Đánh giá công suất và khí thải của động cơ kubota rt125 dùng nhiên liệu biodiesel điều chế tứ hạt cao su bằng phương pháp mô phỏng

CHƯƠNG 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung Đề tài này nghiên cứu đặc tính công suất và phát thải trong quá trình cháy của động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu BioDiesel được tổng hợp từ

-

NGUYỄN QUANG TRÃI

ĐÁNH GIÁ CÔNG SUẤT VÀ KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ KUBOTA RT125 DÙNG NHIÊN LIỆU BIODIESEL ĐIỀU CHẾ TỪ

HẠT CAO SU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Khí Động Lực

Mã số: 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2017

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Lê Duy Khải

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ )

1 CT PGS TS Huỳnh Thanh Công

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

MSHV: 7140924 Nơi sinh: Daklak

Họ tên học viên: NGUYỄN QUANG TRÃI

Ngày, tháng, năm sinh: 09/09/1990

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Mã số: 60520116

I TÊN ĐỀ TÀI: “Đánh giá công suất và khí thải của động cơ KUBOTA RT125 dùng nhiên liệu Biodiesel điều chế từ hạt cao su bằng phương pháp mô phỏng”.

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ảnh hưởng tính chất của dầu biodiesel đến đặc tínhkhí thải và quá trình cháy trong động cơ tại Việt Nam và trên Thế Giới

2 Thiết lập mô phỏng quá trình cháy của động cơ Kubota RT125 DI

3 Tiến hành mô phỏng quá trình cháy của động cơ Kubota RT125 DI với các loại nhiênliệu DO, B5, B10, B20 tại các tốc độ động cơ 1600v/p, 2000 v/p, 2400 v/p với các chế

độ tải 50%, 80%, 100% để đánh giá công suất và khí thải

4 Kết luận và hướng phát triển

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/07/2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 22/07/2017

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên ):

TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

LỜI CÁM ƠN

Để luận văn hoàn thành và đạt kết quả tốt, ngoài sự cố gắng của chính bản thân mình, em xin chân thành cám ơn tất cả Quý Thầy, Cô, các bạn học viên trong

Bộ môn đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em thực hiện luận văn này

Đặc biệt, em xin cảm ơn Thầy TS Nguyễn Lê Duy Khải đã cung cấp những tài liệu và tận tình hướng dẫn, giúp đơc em trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Em xin cảm ơn Thầy TS Phạm Tuấn Anh và Th.S Nguyễn Hồng Hải đã nhiệt tình hướng dẫn, hỗ trợ cung cấp dữ liệu so sánh phục vụ cho công việc mô phỏng

Em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô trong khoa đã trang bị cho em những kiến thức cần thiết thông qua các môn học trước khi thực hiện luận văn

Cuối cùng, em chân thành cảm ơn bạn bè gần xa đã tạo điều kiện, giúp đỡ

em hoàn thành tốt luận văn này

Mặc dù đã hết sức cố gắng để hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm của em còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, chia sẻ ý kiến của Quý Thầy, Cô, cùng các bạn để đề tài có thể hoàn thiện và phát triển ở mức cao hơn

Em xin chân thành cám ơn !

Học viên thực hiện,

Nguyễn Quang Trãi

TÓM TẮT

Luận văn này nghiên cứu công suất và khí thải của động cơ KUBOTA RT125 khi sử dụng nhiên liệu Biodiesel thông qua phương pháp mô phỏng bằng phần mềm KIVA Nhiên liệu được sử dụng trong mô phỏng là nhiên liệu Diesel DO, Biodiesel B5, Biodiesel B10, Biodiesel B20 Thực hiện mô phỏng tại các số vòng quay động cơ 1600v/p, 2000v/p, 2400v/p tương ứng với các chế độ tải 50%, 80% và 100%

Kết quả thu được là các thông số về công suất và khí thải trong từng trường hợp Qua

mô phỏng cho thấy nhiên liệu Biodiesel cho công suất tương đương so với nhiên liệu Diesel Trong khi đó, lượng Soot có trong khí thải khi sử dụng nhiên liệu Biodiesel được giảm đáng kể Đây cũng là một điểm cần lưu ý để xây dựng hướng nghiên cứu sao cho vừa tăng được công suất động cơ khi sử dụng nhiên liệu Biodiedel, vừa phát huy được tính năng ưu việt về phát thải soot, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường

ABSTRACT

This thesis presents a study on power and exhaust of KUBOTA RT125 engine used Biodiesel fuel by simulating method with KIVA software The simulating used Diesel fuel, Biodiesel fuel in B5, B10 and B20 The simulation was performed at engine speed 1600 rpm, 2000 rpm, 2400 rpm and 50%, 80%, 100% of load

The result showed that power of engine used Biodiesel fuel was similar to the case of Diesel fuel Meanwhile, the quantity of Soot was reduced quite much This should be studied to find the way how to increase power when Biodiesel was used but improve the avantage in term of soot, prevent environmential polution

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này được thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa TP HCM với sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Lê Duy Khải Các kết quả của luận văn này tôi xin cam đoan do chính tôi thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

Các phần tham khảo tôi xin cam đoan là có trích dẫn đầy đủ

Nếu có khiếu nại về nội dung luận văn, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật

TP.Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2017

Học viên cam đoan

Nguyễn Quang Trãi

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

1.3 Mục tiêu đề tài 5

1.4 Nội dung nghiên cứu 5

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6

1.6 Phương pháp nghiên cứu 6

1.6 Tóm tắt nội dung 8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Giới thiệu chung 9

2.2 Quá trình cháy động cơ Diesel 9

2.2.1 Giai đoạn cháy trễ 10

2.2.2 Giai đoạn cháy hòa trộn trước 13

2.2.3 Giai đoạn cháy khuếch tán 13

2.2.4 Giai đoạn cháy rớt 14

2.3 Sự hình thành khí thải trong động cơ Diesel 14

2.3.1 Sự hình thành hydrocacbon (HC) 15

2.3.2 Sự hình thành cacbon monoxit (CO) 16

2.3.3 Sự hình thành nitơ ôxít (NOx) 16

2.3.4 Sự hình thành bồ hóng 21

2.4 Phần mềm mô phỏng KIVA 24

2.4.1 Giới thiệu phần mềm KIVA 24

2.4.2 Các phương trình cơ bản sử dụng trong phần mềm KIVA 24

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 26

3.1 Các bước mô phỏng 26

3.1.1 Mô tả vấn đề 26

3.1.2 Giai đoạn tiền xử lý 27

3.1.3 Giai đoạn xử lý thông tin 29

3.2 Phân tích đánh giá kết quả mô phỏng 32

3.1.1 Áp suất buồng cháy 32

3.1.2 Nhiệt độ bên trong buồng cháy 38

3.1.3 Công suất động cơ 43

3.1.4 Phát thải NOx 45

3.1.5 Phát thải Soot 47

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Diện tích và sản lượng cao sư tại Việt Nam tính đến năm 2015l 3

Hình 1.2 - Động cơ Kubota RT125 DI 4

Hình 2.1 - Sự thay đổi áp suất, độ nâng kim, áp suất nhiên liệu và tốc độ tỏa nhiệt theo góc quay trục khuỷu động cơ 9

Hình 2.2 - Nồng độ khí thải động cơ Diesel 15

Hình 2.3 - Phân bố độ đậm đặc trong tia phun Diesel 16

Hình 2.4 - Ảnh hưởng độ đậm đặc trung bình đến nồng độ NOx phát thải 19

Hình 2.5 – Thành phần bồ hóng 22

Hình 3.1 - Các mô hình tạo lưới cơ bản 27

Hình 3.2 - Tổng thể buồng cháy động cơ Kubota RT 125 28

Hình 3.3 - Tổng thể buồng cháy động cơ Kubota RT 125 nhìn theo phương ngang 28

Hình 3.4 - Buồng cháy động cơ Kubota RT125 tại 11o BTDC 29

Hình 3.5 - Đường cong áp suất không cháy monitoring mô phỏng và thực nghiệm 30

Hình 3.6 - So sánh đường cong áp suất buồng cháy khi sử dụng nhiên liệu DO 30

Hình 3.7 - Phân bố nhiệt độ bên trong Buồng cháy động cơ Kubota RT125 tại TDC 31 Hình 3.8 - Sự hình thành NOx bên trong Buồng cháy động cơ Kubota RT125 tại TDC 31

Hình 3.9 - Sự hình thành Soot trong Buồng cháy động cơ Kubota RT125 tại TDC 32

Hình 3.10 – Áp suất buồng cháy khi sử dụng nhiên liệu DO ở các chế độ tải và tốc độ động cơ khác nhau 33

Hình 3.11 – Áp suất buồng cháy khi sử dụng nhiên liệu B5 ở các chế độ tải và tốc độ

Hình 3.14- Áp suất buồng cháy tại tốc độ động cơ 2400 v/p với mức tải 100%, sử

dụng nhiên liệu DO hoặc B20 36

Hình 3.15- So sánh áp suất buồng cháy tại tốc độ động cơ 1600 v/p khi sử dụng nhiên

liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 36

Hình 3.16 - So sánh áp suất buồng cháy tại tốc độ động cơ 2000 v/p khi sử dụng

nhiên liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 37

Hình 3.17 - So sánh áp suất buồng cháy tại tốc độ động cơ 2400 v/p khi sử dụng

nhiên liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 37

Hình 3.18 - Nhiệt độ buồng cháy khi sử dụng nhiên liệu DO ở các chế độ tải và tốc

Hình 3.22 - Nhiệt độ buồng cháy tại tốc độ động cơ 2400 v/p với mức tải 100%, sử

dụng nhiên liệu DO hoặc B20 41

Hình 3.23 - So sánh nhiệt độ buồng cháy tại tốc độ động cơ 1600 v/p khi sử dụng

nhiên liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 41

Hình 3.24 - So sánh nhiệt độ buồng cháy tại tốc độ động cơ 2000 v/p khi sử dụng

nhiên liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 42

Hình 3.25 - So sánh nhiệt độ buồng cháy tại tốc độ động cơ 2400 v/p khi sử dụng

nhiên liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 42

Hình 3.26 - So sánh công suất động cơ ở tốc độ 1600 v/p khi sử dụng nhiên liệu DO,

Hình 3.29 - So sánh phát thải NOx của động cơ ở tốc độ 1600 v/p khi sử dụng nhiên

liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 45

Hình 3.30 - So sánh phát thải NOx của động cơ ở tốc độ 2000 v/p khi sử dụng nhiên

liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 46

Hình 3.31 - So sánh phát thải NOx của động cơ ở tốc độ 2400 v/p khi sử dụng nhiên

liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 46

Hình 3.32 - So sánh phát thải Soot của động cơ ở tốc độ 1600 v/p khi sử dụng nhiên

liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 47

Hình 3.33 - So sánh phát thải Soot của động cơ ở tốc độ 1600 v/p khi sử dụng nhiên

liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 48

Hình 3.34 - So sánh phát thải Soot của động cơ ở tốc độ 1600 v/p khi sử dụng nhiên

liệu DO, B5, B10, B20 ở các chế độ tải 50%, 80%, 100% 48

đó là nhu cầu và mối lo về an ninh năng lượng và ô nhiễm môi trường Các nền kinh tế lớn và đa số nền kinh tế nhỏ trên thế giới đang phụ thuộc nặng

nề vào nguồn năng lượng đến từ nhiên liệu hóa thạch So với 20 năm trước, lượng dầu mỏ, khí đốt và than đá được khai thác hàng năm đã tăng lên 45%,

và khoảng 80% nguồn cung cấp năng lượng chính của thế giới được cung cấp bởi nhiên liệu hóa thạch [1] Theo sự báo, đến năm 2040, lượng năng lượng sử dụng hàng năm của toàn thế giới sẽ tăng khoảng 33%, trong đó được tiêu thụ chủ yếu bởi Ấn Độ, Trung Quốc, Châu Phi, Trung Đông và Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam [2]

