(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của tuần hoàn khí thải đến các chỉ tiêu kỹ thuật và môi trường của động cơ diesel phun nhiên liệu điện tử khi sử dụng diesel sinh học b10 và b20

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Lượng tiêu thụ biodiesel của các nước thuộc liên minh Châu Âu 16 Bảng 1.2 Sự thay đổi thuộc tính của hỗn hợp biodiesel theo tỷ lệ pha trộn 17 Bảng 1.3 Sự

TR ẦN TRỌNG TUẤN

NGHIÊN C ỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TUẦN HOÀN KHÍ THẢI ĐẾN CÁC

CH Ỉ TIÊU KỸ THUẬT VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

PHUN NHIÊN LI ỆU ĐIỆN TỬ KHI SỬ DỤNG

DIESEL SINH H ỌC B10 VÀ B20

LU ẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ N ỘI – NĂM 2019

TR ẦN TRỌNG TUẤN

NGHIÊN C ỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TUẦN HOÀN KHÍ THẢI ĐẾN CÁC

CH Ỉ TIÊU KỸ THUẬT VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

PHUN NHIÊN LI ỆU ĐIỆN TỬ KHI SỬ DỤNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện Luận án có sử dụng

“Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm ECU phù hợp cho việc sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel v ới các mức pha trộn khác nhau”, mã số ĐT.08.14/NLSH do Đại tá,

thuật Quân Sự, thuộc Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 Tôi đã được Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng một phần kết quả

Tôi xin cam đoan các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa

TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Hà Nội, tháng 10 năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Phòng Sau đại học, Khoa Động lực, Bộ môn Động cơ - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Học viện Kỹ thuật Quân sự Xin cảm ơn Phòng Sau đại học và Khoa Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án

Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, Khoa Cơ khí và các thầy trong Khoa đã tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập

Khiêm đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy thuộc Bộ môn Động cơ, Khoa Động lực, Học viện KTQS và các chuyên gia thuộc lĩnh vực Cơ khí – Động lực trong và ngoài Học viện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho NCS trong quá trình thực hiện

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng thí nghiệm Động cơ, Viện Cơ khí Động lực/Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng thí nghiệm động cơ, Trung tâm Công nghệ Cơ khí/Đại học Công nghệ Giao thông vận tải luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện tốt nhất để thực hiện quá trình nghiên cứu thực nghiệm

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm đề tài ĐT.08.14/NLSH đã đồng ý cho tôi sử dụng một số kết quả nghiên cứu của đề tài để viết và bảo vệ luận án

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện công trình này

Trần Trọng Tuấn

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xi

MỞ ĐẦU 1

Mục đích nghiên cứu của luận án 2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu của luận án 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

Bố cục của luận án 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5 1.1 Tổng quan về hệ thống tuần hoàn khí thải trên động cơ 5

1.1.1 Lịch sử nghiên cứu và phát triển hệ thống tuần hoàn khí thải 5

1.1.2 Vai trò của hệ thống tuần hoàn khí thải 6

1.1.3 Phân loại hệ thống tuần hoàn khí thải 7

1.1.3.1 Theo áp suất của dòng khí tuần hoàn……… 7

1.1.3.2 Theo nhiệt độ dòng khí tuần hoàn …… ……… 10

1.1.3.3 Theo phương pháp điều khiển van tuần hoàn……… 11

1.1.4 Các phương pháp xác định tỷ lệ tuần hoàn khí thải……… 11

1.1.5 Một số lưu ý khi sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải……… 12

1.2 Tổng quan về nhiên liệu sinh học 13

1.2.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu diesel sinh học 13

1.2.2 Sự thay đổi thuộc tính của hỗn hợp biodiesel theo tỷ lệ pha trộn 17

1.2.3 Ảnh hưởng của biodiesel đến chỉ tiêu tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường 18

1.2.4 Ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu đến thuộc tính dòng khí thải……… 20

1.3 Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải và nhiên liệu sử dụng đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ… 21

1.3.1 Trên thế giới 21

1.3.1.1 Trên động cơ dùng hệ thống phun nhiên liệu kiểu cơ khí 21

1.3.1.2 Trên động cơ dùng hệ thống phun nhiên liệu kiểu CR 24

1.3.1.3 Nghiên cứu tối ưu và điều chỉnh tỷ lệ tuần hoàn khí thải 27

1.3.2 Tại Việt Nam 29

1.4 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu và loại nhiên liệu sử dụng 31

1.5 Trình tự và hướng nghiên cứu của đề tài 32

1.6 Kết luận Chương 1 35

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG CHU TÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ……… 36

2.1 Các vấn đề chung 36

2.2 Lựa chọn phần mềm tính toán……… 37

2.3 Cơ sở tính toán chu trình công tác của động cơ……… 38

2.3.1 Mô hình vật lý của định luật nhiệt động học thứ nhất áp dụng cho động cơ đốt trong 38

2.3.2 Mô hình cháy 40

2.3.2.1 Mô hình Vibe 40

2.3.2.2 Mô hình Double Vibe 41

2.3.2.3 Mô hình Vibe hai vùng 42

2.3.2.3 Mô hình MCC 42

2.3.3 Mô hình truyền nhiệt 45

2.3.3.1 Mô hình truyền nhiệt trong xi lanh 45

2.3.3.2 Truyền nhiệt ở các quá trình trao đổi khí 47

2.3.4 Mô hình tính toán các thành phần khí thải của động cơ 48

2.3.4.1 Mô hình tính toán NOx 48

2.3.4.2 Mô hình tính toán Soot (bồ hóng) 48

2.5 Kết luận Chương 2 49

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ CÓ TUẦN HOÀN KHÍ THẢI VÀ SỬ DỤNG BIODIESEL………… 50

3.1 Xác định thông số đầu vào phục vụ cho quá trình xây dựng mô hình…… 50

3.1.1 Các thông số về kết cấu của động cơ……… 51

3.1.2 Nhóm các thông số về hệ thống nạp, thải của động cơ……… 51

3.1.3 Các thông số vận hành của động cơ……… 53

3.1.4 Các thông số về quy luật cung cấp nhiên liệu……… 53

3.2 Xây dựng mô hình mô phỏng CTCT của động cơ có xét đến ảnh hưởng của tuần hoàn khí thải và loại nhiên liệu sử dụng 55

3.3 Đánh giá và hiệu chỉnh mô hình 58

3.3.1 Hiệu chỉnh các tham số trong mô hình cháy 59

3.3.1.1 Mô hình Double Vibe 60

3.3.1.2 Mô hình Vibe hai vùng 61

3.3.1.3 Mô hình MCC 62

3.3.1.4 Lựa chọn bộ thông số phù hợp cho việc tính toán pcyl 63

3.3.2 Hiệu chỉnh theo chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động cơ tại đường đặc tính ngoài 64

3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải đến diễn biến áp suất và nhiệt độ

bên trong xi lanh……… 66

3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn đến tốc độ tỏa nhiệt và quy luật cháy…… 72

3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn đến tốc độ hình thành NO x và Soot……… 78

3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B10, B20……… 84

3.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải đến phát thải NO x , PM của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B10, B20……… 87

3.9 Kết luận Chương 3……… 90

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 92

4.1 Mục đích, chế độ và đối tượng thử nghiệm 92

4.1.1 Mục đích 92

4.1.2 Chế độ thực nghiệm 93

4.1.2.1 Hi ệu chỉnh mô hình lý thuyết 93

4.1.2.2 Xác định quy luật thay đổi %EGR của động cơ nguyên thủy trong toàn vùng làm việc 93

4.1.2.3 Đánh giá ảnh hưởng của %EGR đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ 93

4.1.3 Đối tượng thực nghiệm 96

4.2 Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm 96

4.3 Kết quả xác định quy luật thay đổi của tỷ lệ EGR khi động cơ sử dụng ECU nguyên thủy trong toàn vùng làm việc……… 102

4.3.1 Kết quả xác định quy luật thay đổi của tỷ lệ tuần hoàn khí thải 102

4.3.2 Giới hạn ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến thông số vận hành và phát thải của động cơ 103

4.4 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ EGR và loại nhiên liệu sử dụng đến một số thuộc tính của dòng khí thải……… 104

4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ EGR và loại nhiên liệu sử dụng đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng……… 109

4.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ EGR và loại nhiên liệu sử dụng phát thải NO x và PM 112 4.7 Cơ sở để lựa chọn tỷ lệ EGR mới cho động cơ khi sử dụng B10, B20 114

