BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

PHAN ĐẮC YẾN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG
CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL SINH HỌC B10, B20
ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG LƢỢNG
VÀ MÔI TRƢỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số

: 62.52.01.16

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
Hà NộiQUÂN
- 2015 SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Nguyễn Hoàng Vũ

7.

8.

Nguyễn Công Lý, Phan Đắc Yến, Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn
Hoàng Vũ, “Mô hình hoá chu trình công tác của động cơ diesel
phun nhiên liệu trực tiếp bằng phần mềm chuyên dụng Diesel-RK”,
Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật (ISSN: 1859-0209), Học viện KTQS,
số 140, 04/2011, tr.76-84.
Nguyễn Công Lý, Phan Đắc Yến, Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn
Hoàng Vũ, “Tính toán mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu của
động cơ diesel B2 bằng phần mềm inject32”, Tạp chí Khoa học &
Kỹ thuật (ISSN: 1859-0209), Học viện KTQS, số 148, 6/2012,
tr.164-174.
Nguyen Hoang Vu, Nguyen Trung Kien, Phan Dac Yen, Nguyen
Cong Ly, “Study on the Effects of Biodiesel blends B10 and B20 on
Performance and Emissions of a Diesel Engine by using Diesel-RK
Software”, The 5th AUN/SEED-Net Regional Conference on
New/Renewable Energy; September-2012, tr. 128-133.
Nguyễn Trung Kiên, Nguyễn Hoàng Vũ, Phan Đắc Yến, “Ảnh
hưởng của nhiên liệu diesel sinh học đến quy luật cung cấp nhiên
liệu của động cơ diesel”, Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật (ISSN:
1859-0209), Học viện KTQS, số 155, tháng 6/2013, tr. 116-125.
Phan Đắc Yến, Nguyễn Công Lý, Nguyễn Hoàng Vũ, “Nghiên
cứu thiết kế, chế tạo các hệ thống phụ trợ phục vụ việc thử nghiệm
động cơ diesel B2 trên bệ thử động cơ hạng nặng của hãng AVL”,
Tạp chí Khoa học & Kỹ thuật (ISSN:1859-0209), Học viện KTQS,
số 161, tháng 4/2014, tr.120-127.
Phan Đắc Yến, Nguyễn Trung Kiên,“Tính toán hàm lượng các
chất ô nhiễm trong khí thải động cơ diesel bằng phần mềm Diesel RK”, Tạp chí Giao thông vận tải, Tháng 4/2014, tr.33-34,51.

MT của động cơ diesel (đang sử dụng diesel dầu mỏ) mang tính cấp thiết và thời sự.
Mục đích và phạm vi nghiên cứu của luận án
Xây dựng được MHMP đủ độ tin cậy, cho phép đánh giá ảnh hưởng của hỗn
hợp biodiesel với các mức pha trộn khác nhau đến QLCCNL; diễn biến các quá
trình nhiệt động trong xi lanh; các thông số của CTCT; các chỉ tiêu kinh tế (suất
tiêu hao nhiên liệu, ge), năng lượng (mô men xoắn, Me) và môi trường (mức phát
thải NOx; độ khói khí thải, k) của động cơ diesel B2 trên cơ sở ứng dụng các phần
mềm mô phỏng (PMMP) chuyên dụng (Inject32 và Diesel-RK).
Đối tƣợng nghiên cứu của luận án
Động cơ diesel B2 (công suất định mức Ne đm=382 kW tại n=2000 vg/ph) do
Liên xô (cũ) sản xuất. Đây là loại động cơ diesel có công suất lớn, độ bền cao
nhưng có suất tiêu hao nhiên liệu và mức độ khói cao.
Loại nhiên liệu sử dụng trong nghiên cứu của luận án
Luận án sử dụng 3 loại nhiên liệu: diesel dầu mỏ (B0), hỗn hợp biodiesel có tỷ
lệ pha trộn 10% thể tích (B10) và 20% thể tích (B20). Trong đó, diesel sinh học
gốc (B100) dùng để pha trộn tạo B10, B20 được sản xuất từ bã thải của quá trình
tinh lọc dầu cọ thô (Crude Palm Oil) thành dầu ăn (Cooking Oil), [23].
Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án
Sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp, kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu
lý thuyết (LT) và thực nghiệm (TN), nhằm thiết lập được MHMP đủ độ tin cậy
cho phép đánh giá ảnh hưởng của B10, B20 đến QLCCNL, diễn biến các quá
trình nhiệt động trong xi lanh, các thông số công tác và mức phát thải NO x, độ
khói của động cơ. Việc nghiên cứu TN nhằm xác định một số thông số đầu vào
phục vụ quá trình tính toán; đánh giá mức độ phù hợp của B10, B20 với các tiêu


