Tài liệu Nghiên cứu sử dụng lpg làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel hiện hành (tt)

MỞ ĐẦU Ngày nay, thiết bị động lực trang bị động cơ đốt trong ngày càng tăng cao. Điều này dẫn đến những tác động xấu đến môi trường sinh thái, sức khỏe con người và cạn kiệt nguồn nhiên liệu dầu mỏ. Ngoài ra, quy định về khí thải động cơ đối với môi trường ngày càng ngặt nghèo. Vì vậy, cần nghiên cứu và sử dụng các loại nhiên liệu thay thế có mức độ phát thải độc hại thấp để một mặt giảm ô nhiễm môi trường, mặt khác có thể bù đắp phần nhiên liệu truyền thống đang bị thiếu hụt. Trong các loại nhiên liệu thay thế được ưu tiên sử dụng, LPG là nhiên liệu có tiềm năng lớn, đáp ứng được các yêu cầu trên. Sử dụng LPG trên động cơ diesel sẽ tận dụng được tính ưu việt về hiệu suất cao, đồng thời còn góp phần giảm phát thải của động cơ. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel hiện hành” hướng tới g p phần giải quyết các yêu cầu trên đ y của thực tiễn. i. Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu được đặc điểm quá trình hình thành hỗn hợp và cháy, ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế, của góc phun sớm diesel đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ. Đưa ra được giải pháp chuyển đổi động cơ diesel sang chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. ii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Động cơ diesel không tăng áp 1 xilanh AVL 5402, trang bị hệ thống nhiên liệu Common Rail. Động cơ diesel tăng áp 6 ilanh D1146TI sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu truyền thống và xe khách trang bị động cơ D1146TI. iii. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu phương pháp cung cấp nhiên liệu LPG/diesel và tạo hỗn hợp trong động cơ. - Nghiên cứu đặc điểm quá trình cháy và hình thành phát thải của động cơ LPG/diesel. - Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ. - Nghiên cứu ảnh hưởng của LPG đến góc phun sớm tối ưu của động cơ. iv. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm. -1- - Lý thuyết: Nghiên cứu xây dựng mô hình lý thuyết mô tả sự tạo hỗn hợp, cháy và hình thành phát thải của động cơ LPG/diesel. Trong đ , sử dụng phần mềm AVL BOOST và FORTRAN để tính toán các thông số quá trình cháy và phát thải của động cơ; ph n tích kết quả và định hướng cho nghiên cứu thực nghiệm. - Thực nghiệm: Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel và đề xuất tỷ lệ LPG thích hợp. Ứng dụng giải pháp nghiên cứu trên e khách đánh giá khả năng ứng dụng của kết quả nghiên cứu vào thực tế. v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Góp phần khẳng định cơ sở lý thuyết vững chắc cho việc sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel. - Đưa ra được công nghệ chuyển đổi động cơ sử dụng đơn nhiên liệu diesel sang lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. - Góp phần thúc đẩy việc sử dụng nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu truyền thống trên phương tiện giao thông vận tải ở Việt Nam. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm của LPG LPG là tên viết tắt của khí dầu mỏ hoá lỏng (Liquefied Petroleum Gas). LPG tồn tại trong thiên nhiên ở các giếng dầu hoặc giếng gas và cũng c thể sản uất ở các nhà máy lọc dầu. Thành phần chính của LPG là butan (C4H10) và bropan (C3H8) chiếm tới 99%, còn lại là một số thành phần hydrocacbon khác. Tỷ lệ giữa propan và butan thay đổi giữa các quốc gia cũng như thời điểm sản uất. LPG là loại nhiên liệu có thể dễ dàng được chuyển đổi sang thể lỏng bằng việc tăng áp suất thích hợp hoặc giảm nhiệt độ để dễ tồn trữ và vận chuyển. Ngoài ra, LPG còn có nhiệt trị cao hơn so với các loại nhiên liệu truyền thống như ăng và dầu diesel. 1.1.1 Tính chất lý hóa của LPG Ở nhiệt độ lớn hơn 0oC trong môi trường không khí bình thường với áp suất bằng áp suất khí quyển, LPG bị biến đổi từ thể lỏng thành thể hơi. Tỷ trọng LPG nhẹ hơn so với nước, đối với butan từ 0,55 - 0,58 lần, propan từ 0,5 - 0,53 lần. LPG lỏng gây bỏng nặng trên da khi tiếp xúc trực tiếp, nhất là với dòng LPG rò rỉ trực tiếp vào da. Nhiệt độ của -2- LPG khi cháy rất cao từ 1900oC÷1950oC. 1.1.2 Ưu điểm của LPG so với các loại nhiên liệu truyền thống LPG có trị số octan nghiên cứu cao hơn so với ăng không chì từ 512 đơn vị. Vì vậy, LPG rất có lợi thế khi muốn tăng hiệu suất nhiệt và tăng công suất động cơ. Trong sử dụng, LPG không làm ăn mòn các thiết bị liên quan việc sử dụng LPG làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong góp phần thay thế một phần nhiên liệu truyền thống đang ngày càng cạn kiệt và giảm phát thải ô nhiễm môi trường. 1.1.3 Tình hình sản xuất LPG 1.1.3.1 Tình hình sản xuất LPG trên thế giới Tổng nguồn cung LPG trên thế giới năm 2008 đạt 239 triệu tấn. Năm 2013, tổng công suất khai thác và sử dụng LPG của thế giới đạt 260 triệu tấn. Dự báo đến năm 2015 năng suất khai thác và chế biến LPG có thể đạt 291,7 triệu tấn. 1.1.3.2 Tình hình sản xuất LPG ở Việt nam Hiện nay, ở Việt Nam có thể tạm chia ra 4 cụm khai thác khí quan trọng: Ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, vùng biển Cửu Long, vùng biển Nam Côn Sơn và thềm lục địa Tây Nam cùng các nhà máy như nhà máy lọc dầu Dung Quất, Dinh Cố với tổng sản lượng trên 600.000 tấn cho nhu cầu sử dụng LPG trong nước. 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng LPG cho động cơ đốt trong Với các ưu điểm sạch, nhiệt lượng cao và sức ép về môi trường, LPG hiện đang là loại khí đốt được khuyến khích tiêu dùng với mức tăng trưởng hàng năm trên toàn thế giới đạt trên 3,5%. Theo các thống kê hiện nay trên toàn thế giới hiện có khoảng 13 triệu xe ô tô sử dụng LPG. Tuy nhiên, các thống kê trên chủ yếu là trên các loại động cơ đánh lửa cưỡng bức do số octan cao của LPG làm cho nó thích hợp với các loại động cơ này. Ngược lại, số cetan thấp nên gây kh khăn khi sử dụng trong động cơ diesel. 1.2.1 Sử dụng LPG cho động cơ đốt cháy cưỡng bức 1.2.1.1 Đặc điểm kết cấu động cơ LPG đốt cháy cưỡng bức Đặc điểm kết cấu chung của động cơ LPG đốt cháy cưỡng bức hoàn toàn tương tự động cơ ăng và chỉ khác ở hệ thống cung cấp nhiên liệu và tạo hỗn hợp. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng động cơ chạy LPG nên được thiết kế tăng tỷ số nén và thay đổi g c đánh lửa sớm tối ưu theo hướng giảm một chút so với động cơ chạy ăng để tăng hiệu suất, công suất và giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Việc chuyển đổi động cơ -3- ăng sang chạy LPG khá đơn giản và rẻ tiền, chỉ cần trang bị thêm hệ thống cung cấp LPG cho động cơ, còn các hệ thống khác vẫn được giữ nguyên. Cho nên hầu hết các động cơ LPG đốt cháy cưỡng bức được chuyển đổi hiện nay là từ động cơ ăng. 1.2.1.2 Phương pháp cung cấp nhiên liệu và tạo hỗn hợp Phương pháp cung cấp nhiên liệu LPG vào đường nạp bằng cách sử dụng bộ hòa trộn có họng venturi hay cung cấp LPG bằng cách phun LPG vào đường nạp và phương pháp phun trực tiếp nhiên liệu LPG vào trong ilanh động cơ. Có thể sử dụng song song hoặc độc lập 2 loại nhiên liệu ăng và LPG, công suất động cơ đảm bảo như khi sử dụng nhiên liệu ăng, giảm mức độ ô nhiễm khí thải đáng kể (có thể đạt tiêu chuẩn Euro 4), tiết kiệm chi phí nhiên liệu lên đến hơn 30%. 1.2.1.3 Đặc điểm làm việc và phát thải của động cơ LPG đốt cháy cưỡng bức Hàm lượng phát thải thấp hơn đáng kể so với động cơ ăng nguyên thủy. Phát thải CO giảm đến 80%, phát thải rắn và khói thấp hơn đến 60%. Ngoài ra, động cơ LPG c ưu điểm nữa so với động cơ ăng là c thể chạy tốt với hỗn hợp nhạt, giúp tăng tính kinh tế và giảm phát thải CO và HC hơn nữa. Tóm lại, nhiên liệu LPG, rất thích hợp để làm nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu ăng trong động cơ đốt cháy cưỡng bức. Việc chuyển đổi động cơ ăng sang sử dụng LPG khá đơn giản, dễ dàng và chi phí thấp. Chính vì vậy, nhiên liệu LPG đã được sử dụng rất rộng rãi ở các nước trên thế giới cũng như ở Việt nam trong các động cơ đốt cháy cưỡng bức. 1.2.2 Sử dụng LPG cho động cơ diesel 1.2.2.1 Phương pháp cung cấp nhiên liệu và tạo hỗn hợp trong động cơ LPG/diesel Do nhiên liệu LPG có trị số octan cao và số cetan thấp nên nhiên liệu này không thể được sử dụng theo cách thức nhiên liệu diesel và thay thế hoàn toàn nhiên liệu diesel trong động cơ diesel được. Do đ , LPG chỉ có thể được sử dụng để thay thế một phần nhiên liệu diesel theo cách hoặc là tạo hỗn hợp trước với không khí bên ngoài còn nhiên liệu diesel được phun vào ilanh như bình thường để khởi tạo quá trình cháy hoặc LPG được hòa trộn ở trạng thái lỏng với diesel ở bên ngoài động cơ rồi được phun cùng diesel vào động cơ và được đốt cháy nhờ nhiên liệu diesel tự cháy. -4- 1.2.2.2 Đặc tính làm việc và phát thải của động cơ LPG/diesel cấp LPG vào ống nạp Các tác giả đã thực hiện việc nghiên cứu sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel trên các mẫu động cơ với các điều kiện vận hành và thí nghiệm cũng như tỷ lệ nhiên liệu khí LPG khác nhau và có các kết quả đánh giá như sau: a) Đặc điểm quá trình cháy Goldsworthy và Negurescu đã chỉ ra rằng khi tăng tỷ lệ propan thay thế thì thời gian cháy trễ của phần nhiên liệu diesel phun lần thứ nhất tăng một chút. Tuy nhiên, tốc độ cháy sau khi phun lần thứ hai tăng nhanh làm cho thời điểm cháy chính diễn ra sớm hơn và do đ tốc độ tăng áp suất và áp suất cực đại tăng lên cao hơn so với động cơ chạy chỉ với nhiên liệu diesel. Tuy nhiên, Lata và cộng sự nghiên cứu trên động cơ diesel tăng áp lại chỉ ra kết quả ngược lại ở tỷ lệ LPG thay thế nhỏ. Khi tăng tỷ lệ LPG thay thế từ 0 đến khoảng 30% thì thời gian cháy trễ của động cơ lưỡng nhiên liệu tăng. Tuy nhiên, sau đ nếu tiếp tiếp tục tăng LPG thì thời gian cháy trễ giảm. b) Giới hạn tỷ lệ LPG thay thế gây cháy kích nổ Goldsworthy chỉ ra rằng ở tải cao khi tăng tỷ lệ propan thay thế lên trên 20%, tốc độ tăng áp suất bắt đầu tăng mạnh và sau đ uất hiện tiếng gõ. Theo Bradley thì kích nổ thường xảy ra khi tốc độ tăng áp suất khí thể lớn hơn 10 bar/độ góc quay trục khuỷu và ở toàn tải tỷ lệ LPG thay thế tăng đến 25% là bắt đầu xuất hiện kích nổ trong khi nghiên cứu của Lata và cộng sự cho thấy với tỷ lệ LPG thay thế tăng đến trên 50% kích nổ vẫn chưa uất hiện. c) Hiệu suất của động cơ Lata và cộng sự cho thấy hiệu suất chỉ thị và hiệu suất có ích của động cơ chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel ở tải lớn với tỷ lệ LPG thay thế đến 40% đều cao hơn so với hiệu suất động cơ khi chạy với chỉ nhiên liệu diesel khoảng 6%. Tuy nhiên, ở các chế độ tải nhỏ và trung bình thì hiệu suất động cơ chạy với lưỡng nhiên liệu lại thấp hơn động cơ chạy diesel. d) Đặc điểm phát thải Goldsworthy cho thấy khi tăng tỷ lệ propan thì phát thải NOx giảm. Nghiên cứu của Saleh và của Lata và công sự về động cơ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel cũng chỉ ra sự giảm NOx và kh i khi tăng tỷ lệ LPG -5- thay thế. Tuy nhiên, nghiên cứu của Alla và cộng sự lại chỉ ra rằng trong động cơ lưỡng nhiên liệu propan-diesel khi tăng tỷ lệ propan thay thế thì hàm lượng phát thải NOx tăng với sự giải thích là propan cháy có nhiệt độ cao làm tăng phản ứng của nitơ và ô y. Về phát thải HC trong động cơ lưỡng nhiên liệu khí-diesel nói chung hay LPG/diesel nói riêng, hầu hết các nhà nhiên cứu đều chỉ ra rằng phát thải HC tăng khi tăng tỷ lệ nhiên liệu khí thay thế, đặc biệt là ở chế độ tải nhỏ. Phát thải HC ở tải thấp cao hơn rất nhiều so với phát thải HC ở tải cao khi cùng tỷ lệ nhiên liệu khí. Tuy nhiên, Negurescu lại báo cáo HC giảm trong kết quả thí nghiệm của mình ở chế độ toàn tải khi tăng tỷ lệ LPG. Về phát thải CO, Goldsworthy cho thấy khi tăng tỷ lệ propan thì phát thải CO tăng. Kết quả tương tự cũng được khẳng định trong nghiên cứu động cơ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel của Lata và cộng sự và nghiên cứu động cơ lưỡng nhiên liệu khí thiên nhiên-diesel của Papagiannakis. e) Nghiên cứu giảm phát thải Để cải thiện phát thải, một số nhà nghiên cứu đã bổ sung H2 vào đường nạp cùng LPG. H2 c đặc tính cháy nhanh và cháy kiệt sẽ giúp mở rộng giới hạn cháy cho hỗn hợp LPG/không khí để cải thiện quá trình cháy nhiên liệu diesel và LPG. 1.3 Kết luận Việc sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên các động cơ ăng là rất phù hợp. Công nghệ khá đơn giản đem lại hiệu quả lớn về kinh tế nhiên liệu và giảm phát thải, bảo vệ môi trường. Nhiên liệu LPG được sử dụng theo cách tạo hỗn hợp trước với không khí bên ngoài còn nhiên liệu diesel được phun vào ilanh như bình thường để khởi tạo quá trình cháy trên động cơ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. Đã c nhiều công trình nghiên cứu về việc sử dụng nhiên liệu LPG trên động cơ diesel. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra một số nhận định chung. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đưa ra các kết quả rất khác nhau xung quanh một số vấn đề như sau: - Hiện tượng kích nổ các tác giả chỉ ra rất khác nhau, thay đổi từ 20% đến trên 50%. - Ảnh hưởng của LPG đến thời gian cháy trễ, thời gian cháy chính, tốc độ cháy ở tải nhỏ và trung bình được công bố khác nhau. - Phát thải NOx: Đa số tác giả công bố kết quả phát thải này giảm -6- nhưng một số khác lại cho rằng NOx tăng khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. - Phát thải CO: Đa số tác giả công bố kết quả tăng nhưng một số lại cho răng CO giảm khi tăng tỷ lệ LPG. Chính vì vậy, việc nghiên cứu s u hơn để làm rõ hơn ảnh hưởng của LPG trên động cơ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ là rất cần thiết để ác định được các thông số điều chỉnh hợp lý giúp cho việc cho việc chuyển đổi hiệu quả động cơ diesel hiện hành sang chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ HÌNH THÀNH PHÁT THẢI TRONG ĐỘNG CƠ LPG/DIESEL 2.1 Mở đầu 2.1.1 Giới thiệu chung Việc nghiên cứu lý thuyết nhằm xây dựng và phát triển các mô hình toán biểu diễn các quá trình tạo hỗn hợp, cháy và hình thành phát thải CO, HC, NOx và Soot của động cơ LPG/diesel, ác định các thông số đặc trưng cho tính kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ và phân tích được các nhân tố ảnh hưởng, cung cấp số liệu làm cơ sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm để chuyển đổi động cơ diesel hiện hành sang chạy LPG/diesel. Trong đề tài này, tác giả sẽ xây dựng và phát triển một mô hình đa vùng với các mô hình toán về động học phản ứng cháy để mô phỏng Vùng hỗn hợp nhạt LPG-không khí quá trình tạo hỗn hợp và cháy của động cơ Vùng diesel đậm đặc lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với việc tạo hỗn hợp đồng nhất LPG-không khí từ bên ngoài và diesel là nhiên liệu phun mồi trên động cơ AVL 5402 sử dụng hệ thống nhiên Vùng hỗn hợp diesel-LPG-không khí cháy được liệu diesel điều khiển điện tử common rail. Hình 2.2 Sơ đồ phân vùng hỗn hợp trên 1 tia phun khi phun -7- 2.2 Đặc điểm quá trình tạo hỗn hợp và cháy trong động cơ LPG/diesel 2.2.1 Quá trình cung cấp nhiên liệu và tạo HH trong xilanh Sự phân bố nhiên liệu trong ilanh động cơ trước khi sự cháy xảy ra gồm 3 vùng( hình 2.2): Vùng lõi tia phun c hàm lượng đậm đặc của các hạt nhiên liệu diesel chưa kịp bay hơi, vùng hỗn hợp cháy được của hơi diesel-LPG-không khí và vùng hỗn hợp nhạt đồng nhất của LPG với không khí. 2.2.2 Quá trình cháy Tồn tại 4 vùng trong quá trình cháy(hình 2.3): Vùng lõi tia phun chưa cháy; vùng cháy khuyếch tán, vùng cháy lan tràn màng lửa, vùng hỗn hợp đồng nhất chưa cháy được của LPG-không khí. Vùng cháy lan tràn màng lửa Vùng cháy khuyếch tán Vùng nhiên liệu diesel chưa cháy Màng lửa Vùng hỗn hợp đồng nhất chưa cháy Hình 2.3 Sơ đồ phân vùng xilanh ứng với 1 tia phun trong quá trình cháy Các giả thiết để nghiên cứu quá trình tạo hh & cháy Coi tốc độ chuyển động của nhiên liệu tại lỗ phun không thay đổi trong quá trình phun; Các thông số đặc tính của nhiên liệu không thay đổi trong quá trình phun; Trong quá trình phân tán và xé nhỏ, nhiên liệu diesel tồn tại ở thể lỏng nhưng ngay sau khi kết thúc quá trình này các hạt nhiên liệu ngay lập tức chuyển sang thể khí; Trong quá trình cháy, thể tích buồng cháy được chia thành 4 vùng. 2.4 Các mô hình toán 2.4.1 Mô hình phun nhiên liệu và tạo hỗn hợp Dựa trên quan điểm của Liu và Karim áp dụng cho động cơ lưỡng nhiên liệu khí/diesel. Độ dài tia nhiên liệu phun (hình 2.4) S(m): 2.3 -8-  P   S  2.95  a  0 , 25 t d Độ dài tia nhiên liệu ở dạng hạt, dạng hơi:  P    2,95  a  0 , 25  P   S hoi  2,95  a  0 , 25 S hat t br d d  t   t br  S = Shat + Shoi  D/2 y S Shat Shoi 2b O x  Các hạt nhiên liệu diesel Hơi nhiên liệu diesel Hình 2.4 Sơ đồ phân bố nhiên liệu diesel trong tia phun 2.4.2 Mô hình cháy và tỏa nhiệt 2.4.2.1 Thời gian cháy trễ Thời gian cháy trễ tính theo góc quay trục khuỷu được ác định theo công thức dưới đ y: 0.63 1 1 21.2 𝜏𝑖(𝐶𝐴) = 𝐶(𝑂𝑑𝑓 )𝑘 0.36 + 0.22𝑀𝑃𝑆 𝑒𝑥𝑝 𝐸𝐴 − + 𝑅𝑇𝑚 (𝑟𝑐 )𝑛−1 17190 𝑃𝑚 (𝑟𝑐 )𝑛 − 12.4 2.4.2.2 Tốc độ cháy và tỏa nhiệt của nhiên liệu diesel và LPG a) Tốc độ cháy của nhiên liệu trong vùng tia phun 𝑑𝑃 𝑄𝑃 𝜃 𝑀𝑃 𝜃 𝑀𝑃 +1 = 𝛼1 𝑀𝑃 + 1 . 𝑒𝑥𝑝 − 𝑎1 𝑑𝑡 Ɵ𝑃 𝜃𝑃 𝜃𝑃 𝑄𝑑 𝜃 𝑀𝑑 𝜃 + 𝑎2 𝑀𝑑 + 1 . exp − 𝑎2 Ɵ𝑑 Ɵ𝑑 𝜃𝑃 𝑀𝑑 +1 b) Tốc độ cháy của hỗn hợp LPG-không khí bên ngoài tia phun Mô hình cháy lan tràn màng lửa kiểu rối được áp dụng để tính toán tốc độ cháy và tỏa nhiệt trong giai đoạn này. -9- 𝐴 𝑆 [ ] [ ] ( − 𝑆 =𝑆 ) 𝑓 2.4.2.3 Thành phần sản vật cháy ở trạng thái cân bằng Theo Ferguson và Rakopoulos, phương trình phản ứng cháy của nhiên liệu khi ét đến 11 thành phần sản vật cháy là:  C H  O N  0.21O2  0.79 N 2  v1CO2  v2 H 2O  v3 N 2  v4O2  v5CO  v6 H 2  v7 H  v8O  v9OH  v10 NO  v11N Các phương trình phi tuyến n i trên được giải bằng phương pháp lặp Newton-Raphson ta được các thành phần mol y1, y2, y3, y4, y5, y6, y7, y8, y9, y10, y11. Như vậy, tại mỗi thời điểm ứng với mỗi điều kiện nhiệt độ và áp suất của chu trình nhiệt động ta đều có thể ác định được thành phần mol của các thành phần sản vật cháy ở điều kiện cân bằng hóa học. 2.4.3 Mô hình nhiệt động Sự thay đổi khối lượng của mỗi vùng dmi bằng tổng khối lượng nhận vào và mất đi của nó: 𝑑𝑚 𝑖 𝑑𝑡 𝑛 𝑑𝑚 𝑖𝑗 𝑗 =1 𝑑𝑡 = Thể tích môi chất V trong xilanh bằng tổng thể tích của các vùng Vi: 𝑑𝑉 = 𝑑𝑇 𝑖 𝑛 𝑖=1 𝑉𝑖 𝑇 𝑖 + 𝑑𝑚 𝑖 𝑚𝑖 + 𝑑𝑅 𝑖 𝑅𝑖 − 𝑑𝑃 𝑃 = 𝑉 𝑑𝑃 𝑃 + 𝑛 𝑖=1 𝑉𝑖 𝑑𝑚 𝑖 𝑚𝑖 + 𝑑𝑅 𝑖 𝑅𝑖 + 𝑑𝑇 𝑖 𝑛 𝑖=1 𝑉𝑖 𝑇 𝑖 Áp dụng định luật thứ nhất nhiệt động học cho các vùng chưa cháy: 𝑑𝑄𝑢𝑖 = 𝑑𝑊𝑢𝑖 + 𝑑𝑈𝑢𝑖 + ℎ𝑢𝑖 𝑑𝑚𝑢𝑖 Áp dụng định luật thứ nhất nhiệt động học cho các vùng cháy: 𝑑𝑄𝑏𝑖 + ℎ𝑓𝑝 𝑑𝑚𝑓𝑝 + ℎ𝑢𝑖 𝑑𝑚𝑢𝑖 = 𝑑𝑊𝑢𝑖 + 𝑑𝑈𝑏𝑖 Các phương trình vi ph n biểu diễn áp suất khí thể dP/dt, nhiệt độ các vùng hỗn hợp chưa cháy dTui/dt và nhiệt độ các vùng hỗn hợp đã cháy dTbi/dt. 