4.8 Kết luận Chương 4……….……… 120

K ẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN……… 122

DANH M ỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN……… 124

TÀI LI ỆU THAM KHẢO……… 125

PH Ụ LỤC……… 133

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ASTM Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ (American

Society for Testing and Materials) B0 (DO) Nhiên liệu diesel dầu mỏ

Biodiesel Nhiên liệu diesel sinh học

Bxx

Nhiên liệu diesel nguồn gốc hóa thạch được hòa trộn với nhiên liệu diesel sinh học gốc, trong đó, B thể hiện là hỗn hợp diesel/biodiesel, x thể hiện tỷ lệ % theo thể tích của diesel sinh học trong hỗn hợp

ECE R49 Chu trình thử công nhận kiểu danh cho xe hạng nặng

ECE R83 Chu trình thử công nhận kiểu danh cho xe hạng nhẹ

EGR Tuần hoàn khí thải (Exhaust Gas Recirculation)

%EGRgh Tỷ lệ tuần hoàn khí thải tại đó có sự thay đổi đột biến về

chỉ tiêu kinh tế, năng lượng hoặc môi trường của động cơ %

%EGRghMe Tỷ lệ tuần hoàn khí thải tại đó có sự suy giảm về mô men

%EGRghge Tỷ lệ tuần hoàn khí thải tại đó có sự tăng về suất tiêu thụ

%EGRghPM Tỷ lệ tuần hoàn khí thải tại đó có sự tăng về độ khói của

%EGR_New Tỷ lệ tuần hoàn khí thải mới do nghiên cứu sinh lựa chọn %

Ký hiệu Diễn giải Đơn vị

KH&CN Khoa học và công nghệ

OECD Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (Organization for

Economic Co-operation and Development)

PM Chất thải dạng hạt (Particulates Matter)

QLCCNL Quy luật cung cấp nhiên liệu

PTCGĐB Phương tiện cơ giới đường bộ

Ký hiệu Diễn giải Đơn vị

GQTK

ECU_NT ECU do hãng Hyundai chế tạo cho động cơ 2.5TCI-A

ECU_New

ECU trắng (mã hiệu ECM 556-128) và chương trình điều khiển kèm theo, là sản phẩm của Đề tài cấp Quốc gia

“Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm ECU phù hợp cho việc

sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel với các mức pha trộn khác nhau”, mã số ĐT.08.14/NLSH

VGT Tua bin tăng áp có điều khiển cánh hướng dòng (Variable

Geometry Turbo)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Lượng tiêu thụ biodiesel của các nước thuộc liên minh Châu Âu 16 Bảng 1.2 Sự thay đổi thuộc tính của hỗn hợp biodiesel theo tỷ lệ pha trộn 17 Bảng 1.3 Sự thay đổi các thông số vật lý của nhiên liệu biodiesel trong một số

Bảng 1.4 Tỷ lệ nghiên cứu đã công bố về sự thay đổi chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động cơ khi sử dụng biodiesel so với diesel

18 Bảng 1.5 Tỷ lệ nghiên cứu đã công bố về sự thay đổi chỉ tiêu môi trường của động cơ khi sử dụng biodiesel so với diesel

19

Bảng 3.3 Kết quả xác định các thông số vận hành của hệ thống nạp thải khi động

Bảng 3.4 Kết quả xác định các thông số về QLCCNL của động cơ khi làm việc ở đặc tính ngoài, dùng B0

54

Bảng 3.6 Kết quả tính toán diễn biến pcylcó xét đến ảnh hưởng của mức độ EGR

Bảng 3.7 Kết quả tính toán ảnh hưởng của %EGR đến diễn biến nhiệt độ bên trong xi lanh tại n=2000 vg/ph

71 Bảng 3.8 Kết quả tính toán diễn biến HRR có xét đến ảnh hưởng của mức độ EGR tại n=2000 vg/ph, nhiên liệu B0 73 Bảng 3.9 Kết quả tính toán mức độ thay đổi của HRRmaxkhi xét đến ảnh hưởng

Bảng 3.10 Kết quả tổng hợp đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến tốc độ hình

Bảng 3.11 Kết quả tính toán ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến tốc độ hình thành PM

Bảng 3.12

Kết quả tổng hợp đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ EGR và loại nhiên liệu

sử dụng đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động cơ khi làm việc tại

Ký hiệu Tên bảng Trang

Bảng 3.13

Kết quả tính toán ảnh hưởng của tỷ lệ EGR và loại nhiên liệu sử dụng

đến mức phát thải NOxvà độ khói của động cơ khi làm việc tại các chế

Bảng 4.1 Kết quả xác định %EGR của động cơ nguyên thủy theo tải và tốc độ 103 Bảng 4.2 Sai số lớn nhất giữa mô phỏng và thực nghiệm các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ tại n=2000 vg/ph 112 Bảng 4.3 Sai số lớn nhất giữa mô phỏng và thực nghiệm phát thải NOxvà độ

Bảng 4.4 Sự thay đổi các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ khi sử dụng tỷ lệ EGR

Bảng 4.5 Sự thay đổi các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ khi sử dụng tỷ lệ EGR

Bảng 4.6 Sự thay đổi các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động

Bảng 4.7 Kết quả xác định %EGRNew cho động cơ trên toàn vùng làm việc khi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Vai trò của EGR trong việc đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải 6 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống EGR kiểu áp suất cao (a) và kiểu áp suất thấp (b) 7

Hình 1.4 Sơ đồ so sánh hệ thống không làm mát khí EGR (a) và có làm mát

Hình 1.6 Sự thay đổi về ge(a) và phát thải NOx(b) theo tỷ lệ pha trộn 19 Hình 1.7 Mối liên hệ giữa thuộc tính nhiên liệu, thuộc tính dòng khí thải và

Hình 1.9 Ảnh hưởng của %EGR đến hiệu suất nhiệt có ích và phát thải NOx 22

Hình 1.12 Ảnh hưởng của EGR đến phát thải NOxvà PM của động cơ 25 Hình 1.13 Ảnh hưởng của EGR áp suất thấp/cao đến suất tiêu hao nhiên liệu

Hình 1.15

Vai trò của EGR trên động cơ có HTPNL kiểu CR (a-%EGR và

áp suất phun theo mode thử, b- Phát thải NOx, PM tính cho cả chu trình thử )

27

Hình 1.16 Kết quả so sánh NOx, độ khói và suất tiêu thụ nhiên liệu của động

Hình 3.1 Kết quả diễn biến độ nâng xu páp và hệ số tổn thất trên đường nạp

Hình 3.2 Quy luật thay đổi số lần phun theo tốc độ và tải của động cơ 53 Hình 3.3 Diễn biến xung phun tại n=1500, 3000 và 3500 vg/ph khi động cơ

Hình 3.6 Sơ đồ khối chủ động kiểm soát %EGR trên mô hình mô phỏng 58

Ký hiệu Tên hình vẽ, đồ thị Trang

Hình 3.7 Ảnh hưởng của các tham số trong mô hinh Double Vibe đến pcyl 61 Hình 3.8 Ảnh hưởng của các tham số trong mô hình Vibe 2 vùng đến pcyl 61

Hình 3.10 So sánh pcylkhi sử dụng mô hình Vibe 2 vùng, MCC (sau khi đã

Hình 3.11 Kết quả so sánh Ne, ge, Gkkgiữa mô phỏng và thực nghiệm 64 Hình 3.12 Ảnh hưởng của %EGR đến diễn biến pcyltại 2000 vg/ph, dùng B0 68

Hình 3.15 Kết quả so sánh HRR với các phương án phun mồi khác nhau tại

Hình 3.16 Ảnh hưởng của %EGR đến quy luật cháy tại n=2000 vg/ph 78 Hình 3.17 Ảnh hưởng của %EGR đến dNOx/dt tại n=2000 vg/ph, dùng B0 80 Hình 3.18 Ảnh hưởng của %EGR đến dSoot/dt tại n=2000 vg/ph, dùng B0 82 Hình 3.19 Ảnh hưởng của %EGR đến Metại n=2000 vg/ph, B0, B10 và B20 84 Hình 3.20 Ảnh hưởng của %EGR đến getại n=2000 vg/ph, B0, B10 và B20 85 Hình 3.21 Ảnh hưởng của %EGR và loại nhiên liệu sử dụng đến mức phát