2
chuẩn, quy chuẩn hiện hành; đánh giá độ tin cậy và hiệu chỉnh các MHMP đã xây
dựng; lượng hóa tác động của B10 và B20 đến các thông số công tác, mức phát
thải của động cơ B2.

khăn nhất định về mặt công nghệ. Nghiên cứu sử dụng biodiesel cho động cơ
diesel đã và đang được quan tâm trên phạm vi toàn cầu, [14]. Việt Nam có tiềm
năng về sản xuất nhiên liệu diesel sinh học. Chính phủ Việt Nam đã quyết tâm
phát triển nền công nghiệp nhiên liệu sinh học thông qua việc triển khai Đề án
phát triển Nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2020, [1].
1.2. Sự thay đổi thuộc tính của biodiesel so với nhiên liệu diesel dầu mỏ
Sự thay đổi về thuộc tính của biodiesel phụ thuộc vào tỷ lệ pha trộn và nguồn
diesel sinh học gốc (B100). Với cùng nguồn gốc B100, khi thay đổi tỷ lệ pha trộn
các thuộc tính lý-hóa và đặc tính của biodiesel cũng thay đổi theo (Bảng 1.4).


3
Bảng 1.4. Sự thay đổi thuộc tính của B10, B20 theo tỷ lệ pha trộn và nguồn gốc của B100
Tên chỉ tiêu

TT

Đơn vị

1

Điểm chớp cháy cốc kín

2

Độ nhớt động học

3

Ăn mòn mảnh đồng


mm /s

3,25

3,38

2,848

2,862

Loại

1a

1a

1a

1a

53,7

54,5

52,5

52,8

kg/l


1.3. Ảnh hƣởng của thuộc tính nhiên liệu đến quá trình tạo hỗn hợp và cháy
của động cơ diesel
1.3.2. Ảnh hưởng của thuộc tính nhiên liệu đến QLCCNL, quá trình tạo hỗn hợp
Các thuộc tính của nhiên liệu: tỷ trọng, độ nhớt và sức căng mặt ngoài của hạt
nhiên liệu... có ảnh hưởng đến QLCCNL và quá trình tạo hỗn hợp. Tỷ trọng và độ
nhớt có ảnh hưởng đến diễn biến áp suất trong HTPNL, lượng nhiên liệu cung cấp
cho một chu trình (gct); độ nhớt và sức căng mặt ngoài của hạt nhiên liệu ảnh
hưởng đến mức độ phun tơi của tia phun nhiên liệu.
1.3.3. Ảnh hưởng của thuộc tính NL đến quá trình cháy và hình thành các chất ô nhiễm
Giá trị nhiệt trị thấp ảnh hưởng trực tiếp đến tổng lượng nhiệt cấp cho CTCT.
Giá trị của nhiệt trị thấp kết hợp với tốc độ phun nhiên liệu sẽ quyết định diễn
biến tốc độ tỏa nhiệt trong xi lanh. Trị số xêtan có ảnh hưởng quyết định đến thời
gian cháy trễ của nhiên liệu và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến nhiệt độ, áp
suất trong xi lanh. Thành phần chưng cất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo hỗn
hợp, quá trình phát triển màng lửa và do đó sẽ ảnh hưởng đến diễn biến nhiệt độ, áp
suất trong xi lanh động cơ diesel. Hàm lượng lưu huỳnh tăng sẽ có xu hướng làm
giảm nhiệt độ cháy của nhiên liệu diesel nên có xu hướng làm tăng hàm lượng PM
trong khí thải.
1.4. Các vấn đề cần quan tâm khi sử dụng biodiesel cho động cơ
1.4.1. Mức pha trộn và kinh nghiệm sử dụng thực tế
Với mức pha trộn nhỏ (≤ 5%) thì các động cơ khi dùng B5 hoạt động bình thường
như khi dùng diesel (B0). Tuy nhiên mức pha trộn ≤ 5% thì hiệu quả thay thế chưa cao.
Với mức pha trộn trung bình (từ 6% đến 20%) thì cần đảm bảo chất lượng nguồn B100
dùng để phối trộn, cần quan tâm hơn đến thời gian lưu trữ và quy trình bảo dưỡng hệ
thống nhiên liệu... Với mức pha trộn lớn (trên 20%) thì hỗn hợp biodiesel chưa được
xem là nhiên liệu thay thế trực tiếp cho động cơ diesel.
1.4.2. Các vấn đề cần quan tâm khi sử dụng biodiesel ở mức pha trộn trung bình
Với mức pha trộn này, cần quan tâm đến tính tương thích vật liệu; tính ổn định
của nhiên liệu khi lưu trữ; hiện tượng pha loãng dầu bôi trơn; ảnh hưởng đến mức

