Tiến Sĩ Xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diese

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
NĂM 2014
MỤC LỤC
Mục lục
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các bảng trong luận án .
Danh mục các hình vẽ và ảnh trong luận án .
MỞ ĐẦU .
Chương I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .
1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô .
1.1.1. Sự phát triển phương tiện giao thông ở Việt Nam
1.1.2. Tình hình ô nhiễm môi trường do phát thải của ô tô .
1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng LPG .
1.2.1. Tình hình sản xuất LPG .
1.2.2. Tình hình sử dụng LPG .
1.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel-LPG
1.3.1. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới .
1.3.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước .
1.4 Kết luận chương I .
Chương II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL – LPG.
2.1. Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel- LPG .
2.1.1. Các phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel-LPG
2.1.2. Chọn phương án hòa trộn lưỡng nhiên liệu diesel- LPG
2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình cháy trong động cơ diesel và động cơ diesel-LPG 2.2.1. Quá trình cháy trong động cơ diesel
2.2.2. Cơ sở lý thuyết quá trình cháy trong động cơ diesel-LPG
2.2.3. Cơ sở mô hình hóa quá trình hình thành hỗn nợp và cháy trong động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-LPG
2.3. Các thành phần khí thải .
2.3.1. Mônôxit cácbon .
2.3.2. Hyđrô cácbon
2.3.3. Ôxit nitơ .
2.3.4. Phát thải hạt
2.4. Cơ sở tính toán các thành phần phát thải trong động cơ diesel và động cơ diesel - LPG .
2.4.1. Tính toán phát thải NOx
2.4.2. Tính toán phát thải CO
2.4.3. Tính toán phát thải HC
2.4.4. Tính toán phát thải bồ hóng (Soot) .
2.5. Kết luận chương II .
Chương III. XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH CÁC THÀNH PHẦN KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL-LPG

3.1. Phần mềm AVL BOOST
3.1.1. Các phần mềm mô phỏng động cơ
3.1.2. Phần mềm AVL BOOST
3.2. Ứng dụng phần mềm AVL BOOST tính toán các thành phần khí thải của động cơ FAWDE - 4DX23 .
3.2.1. Các thông số cơ bản của động cơ FAWDE- 4DX23 .
3.2.2. Nhiên liệu diesel và LPG
3.2.3. Xây dựng mô hình động cơ diesel trên AVL Boost
3.2.4. Kiểm chứng độ chính xác của mô hình .
3.2.5. Xây dựng mô hình động cơ diesel - LPG trên AVL Boost .
3.2.6. Kết quả tính toán mô phỏng
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và điều chỉnh đến lượng phát thải của động cơ diesel-LPG bằng phương pháp mô phỏng
3.3.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến lượng phát thải của động cơ diesel - LPG .
3.3.2. Ảnh hưởng của pha phân phối khí đến lượng phát thải của động cơ diesel - LPG
3.4. Kết luận chương III
Chương IV. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ . .
4.1. Mục tiêu và nội dung thử nghiệm
4.1.1. Mục tiêu thử nghiệm .
4.1.2. Nội dung thử nghiệm .
4.2. Thiết bị thí nghiệm .
4.2.1. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm .
4.2.2. Các bộ phận cơ bản của thiết bị thử nghiệm .
4.3. Lựa chọn và lắp đặt hệ thống cung cấp LPG vào động cơ diesel thí nghiệm
4.4. Quy trình thí nghiệm .
4.4.1. Điều kiện thí nghiệm .
4.4.2. Thí nghiệm đo khí xả động cơ diesel nguyên thủy .
4.4.3. Thí nghiệm đo khí xả động cơ lưỡng nhiên liệu diesel-LPG
4.5. Kết quả thử nghiệm và đánh giá
4.5.1. Tiêu chuẩn EURO về phát thải của động cơ diesel .
4.5.2. Kết quả đánh giá động cơ thử nghiệm
4.5.3. Đánh giá chất lượng phát thải của động cơ diesel khi chạy lưỡng nhiên liệu diesel-LPG .
4.5.4. Đánh giá kết quả mô phỏng và thực nghiệm .
4.6. Kết luận chương IV