Hình 3.22 Mức độ cải thiện phát thải NOxcủa động cơ khi xét đến ảnh hưởng

của tuần hoàn khí thải và loại nhiên liệu sử dụng tại n=2000 vg/ph 90 Hình 4.1 Kết quả xác định vùng làm việc của động cơ khi xe vận hành theo

Hình 4.2 Kết quả xác định đường đặc tính ngoài của động cơ khi sử dụng

Hình 4.3 Sơ đồ bố trí chung phòng thử động lực học cao động cơ tại Đại

Hình 4.5 Sơ đồ bố trí thiết bị đo thuộc tính dòng khí nạp, thải và dòng khí

Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh thiết bị đo tổn thất khí động 100

Hình 4.8 Tỷ lệ EGR theo chế độ tải và tốc độ động cơ khi sử dụng ECU

Hình 4.9 Giới hạn thay đổi các thông số Me, Tthải , TEGR, Tnạptại nđc = 2000

Ký hiệu Tên hình vẽ, đồ thị Trang

Hình 4.10 Ảnh hưởng của %EGR và loại nhiên liệu sử dụng đến Texh 105 Hình 4.11 Ảnh hưởng của %EGR và loại nhiên liệu sử dụng đến pexh 107 Hình 4.12 Ảnh hưởng của %EGR đến  và nồng độ ô xy trong khí nạp 108

Hình 4.15 Ảnh hưởng của %EGR và loại nhiên liệu sử dụng đến phát thải

Hình 4.17 Kết quả xác định %EGRNewkhi động cơ sử dụng nhiên liệu B10 119 Hình 4.18 Kết quả xác định %EGRNewkhi động cơ sử dụng nhiên liệu B20 120

MỞ ĐẦU

Tuần hoàn khí thải (EGR) là giải pháp hữu hiệu được sử dụng nhằm làm giảm

quay trở lại đường nạp của động cơ nhằm làm giảm nồng độ ô xy trong hỗn hợp cháy Trong phần lớn các tính toán lý thuyết, dòng khí EGR thường được coi là khí trơ với

các chất trên có trong khí EGR cũng sẽ khác nhau Các chất này sẽ có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng quá trình cháy tiếp theo, mức phát thải ô nhiễm của động cơ

Mức phát thải NOx của động cơ phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ cực đại của

ứng tạo NOx Các nghiên cứu đã công bố cho thấy việc giảm nồng độ ôxy và nhiệt

mức 15÷20% (mức sử dụng khá phổ biến hiện nay trên các động cơ diesel hiện đại)

Bên cạnh đó, mức phát thải PM và HC cũng có xu hướng tăng khi tăng tỷ lệ tuần hoàn khí thải, mức độ tăng các chất phát thải nêu trên sẽ rõ ràng hơn khi tỷ lệ EGR vượt quá mức 30% ở chế độ tải nhỏ, trung bình và khoảng 20÷25% ở chế độ tải lớn,

khi xét đến từng chất thải độc hại có trong khí thải của động cơ

động cơ [24, 47] Công trình [47] dựa trên việc nghiên cứu tổng quan các công trình nghiên cứu đánh giá về ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel đến chỉ tiêu kinh tế, môi trường của động cơ đã chỉ ra rằng việc sử dụng nhiên liệu biodiesel B100 có thể làm

liệu biodiesel trong đó có việc sử dụng tuần hoàn khí thải

nhiên liệu điều khiển điện tử, tăng áp có điều khiển VGT, tuần hoàn khí thải… và được điều khiển bằng ECU đang dần được thay thế cho các động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu kiểu cơ khí truyền thống vì vậy việc nghiên cứu nhằm chủ động làm chủ các công nghệ trên là rất cần thiết

Có sự liên hệ mật thiết giữa thuộc tính của dòng khí thải và dòng khí EGR (bao gồm các thuộc tính vật lý và hàm lượng các chất ô nhiễm) với tỷ lệ tuần hoàn

được quay trở lại buồng cháy, kết hợp với không khí và nhiên liệu tham gia vào quá

việc tuần hoàn khí thải đến các chỉ tiêu kỹ thuật và môi trường của động cơ diesel phun nhiên liệu điện tử khi sử dụng diesel sinh học B10 và B20” là rất cần thiết nhằm

chủ động kiểm soát tỷ lệ EGR khi động cơ chuyển sang sử dụng nhiên liệu biodiesel

Mục đích nghiên cứu của luận án

Nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ tuần hoàn khí thải đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B0, B10 và B20 bằng phần mềm mô phỏng chuyên dụng kết hợp với thực nghiệm trên bệ thử động cơ, làm

cơ sở cho việc xây dựng bộ dữ liệu nhằm chủ động kiểm soát tỷ lệ EGR phù hợp cho động cơ diesel có hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử kiểu CR khi chuyển sang sử dụng biodiesel B10, B20

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là động cơ diesel D4CB 2.5 TCI-A là động cơ 4 kỳ, 4

CR dùng bơm cao áp kiểu CP1H với áp suất phun lớn nhất là 1600 bar, tăng áp bằng tua bin khí thải kiểu VGT có làm mát khí tăng áp, sử dụng hệ thống EGR kiểu áp suất

Nhiên liệu sử dụng là diesel khoáng (B0) Hỗn hợp nhiên liệu diesel/biodiesel

có tỷ lệ pha trộn 10% (B10) và 20% (B20) theo thể tích (với diesel sinh học gốc B100 được sản xuất từ bã thải của quá trình tinh lọc dầu Cọ thô thành dầu ăn), [20]

Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, ưu tiên cho các nghiên cứu thực nghiệm chuyên sâu trên các trang thiết bị chuyên dụng

mềm chuyên dụng AVL-Boost có độ tin cậy và chính xác cao nhằm mục đích:

diễn biến nhiệt độ, áp suất, tốc độ tỏa nhiệt … khi động cơ sử dụng nhiên liệu B0 có xét đến ảnh hưởng của EGR

+ Tính toán chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ khi thay đổi tỷ lệ tuần hoàn khí thải và loại nhiên liệu sử dụng

chính xác và mức độ tự động hoá cao thuộc: Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Viện Cơ khí Động lực - Đại học Bách khoa Hà Nội; Phòng thí nghiệm động cơ đốt

đích chính sau:

các mô hình mô phỏng;

+ Kiểm chứng đánh giá mô hình lý thuyết;

EGR của động cơ khi sử dụng các loại nhiên liệu khác nhau;

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án

* Ý nghĩa khoa học

hưởng của EGR đến các thông số nhiệt động bên trong xi lanh, chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ trên phần mềm AVL-Boost

thải đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường là cơ sở khoa học cho việc xác định %EGR phù hợp khi động cơ chuyển sang sử dụng nhiên liệu biodiesel nhằm

* Ý nghĩa thực tiễn

động cơ diesel có HTPNL kiểu CR, đặc biệt là khi quan tâm chi tiết đến quá trình kiểm soát tỷ lệ tuần hoàn khí thải

đã đóng góp trực tiếp cho việc thực hiện Đề tài NCKH & PTCN cấp Nhà nước

“Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm ECU phù hợp cho việc sử dụng nhiên liệu diesel

sinh học biodiesel với các mức pha trộn khác nhau”, mã số ĐT.08.14/NLSH (Thuộc

Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025), [20]

B ố cục của Luận án

Luận án được thực hiện với 123 trang thuyết minh và 7 Phụ lục, bao gồm những nội dung chính sau:

- Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: tập trung phân tích, đánh giá

tổng quan về tình hình sử dụng nhiên liệu diesel sinh học; sự thay đổi các thuộc tính của biodiesel so với nhiên liệu diesel truyền thống; tổng quan về hệ thống EGR trên động cơ diesel; tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải và loại

đích, phương pháp, phạm vi nghiên cứu, nội dung và đối tượng nghiên cứu

- Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán chu trình công tác của động cơ diesel phun nhiên liệu kiểu CR có xét đến ảnh hưởng của EGR và đặc tính của nhiên liệu Nội dung của chương 2 tập trung vào việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán

CTCT; lựa chọn phần mềm tính toán CTCT và các chỉ tiêu công tác của động cơ; thực nghiệm xác định thông số đầu vào phục vụ cho việc xây dựng mô hình mô phỏng CTCT của động cơ diesel Hyundai 2.5TCI-A có xét đến QLCCNL, %EGR và loại nhiên liệu sử dụng

