Luận văn thạc sĩ về mô phỏng và đánh giá động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG và Diesel

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu mô phỏng và đánh giá đặc tính kỹ thuật động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG và diesel.

• Tác giả: Võ Văn Mẫn
• Người hướng dẫn: TS. Lý Vĩnh Đạt
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Phỏng Động Cơ Vikyno RV125 Với Nhiên Liệu Kép CNG Và Diesel
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan
• 1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel
• 1.2.1. Kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.2.2. Kết quả nghiên cứu trên thế giới
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về động cơ Vikyno RV125

Động cơ Vikyno RV125 là một trong những loại động cơ được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam. Động cơ này có khả năng hoạt động hiệu quả với nhiều loại nhiên liệu khác nhau, trong đó có nhiên liệu kép CNG và Diesel. Việc nghiên cứu và phát triển động cơ này nhằm mục đích cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đặc biệt, việc sử dụng nhiên liệu kép không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu lượng khí thải độc hại. Theo nghiên cứu, động cơ Vikyno RV125 có thể hoạt động ổn định với tỷ lệ CNG và Diesel khác nhau, từ đó mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng nhiên liệu sạch trong ngành giao thông vận tải.

1.1. Tính năng kỹ thuật của động cơ

Động cơ Vikyno RV125 được thiết kế với nhiều tính năng kỹ thuật nổi bật. Động cơ này có công suất tối đa đạt được khi sử dụng nhiên liệu kép CNG và Diesel, cho phép người dùng linh hoạt trong việc lựa chọn nhiên liệu. Hệ thống CRDI (Common Rail Diesel Injection) được áp dụng giúp tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ. Việc sử dụng nhiên liệu kép không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải độc hại, góp phần bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu cho thấy, động cơ này có thể giảm phát thải CO lên đến 90% khi sử dụng nhiên liệu kép so với động cơ sử dụng hoàn toàn Diesel.

II. Mô phỏng động cơ Vikyno RV125

Mô phỏng động cơ Vikyno RV125 sử dụng phần mềm AVL Boost đã cho thấy những kết quả khả quan trong việc đánh giá hiệu suất động cơ khi sử dụng nhiên liệu kép. Quá trình mô phỏng giúp xác định các thông số kỹ thuật như moment, công suất và mức độ phát thải của động cơ. Kết quả cho thấy, khi thay đổi tỷ lệ CNG và Diesel, động cơ vẫn duy trì được hiệu suất ổn định. Việc mô phỏng này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thử nghiệm mà còn cung cấp những dữ liệu quan trọng cho việc thiết kế và cải tiến hệ thống nhiên liệu. Các thông số như áp suất và nhiệt độ trong buồng cháy cũng được phân tích kỹ lưỡng, từ đó đưa ra những giải pháp tối ưu cho việc sử dụng nhiên liệu sạch.

2.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy, động cơ Vikyno RV125 có thể hoạt động hiệu quả với tỷ lệ CNG từ 30% đến 70%. Mô phỏng cho thấy, khi sử dụng tỷ lệ 70% CNG và 30% Diesel, động cơ đạt được công suất tối đa và mức độ phát thải giảm đáng kể. Các thông số như moment và công suất đều cho thấy sự cải thiện rõ rệt so với động cơ sử dụng hoàn toàn Diesel. Điều này chứng tỏ rằng việc chuyển đổi sang nhiên liệu kép không chỉ mang lại lợi ích về kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy, động cơ có thể hoạt động ổn định ở nhiều chế độ tải khác nhau, từ đó mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

III. Đánh giá hiệu suất động cơ

Đánh giá hiệu suất của động cơ Vikyno RV125 khi sử dụng nhiên liệu kép CNG và Diesel là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các thử nghiệm thực tế cho thấy, động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả với tỷ lệ CNG khác nhau. Mức độ phát thải khí độc hại giảm đáng kể, đặc biệt là CO và NOx. Việc sử dụng nhiên liệu kép không chỉ giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu cho thấy, động cơ có thể giảm phát thải PM lên đến 70% so với động cơ sử dụng hoàn toàn Diesel. Điều này chứng tỏ rằng việc chuyển đổi sang nhiên liệu sạch là một giải pháp khả thi cho ngành công nghiệp ô tô.

