Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng của tuần hoàn khí thải đến hiệu suất và môi trường của động cơ diesel với diesel sinh học B10 và B20

• Tác giả: Trần Trọng Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hoàng Vũ
• Trường học: Học viện Kỹ thuật Quân sự
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Tuần Hoàn Khí Thải Đến Hiệu Suất Động Cơ Diesel Sử Dụng Diesel Sinh Học B10 Và B20
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục đích nghiên cứu của luận án
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu của luận án
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.5. Bố cục của luận án
• 2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tổng quan về hệ thống tuần hoàn khí thải trên động cơ
• 2.2. Lịch sử nghiên cứu và phát triển hệ thống tuần hoàn khí thải
• 2.3. Vai trò của hệ thống tuần hoàn khí thải
• 2.4. Phân loại hệ thống tuần hoàn khí thải
• 2.4.1. Theo áp suất của dòng khí tuần hoàn
• 2.4.2. Theo nhiệt độ dòng khí tuần hoàn
• 2.4.3. Theo phương pháp điều khiển van tuần hoàn
• 2.5. Các phương pháp xác định tỷ lệ tuần hoàn khí thải
• 2.6. Một số lưu ý khi sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải
• 2.7. Tổng quan về nhiên liệu sinh học
• 2.8. Tình hình sử dụng nhiên liệu diesel sinh học
• 2.9. Sự thay đổi thuộc tính của hỗn hợp biodiesel theo tỷ lệ pha trộn
• 2.10. Ảnh hưởng của biodiesel đến chỉ tiêu tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường
• 2.11. Ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu đến thuộc tính dòng khí thải
• 2.12. 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
• 2.12.1. Trên thế giới
• 2.12.1.1. Trên động cơ dùng hệ thống phun nhiên liệu kiểu cơ khí
• 2.12.1.2. Trên động cơ dùng hệ thống phun nhiên liệu kiểu CR
• 2.12.2. Nghiên cứu tối ưu và điều chỉnh tỷ lệ tuần hoàn khí thải
• 2.12.3. Tại Việt Nam
• 2.13. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu và loại nhiên liệu sử dụng
• 2.14. Trình tự và hướng nghiên cứu của đề tài
• 2.15. Kết luận Chương 1
• 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG CHU TÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ
• 3.1. Lựa chọn phần mềm tính toán
• 3.2. Cơ sở tính toán chu trình công tác của động cơ
• 3.3. Mô hình vật lý của định luật nhiệt động học thứ nhất áp dụng cho động cơ đốt trong
• 3.4. Mô hình cháy
• 3.4.1. Mô hình Vibe
• 3.4.2. Mô hình Double Vibe
• 3.4.3. Mô hình Vibe hai vùng
• 3.4.4. Mô hình MCC
• 3.5. Mô hình truyền nhiệt
• 3.5.1. Mô hình truyền nhiệt trong xi lanh
• 3.5.2. Truyền nhiệt ở các quá trình trao đổi khí
• 3.6. Mô hình tính toán các thành phần khí thải của động cơ
• 3.6.1. Mô hình tính toán NOx
• 3.6.2. Mô hình tính toán Soot (bồ hóng)
• 3.7. Kết luận Chương 2
• 4. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ CÓ TUẦN HOÀN KHÍ THẢI VÀ SỬ DỤNG BIODIESEL
• 4.1. Xác định thông số đầu vào phục vụ cho quá trình xây dựng mô hình
• 4.2. Các thông số về kết cấu của động cơ
• 4.3. Nhóm các thông số về hệ thống nạp, thải của động cơ
• 4.4. Các thông số vận hành của động cơ
• 4.5. Các thông số về quy luật cung cấp nhiên liệu
• 4.6. 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
• 4.7. Đánh giá và hiệu chỉnh mô hình
• 4.7.1. Hiệu chỉnh các tham số trong mô hình cháy
• 4.7.2. Mô hình Double Vibe
• 4.7.3. Mô hình Vibe hai vùng
• 4.7.4. Mô hình MCC
• 4.8. Lựa chọn bộ thông số phù hợp cho việc tính toán pcyl
• 4.9. Hiệu chỉnh theo chỉ tiêu kinh tế, năng lượng của động cơ tại đường đặc tính ngoài
• 4.10. Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải đến diễn biến áp suất và nhiệt độ bên trong xi lanh
• 4.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn đến tốc độ tỏa nhiệt và quy luật cháy
• 4.12. Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn đến tốc độ hình thành NOx và Soot
• 4.13. 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
• 4.14. Ảnh hưởng của tỷ lệ tuần hoàn khí thải đến phát thải NOx, PM của động cơ khi sử dụng nhiên liệu B10, B20
• 4.15. Kết luận Chương 3
• 5. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 5.1. Mục đích, chế độ và đối tượng thử nghiệm
• 5.2. Chế độ thực nghiệm
• 5.3. Hiệu chỉnh mô hình lý thuyết
• 5.4. Xác định quy luật thay đổi %EGR của động cơ nguyên thủy trong toàn vùng làm việc
• 5.5. Đánh giá ảnh hưởng của %EGR đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường của động cơ
• 5.6. Đối tượng thực nghiệm
• 5.7. Trang thiết bị phục vụ nghiên cứu thực nghiệm
• 5.8. 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
• 5.9. Kết quả xác định quy luật thay đổi của tỷ lệ tuần hoàn khí thải
• 5.10. Giới hạn ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến thông số vận hành và phát thải của động cơ
• 5.11. 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
• 5.12. Ảnh hưởng của tỷ lệ EGR và loại nhiên liệu sử dụng đến chỉ tiêu kinh tế, năng lượng
• 5.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ EGR và loại nhiên liệu sử dụng phát thải NOx và PM
• 5.14. Cơ sở để lựa chọn tỷ lệ EGR mới cho động cơ khi sử dụng B10, B20
• 5.15. Kết luận Chương 4
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về tuần hoàn khí thải