- Chương 3 Khảo sát ảnh hưởng của %EGR đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ khi sử dụng nhiên liệu biodiesel: trình bày việc

xây dựng và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng CTCT của động cơ; kết quả tính toán, đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải và loại nhiên liệu sử dụng đến diễn biến các quy luật nhiệt động trong xi lanh; đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ 2.5TCI-A tại các chế độ vận hành khác nhau

- Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm: trình bày các nội dung liên quan đến

nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định quy luật điều khiển hệ thống EGR ở động cơ nguyên thủy; đánh giá ảnh hưởng của EGR và loại nhiên liệu sử dụng đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ khi sử dụng: B0, B10 và B20 ở các chế độ vận hành khác nhau; xác định được tỷ lệ tuần hoàn khí thải phù hợp cho động

cơ khi sử dụng B10, B20; xây dựng bộ dữ liệu phục vụ việc chủ động kiểm soát

Phần Kết luận và hướng phát triển của luận án trình bày những đóng góp mới của luận án trong lĩnh vực chuyên ngành và hướng nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về hệ thống tuần hoàn khí thải trên động cơ

1.1.1 Lịch sử nghiên cứu và phát triển hệ thống tuần hoàn khí thải

Tuần hoàn khí thải (EGR) là phương pháp đưa một phần khí thải quay trở lại đường nạp nhằm làm giảm nồng độ ô xy trong hỗn hợp môi chất công tác bên trong

khí thải được áp dụng rất rộng rãi trên động cơ động cơ đốt trong kiểu pít tông

Tuần hoàn khí thải không phải là giải pháp công nghệ mới Tác dụng làm giảm

thống EGR trên động cơ trên thực tế mãi đến cuối những năm 1950 mới được thực hiện (Kopa 1960) Ban đầu hệ thống EGR chỉ đơn giản là dạng ống phụt jecter nối trực tiếp từ đường thải sang đường nạp Hệ thống sẽ đưa khí EGR trở lại đường nạp

ở tất cả các chế độ làm việc của động cơ Với thiết kế này làm cho động cơ khó khởi động, làm việc không ổn định ở chế độ không tải Các thí nghiệm đầu tiên về hệ thống EGR được thực hiện vào những năm 1960

Sự phát triển của hệ thống EGR được đánh dấu từ năm 1973 khi Chrysle cho

nhằm kích hoạt hệ thống điều khiển của van EGR khi nhiệt độ động cơ ở trạng thái làm việc ổn định

Từ những năm 1972 đến cuối những năm 1980 EGR thường được sử dụng

hạng nhẹ và xe khách tại Mỹ Cuối những năm 1990, hệ thống EGR sử dụng phổ biến trên động cơ xăng Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống EGR cho động cơ diesel mãi đến đầu những năm 1990 mới được ứng dụng và phát triển (Hawley 1999) Đến đầu những năm 2000 do yêu cầu cần đáp ứng những tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt dành cho xe tải nên Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) đã phát triển các chương trình nghiên cứu giúp cải thiện phát thải của phương tiện (trong đó có việc phát triển hệ thống EGR có làm mát khí EGR) Từ 2000÷2010 hệ thống EGR có làm mát khí EGR được sử dụng phổ biến trên các động cơ diesel tại Mỹ

Đến sau những năm 2010 hệ thống EGR ứng dụng trên động cơ không chỉ

cơ xăng việc sử dụng EGR trên những động cơ phun nhiên liệu trực tiếp còn giúp giảm công bơm (tăng hiệu suất nhiệt), tăng khả năng chống kích nổ và giúp động cơ

cháy với hỗn hợp nghèo, giảm suất tiêu thụ nhiên liệu; đối với động cơ diesel việc điều khiển hệ thống EGR nhằm làm tăng nhiệt độ khí thải với mục đích tái sinh lọc

1.1.2 Vai trò của hệ thống tuần hoàn khí thải

Đối với động cơ diesel các ô nhiễm chính gồm: NOx, HC, CO và hạt bụi (PM)

việc thỏa mãn các tiêu chuẩn về khí thải [66] So với PM thì NOx là chất khó xử lý

bộ xử lý khi thải (BXLKT) thì phát thải PM có thể ảnh hưởng đến chất lượng làm việc cũng như tuổi thọ của BXLKT [66] Để làm giảm NOx có thể sử dụng các biện pháp sau: tối ưu hóa quá trình cháy, phun nước vào xi lanh, tuần hoàn khí thải (EGR),

sử dụng các BXLKT…

Bên cạnh việc đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải thì việc duy trì thời gian đáp ứng là tiêu chí quan trọng đánh giá hiệu quả của hệ thống xử lý khí thải Xử lý khí thải tại nguồn phát sinh (trong buồng cháy động cơ) sẽ có thời gian duy trì khả năng đáp ứng tiêu chuẩn lâu hơn [72] Tuần hoàn khí thải (EGR) là giải pháp được lựa

Vai trò của EGR trong việc đáp ứng các tiêu chuẩn Euro được trình bày trên

lên thì không thể thiếu hệ thống EGR

Hình 1.1 Vai trò của EGR trong việc đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải [66]

Việc kết hợp giữa EGR và hệ thống phun nhiên liệu (HTPNL) điều khiển điện

tử cho phép phun nhiều giai đoạn với áp suất cao (HTPNL kiểu Common Rail - CR)

sẽ cho phép tận dụng tối đa các lợi ích của hệ thống CR đồng thời cho phép động cơ

vận hành một cách linh hoạt, hiệu quả với mức phát thải NOx thấp và đảm bảo mức phát thải PM của động cơ không quá cao (do áp suất phun cao quá trình phun chia làm nhiều giai đoạn sẽ có xu hướng làm giảm mức phát thải PM)

Hiện nay, phương pháp điều khiển hệ thống EGR phù hợp theo từng chế độ vận hành của động cơ hiện vẫn là bí quyết công nghệ của các hãng sản xuất động cơ Thuộc tính của dòng khí EGR (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, thành phần chính tham

của nhiên liệu sử dụng Vì vậy, để chủ động kiểm soát %EGR khi động cơ chuyển sang sử dụng biodiesel B10, B20 cần có các nghiên cứu chi tiết

1.1.3 Phân loại hệ thống tuần hoàn khí thải

Hệ thống EGR trên động cơ hiện nay được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau: (1) áp suất khí EGR (EGR ở áp suất cao và EGR ở áp suất thấp), (2) phương pháp làm mát dòng khí EGR (có làm mát, không làm mát), (3) phương pháp điều khiển van EGR (dựa vào độ chân không trên đường nạp, van điện từ, bơm khí EGR)

1.1.3.1 Theo áp suất của dòng khí tuần hoàn

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống EGR kiểu áp suất cao (a) và áp suất thấp (b) [40]

1 - Bộ lọc khí nạp; 2 - Cảm biến lưu lượng khí nạp; 3 - Két làm mát khí sau tăng áp; 4 - Bướm gió; 5 - Van EGR; 6 - Két làm mát khí EGR; 7 - bộ tua bin - máy nén;

8 - Bộ xử lý khí thải

Sơ đồ nguyên lý hệ thống EGR kiểu áp suất cao và EGR ở áp suất thấp được

trên cổ góp khí thải phía trước tua bin để đưa đến vị trị cổ góp khí nạp phía sau của máy nén Hệ thống EGR ở áp suất thấp sử dụng một phần khí thải được trích ra phía sau tua bin (hoặc sau BXLKT) để đưa trở lại đường nạp tại vị trí phía trước máy nén

So với hệ thống EGR áp suất thấp thì hệ thống EGR áp suất cao có một số ưu điểm nhất định như: kết cấu đơn giản, muội than trong khí EGR không làm ảnh hưởng

đến động năng và sự cân bằng của máy nén… Tuy nhiên, nó cũng tồn tại một số nhược điểm như: khó kiểm soát tỷ lệ và nhiệt độ của khí EGR so với hệ thống EGR

ở áp suất thấp đồng thời dòng khí EGR chứa nhiều PM hơn do chưa qua bộ lọc

Mặc dù hiện nay hệ thống EGR áp suất cao thường được sử dụng phố biến

triển mạnh mẽ của các bộ lọc khí thải (bắt buộc phải có để có thể đạt tiêu chuẩn khí thải Euro V và cao hơn nữa) đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của hệ thống EGR áp suất thấp vì dòng khí EGR được lọc sạch sẽ giảm ảnh hưởng đến cân bằng của rôto máy nén và nhiệt độ dòng khí EGR, tỷ lệ EGR được kiểm soát tốt hơn, [58] Tuy nhiên, một nhược điểm khó có thể khắc phục ở hệ thống EGR áp suất thấp là việc đáp ứng với sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ chậm, cần thể tích của hệ thống EGR lớn và điều đặc biệt là cần có một hệ thống kiểm soát vòng kín cho hệ thống EGR

