Ảnh hưởng của một số thông số phun tới mức độ phát thải ô nhiễm, khi phun trực tiếp CNG vào buồng đốt động cơ

CNG hay còn gọi là khí thiên nhiên có nguồn trữ lượng phong phú và có đầy đủ những yếu tố cần thiết của một loại nhiên liệu của động cơ, đặc biệt nó được hứa hẹn là loại nhiên liệu làm giảm quá trình phát sinh ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên mức độ phát thải ô nhiễm có khác nhau tùy thuộc vào loại động cơ, cách thức hòa trộn nhiên liệu, chế độ hoạt động... Trong khuôn khổ bài báo này sẽ đề cập tới quá trình phun CNG trực tiếp vào buồng đốt với một số ảnh hưởng của thông số phun tới mức độ phát thải ô nhiễm ra môi trường. Thêm vào đó bài báo cũng tổng hợp kết quả và so sánh nồng độ HC, NOx , suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng phương pháp phun trực tiếp vào buồng đốt (DI) với phun đa điểm trên đường ống nạp (MPI).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của một số thông số phun tới mức độ phát thải ô nhiễm, khi phun trực tiếp CNG vào buồng đốt động cơ Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2015 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ PHUN TỚI MỨC ĐỘ PHÁT THẢI Ô NHIỄM, KHI PHUN TRỰC TIẾP CNG VÀO BUỒNG ĐỐT ĐỘNG CƠ EFFECTS OF SOME INJECTION PARAMETERS TO EMISSION POLLUTION CONCENTRATION, IN THE DIRECT INJECTION CNG INTO THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE CHAMBER Nguyễn Thanh Tuấn1, Lê Bá Khang2, Huỳnh Trọng Chương3 Ngày nhận bài: 14/12/2014; Ngày phản biện thông qua: 26/01/2015; Ngày duyệt đăng: 15/9/2015 TÓM TẮT CNG hay còn gọi là khí thiên nhiên có nguồn trữ lượng phong phú và có đầy đủ những yếu tố cần thiết của một loại nhiên liệu của động cơ, đặc biệt nó được hứa hẹn là loại nhiên liệu làm giảm quá trình phát sinh ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên mức độ phát thải ô nhiễm có khác nhau tùy thuộc vào loại động cơ, cách thức hòa trộn nhiên liệu, chế độ hoạt động... Trong khuôn khổ bài báo này sẽ đề cập tới quá trình phun CNG trực tiếp vào buồng đốt với một số ảnh hưởng của thông số phun tới mức độ phát thải ô nhiễm ra môi trường. Thêm vào đó bài báo cũng tổng hợp kết quả và so sánh nồng độ HC, NOx, suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng phương pháp phun trực tiếp vào buồng đốt (DI) với phun đa điểm trên đường ống nạp (MPI). Từ khóa: CNG, khí thiên nhiên, phát thải ô nhiễm ABSTRACT CNG or natural gas reserves has full richness, it has also properties of an internal combustion engine fuel. Especially, it is particularly promising as fuel reduces the pollution to environment. However, the concentration of pollution emissions can vary depending on the type of engines, mixture formation method, modes of engine operation ... This paper will refer to the CNG injection directly into the engine chamber with affecting of some injection parameters to pollution emissions concentration of environment. Further this paper was synthesis and compare the concentration HC, NOx, fuel consumption of the engine when using direct injection into the engine chamber (DI) with multi-point injection on the intake manifold (MPI). Keywords:CNG, compressed natural gas, pollution emissions I. ĐẶT VẤN ĐỀ Với đòi hỏi ngày càng cao về sự giảm chất phát thải và sự phát triển liên tục của hiệu suất nhiệt cho động cơ đốt trong, con người đã đưa ra nhiều giải pháp trong đó có giải pháp sử dụng nhiên liệu thay thế. Khí thiên nhiên được xem là một trong những nhiên liệu thay thế với