v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.3.4.Ảnh hưởng của góc phun sớm
Như đã trình bày trong phần quy trình mô phỏng thì ảnh hưởng của góc phun sớm đến tính năng làm việc của động cơ sẽ được tính toán tại chế độ 75% tải cho hai chế độ tốc độ là 1400(vg/ph) ứng với gct = 0,0173(g) và 2200(vg/ph) ứng với gct = 0,0175(g).
3.3.4.1. Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu
Giá trị công suất ứng với từng giá trị góc phun sớm từ 80
đến 180 tại 1400(vg/ph), từ 120 đến 220 tại 2200(vg/ph) được trình bày trên bảng 3.17.
Bảng 3.17. Giá trị công suất theo góc phun sớm
NL
Công suất, Ne (kW)
Góc phun sớm tại n = 1400(vg/ph) Góc phun sớm tại n = 2200(vg/ph)
80 100 120 140 160 180 120 140 160 180 200 220 B0 3,62 3,64 3,65 3,66 3,64 3.56 5,56 5,58 5,62 5,66 5,65 5,64 B10 3,58 3,60 3,62 3,62 3,59 3,57 5,54 5,58 5,62 5,62 5,60 5,58 B20 3,57 3,59 3,61 3,60 3,58 3,56 5,50 5,52 5,54 5,52 5,51 5,50 B30 3,56 3,58 3,58 3,56 3,54 3,51 5,50 5,51 5,52 5,50 5,48 5,46 B40 3,54 3,56 3,54 3,52 3,50 3,48 5,49 5,51 5,51 5,48 5,46 5,44 B50 3,53 3,54 3,53 3,50 3,47 3,45 5,47 5,48 5,43 5,40 5,38 5,35
Từ bảng 3.17 có thể thấy quy luật thay đổi công suất khi thay đổi góc phun sớm tại hai tốc độ 1400(vg/ph) và 2200(vg/ph) là tương tự nhau. Khi tăng góc phun sớm trong miền khảo sát, công suất động cơ ban đầu c ng tăng dần và đạt giá trị cực đại tại một góc phun sớm nào đó (góc phun sớm tối ưu), sau đó công suất lại giảm dần. Điều này có thể được giải thích bởi sự ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu đến quá trình cháy tối ưu để phát ra công suất cực đại.
Tại góc phun sớm nhỏ (phun quá muộn) làm quá trình cháy dịch chuyển về phía sau làm giảm hiệu quả sinh công. Ngược lại, góc phun sớm lớn (phun quá sớm) làm quá trình cháy dịch chuyển về phía trước và xảy ra hiện tượng vừa cháy vừa nén làm tốn công. Tất cả các trường hợp trên làm giảm công suất của động cơ.
Quan sát kết quả trong bảng 3.17 cho thấy, khi tỷ lệ pha trộn diesel sinh học tăng lên thì góc phun sớm tối ưu có xu hướng giảm dần, tức là thời điểm phun muộn hơn. Điều này có thể giải thích bởi trị số xêtan của nhiên liệu diesel sinh học cao hơn nên rút ngắn thời gian cháy trễ, kết quả làm quá trình cháy diễn ra sớm hơn.
Từ các kết trên có thể rút ra sự thay đổi góc phun sớm tối ưu đối với nhiên liệu diesel cho nhiên liệu B10, B20, B30, B40, B50 tại hai tốc độ 1400(vg/ph) và 2200(vg/ph) để đạt công suất cực đại và được trình bày trong bảng 3.18.
68
Bảng 3.18. Sự thay góc phun sớm tối ưu so với nhiên liệu diesel
Tốc độ (vg/ph) Nhiên liệu B10 B20 B30 B40 B50 1400 Thay đổi s tối ưu (0 TK) 1 2 3 4 4 2200 1 2 2 3 4 Trung bình 1 2 2,5 3,5 4
Giá trị suất tiêu hao nhiên liệu ứng với từng giá trị góc phun sớm từ 80
đến 180 tại 1400(vg/ph), từ 120 đến 220 tại 2200(vg/ph) được trình bày trên bảng 3.19.
