Luận án Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro

Tên luận án:

Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của động cơ diesel đang lưu hành bằng phương pháp luân hồi khí thải kết hợp bổ sung khí hydro

Ngành:

Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Tài liệu trình bày nghiên cứu về giải pháp giảm phát thải độc hại từ động cơ diesel đang lưu hành, đặc biệt là động cơ diesel R180 công nghệ cũ phổ biến tại Việt Nam tại Việt Nam, vốn là nguồn gây ô nhiễm NOx và PM nghiêm trọng. Đề tài tập trung vào phương pháp kết hợp hệ thống luân hồi khí thải (EGR) và bổ sung khí hydro (HES) vào động cơ, gọi tắt là EHSy.

Mục đích nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng đồng thời của EGR và bổ sung hydro đến đặc tính làm việc và phát thải của động cơ diesel, từ đó đưa ra giải pháp kết hợp tối ưu. Nghiên cứu được thực hiện trên động cơ diesel R180 kiểu hút khí tự nhiên, sử dụng hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển cơ khí và không trang bị bộ xử lý khí thải.

Nội dung nghiên cứu bao gồm tổng quan các biện pháp giảm phát thải, nghiên cứu mô phỏng động cơ R180 sử dụng EHSy trên phần mềm AVL Boost để xác định tỉ lệ luân hồi và bổ sung hydro phù hợp. Sau đó, hệ thống EHSy được thiết kế, chế tạo và lắp đặt để phục vụ nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống EHSy đáng tin cậy và hiệu quả. Mô hình mô phỏng đã được kiểm chứng với kết quả thực nghiệm. Phương pháp EHSy giúp giảm mạnh phát thải NOx (trung bình 46,4% ở 1500 v/p và 27,7% ở 2600 v/p) và PM (trung bình 18,3% ở 1500 v/p và 21,3% ở 2600 v/p). Các phát thải CO và HC cũng giảm hoặc duy trì ổn định, trong khi suất tiêu hao nhiên liệu tăng không đáng kể (hoặc giảm ở hầu hết các chế độ tải). Các tỉ lệ EGR và HES hợp lý đã được xác định cho các chế độ tải khác nhau mà không gây ra hiện tượng cháy sớm hay kích nổ. Nghiên cứu khẳng định EHSy là giải pháp khả thi và có ý nghĩa cao trong việc kiểm soát phát thải cho động cơ diesel thế hệ cũ.

Mục lục chi tiết:

• Mở đầu
• Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
  • 1.1. Phát thải của động cơ diesel và phương pháp kiểm soát
    • 1.1.1. Đặc điểm phát thải động cơ diesel
    • 1.1.2. Các công nghệ giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel
  • 1.2. Luân hồi khí thải trong động cơ diesel
    • 1.2.1. Đặc điểm làm việc của động cơ khi luân hồi khí thải
      • 1.2.1.1. Các nghiên cứu trong nước
      • 1.2.1.2. Các nghiên cứu ngoài nước
      • 1.2.1.3. Tóm tắt đặc điểm làm việc của động cơ diesel khi luân hồi khí thải
  • 1.3. Bổ sung hydro trong động cơ đốt trong
    • 1.3.1. Tính chất của hydro
    • 1.3.2. Sản xuất, lưu trữ và vận chuyển hydro
      • 1.3.2.1. Sản xuất
      • 1.3.2.2. Lưu trữ và vận chuyển
    • 1.3.3. Sử dụng hydro làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong
    • 1.3.4. Bổ sung hydro trong động cơ diesel
      • 1.3.4.1. Các nghiên cứu trong nước
      • 1.3.4.2. Các nghiên cứu ngoài nước.
      • 1.3.4.3. Tóm tắt đặc điểm động cơ diesel bổ sung hydro
  • 1.4. Kết hợp bổ sung hydro và luân hồi khí thải trong động cơ
  • 1.5. Nội dung nghiên cứu của luận án
  • 1.6. Kết luận chương 1
• Chương 2. NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL HIỆN HÀNH SỬ DỤNG LUÂN HỒI KHÍ THẢI VÀ BỔ SUNG HYDRO
  • 2.1. Giới thiệu chung
    • 2.1.1. Mục đích nghiên cứu mô phỏng
    • 2.1.2. Lựa chọn phần mềm mô phỏng
  • 2.2. Cơ sở lý thuyết của phần mềm AVL Boost
  • 2.3. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ R180 có EHSy
    • 2.3.1. Thiết lập mô hình
      • 2.3.1.1. Các thông số cơ bản của động cơ R180
      • 2.3.1.2. Các phần tử trong mô hình
    • 2.3.2. Nhập dữ liệu cho mô hình
      • 2.3.2.1. Khai báo các thông số cơ bản cho mô hình
      • 2.3.2.2. Xây dựng mô hình lưỡng nhiên liệu
      • 2.3.2.3. Vòi phun hydro
      • 2.3.2.4. Van EGR
      • 2.3.2.5. Bộ làm mát khí luân hồi
      • 2.3.2.6. Thiết lập phần tử động cơ và xi-lanh (Cylinder)
    • 2.3.3. Khai báo biến và thực hiện mô phỏng
      • 2.3.3.1. Khai báo biến
      • 2.3.3.2. Các nội dung mô phỏng
  • 2.4. Hiệu chỉnh mô hình và đánh giá độ tin cậy
  • 2.5. Kết quả tính toán mô phỏng và thảo luận
    • 2.5.1.1. Đặc tính tải ở 1500 v/p
    • 2.5.1.2. Hệ số Lambda
    • 2.5.1.3. Suất tiêu hao nhiên liệu
    • 2.5.1.4. Phát thải NOx
    • 2.5.1.5. Phát thải soot
    • 2.5.1.6. Phát thải CO
    • 2.5.1.7. Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý
    • 2.5.2. Đặc tính tải ở 2600 v/p
    • 2.5.2.1. Hệ số lambda
    • 2.5.2.2. Suất tiêu hao nhiên liệu
    • 2.5.2.3. Phát thải NOx
    • 2.5.2.4. Phát thải soot
    • 2.5.2.5. Phát thải CO
    • 2.5.2.6. Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý
    • 2.5.3. Đặc tính ngoài
    • 2.5.3.1. Các thông số làm việc và phát thải
    • 2.5.3.2. Tỉ lệ hydro bổ sung và EGR hợp lý
    • 2.5.4. Thảo luận
  • 2.6. Kết luận chương 2
• Chương 3 . NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG EHSy CHO ĐỘNG CƠ DIESEL R180
  • 3.1. Giới thiệu chung
  • 3.2. Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp hydro cho động cơ R180
    • 3.2.1. Cơ sở tính toán và thiết kế
      • 3.2.1.1. Bình nhiên liệu hydro
      • 3.2.1.2. Van chống cháy ngược
      • 3.2.1.3. Bộ giảm áp
      • 3.2.1.4. Vòi phun hydro
    • 3.2.2. Thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp hydro
  • 3.3. Nghiên cứu thiết kế hệ thống EGR cho động cơ R180
    • 3.3.1. Cơ sở tính toán và thiết kế
      • 3.3.1.1. Đường ống thải
      • 3.3.1.2. Van EGR
      • 3.3.1.3. Bộ làm mát khí luân hồi
      • 3.3.1.4. Bơm nước làm mát khí luân hồi
    • 3.3.2. Lắp đặt hệ thống EGR
  • 3.4. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển EHSy
    • 3.4.1. Sơ đồ tổng quát
      • 3.4.1.1. Cảm biến tốc độ động cơ và thời điểm phun hydro
      • 3.4.1.2. Cảm biến vị trí tay điều khiển
      • 3.4.1.3. Công tắc chọn chế độ làm việc
      • 3.4.1.4. Tín hiệu điều khiển của người thí nghiệm
    • 3.4.2. Các cơ cấu chấp hành
      • 3.4.2.1. Động cơ servo
      • 3.4.2.2. Vòi phun hydro
      • 3.4.2.3. Van EGR
    • 3.4.3. Thiết kế ECU điều khiển
      • 3.4.3.1. Phần cứng
      • 3.4.3.2. Phần mềm
    • 3.4.4. Thuật toán và code chương trình
      • 3.4.4.1. Thuật toán xác định tốc độ thực, tốc độ đặt và vị trí van EGR của động cơ
      • 3.4.4.2. Thuật toán điều khiển góc quay servo, thời gian mở vòi phun, van EGR
      • 3.4.4.3. Code chương trình Labview
  • 3.5. Kết luận chương 3
• Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
  • 4.1. Mục đích thử nghiệm
  • 4.2. Đối tượng và phạm vi thử nghiệm
  • 4.3. Sơ đồ bố trí trang thiết bị và quy trình thử nghiệm
  • 4.4. Kết quả thí nghiệm và thảo luận
    • 4.4.1. Đặc tính tải ở 1500 vòng/phút
      • 4.4.1.1. Hệ số lambda
      • 4.4.1.2. Suất tiêu hao nhiên liệu
      • 4.4.1.3. Phát thải thải NOx
      • 4.4.1.4. Phát thải khói
      • 4.4.1.5. Phát thải HC
      • 4.4.1.6. Phát thải CO
      • 4.4.1.7. Diễn biến áp suất trong buồng đốt
    • 4.4.2. Đặc tính tải ở 2600 vòng/phút
      • 4.4.2.1. Hệ số lambda
      • 4.4.2.2. Suất tiêu hao nhiên liệu
      • 4.4.2.3. Phát thải NOx
      • 4.4.2.4. Phát thải khói
      • 4.4.2.5. Phát thải HC
      • 4.4.2.6. Phát thải CO
      • 4.4.2.7. Diễn biến áp suất trong buồng đốt
    • 4.4.3. Đặc tính ngoài
    • 4.4.4. Thảo luận
  • 4.5. Kết luận chương 4
• Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài
  • Kết luận chung
  • Hướng phát triển của đề tài: