5.3. Kết quả và bình luận
5.3.3. Ảnh hưởng của EGR đến sự hình thành bồ hóng và NOx
Hình 5-4 Mố q n hệ g ữ bồ hóng nh và gó q y t ụ kh ỷ vớ tỉ ệ % EGR khác nhau
Hình 5-4 thể hiện mối quan hệ giữa bồ hóng sinh ra và góc quay trục khuỷu khi có sử dụng EGR với khi không sử dụng EGR, quan sát trên hình ta thấy lượng bồ hóng sinh ra sẽ giảm dần với chế độ từ 0% EGR đến 10% EGR, sau đó gia tăng dần lên từ 10% EGR đến 40% EGR. Để hiểu rõ hơn tại sao lại có hiện tượng tăng và giảm bồ hóng khi tăng % EGR ta sẽ quan sát kết quả so sánh lượng bồ hóng sinh ra và bồ hóng bị Oxi hóa như ở hình sau.
Hình 5-5: So sánh ượng bồ hóng h nh thành và bồ hóng bị O hó kh tăng từ 0%EG đ n 10%EG
Quan sát trên hình 5-5 ta thấy lượng bồ hóng hình thành và bồ hóng bị Oxi hóa có xu hướng giảm dần xuống khi ta tăng từ 0% EGR đến 10% EGR, và hiệu của lượng bồ hóng hình thành và bồ hóng bị Oxi hóa giảm xuống, do đó lượng bồ hóng phát thải giảm xuống.
Quan sát mặt cắt buồng đốt động cơ ở 1300 sau điểm chết trên như thể hiện trên hình 5-6, ta thấy nhiệt độ ở 10% EGR lớn hơn 0% EGR và lượng nhiên liệu còn sót lại ở 10% EGR thì thấp hơn 0% EGR. Điều này phản ánh lên rằng ở chế độ 10% EGR thì quá trình cháy của động cơ diễn ra tốt hơn, lượng nhiên liệu được đốt sạch hơn do đó lượng bồ hóng phát thải cũng thấp hơn. So với 0% EGR ta thấy sự phân bố nhiệt độ
của 10% EGR là ở vùng nhiệt độ cao thì lượng nhiên liệu thấp hơn do đó kéo theo lượng bồ hóng hình thành giảm, và ở vùng nhiệt độ cao thì lượng Oxi cũng tập trung nhiều hơn do vậy lượng bồ hóng bị Oxi hóa tăng.
Hình 5-6 So ánh ượng bồ hóng phát thả ở 1300 sau đ ểm h t t ên vớ 0% EGR và 10% EGR
Hình 5-7 So ánh ượng bồ hóng h nh thành và bồ hóng bị O hó kh tăng từ 10%EG đ n 40%EG
Quan sát hình 5-7 ta thấy lượng bồ hóng hình thành tăng khi ta tăng từ 10% EGR đến 40% EGR, như ta biết khi sử dụng EGR sẽ dẫn đến giảm Oxi trong khí nạp điều này sẽ làm thay đổi nồng độ nhiên liệu và nồng độ Oxi. Do đó lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ tăng lên kéo theo tăng phát thải bồ hóng. Nhưng ta thấy lượng bồ hóng trung bình sinh ra lại tăng khi ta tăng từ 10% EGR đến 40% EGR trong khi lại giảm khi tăng từ 0% EGR đến 10% EGR là do, hiệu lượng bồ hóng hình thành và bồ hóng bị Oxi hóa có xu hướng tăng dần, còn ở 0% EGR đến 10% EGR thì hiệu lượng bồ hóng hình thành và bồ hóng bị Oxi hóa có xu hướng giảm dần. Tức khi ta tăng từ 10% EGR đến 40% EGR thì quá trình Oxi hóa bồ hóng diễn ra kém hơn, điều đó lí giải vì sao lượng bồ hóng phát thải lại tăng lên.
