kiểm sốt khí thải của động cơ diesel hạng nặng
Zhibo Ban1, Wei Guan1,2, Xinyan Wang2, Hua Zhao2, Tiejian Lin1, Zunqing Zheng2,3
1 Guangxi Yuchai Machinery Company, Yulin, China
2 Brunel University London, London, UK
3 Tianjin University, Tianjin, China
TÓM TẮT
Luật phát thải mới cho động cơ diesel hạng nặng (HD) sẽ u cầu cắt giảm 90% lượng khí thải NOx xuống cịn 0,02 g / bhp.hr, điều này phụ thuộc nhiều vào hoạt động hiệu quả của SCR trong hệ thống xử lý khí thải (ATS). Tuy nhiên, nhiệt độ khí thải thấp (EGT) khi vận hành ở mức tải thấp thường cản trở việc giảm thải khí thải hiệu quả bởi các hệ thống xử khí thải yêu cầu EGT tối thiểu khoảng 200 ° C để bắt đầu các hoạt động kiểm sốt khí thải. Trong nghiên cứu này, các nghiên cứu đã được thực hiện về tính hiệu quả và cân bằng các phương pháp kiểm sốt q trình đốt cháy tiên tiến, chẳng hạn như chu trình Miller, tuần hồn khí thải bên trong (iEGR) và bên ngồi (eEGR), về hiệu suất động cơ, khí thải và EGT quản lý ở mức hoạt động tải thấp. Các thử nghiệm được thực hiện trên động cơ diesel HD xi- lanh đơn được trang bị eEGR áp suất cao làm mát bằng vòng lặp và hệ thống truyền động van biến thiên (VVA). Hệ thống VVA cho phép vận hành chu trình Miller với việc đóng van nạp sau (LIVC) có thể thay đổi và tạo ra iEGR thơng qua sự kiện mở van nạp thứ hai (2IVO) trong suốt hành trình xả.
Kết quả cho thấy các kỹ thuật phổ biến như điều chỉnh thời điểm phun chậm, điều tiết khí nạp, iEGR kết hợp với áp suất ngược dịng khí thải cao có thể làm tăng EGT nhưng gây tiêu hao nhiên liệu cao và làm tệ q trình đốt cháy. Trong khi đó, hoạt động theo chu trình Miller có thể tăng EGT lên hơn 200 °C với tác động khơng đáng kể đến hiệu quả chỉ định rịng (NIE). Tuy nhiên, kết quả là tỷ số nén hiệu quả (ECR) thấp hơn làm giảm nhiệt độ khí đốt, dẫn đến lượng khí thải hydrocacbon (HC) và carbon monoxide (CO) cao hơn. Chu trình Miller kết hợp với iEGR giúp giảm lượng khí thải CO và HC nhưng phương pháp này cho thấy mức giảm phát thải NOx hạn chế, đặc biệt khi thời gian phun được tối ưu hóa để đạt được NIE tối đa. Việc đưa eEGR 26% vào chu trình Miller vận hành với iEGR đã giảm trung bình 50% lượng khí thải NOx, nhưng tác động không đáng kể đến NIE và EGT. Khi giới thiệu eEGR cao hơn 44%, lượng phát thải NOx về cơ bản đã giảm đáng kể trong khi tăng EGT lên hơn 200 °C với NIE cao hơn. Tuy nhiên, những điều này đã đạt được với sự gia
tăng lượng phát thải bồ hóng. Các kết quả bổ sung đã chứng minh rằng chu trình Miller được tối ưu hóa hoạt động với iEGR và eEGR là 44% đạt được EGT cao nhất là 225 °C và phát thải NOx thấp nhất là 0,5 g / kWh nhưng với lượng phát thải bồ hóng là 0,026 g / kWh. Ngồi ra, chu trình Miller vận hành với eEGR là 44% và khơng có iEGR đạt NIE cao nhất là 43,7% và tổng mức tiêu thụ chất lỏng (nhiên liệu và urê) thấp nhất là 0,83 kg / h cũng như tăng EGT lên 216 °C. Trong khi đó, phát thải bồ hóng và NOx lần lượt giảm xuống dưới 0,01 g / kWh và 0,79 g / kWh. Do đó, chu trình Miller hoạt động với iEGR và eEGR đã được xác định là phương tiện hiệu quả nhất để đạt được đồng thời hiệu suất động cơ cao hơn, lượng khí thải thấp hơn và EGT mong muốn, cải thiện đáng kể hiệu quả của ATS ở hoạt động tải thấp.
Từ khóa: động cơ diesel hạng nặng, chu trình Miller, EGR, hệ thống xử lý khí thải, tổng
lượng chất lỏng tiêu thụ, nhiệt độ khí thải