Việc phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch đã và đang gây nên những vấn đề như: cạn kiệt nguồn năng lượng, gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và tác động tiêu cực đến vấn đề an ninh, chính trị nhiều khu vực trên thế giới Để đối mặt với tình hình trên, các quốc gia đang đẩy mạnh việc tìm kiếm và khai thác sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo Đối với động cơ đốt trong, việc sử dụng các loại nhiên liệu sinh học như bioDiesel, biogasoline và biogas đang được các nước tập trung đầu tư phát triển Việc sử dụng nhiên liệu tái tạo không những góp phần giải quyết mối lo an ninh năng lượng, mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường Tại Việt Nam, Quyết định số 177/2007/QĐ-TTg ban hành ngày 20/11/2007 của thủ tướng chính phủ phê duyệt Đề án phát triển nhiên liệu sinh học quốc gia của Việt Nam đến năm 2015 tầm nhìn đến 2025 [3] Trong

đó, đối với nhiên liệu sinh học đạt 100 nghìn tấn xăng E5 và 50 nghìn tấn dầu B5 vào năm 2010 tương đương với 0,4% tổng nhu cầu xăng dầu dự kiến của cả nước Tiếp theo đó, Quyết định số 1855/QD- TTg ban hành ngày 27/12/2007 của thủ tướng chính phủ phê duyệt chiến lược phát triển Năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2020 tầm nhìn đến 2050, phấn đấu tăng

tỉ lệ các nguồn năng lượng mới và tái tạo lên khoảng 3% tổng năng lượng thương mại sơ cấp vào năm 2010, khoảng 5% vào năm 2020 và 11% vào năm 2050 [4]

Từ ngày 01/12/2017, xăng được sản xuất phối chế kinh doanh sử dụng cho các phương tiện cơ giới đường bộ tiêu thụ trên toàn quốc là xăng E10 Từ nay cho đến thời điểm đó, khuyến khích các tổ chức, cá nhân sản xuất, phối chế và kinh doanh các loại xăng E5, E10 và Diesel B5, B10 [4]

BioDiesel Fuel (BDF) – nhiên liệu Diesel sinh học là một dạng năng lượng tái tạo có nguồn gốc từ dầu thực vật hay mỡ động vật Người ta tùy thuộc vào vị trí địa lý, khí hậu cũng như khả năng khai thác nguồn nguyên liệu có sẵn để tìm kiếm giải pháp năng lượng thay thế phù hợp với từng quốc gia, từng khu vực Nghiên cứu về nhiên liệu Diesel sinh học là một trong những hướng nghiên cứu chính hiện nay của các nước trên thế giới Tại Mỹ dầu đậu nành được tập trung nghiên cứu để sản xuất nhiên liệu bioDiesel, tại Châu Âu tập trung vào hạt cải dầu; trong khi đó khu vực Đông Nam Á thì tập trung vào các cây dầu cọ, dầu dừa, dầu đậu nành, dầu cây cọc rào… và gần đây là dầu từ hạt cao su

Cây cao su có tên khoa học là Hévéa brasiliensis thuộc họ Euphorbiaceae (họ Thầu Dầu) gồm rất nhiều cây có mủ dưới dạng cây đại mộc, cây bụi nhỏ và cây cỏ sống ở vùng nhiệt đới và ôn đới Về phương diện thực vật học, đặc điểm chung của họ Euphorbiaceae là có hoa đơn tính, quả gồm có ba nang, khi chín tự động nứt để tung hạt ra ngoài

Cây cao su trưởng thành (6 –7 năm tuổi trở lên) hàng năm cho khối lượng hạt từ 200–300 kg/ha, cá biệt tới 500 kg/ha.năm Mỗi năm hạt cao su rụng 2 lần: vụ chính từ tháng 7 – 9 dương lịch và vụ phụ vào tháng 10 –

11 dương lịch Theo thống kê của Hiệp Hội cao su Việt Nam, diện tích

đất trồng cao su của nước ta năm 2015 vào khoảng 981.000 hecta, trong

đó 600.000 hecta đang cho thu hoạch với sản lượng 1.017.000 tấn Theo thống kê cuối năm 2016, Việt Nam đang đứng thứ 3 trên thế giới về sản lượng cao su Với sản lượng này, hiện tại tương ứng mỗi năm trên cả nước sẽ có khoảng 180.000 tấn hạt cao su Nhân hạt cao su chứa hàm lượng dầu khá cao (trên 40%), nếu biết tận dụng khai thác và sử dụng thì

sẽ đem lại giá trị kinh tế đáng kể

Hình 1.1- Diện tích và sản lượng cao su tại Việt Nam tính đến năm

từ hạt cao su

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Động cơ được mô phỏng là động cơ Kubota 01 xylanh RT125 DI sử dụng nhiên liệu BioDiesel chiết xuất từ dầu hạt cao su [6]

Hình 1.2 - Động cơ Kubota RT125 DI

Động cơ Kubota được sản xuất tại Thái lan theo công nghệ của Nhật Bản Động cơ này đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, xây dựng, phát điện…Sau đây là một số thông số kỹ thuật của động cơ Kubota RT125 DI:

Công suất Max (kW/v/p) 9,2/2400

Bảng 1.1 – Thông sô động cơ Kubota RT125 DI

Nhiên liệu thí nghiệm [8] bao gồm:

DO: nhiên liệu diesel thương phẩm trên thị trường Việt Nam;

B5: hỗn hợp thể tích nhiên liệu 5% biodiesel và 95% diesel;

B10: hỗn hợp thể tích nhiên liệu 10% biodiesel và 90% diesel;

B20: hỗn hợp thể tích nhiên liệu 20% biodiesel và 80% diesel;