𝑑𝑇 𝑢𝑖 𝑑𝑡 𝑑𝑇 𝑏𝑖 𝑑𝑡 𝑚𝑏𝑖 = = 𝑑𝑄 𝑢𝑖 𝑑𝑡 𝑑𝑄 𝑏𝑖 𝑑𝑡 + 𝑉𝑢𝑖 + ℎ𝑓𝑝 𝑑𝑥 𝑗 𝑛 𝑗 =1 𝑢𝑗 𝑑𝑡 𝑑𝑃 𝑑𝑡 − 𝑚𝑢𝑖 𝑇 𝑑𝑚 𝑓𝑝 𝑑𝑡 𝑑𝑅 𝑖 𝑅𝑖 − 𝑚𝑢𝑖 + ℎ𝑢𝑖 − ℎ𝑏𝑖 𝑇 /𝑚𝑏𝑖 𝑚𝑐𝑝𝑏𝑖 -10- 𝑑𝑥 𝑗 𝑛 𝑗 =1 𝑚𝑢𝑖 𝑑𝑡 𝑑𝑚 𝑢𝑖 𝑑𝑡 + 𝑉𝑢𝑖 𝑑𝑃 𝑑𝑡 /(𝑚𝑢𝑖 𝑚𝑐𝑝𝑢𝑖 ) − 𝑚𝑏𝑖 𝑇𝑏𝑖 𝑑𝑅 𝑏𝑖 𝑑𝑡 − n n V dmi V dRi dP  dV    i  ui  i dt  dt i 1 mi dt i 1 Ri dt nb N dmf p dx R  dQbi dmui dRbi   bi   hf p  (hu i  hb i )  mbiTbi  mbi  u j j dt dt dt dt i 1 Pc pbi  dt j 1 nu  i 1 N dx Rui  dQ dRui   muiTui  mui  uuj j Pc pui  dt dt dt j 1 n   1  RV  /  V   i i  P  i 1 c pi          2.4.4 Mô hình truyền nhiệt Phương trình truyền nhiệt từ khí thể trong xilanh ra thành buồng cháy như nắp xilanh, piston và lót xilanh được tính toán như trong phương trình : Qi  Ai w Tc  Twi  Với hệ số truyền nhiệt αw được tính theo mô hình Woschni như sau:  w  130.D 0, 2 . p 0,8 .T 0,53.c 0,8 2.4.5 Mô hình hình thành phát thải độc hại 2.4.5.1 Mô hình hình thành phát thải HC a) Nguồn HC ban đầu * Nguồn HC từ hỗn hợp không khí - nhiên liệu: Nguồn HC này bao gồm HC do sự lọt khí tại cửa thải, HC tạo ra do cháy không hoàn toàn tại vùng phản ứng cháy, HC tạo ra do màng lửa bị dập tắt do điều kiện cháy không thuận lợi, và HC thoát ra từ các khe hẹp trong buồng cháy. Khi đ lượng HC không cháy : m gascrevice  PcreVcre M gas RTcre  PVcre M gas QTw  Vcre v gas ( P, Tw ) Lưu lượng hỗn hợp khí và HC không cháy: dmgascrevice  Vcre .M gas dp m1   dt RTw d Thể tích khe hẹp : Vcre  Vcre,0 d liner  d piston d liner,0  d piston,0 * Nguồn HC từ nhiên liệu: Cơ chế hình thành HC từ nguồn này là trong quá trình nén, một phần nhiên liệu bay hơi trong hỗn hợp được màng dầu bôi trơn hấp thụ theo định luật Henry. -11- Y f t D  2Y f z 2 b) Sự ôxi hoá HC phía sau màng lửa d HC   E  a b  C R AHC  O2  exp    dt  RT  2.4.5.2 Mô hình hình thành phát thải CO Tốc độ phản ứng tạo thành CO được tính theo công thức:  CO  d CO  R1  R2 1   dt COe   2.4.5.3 Mô hình hình thành phát thải NOx  R1 R4  d NO  21 2    dt 1  K1 1  K 4    2.4.5.4 Mô hình hình thành phát thải rắn Khối lượng bồ hóng : 𝑑𝑚𝑠 𝑑𝑚𝑠,𝑓 𝑑𝑚𝑠,𝑜𝑥 = − 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑑𝑚𝑠,𝑓 −𝐸𝑠,𝑓 = 𝐴𝑓 . 𝑚𝑓,𝑣 . 𝑝0,5 𝑒𝑥𝑝 𝑑𝑡 𝑅𝑇 𝑑𝑚𝑠,𝑜𝑥 𝑃𝑂2 1,8 −𝐸𝑠,𝑜𝑥 = 𝐴𝑜𝑥 . 𝑚𝑠 . 𝑝 𝑒𝑥𝑝 𝑑𝑡 𝑃 𝑅𝑇 Tốc độ ôxy hoá bồ hóng : 𝑑𝑚𝑠,𝑜𝑥 1 𝑃𝑂2 = 𝐴𝑜𝑥 𝑚𝑠 𝑑𝑡 𝜏𝑡𝑟𝑏 𝑃𝑂2,𝑟𝑒𝑓 1,3 exp⁡− 15,000𝐾 𝑇 2.5 Kết quả tính toán mô phỏng Việc tính toán mô phỏng phát thải HC theo các mô hình n i trên được thực hiện bằng phần mềm lập trình riêng trên ngôn ngữ FORTRAN, các thông số còn lại là kết quả mô phỏng trên phần mềm AVL BOOST. 2.5.1 Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng Với sai lệch kết quả về mô men của động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng khi chạy đơn nhiên liệu và chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel trên đường đặc tính ngoài cũng như diễn biến áp suất trong ilanh động cơ không quá 3% nên mô hình mô phỏng có thể sử dụng được để nghiên cứu quá trình làm việc của động cơ với lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. 2.5.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ -12- 2.5.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến tính kinh tế nhiên liệu Nghiên cứu được thực hiện ở 100% tải với các tỷ lệ LPG thay thế 10%, 20%, 30%, 40%, 50% ở nhiều tốc độ khác nhau. a) Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến tổng tiêu thụ nhiên liệu Khi tốc độ trên 2000v/ph có thể thấy rằng tiêu hao nhiên liệu tổng (LPG + diesel) của động cơ chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel sẽ giảm một chút so với chạy đơn nhiên liệu diesel vì lượng tiêu hao nhiên liệu LPG giảm do nhiệt trị thấp của LPG (46 MJ/kg) lớn hơn nhiệt trị thấp của diesel (42,5 MJ/kg). Tỷ lệ thay thế LPG càng cao thì suất tiêu hao nhiên liệu sẽ càng giảm. b) Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến suất tiêu thụ năng lượng Khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với các tỷ lệ LPG khác nhau ở tốc độ trên 2400v/ph suất tiêu hao năng lượng giảm nhiều. Ở tốc độ 3000v/ph tỷ lệ LPG thay thế 10%, 20%, 30%, 40%, 50% suất tiêu hao năng lượng giảm tương ứng là 2,8%; 5,4%, 7.71%, 11,7% và 12,28%. 