KHẻ THẢI TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL
1.3.2.Cõc phương phõp giảm thiểu độc tố khợ xả
chỉnh
♣Thay đổi gục cấp nhiởn liệu
Sự thay đổi hỏm lượng khợ NOx theo gục cấp nhiởn liệu đọ được thực nghiệm trởn động cơ 6L 160PN biểu diễn trởn hớnh 1.14. Thực chất của sự tăng hỏm lượng khợ NOx khi tăng gục phun sớm lỏ do thời gian chõy trễ tăng, vúng quay TB-MN cũng như õp suất tăng õp giảm trong khi lượng cấp nhiởn liệu vẫn giữ nguyởn.
Qua cõc thợ nghiệm cũng cho thấy rất rử rằng vấn đề giảm sự gia tăng lượng cấp nhiởn liệu khi tăng tải (dhp/dt) cụ ý nghĩa rất lớn với việc giảm hỏm lượng độc tố trong khợ thải động cơ diesel.
Hớnh 1.14: Sự thay đổi hỏm lượng NOx theo thời gian chõy vỏ cõc gục cấp nhiởn liệu khõc nhau của động cơ diesel 6L 160PN
Như vậy, để giảm hỏm lượng cõc độc tố trong khợ xả, đồng thời đảm bảo chỉ tiởu kinh tế của động cơ thớ lượng cấp nhiởn liệu cần phải được điều chỉnh phỳ hợp với từng điều kiện tải vỏ vúng quay cũng như loại động cơ.
♣Điều chỉnh thời điểm cấp nhiởn liệu
Với động cơ cụ hệ thống điều chỉnh thời điểm bắt đầu cấp nhiởn liệu bằng gục xiởn của rọnh xoắn trởn thón BCA thớ việc giảm hỏm lượng khợ NOx phụ thuộc vỏo gục cấp nhiởn liệu. Tuỳ thuộc vỏo õp suất tăng õp, phụ tải vỏ vúng quay động cơ mỏ tương ứng cụ gục cấp vỏ kết thỷc cấp khõc nhau. Điều chỉnh thời điểm đầu với mục đợch giảm hỏm lượng khợ NOx vỏ thời điểm cuối để giảm hỏm lượng lưu huỳnh, do lượng nhiởn liệu cấp vỏo giai đoạn đầu quõ trớnh chõy cỏng nhiệu thớ hỏm lượng NOx cỏng cao do nhiệt độ quõ trớnh chõy tăng nhưng hỏm lượng CO, S vỏ khụi lại giảm vỏ ngược lại.
Để thay đối thời điểm cấp nhiởn liệu theo mục đợch của mớnh người ta sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh VIT theo nhiều đại lượng. Hệ thống nỏy đang được õp dụng rộng rọi cho cõc động cơ hiện đại cụ mức độ cường hoõ cao. Cõc động cơ diesel cụ sử
0 5 10 15 20 800 900 1000 1100 500 600 700 800 t (giẪy) n (v/ph) NOx (ppm) n NOx 22 24 26 0 2 4 6 8 10 12 14 16 10 20 30 40 1,5 2,0 2,5 245 240 235 khọi NOx (g/m3) ge Khọi muời NOx Ge
dụng VIT cụ thể chỉnh gục phun cũng như lượng cấp nhiởn liệu theo cõc thừng số về tải trọng, vúng quay với sự trợ giỷpcủa cơ cấu thanh răng đừi.
Hớnh 1.15: Sự thay đổi thỏnh phần khợ thải vỏ suất tiởu hao nhiởn liệu cụ ợch theo gục phun sớm ϕfs của động cơ diesel YANMAR-236
Cõc sơ đồ tự động đọ được cõc nhỏ khoa hục như Lưsepki A.C, Pởtuxovi B.A … sõng chế, sơ đồ nỏy đọ được õp dụng rộng rọi cho cõc loại động cơ diesel như Zulse RBL vỏ cõc động cơ khõc. Việc chế tạo BCA với cơ cấu tự động điều chỉnh gục phun nhiởn liệu theo õp suất tăng õp đọ thu được hiệu quả khõ cao trong thực nghiệm, hệ thống nỏy với mục đợch cơ bản lỏ giảm hỏm lượng khợ NO trong khợ thải động cơ diesel.