Nhiên liệu biodiesel được tổng hợp tại Khoa Hóa trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh và được pha trộn tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Động cơ đốt trong, trường Đại học Bách khoa TP HCM Các mẫu nhiên liệu phối trộn được gửi đi thử nghiệm Trung tâm Kiểm định Đo lường Chất lượng 3 (Trung tâm 3)

Một số số tính chất cơ bản của các loại nhiên liệu thử nghiệm như sau:

Đề tài tập trung đánh giá tính năng công suất và phát thải của động

cơ Diesel KUBOTA RT125 DI Sử dụng nhiên liệu BioDiesel từ dầu hạt cao

su so với khi dùng nhiên liệu Diesel truyền thống

1.4 Nội dung nghiên cứu

Thông qua phần mềm mô phỏng CFD KIVA, đánh giá tính năng công

suất và phát thải của động cơ RT125DI tại các điều kiện sau:

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: cung cấp một dữ liệu tham khảo có độ chính xác và tin cậy tốt về các thông số, tính năng liên quan đến công suất và phát thải của động cơ RT125 DI sử dụng nhiên liệu BioDiesel điều chế từ hạt cây cao su Thông qua kết quả mô phỏng bằng phần mềm KIVA, kết hợp với các kết quả

từ thực nghiệm để lựa chọn tỷ lệ hòa trộn tối ưu nhất để đưa vào áp dụng thực tế

Ý nghĩa thực tiễn: cung cấp thêm căn cứ khoa học chứng minh khả năng ứng dụng của dầu hạt cao su trong sản xuất BioDiesel, góp phần đẩy nhanh tiến độ đưa nguồn nguyên liệu này vào trong thực tế sản xuất nhằm tránh lãng phí và tăng thêm thu nhập cho người nông dân, góp phần giải quyết vấn đề việc làm và giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch

1.6 Phương pháp nghiên cứu

1.6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và tổng hợp tài liệu

Tìm hiều và nắm được lý thuyết về quá trình cháy của động cơ Diesel

và các phương trình được áp dụng trong phần mềm KIVA

Lý thuyết hình thành các thành phần trong khí thải động cơ đốt trong Thu thập và chọn lọc từ những bài báo, nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài luận văn như tình hình sử dụng, quá trình sản xuất, ứng dụng và những đánh giá về tính năng công suất, phát thải của

nhiên liệu sinh học

Đọc các tài liệu liên quan đến động cơ KUBOTA RT125DI, và các tài liệu liên quan đến phần mềm mô phỏng KIVA để chọn lựa chính xác những thông số đầu vào cần thiết, cũng như để kiểm tra đánh giá các kết quả sau

mô phỏng

Tham khảo và sử dụng một số cơ sở dữ liệu trong đề tài “Nghiên cứu đặc tính quá trình cháy động cơ Diesel 01 xylanh phun trực tiếp sử dụng nhiên liệu biodiesel sản xuất bằng phương pháp siêu tới hạn” của Thạc sỹ Nguyễn Hồng Hải, và để tài “Nghiên cứu quá trình cháy động cơ diesel sử dụng nhiên liệu biodiesel từ dầu hạt cao su” của Thạc sỹ Nguyễn Vĩnh Thanh, thực hiện tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

1.6.2 Phương pháp Mô phỏng

Sử dụng phần mềm mô phỏng CFD-3D KIVA để xây dựng mô hình và thực hiện mô phỏng tính năng công suất và phát thải của động cơ Diesel 01 xylanh KUBOTA RT125DI sử dụng 04 loại nhiên liệu đã nêu tại phần nội dung nghiên cứu, bao gồm: B0, B5, B10, B20 Việc mô phỏng được tiến hành tại các số vòng quay động cơ khác nhau bao gồm 1600 v/p, 2000 v/p

và 2400 v/p với các chế độ tải thay đổi từ thấp đến cao, nhằm thu được một kết quả toàn diện và tin cậy

1.6.3 Phương pháp phân tích đánh giá

Tiến hành mô phỏng quá trình cháy của động cơ tại nhiều chế độ, điều kiện khác nhau, từ kết quả thu được sẽ tiến hành phân tích để đưa ra nhận xét đánh giá phù hợp

1.6.4 Phương pháp kết luận

Qua mỗi lần mô phỏng, ghi nhận và đánh giá sơ bộ kết quả, sau khi tổng hợp tất cả các kết quả sẽ tiến hành đánh giá chung và cho ra kết luận sau cùng

1.7 Tóm tắt nội dung

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu quá trình cháy của nhiên liệu BDF để đánh giá tính năng công suất và phát thải của động cơ sử dụng nhiên liệu BDF Luận văn được chia làm 04 chương:

Chương 1 trình bày mục tiêu, đối tượng, phương pháp và nội dung

nghiên cứu của đề tài “Đánh giá công suất và khí thải động cơ Kubota RT125 DI dùng nhiên liệu Biodiesel điều chế từ hạt cao su bằng phương pháp mô phỏng”

Chương 2 trình bày lý thuyết về quá trình cháy động cơ Diesel, các

yếu tố ảnh hưởng đến công suất và sự hình thành khí thải Bên cạnh đó là phần giới thiệu cơ bản về phần mềm KIVA

Chương 3 trình bày các quá trình chuẩn bị và thực hiện mô phỏng

quá trình cháy của động cơ Kubota RT125 DI, sau đó phân tích thảo luận về kết quả thu được

Chương 4 trình bày nội dung đúc kết từ kết quả mô phỏng, nêu ra

các hạn chế cần khắc phục cũng như hướng phát triển tiếp của đề tài

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung

Đề tài này nghiên cứu đặc tính công suất và phát thải trong quá trình cháy của động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu BioDiesel được tổng hợp từ dầu hạt cao su Mục tiêu của chương này là trình bày lý thuyết về quá trình cháy,

sự hình thành khí thải của động cơ Diesel, phần mềm KIVA và các phương trình cơ bản được sử dụng làm cơ sở lý thuyết trong phần mềm KIVA