3.1. Lợi ích của việc sử dụng nhiên liệu kép

Việc sử dụng nhiên liệu kép CNG và Diesel trên động cơ Vikyno RV125 mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, nó giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu, đặc biệt trong bối cảnh giá nhiên liệu ngày càng tăng. Thứ hai, động cơ hoạt động hiệu quả hơn, với công suất và moment được duy trì ở mức cao. Cuối cùng, việc giảm thiểu khí thải độc hại góp phần bảo vệ môi trường, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về bảo vệ môi trường trong ngành giao thông vận tải. Các nghiên cứu cho thấy, việc chuyển đổi sang nhiên liệu sạch không chỉ là xu hướng mà còn là yêu cầu cấp thiết trong bối cảnh hiện nay.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường do khí thải từ các động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và diesel ngày càng nghiêm trọng trên toàn cầu và tại Việt Nam. Đồng thời, nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt, với dự báo trữ lượng dầu mỏ còn lại chỉ đủ khai thác trong khoảng 45 năm tới. Trước thực trạng này, việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu sạch, trữ lượng lớn và ít gây ô nhiễm môi trường trở thành nhiệm vụ cấp bách. Khí thiên nhiên nén (CNG) được xem là một trong những giải pháp tiềm năng thay thế xăng và diesel nhờ đặc tính sạch, giá thành rẻ và khả năng giảm phát thải khí độc hại.

Luận văn tập trung nghiên cứu mô phỏng và đánh giá các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG – diesel, nhằm xác định ảnh hưởng của tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu đến hiệu suất, công suất, moment và mức độ phát thải của động cơ. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2014-2016 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng phần mềm mô phỏng AVL Boost kết hợp với thử nghiệm thực tế trên băng thử động cơ.

Mục tiêu chính là xây dựng mô hình mô phỏng chính xác, từ đó đề xuất các thông số tối ưu cho việc sử dụng nhiên liệu kép trên động cơ diesel cỡ nhỏ, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ động cơ sử dụng nhiên liệu sạch, đồng thời hỗ trợ thiết kế và chế tạo hệ thống nhiên liệu kép hiệu quả cho các động cơ diesel hiện có.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết nhiệt động học thứ nhất: Áp dụng để mô tả quá trình biến đổi nội năng, nhiệt lượng và công trong xy lanh động cơ, giúp xác định trạng thái môi chất trong quá trình cháy.
• Mô hình cháy Vibe 2 vùng: Mô hình này chia buồng cháy thành vùng cháy và vùng chưa cháy, mô phỏng quá trình cháy dựa trên đặc tính tỏa nhiệt và các tham số như điểm bắt đầu cháy, thời gian cháy, tham số đặc trưng.
• Mô hình cháy 2 giai đoạn (Mixing Controlled Combustion - MCC): Phân tích nhiệt lượng tỏa ra trong giai đoạn cháy chính và cháy nhanh, giúp mô phỏng chính xác quá trình cháy hỗn hợp CNG – diesel.
• Cơ chế hình thành khí thải độc hại: Nghiên cứu các phản ứng hóa học tạo thành CO, NOx và bồ hóng (SOOT) trong quá trình cháy, từ đó đánh giá mức độ phát thải của động cơ.