Hệ thống EGR áp suất cao và EGR áp suất thấp cũng có thể được kết hợp với nhau để tạo thành một hệ thống EGR dạng lai “hybrid” [58] Việc kết hợp giữa EGR

áp suất cao và EGR áp suất thấp có thể cải thiện khả năng đáp ứng của EGR đến sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ Tuy nhiên, hệ thống trở nên phức tạp đồng thời làm tăng các vấn đề liên quan đến việc kiểm soát hệ thống Sơ đồ nguyên lý của hệ thống EGR “hybrid” được trình bày trên Hình 1.3

Hình 1.3 Hệ thống EGR kết hợp giữa áp suất vao và áp suất thấp [40]

Trong hệ thống EGR “hybrid”, tỷ lệ EGR được điều chỉnh nhờ hai van EGR một dành cho “vòng trong” và một dành cho “vòng ngoài” ECU điều khiển kết hợp làm việc giữa hai van EGR trên nhằm phát huy tối đa hiệu quả của từng hệ thống (quá

1 - Bộ lọc khí nạp;

6 - Két làm mát khí EGR;

trình điều khiển trở nên phức tạp hơn và kết cấu của hệ thống cồng kềnh, đây là những

lý do chính mà hệ thống này thường ít được sử dụng)

Đối với hệ thống EGR áp suất cao, do vị trí khí EGR hòa trộn với không khí gần bầu gom khí nạp hơn so với hệ thống EGR ở áp suất thấp nên hệ thống EGR ở

áp suất cao còn được gọi là hệ thống EGR với đoạn đường đi ngắn (Short Route - SR) do khí EGR chỉ cần đi qua két làm mát, van điều khiển là có thể đến đường nạp

Hệ thống EGR áp suất thấp còn được gọi là hệ thống EGR với đoạn đường đi dài

áp, két làm mát khí nạp sau tăng áp rồi mới đến được bầu gom khí nạp

Trong công trình nghiên cứu của F.Millo và các công sự, [58] đã nghiên cứu thực nghiệm và so sánh, đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng hệ thống EGR áp suất

phun nhiên liệu điều khiển điện tử, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của hai kiểu EGR trên đến thuộc tính của dòng khí EGR, thuộc tính dòng khí nạp Nghiên cứu này đã đưa ra một số kết luận quan trọng như sau:

hơn so với hệ thống kiểu áp suất thấp, kết quả nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng tại

khi tăng lên %EGR=50 thì mức độ chênh lệch về nhiệt độ khí nạp giữa hai hệ thống tăng lên đến 40 0C;

và kiểu áp suất thấp có xu hướng bằng nhau khi ở tỷ lệ EGR thấp (nhỏ hơn 30%) Tuy nhiên, khi tăng %EGR thì nồng độ ô xy có trong khí nạp vào xi lanh khi sử dụng

hệ thống EGR kiểu áp suất thấp có xu hướng cao hơn so với khi sử dụng hệ thống EGR kiểu áp suất cao

thụ nhiên liệu của động cơ so với khi sử dụng hệ thống EGR kiểu áp suất thấp (mức

độ tăng suất tiêu thụ nhiên liệu lớn nhất khoảng 2% tại %EGR=25%)

hiệu suất nhiệt có ích của động cơ khi tỷ lệ EGR lớn hơn 25% (công bơm tăng và hiệu suất nhiệt của động cơ có xu hướng giảm đột ngột khí %EGR lớn hơn 25%) điều

này có thể được giải thích là do khi tăng tỷ lệ EGR lớn hơn 25% ở hệ thống áp suất thấp cần có sự giảm đáng kể về độ mở của bướm gió điều này làm tăng gradien áp suất cục bộ của dòng khí nạp, tăng công bơm và làm giảm hiệu suất nhiệt có ích

- Hiệu suất truyền nhiệt của động cơ khi sử dụng hệ thống EGR kiểu áp suất thấp có xu hướng thay đổi không nhiều khi tăng tỷ lệ EGR, trong khi đó ở hệ thống EGR kiểu áp suất cao hiệu suất truyền nhiệt này có xu hướng tăng khí tăng tỷ lệ EGR điều này có thể được giải thích do hệ thống SR có nhiệt độ buồng cháy cao hơn so với hệ thống LR

1.1.3.2 Theo nhiệt độ dòng khí tuần hoàn

Theo phương pháp làm mát dòng khí EGR trước khi hòa trộn với không khí

có thể chia hệ thống EGR thành hai loại: không làm mát khí EGR (hot EGR) và có làm mát khí EGR (cool EGR) Trên Hình 1.4 so sánh sơ đồ nguyên lý của hệ thống EGR không làm mát khí EGR và có làm mát khí EGR

thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng hệ thống EGR không làm mát khí

Inter-cooler

P2,T2 P3,T3

P4,T4 Q4

EGR Valve

P4,T4 Q4

EGR Valve EGR cooler

EGR và có làm mát khí EGR đến mức phát thải của động cơ diesel có HTPNL kiểu

tốt hơn so với hệ thống không làm mát khí EGR (mức chênh lệch có thể lên đến 50% giữa hai hệ thống), đặc biệt là tại chế độ tải thấp và tải trung bình Kết quả nghiên cứu cũng đã chỉ ra việc sử dụng hệ thống EGR có làm mát khí EGR có mức phát thải

PM nhỏ hơn từ 10÷75% so với việc sử dụng hệ thống không làm mát khí EGR Tuy nhiên, hệ thống có làm mát khí EGR có cấu tạo phức tạp hơn

1.1.3.3 Theo phương pháp điều khiển van tuần hoàn khí thải

Hiện nay có hai phương pháp chính để điều khiển độ nâng của van EGR là: dựa trên độ chân không trên đường nạp và điều khiển bằng lực điện từ

So với van EGR điều khiển bằng lực điện từ thì van EGR điều khiển dựa vào

độ chân không có kết cấu đơn giản hơn Để điều khiển được độ chân không trên van EGR có hai phương án chính thường được sử dụng:

cơ Vì vậy, độ chân không của van sẽ tỷ lệ thuận với độ chân không trên họng nạp Phương pháp này thường được sử dụng trên những động cơ có HTPNL kiểu cơ khí truyền thống

động cơ và chế độ làm việc của bơm được điều khiển trực tiếp từ ECU theo các chế

độ vận hành của động cơ Vì vậy phương án này thường được sử dụng trên những động cơ có HTPNL điều khiển điện tử

Van EGR kiểu điện từ được điều khiển trực tiếp từ ECU, độ nâng van được ECU điều chỉnh thông qua việc thay đổi điện áp cấp cho van theo từng chế độ làm việc của động cơ So với van điều khiển dựa trên độ chân không thì thời gian đáp ứng của van điện từ với sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ là tương đối tốt Van EGR điều khiển kiểu điện từ thường được áp dụng trên những động cơ dùng HTPNL điều khiển điện tử

1 1.4 Các phương pháp xác định tỷ lệ tuần hoàn khí thải

Tỷ lệ tuần hoàn khí thải là tỷ lệ giữa lượng khí thải tuần hoàn trong tổng lượng khí được nạp vào bên trong động cơ Tỷ lệ tuần hoàn khí thải được xác định bằng các công thức sau:

) (

) (

1

100

%

.

air p i pair

p i EGR pEGR

T T C

T T C EGR







vùng hòa trộn giữa khí nạp mới và khí EGR, [K]

air EGR

air e

airch

CO CO

CO CO

EGR

][][

][]

[.100

%

2 2

2 arg

.