2.2 Quá trình cháy động cơ Diesel

Hình 2.1a minh họa sự thay đổi áp suất buồng cháy, độ nâng kim

phun và áp suất nhiên liệu theo góc quay trục khuỷu Hình 2.1b thể hiện 04

giai đoạn của quá trình cháy động cơ Diesel dựa trên tốc độ tỏa nhiệt theo góc quay trục khuỷu

Hình 2.1- Sự thay đổi áp suất, độ nâng kim, áp suất nhiên liệu và tốc độ tỏa

nhiệt theo góc quay trục khuỷu động cơ

2.2.1 Giai đoạn cháy trễ

Là giai đoạn chuẩn bị các trung tâm tự cháy đầu tiên được xác định từ lúc bắt đầu phun nhiên liệu cho đến khi đường áp suất do cháy tách khỏi đường áp suất do nén Khi nhiên liệu phun vào buồng cháy, nhờ chuyển động xoáy lốc không khí trong xy lanh để xé nhỏ và trộn đều nhiên liệu với không khí, nhiên liệu bắt đầu bốc hơi Giai đoạn này áp suất tăng lên rất chậm do mất nhiệt vì quá trình bay hơi nhiên liệu Những trung tâm cháy đầu tiên được hình thành với tốc độ cháy nhỏ Do đó nhiệt độ và áp suất trong

xy lanh tăng lên chậm Lượng nhiên liệu phun vào trong giai đoạn này

nhiều nguồn lửa được hình thành cùng một lúc ở những nơi có hệ số dư lượng không khí  thích hợp (= 0,8  0,9), những nơi đó là vỏ của chùm tia nhiên liệu

Giai đoạn cháy trễ được khống chế bởi các phản ứng cháy dự bị của nhiên liệu Vì hỗn hợp trong động cơ Diesel không đồng nhất nên quá trình

tự bén lửa của nó phức tạp hơn nhiều so với động cơ xăng Dù rằng sự bén lửa diễn ra ở khu vực pha khí nhưng các phản ứng oxy hóa cũng có thể tiến hành ở pha lỏng giữa hạt nhiên liệu và oxygen khuếch tán vào hạt Trong quá trình cháy cũng đồng thời diễn ra quá trình cracking biến những phân tử hydrocarbon nặng thành những phân tử hydrocarbon nhẹ hơn

Trình tự cháy của nhiên liệu ảnh hưởng lớn đến thời kỳ cháy trễ và được đánh giá bằng chỉ số cetane Chỉ số cetane được xác định bằng cách so sánh thời kỳ cháy trễ của nhiên liệu với hỗn hợp nhiên liệu chuẩn trong động cơ thí nghiệm đặc biệt Đối với những nhiên liệu có chỉ số cetane bé, thời kỳ cháy trễ kéo dài do vậy phần lớn nhiên liệu của chu trình được phun vào động cơ trước khi bén lửa làm tăng tốc độ cháy ban đầu và áp suất cực đại của chu trình

Khi thời kỳ cháy trễ kéo dài, sự tự cháy của một bộ phận lớn nhiên liệu ban đầu tạo ra tiếng gõ máy, thường được gọi là "tiếng gõ Diesel" Đối

với nhiên liệu có chỉ số cetane quá thấp, thời kỳ cháy trễ kéo dài, sự bén lửa

có thể diễn ra rất chậm trên đường giãn nở, làm giảm hệ số lợi dụng nhiệt

do đó làm giảm công suất và hiệu suất động cơ Đối với những nhiên liệu có chỉ số cetane cao, thời kỳ cháy trễ rút ngắn, sự bén lửa diễn ra trước khi phần lớn nhiên liệu được phun vào Tốc độ tỏa nhiệt và tốc độ tăng áp suất được khống chế trước tiên bởi tốc độ phun và tốc độ hòa trộn nhiên liệu với không khí do đó động cơ làm việc êm hơn

Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn cháy trễ:

+ Thời điểm phun

Ở điều kiện làm việc bình thường của động cơ, thời kỳ cháy trễ ngắn nhất khi góc phun sớm nằm trong khoảng 10o – 15o Sự kéo dài thời kỳ cháy trễ khi phun sớm hơn hay muộn hơn là do nhiệt độ và áp suất không khí thay đổi rất mạnh ở gần điểm chết trên Nếu phun quá sớm, nhiệt độ và áp suất không khí còn thấp nên thời kỳ cháy trễ kéo dài

+ Lượng nhiên liệu

Đối với động cơ phun trực tiếp thời gian cháy trễ giảm gần như tuyến tính khi tăng tải (tăng lượng nhiên liệu phun vào) Khi tải tăng nhiệt độ khí sót và nhiệt độ thành buồng cháy cũng tăng làm nhiệt độ môi chất cao hơn lúc bắt đầu phun nên thời gian cháy trễ giảm

+ Kích thước hạt, tốc độ phun

Những đại lượng này được khống chế bởi áp suất phun, đường kính

và dạng lỗ phun… Thực nghiệm cho thấy tất cả những yếu tố này có ảnh hưởng nhưng không đáng kể đến thời kỳ cháy trễ Trong những điều kiện vận hành bình thường sự gia tăng áp suất phun thì chỉ làm giảm một ít thời gian cháy trễ Tăng gấp đôi đường kính lỗ phun khi giữ áp suất phun không đổi (để tăng lưu lượng phun (gấp 4 lần) và tăng đường kính hạt khoảng 30%) không có ảnh hưởng gì đáng kể đến kỳ cháy trễ Nghiên cứu các dạng

lỗ phun khác nhau cho thấy tỉ số chiều dài/đường kính lỗ cũng như dạng vòi phun (nhiều lỗ, có kim, có chốt) không gây ảnh hưởng gì quan trọng đến

thời kỳ cháy trễ trong những điều kiện vận hành bình thường của động cơ

+ Ảnh hưởng của buồng cháy

Kết cấu buồng cháy sẽ quyết định chất lượng hình thành hỗn hợp, tạo xoáy lốc làm cho sự hoà trộn giữa nhiên liệu và không khí tốt, dẫn đến quá trình cháy tốt hơn Sự tiếp xúc của tia nhiên liệu với thành buồng cháy gây ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình bay hơi và tạo hỗn hợp của nhiên liệu Sự tiếp xúc này diễn ra trong tất cả các động cơ cao tốc cỡ nhỏ Với buồng cháy M.A.N ("M") người ta cố ý làm cho tia nhiên liệu tráng lên thành buồng cháy để không chế tốc độ tăng áp suất (động cơ làm việc êm)