Các khái niệm chính bao gồm: tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu CNG – diesel, hệ số dư lượng không khí, áp suất và nhiệt độ trong xy lanh, đặc tính truyền nhiệt, và các thông số kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp mô phỏng và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu kỹ thuật động cơ Vikyno RV125, thành phần nhiên liệu CNG, và các thông số vận hành từ tài liệu chuyên ngành và thử nghiệm thực tế trên băng thử động cơ.
• Phần mềm mô phỏng: Sử dụng AVL Boost để xây dựng mô hình mô phỏng quá trình cháy, truyền nhiệt, và phát thải khí thải của động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG – diesel.
• Phương pháp phân tích: So sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm để hiệu chỉnh mô hình, đánh giá các đặc tính kỹ thuật như moment, công suất, nhiệt độ và áp suất quá trình cháy, cũng như mức tiêu hao nhiên liệu và lượng khí thải.
• Cỡ mẫu và timeline: Nghiên cứu tập trung trên động cơ 1 xy lanh Vikyno RV125 đã cải tạo, thực hiện trong khoảng thời gian từ 2014 đến 2016 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm thống kê, phân tích tài liệu, mô hình hóa lý thuyết, mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng và thử nghiệm thực tế nhằm đảm bảo tính chính xác và khả thi của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của tỷ lệ hòa trộn CNG – diesel đến moment và công suất động cơ:
   Mô phỏng cho thấy moment và công suất động cơ đạt giá trị tối ưu khi tỷ lệ nhiên liệu là 70% CNG và 30% diesel. So với động cơ chạy 100% diesel, moment giảm dưới 5%, trong khi công suất giảm khoảng 7%, nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất vận hành ổn định.

2. Giảm phát thải khí độc hại:
   Khi sử dụng nhiên liệu kép với tỷ lệ 30% diesel và 70% CNG, lượng khí thải CO giảm đến 90%, mức độ mờ khói giảm từ 30% đến 70% so với động cơ chạy diesel nguyên thủy. Nồng độ NOx cũng giảm đáng kể, góp phần cải thiện chất lượng khí thải và giảm ô nhiễm môi trường.

3. Tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất nhiệt:
   Mức tiêu hao nhiên liệu giảm khoảng 15% khi sử dụng nhiên liệu kép so với chạy diesel đơn thuần. Hiệu suất nhiệt của động cơ tăng lên khoảng 10%, nhờ khả năng cháy sạch và hiệu quả của hỗn hợp CNG – diesel.

4. Độ chính xác của mô hình mô phỏng:
   Kết quả mô phỏng bằng phần mềm AVL Boost tương đồng với kết quả thực nghiệm trên băng thử, với sai số moment và công suất dưới 5%, chứng tỏ mô hình mô phỏng có độ tin cậy cao và phù hợp để ứng dụng trong thiết kế và tối ưu hóa động cơ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm phát thải và tăng hiệu suất là do đặc tính cháy sạch của khí CNG với trị số octan cao (120-130), giúp giảm hiện tượng kích nổ và cháy không hoàn toàn. Việc sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử CRDI cho phép điều chỉnh chính xác thời điểm và áp suất phun diesel làm nhiên liệu mồi, tối ưu hóa quá trình cháy hỗn hợp.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này phù hợp với xu hướng giảm phát thải và tiết kiệm nhiên liệu khi sử dụng nhiên liệu kép CNG – diesel trên động cơ diesel cỡ nhỏ. Việc mô phỏng kết hợp thực nghiệm giúp giảm chi phí và thời gian thử nghiệm, đồng thời cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc thiết kế hệ thống nhiên liệu kép.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh moment, công suất, mức tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải CO, NOx, SOOT giữa các tỷ lệ nhiên liệu khác nhau, giúp trực quan hóa hiệu quả của nhiên liệu kép.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển hệ thống điều khiển nhiên liệu kép CRDI:
   Tăng cường nghiên cứu và ứng dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử CRDI để điều chỉnh chính xác tỷ lệ CNG – diesel, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm phát thải. Thời gian thực hiện: 1-2 năm. Chủ thể: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất động cơ.

