Luận văn Nghiên cứu mô phỏng và đánh giá các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu mô phỏng và đánh giá các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ VĂN MẪN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ ÐÁNH GIÁ CÁC ÐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ÐỘNG CƠ VIKYNO RV125 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP CNG - DIESEL NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ÐỘNG LỰC – 60520116 S K C0 0 4 9 8 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ VĂN MẪN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP CNG DIESEL NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS. LÝ VĨNH ĐẠT ThS. HUỲNH PHƯỚC SƠN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC Dán hình 3x4 & (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) đóng mộc giáp lại I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Võ Văn Mẫn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25/04/1988 Nơi sinh: Bình Thuận Quê quán: Hàm Nhơn Hàm Thuận Bắc_Bình Thuận Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 7/8A_ Lã Xuân Oai_Kp3_P.Trường Thạnh_Quận 9_ Tp.Hồ Chí Minh. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng:0977371153 Fax: E-mail: manvo86@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính qui tập trung Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 10/2010 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Kỹ thuật công nghệ Đồng Nai Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống treo trước của Ôtô con”. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 10/2010 Trường Cao đẳng Kỹ thuật công nghệ Đồng Nai Người hướng dẫn: Ks.Trương Thành Trung 3. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui tập trung Thời gian đào tạo từ 11/2010 đến 11/2012 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học giao thông vận tải Tp.Hồ Chí Minh i
4. Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Mô phỏng sự khác nhau giữa hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập”. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 11/2012 Trường Đại học giao thông vận tải Tp.Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Văn Thắng 4. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui tập trung Thời gian đào tạo từ 10/2014 đến 10/2016 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Tên luận văn: “Nghiên cứu mô phỏng và đánh giá các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 30/10/2016 - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: TS. Lý Vĩnh Đạt ThS.Huỳnh Phức Sơn 5. Tiến sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Tại (trường, viện, nước): Tên luận án: Người hướng dẫn: Ngày & nơi bảo vệ 6. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh Văn (Trình độ B1) 7. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: ii
5. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN/ĐỊA PHƢƠNG Ngày 04 tháng 11 năm 2016 (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên Võ Văn Mẫn iii
6. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 10 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Võ Văn Mẫn iv
7. LỜI CẢM ƠN ới lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lời cảm ơn chân V thành tới Thầy TS.Lý Vĩnh Đạt cùng với Thầy ThS.Huỳnh Phƣớc Sơn. Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng Thầy vẫn dành nhiều sự quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Ban Giám Hiệu, phòng Đào tạo Sau Đại Học, các Thầy khoa cơ khí Động lực, các anh và các bạn trong lớp cao học CKD14B – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí minh đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn Thầy phản biện đã dành thời gian và công sức để đọc và đóng góp ý kiến quý báu giúp em hoàn thiện nội dung của đồ án luận văn. Con xin gửi lời biết ơn chân thành đến Bố Mẹ và gia đình đã luôn bên cạnh ủng hộ, hết lòng động viên, tạo điều kiện tốt nhất để con có thể yên tâm học tập, làm việc và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Mặc dù đã hết sức cố gắng để hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể, nhưng không tránh khỏi những thiếu xót. Rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, chia sẻ ý kiến và kinh nghiệm của quý Thầy, Cô cùng các anh, các bạn để đề tài có thể hoàn thiện và phát triển ở mức cao hơn. Xin chân thành cảm ơn! TPHCM, ngày 30 tháng 10 năm 2016 Học viên thực hiện Võ Văn Mẫn v
8. TÓM TẮT Để đánh giá hiệu quả sử dụng nhiên liệu CNG trên động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel, việc đánh giá ảnh hưởng của tỉ lệ CNG diesel đến các đặc tính của động cơ là cần thiết. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu giữa mô phỏng và thực nghiệm về các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép thông qua việc so sánh moment, công suất và mức độ phát thải của động cơ khi thay đổi tỷ lệ sử dụng CNG diesel. Kết quả nghiên cứu mô phỏng phù hợp với kết quả thực nghiệm trên băng thử, qua đó có thể định hướng cho công việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nguyên liệu kép CNG diesel trên mô hình thực nghiệm. Đây là cơ sở cho việc xây dựng bản đồ tỷ lệ CNG diesel (engine map) cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép, góp phần nghiên cứu, ứng dụng nguồn nhiên liệu sạch CNG trên các động cơ nén cháy có tỷ số nén cao. vi
9. ABSTRACT To evaluate the effect of using CNG on Vikyno RV125 that uses dual fuel CNG diesel, the examining of CNG diesel rate to engine performnce is addressed in paper. This work compares the research results between simulation and experiment for engine performance, emissions and fuel consumption for dual fuel CNG diesel engine at different CNG fuel rates.The study shows that the simulation results are totally agreeable to experimental results. Hence, it has advances in designing, manufactering, improving dual fuel system on original fuel system in RV125 engine. The research is fundamental for setting up the map of CNG diesel rate for dual fuel engin, this results in studying, applying fuel dual CNG diesel in CI engines. vii
10. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Danh mục các bảng vi Danh mục các hình viii CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN 1 CHƢƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 CHƢƠNG 3.XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125 Error! Bookmark not defined.5 CHƢƠNG 4.KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 73 CHƢƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC 107 viii
11. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần CNG 8 Bảng 2.2. Các phần tử và tính năng cơ bản của chúng 38 Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 46 Bảng 3.2. Thống kê các phần tử trong mô hình mô phỏng 49 Bảng 3.3. Dữ liệu các phần tử đường ống 56 Bảng 3.4. Chi tiết các thông số của phần tử điểm đo 58 Bảng 3.5. Chi tiết các thông số của phần tử tiết lưu 59 Bảng 3.6. Chi tiết các thông số của phần tử lọc khí 60 Bảng 3.7. Chi tiết các thông số của phần tử xy lanh 62 Bảng 3.8. Độ nâng xupáp nạp theo góc quay trục khuỷu 64 Bảng 3.9. Độ nâng xupáp thải theo góc quay trục khuỷu 65 Bảng 3.10. Các thông số của phần tử bình ổn áp 68 Bảng 3.11. Tỷ lệ nhiên liệu CNG diesel 71 Bảng 4.1. Kết quả mô phỏng đặc tính tốc độ của moment động cơ và tỷ lệ hòa trộn CNG–diesel 74 Bảng 4.2. Độ sai lệch Moment giữa mô phỏng và thực nghiệm ứng vơi tỷ lệ 70%CNG 30%DO 77 Bảng 4.3. Kết quả mô phỏng công suất động cơ theo tốc độ động cơ và tỷ lệ hòa trộn CNG–diesel 77 Bảng 4.4. Độ sai lệch công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm ứng với tỷ lệ 70%CNG 30%DO 80 ix