.100

%

EGR air

EGR

m m

m EGR

Để xác định được tỷ lệ EGR theo công thức (1.1) cần bố trí các cảm biến đo nhiệt độ của khí EGR, nhiệt độ của khí nạp và nhiệt độ tại vùng hòa trộn giữa khí nạp mới và khí EGR gây ra những khó khắn nhất định cho quá trình bố trí và lắp đặt các thiết bị thử nghiệm Đồng thời, nhiệt dung riêng đẳng áp của khí EGR và khí nạp thông thường được tính một cách gián tiếp thông qua nhiệt độ

Việc xác định tỷ lệ EGR theo công thức (1.2) sẽ cho kết quả có độ chính xác cao Tuy nhiên, hệ thống phân tích các chất thải dạng khí phải có hai đầu lấy mẫu và

Căn cứ vào các phân tích trên và căn cứ vào điều kiện thử nghiệm thực tế trong nội dung của luận án NCS đã tính tỷ lệ EGR theo công thức (1.3) do có thể đo được trực tiếp lưu lượng của khí EGR và không khí nạp mới khi động cơ vận hành ở chế

độ tải và tốc độ khác nhau bằng cách sử dụng các cảm biến trên động cơ và cảm biến của bệ thử (sơ đồ bố trí trang thiết bị đo được trình bày trong Hình 4.4)

1.1.5 Một số lưu ý khi sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải

Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đều chỉ ra rằng việc sử dụng

Tuy nhiên, khi sử dụng EGR cần lưu ý một số vấn đề sau [58]:

- Không sử dụng hệ thống EGR khi động cơ làm việc ở các chế độ sau: khởi động, toàn tải (khi tốc độ và vị trí ga lớn), không tải (khi vị trí chân ga nhỏ hơn 5%),

- Ở động cơ sử dụng HTPNL điều khiển điện tử và có trang bị hệ thống tăng

áp kiểu VGT, hệ thống EGR kiểu áp suất cao có làm mát khí EGR thì cần có sự kết hợp chặt chẽ giữa van EGR và van VGT nhằm duy trì hiệu suất làm việc của bộ tua

thải và đường nạp hoặc để nâng cao tỷ lệ EGR tại một số chế độ làm việc của động

cơ cần có sự phối hợp làm việc giữa van VGT và van EGR

- Hệ thống EGR có làm mát dòng khí EGR sẽ đem lại hiệu quả tốt hơn nhiều

so với việc không làm mát; đồng thời việc làm mát dòng khí EGR cũng giảm hệ số truyền nhiệt từ buồng cháy [58]

khác như HC, CO và đặc biệt là PM Vì vậy, tỷ lệ EGR hợp lý cần được lựa chọn dựa trên việc cân đối giữa các yêu tố nêu trên Mặt khác, hệ thống EGR cũng cần phải kết hợp chặt chẽ với HTPNL kiểu CR nhằm phát huy một cách tối đa ưu điểm của CR

nhưng bên cạnh đó sẽ làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu, giảm hiệu suất có ích của động cơ vì vậy tỷ lệ EGR hợp lý được lựa chọn ngoài việc cần đối về mức phát thải

lớn nhất đối với động cơ diesel có HTPNL điều khiển điện tử thường thay đổi từ 20÷30 % tùy thuộc vào từng chế độ vận hành và loại động cơ cụ thể, [58, 72]

nhằm lọc các hạt PM có trong khí thải trước khi dẫn khí ngược trở lại đường nạp (tránh ảnh hưởng đến mức độ cân bằng trên rô to của máy nén)

1.2 Tổng quan về nhiên liệu sinh học

1.2.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu diesel sinh học

Trên thế giới: theo báo cáo của tổ chức Hợp tác và phát triển kinh tế và tổ chức Nông lương Liên hợp quốc, mức tiêu thụ nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) trên thế giới dự kiến sẽ tăng từ 33,2 tỷ lít trong năm 2016 lên 37,9 tỷ lít trong năm 2020

(mức tăng khoảng 14% trong 5 năm), [99] Nguồn nguyên liệu để sản xuất B100 chủ yếu từ các sản phẩm nông nghiệp Các nước có mức tiêu thụ biodiesel đứng đầu thế giới như: Mỹ (60 triệu thùng/ngày), Đức (49 triệu thùng/ngày), Brazil và Pháp (lần lượt là 48 và 43 triệu thùng/ngày) Mức tiêu thụ biodiesel của 4 nước dẫn đầu thế giới

có sự cách biệt rất lớn so với các nước đứng sau (tổng mức tiêu thụ của 4 nước đứng đầu thế giới bằng tổng của 15 nước đứng phía sau)

Tại các nước có nền kinh tế phát triển: Lượng tiêu thụ biodiesel của các nước

kiến đến năm 2025 được trình bày trên Hình 1.5-a Có thể thấy, mức tiêu thụ biodiesel của các nước trong OECD tăng từ 20610 (triệu lít) năm 2015 lên 22739 (triệu lít) năm

2020 (tăng 10,4 % trong 5 năm)

Hình 1.5 Mức tiêu thụ biodiesel của các nước thuộc OECD và Mỹ [100]

a - Các nước trong tổ chức OECD, b - Mỹ

Tại Mỹ: trong những năm gần đây Mỹ luôn là quốc gia đứng đầu thế giới về lượng tiêu thụ biodiesel Việc nghiên cứu sử dụng biodiesel cho PTCGĐB tại Mỹ được phát triển từ rất sớm Tuy nhiên trước, năm 2010 mức tiêu thu biodiesel tại Mỹ

ở mức thấp (260÷354 triệu gallon/năm) Sau năm 2010 do những chính sách ưu tiên phát triên nhiên liệu sinh học trong đó có biodiesel làm cho lượng tiêu thụ biodiesel

có sự gia tăng đột biến với lượng tiêu thụ năm 2017 gấp 7,5 lần so với năm 2010 (từ

260 triệu gallon năm 2010 lên 1955 triệu gallon trong năm 2017) (Hình 1.5-b) Tất

cả các động cơ diesel tại Mỹ đều có thể sử dụng biodiesel với mức pha trộn nhỏ hơn 5% (theo thể tích) Với mức pha trộn 20% thường được sử dụng cho các phương tiện công cộng, các đoàn xe công của chính phủ như: xe buýt trường học, xe buýt trung chuyển, xe thư báo và các loại xe quân sự Hiện nay, Mỹ cũng đang đầu tư rất nhiều

886 899

1429 1417

1794

2085 1955

0 500 1000 1500 2000 2500

ngân sách vào các dự án nghiên cứu phát triển và sử dụng B10, B20 cho các PTCGĐB

hầu hết các tiểu bang

Tại Châu Âu: mức tiêu thụ biodiesel của các nước trong liên minh Châu Âu được trình bày trong Bảng 1.1 Ta thấy, mức tiêu thụ biodiesel tại các nước này liên tục tăng trong các năm gần đây với mức tăng trung bình khoảng 8,1%/năm ở giai đoạn từ 2010÷2018 Đức và Pháp là hai nước có mức tiêu thụ nhiên liệu biodiesel lớn nhất trong khu vực (mỗi nước chiếm từ 15,8÷20,26% lượng tiêu thụ của toàn khối) Trong những năm gần đây Anh cũng có sự tăng trưởng mạnh về sản lượng tiêu thụ biodiesel (từ mức chiếm 8,06% sản lượng của Châu âu năm 2010 lên mức 12,59% trong năm 2018)

Khu vực Châu Á: Thái lan và Indonesia là hai quốc gia có mức tiêu thụ biodiesel lớn nhất trong khu vực đồng thời lần lượt xếp ở vị trí thứ 8 và 11 trong số các nước có lượng tiêu thụ nhiên liệu biodiesel lớn nhất thế giới, nổi bật là:

lượng tiêu thụ biodiesel phục vụ cho các hoạt động giao thông vận tải đã tăng từ 389 triệu lít (năm 2010) lên mức 842 triệu lít (năm 2017) Tỷ lệ pha trộn của biodiesel tại Thái lan cũng tăng từ mức 3,5% (năm 2010) lên mức 6% (năm 2017) [82]

tiêu thụ nhiên liệu biodiesel phục vụ cho các hoạt động giao thông vận tải đã tăng từ mức 178 triệu lít (năm 2010) lên mức 665 triệu lít (năm 2015) và có sự gia tăng mạnh lên mức 2272 triệu lít (năm 2017) Sự gia tăng đột biến về mức tiêu thụ biodiesel tại Indonesia có thể được giải thích do sự tăng tỷ lệ pha trộn (trước năm 2015 tỷ lệ pha trộn nhỏ hơn 2,6%; sau năm 2015 mức pha trộn tăng lên 10,8% và dự kiến trong năm