Hình 5-8 So ánh ượng bồ hóng phát thả ở 1300 đ ểm h t t ên vớ 10% EGR và 40% EGR
So với 10% EGR thì sự phân bố nhiệt độ trong xy-lanh ở 40% EGR như trên hình 5-8 ta thấy, ở vùng nhiệt độ cao thì giàu nhiên liệu hơn, do đó dẫn đến thuận lợi cho việc hình thành bồ hóng hơn. Nhưng nhiệt độ lại thấp ở vùng giàu Oxi, do đó việc Oxi hóa bồ hóng sẽ bị giảm. Đó là lý do làm tăng phát thải bồ hóng như phân tích ở trên.
b) Ảnh hưởng của EGR đến sự hình thành NOx
Hình 5-9 Mố q n hệ g ữ NO nh và gó q y t ụ kh ỷ vớ tỉ ệ %EG khá nhau
Hình 5-9 thể hiện mối quan hệ giữa NOx sinh ra và góc quay trục khuỷu, quan sát trên hình ta thấy NOx sẽ giảm dần khi ta tăng % EGR. Điều này cũng đã được đề cập trong nhiều nghiên cứu trên thế giới [6], [7], [8], [9]. Nguyên nhân chính là khi ta tăng % EGR thì nhiệt độ ngọn lửa giảm xuống làm giảm NOx sinh ra.
Hình 5-10 So ánh nh ệt đ và NO hình thành ở 1 0 đ ểm h t t ên
Hình 5-10 thể hiện mặt cắt buồng đốt của động cơ ở 150 sau điểm chết trên khi không sử dụng EGR và sử dụng 20% EGR. Quan sát trên hình ta thấy vùng nhiệt độ cho sự hình thành NOx khi sử dụng 20% EGR đã giảm nhiều so với không sử dụng EGR. Do đó lượng NOx hình thành cũng giảm nhiều. Điều này phù hợp với phân tích ở trên là khi sử dụng NOx thì làm cho thành phần khí nạp thay đổi, trong khí nạp có thêm một lượng CO2 và hơi nước. Làm ảnh hưởng đến quá trình cháy của động cơ đó là thời gian cháy trễ, làm cho áp suất và nhiệt độ trong buồng cháy giảm xuống.
Hình 5-11 Mố q n hệ g ữ bồ hóng và NO nh vớ tỉ ệ % EGR khác nhau
Bảng 5-7: Mối quan hệ giữa bồ hóng và NOx sinh ra với tỉ lệ % EGR khác nhau
Bồ hóng phát thải NOx phát thải Khối lượng (g) Tỉ lệ tăng (+) /
giảm (-) (%)
Khối lượng (g) Tỉ lệ tăng (+) / giảm (-) (%)
0% EGR 2,4142E-05 - 1,1700E-03 -
5% EGR 2,0443E-05 -15,32 1,0100E-03 -13,68
10% EGR 1,9334E-05 -19,92 7,1047E-04 -39,28
15% EGR 2,0600E-05 -14,67 5,0154E-04 -57,13
20% EGR 2,1218E-05 -12,11 3,8491E-04 -67,10
25% EGR 2,6602E-05 +10,19 2,0884E-04 -82,15
30% EGR 2,6230E-05 +8,65 1,3223E-04 -88,70
35% EGR 3,8720E-05 +60,38 6,5190E-05 -94,43
40% EGR 4,4609E-05 +84,78 2,7060E-05 -97,69
Hình 5-9 thể hiện mối quan hệ giữa bồ hóng và NOx sỉnh ra với tỉ lệ % EGR khác nhau. Quan sát trên hình ta thấy khi ta tăng % EGR thì lượng NOx sẽ giảm nhưng bồ hóng sẽ tăng lên. Điều này nêu lên ưu và nhược điểm của EGR, để đánh giá % EGR nào tốt nhất thì đây là cơ sở rất quan trọng.
Trên bảng so sánh kết quả ta thấy khi tăng từ 0% EGR đến 20% EGR thì lượng bồ hóng giảm 12,11% (từ 2,4142E-05g xuống 2,1218E-05g) còn khi từ 25% EGR đến 40% EGR thì lượng bồ hóng tăng đến 84,78%. Còn đối với NOx khi tăng từ 0% EGR đến 40% EGR thì giảm đến 97,69% (từ 1,17E-03g xuống 2,706E-05g).
Qua các phân tích và so sánh trên ta thấy trên động cơ VIKYNO RV125-2 ứng với tốc độ 2400 vòng/phút và ở 80% tải thì khi sử dụng 20% EGR sẽ đạt hiệu quả cao nhất
về mặt phát thải. Giúp giảm được lượng bồ hóng và NOx ở mức tối đa, nhưng để đánh giá chính xác hơn ta sẽ xem xét ảnh hưởng của nó đến công suất động cơ cũng như suất tiêu hao nhiên liệu.