Tuy nhiởn để đạt được kết quả tốt hơn cần sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh quõ trớnh cấp nhiởn liệu bằng điện tử vỏ phương phõp mừ phỏng số. Điều nỏy rất phức tạp nhất lỏ khi tiến trong diều kiện của Việt Nam. Ngoỏi ra vẫn cụ một số loại động cơ sử dụng hệ thống tợch tụ nhiởn liệu với vỏi phun điện thuỷ lực, hệ thống nhiởn liệu được cấp cõc nguồn xung động tạo quõ trớnh mở tế vi dẫn động õp lực cho việc cấp nhiởn liệu vỏ van điện từ lỏm nhiệm vụ điều khiển quõ trớnh bắt đầu, kết thỷc nhiởn liệu. Điều chỉnh thời điẻm đầu với mục đợch giảm hỏm lượng khợ NOx, vỏ thời điểm cuối để giảm hỏm lượng COx, SOx. Hệ thống nỏy đang được nghiởn cứu õp dụng trong tương lai.
♣Thay đổi cường độ chõy vỏ õp suất phun nhiởn liệu
Việc nóng cao cường độ chõy vỏ phun nhiởn liệu ở õp suất cao kết hợp với cõc kết cấu đặc biệt của vúi phun BCA đang lỏ vấn đề được quan tóm với cõc động cơ cao tốc. Phương phõp nỏy được cõc nhỏ khoa học Mỹ vỏ Anh nghiởn cứu vỏ đọ õp dụng trởn một số động cơ MAN B&W.
Để tăng cường độ chõy thớ phải tăng số lỗ phun của vúi phun vỏ giảm đường kợnh lỗ phun để giảm kợch thước hạt nhiởn liệu trong buồng chõy. Như vậy đúi hỏi cừng nghệ chế tạo vúi phun vỏ BCA phải đi trước một bước vỏ nhiởn liệu sử dụng yởu cầu phải sạch hơn để trõnh kẹt hay tắc vúi phun do đụ nếu sử dụng dầu FO thớ quõ trớnh phón ly, lọc yởu cầu phải rất sạch. Mặt khõc khi tăng õp suất lớn nhất trong động cơ lởn 10 bar thớ độ bền của piston phải tăng 10%.
Thử nghiệm nỏy trởn động cơ BAC 32 với õp suất chõy tăng từ 155 bar lởn 165 bar thớ hỏm lượng khợ NOx lỏ 11 g/kW.h (giảm 30% so với chế độ ban đầu), suất tiởu hao nhiởn liệu giảm từ 187 g/kW.h xuống 180 g/kW.h. Như vậy việc tăng õp suất phun
nhiởn liệu cỳng với tăng số vúng quay động cơ cũng lỏm giảm hỏm lượng khợ NOx, khụi vỏ nóng cao hiệu quả kinh tế.
♣Thay đổi õp suất khừng khợ tăng õp vỏ hệ số khừng khợ thừa α
Tăng õp nhằm đõp ứng lượng khừng khợ cần thiết cho quõ trớnh chõy hoỏn toỏn nhiởn liệu, tăng hệ số dư lượng khừng khợ α, nhờ vậy tăng nhiệt độ vỏ õp suất mừi chất cuối quõ trớnh nờn, giảm thời gian chõy trễ, kờo dỏi thời gian cấp nhiởn liệu vỏo buồng đốt vỏ tăng lượng cấp nhiởn liệu cho một chu trớnh. Như vậy, tăng õp cừa nhằm tăgn cừng suất động cơ, vừa cải thiện quõ trớnh chõy, quõ trớnh nạp, thải cho động cơ. So với động cơ khừng tăng õp, hỏm lượng khụi, S, CO đều giảm xuống nhưng hỏm lượng khợ NOx lại tăng lởn, mức độ tăng õp cỏng cao thớ độ tăng hỏm lượng khợ NOx cỏng lớn nhất lỏ với cõc động cơ diesel cường hoõ.
Phương phõp nỏy đọ được cõc nhỏ sản xuất nghiởn cứu từ rất sớm cỳng với việc nóng cao cừng suất vỏ hiệu suất động cơ diesel, mỏ điển hớnh lỏ cõc họng sản xuất động cơ diesel.
Đối với động cơ diesel khi lỏm việc ở chế độ chuyển tiếp mức độ thay đổi hỏm lượng cõc độc tố khợ xả đối với động cơ diesel cụ tăng õp phức tạp, mức độ tăng của cõc thỏnh phần độc tố nỏy trong khợ xả phụ thuộc vỏo thời gian, tốc độ vỏ tợnh trễ của cõc thiết bị tăng õp, thiết bị cấp nhiởn liệu, tợnh chất của mừmen cản, mừmen quõn tợnh của động cơ vỏ thiết bị tiởu thụ cừng suất. Với mục đợch giảm cõc sai lệch cụ hại của cõc thừng số liởn quan tới quõ trớnh chõy như hệ số dư lượng khừng khợ α, thời gian chõy trễ … so với chế độ ổn định thớ việc lựa chọn cõc thiết bị cụ độ trế, mừmen quõn tớnh nhỏ lỏ vấn đề cốt lửi.
Để giảm tợnh trễ của dúng khợ thải khi động cơ lỏm việc ở chế độ chuyển tiếp người ta sử dụng cõc dạng tuabin tăng õp biến õp. Mặt khõc để lỏm giảm hỏm lượng khụi, S vỏ CO2 thớ phải giảm mừmen quõn tợnh của rừto TB-MN Jqt lỏm giảm độ trễ của vúng quay tua bin khi tăng giảm tải động cơ. Tuy nhiởn khi giảm Jqt của rừto TB- MN góy khụ khăn cho vấn đề cừng nghệ chế tạo, mặt khõc nụ lỏm giảm tợnh ổn định của động cơ khi hoạt động ở chế độ ổn định với tải cao, nhất lỏ với cõc động cơ diesel cụ số xilanh ợt vỏ vúng quay thấp. Khi sử dụng TB-MN biến õp sẽ lỏm xấu quõ trớnh cừng tõc của động cơ nếu sự phón tải của cõc xilanh khừng đều nhau hay cụ một vỏi xilanh chõy kờm. Phương õn nỏy hiện õp dụng cho cõc động cơ cao tốc, nhiều xilanh vỏ thường xuyởn hoạt động ở chế độ khừng ổn định.
Để khắc phục bớt nhược điểm của TB-MN khi lỏm việc ở chế độ chuyển tiếp người ta đang nghiởn cứu vỏ hoỏn thiện việc sử dụng bớnh khợ nờn hỗ trợ tăng lượng khừng khợ nạp khi động diesel lỏm việc ở cõc chế độ chuyển tiếp. Việc lựa chọn phương thức tăng õp cũng như thiết bị tăng õp theo chế độ cừng tõc của dộng cơ nhằm hạn chế tợnh trễ của hệ thống khi thay đổi tải cũng đang lỏ vấn đề được quan tóm, đặc biệt lỏ cõc động cơ trung cao tốc.
♣Hoỏn thiện kết cấu buồng chõy
Hớnh 1.16: Sự ảnh hưởng của hệ số xoõy lốc đến hỏm lượng cõc thỏnh phần độc tố trong khợ xả động cơ diesel.
1-Hệ số xoõy lốc R=2, 2-Hệ số xoõy lốc R=6, 3-Hệ số xoõy lốc R=4
Khi tăng cường xoõy lốc thớ hỏm lượng khợ NOx cũng tăng do tăng lượng ừxy tham gia phản ứng chõy, tuy nhiởn nếu tăng cường độ xoõy lốc quõ giới hạn thớ hỏm lượng NOx giảm do giảm khả năng khuếch tõn ừxy, cún đối với hỏm lượng CO vỏ khụi thớ ngược lại. Vớ vậy việc lựa chọn hệ số xoõy lốc hợp lý lỏ rất khụ khăn.
Sự ảnh hưởng của hệ số xoõy lốc đến hỏm lượng cõc thỏnh phần độc tố cụ trong khợ xả động cơ diesel biểu diễn trởn đồ thị thực nghiệm ở hớnh 1.16
Theo đồ thị ta thấy khi tăng mức độ xoõy lốc, với gục phun sớm tối ưu ở chế độ đầy tải, suất tiởu hao nhiởn liệu giảm xuống, mức độ khụi cũng giảm vớ khả năng hoỏ trộn hỗn hợp chõy tốt hơn. Đồng thời cũng lỏm hỏm lượng khợ CO vỏ cõc hạt cứng giảm xuống, nhưng ngược lại hỏm lượng khợ NOx lại tăng lởn.
0 10 20 30 0,2 0,2 0,2 Kh ọ i 800 800 800 800 0,2 0,2 N O x C O x 1 2 3 1 2 3 1 2 3 gọc fs (Ẽờ gqtk)
Hớnh 1.17 Ảnh hưởng của dạng buồng chõy đến nồng độ NO trong động cơ diesel OC: Buồng chõy thống nhấtPC: Buồng chõy dự bị
SC: Buồng chõy xoõy lốcM: Buồng chõy MAN
Để cải thiện tợnh năng kinh tế kỹ thuật vỏ mức độ phõt thải ừ nhiễm của động cơ người ta sử dụng buồng chõy phón cõch mỏ chủ yếu lỏ buồng chõy xoõy lốc để lỏm tăng cường độ xoõy lốc. Trong cõc điều kiện như nhau, nồng độ NOx đối với buồng chõy thống nhất lớn hơn so với buồng chõy phón cõch. Do hỗn hợp trong buồng chõy phụ quõ đậm đặc nởn tạo ra nhiều NOx tại đóy song khi ra buồng chõy chợnh hỗn hợp lại quõ loọng nởn hỏm lượng khợ NOx giảm. Hỏm lượng khợ NOx sinh ra trong buồng chõy phụ chiếm phần lớn (khoảng 65%) toỏn bộ lượng khợ NOx cụ trong khợ xả, nởn nếu giảm thể tợch buồng chõy phụ sẽ giảm được hỏm lượng khợ NOx.
Tuy nhiởn việc giảm thể kợch thước buồng chõy phụ chỉ cụ giới hạn vớ nếu thể tợch của buồng chõy dự bị quõ nhỏ thớ sẽ khừng đủ năng lượng để giải phụng cõc tia lửa để bốc chõy hỗn hợp taong buồng chõy chợnh, hơn nữa việc tợnh toõn gục xoõy lốc ở buồng chõy xoõy lốc khụ khăn. Mặt khõc để giảm nồng độ cõc thỏnh phần độc tố cụ thể tăng thể tợch buồng chõy chợnh do quõ trớnh chõy trong buồng chõy chợnh diễn ra với hệ số dư lượng khừng khợ lớn, thời gian chõy trễ nhỏ vỏ hỗn hợp hoỏ trộn tốt nởn hỏm lượng cõc thỏnh phần độc tố khõc nhau như khụi vỏ muội đều giảm. Song nếu tăng thể tợch buồng chõy sẽ lỏm giảm tỉ số nờn, giảm tợnh kinh tế của động cơ.
Vấn đề nỏy hiện đang được quan tóm nghiởn cứu tại cõc phúng thợ nghiệm của cõc họng sản xuất động cơ diesel vỏ được õp dụng vỏo cõc động cơ diesel cỡ nhỏ, cao tốc cụ thể tợch buồng chõy nhỏ.
♣Thay đổi lượng cấp nhiởn liệu bằng cõch sử dụng vúi phun cụ điều chỉnh
0 -5 -10 5 10 SC PC M OC
Với phương phõp nỏy nhiởn liệu được điều chỉnh phụ thuộc vỏo chế độ tải. Việc