Bảng 3.19. Giá trị suất tiêu hao nhiên liệu theo góc phun sớm
NL
Suất tiêu hao nhiên liệu, ge (kW)
Góc phun sớm tại n = 1400(vg/ph) Góc phun sớm tại n = 2200(vg/ph)
80 100 120 140 160 180 120 140 160 180 200 220 B0 261,2 258,9 258,2 257,5 258,9 265,2 249,7 249,1 247,5 245,4 245,8 246,3 B10 263,4 262,4 261,4 261,4 263,9 265,6 251,0 249,1 247,5 247,5 248,4 249,1 B20 265,6 263,1 261,7 262,4 263,9 265,3 253,3 252,1 251,2 252,1 252,6 253,3 B30 265,2 263,4 263,4 265,2 266,1 268,9 253,3 253,2 252,7 253,6 254,1 255,8 B40 266,1 265,2 266,1 267,6 269,1 270,5 254,6 253,7 253,7 254,1 255,8 256,9 B50 267,8 266,1 267,8 269,1 271,3 273,8 253,9 253,4 255,7 257,2 258,0 259,4
Quy luật thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu khi thay đổi góc phun sớm tương tự như quy luật thay đổi công suất. Lượng nhiên liệu cung cấp không thay đổi nên tại giá trị góc phun tối ưu, công suất đạt cực đại thì suất tiêu hao nhiên liệu sẽ là nhỏ nhất.
C ng có thể rút ra sự thay đổi góc phun sớm tối ưu đối với nhiên liệu diesel cho nhiên liệu B10, B20, B30, B40, B50 để đạt giá trị suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất và được trình bày trong bảng 3.19.
Tóm lại, có thể rút ra mối quan hệ giữa góc phun sớm tối ưu với tỷ lệ pha trộn diesel sinh học và thể hiện trên hình 3.8.
3.3.4.2. Phát thải
Phát thải CO:
Kết quả các giá trị phát thải CO theo tính toán của mô hình ứng với từng giá trị góc phun sớm từ 80
đến 180 tại 1400(vg/ph), từ 120
đến 220 tại 2200(vg/ph) được trình bày trên (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.8. Mối quan hệ giữa góc phun sớm và t lệ pha trộn diesel sinh học.
69 bảng 3.20.
Tại cả hai chế độ tốc độ, khi góc phun sớm tăng dần thì phát thải CO giảm dần, điều này có thể được giải thích do quá trình cháy bắt đầu sớm hơn nên thời gian dành cho quá trình cháy tăng dần tạo điều kiện kéo dài quá trình oxy hóa CO thành CO2 nên kết quả làm phát thải CO giảm.
Bảng 3.20. Phát thải CO theo góc phun sớm
NL
Phát thải CO (ppm)
Góc phun sớm tại n = 1400(vg/ph) Góc phun sớm tại n = 2200(vg/ph)
80 100 120 140 160 180 120 140 160 180 200 220 B0 863 789 778 728 688 683 900 869 782 746 710 679 B10 810 774 738 692 656 632 860 796 744 711 683 651 B20 773 759 712 661 649 637 794 738 692 668 637 601 B30 730 689 680 628 591 584 742 720 656 624 602 566 B40 702 672 654 595 576 559 733 671 652 603 586 548 B50 636 585 573 534 521 502 642 604 586 540 522 495
Hình 3.9 thể hiện diễn biến thay đổi phát thải CO khi thay đổi góc phun sớm tại hai chế độ tốc độ 1400(vg/ph) và 2200(vg/ph).
Hình 3.9. Phát thải CO khi thay đổi góc phun sớm
Phát thải CO của nhiên liệu diesel sinh học pha trộn luôn thấp hơn so với nhiên liệu diesel (B0) tại tất cả các giá trị góc phun sớm và phát thải CO càng giảm khi tỷ lệ pha trộn diesel sinh học càng tăng lên. Nguyên nhân do nhiên liệu diesel sinh học có thêm thành phần Oxy trong nhiên liệu giúp quá trình oxy hóa CO thành CO2 diễn ra triệt để hơn.
Như phân tích ở trên, khi chọn góc phun sớm tối ưu theo giá trị công suất và suất tiêu hao nhiên liệu cho thấy, khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học thì góc phun sớm có xu hướng giảm và nằm trong vùng phát thải CO còn cao. Tuy nhiên, ngay tại vùng này thì phát thải CO khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học c ng thấp hơn so với nhiên liệu diesel. Như vậy, vấn đề chọn góc phun sớm tối ưu c ng không bị ảnh hưởng.
70
Phát thải NOx:
Kết quả các giá trị phát thải NOx theo tính toán của mô hình ứng với từng giá trị góc phun sớm từ 80
đến 180 tại 1400(vg/ph), từ 120
đến 220 tại 2200(vg/ph) được trình bày trên bảng 3.21.