+ Cường độ xoáy lốc

Thay đổi cường độ xoáy lốc sẽ làm thay đổi quá trình bốc hơi của nhiên liệu và quá trình hòa trộn nhiên liệu - không khí Sự xoáy lốc cũng ảnh hưởng đến truyền nhiệt cho thành buồng cháy và vì vậy gây ảnh hưởng đến nhiệt độ môi chất lúc bắt đầu phun Ở chế độ làm việc bình thường của động cơ, ảnh hưởng việc thay đổi cường độ xoáy lốc đến thời kỳ cháy trễ ít quan trọng Ở điều kiện khởi động (tốc độ và nhiệt độ môi chất trong xylanh thấp) ảnh hưởng của xoáy lốc quan trọng hơn do tăng cường tốc độ bốc hơi

và hòa trộn khi nhiên liệu ở nhiệt độ thấp

+ Ảnh hưởng của tính chất nhiên liệu

Vì giai đoạn cháy trễ xảy ra cả quá trình vật lý và hóa học do đó cần nghiên cứu ảnh hưởng của các tính chất hóa lý nhiên liệu đến quá trình cháy trễ Các đặc tính hóa học của nhiên liệu giữ vai trò quan trọng hơn nhiều Tính chất bén lửa của nhiên liệu, đánh giá bằng chỉ số cetane, rõ ràng có ảnh hưởng đến thời kỳ cháy trễ Các chất parafin mạch thẳng (ankan thông dụng) có chất lượng đánh lửa tốt nhất, chất lựơng này càng tăng khi tăng chiều dài mạch Các chất aromatic có chất lượng đánh lửa kém

Chỉ số cetane của nhiên liệu thay đổi tỷ lệ nghịch với chỉ số octane Chỉ số cetane của nhiên liệu thương mại nằm trong khoảng 40-55

Chỉ số cetane của nhiên liệu được khống chế bởi tính chất của nhiên liệu thô, bằng quá trình lọc dầu và bằng cách cho vào các phụ gia làm gia tốc quá trình tự cháy Cũng giống như việc giảm khuynh hướng kích nổ trong động cơ đánh lửa cưỡng bức bằng cách thêm vào các chất phụ gia, đối với nhiên liệu Diesel người ta cũng cho thêm các chất để cải thiện tính tự cháy của nhiên liệu Các chất gia tốc quá trình bén lửa gồm các peroxit hữu

cơ, nitrate, nitrite và hợp chất lưu huỳnh Phổ biến nhất là các nitrate alkyl (iso propyl nitrate, octyl nitrate…) Khi thêm 0.5% thể tích những chất này vào nhiên liệu sẽ làm tăng chỉ số cetane của nhiên liệu lên 10 đơn vị

2.2.2 Giai đoạn cháy hòa trộn trước

Là giai đoạn phát triển các trung tâm bốc cháy và lan tràn màng lửa Giai đoạn này kể từ khi đường áp suất do cháy tách khỏi đường áp suất do nén cho đến khi áp suất trong xy lanh đạt giá trị cực đại Quá trình cháy trong giai đoạn này là sự tự bốc cháy trong toàn bộ thể tích buồng cháy ở

lửa trong những vùng hỗn hợp được chuẩn bị

Trong giai đoạn này, phần lớn nhiên liệu phun vào trong giai đoạn trước được bốc cháy vì đã được chuẩn bị và cả một phần nhiên liệu mới phun vào ở giai đoạn cháy hòa trộn trước đã được bay hơi và trộn kịp thời cũng được bốc cháy, nên tốc độ bốc cháy tăng lên rất nhanh, tốc độ tỏa nhiệt lớn, nhiệt độ và áp suất tăng nhanh Nhiệt lượng tỏa ra trong giai đoạn này chiếm khoảng 1/3 nhiệt lượng cung cấp

Tốc độ tăng trung bình của áp suất không những chỉ phụ thuộc vào thời gian cháy trễ mà còn phụ thuộc vào việc cung cấp nhiên liệu nhanh hay chậm, nhiều hay ít Do đó thời gian cháy trễ ảnh hưởng rất lớn, nếu phun nhiên liệu quá sớm động cơ làm việc sẽ không êm dịu

2.2.3 Giai đoạn cháy khuếch tán

Được kể từ lúc áp suất trong xy lanh đạt giá trị cực đại cho đến lúc

nhiệt độ trong xy lanh đạt giá trị cực đại Khí hỗn hợp công tác chủ yếu được cháy trong giai đoạn này Tốc độ giảm dần do nồng độ ôxy giảm Sản vật cháy tăng lên và nhiệt độ tỏa ra trong giai đoạn này là lớn nhất Nhiệt độ trong xy lanh vẫn tiếp tục tăng và áp suất bên trong xy lanh giảm,

vì sự tăng áp suất do cháy không bù lại sự giảm áp suất do piston đi xuống

nhiên liệu và phản ứng xảy ra tốt trong quá trình cháy có ý nghĩa quan trọng vì khi đó tính êm dịu của động cơ được bảo đảm Tuy nhiên không thể tập trung quá nhiều nhiên liệu trong giai đoạn này vì khi đó nồng độ ôxy giảm, sản vật cháy tăng lên, do đó quá trình cháy này sẽ khó khăn hơn, làm tăng cháy rớt Đặc trưng cho giai đoạn này là nhiệt độ cực đại