2.5.2.2 Ảnh hưởng của LPG đến nồng độ phát thải a) Phát thải HC Việc tính toán mô phỏng được thực hiện ở tốc độ định mức n=3000 v/p với các chế độ tải 25%, 50%, và 100% tải định mức với các tỷ lệ LPG thay thế thay đổi từ 0% đến 10%, 20%, 30%, 40% và 50% ở mỗi chế độ tải. Kết quả cho thấy, ở tất cả các chế độ tải khi tăng tỷ lệ LPG thay thế, hàm lượng phát thải HC đều tăng. Ở chế độ tải càng nhỏ thì hàm lượng HC tăng càng mạnh khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. Kết quả tính toán phát thải NOx, CO, Soot được thực hiện ở chế độ toàn tải với các tỷ lệ LPG thay thế và tốc độ khác nhau. b) Phát thải NOx Kết quả tính toán phát thải NOx, cho thấy, khi càng tăng tỷ lệ LPG thay thế thì nồng độ phát thải NOx càng c hướng tăng so với trường hợp đơn nhiên liệu. c) Phát thải CO Kết quả tính toán phát thải CO, cho thấy khi tăng tỷ lệ LPG thì nồng độ phát thải CO giảm so với trường hợp đơn nhiên liệu. d) Phát thải rắn (Soot) Kết quả tính toán phát thải Soot, có thể thấy khi tăng tỷ lệ LPG thì phát thải soot giảm so với trường hợp đơn nhiên liệu ở mọi chế độ thử nghiệm -13- Với kết quả trên, cụ thể : Ở tỷ lệ LPG thay thế 30%, CO giảm 46,54%, Soot giảm 34,23%, HC tăng 500%, NOx tăng 49,67%. 2.5.3 Ảnh hưởng của góc phun sớm Quá trình nghiên cứu được tiến hành ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải, trong trường hợp động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu với tỷ lệ LPG 20%. Khi sử dụng đơn nhiên liệu diesel, góc phun sớm tối ưu là 180TK( độ trục khuỷu). 2.5.3.1 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mômen và công suất động cơ Khi giảm góc phun sớm mômen và công suất tăng một chút, nếu tăng góc phun sớm thì mômen và công suất giảm xuống đáng kể. Như vậy, việc lựa chọn này cần được nghiên cứu và thảo luận thêm ở các phần tiếp theo. 2.5.3.2 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải của động cơ Kết quả đánh giá ở trên cho thấy khi giảm góc phun sớm 4oTK thì cải thiện được thành phần NOx, phát thải CO, Soot tăng lên không nhiều. Vì vậy, góc phun sớm tối ưu khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải nên lựa chọn là 140TK. 2.5.3.3 Ảnh hưởng của thay đổi góc phun sớm đến diễn biến áp suất trong xilanh động cơ Khi giảm góc phun sớm cho kết quả tốc độ tăng áp suất giảm, ở 140TK thì giá trị ∆p/∆ giảm 7,19%. Như vậy, có thể kết luận khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel thì nên giảm góc phun sớm diesel và ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải nên lựa chọn là 140TK. CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG TRONG ĐỘNG CƠ LPG/DIESEL 3.1 Giới thiệu chung Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel được thực hiện trên động cơ nghiên cứu AVL-5402 và động cơ thực D1146TI. Đối với động cơ AVL5402, đ y là đối tượng nghiên cứu s u trong đề tài này nên hệ thống điều khiển cung cấp LPG sẽ được nghiên cứu thiết kế chế tạo để đảm bảo kiểm soát được lưu lượng cấp LPG theo ý muốn phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ. Phương pháp phun gián đoạn điều chỉnh lượng phun nhiên liệu LPG nhờ điều chỉnh độ rộng ung điều khiển được lựa chọn áp dụng. Sơ đồ hệ thống được chỉ ra trên hình 3.1. ELC với các thông số vào cơ bản là tín hiệu tốc độ động cơ, lưu lượng và nhiệt độ khí nạp, áp suất -14- hơi LPG trước vòi phun, nhiệt độ và lưu lượng hơi LPG. Các thông số điều khiển gồm tín hiệu điều khiển vòi phun, tín hiệu điều khiển đ ng mở đường cấp LPG cho động cơ. Ngoài ra ELC cần được kết nối với máy tính để lập trình điều khiển cung cấp LPG theo yêu cầu. Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ AVL5402 Đối với động cơ thử nghiệm là động cơ e khách D1146TI, hệ thống cung cấp LPG đã c sẵn trên thị trường, đ y là hệ thống phun LPG liên tục. Lượng LPG phụ thuộc vào áp suất ban đầu của LPG và kích thước của giclơ khí. Đồng thời lượng LPG được điều chỉnh tự động theo áp suất tăng áp của động cơ phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ. Sơ đồ hệ thống thiết bị điều khiển cấp nhiên liệu LPG cho động cơ này được trình bày trên hình 3.2. 