Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG SỬ DỤNG CNG TRÊN ĐỘNG CƠ
XĂNG HIỆN HÀNH BẰNG PHẦN MỀM AVL-BOOST
Nguyễn Tường Vi1, Hoàng Đình Long2, Nguyễn Thành Trung3
1
Trường Đại học Thủy lợi, email: Nguyentuongvi1978@tlu.edu.vn
2
Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
3
Khoa Công nghệ Ô tô, Trường Cao đẳng nghề Cơ khí Nông nghiệp
1. ĐẶT VẤN ĐỀ nhiễm từ khí thải động cơ xăng và diesel.
Một trong các biện pháp nhằm giảm thiểu ô
Ngày nay, tình trạng thiếu nhiên liệu và ô nhiễm môi trường là nghiên cứu sử dụng
nhiễm môi trường do khí thải động cơ sử nhiên liệu thay thế có mức phát thải thấp như
dụng nhiên liệu truyền thống đang ở mức báo khí CNG. Vấn đề mô phỏng trong lĩnh vực
động. Do đó, vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu nghiên cứu và ứng dụng khoa học kỹ thuật
và sử dụng các loại nhiên liệu thay thế có được sử dụng rất rộng rãi với nhiều mục đích
mức phát thải độc hại thấp để một mặt giảm khác nhau tùy thuộc vào điều kiện và phạm
ô nhiễm môi trường, mặt khác có thể bù đắp vi nghiên cứu. Đối với lĩnh vực động cơ đốt
một phần sự thiếu hụt nhiên liệu truyền trong, phương pháp mô hình hoá và mô
thống. Ở Việt Nam hiện nay cũng đang tồn phỏng đã và đang được ứng dụng ngày càng
tại và lưu hành một số lượng lớn các động cơ phổ biến, nhiều phần mềm mô phỏng hữu ích
xăng có thể sử dụng CNG (Compressed được phát triển và sử dụng, trong đó, phần
Natural Gas - Khí thiên nhiên nén, được tạo mềm AVL-Boost là phần mềm một chiều
ra từ xác của sinh vật phù du, các vi sinh vật mạnh mẽ và có độ tin cậy cao.
sống dưới nước bao gồm tảo và động vật Bài báo này thực hiện nghiên cứu mô
nguyên sinh) một cách dễ dàng theo phương phỏng sử dụng CNG trên động cơ xăng hiện
pháp phun CNG vào đường nạp hoặc cấp hành bằng phần mềm AVL-Boost làm tài liệu
CNG bằng bộ hòa trộn kiểu ống venturi. Vì tham khảo và định hướng cho việc nghiên
cứu thực nghiệm.
vậy, bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu
mô phỏng sử dụng CNG trên động cơ xăng 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
hiện hành theo hai phương pháp trên. Kết quả
nghiên cứu cho thấy công suất động cơ giảm Nghiên cứu được thực hiện bằng mô
trung bình 11,5% và 19%; suất tiêu hao nhiên phỏng trên phần mềm AVL-Boost về sử dụng
liệu giảm 6% và 3%; phát thải CO giảm trung CNG cho động cơ xăng 1NZ-FE theo phương
bình 80% và 78,5%, HC giảm trung bình pháp phun CNG vào đường nạp và phương
85% và 83% và NOx giảm trung bình 50% và pháp cấp CNG nhờ bộ hòa trộn kiểu ống
53% tương ứng với phương pháp phun CNG venturi. So sánh công suất, tiêu hao nhiên
vào đường nạp và cấp CNG bằng bộ hòa trộn liệu và phát thải của động cơ nguyên bản và
kiểu ống venturi. động cơ CNG sử dụng 2 phương pháp cung
cấp nhiên liệu sẽ đánh giá được sự thay đổi
2. GIỚI THIỆU CHUNG đặc tính làm việc của động cơ khi chuyển
sang sử dụng CNG. Động nghiên cứu là động
Hiện nay, chất lượng không khí của các cơ xăng 1NZ-FE của TOYOTA với các
trung tâm thành phố xuống rất thấp do bị ô thông số được ghi trong Bảng 1.
246
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Bảng 1. Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE
Hành trình piston (mm) 84,7
Đường kính xi lanh (mm) 75
Công suất lớn nhất (Kw - vòng/phút) 80-6.000
Mô-men lớn nhất (N.m - vòng/phút) 140-4.200
Tỉ số nén 10,5: 1
Hình 3. So sánh công suất mô phỏng khi sử
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU dụng xăng và CNG ở các tốc độ
4.1. Thiết lập mô hình động cơ 1NZ-FE venturi cho công suất giảm trung bình 19%
Việc tính toán mô phỏng các thông số làm so với khi sử dụng xăng (Hình 3). Công suất
việc của động cơ được thực hiện trên phần động cơ khi sử dụng CNG giảm so với khi sử
mềm AVL-Boost. Các sơ đồ mô phỏng động dụng xăng là vì CNG ở dạng khí được cấp
cơ 1NZ-FE khi sử dụng CNG theo 2 phương vào đường ống nạp nên khi được nạp vào xi
pháp được thể hiện trên Hình 1 và Hình 2. lanh động cơ cùng với không khí nạp nó sẽ
chiếm chỗ của không khí nạp trong xi lanh,
dẫn đến làm giảm khối lượng hỗn hợp khí
nạp vào xi lanh, do đó làm giảm năng lượng
cấp vào dẫn đến giảm công suất của động cơ.
4.3. Kết quả về tiêu hao nhiên liệu
Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ được
cải thiện rõ rệt khi sử dụng nhiên liệu CNG
so với nhiên liệu xăng (Hình 4). Tiêu hao
nhiên liệu giảm trung bình 6% khi sử dụng
Hình 1. Mô hình mô phỏng động cơ phun CNG và giảm trung bình 3% khi sử
phun xăng và phun CNG dụng bộ hòa trộn so với khi sử dụng xăng.
Do CNG có nhiệt trị khối lượng cao hơn
xăng nên công suất sinh ra tính trên một đơn
vị khối lượng nhiên liệu tiêu thụ cao hơn.
Hình 4. So sánh suất tiêu hao nhiên liệu mô
Hình 2. Mô hình mô phỏng động cơ cung cấp phỏng khi sử dụng xăng và CNG ở các tốc độ
CNG bằng bộ hòa trộn kiểu ống venturi 4.4. Kết quả về phát thải động cơ
4.2. Kết quả về công suất động cơ
Ở chế độ toàn tải, lựa chọn mô phỏng ở dải
tốc độ từ 1000v/ph ÷ 4000v/ph (là các tốc độ
được vận hành nhiều trên thực tế) khi sử dụng
xăng RON 92, CNG phun vào cửa nạp và
CNG được cung cấp bởi bộ hòa trộn kiểu ống
venturi. Phương pháp phun CNG cho công
suất giảm trung bình 11,5%, trong khi Hình 5. So sánh phát thải CO khi sử dụng
phương pháp sử dụng bộ hòa trộn kiểu ống xăng và CNG ở các tốc độ
247
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
- Phát thải CO (Hình 5): Phát thải CO của động cơ thì công suất giảm nhiều nhưng hàm
động cơ khi sử dụng CNG giảm trung bình lượng phát thải được cải thiện đáng kể so với
đến 80% trên toàn dải tốc độ khi sử dụng động cơ nguyên thủy. Suất tiêu hao nhiên
CNG phun vào cửa nạp và giảm trung bình liệu của động cơ CNG cũng được cải thiện so
78,5% khi CNG được cung cấp bởi bộ hòa với động cơ xăng nguyên thủy.
trộn kiểu ống venturi. Vì nhiên liệu CNG Động cơ phun CNG có hàm lượng phát
(thành phần chính là CH4) có tỷ lệ C/H nhỏ thải CO và HC thấp hơn so với động cơ CNG
hơn so với xăng (thành phần chính gần với sử dụng bộ hòa trộn trong khi phát thải NOx
C8H18) với cấu trúc đơn giản hơn, hỗn hợp cao hơn. Tuy nhiên mức chênh lệch hàm
cháy đồng nhất hơn và cháy kiệt hơn. lượng phát thải giữa hai phương pháp cấp
CNG không nhiều, chỉ từ 5% ÷ 15%.