1.2 2 Sự thay đổi thuộc tính của hỗn hợp biodiesel theo tỷ lệ pha trộn

Đối với nhiên liệu biodiesel khi thay đổi tỷ lệ pha trộn, các thuộc tính (tỷ lệ C:H:O, sức căng mặt ngoài, độ nhớt, tỷ trọng ) và đặc tính (nhiệt trị, trị số xê tan )

của biodiesel cũng thay đổi theo (Bảng 1.2) nhưng với chiều hướng rất khác nhau

Bảng 1.2 Sự thay đổi thuộc tính của hỗn hợp biodiesel theo tỷ lệ pha trộn

(với cùng loại biodiesel gốc B100) [19]

Trong thành phần hóa học của nhiên liệu biodiesel, nồng độ ô xy trong nhiên liệu tăng khi tăng tỷ lệ pha trộn điều này sẽ ảnh hưởng đến tỷ lệ A/F của hỗn hợp môi chất công tác bên trong xi lanh Do vậy, khi sử dụng biodiesel cho động cơ sẽ tác động trực tiếp đến các thông số nhiệt động của CTCT như diễn biến áp suất bên trong

xi lanh, tốc độ tỏa nhiệt (HRR), giá trị góc quay trục khuỷu (GQTK) tương ứng với

Nhiệt trị thấp của biodiesel thấp hơn so với diesel sẽ ảnh hưởng đến công suất

và suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ theo hướng giảm công suất và tăng suất tiêu thụ nhiên liệu Vì vậy, nếu muốn duy trì công suất (mô men xoắn) của động cơ thì cần tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình

Trong công trình [55] đã nghiên cứu tổng quan ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel đến mức phát thải của động cơ Công trình đã so sánh được các thuộc tính vật lý cơ bản của những loại biodiesel phổ biến được sử dụng trong các công trình nghiên cứu trên thế giới (kết quả so sánh được trình bày trong Bảng 1.3) Căn cứ vào kết quả trình bày trong Bảng 1.2 và Bảng 1.3 ta thấy, khi sử dụng nhiên liệu biodiesel với tỷ lệ pha trộn khác nhau do sự gia tăng về tỷ trọng, độ nhớt, sức căng bề mặt ngoài

sẽ tác động đến quá trình hình thành, phát triển và phân rã tia phun; quá trình hòa trộn của hạt nhiên liệu với khí nạp

Bảng 1.3 Sự thay đổi thuộc tính vật lý của hỗn hợp biodiesel trong

một số công trình nghiên cứu trên thế giớ [55]

1.2.3 Ảnh hưởng của biodiesel đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường

tương đồng hoặc tăng về công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất nhiệt có ích của động cơ khi sử dụng biodiesel và diesel (kết quả được trình bày trong Bảng 1.4)

Bảng 1.4 Tỷ lệ nghiên cứu đã công bố về sự thay đổi chỉ tiêu kinh tế, năng lượng

của động cơ khi sử dụng biodiesel so với diesel [55]

Việc sử dụng biodiesel (từ B5÷B100) sẽ giảm từ 1,5÷8% công suất của động

cơ so với khi sử dụng diesel (điều này có thể được giải thích do sự suy giảm về nhiệt trị của nhiên liệu) [55]

Sử dụng biodiesel sẽ làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ Có sự tương đồng nhất định giữa việc tăng về mức tiêu thụ nhiên liệu với việc suy giảm về nhiệt trị thấp của nhiên liệu biodiesel Công trình [55] đã xây dựng được mối liên hệ giữa sự thay đổi về lượng tiêu thụ nhiên liệu và tỷ lệ pha trộn (Hình 1.6-a) Có thể thấy việc sử dụng biodiesel có mức pha trộn dưới 20% làm thay đổi không nhiều (khoảng 2%) suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ

Hình 1.6 Sự thay đổi về g e (a) và mức phát thải NO x (b) theo tỷ lệ pha trộn [55]

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của biodiesel đến mức phát thải các chất độc hại

chiều Tỷ lệ các nghiên cứu trên thế giới đánh giá về sự thay đổi mức phát thải (tăng, giảm hoặc không đổi) một số chất độc hại có trong khí thải của động cơ khi sử dụng biodiesel và diesel được trình bày trong Bảng 1.5 [55]

Bảng 1.5 Tỷ lệ nghiên cứu đã công bố về sự thay đổi chỉ tiêu môi trường của

động cơ khi sử dụng biodiesel so với diesel [55]

động cơ được chia thành 4 nhóm chính: nhóm có báo cáo kết quả mức phát thải NOx

điều kiện vận hành nhất định (nhóm II), một số công trình công bố không có sự khác

- Đối với các kết quả thuộc nhóm I: mức phát thải NOx có sự tăng nhẹ

ảnh hưởng của các thuộc tính vật lý của biodiesel (độ nhớt, khối lượng riêng) đến quá

trình phun nhiên liệu, sự giảm thời gian cháy trễ do tăng trị số xê tan và nồng độ ôxy

cao có trong nhiên liệu biodiesel [55]

(khoảng 10%) khi sử dụng biodiesel Điều này có thể được giải thích do nhiên liệu biodiesel có trị số xê tan cao không những giúp cải thiện quá trình cháy (dẫn đến tăng

Phát thải PM: hầu hết các công trình đã công bố trên thế giới đều cho thấy việc

sử dụng biodiesel sẽ làm giảm phát thải PM Điều này có thể được giải thích do nhiên liệu biodiesel có nồng độ ô xy trong nhiên liệu cao sẽ làm tăng nhiệt độ của quá trình cháy khuếch tán giúp đốt cháy các hạt PM, một số nguyên nhân khác có thể kể đến như: cấu trúc của nhiên liệu, nhiệt độ sôi của biodiesel thấp hơn…

1.2.4 Ảnh hưởng của nhiên liệu sử dụng đến thuộc tính dòng khí thải

Nếu bỏ qua sự thay đổi về thành phần các chất có trong khí thải khi di chuyển trong ống dẫn khí EGR quay trở lại đường nạp, sự ngưng tụ của hơi nước có trong

một số thuộc tính giống như của của khí thải Những tác động làm thay đổi thuộc tính của dòng khí thải thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thuộc tính của dòng EGR

Hình 1.7 Mối liên hệ giữa nhiên liệu, thuộc tính dòng khí thải và dòng khí EGR

Đối với động cơ diesel, khi chuyển sang sử dụng biodiesel thì thuộc tính của dòng khí thải và dòng khí EGR có sự thay đổi nhất định so với khi sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống Sự ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu đến thuộc tính dòng khí thải và thuộc tính dòng khí EGR được thể hiện trên Hình 1.7, có thể thấy mối liên hệ mật thiết giữa thuộc tính của dòng khí thải và khí tuần hoàn với thuộc tính của nhiên liệu sử dụng

xi lanh

Tạo hỗn hợp và cháy, hình thành sản phẩm cháy

Khí thải

Khí EGR

Đối với nhiên liệu biodiesel khi thay đổi tỷ lệ pha trộn, các thuộc tính và đặc

hướng rất khác nhau Nhiên liệu biodiesel có sự gia tăng về nồng độ ô xy điều này sẽ ảnh hưởng đến tỷ lệ A/F của hỗn hợp môi chất công tác bên trong xi lanh, phát thải

được làm mát và quay trở lại đường nạp sẽ góp phần vào việc làm tăng nhiệt ẩn hóa

Tỷ lệ hyđrô và cacbon có trong biodiesel nhỏ hơn so với nhiên liệu diesel

xu hướng giảm so với khi sử dụng nhiên liệu diesel khoáng

1.3 Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải, loại nhiên liệu

sử dụng đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ

1.3.1 Trên thế giới

Trên thế giới, việc nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống EGR trên động cơ đã được thực hiện từ rất sớm, (những năm 1960) tập trung vào các nhóm vấn đề chính như: hoàn thiện kết cấu và điều khiển hệ thống, đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp EGR khác nhau đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ

1.3.1.1 T rên động cơ dùng hệ thống phun nhiên liệu kiểu cơ khí

Hình 1.8 Hiệu quả của việc làm mát (a) và oxi hóa (b) khí EGR [59]

Công trình nghiên cứu của Ming Zheng và các cộng sự [59] đã tiến hành

và PM của động cơ Nghiên cứu trên được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm trên động cơ Isuzu 1.0 lít 3 xilanh, có HTPNL kiểu cơ khí truyền thống Các phương

