Đánh Giá Ảnh Hưởng Của Cháy Nghèo Đến Hiệu Suất Và Khí Thải Động Cơ Đánh Lửa Nạp Đồng Nhất

• Tác giả: Nguyễn Văn Tuyển
• Người hướng dẫn: TS. Trần Anh Trung
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Đánh Giá Ảnh Hưởng Của Cháy Nghèo Đến Hiệu Suất Và Khí Thải Động Cơ Sử Dụng Nhiên Liệu LPG
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ
• 1.1. Vấn đề ô nhiễm môi trường
• 1.2. Các nghiên cứu trên thế giới để làm tăng hiệu suất động cơ
• 1.3. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ CHÁY NGHÈO
• 1.3.1. Quá trình cháy của động cơ châm cháy cưỡng bức
• 1.3.2. Quá trình nạp
• 1.3.3. Nạp hỗn hợp đồng nhất
• 1.3.4. Động cơ cháy nghèo
• 1.3.5. Phương pháp mở rộng giới hạn cháy nghèo
• 1.4. Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải động cơ
• 1.4.1. Sản phẩm cháy
• 1.4.2. Các thành phần độc hại chính và ảnh hưởng của chúng
• 1.4.3. Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 3.1. Thiết lập động cơ thử nghiệm
• 3.2. Động cơ thử nghiệm
• 3.3. Các chế độ thử nghiệm động cơ
• 3.4. Thiết bị thử nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA QUÁ TRÌNH CHÁY
• 4.1. Trường hợp nhiệt dung riêng không đổi
• 4.2. Trường hợp nhiệt dung riêng biến thiên
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CHÁY NGHÈO ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ
• 5.1. Khả năng cháy nghèo
• 5.2. Quá trình cháy
• 5.3. Đánh giá chất lượng khí thải của động cơ cháy nghèo
• 5.4. Mức tiêu hao nhiên liệu
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Ảnh Hưởng Cháy Nghèo LPG Đến Động Cơ

Động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, nhưng tiêu thụ nhiều nhiên liệu và thải ra các chất độc hại. Vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên cấp bách. Theo thống kê, số lượng xe trên thế giới liên tục tăng, đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội và TP.HCM, dẫn đến tăng tiêu thụ nhiên liệu và ô nhiễm. Các yếu tố ảnh hưởng đến lượng khí thải bao gồm loại nhiên liệu, chế độ làm việc, kiểu động cơ và cách sử dụng. Việc cải tiến động cơ đốt trong để giảm tiêu thụ nhiên liệu, giảm khí thải và duy trì hiệu suất động cơ là mục tiêu quan trọng. Một trong những hướng đi tiềm năng là sử dụng hỗn hợp cháy nghèo và nhiên liệu LPG (khí dầu mỏ hóa lỏng).

1.1. Vấn đề ô nhiễm môi trường từ khí thải động cơ

Hàng triệu người đang hít thở không khí ô nhiễm, đặc biệt tại các thành phố lớn, nơi khí thải vượt quá giới hạn cho phép của WHO. Các chất ô nhiễm chính bao gồm SO2, NOx, CO, HC và muội than. Ô nhiễm không khí gây ra nhiều bệnh tật và làm giảm tuổi thọ. Ngoài ra, ô nhiễm nước, đất và tiếng ồn cũng là những vấn đề đáng quan tâm. Theo Tổ chức Y tế Thế giới, ô nhiễm không khí đô thị gây ra khoảng 800.000 ca tử vong và 4.6 triệu ca giảm tuổi thọ mỗi năm trên toàn cầu. Cần có các giải pháp để giảm thiểu tác động tiêu cực của ô nhiễm môi trường.

1.2. Tại sao nghiên cứu về nhiên liệu LPG lại quan trọng

Việc giảm phát thải CO2 từ phương tiện vận tải là rất quan trọng. Các quy định về khí thải ngày càng nghiêm ngặt. Sử dụng nhiên liệu LPG kết hợp với cháy nghèo có thể là một giải pháp tiềm năng để giảm lượng khí thải độc hại và nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu LPG. Nghiên cứu này hướng đến việc đánh giá ảnh hưởng của cháy nghèo khi sử dụng LPG đến hiệu suất và khí thải của động cơ, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hóa.