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Khí thải từ ô tô sử dụng nhiên liệu diesel sinh ra đang là một trong những tác nhân lớn nhất gây ô nhiễm môi trường không khí, đặc biệt ở tại các khu đô thị. Trong khí thải của động cơ diesel thì thành phần độc hại đáng quan tâm nhất là khí thải dạng hạt có đường kính 10 m(bụi lơ lửng) và nitơ ôxít (NOx). Các nghiên cứu trên thế giới đều cho thấy NOx là một trong những nhân tố làm trầm trọng thêm bệnh hen suyễn và các bệnh về hô hấp khác, trong khi đó khí thải bụi hạt có liên quan đến nguy cơ gây ung thư. Trong những năm qua, việc nghiên cứu giảm khí thải độc hại cho động cơ
diesel đang được nhiều quốc gia đầu tư thực hiện. Để giảm các thành phần độc hại trong khí thải động cơ diesel, ngoài các biện pháp công nghệ như cải tiến kết cấu buồng cháy, sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải, tối ưu hóa các thông số của quá trình cung cấp nhiên liệu .thì biện pháp sử dụng nhiên liệu sạch cho động cơ diesel, trong đó có nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) hiện đang được nhiều nước ứng dụng. Sử dụng động cơ chạy bằng lưỡng nhiên liệu diesel- LPG trên ô tô nhằm giảm khí thải độc hại là một hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa học quan tâm. Biện pháp này khi áp dụng sẽ giải quyết được hai vấn đề là bảo vệ môi trường không khí và tận dụng được nguồn nhiên liệu hiện đang có sẵn ở nhiều nơi trên thế giới trong khi nhiên liệu hóa thạch đang dần có nguy cơ cạn kiệt.
Để đảm bảo cho động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG mà ít phải thay đổi kết cấu có thể dùng biện pháp lắp đặt thêm bộ cung cấp LPG vào động cơ diesel nguyên thủy.
Phương án này không chỉ sử dụng được cho các loại ô tô dùng động cơ diesel mới mà còn có thể sử dụng cho các loại xe ô tô đang lưu hành vì việc lắp đặt thêm hệ thống cung cấp LPG vào động cơ diesel là không phức tạp và ít làm ảnh hưởng đến đặc tính của động cơ.
Ưu điểm nổi bật của động cơ lưỡng nhiên liệu theo phương án đã nêu so với đơn nhiên liệu LPG là không phải chế tạo động cơ chuyên chạy LPG mà vẫn đạt được mục đích giảm lượng khí thải độc hại.
Hiện nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng động cơ lưỡng nhiên liệu diesel – LPG trên ô tô, các nhà nghiên cứu đã đưa ra nhận định chung về đặc điểm sử dụng LPG trên động cơ diesel như: khả năng giảm bụi khói và NOX, hiện tượng tăng phát thải HC và CO khi thay thế LPG vào diesel. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đưa ra các kết quả rất khác nhau mức giảm hoặc tăng các thành phần phát thải khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. Điều đó cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến phát thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG phụ thuộc rất nhiều vào loại động cơ, thành phần nhiên liệu sử dụng, phương pháp cung cấp nhiên liệu LPG và điều kiện vận hành động cơ.
Ở Việt Nam, ứng dụng LPG cho động cơ đốt trong đã và đang được quan tâm nghiên cứu ngày càng nhiều nhưng chưa được chuyên sâu, các kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng ở mức cho động cơ chạy bằng nhiên liệu LPG thôi chứ chưa quan tâm tới việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp nhiên liệu, quá trình cháy, hình thành các chất ô nhiễm.
Với thực trạng trên, việc nghiên cứu tính toán xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG trở nên cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
2. Mục đích nghiên cứu
- Xác định hàm lượng các thành phần khí thải khi lắp thêm bộ cung cấp khí hóa lỏng (LPG) vào động cơ diesel.
- Đánh giá hiệu quả giảm phát thải của động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-LPG lắp trên ô tô cỡ nhỏ và trung bình.
* Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về khí thải của đối tượng đã chọn trên cơ sở giữ nguyên các chỉ tiêu kỹ thuật (công suất mô men) của động cơ diesel nguyên thủy.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm.
* Về lý thuyết: Sử dụng lý thuyết về quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất của động cơ đốt trong để xây dựng phương pháp xác định lượng khí thải.
Sử dụng phần mềm AVL-BOOST để mô phỏng quá trình làm việc của động cơ và tính toán hàm lượng phát thải.
* Về thực nghiệm: Thí nghiệm trên băng thử hiện đại theo chu trình ECE của Cục Đăng kiểm Việt Nam để xác định hàm lượng các thành phần khí thải độc hại, trên cơ sở đó sẽ hiệu chỉnh kết quả tính toán lý thuyết.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
* Ý nghĩa khoa học
Luận án đã xây dựng được phương pháp xác định các thành phần khí thải độc hại của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG.
Luận án đã xây dựng được mô hình mô phỏng để đánh giá lượng phát thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG.
Luận án đã tiến hành thực nghiệm đánh giá và so sánh các thành phần khí thải của động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel và lưỡng nhiên liệu diesel – LPG bằng hệ thống trang thiết bị thử nghiệm hiện đại, đạt tiêu chuẩn Quốc tế.
* Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở để đánh giá hiệu quả môi trường và năng lượng của động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG.
Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị trong giảng dạy, nghiên cứu khoa học và thực tế ứng dụng.
6. Những nội dung chính của luận án
Luận án được trình bày trong 4 chương với cấu trúc như sau:
Mở đầu
Chương I. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Chương II. Cơ sở lý thuyết tính toán thành phần khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel - LPG.
Chương III. Xây dựng mô hình xác định các thành phần khí thải của động cơ diesel và động cơ diesel - LPG.
Chương IV. Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Kết luận và kiến nghị.