Bảng 3.21. Phát thải NOx theo góc phun sớm
NL
Phát thải NOx (ppm)
Góc phun sớm tại n = 1400(vg/ph) Góc phun sớm tại n = 2200(vg/ph)
80 100 120 140 160 180 120 140 160 180 200 220 B0 990 1127 1204 1232 1236 1220 1103 1198 1228 1268 1272 1260 B10 1008 1150 1258 1263 1260 1248 1136 1255 1288 1297 1291 1278 B20 1194 1265 1278 1279 1267 1256 1221 1282 1316 1320 1314 1302 B30 1210 1299 1303 1297 1285 1271 1256 1331 1347 1338 1321 1310 B40 1288 1346 1341 1331 1310 1295 1302 1379 1386 1373 1352 1329 B50 1310 1382 1376 1361 1342 1312 1320 1424 1410 1402 1386 1358
Hình 3.10 thể hiện diễn biến thay đổi phát thải NOx khi thay đổi góc phun sớm tại hai chế độ tốc độ 1400(vg/ph) và 2200(vg/ph).
Hình 3.10. Phát thải NOx khi thay đổi góc phun sớm.
Từ hình 3.10 cho thấy, diễn biến phát thải NOx của hai chế độ tốc độ khi thay đổi góc phun sớm tương tự nhau. Khi tăng góc phun sớm, phát thải NOx tăng nhanh, điều đó chứng tỏ ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải NOx là rất lớn. Tuy nhiên, tiếp tục tăng góc phun sớm thì phát thải NOx tăng chậm.
Ban đầu ở góc phun nhỏ (phun muộn), quá trình cháy dịch chuyển về phía sau làm công suất và nhiệt độ buồng cháy nhỏ nên NOx nhỏ. Khi tăng dần góc phun sớm thì công suất và nhiệt độ buồng cháy tăng lên nên NOx tăng nhanh. Ở góc phun lớn (phun quá sớm), quá trình cháy dịch chuyển về phía trước, xuất hiện hiện tượng vừa cháy vừa nén làm công suất có ích giảm và kéo theo nhiệt độ buồng cháy tăng chậm, kết quả sự hình thành NOx hầu như không tăng.
71
Tại mỗi giá trị góc phun sớm thì phát thải NOx đối với nhiên liệu diesel sinh học luôn cao hơn so với nhiên liệu diesel và càng tăng khi tỷ lệ pha trộn diesel sinh học càng tăng. Nguyên nhân do ảnh hưởng bởi tỷ số A/F của nhiên liệu diesel sinh học cao hơn so với nhiên liệu diesel. Mặt khác, tốc độ cháy khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học diễn ra nhanh hơn làm nhiệt độ buồng cháy tăng cao nên tạo điều kiện thuận lợi hình thành NOx.
Phát thải bồ hóng (Soot):
Kết quả các giá trị phát thải bồ hóng theo tính toán của mô hình ứng với từng giá trị góc phun sớm từ 80 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đến 180 tại 1400(vg/ph), từ 120
đến 220 tại 2200(vg/ph) được trình bày trên bảng 3.22.
Bảng 3.22. Phát thải bồ hóng theo góc phun sớm
NL
Phát thải Bồ hóng (ppm)
Góc phun sớm tại n = 1400(vg/ph) Góc phun sớm tại n = 2200(vg/ph)
80 100 120 140 160 180 120 140 160 180 200 220 B0 3,96 3,62 3,57 3,34 3,16 2,96 4,29 4,15 3,73 3,56 3,39 3,17 B10 3,69 3,48 3,32 3,11 2,95 2,69 4,03 3,73 3,48 3,33 3,20 3,05 B20 3,46 3,35 3,15 2,92 2,87 2,76 3,71 3,45 3,23 3,12 2,98 2,86 B30 3,20 2,96 2,92 2,7 2,54 2,36 3,44 3,33 3,04 2,89 2,79 2,68 B40 3,00 2,86 2,78 2,53 2,45 2,30 3,31 3,03 2,94 2,72 2,64 2,56 B50 2,76 2,55 2,50 2,33 2,27 2,14 2,94 2,76 2,68 2,47 2,39 2,31
Các kết quả cho thấy, khi tăng góc phun sớm, bồ hóng giảm. Diễn biến phát thải bồ hóng ngược với phát thải NOx, ban đầu bồ hóng giảm nhanh ở góc phun sớm nhỏ và giảm chậm ở góc phun lớn. Diễn biến thay đổi bồ hóng khi thay đổi góc phun sớm tại hai chế độ tốc độ 1400(vg/ph) và 2200(vg/ph) được thể hiện trên hình 3.11.
Hình 3.11. Phát thải bồ hóng khi thay đổi góc phun sớm.