12. Bảng 4.5. Nhiệt độ quá trình cháy của động cơ theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel 81 Bảng 4.6. Áp suất quá trình cháy của động cơ theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel 83 Bảng 4.7. Giá trị đặc tính ngoài của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép với tỷ lệ 30%DO 70%CNG 94 Bảng 4.8. Phần trăm mức tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng nhiên liệu kép sơ với động cơ đơn thuần 96 Bảng 4.9. Phần trăm lượng phát thải sinh ra khi sử dụng nhiên liệu kép sơ với động cơ đơn thuần 98 x
13. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1. Sự giảm phát thải khí CNG và nhiên liệu khác 9 Hình 2.2. Trị số Octan của khí CNG và nhiên liệu khác 9 Hình 2.3. Giá CNG so với giá LPG và giá FO 10 Hình 2.4. Biểu đồ sản xuất CNG trên toàn cầu 11 Hình 2.5. Ôtô Bus Super Aero City_CNG do Huyndai sản xuất 12 Hình 2.6. Biểu đồ dự kiến tăng trưởng của phương tiện sử dụng CNG 13 Hình 2.7. Xe buýt TPHCM chạy bằng khí thiên nhiên CNG 15 Hình 2.8. Phân chia vùng cháy trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel18 Hình 2.9. Hướng lan truyền của màng lửa trong buồng cháy 19 Hình 2.10. Cân bằng năng lượng trong xy lanh động cơ 21 Hình 2.11. Đường kính đế xupáp 24 Hình 2.12. Sơ đồ tính toán chuyển vị của piston 25 Hình 2.13. Tóm tắt quá trình hình thành bồ hóng của Fusco 34 Hình 2.14. Cơ chế trung gian về động hóa học của quá trình hình thành bồ hóng từ các phân tử aromatics 35 Hình 2.15. Mô hình cơ chế tạo hạt bồ hóng từ aromatics và aliphatics 36 Hình 2.16. Cửa sổ khởi động của phần mềm AVL Boost 38 Hình 3.1. Động cơ Vikyno RV125 45 Hình 3.2. Mặt cắt ngang động cơ Vikyno RV125 47 Hình 3.3. Mặt cắt dọc động cơ Vikyno RV125 47 xi
14. Hình 3.4. Đồ thị đặc tính ngoài của độ 48 Hình 3.5. Các phần tử của động cơ Vikyno RV125 trong AVL Boost 50 Hình 3.6. Biểu tưởng Pipe 50 Hình 3.7. Mô hình ban đầu khi chưa nhập dữ liệu của động cơ Vikyno RV125 51 Hình 3.8. Biểu tượng Simulation Control 52 Hình 3.9. Giao diện nhập dữ liệu chung cho mô hình 52 Hình 3.10. Giao diện chọn loại nhiên liệu 53 Hình 3.11. Giao diện điều kiện biên 54 Hình 3.12. Giao diện nhập dữ liệu cho phần tử đường ống 55 Hình 3.13. Giao diện khai báo điều kiện biên 57 Hình 3.14. Giao diện khai báo hệ số lưu lượng 57 Hình 3.15. Giao diện khai báo phần tử lọc khí 59 Hình 3.16. Giao diện chung của phần tử xy lanh 61 Hình 3.17. Giao diện chung của phần tử động cơ 66 Hình 3.18. Khai báo tổn thất ma sát trong động cơ 67 Hình 3.19. Khai báo dữ liệu chung của bình ổn áp 68 Hình 3.20. Giao diện thiết lập tỷ lệ nhiên liệu CNG diesel 70 Hình 3.21. Giao diện tỷ lệ nhiên liệu 50%CNG 50%diesel 71 Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn đặc tính tốc độ moment và tỷ lệ hòa trộn CNG–diesel theo mô phỏng 75 Hình 4.2. Đồ thị so sánh đặc tính tốc độ của moment giữa mô phỏng và thực nghiệm ở chế độ 100% diesel 75 Hình 4.3. Đồ thị so sánh đặc tính tốc độ của moment giữa mô phỏng và thực nghiệm ở tỷ lệ 70DO, 30DO 76 xii
15. Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn đặc tính tốc độ của công suất và tỷ lệ hòa trộn CNG– diesel từ mô phỏng 78 Hình 4.5. Đồ thị so sánh đặc tính tốc độ của công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm ở chế độ 100% diesel 79 Hình 4.6. Đồ thị so sánh đặc tính tốc độ của công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm ở tỷ lệ 70DO, 30DO 79 Hình 4.7. Đồ thị so sánh công suất theo tốc độ động cơ giữa mô phỏng và thực nghiệm ở tỷ lệ 30%DO 70%CNG 81 Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn nhiệt độ quá trình cháy của động cơ theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel 82 Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn áp suất quá trình cháy của động cơ theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel 84 Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn áp suất quá trình cháy của động cơ thay đổi theo tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu ở tốc độ động cơ 1800v/p 85 Hình 4.11. Đồ thị biểu diễn suất tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel theo mô phỏng 86 Hình 4.12. Đồ thị biểu diễn suất tiêu hao năng lượng theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel theo mô phỏng 87 Hình 4.13. Đồ thị biểu diễn khí thải NOx theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel88 Hình 4.14. Đồ thị biểu diễn khí thải CO theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel 89 Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn bồ hóng theo tốc độ và tỷ lệ hòa trộn CNG diesel 90 Đồ thị biểu diễn nồng độ NOx khi thay đổi góc phun sớm của động cơ sử dụng nhiên liệu kép với tỷ lệ 30%DO 70%CNG 91 Đồ thị biểu diễn nồng độ CO khi thay đổi góc phun sớm của động cơ sử dụng nhiên liệu kép với tỷ lệ 30%DO 70%CNG 92 xiii
16. Đồ thị biểu diễn nồng độ SOOT khi thay đổi góc phun sớm của động cơ sử dụng nhiên liệu kép với tỷ lệ 30%DO 70%CNG 93 Đồ thị biểu diễn moment của động cơ sử dụng nhiên liệu kép với tỷ lệ 30%DO 70%CNG 95 Đồ thị biểu diễn công suất của động cơ sử dụng nhiên liệu kép với tỷ lệ 30%DO 70%CNG 95 Đồ thị so sánh mức tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng nhiên liệu kép với nhiên liệu diesel đơn thuần 97 Đồ thị so sánh lượng khí thải NOx khi sử dụng nhiên liệu kép so với nhiên liệu diesel đơn thuần 99 3. Đồ thị so sánh lượng khí thải CO khi sử dụng nhiên liệu kép so với nhiên liệu diesel đơn thuần 99 Đồ thị so sánh lượng khí thải SOOT khi sử dụng nhiên liệu kép so với nhiên liệu diesel đơn thuần 101 xiv
17. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải từ các loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và dầu diesel tạo ra ngày càng trở nên nghiêm trọng. Quan trọng hơn là khi nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt. Theo dự đoán của các nhà khoa học thì với tốc độ khai thác như hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại chỉ đủ để con người khai thác trong vòng không quá 45 năm nữa (khoảng năm 2060). Tất cả những điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển của nền công nghiệp ô tô trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Để giải quyết những khó khăn trên thì việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới để thay thế là vấn đề vô cùng cấp bách. Vấn đề được đặt ra là phải tìm một nguồn năng lượng sạch, trữ lượng lớn, không (hoặc ít) gây ô nhiễm môi trường. Những loại nhiên liệu có thể dùng thay thế cho xăng và dầu diesel hiện nay: Khí thiên nhiên: CNG (Compressed Natural Gas), LNG (Liquefied Natural Gas). Khí gas hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas). Khí Biogas, cồn Methanol, Ethanol, dầu thực vật, mỡ động vật, Nhằm bắt kịp về sự phát triển năng lượng mới của thế giới, giải quyết vấn đề giảm ô nhiễm môi trường, giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống và nâng cao tính kinh tế. Gần đây những nghiên cứu về sử dụng khí thiên nhiên CNG trên động cơ đốt trong ở Việt Nam đã được triển khai. Tuy nhiên, giá thành của một động cơ nhập khẩu chạy hoàn toàn bằng CNG thì rất cao. Do đó, phương án đặt ra là tận dụng động cơ diesel cũ, nghiên cứu chuyển đổi hệ thống nhiên liệu dùng diesel thông thường sang dùng CNG mang lại hiệu quả cao. Việc chuyển đổi bao gồm có hai phương án: Trang 1