án EGR đã được nghiên cứu bao gồm: EGR ở áp suất cao, EGR ở áp suất thấp, hệ thống EGR có sử dụng BXLKT kiểu ôxi hóa sau van EGR (lắp bộ DOC phía sau van EGR), hệ thống EGR có phun bổ sung nhiên liệu vào dòng khí sau van EGR Kết quả

của nghiên cứu đã chỉ ra việc sử dụng hệ thống EGR có làm mát khí EGR sẽ có hiệu

(Hình 1.8 a) Đối với hệ thống EGR có sử dụng bộ DOC lắp sau van EGR sẽ cho phép mở rộng tỷ lệ EGR so với trường hợp không lắp bộ xúc tác khoảng 68,75% (Hình 1.8 b) Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung nhiên liệu vào dòng khí phía

nồng độ ôxi thấp không thể đốt cháy được hạt PM trong khí EGR)

Hình 1.9 Ảnh hưởng của %EGR đến hiệu suất có ích (a) và

mức phát thải NO x (b), [67]

Công trình nghiên cứu của K.Rajan và các cộng sự [67] đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của EGR đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu truyền thống và biodiesel có nguồn gốc từ dầu hoa hướng dương Quá trình nghiên cứu được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm trên động cơ hai xi lanh tại tốc độ 1500 vg/ph với các giá trị tải thay đổi từ 0÷100%

tỷ lệ tuần hoàn được giữ cố định ở mức là 15% tại tất cả các chế độ tải của động cơ Kết quả kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng với %EGR=15% sẽ làm tăng 4% hiệu suất

có ích khi so sánh với trường hợp %EGR=0 tại chế độ tải thấp và trung bình (Hình 1.9 a) Điều này được giải thích là do hiện tượng tiếp tục cháy của lượng HC có trong khí EGR tại chế độ tải thấp [67] Khi sử dụng biodiesel có nguồn gốc từ dầu hoa hướng dương sẽ làm tăng suất tiêu thụ nhiên liệu khoảng 10% đối với B20 và 15% đối với B40 Điều này có thể được giải thích do sự suy giảm về nhiệt trị của biodiesel

khi động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và biodiesel Việc sử dụng %EGR=15 sẽ làm

diesel và biodiesel) (Hình 1.9 b)

Công trình nghiên cứu của Hussain và các cộng sự [49] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác định ảnh hưởng của EGR đến chỉ tiêu kinh tế và mức phát thải của động cơ Kirloskar HA 394 (diesel 3 xi lanh, phun nhiên liệu trực tiếp, công suất định mức là 20kW tại 1500 vg/ph) Quá trình nghiên cứu thử nghiệm được tiến hành tại tốc độ 1500 vg/ph, tỷ lệ EGR thay đổi từ 0÷25%, tải thay đổi từ 0÷100% Công trình đã đánh giá được ảnh hưởng của %EGR đến hiệu suất nhiệt, mức tiêu thụ nhiên liệu, nhiệt độ khí thải (Texh), nhiệt độ khí EGR (TEGR), phát thải NOx, HC và độ khói của động cơ Tại các chế độ tải thấp kết quả thử nghiệm cho thấy có sự tăng nhẹ về hiệu suất có ích và giảm mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ khi tăng tỷ lệ EGR Với

%EGR=15% sẽ đảm bảo được các chỉ tiêu kinh tế-năng lượng, đồng thời giảm được

Năm 2011, tác giả Agarwal và các cộng sự [41] đã nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của EGR đến chỉ tiêu kinh tế, môi trường và cặn cacbon trong buồng cháy của động cơ diesel lai máy phát điện Quá trình nghiên cứu được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm trên động cơ PH2 (diesel 2 xi lanh phun nhiên liệu trực tiếp, có công suất định mức là 9 kW tại 1500 vg/ph) Công trình đã đánh giá được ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến mức tiêu thụ nhiên liệu, Texh, phát thải NOx, HC, độ khói của động

cơ Tại các chế độ tải nhỏ, việc tăng tỷ lệ EGR có xu hướng giảm nhẹ mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ (Hình 1.10) [41] Sử dụng EGR sẽ làm giảm mức phát thải

Hình 1.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến suất tiêu thụ nhiên liệu (BSFC) [41]

Năm 2012, tác giả Sorathia và các cộng sự [71] đã nghiên cứu ảnh hưởng của

loại nhiên liệu khác nhau: diesel truyền thống, biodiesel với B100 có nguồn gốc từ dầu Jatropha, LPG Quá trình nghiên cứu được tiến hành bằng phương pháp thử nghiệm trên bệ thử động cơ, giá trị tải thay đổi từ 0÷100%, tỷ lệ EGR thay đổi từ

thải NOx của động cơ Với %EGR=15% làm giảm phát thải NOx mà không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất có ích, lượng tiêu thụ nhiên liệu và hàm lượng các chất ô nhiễm

có trong khí thải Công trình cũng khuyến nghị về việc nên sử dụng tỷ lệ EGR cao ở tải thấp và tỷ lệ thấp khi động cơ làm việc ở chế độ tải cao

Công trình nghiên cứu của Hountalas và các công sự [48] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ EGR đến chỉ tiêu kinh tế và phát thải của động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp lắp trên xe tải hạng nặng (có HTPNL kiểu cơ khí truyền thống, tăng áp bằng tuabin khí thải, hệ thống EGR ở áp suất cao có làm mát khí EGR) Quá trình nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý thuyết (sử dụng mô hình cháy nhiều vùng) và nghiên cứu thực nghiệm trên bệ thử động cơ với chế độ làm việc

Công trình đã chỉ ra việc sử dụng hệ thống EGR có nhiệt độ của dòng khí EGR cao

sẽ ảnh hưởng xấu đến hiệu suất nhiệt có ích của động cơ, tăng phát thải PM (điều này càng thấy rõ khi sử dụng hệ thống EGR có nhiệt độ dòng khí tuần hoàn cao ở tải thấp với %EGR lớn)

1.3.1.2 T rên động cơ có hệ thống phun nhiên liệu kiểu Common Rail

dựng mô hình điều khiển van VGT và van EGR của động cơ diesel có HTPNL kiểu

hệ thống tăng áp kiểu VGT, hệ thống EGR Quá trình điều khiển dựa trên các tín hiệu

từ cảm biến gắn trên động cơ Áp suất trên đường thải được điều khiển theo lượng nhiên liệu yêu cầu và tín hiệu bàn đạp ga của người lái Bộ điều khiển van EGR kiểu điều khiển PI thông thường Quá trình nghiên cứu được kết hợp chặt chẽ giữa mô phỏng (phần mềm Matlab simulink) và thực nghiệm (trên bệ thử con lăn)

Hình 1.11 Ảnh hưởng của %EGR đến HRR (a) và NO x (b), [57]

Công trình của Maiboom và các cộng sự [57] đã nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của thuộc tính của dòng khí thải (nhiệt độ, áp suất và %EGR) đến diễn

biến các thông số của quá trình cháy và phát thải của động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp lắp trên ô tô Đối tượng nghiên cứu là động cơ diesel có nhiều đặc điểm kỹ thuật, công nghệ tương đồng với các động cơ diesel hiện đại (có HTPNL kiểu CR với vòi phun Piezo thế hệ thứ 2, có hệ thống EGR kiểu áp suất cao có làm mát khí EGR, tăng áp tua bin khí thải kiểu VGT có làm mát khí sau khi tăng áp) Công trình đã đánh giá được ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất của dòng khí EGR đến diễn biến áp suất

thải của động cơ tại các tỷ lệ EGR khác nhau khi có phun mồi ở hai chế độ vận hành

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng tỷ lệ EGR cao ở chế độ tải thấp giúp giảm mạnh

giá tác động của EGR đến hiệu suất và phát thải của động cơ diesel lắp trên các phương tiện hạng nặng Các kết quả của nghiên cứu được sử dụng nhằm tối ưu hóa

bên trong xi lanh Đối tượng thử nghiệm là động cơ diesel 6 xi lanh, phun nhiên liệu trực tiếp có công suất lớn nhất 320 kW, dung tích xi lanh là 12,7 lít, hệ thống tăng áp

quá trình thử nghiệm một ECU mở được sử dụng nhằm điều khiển đồng thời hai van VGT và EGR

Hình 1.12 Ảnh hưởng của EGR đến phát thải NO x và PM của động cơ [44]

ảnh hưởng của việc sử dụng hệ thống EGR có làm mát và không làm mát dòng khí EGR đến phát thải của động cơ có trang bị HTPNL kiểu CR Công trình đã đánh giá