Tuần hoàn khí thải (EGR) là một công nghệ quan trọng trong việc giảm phát thải ô nhiễm từ động cơ diesel. Hệ thống này hoạt động bằng cách đưa một phần khí thải trở lại đường nạp, làm giảm nồng độ oxy trong hỗn hợp cháy. Điều này giúp giảm nhiệt độ cực đại trong quá trình cháy, từ đó giảm phát thải NOx. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa tỷ lệ tuần hoàn khí thải có thể cải thiện hiệu suất động cơ. Theo các tài liệu, việc áp dụng EGR không chỉ giúp giảm ô nhiễm mà còn có thể cải thiện hiệu suất nhiên liệu. Tuy nhiên, việc sử dụng EGR cũng cần phải cân nhắc đến các yếu tố như loại nhiên liệu sử dụng, trong đó diesel sinh học B10 và B20 được xem là những lựa chọn tiềm năng.

1.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển hệ thống EGR

Hệ thống EGR đã được nghiên cứu và phát triển từ những năm 1970 nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt. Các nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc giảm phát thải NOx, nhưng sau đó đã mở rộng sang các vấn đề khác như hiệu suất động cơ và tác động đến môi trường. Việc áp dụng EGR đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm ô nhiễm, tuy nhiên, cần có các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa hệ thống này cho các loại động cơ khác nhau.

II. Ảnh hưởng của nhiên liệu sinh học đến hiệu suất động cơ

Nhiên liệu sinh học, đặc biệt là diesel sinh học B10 và B20, đã trở thành một lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng nhiên liệu sinh học có thể cải thiện hiệu suất động cơ và giảm phát thải khí độc hại. Cụ thể, B10 và B20 không chỉ giúp giảm lượng khí thải CO2 mà còn cải thiện chỉ tiêu kinh tế của động cơ. Tuy nhiên, hiệu suất của động cơ cũng phụ thuộc vào tỷ lệ pha trộn và các điều kiện vận hành. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ EGR khi sử dụng nhiên liệu sinh học là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm.

2.1. Tác động của nhiên liệu sinh học đến chỉ tiêu kinh tế

Việc sử dụng diesel sinh học B10 và B20 đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về chỉ tiêu kinh tế của động cơ. Các nghiên cứu chỉ ra rằng động cơ sử dụng nhiên liệu sinh học có thể đạt được hiệu suất cao hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống. Điều này không chỉ giúp giảm chi phí nhiên liệu mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, cần có các nghiên cứu thực nghiệm để xác định chính xác mức độ cải thiện này trong các điều kiện vận hành khác nhau.

III. Phân tích hiệu suất động cơ khi sử dụng EGR

Phân tích hiệu suất động cơ khi sử dụng hệ thống EGR cho thấy rằng tỷ lệ tuần hoàn khí thải có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất động cơ. Việc tối ưu hóa tỷ lệ EGR có thể giúp giảm phát thải NOx mà không làm giảm hiệu suất động cơ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh tỷ lệ EGR có thể cải thiện đáng kể các chỉ tiêu kinh tế và năng lượng của động cơ. Đặc biệt, khi sử dụng diesel sinh học B10 và B20, hiệu suất động cơ có thể được cải thiện hơn nữa nhờ vào các đặc tính hóa học của nhiên liệu. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các hệ thống EGR hiệu quả hơn.

3.1. Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến phát thải

Nghiên cứu cho thấy rằng tỷ lệ EGR có thể ảnh hưởng trực tiếp đến mức phát thải NOx và PM của động cơ. Việc tăng tỷ lệ EGR thường dẫn đến giảm phát thải NOx, nhưng cũng có thể làm tăng phát thải PM. Do đó, cần có sự cân nhắc kỹ lưỡng trong việc điều chỉnh tỷ lệ EGR để đạt được sự cân bằng giữa hiệu suất động cơ và phát thải ô nhiễm. Các nghiên cứu thực nghiệm cần được thực hiện để xác định tỷ lệ EGR tối ưu cho các loại nhiên liệu khác nhau.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu về ảnh hưởng của tuần hoàn khí thải đến hiệu suất động cơ diesel sử dụng diesel sinh học B10 và B20 đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa hệ thống EGR có thể mang lại nhiều lợi ích. Việc sử dụng nhiên liệu sinh học không chỉ giúp giảm phát thải ô nhiễm mà còn cải thiện hiệu suất động cơ. Hướng nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các công nghệ EGR mới và tối ưu hóa tỷ lệ EGR cho các loại động cơ khác nhau. Điều này sẽ góp phần quan trọng trong việc phát triển các giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp ô tô.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần thực hiện các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của tỷ lệ EGR và loại nhiên liệu đến hiệu suất động cơ. Các nghiên cứu này nên bao gồm các thử nghiệm thực nghiệm để xác định chính xác các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng và môi trường. Đồng thời, việc phát triển các công nghệ mới trong hệ thống EGR cũng cần được chú trọng để nâng cao hiệu quả và giảm thiểu ô nhiễm.