II. Thách Thức Ảnh Hưởng Của Cháy Nghèo Đến Khí Thải Động Cơ

Mặc dù cháy nghèo có tiềm năng cải thiện hiệu suất động cơ và giảm tiêu thụ nhiên liệu, nó cũng có thể gây ra những vấn đề về khí thải động cơ. Ví dụ, việc giảm lượng khí CO và NOx có thể đi kèm với sự gia tăng lượng khí HC. Do đó, cần phải có sự cân bằng giữa việc tối ưu hóa tỷ lệ hòa khí để đạt được hiệu suất tốt nhất và đồng thời kiểm soát lượng khí thải độc hại ở mức cho phép. Việc nghiên cứu các biện pháp kiểm soát khí thải hiệu quả là rất quan trọng để đảm bảo tính khả thi của việc ứng dụng cháy nghèo trong thực tế.

2.1. Cháy nghèo Sự hình thành các chất độc hại CO HC NOx

Quá trình cháy nghèo có thể ảnh hưởng đến sự hình thành các chất độc hại như CO, HC và NOx. Việc thiếu nhiên liệu có thể dẫn đến quá trình đốt cháy không hoàn toàn, làm tăng lượng HC. Ngược lại, nhiệt độ thấp hơn có thể giảm lượng NOx nhưng đồng thời ảnh hưởng đến hiệu suất đốt cháy. Sự phức tạp trong mối quan hệ giữa cháy nghèo và các chất độc hại đòi hỏi các nghiên cứu sâu hơn để tìm ra giải pháp tối ưu.

2.2. Tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe Vấn đề tác động môi trường LPG

Các tiêu chuẩn khí thải ngày càng trở nên khắt khe hơn (EURO 3, EURO 4), đòi hỏi các nhà sản xuất phải tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để giảm lượng khí thải độc hại. Việc sử dụng LPG có thể giúp giảm lượng khí CO2 so với xăng, nhưng cần phải kiểm soát chặt chẽ lượng khí thải HC và NOx. Nghiên cứu này sẽ đánh giá xem liệu cháy nghèo có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải hiện hành hay không, và liệu có cần thiết phải sử dụng các biện pháp xử lý khí thải bổ sung hay không.

III. Phương Pháp Đánh Giá Ảnh Hưởng Cháy Nghèo Với LPG

Luận văn sử dụng phương pháp thực nghiệm trên động cơ xe máy 125cc của hãng SANYANG. Động cơ được thử nghiệm ở hai chế độ tốc độ 4500 và 5300 vòng/phút. Các thông số đo được bao gồm mô-men động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải và đặc điểm quá trình cháy. Dữ liệu thực nghiệm được sử dụng để xây dựng các đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa hệ số dư lượng không khí lambda (λ) và các yếu tố liên quan đến hiệu suất và khí thải của động cơ. Phương pháp này cho phép đánh giá một cách khách quan và chi tiết ảnh hưởng của cháy nghèo khi sử dụng nhiên liệu LPG.

3.1. Thiết lập thử nghiệm Động cơ LPG Thiết bị đo lường

Quá trình thử nghiệm được thực hiện trên động cơ xe máy 125cc sử dụng nhiên liệu LPG. Các thiết bị đo lường bao gồm băng thử công suất, thiết bị phân tích khí thải và cảm biến góc quay. Việc lựa chọn thiết bị đo lường chính xác và đáng tin cậy là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu thu được. Các thông số kỹ thuật của các thiết bị được sử dụng phải được ghi lại cẩn thận.

3.2. Xác định thông số quá trình cháy Áp suất xy lanh Tỷ lệ cháy

Các thông số của quá trình cháy được xác định từ áp suất xy-lanh. Việc phân tích áp suất xy-lanh cho phép xác định tỷ lệ cháy, góc cháy trễ và góc cháy nhanh. Các thông số này cung cấp thông tin quan trọng về hiệu quả của quá trình đốt cháy và ảnh hưởng của cháy nghèo đến quá trình này. So sánh tỷ lệ cháy trong hai trường hợp tỷ nhiệt không đổi và tỷ nhiệt biến thiên sẽ cho thấy sự khác biệt.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Cháy Nghèo LPG Đến Hiệu Suất

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng hỗn hợp đồng nhất giới hạn cháy nghèo có thể đạt đến lambda (λ) là 1.4 trong khi tiêu hao nhiên liệu giảm và hệ số dao động của động cơ nằm trong giới hạn cho phép. Điều này cho thấy tiềm năng của việc sử dụng cháy nghèo để cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu LPG. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hiệu quả này có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện vận hành và thiết kế của động cơ.

4.1. Giới hạn cháy nghèo LPG Ảnh hưởng tới độ ổn định động cơ

Việc mở rộng giới hạn cháy nghèo có thể dẫn đến độ ổn định của động cơ bị giảm. Cần phải tìm ra giới hạn cháy nghèo tối ưu để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và không bị rung giật. Nghiên cứu này sẽ xác định giới hạn cháy nghèo tối ưu cho động cơ xe máy 125cc sử dụng nhiên liệu LPG.

4.2. Hiệu suất động cơ và hiệu quả sử dụng nhiên liệu LPG khi cháy nghèo

Việc sử dụng cháy nghèo có thể cải thiện hiệu suất động cơ và hiệu quả sử dụng nhiên liệu LPG. Tuy nhiên, cần phải đánh giá kỹ lưỡng ảnh hưởng của cháy nghèo đến các thông số khác của động cơ, chẳng hạn như mô-men xoắn và công suất. Việc tối ưu hóa quá trình cháy nghèo là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tốt nhất.

V. Đánh Giá Khí Thải Khi Sử Dụng Cháy Nghèo LPG

Kết quả phân tích khí thải động cơ cho thấy CO và NOx giảm mạnh, tuy nhiên HC tăng lên đặc biệt ở vùng giới hạn cháy nghèo. Điều này cho thấy cần phải có các biện pháp xử lý khí thải bổ sung để giảm lượng HC trong khí thải. Một trong những giải pháp tiềm năng là sử dụng bộ xúc tác khí thải hoặc điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu LPG để giảm lượng HC sinh ra trong quá trình đốt cháy.

5.1. Cháy nghèo và NOx Mối quan hệ Giải pháp giảm NOx

Cháy nghèo thường làm giảm lượng NOx do nhiệt độ cháy thấp hơn. Tuy nhiên, cần phải kiểm soát chặt chẽ quá trình đốt cháy để đảm bảo NOx không tăng trở lại. Các giải pháp giảm NOx bao gồm sử dụng EGR (Exhaust Gas Recirculation) hoặc bộ xúc tác khí thải.

5.2. HC tăng khi cháy nghèo LPG Nguyên nhân và khắc phục

Lượng HC có thể tăng lên khi cháy nghèo do quá trình đốt cháy không hoàn toàn. Điều này có thể được khắc phục bằng cách cải thiện quá trình trộn lẫn hòa khí, tăng cường hệ thống đánh lửa hoặc sử dụng bộ xúc tác khí thải để oxy hóa HC thành CO2 và H2O. Cần tìm ra giải pháp phù hợp để giảm lượng HC mà không làm ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ.

VI. Kết Luận Tối Ưu Hóa Cháy Nghèo LPG Cho Tương Lai

Nghiên cứu này đã đánh giá ảnh hưởng của cháy nghèo đến hiệu suất và khí thải của động cơ xe máy 125cc sử dụng nhiên liệu LPG. Kết quả cho thấy cháy nghèo có tiềm năng cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu LPG và giảm lượng khí thải CO và NOx. Tuy nhiên, cần phải kiểm soát chặt chẽ lượng khí thải HC và phát triển các biện pháp xử lý khí thải hiệu quả. Trong tương lai, cần có các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa cháy nghèo LPG và phát triển các công nghệ động cơ tiên tiến để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe.

6.1. Nghiên cứu sâu hơn về tối ưu hóa cháy nghèo hệ thống phun nhiên liệu LPG

Cần có các nghiên cứu sâu hơn về tối ưu hóa cháy nghèo và hệ thống phun nhiên liệu LPG để cải thiện hiệu quả đốt cháy và giảm lượng khí thải HC. Các nghiên cứu này có thể tập trung vào việc cải thiện quá trình trộn lẫn hòa khí, điều chỉnh thời điểm phun nhiên liệu và sử dụng các hệ thống đánh lửa tiên tiến.

6.2. Hướng phát triển động cơ đốt trong sử dụng LPG Tiềm năng thách thức

Động cơ đốt trong sử dụng LPG có tiềm năng trở thành một giải pháp thay thế cho động cơ xăng truyền thống. Tuy nhiên, cần phải vượt qua các thách thức liên quan đến chi phí, hiệu suất và độ bền. Các nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này có thể mở ra những cơ hội mới cho việc sử dụng LPG trong các phương tiện giao thông vận tải và các ứng dụng công nghiệp khác.