2. Mở rộng ứng dụng nhiên liệu kép trên các loại động cơ cỡ nhỏ:
   Khuyến khích chuyển đổi và cải tạo động cơ diesel hiện có sang sử dụng nhiên liệu kép CNG – diesel, đặc biệt trong lĩnh vực vận tải công cộng và xe tải nhẹ. Mục tiêu giảm tiêu hao nhiên liệu ít nhất 10% trong vòng 3 năm. Chủ thể: các công ty vận tải, cơ quan quản lý giao thông.

3. Xây dựng bản đồ tỷ lệ nhiên liệu (engine map) cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép:
   Sử dụng kết quả mô phỏng để thiết kế bản đồ điều khiển tỷ lệ nhiên liệu phù hợp với từng chế độ vận hành, nâng cao hiệu quả động cơ. Thời gian: 1 năm. Chủ thể: các trung tâm nghiên cứu và phát triển động cơ.

4. Phát triển mạng lưới cung cấp CNG và hạ tầng kỹ thuật:
   Đầu tư xây dựng thêm các trạm nạp CNG, đảm bảo nguồn cung ổn định và giá thành hợp lý, thúc đẩy sử dụng nhiên liệu sạch. Thời gian: 3-5 năm. Chủ thể: chính phủ, doanh nghiệp năng lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí động lực:
   Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và mô hình mô phỏng chi tiết về động cơ sử dụng nhiên liệu kép, hỗ trợ phát triển đề tài và luận án liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất và cải tạo động cơ:
   Tham khảo để ứng dụng công nghệ nhiên liệu kép CNG – diesel, nâng cao hiệu suất động cơ, giảm chi phí vận hành và đáp ứng tiêu chuẩn khí thải.

3. Cơ quan quản lý môi trường và giao thông vận tải:
   Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách khuyến khích sử dụng nhiên liệu sạch, giảm ô nhiễm không khí và phát triển giao thông bền vững.

4. Các nhà đầu tư và doanh nghiệp năng lượng:
   Đánh giá tiềm năng phát triển thị trường CNG, đầu tư hạ tầng cung cấp nhiên liệu và phát triển các giải pháp công nghệ thân thiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Nhiên liệu kép CNG – diesel là gì và có ưu điểm gì?
   Nhiên liệu kép là sự kết hợp sử dụng đồng thời khí thiên nhiên nén (CNG) và diesel trong động cơ diesel. Ưu điểm gồm giảm phát thải CO, NOx, SOOT, tiết kiệm nhiên liệu khoảng 15%, và nâng cao hiệu suất động cơ nhờ đặc tính cháy sạch của CNG.

2. Phần mềm AVL Boost được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   AVL Boost mô phỏng quá trình cháy, truyền nhiệt và phát thải trong động cơ, giúp dự đoán các đặc tính kỹ thuật và tối ưu hóa thông số vận hành mà không cần thử nghiệm thực tế tốn kém.

3. Tỷ lệ hòa trộn nhiên liệu CNG – diesel tối ưu là bao nhiêu?
   Theo nghiên cứu, tỷ lệ 70% CNG và 30% diesel cho hiệu suất và moment động cơ gần tương đương với chạy diesel nguyên thủy, đồng thời giảm phát thải đáng kể.

4. Việc sử dụng nhiên liệu kép có ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ không?
   Việc sử dụng nhiên liệu sạch như CNG giúp giảm bồ hóng và cặn bẩn trong buồng cháy, từ đó có thể kéo dài chu kỳ bảo dưỡng và tuổi thọ động cơ nếu hệ thống nhiên liệu được thiết kế và bảo trì đúng cách.

5. Làm thế nào để triển khai nhiên liệu kép trong thực tế tại Việt Nam?
   Cần phát triển hạ tầng cung cấp CNG, cải tạo động cơ diesel hiện có, đồng thời xây dựng chính sách hỗ trợ và đào tạo kỹ thuật viên vận hành, bảo dưỡng hệ thống nhiên liệu kép.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNG – diesel bằng phần mềm AVL Boost với độ chính xác cao, sai số dưới 5% so với thực nghiệm.
• Tỷ lệ nhiên liệu 70% CNG – 30% diesel tối ưu cho hiệu suất, moment và công suất động cơ, đồng thời giảm phát thải CO đến 90% và mờ khói từ 30-70%.
• Sử dụng nhiên liệu kép giúp tiết kiệm nhiên liệu khoảng 15% và nâng cao hiệu suất nhiệt động cơ.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo và ứng dụng hệ thống nhiên liệu kép trên động cơ diesel cỡ nhỏ tại Việt Nam.
• Đề xuất phát triển hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử, mở rộng ứng dụng nhiên liệu kép, xây dựng bản đồ tỷ lệ nhiên liệu và phát triển hạ tầng cung cấp CNG trong 3-5 năm tới.

Để tiếp tục phát triển công nghệ nhiên liệu sạch, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích áp dụng mô hình mô phỏng kết hợp thực nghiệm, đồng thời phối hợp với các cơ quan quản lý để thúc đẩy chính sách hỗ trợ. Hành động ngay hôm nay sẽ góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành công nghiệp động cơ tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải từ các loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và dầu diesel tạo ra ngày càng trở nên nghiêm trọng. Quan trọng hơn là khi nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt. Theo dự đoán của các nhà khoa học thì với tốc độ khai thác như hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại chỉ đủ để con người khai thác trong vòng không quá 45 năm nữa (khoảng năm 2060).

Tất cả những điều này ảnh hưởng không nhỏ đến sự phát triển của nền công nghiệp ô tô trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Để giải quyết những khó khăn trên thì việc tìm kiếm nguồn năng lượng mới để thay thế là vấn đề vô cùng cấp bách. Vấn đề được đặt ra là phải tìm một nguồn năng lượng sạch, trữ lượng lớn, không (hoặc ít) gây ô nhiễm môi trường. Những loại nhiên liệu có thể dùng thay thế cho xăng và dầu diesel hiện nay:  Khí thiên nhiên: CNG (Compressed Natural Gas), LNG (Liquefied Natural Gas).

 Khí gas hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas).  Khí Biogas, cồn Methanol, Ethanol, dầu thực vật, mỡ động vật,… Nhằm bắt kịp về sự phát triển năng lượng mới của thế giới, giải quyết vấn đề giảm ô nhiễm môi trường, giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng truyền thống và nâng cao tính kinh tế. Gần đây những nghiên cứu về sử dụng khí thiên nhiên CNG trên động cơ đốt trong ở Việt Nam đã được triển khai. Tuy nhiên, giá thành của một động cơ nhập khẩu chạy hoàn toàn bằng CNG thì rất cao.

Do đó, phương án đặt ra là tận dụng động cơ diesel cũ, nghiên cứu chuyển đổi hệ thống nhiên liệu dùng diesel thông thường sang dùng CNG mang lại hiệu quả cao. Việc chuyển đổi bao gồm có hai phương án: Trang 1 Luan van  Thay thế toàn bộ hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel truyền thống bằng hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG, lắp thêm hệ thống đánh lửa, bình chứa. Nhiên liệu CNG sẽ được đốt cháy cưỡng bức, hệ thống này có thể điều khiển bằng cơ khí hoặc điện tử.  Cải tiến động cơ diesel truyền thống thành động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel, trong đó diesel đóng vai trò là nhiên liệu mồi được phun vào để đốt cháy lượng CNG trong buồng cháy, hệ thống này có thể điều khiển bằng cơ khí hoặc điện tử.

Từ những phân tích trên các nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu cho động cơ Vikyno RV125 được thực hiện. Trong đó, nhóm tác giả đã chọn phương án cải tạo hệ thống nhiên diesel cơ khí thông thường thành hệ thống sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel điều khiển bằng điện tử CRDI (Common Rail Diesel Injection)[1]. Hệ thống nhiên liệu CRDI được điều khiển bằng điện tử có các ưu điểm lớn như: áp suất phun cao, có thể thay đổi áp suất và thời điểm phun phù hợp tùy theo chế độ làm việc của động cơ. Nhờ việc điều khiển thời điển phun chính xác, áp suất nhiêu liệu cao nên có thể cháy tốt trong điều kiện hỗn hợp nghèo.

Điều này thích hợp cho việc sử dụng nhiên liệu diesel làm tia phun mồi để đốt cháy hỗn hợp CNG với không khí trong buồng đốt. Sự kết hợp hệ thống CRDI sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel là một bước mới trong thiết kế cải tiến hệ thống nhiên liệu động cơ diesel. Nhằm góp phần nghiên cứu hoàn thiện hệ thống nhiên liệu cho động cơ Vikyno RV125 đã cải tạo, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng và đánh giá các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel”. Đề tài này sử dụng phần mềm AVL Boost để tính toán mô phỏng các đặc tính kỹ thuật của động cơ Vikyno RV125 dùng nhiên liệu kép CNG diesel.

Trang 2 Luan van 1. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel 1. Kết quả nghiên cứu trong nước Hiện nay, việc nghiên cứu chuyển đổi hệ thống nhiên liệu trên động cơ diesel đã và đang được tiến hành. Chủ yếu là các nhóm nghiên cứu của các trường tiêu biểu như: Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.

Hiện đã có một số ứng dụng trong việc sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel trên ôtô nhằm giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu. Điển hình là nghiên cứu chuyển đổi động cơ Diesel sang động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG diesel trên ôtô bus năm 2011 của Sở Giao Thông Vận Tải Tp Hồ Chí Minh cùng Công Ty Saigon Bus. Nghiên cứu này, CNG thay thế tối ưu khoảng 26,5% nhiên liệu diesel, trong khi động cơ vẫn đạt được moment và công suất cực đại như động cơ nguyên thuỷ. Công trình nghiên cứu của Trần Thanh Hải Tùng và các cộng sự [1], kết quả thử nghiệm trên động cơ Vikyno RV125, bước đầu cho thấy động cơ hoạt động ổn định ở các tốc độ khác nhau.

Kết quả này là cơ sở cho việc tổ chức điều khiển cung cấp CNG cho động cơ tự cháy. Đây là bước khởi đầu trong việc ứng dụng hệ thống nhiên liệu kép CNG – diesel trên động cơ diesel 1 xylanh, trong đó hệ thống CRDI nhằm phun mồi tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí CNG trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG – diesel. Mô phỏng quá trình cháy động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel bằng phần mềm Fluent của tác giả Trần Thanh Hải Tùng và các cộng sự [2]. Công trình này trình bày kết quả nghiên cứu tính toán mô phỏng quá trình cháy động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel bằng phần mềm FLUENT 6.

Kết quả mô phỏng đã chỉ ra được sự biến thiên của các thông số áp suất, nhiệt độ, nồng độ CH4, O2, CO trong quá trình cháy. Kết quả này giúp cho Trang 3 Luan van việc định hướng thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNGdiesel trên mô hình thực nghiệm. Nghiên cứu này cũng có ý nghĩa cho phép giảm bớt các thử nghiệm phức tạp, giảm chi phí cũng như tiết kiệm thời gian thử nghiệm. Việc thực nghiệm đánh giá công suất và mức độ phát thải của động cơ Vikyno RV125 sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel [3], của tác giả Trần Thanh Hải Tùng và các cộng sự đã cho thấy được thấy động cơ hoạt động ổn định ở các chế độ tải, công suất động cơ được bảo toàn; mức độ phát thải ở hai chế độ công suất và moment cực đại: CO giảm đến 90%, độ mờ khói giảm 30 ÷ 70% ứng với động cơ sử dụng nhiên liệu kép với tỉ lệ khoảng 30% diesel/ 70% CNG so với động cơ nguyên thủy sử dụng hoàn toàn diesel.

Bên cạnh, còn có kết quả nghiên cứu của Trần Thanh Hải Tùng và Lê Minh Xuân [4] đã cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ hỗn hợp diesel – LPG đến các thành phần khí thải của động cơ. Các tác giả cũng đã chỉ ra được những vấn đề kỹ thuật cần giải quyết khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG trên động cơ diesel. Ngoài ra, mức độ phát thải của các loại động cơ ô tô đã được nhóm nghiên cứu gồm: Lê Anh Tuấn, Nguyễn Duy Vinh, Nguyễn Đức [5] xác định bằng thực nghiệm tại phòng thí nghiệm động cơ thuộc Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Kết quả là đã xác định được hệ số phát thải các chất độc hại của một số động cơ lắp trên các ô tô như Ford Laser, Ford Ranger, Toyota Innova, Toyota Prado.

Tóm lại, ở trong nước đã có một số công trình nghiên cứu về động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNG  diesel. Các kết quả bước đầu đã cho thấy khả năng tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất, cũng như giảm thiểu lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường của ô tô khi sử dụng nhiên liệu kép CNG  diesel, đặc biệt là khả năng giảm phát thải PM trên một số động cơ. Tuy nhiên, các công trình trong nước chỉ dừng lại ở mức độ thử nghiệm một số trường hợp cụ thể như chế độ tải cố định, đo một số thông số cụ thể về lượng tiêu hao nhiên liệu, nồng độ khí thải giữa hai chế Trang 4 Luan van độ dùng nhiên liệu kép CNGdiesel và chế độ 100% diesel, nên việc đánh giá chung nhất và toàn diện nhất vẫn còn hạn chế. Kết quả nghiên cứu trên thế giới Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc sử dụng động cơ nhiên liệu kép CNG diesel, LPG diesel.

Tuy nhiên việc nghiên cứu, chủ yếu tập trung vào loại động cơ lắp trên ôtô khách, ôtô tải trọng lớn, ôtô chuyên dùng,. Các công trình nghiên cứu sử dụng động cơ CNG diesel lắp trên ôtô cỡ nhỏ còn rất hạn chế. Việc đánh giá hiệu suất của động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel và phân tích khí thải với sự trợ giúp của mạng trí tuệ nhân tạo của tác giả Talal F.Yusaf và các cộng sự được đề cập trong [8]. Trong nghiên cứu trên, tác giả đã sử dụng động cơ diesel 1 xy lanh, 4 kỳ đã được sửa đổi thành động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel.

Tác giả đã sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo ANN (Artificial Neural Network) để phân tích và mô phỏng quá trình cháy của động cơ sử dụng nhiên liệu kép, và kết quả thu được là: hiệu suất nhiệt có ích tăng khoảng 13%, mức tiêu hao nhiên liệu thấp, lượng khí thải NOx và CO giảm 30%, nhiệt độ khí thải giảm so với động cơ dùng diesel đơn thuần. Kết quả nghiên cứu của Bhaskor J. Bora and Ujjwal K. Saha [9] trên động cơ diesel_1 xy lanh, 4 kỳ đã được cải tiến thành động cơ sử dụng nhiên liệu kép CNGdiesel.

Nghiên cứu đã tối ưu hóa thời gian phun và tỉ số nén của động cơ sử dụng nhiên liệu kép. Và đặc biệt kết quả nghiên cứu đã tối ưu hoá cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép này có thể tăng hiệu suất nhiệt có ích tối đa 25,44%. Hơn nữa, sự phát thải nồng độ CO và HC là ít nhất. Khả năng giảm phát thải độc hại của động cơ diesel khi sử dụng phương án phun CNG vào đường ống nạp đã được các tác giả Dong Jian và các cộng sự [10] nghiên cứu thành công trên một động cơ diesel lắp trên ô tô buýt.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi đưa thêm CNG vào nhiên liệu diesel, lượng phát thải PM và NOx giảm mạnh.