2.2.4 Giai đoạn cháy rớt

Là giai đoạn cháy phần hỗn hợp công tác còn lại Được kể từ khi nhiệt độ trong xy lanh đạt giá trị cực đại cho đến khi kết thúc quá trình cháy, nhiên liệu chưa cháy hết ở 3 giai đoạn trên sẽ cháy ở giai đoạn này

Có thể xem điểm kết thúc quá trình cháy ứng với hệ số tỏa nhiệt khoảng

9597%

độ cháy ở giai đoạn này rất chậm do thiếu ôxi, quá nhiều sản vật cháy làm cho nhiệt độ và áp suất giảm xuống Như vậy, khống chế được giai đoạn cháy rớt càng nhiều càng tốt, vì cháy rớt càng dài sẽ ảnh hưởng đến sự tăng của nhiệt độ khí thải, tổn thất nhiệt cho nước làm mát tăng, phụ tải nhiệt cho các chi tiết lớn Kết quả là tính kinh tế của động cơ giảm Để rút ngắn thời gian cháy rớt phải hoàn thiện quá trình hình thành khí hỗn hợp bằng cách tăng cường vận động xoáy lốc, rút ngắn hoặc không cung cấp nhiên liệu ở giai đoạn cháy chính

2.3 Sự hình thành khí thải trong động cơ Diesel

Hình 2.2 mô tả xu hướng thay đổi lượng khí phát thải từ động cơ

Diesel theo hệ số dư lượng không khí

Hình 2.2 - Nồng độ khí thải động cơ Diesel

2.3.1 Sự hình thành hydrocacbon (HC)

Do nguyên lý làm việc của động cơ Diesel, thời gian lưu lại của nhiên liệu trong buồng cháy ngắn hơn trong động cơ đánh lửa cưỡng bức nên thời gian dành cho việc hình thành sản phẩm cháy không hoàn toàn cũng rút ngắn làm giảm thành phần HC cháy không hoàn toàn trong khí xả Khi độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp quá lớn hoặc quá bé đều làm giảm khả năng tự cháy và lan tràn màng lửa Trong trường hợp đó, chủ yếu là khu vực hỗn hợp quá nghèo diễn ra sự cháy không hoàn toàn còn khu vực hỗn hợp quá giàu sẽ tiếp tục cháy khi hòa trộn thêm không khí Đối với bộ phận nhiên liệu phun sau giai đoạn cháy trễ, sự oxy hóa nhiên liệu hay các sản phẩm phân hủy nhiệt diễn ra nhanh chóng khi chúng dịch chuyển trong khối khí ở nhiệt độ cao Tuy nhiên sự hòa trộn không đồng đều có thể làm cho hỗn hợp quá giàu cục bộ hay dẫn đến sự làm mát đột ngột làm tắt màng lửa, sinh ra các sản phẩm cháy không hoàn toàn trong khí xả

Hình 2.3 - Phân bố độ đậm đặc trong tia phun Diesel

Mức độ phát sinh HC trong động cơ Diesel phụ thuộc nhiều vào điều kiện vận hành; ở chế độ không tải hay tải thấp, nồng độ HC cao hơn ở chế

độ đầy tải tính theo g/kw.h Thêm vào đó, khi thay đổi tải đột ngột có thể gây ra sự thay đổi mạnh các điều kiện cháy dẫn đến sự gia tăng HC do những chu trình bỏ lửa Cuối cùng, khác với động cơ đánh lửa cưỡng bức, không gian chết trong động cơ Diesel không gây ảnh hưởng quan trọng đến nồng độ HC trong khí xả vì trong quá trình nén và giai đoạn đầu của quá trình cháy, các không gian chết chỉ chứa không khí và khí sót Ảnh hưởng của lớp dầu bôi trơn trên mặt gương xy lanh, ảnh hưởng của lớp muội than trên thành buồng cháy cũng như ảnh hưởng của sự tôi màng lửa đối với sự hình thành HC trong động cơ Diesel cũng không đáng kể so với trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức

Có hai nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh HC do hỗn hợp quá giàu Nguyên nhân thứ nhất do nhiên liệu rời khỏi vòi phun với tốc độ thấp và thời gian phun kéo dài Nguồn phát sinh HC chính trong trường hợp này là không gian chết ở mũi vòi phun và sự phun rớt do sự đóng kim phun không dứt khoát Nguyên nhân thứ hai là do sự thừa nhiên liệu trong buồng cháy

do hỗn hợp quá đậm Vào cuối giai đoạn phun, lỗ phun (không gian chết) ở mũi vòi phun chứa đầy nhiên liệu Trong giai đoạn cháy và giãn nở, nhiên

liệu được sấy nóng và một bộ phận bốc hơi thoát ra khỏi lỗ phun (ở pha lỏng và hơi) và đi vào xy lanh với tốc độ thấp và hòa trộn chậm với không khí, do đó chúng không bị đốt cháy trong giai đoạn cháy chính Ở động cơ phun trực tiếp, thời gian của giai đoạn cháy trễ bé, mức độ phát sinh HC tỷ lệ với thể tích không gian chết ở mũi vòi phun Tuy nhiên, không phải toàn bộ thể tích nhiên liệu chứa trong không gian chết đều có mặt trong khí xả Ví

dụ 1mm3 không gian chết trong buồng cháy động cơ phát sinh khoảng

Sự chênh lệch này là do một bộ phận HC nặng tiếp tục lưu lại trong vòi phun

và một bộ phận HC nhẹ bị oxy hóa khi thoát ra khỏi không gian chết Trong động cơ có buồng cháy dự bị cơ chế này cũng diễn ra tương tự nhưng với mức độ thấp hơn