5. KẾT LUẬN
Sử dụng CNG trên động cơ xăng là
phương pháp tốt để giảm phát thải độc hại và
tiết kiệm nhiên liệu. Khi chuyển đổi động
Hình 6. So sánh phát thải HC khi sử dụng xăng sang sử dụng CNG có thể không cần
xăng và CNG ở các tốc độ thay đổi kết cấu của động cơ. Khi sử dụng
- Phát thải HC(Hình 6): Tính trên toàn dải phun CNG vào đường nạp và CNG được
tốc độ của động cơ, phát thải HC giảm trung cung cấp bởi bộ hòa trộn kiểu ống venturi,
bình đến 85% khi sử dụng CNG phun vào Công suất động cơ giảm trung bình tương
cửa nạp và giảm trung bình 83% khi CNG ứng 11,5% và 19%; ; suất tiêu hao nhiên liệu
được cung cấp bởi bộ hòa trộn kiểu ống giảm trung bình tương ứng 6% và 3%, phát
venturi. Vì khi sử dụng CNG, phát thải HC thải các thành phần độc hại CO, HC và NOx
giảm mạnh như vậy là do hỗn hợp CNG- giảm trung bình tương ứng là 80% và 78,5%,
không khí đồng nhất hơn so với hỗn hợp
xăng-không khí nên cháy kiệt hơn. 85% và 83%, 50% và 53%.
Động cơ sử dụng CNG theo phương pháp
phun CNG vào đường nạp có chỉ tiêu kinh tế,
kỹ thuật và phát thải cải thiện hơn so với
phương pháp cấp CNG bằng bộ hòa trộn kiểu
ống venturi.
Cần nghiên cứu điều chỉnh góc đánh lửa
sớm hoặc áp dụng một phương pháp khác
như sử dụng phụ gia nhiên liệu để hạn chế sự
Hình 7. So sánh phát thải NOx khi sử dụng giảm công suất động cơ khi chuyển sang sử
xăng và CNG ở các tốc độ dụng CNG.
- Phát thải NOx (Hình 7): Phát thải NOx
giảm đáng kể khi sử dụng nhiên liệu CNG so 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
với khi sử dụng xăng, mức giảm trung bình [1] J.A. Paravantis, D.A. Georgakellos, 2007.
trên 50% khi sử dụng CNG phun vào cửa nạp Trends in energy consumption and carbon
và giảm trung bình 53% khi CNG được cung dioxide emissions of passenger cars and
buses, Technological Forecasting and Social
cấp bởi bộ hòa trộn kiểu ống venturi. Điều
Change, Volume 74, Issue 5, pp. 682-707.
này được giải thích do nhiệt độ cháy của [2] Roger Westerholm, et.al, 1992. Exhaust
CNG thấp hơn xăng, do đó làm giảm nhiệt độ emissions from gasoline-fuelled light duty
quá trình cháy dẫn tới phát thải NOx giảm. vehicles operated in different driving
Động cơ phun xăng khi chuyển sang sử conditions: A chemical and biological
dụng CNG cấp vào đường nạp và không thay characterization,Atmospheric.
đổi kết cấu cũng như góc đánh lửa sớm của Environment, Part B, Urban Atmosphere,
Volume 26, Issue 1, pp. 79-90.
248
nguon tai.lieu . vn