3.2 Nghiên cứu chế tạo hệ thống cung cấp LPG trên động cơ AVL 5402 3.2.1 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phun LPG Bộ điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG ( ELC) được thiết kế, chế tạo (Hình 3.5) gồm các khối mạch: Khối nguồn, khối ghi nhận tín hiệu từ cảm biến, khối vi xử lý, khối điều khiển cơ cấu chấp hành và khối kết nối với máy tính. -15- Hình 3.2.Sơ đồ tổng thể hệ thống cung cấp LPG cho động cơ diesel D1146TI Chương trình điều khiển trong vi xử lý được viết bằng ngôn ngữ lập trình C trên phần mềm CodeVisionAVR. Ngoài ra, để hiển thị các thông số của các cảm biến và điều chỉnh lượng nhiên liệu phun, thay đổi thời điểm phun, bật tắt các công tắc,..Bộ điều khiển ELC phải được điều khiển từ máy tính. Với giao diện xây dựng trên phần mềm cho phép người thực hiện thay đổi được các thông số theo mục đích đặt ra và giao diện kết nối vi xử lý với máy tính được lập trình trên phần mềm Borland Delphi. Hình 3.5. Bộ điều khiển hệ thống cung cấp LPG (ELC) -16- Khối vi xử lý ELC, một trong những khối chính của bộ ELC được thể hiện như trên hình 3.15. Mạch ELC được thiết kế bao gồm các khối xử lý tín hiệu chính như: 1 vi ử lý loại Atmega32 của hãng Atmel, mạch tạo xung nhịp dao động thạch anh bên ngoài và mạch reset vi xử lý khi bắt đầu cấp nguồn cho vi xử lý. Với vi xử lý trang bị trên mạch ELC cho phép người điều khiển lập trình các thuật toán nhận tín hiệu từ cảm biến và từ đ đưa ra các tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành một cách hợp lý và phù hợp với yêu cầu. Hình 3.15. Sơ đồ khối vi điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG 3.2.2 Thuật toán đọc và tính các giá trị cảm biến trong HT LPG Đề tài đã nghiên cứu và xây dựng các thuật toán bao gồm :Thuật toán đọc giá trị tốc độ động cơ, thuật toán đọc giá trị các cảm biến tín hiệu tương tự, thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến lưu lượng, thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến áp suất, thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, thuật toán tính giá trị tín hiệu từ cảm biến chân ga và thuật toán nội suy. 3.2.3 Thuật toán điều khiển kết nối máy tính Đề tài đã nghiên cứu và xây dựng các thuật toán bao gồm : Thuật toán truyền giá trị từ vi xử lý lên máy tính, thuật toán nhận giá trị từ máy tính. 3.2.4 Chương trình điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG 3.2.4.1 Chương trình điều khiển vòi phun Lượng nhiên liệu phun trong quá trình thí nghiệm được thay đổi bằng cách thay đổi độ rộng xung phun thông qua mạch đếm lập trình. -17- 3.2.4.2 Thuật toán điều khiển vòi phun Mỗi chế độ hoạt động của động cơ được đặc trưng bởi một biến trạng thái. Khi biến được đặt lên trạng thái ON, ELC sẽ tự động chuyển xuống chương trình điều khiển lượng nhiên liệu phun ở chế độ đ . Khi biến trạng thái đặt xuống mức OFF, ELC sẽ tự động thoát khỏi chương trình cũ và chuyển đến chương trình c biến trạng thái ON khác. Ngoài ra, còn có các thuật toán : Thuật toán điều khiển ở chế độ không tải, thuật toán điều khiển ở chế độ chuyển tiếp không tải - có tải, thuật toán điều khiển ở chế độ có tải, thuật toán điều khiển ở chế độ chuyển tiếp có tải - không tải. 3.2.5 Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG Việc kết nối bộ điều khiển với máy tính được thực hiện bằng phần mềm kết nối Delphi với giao diện xây dựng trên phần mềm cho phép người thực hiện thay đổi được các thông số theo mục đích đặt ra. Trong suốt quá trình thí nghiệm, lượng LPG được điều khiển thủ công trực tiếp trên giao diện phần mềm này theo các chế độ cấp diesel cho động cơ. CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích, đối tượng và trang thiết bị thử nghiệm 4.1.1 Mục đích thử nghiệm Quá trình thử nghiệm trên hai loại động cơ nghiên cứu và động cơ thực khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel trên băng thử nhằm đánh giá tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải và sự làm việc ổn định của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với tỷ lệ LPG thay thế diesel là lớn nhất. Đặc biệt là đánh giá một số tính năng mà nghiên cứu mô phỏng chưa chỉ ra được như giới hạn kích nổ và sự rung động khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. 4.1.2 Đối tượng và nhiên liệu thử nghiệm Đối tượng là động cơ nghiên cứu 1 xilanh AVL 5402 sử dụng hệ thống common rail và động cơ thực là động cơ diesel nhiều xilanh D1146TI do hãng DAEWOO, Hàn Quốc sản xuất rất phổ biến và được lắp đặt trên e khách đang lưu hành. Nhiên liệu thử nghiệm là diesel thường dùng c hàm lượng lưu huỳnh <500ppm và LPG được chứa trong bình chứa với áp suất 7bar có tỷ lệ về thể tích của propan/butan là 50/50. -18- 4.1.3 Trang thiết bị thử nghiệm Hệ thống băng thử động cơ một xilanh không tăng áp là một cụm các hệ thống riêng biệt kết hợp lại với nhau tạo thành một hệ thống thử nghiệm và nghiên cứu về động cơ đốt trong. Cụm quan trọng nhất của hệ thống băng thử động cơ một xilanh là cụm phanh điện Dyno-AMK có chức năng như máy phát điện, trong đ từ trường tương hỗ giữa Rotor và Stator tạo ra mô men cản với Rotor và cân bằng với mô men dẫn động từ Rotor. Đối với động cơ tăng áp nhiều xilanh, hệ thống băng thử động cơ trang bị phanh APA100 tạo tải cân bằng với công suất của động cơ phát ra, từ đ ác định được các thông số cơ bản của động cơ như công suất, mômen, tốc độ. Ngoài ra, còn có các thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu, hệ thống điều khiển và giám sát, thiết bị ác định nồng độ khí thải, thiết bị ác định độ mờ khói Opacimeter và một số thiết bị phụ trợ khác. 4.2 Thử nghiệm trên động cơ AVL 5402 4.2.1 Nội dung thử nghiệm Thử nghiệm tìm áp suất phun LPG tối ưu ở chế độ mômen lớn nhất Memax. Đánh giá ảnh hưởng của lượng LPG thay thế cho nhiên liệu diesel ở các chế độ làm việc của động cơ nghiên cứu, đảm bảo mômen của động cơ ở 2 trường hợp sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu LPG/diesel là như nhau. Đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm diesel khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. Thử nghiệm ở chế độ toàn tải để tránh phát thải HC cao và tỷ lệ LPG thay thế cao nhất có thể đạt được là ở chế độ này. 4.2.2 Kết quả nghiên cứu và thảo luận 4.2.2.1 Ảnh hưởng của áp suất phun đến đặc tính làm việc của đ.cơ a) Ảnh hưởng của áp suất phun đến mô men động cơ Kết quả cho thấy, sai lệch về mômen luôn nhỏ hơn 0,5% đối với 3 giá trị áp suất 1bar, 1,5bar và 2bar. b) Ảnh hưởng của áp suất phun đến thành phần phát thải Động cơ được vận hành ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải. Nhiên liệu sử dụng là diesel và lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với tỷ lệ khác nhau và với các áp suất LPG khác nhau. Nếu đánh giá một cách tổng hợp, ảnh hưởng của áp suất phun LPG đến khả năng phát thải của động cơ thì với -19- áp suất là 1,5bar cho kết quả tốt hơn ở các giá trị áp suất 1bar và 2bar. Cụ thể phát thải HC, NOx thấp nhất. c) Ảnh hưởng của áp suất phun đến đặc tính cháy Nghiên cứu được thực hiện ở 100% tải với đơn nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu với tỷ lệ LPG 16% ở các giá trị áp suất khác nhau. Kết quả về độ rung động động cơ cho thấy, để có quá trình cháy hiệu quả nhất, áp suất phun LPG cần thay đổi theo chế độ làm việc của động cơ. Trong điều kiện giữ nguyên áp suất phun LPG thay đổi thời gian phun để thay đổi lượng LPG cung cấp trong khi vẫn đảm bảo tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải động cơ thì giá trị áp suất phun 1,5bar là phù hợp ở 100% tải. 4.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến phát thải Quá trình nghiên cứu thử nghiệm được thực hiện ở chế độ 100% tải. Tốc tốc độ động cơ thay đổi từ 1000vg/ph đến 3000vg/ph. Đồng thời, ở các chế độ thử nghiệm đảm bảo mômen động cơ ở các tỷ lệ LPG khác nhau tương tự như trường hợp sử dụng đơn nhiên liệu diesel. Tỷ lệ LPG được tính thông qua tỷ lệ diesel bớt đi ở chế độ thử nghiệm cùng mômen. Khi càng tăng tỷ lệ LPG thì nồng độ phát thải NOx, HC càng tăng so với trường hợp đơn nhiên liệu. Ở tỷ lệ 30% giá trị trung bình tăng tương ứng là 643,14% và 48,58%. Khi càng tăng tỷ lệ LPG thì nồng độ phát thải CO, Smoke càng giảm so với trường hợp đơn nhiên liệu. Ở tỷ lệ 30% giá trị trung bình tăng tương ứng là 56,07%, 52,26%. 4.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến diễn biến áp suất và độ rung động động cơ Ở chế độ 100% tải, khi tỷ lệ LPG từ 40% trở lên, có thể nói rằng, với biên độ dao động lớn, tốc độ tăng áp suất cao, hiện tượng kích nổ đã xảy ra đối với động cơ. Thực tế thử nghiệm cho thấy, động cơ bắt đầu có tiếng gõ ở chế độ thử nghiệm này. Vì vậy, chế độ 100% tải, ta có thể lựa chọn LPG thay thế tối đa 30% diesel, tránh hiện tượng kích nổ xảy ra. 4.2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của LPG đến góc phun sớm tối ưu Quá trình thử nghiệm được tiến hành ở tốc độ 2000vg/ph, 100% tải, với tỷ lệ LPG 20%. Khi sử dụng nhiên liệu diesel thì góc phun sớm tối ưu là 180TK. Việc tăng g c phun sớm của động cơ mặc dù có thể c tác động tích -20-