Ở động cơ phun trực tiếp, hiện tượng nhả khói đen làm giới hạn khả năng tăng độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp ở chế độ toàn tải Ở chế độ tải thấp, tốc độ phun bé và lượng nhiên liệu phun vào nhỏ, do đó động lượng của tia phun bé làm giảm lượng không khí kéo theo vào tia nên độ đậm đặc cục bộ rất cao Trong điều kiện quá độ khi gia tốc, hỗn hợp trong buồng cháy có thể rất đậm đặc Trong trường hợp đó, dù tỷ lệ nhiên liệu không khí tổng quát trong toàn buồng cháy thấp nhưng độ đậm đặc cục bộ rất cao trong giai đoạn giãn nở và thải Khi độ đậm đặc cục bộ vượt quá 0,9 thì nồng độ HC sẽ gia tăng đột ngột Ảnh hưởng tương tự như vậy cũng diễn ra trong động cơ có buồng cháy dự bị Tuy nhiên cơ chế này chỉ gây ảnh hưởng đến nồng độ HC khi gia tốc và nó gây ảnh hưởng đến nồng độ HC ít hơn khi hỗn hợp nghèo ở chế độ không tải hay tải thấp

Như động cơ đánh lửa cưỡng bức, sự tôi ngọn lửa diễn ra gần thành và

đó chính là nguồn phát sinh HC Hiện tượng này phụ thuộc đặc biệt vào khu vực va chạm giữa tia nhiên liệu và thành buồng cháy Sự bỏ lửa dẫn đến sự gia tăng mạnh nồng độ HC hiếm khi xảy ra đối với động cơ làm việc bình thường Nó chỉ diễn ra khi động cơ có tỷ số nén thấp và phun trễ Mặt khác,

sự bỏ lửa cũng xảy ra khi khởi động động cơ Diesel ở trạng thái nguội với

sự hình thành khói trắng (chủ yếu là do những hạt nhiên liệu không cháy tạo thành)

2.3.2 Sự hình thành cacbon monoxit (CO)

Trong động cơ Diesel, CO là sản phẩm cháy trung gian Nếu đủ oxygen, nó có thể tiếp tục oxy hóa thành CO2 Nhưng nếu thiếu oxygen, nhiệt độ cháy thấp hoặc quá trình cháy kéo dài không đủ để oxy hóa tiếp thì CO tồn tại Sự hình thành CO ở động cơ Diesel rất giống hiện tượng tạo muội than, nó phụ thuộc vào việc có đủ oxy hay không

Ở tải trọng thấp, nhiệt độ cháy thấp, phản ứng oxy hóa yếu, lượng

CO thải ra tương đối lớn Khi tải trọng tăng, lượng nhiên liệu cung cấp tăng, λ giảm, nên lượng CO cũng sẽ tăng Tuy nhiên, so với sự hình thành

CO ở động cơ xăng, sự hình thành CO ở động cơ Diesel ít hơn nhiều Tại một số vòng quay nào đó, lượng CO thải ra có thể bằng không vì nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn

2.3.3 Sự hình thành nitơ ôxít (NO x )

Nhiệt độ cực đại là yếu tố ảnh hưởng lớn đến sự hình thành NO trong quá trình cháy của động cơ Diesel Trong mọi loại động cơ, sản phẩm cháy của bộ phận nhiên liệu cháy trước tiên trong chu trình đóng vai trò quan trọng nhất đối với sự hình thành NO vì sau khi hình thành, bộ phận sản phẩm cháy đó bị nén làm nhiệt độ gia tăng do đó làm tăng nồng độ NO Các quan sát thực nghiệm cho thấy hầu hết NO được hình thành trong khoảng 20º góc quay trục khủyu sau điểm chết trên Do đó, khi giảm góc phun sớm, điểm bắt đầu cháy lùi gần ĐCT hơn, điều kiện hình thành NO cũng bắt đầu trễ hơn và nồng độ của nó giảm do nhiệt độ cực đại thấp Đối với động cơ Diesel cỡ lớn, giảm góc phun sớm có thể làm giảm đến 50% nồng độ NO trong khí xả trong phạm vi gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu chấp nhận được Đối với động cơ Diesel nói chung, nồng độ

NOx tăng theo độ đậm đặc trung bình (Hình 2-4) Tuy nhiên, nồng độ NOx

giảm theo độ đậm đặc chậm hơn trong trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức do sự phân bố không đồng nhất của nhiên liệu Trong quá trình cháy của động cơ Diesel, độ đậm đặc trung bình phụ thuộc trực tiếp vào lượng nhiên liệu chu trình Do đó, ở chế độ tải lớn nghĩa là áp suất cực đại cao, nồng độ NO tăng

Hình 2.4 trình bày biến thiên của nồng độ NOx và NO trong khí xả theo độ đậm đặc trung bình đối với động cơ Diesel phun trực tiếp, tốc độ 1000v/phút và góc phun sớm 270º trước ĐCT

Hình 2.4 - Ảnh hưởng độ đậm đặc trung bình đến nồng độ NOx phát thải

Sự hồi lưu khí xả làm giảm NO do làm giảm nhiệt độ khí cháy Tuy nhiên, ở động cơ Diesel ảnh hưởng của khí xả hồi lưu đến NO phụ thuộc mạnh vào chế độ tải Ở chế độ tải cao, khí thải chứa nhiều CO2 và hơi nước, hỗn hợp có nhiệt dung riêng lớn, còn ở chế độ tải thấp, khí hồi lưu chủ yếu là Nitrogen có nhiệt dung riêng bé Ở động cơ Diesel tăng áp, sự gia tăng áp suất dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ khí cháy, do đó làm tăng nồng độ NO

NOx là tên gọi chung của các ô xyde nitơ gồm có: NO, NO2 được hình thành do sự kết hợp giữa ô xy và ni tơ ở điều kiện nhiệt độ cao Trong

họ NOx thì NO chiếm tỷ lệ cao nhất; sự hình thành NO do quá trình oxi hóa nitơ trong không khí có thể mô tả bởi cơ chế Zeldovich Trong điều kiện hệ

số dư lượng không khí xấp xỉ bằng 1, những phản ứng chính tạo thành NO là:

Nitơ protoxide N2O chủ yếu hình thành từ các chất trung gian NH và