung bình 35,52% ở 50% tải; 9,01% ở 100% tải.
Kết quả thử nghiệm theo chu trình ECE R49 ở trên cho thấy sự gia tăng hàm lượng các chất thải dạng hạt PM khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel/LPG trong khi thử nghiệm đo độ khói bằng thiết bị Smoke Meter AVL 415S cho thấy sự giảm rõ rệt của độ khói. Sựthay đổi trái chiều trên có thể là do các thành phần hóa lý của LPG (Việt Nam chưa có tiêu chuẩn LPG riêng cho phương tiện mà dùng chung với tiêu chuẩn LPG dân dụng và công nghiệp), chất phụ gia dầu bôi trơn … chiếm tỉ trọng lớn trong khi độ khói chỉ phản ánh thành phần bồ hóng và cacbon tự do của PM.
1.3.2.4 Kết quả thử nghiệm đặc tính động cơ
Các thông số của động cơ được xác định trong điều kiện động cơ hoạt động với nhiên liệu diesel ở chế độ 85% tải, sau đó cung cấp thêm LPG để chuyển sang chế độ chạy lưỡng nhiên liệu.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -26- MSHV: CA120171 tăng trung bình 23,24% và tăng khá đều trên tồn bộ dải tốc độ.
Giá trị cơng suất ở 0h, sau 50h và sau 100h với cả hai loại nhiên liệu ổn định, khơng có sự thay đổi. Cũng có thể thấy, do thời gian thử nghiệm bền 100h là ngắn nên hầu như chưa thể hiện được sự thay đổi về công suất của động cơ. Đây cũng chính là điềm hạn chế về thời gian chạy thử nghiệm bền.
Giá trị công suất khi đo đặc tính với lưỡng nhiên liệu (85% tải) tại các thời điểm chạy ổn định tương đồng với khi đo đặc tính ngồi của động cơ (100% tải) với nhiên liệu diesel.
1.4. Kết luậnchương 1
Việc sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên các động cơ đốt trong đã phổ biến và đem lại hiệu quả lớn về kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải bảo vệ môi trường. Công nghệ chuyểnđổi khá đơn giản và việc vận hành động cơ LPG cũng dễ dàng.
Ở Việt Nam với trữ lượng LPG lớn, tuy nhiên việc ứng dụng LPG trên các phương tiện vận tải còn đang hạn chế.
Các kết quả nghiên cứu sử dụng LPG trên động cơ diesel ở trên thể hiện:
- Việc ứng dụng LPG trên động cơ diesel khi sử dụng chếđộ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel không phải thay đổi kết cấu động cơ và không ảnh hưởng tới đặc tính làm việc của động cơ.
- Việc cấp lưỡng nhiên liệu bằng phương pháp phun LPG dạng khí vào đường ống nạp của động cơ, hịa trộn với khơng khí rồi nạp vào xi lanh để tạo hỗn hợp đồng nhất trong xi lanh trước khi nhiên liệu diesel được phun là phù hợp đối với các động cơ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel.
- Phát thải khói bụi và NOx giảm đáng kể khi sử dụng LPG; tỷ lệ LPG thay thế càng lớn thì mức giảm khói bụi càng nhiều.
- Phát thải HC và CO lớn hơn phát thải của động cơ diesel; tỷ lệ LPG thay thế càng tăng thì phát thải HC càng lớn.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -27- MSHV: CA120171 - Các nghiên cứu trên chưa đánh giá được ảnh hưởng của các thông số điều chỉnh như góc phun sớm đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel.