nhiều thuận lợi và đặc biệt nó được kỳ vọng là loại nhiên liệu thân thiện với môi trường vì không giải phóng nhiều khí độc như NOx, CO, SO2 khi cháy và hầu như không phát sinh bụi [1]. Các động cơ sử dụng CNG có thể làm giảm đến 93% lượng CO2, 33% lượng NOx và đến 50% lượng hydrocarbon thải ra khi so sánh với động cơ xăng. 1 Giá thành CNG rẻ hơn xăng khoảng 10% đến 30% và có tính ổn định trong thời gian dài so với giá các sản phẩm dầu mỏ [3][4]. Do khí cháy hoàn toàn, không gây đóng cặn trong thiết bị đốt và tại bộ chế hòa khí của các phương tiện nên CNG giúp nâng cao hiệu suất, kéo dài được chu kỳ bảo dưỡng và tuổi thọ máy móc thiết bị [2][4]. Hơn nữa, với chỉ số octan cao của khí tự nhiên có thể giúp động cơ vận hành với tỷ số nén cao và do đó mang lại hiệu suất nhiệt cao hơn. Đối với động cơ nhiên liệu phun trực tiếp, thời gian phun ảnh hưởng mạnh mẽ tới chất lượng đốt cháy nhiên liệu. Hiện nay, các công trình nghiên cứu TS. Nguyễn Thanh Tuấn, 2 TS. Lê Bá Khang, 3 ThS. Huỳnh Trọng Chương: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang 68 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản đối với quá trình phun trực tiếp khí thiên nhiên đã được được đề cập và đang trong các quá trình thử nghiệm khác nhau. Trong khuôn khổ bài báo này sẽ trình bày ảnh hưởng của một số thông số phun nhiên liệu khí thiên nhiên đến mức độ phát phát thải ô nhiễm của động cơ khi phun trực tiếp CNG vào buồng đốt. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là nhiên liệu khí thiên nhiên CNG được sử dụng thay thế cho xăng trên động cơ, căn cứ vào các thông số phun để đánh giá mức độ phát thải của các chất gây ô nhiễm sinh ra khi vận hành động cơ ra môi trường. 2. Thiết bị phục vụ nghiên cứu Quá trình nghiên cứu được thực hiện trên động cơ xăng EA111.03D từ công ty Skoda Auto. Các thông số cơ bản của động cơ được miêu tả tại bảng 1. Việc cải hoán lắp đặt thiết bị thí nghiệm được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Giao thông - Đại học Liberec - Cộng hòa Séc. Mô tả chi tiết của động cơ thử nghiệm được thể hiện trong hình 1. Hệ thống nhiên liệu dùng cho nhiên liệu khí Số 3/2015 được dựa trên nguyên lý phun áp suất cao bằng kim phun đặc biệt được lắp đặt trên đỉnh xi lanh với một ống tích trữ và dẫn nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu và việc thiết lập các thông số vận hành của động cơ được quản lý và điều khiển bằng hệ thống ECU đặc biệt, được phát triển bởi công ty ADCIS. Giao tiếp với các thiết bị gắn trên động cơ thông qua một phần mềm Monitor 3. Phần mềm này có thể cho phép điều chỉnh các thông số cơ bản của quá trình phun nhiên liệu, cũng như ghi lại dữ liệu thí nghiệm cần thiết. Bảng 1. Thông số cơ bản của động cơ [4] Thông số Đơn vị (Giá trị) Loại ĐC 3 xy lanh Thể tích xy lanh công tác 1198 cm3 Đường kính xy lanh 76,5 mm Hành trình piston 86,9 mm Tỉ số nén Số lượng xu páp Tốc độ quay tối đa Nhiên liệu Kiểu làm mát 10 2 6000v/ph CNG Bằng nước Hình 1. Thiết bị thí nghiệm 3. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm. Tất cả các chế độ thiết lập trong thí nghiệm đều được thực hiện ở chế độ hoạt động của động cơ với tốc độ trung bình là 3000 v/ph, đây cũng chính là tốc độ quay trung bình trong thiết kế của loại động cơ này và cũng là lí do tác giả lựa chọn trong khuôn khổ bài báo. Cùng với đó trong thiết lập chế độ hoạt động là sự thay đổi của thời điểm bắt đầu phun, áp suất phun, thời điểm đánh lửa và hệ số dư lượng không khí. Các thông số phun n ...