18. Thay thế toàn bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel truyền thống bằng hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG, lắp thêm hệ thống đánh lửa, bình chứa. Nhiên liệu CNG sẽ được đốt cháy cưỡng bức, hệ thống này có thể điều khiển bằng cơ khí hoặc điện tử. Cải tiến động cơ diesel truyền thống thành động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel, trong đó diesel đóng vai trò là nhiên liệu mồi được phun vào để đốt cháy lượng CNG trong buồng cháy, hệ thống này có thể điều khiển bằng cơ khí hoặc điện tử. Từ những phân tích trên các nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu cho động cơ Vikyno RV125 được thực hiện. Trong đó, nhóm tác giả đã chọn phương án cải tạo hệ thống nhiên diesel cơ khí thông thường thành hệ thống sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel điều khiển bằng điện tử CRDI (Common Rail Diesel Injection)[1]. Hệ thống nhiên liệu CRDI được điều khiển bằng điện tử có các ưu điểm lớn như: áp suất phun cao, có thể thay đổi áp suất và thời điểm phun phù hợp tùy theo chế độ làm việc của động cơ. Nhờ việc điều khiển thời điển phun chính xác, áp suất nhiêu liệu cao nên có thể cháy tốt trong điều kiện hỗn hợp nghèo. Điều này thích hợp cho việc sử dụng nhiên liệu diesel làm tia phun mồi để đốt cháy hỗn hợp CNG với không khí trong buồng đốt. Sự kết hợp hệ thống CRDI sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel là một bước mới trong thiết kế cải tiến hệ thống nhiên liệu động cơ diesel. Nhằm góp phần nghiên cứu hoàn thiện hệ thống nhiên liệu cho động cơ Vikyno RV125 đã cải tạo, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng và đánh giá các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel”. Đề tài này sử dụng phần mềm AVL Boost để tính toán mô phỏng các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 dùng nhiên liệu kép CNG diesel. Trang 2
19. 1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel 1.2.1. Kết quả nghiên cứu trong nước Hiện nay, việc nghiên cứu chuyển đổi hệ thống nhiên liệu trên động cơ diesel đã và đang được tiến hành. Chủ yếu là các nhóm nghiên cứu của các trường tiêu biểu như: Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Hiện đã có một số ứng dụng trong việc sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel trên ôtô nhằm giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu. Điển hình là nghiên cứu chuyển đổi động cơ Diesel sang động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel trên ôtô bus năm 2011 của Sở Giao Thông Vận Tải Tp Hồ Chí Minh cùng Công Ty Saigon Bus. Nghiên cứu này, CNG thay thế tối ưu khoảng 26,5% nhiên liệu diesel, trong khi động cơ vẫn đạt được moment và công suất cực đại như động cơ nguyên thuỷ. Công trình nghiên cứu của Trần Thanh Hải Tùng và các cộng sự [1], kết quả thử nghiệm trên động cơ Vikyno RV125, bước đầu cho thấy động cơ hoạt động ổn định ở các tốc độ khác nhau. Kết quả này là cơ sở cho việc tổ chức điều khiển cung cấp CNG cho động cơ tự cháy. Đây là bước khởi đầu trong việc ứng dụng hệ thống nhiên liệu kép CNG – diesel trên động cơ diesel 1 xylanh, trong đó hệ thống CRDI nhằm phun mồi tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí CNG trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG – diesel. Mô phỏng quá trình cháy động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel bằng phần mềm Fluent của tác giả Trần Thanh Hải Tùng và các cộng sự [2]. Công trình này trình bày kết quả nghiên cứu tính toán mô phỏng quá trình cháy động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel bằng phần mềm FLUENT 6.3. Kết quả mô phỏng đã chỉ ra được sự biến thiên của các thông số áp suất, nhiệt độ, nồng độ CH4, O2, CO trong quá trình cháy. Kết quả này giúp cho Trang 3
20. việc định hướng thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG diesel trên mô hình thực nghiệm. Nghiên cứu này cũng có ý nghĩa cho phép giảm bớt các thử nghiệm phức tạp, giảm chi phí cũng như tiết kiệm thời gian thử nghiệm. Việc thực nghiệm đánh giá công suất và mức độ phát thải của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel [3], của tác giả Trần Thanh Hải Tùng và các cộng sự đã cho thấy được thấy động cơ hoạt động ổn định ở các chế độ tải, công suất động cơ được bảo toàn; mức độ phát thải ở hai chế độ công suất và moment cực đại: CO giảm đến 90%, độ mờ khói giảm 30 ÷ 70% ứng với động cơ sử dụng nhiên liệu kép với tỉ lệ khoảng 30% diesel/ 70% CNG so với động cơ nguyên thủy sử dụng hoàn toàn diesel. Bên cạnh, còn có kết quả nghiên cứu của Trần Thanh Hải Tùng và Lê Minh Xuân [4] đã cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp diesel – LPG đến các thành phần khí thải của động cơ. Các tác giả cũng đã chỉ ra được những vấn đề kỹ thuật cần giải quyết khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG trên động cơ diesel. Ngoài ra, mức độ phát thải của các loại động cơ ô tô đã được nhóm nghiên cứu gồm: Lê Anh Tuấn, Nguyễn Duy Vinh, Nguyễn Đức [5] xác định bằng thực nghiệm tại phòng thí nghiệm động cơ thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Kết quả là đã xác định được hệ số phát thải các chất độc hại của một số động cơ lắp trên các ô tô như Ford Laser, Ford Ranger, Toyota Innova, Toyota Prado. Tóm lại, ở trong nước đã có một số công trình nghiên cứu về động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel. Các kết quả bước đầu đã cho thấy khả năng tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất, cũng như giảm thiểu lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường của ô tô khi sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel, đặc biệt là khả năng giảm phát thải PM trên một số động cơ. Tuy nhiên, các công trình trong nước chỉ dừng lại ở mức độ thử nghiệm một số trường hợp cụ thể như chế độ tải cố định, đo một số thông số cụ thể về lượng tiêu hao nhiên liệu, nồng độ khí thải giữa hai chế Trang 4
21. độ dùng nhiên liệu kép CNG diesel và chế độ 100% diesel, nên việc đánh giá chung nhất và toàn diện nhất vẫn còn hạn chế. 1.2.2. Kết quả nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc sử dụng động cơ nhiên liệu kép CNG diesel, LPG diesel. Tuy nhiên việc nghiên cứu, chủ yếu tập trung vào loại động cơ lắp trên ôtô khách, ôtô tải trọng lớn, ôtô chuyên dùng, Các công trình nghiên cứu sử dụng động cơ CNG diesel lắp trên ôtô cỡ nhỏ còn rất hạn chế. Việc đánh giá hiệu suất của động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel và phân tích khí thải với sự trợ giúp của mạng trí tuệ nhân tạo của tác giả Talal F.Yusaf và các cộng sự được đề cập trong [8]. Trong nghiên cứu trên, tác giả đã sử dụng động cơ diesel 1 xy lanh, 4 kỳ đã được sửa đổi thành động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel. Tác giả đã sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo ANN (Artificial Neural Network) để phân tích và mô phỏng quá trình cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu kép, và kết quả thu được là: hiệu suất nhiệt có ích tăng khoảng 13%, mức tiêu hao nhiên liệu thấp, lượng khí thải NOx và CO giảm 30%, nhiệt độ khí thải giảm so với động cơ dùng diesel đơn thuần. Kết quả nghiên cứu của Bhaskor J. Bora and Ujjwal K. Saha [9] trên động cơ diesel_1 xy lanh, 4 kỳ đã được cải tiến thành động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel. Nghiên cứu đã tối ưu hóa thời gian phun và tỉ số nén của động cơ sử dụng nhiên liệu kép. Và đặc biệt kết quả nghiên cứu đã tối ưu hoá cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép này có thể tăng hiệu suất nhiệt có ích tối đa 25,44%. Hơn nữa, sự phát thải nồng độ CO và HC là ít nhất. Khả năng giảm phát thải độc hại của động cơ diesel khi sử dụng phương án phun CNG vào đường ống nạp đã được các tác giả Dong Jian và các cộng sự [10] nghiên cứu thành công trên một động cơ diesel lắp trên ô tô buýt. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi đưa thêm CNG vào nhiên liệu diesel, lượng phát thải PM và NOx giảm mạnh. Các tác giả cũng đã xem xét ảnh hưởng của các thông số như áp suất Trang 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4