Chính vì vậy, đề tài này được thực hiện nhằm làm rõ hơn vấn đề này, giúp cho việc chuyển đổi động cơ diesel hiện hành sang chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel hiệu quảhơn.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -28- MSHV: CA120171
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨUHỆ THỐNG CUNG CẤP LPG VÀ ĐIỀU CHỈNH GÓC PHUN SỚM ĐỘNG CƠ DIESEL D1146TI
2.1. Sơ đồ và nguyên lý làm việc hệ thống cung cấp LPG cho động cơ
2.1.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp LPG cho động cơ
Động cơ thử nghiệm là động cơ D1146TI, đây là động cơ diesel được lắp khá phổ biến trên xe buýt nên có thể sử dụng hệ thống cung cấp LPG thương mại đã có sẵn trên thị trường. Việc cần làm là lắp đặt và điều chỉnh hệ thống cho phù hợp với động cơ và chế độ thử nghiệm. Trong đề tài này, hệ thống cung cấp LPG cho động cơ D1146TI được mua của hãng Chip IT – Australia.
Sơ đồ hệ thống thiết bị điều khiển cấp nhiên liệu LPG cho động cơ này được trình bày trên hình 2.1.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -29- MSHV: CA120171
2.1.2. Nguyên lý làm việc hệ thống cung cấp LPG cho động cơ
LPG được chứa trong bình ở trạng thái lỏng có áp suất từ 6-8 bar. Dưới áp suất này LPG được dẫn theo đường ống chịu áp lực đi qua van điện từ, sau đó đến bộ hóa hơi, nhận nhiệt của bộ hóa hơi từ nước nóng của hệ thống làm mát, giảm áp, hóa hơi và đi vào đường ống nạp hịa trộn với khơng khí đảm bảo thành phần theo tính tốn ở các chế độ tải của động cơ (hình 2.2). Ở cuối kì nén diesel được phun vào buồng cháy.Dưới áp suất và nhiệt độ cao, diesel cháy trước rồi đốt cháy hỗn hợp LPG và khơng khí. Lượng LPG cấp vào phụ thuộc vào áp suất ban đầu của LPG và kích thước của giclơ khí. Đồng thời lượng LPG được điều chỉnh tự động theo áp suất tăng áp của động cơ.
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -30- MSHV: CA120171
Hình 2.3. Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống cung cấp LPG của động cơ diesel D1146TI
ECU của hệ thống cung cấp LPG chỉ hoạt động để điều khiển vòi phun LPG khi đủcác điều kiện sau (hình 2.3):
- Khi động cơ hoạt động, tín hiệu từmáy phát điện truyền đến cơng tắc an tồn LPG để đóng mạch cơng tắc và cấp điện +12V cho rơ le. Tín hiệu GND của rơ le được cấp từ công tắc nhiệt lắp trên bộhóa hơi, nhiệt độnước làm mát động cơ phải từ 550C trở lên thì cơng tắc nhiệt mới hoạt động, đồng thời nhiệt độ này đảm bảo cho LPG được hóa hơi hồn tồn. Lúc này cuộn dây của rơ le mới hoạt động và cung cấp điện áp +12V cho ECU.
- Khi áp suất tăng áp đạt giá trị quy định, ECU sẽ được kích hoạt và cung cấp tín hiệu điện áp để mở vịi phun LPG.
Q trình cung cấp khí LPG vào động cơ diễn ra liên tục sau khi ECU được kích hoạt. Lượng LPG cung cấp phụ thuộc vào áp suất ban đầu của LPG và kích thước của giclơ khí, đồng thời được điều chỉnh tự động theo áp suất tăng áp của động cơ. Giá trị áp suất tăng áp sẽ hiển thị trên đèn led của ECU đểngười lái có thể quan sát được thời điểm bắt đầu kích hoạt ECU. Trong khoảng áp suất tăng áp thiết
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -31- MSHV: CA120171 lập, ECU mởvan điện từđểđưa LPG vào đường ống nạp vì vậy lúc khởi động động cơ ở chếđộ khơng tải hoặc tải nhỏ chỉ có nhiên liệu diesel được phun vào động cơ.
2.1.3. Lắp đặt hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel D1146TI
Động cơ nghiên cứu trong đềtài là động cơ diesel D1146TI (Hình 2.4) dohãng DAEWOO, Hàn Quốc sản xuất được lắp đặt trên xe buýt.
Với 6 xi lanh thẳng hàng, động cơ sử dụng tuabin tăng áp, được làm mát bằng nước với bơm nước là bơn ly tâm, kiểu buồng cháy phun trực tiếp, hệ thống truyền động cơ cấu phân phối khí và bơm dầu bằng bánh răng.
Hình 2.4. Động cơ diesel D1146TI
Các thơng sốcơ bản của động cơ được thể hiện trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thông sô của động cơ Diesel D1146TI
Thông sốđộng cơ
STT Tên Chi tiết
1 Tên động cơ DAEWOO D1146TI
2 Nước sản xuất Hàn Quốc
3 Công suất định mức 151kW (250 Mã lực)/2200 (v/ph) 4 Mômen lớn nhất 735N.m (75kg.m)/1400 (v/ph) 5 Suất tiêu thụ nhiên liệu 195g/kW.h (143g/Mã lực.h)
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -32- MSHV: CA120171 6 Kiểu động cơ Một hàng xylanh, bốn kỳ, làm mát
bằng nước 7 Kiểu phun Phun trực tiếp
8 Kiểu xylanh Lót xylanh khơ có thể thay thế
9 Số xylanh 6
10 D/S (đường kính xylanh x hành
trình piston) 111(4.37) x 139(5.47) mm(in) 11 Dung tích cơng tác 8.071 (492.5) lít.(in3)
12 Tỷ số nén 16.7:1
13 Thứ tự làm việc 1-5-3-6-2-4
14 Góc phun sớm 90 trước điểm chết trên (BTDC) 15 Khối lượng tịnh của động cơ 700kg (1,543 lb)
16 Kích thước cơ bản 1,214 x 770 x 993 mm 17 Dài x Rộng x Cao (LxWxH) (47,8x30,3x39,1) in
18 Chiều quay Thuận chiều kim đồng hồ khi nhìn từbánh đà Góc phối khí STT Tên Chi tiết Mở Đóng 1 Xu páp nạp 160trước ĐCT 360sau ĐCD 2 Xu páp thải 460trước ĐCT 140sau ĐCD Hệ thống nhiên liệu STT Tên Chi tiết
1 Bơm cao áp Bơm dãy kiểu Bosh loại “AD”
Hệ thống bôi trơn
STT Tên Chi tiết
1 Phương pháp bơi trơn Kiểu bơi trơn cưỡng bức
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
HV: Trần Thanh Tuấn -33- MSHV: CA120171 3 Lọc dầu Toàn phần, kiểu Catridge
4 Lượng dầu bôi trơn Mức cao nhất 13 lít (3,43 gal) Mức thấp nhất 10,5 lít (2,77 gal) 5 Độ nghiêng cho phép 25
0 vềphía trước; 250 về phía sau; 250 về hai bên
6 Loại dầu Theo sổ tay vận hành
Hệ thống làm mát
STT Tên Chi tiết
1 Phương pháp làm mát Làm mát bằng nước, cưỡng bức một vịng kín 2 Dung tích nước 11 lít (2,91 gal)
3 Áp suất hệ thống Max 0,9kg/cm2 (12,8 psi)
4 Bơm nước Kiểu bơm ly tâm dẫn động bởi đai 5 Lưu lượng bơm 248 lít (65,5 gal)/phút tại 2200 v/ph 6 Van hằng nhiệt Loại dùng quả cầu bằng sáp
7 Quạt làm mát Quạt hút, nhựa, đường kính, bộ ly hợp 526 mm, 08 cánh
Thơng số làm việc
STT Tên Chi tiết
1 Lưu lượng nước 248 lít/phút tại 2200 vịng/phút 2 Tốc độ truyền nhiệt tới
nước 19,1 kcal/giây tại 2200 vịng/phút
Ghi chú: Những tính năng kỹ thuật của động cơ được quy định trong tiêu chuẩn ISO-3046
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật