4.5.1.1. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm đối với động cơ nguyên bản theo chu trình ECE R49
Hình 4.23 thể hiện công suất động cơ khi mô phỏng và thực nghiệm. Kết quả cho thấy công suất động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng sai lệch không nhiều. Giá trị công suất trung bình theo chu trình ECE R49 sai lệch là 1,4 %.
Hình 4.23. Kết quả so sánh công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ nguyên bản theo chu trình ECE R49
Bảng 4.7. Kết quả so sánh phát thải giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ nguyên bản theo chu trình ECE R49
Thành phần Đơn vị Mô phỏng Thực nghiệm Sai lệch (%) CO g/kW.h 1,469 1,502 -2,2 NOX g/kW.h 5,654 5,853 -3,4 Bồ hóng/PM g/kW.h 0,299 0,341 -12,3
119
Bảng 4.7 thể hiện kết quả phát thải của động cơ FAWDE- 4DX23-110 tính theo chu trình ECE R49 khi mô phỏng và thực nghiệm. Kết quả cho thấy giá trị sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm đối với phát thải NOx và CO là không lớn, trong khi đó giá trị phát thải bồ hóng/PM sai lệch lên tới 12,3%. Sai lệch trên là do trong mô phỏng chỉ xác định được lượng PM thông qua các phản ứng hình thành bồ hóng của nhiên liệu cháy và phần trăm tỷ lệ dầu bôi trơn bị phân hủy. Tuy nhiên trong mô phỏng lại không đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố khác như: nhiên liệu, hiện tượng bơm dầu buồng cháy... Trong khi đó thực nghiệm xác định tất cả các thành phần tạo thành phát thải dạng hạt thông qua phương pháp cân lọc PM.
4.5.4.2. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm đối với động cơ diesel - LPG theo chu trình ECE R49
Kết quả so sánh phát thải trung bình giữa mô phỏng và thực nghiệm ở các chế độ với tỷ lệ hòa trộn diesel-LPG khác nhau được trình bày trong bảng 4.8. Các giá trị trong các bảng cho thấy, phát thải CO và NOX tính theo chu trình ECE R49 giữa mô phỏng và thực nghiệm sai lệch không nhiều. Giá trị sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm đối với phát thải CO ở các chế độ LPG thay thế 10% diesel là 3,5% và LPG thay thế 20% diesel là 3,9%.
Bảng 4.8. Kết quả so sánh phát thải giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ diesel - LPG theo chu trình ECE R49
Thành phần Đơn vị Chế độ LPG_10 Chế độ LPG_20 Mô phỏng Thực nghiệm Sai lệch (%) Mô phỏng Thực nghiệm Sai lệch (%) CO g/kW.h 2,606 2,701 -3,5 3,699 3,850 -3,9 NOX g/kW.h 5,460 5,685 -3,9 5,305 5,610 -5,4 Bồ hóng/PM g/kW.h 0,249 0,291 -14,4 0,223 0,268 -16,7
Với NOx sai lệch giữa mô phỏng và thực nghiệm ở chế độ LPG thay thế 10% diesel là 3,9% và ở chế độ LPG thay thế 20% diesel là 5,4%.
Giá trị phát thải bồ hóng/PM giữa mô phỏng và thực nghiệm ở chế độ LPG thay thế 10% diesel sai lệch là 14,4%, ở chế độ LPG thay thế 20% diesel sai lệch lên tới 16,7%.
Bảng 4.9. Kết quả so sánh công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ diesel - LPG theo chu trình ECE R49
Mode Chế độ LPG_10 Chế độ LPG_20 Mô phỏng Thực nghiệm Sai lệch (%) Mô phỏng Thực nghiệm Sai lệch (%) 1 0,251 0,246 -1,9 0,251 0,248 -1,2 2 5,40 5,13 -5,0 5,40 4,86 -10 3 13,17 11,50 -12,7 13,17 12,80 -2,8 4 26,02 25,20 -3,2 26,02 24,14 -7,2 5 39,08 37,20 -4,8 39,08 36,50 -6,6 6 56,80 54,80 -3,5 56,80 54,20 -4,6 7 0,25 0,25 -1,9 0,25 0,25 -1,2 8 85,06 81,60 -4,1 85,06 80,70 -5,1 9 62,59 60,20 -3,8 62,59 59,30 -5,3 10 42,12 41,40 -1,7 42,12 39,40 -6,5 11 21,12 19,20 -9,1 21,12 19,50 -7,6 12 8,57 8,50 -0,8 8,57 8,20 -4,3 13 0,25 0,25 -1,9 0,25 0,25 -1,2
Kết quả so sánh trên bảng 4.9 cho thấy, giá trị công suất động cơ FAWDE-4DX23-110 khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG giữa mô phỏng và thực nghiệm sai lệch không nhiều. Giá trị sai lệch lớn nhất về công
121
suất của động cơ theo chu trình ECE R 49 ở chế độ LPG thay thế 10% diesel là 12,7%, còn ở chế độ LPG thay thế 20% diesel là 10%.
Kết quả sai lệch về công suất và các thành phần khí thải của động cơ giữa mô phỏng và thực nghiệm là có thể chấp nhận được, như vậy mô hình khảo sát lý thuyết là hoàn toàn có thể tin cậy được.
4.6. Kết luận chƣơng IV
1. Luận án đã lựa chọn hệ thống cung cấp LPG phù hợp và lắp đặt hệ thống này vào động cơ diesel FAWDE 4DX23-110.
2. Luận án đã tiến hành thí nghiệm xác định các thành phần khí thải của động cơ khi sử dụng diesel và lưỡng nhiên liệu diesel-LPG trên hệ thống trang thiết bị thí nghiệm hiện đại.
3. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm động cơ diesel FAWDE 4DX23-110 có lắp thêm hệ thống cung cấp LPG trên băng thử khí thải hiện đại với độ chính xác cao ETC01 thuộc phòng thử nghiệm khí thải động cơ hạng nặng, Trung tâm thử nghiệm khí thải phương tiện giao thông cơ giới đường bộ (NETC) - Cục Đăng kiểm Việt Nam cho thấy:
Khi phun LPG vào đường ống nạp động cơ diesel thí nghiệm thì: - Độ khói giảm ở tất cả các tốc độ làm việc của động cơ.
- CO và HC tăng nhưng vẫn đạt tiêu chuẩn EURO II. - Lượng giảm NOx là 4,2 % khi LPG thay thế 20% diesel. - Lượng giảm PM là 21,4 % khi LPG thay thế 20% diesel.
4. Kết quả so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm sai khác nhau không nhiều, điều này cho thấy việc sử dụng phần mềm AVL-BOOST để tính toán các thành phần phát thải của động cơ diesel thí nghiệm và động cơ diesel - LPG là chấp nhận được.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ I. Kết luận chung
1. Động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG là một trong những hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa học quan tâm. Nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã đầu tư tài chính, công sức cho nghiên cứu này. Ở Việt Nam, ứng dụng LPG cho động cơ đốt trong đã và đang được quan tâm nghiên cứu ngày càng nhiều, nhưng chưa chuyên sâu. Các kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng ở mức cho động cơ chạy bằng nhiên liệu LPG chứ chưa quan tâm tới việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp nhiên liệu, quá trình cháy, hình thành các chất ô nhiễm. Đề tài này đã nghiên cứu một cách tổng quan về quá trình cháy của động cơ diesel-LPG và xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường.
2. Đề tài đã xây dựng được mô hình tính toán phát thải của động cơ diesel tăng áp FAWDE 4DX23-110 khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG trên phần mềm AVL BOOST. Kết quả so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm sai khác nhau không nhiều, điều này cho thấy việc sử dụng phần mềm AVL-BOOST để tính toán các thành phần phát thải của động cơ diesel - LPG là một giải pháp đúng đắn.
3. Đề tài đã lựa chọn và lắp đặt hoàn chỉnh bộ cung cấp LPG lên động cơ diesel tăng áp FAWDE 4DX23-110 để chuyển đổi động cơ diesel thành động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG. Việc lắp đặt thêm hệ thống cung cấp LPG không làm thay đổi kết cấu của động cơ nguyên bản.
4. Kết quả thực nghiệm trên băng thử đồng bộ về khí thải hiện đại của hãng AVL (Áo) tại Trung tâm thử nghiệm khí thải quốc gia cho thấy: Khi LPG thay thế 20% diesel, Độ khói giảm ở tất cả các tốc độ làm việc của động cơ, CO và HC tăng nhưng vẫn đạt tiêu chuẩn EURO II, lượng giảm NOx là 4,2 %, lượng giảm PM là 21,4 %.
123
II. Kiến nghị
Trên cơ sở các kết quả đã nghiên cứu, luận án có một số kiến nghị sau: 1. Ứng dụng phương án đã nghiên cứu để giảm khói bụi và giải quyết yêu cầu về năng lượng thay thế cho các động cơ diesel lắp trên ô tô hoạt động tại các đô thị lớn.
2. Sử dụng bộ lọc khí thải dạng ô xy hóa để giải quyết việc tăng CO và HC của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG.
3. Cần có thêm các nghiên cứu nhằm tối ưu hóa tỷ lệ hòa trộn LPG trong động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-LPG.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ Bài báo
1. Cao Trọng Hiền, Vương Văn Sơn, Nghiên cứu đánh giá khả năng giảm phát thải NOX và PM cho động cơ hai nhiên liệu diesel-LPG, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, tháng 1/2013, tr. 257-260.
2. Cao Trọng Hiền, Vương Văn Sơn, Xác định phát thải bồ hóng cho động cơ diesel và động cơ diesel-LPG bằng thực nghiệm, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, tháng 6/2013, tr. 72-76.
3. Cao Trọng Hiền, Đào Mạnh Hùng, Vương Văn Sơn, Xác định thành phần khí thải của động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – LPG bằng phần mềm AVL – BOOST, Tạp chí Giao thông Vận tải, tháng 11/2013, tr. 30-31.
Công trình khoa học
3. Vương Văn Sơn, Các thành phần khí thải của ô tô và tác hại của nó, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2009, Mã số T 2009-CK-26, Đại học GTVT.
4. Vương Văn Sơn, Xây dựng phương pháp xác định các thành phần khí thải của ô tô bằng phần mềm AVL BOOST, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2011, Mã số DT1011.09, Đại học Công nghệ GTVT.
5. Vương Văn Sơn, Xây dựng phương pháp xác định mức độ ô nhiễm không khí do các phương tiện giao thông gây ra trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc, Hội nghị Sáng tạo kỹ thuật Tỉnh Vĩnh Phúc lần thứ 3, năm 2011.
6. Vương Văn Sơn, Nghiên cứu xác định lượng phát thải độc hại của động cơ diesel lắp trên ô tô tải HYUNDAI 3,5 tấn, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2012, Mã số DT1112.18, Đại học Công nghệ GTVT.
125
và đề xuất các biện pháp giảm thiểu, Hội nghị Sáng tạo kỹ thuật Tỉnh Vĩnh Phúc lần thứ 4, năm 2013.
8. Vương Văn Sơn, Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AVL BOOST để xây dựng mô hình tính toán mức phát thải của động cơ diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2013, Mã số DT1213.12, Đại học Công nghệ GTVT.
TÀI LIỆU THAM KHẢO A. Tiếng Việt`
[1] Nguyễn Đại An (2002), Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống nạp - thải khi thủy động hóa động cơ Díesel Sông Công họ D50, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Hàng Hải, Hải Phòng.
[2] Vũ An, Nghiên cứu sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG đồng thời chuyển đổi động cơ diesel trên xe buýt theo hướng phù hợp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường tại các đô thị lớn, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp ngành dầu khí. [3] Cục Đăng kiểm Việt Nam (2006), Yêu cầu và phương pháp thử khí thải gây ô
nhiễm trong phê duyệt kiểu.
[4] Cục Đăng kiểm Việt Nam (2012), Tổng hợp số liệu về phương tiện giao thông trong cả nước.
[5] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng, (1997), Ô tô và ô nhiễm môi trường, nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. [6] Bùi Văn Ga (1994), Góp phần nghiên cứu ngọn lửa tự do, rối và khuếch tán
bằng nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng, Luận án Tiến sĩ Khoa học-Kỹ thuật số 19-GD ĐT.
[7] Bùi Văn Ga, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1997),
Mô hình hóa quá trình cháy trong động cơ đốt trong, nhà xuất bản giáo dục, Hà nội.
[8] Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng, Phạm Xuân Mai (N0
11/1996), Tính toán nồng độ các chất trong sản vật cháy. Phần 5: Tính toán nồng độ bồ hóng trong quá trình cháy khuếch tán, Thông tin môi trường, Sở KHCNMT Quảng Nam-Đà Nẵng.
[9] Mai Sơn Hải (2008), Bước đầu nghiên cứu sử dụng khí hóa lỏng LPG trên động cơ diesel cỡ nhỏ, Đại học NHa Trang.
[10] Cao Trọng Hiền, Nguyễn Tuấn Anh (1996), Giao thông vận tải và môi trường, Proceeding of liiternntioiial Conference on Aiitomotive Technology, ICAT96. Science and Technical Publishing House, Hanoi.
[11] Chu Mạnh Hùng (2008), Sử dụng nhiên liệu gas hóa lỏng(LPG) cho ô tô và vấn đề hạn chế ô nhiễm môi trường trong thành phố, Bộ GTVT.
127
trong động cơ sử dụng nhiên liêuh hóa lỏng (LPG) phun trực tiếp, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng.
[13] Lê Viết Lượng (2004), Lý thuyết động cơ Diesel, nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
[14] Phạm Xuân Mai (1998), Nghiên cứu mô hình hóa sự hình thành bồ hóng trong quá trình cháy của động cơ Diesel, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng.
[15] Lý Ngọc Minh, Một số đặc điểm và tính chất hóa lý của khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), Báo cáo khoa học, Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh.
[16] Trần Văn Nam (1997), Nghiên cứu sự hình thành CO trong động cơ đánh lửa cưỡng bức. Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại Học Đà Nẵng.
[17] Hồ Tấn Quyền, Nghiên cứu hệ thống cung cấp khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) cho xe buýt cỡ nhỏ phù hợp với điều kiện giao thông đô thị Miền Trung Việt Nam, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật Đại học Đà Nẵng.
[18] Trần Văn Tế, Phạm Minh Tuấn, Trần Thanh Hải Tùng, Đỗ Xuân Kính, Vũ Thị Lạt, Lê Thượng Hiền, Lê Anh Tuấn (2000), Nghiên cứu giảm ô nhiễm môi trường do khí thải của các phương tiện giao thông gây ra, Đề tài cấp bộ B98-28-38TD, Đại học Bách khoa Hà Nội.
[19] Đinh Xuân Thành, Nghiên cứu khả năng giảm khí thải độc hại cho động cơ Diesel tăng áp lắp trên xe buýt, Luận án Tiến sỹ, ĐH Bách khoa Hà Nội.
[20] Lê Anh Tuấn, Phát triển bộ dữ liệu hệ số phát thải của ô tô trên băng thử CD48, Báo cáo khoa học, ĐH Bách khoa Hà Nội.
[21] Trần Thanh Hải Tùng (1998), Góp phần nghiên cứu Sự hình thành NO, trong quá trình cháy của động cơ diesel, Luận văn tiến sĩ kỹ thuật, Đại học bách khoa Hà Nội.
[22] Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Xuân (2006), Ảnh hưởng tỷ lệ hỗn hợp LPG- Diesel trong động cơ hai nhiên liệu, Hội nghị Khoa học lần thứ 20, Đại học Bách khoa Hà Nội.
[23] Trần Thanh Hải Tùng, Trần Văn Nam (2010), Kích nổ trong động cơ nén cháy sử dụng nhiên liệu khí, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng. [24] Trần Thanh Hải Tùng, Lê Minh Tuấn, Phạm Minh Tuấn (2010), Nghiên cứu
sử dụng nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Hàng hải.
[25] Lê Văn Tụy, Tính toán mô phỏng cung cấp nhiên liệu khí thiên nhiên (CNG) phun trực tiếp cho động cơ có tỷ số nén cao, Luận án Tiến sỹ, Đại học Đà Nẵng.
[26] Nguyễn Tất Tiến (2000), Nguyên lý động cơ đốt trong, nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.
[27] Phạm Minh Tuấn (2008), Khí thải động cơ và ô nhiễm môi trường, nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội.
[28] Nguyễn Quang Vinh (2008), Nghiên cứu áp dụng thí điểm nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng cho xe buýt tại thủ đô Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ.
[29] Nguyễn Hoàng Vũ (2005), Nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số điều chỉnh của quy luật cung cấp nhiên liệu đến các chỉ tiêu kinh tế năng lượng và mức độ độc hại khí thải, Luận án Tiến sỹ, Học viện Kỹ thuật quân sự.
B. Tiếng Anh
[30] A. Bilcan, O. Le Corre and M. Tazerout, Characterization of the LPG - Diesel Dual Fuel Combustion, Département Systèmes Energétiques et Environnement, France Ecole des Mines de Nantes.
[31] Aoyagi, Y. Kamimoto, T. Matsin, Y. Matsuoka (1994), S.A gas sampling study on the information processes of soot and NO in a DI Diesel enginc. SAE 800254.
[32] Asian Development Bank (2003), Reducing Vehiele Emissions in Asia.
[33] AVL LIST GmbH (2000), AVL BOOTS User's Guide - Version 3.3.
[34] AVL GmbH (2001), Boost Version 5.0 User’s Guide. Austria
[35] Babu V. Rajalinggam, Patrick V. Farrell (1999), "The Effects of Injection Pressure on Air Entrainment into Trasient Diesel Sprays", Technology for Diesel Fule Injection and Spray, SP - 1415, SAE Paper No0 1999-01-0523, pp.171-180.
[36] Badami. M, Nuccio. P, Trucco. G (1999), "Influence of Injection Pressure on the Performance of a DI Diesel Engine with a Common Rail Fuel Injection System", Technology for Diesel Fule Injection and Spray, SP-1415, SAE Paper No0 1999-01-0193, pp. 291-300.
129
regarding using LPG on diesel engine, TRANSILVANIA University of Brasov.
[38] BEROUN, Stanislav (2001), The Development of Gas (CNG, LPG and H2) Engines for Buses and Trucks and their Emission and Cycle Variability Characteristics, Techn. Univ. Liberec – Czech Republic.
[39] Colin R. Ferguson and Allan T. Kirkpatrick (2001), Internal Combustion Engine: Applied Thermoscience. Second edition, John Wiley & Sons, Inc.
[40] Dara D. Torkzadeh, Wolfgang Lhgst, Uwe Kiencke, Engine Modeling and