tiết được ảnh hưởng của biodiesel đến QLCCNL và các chỉ tiêu công tác, mức
phát thải ô nhiễm của động cơ. Ngoài ra, một số thuộc tính cơ bản của hỗn hợp
nhiên liệu (là thông số đầu vào cần thiết cho quá trình tính toán CTCT) chưa được
phân tích, xác định trực tiếp bằng thực nghiệm mà thường được tham khảo từ các
tài liệu chuyên ngành.
1.6. Kết luận chƣơng 1
- Để đảm bảo an ninh năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, việc
nghiên cứu sử dụng biodiesel để thay thế một phần nhiên liệu diesel dầu mỏ đã trở
nên cấp bách đối với các quốc gia, trong đó có Việt Nam. Đối với động cơ diesel
nói chung và nhất là các động cơ diesel đang lưu hành, biodiesel là loại nhiên liệu
thay thế tiềm năng, có nhiều ưu điểm, đã và đang nhận được nhiều sự quan tâm.
- Do sự thay đổi các thuộc tính hóa-lý, đặc tính cháy của hỗn hợp biodiesel
nên sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến QLCCNL, quá trình hình thành và phát triển tia
phun, quá trình cháy và hình thành các chất ô nhiễm của động cơ diesel. Những
tác động này cần được đánh giá bằng cả LT lẫn TN. Các thuộc tính chính của
biodiesel cần được xác định bằng TN để làm thông số đầu vào cho quá trình tính


5
toán, đánh giá một cách lượng hóa tác động việc sử dụng biodiesel đến QLCCNL;
đến các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ diesel.
- Sự thay đổi các thuộc tính hóa-lý, đặc tính cháy của hỗn hợp biodiesel phụ
thuộc vào tỷ lệ pha trộn và nguồn gốc của B100. Trong phạm vi nghiên cứu của
luận án, NCS sử dụng B100 được sản xuất từ phần thải của quá trình tinh lọc dầu
cọ thô thành dầu ăn và chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của B10 và B20 đến
QLCCNL; đến các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ diesel B2.
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU
KINH TẾ, NĂNG LƢỢNG, MÔI TRƢỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán quy luật cung cấp nhiên liệu của động cơ diesel
2.1.1. Mô hình hệ thống phun nhiên liệu dùng bơm cao áp kiểu cơ khí truyền thống

k .U
 U
(2.5)
.
 U . .


 t
t x
f


  . f     . U  U .   U . . f  0
x
x
f x
 f t t

Nghiệm của hệ phương trình (2.5) có dạng:

 x   k1
 x   k 2
 p  po  F  t  a  e  W  t  a  e






U  U  1  F  t  x  e k1  W  t  x  e  k 2 


b) Tại khoang van cao áp
dpH'
 fT .U  0, t    1. f K .cK   K . K . f K'
dt

 'p .VH'

2

p  pH'

H

*Đối với các chi tiết chuyển động cùng van cao áp:
d 2 hK
M
  1  .hK  f K . pK 0    1. f K  pH  pH' 
dt 2
2.1.3.2. Phương trình điều kiện biên tại vòi phun

fT .U (l , t )   p .V

dp
dt

  2 . . f

2


(2.12)

Q2 

  d12  13  p2  1
12 nl  l

(2.13)

2.1.3.3. Hệ phương trình vi phân điều kiện biên


1
pH  pH'   1. f K .cK  Q1 

 6.nc . p .VH 



2
1

  K . K . f K'
pH  pH   1. f K .cK  fT .U (0, t ) 
'
'



 6.nc . p .VH


6.nc .M '

cy



6.nc


dpH 
2
  f n .cn   0 .0 . f 0
dc 

dpH'
dc
dcK
d c
dhK
d c
dp
d c
dc y
d c
dy
d c

pH  pBC   K . K . f K'


-Phương trình cân bằng khối lượng:
(2.17)
dm  dmn  dmnl  dmth
-Phương trình cân bằng năng lượng:

dQc  dQw   dmn hn   dmth hth  dU  pdV

-Phương trình trạng thái khí lý tưởng:
(2.19)
pV  RmT
Hình 2.2. Mô hình vật lý CTCT của động cơ

2.2.3. Mô hình tính toán quá trình cháy
2.2.3.1. Khái quát chung
Các mô hình tính toán quá trình cháy trong động cơ rất đa dạng. Nếu đánh giá
theo chiều không gian tính toán có thể phân làm 3 loại mô hình: không chiều
(Zero Dimensional model); một chiều (Quasi Dimensional Model); đa chiều
(Multi Dimensional model). Nếu đánh giá theo vùng cháy có thể phân làm 3 loại:
Mô hình cháy đơn vùng (Single Zone); Mô hình cháy 2 vùng (Two Zone) và Mô
hình cháy đa vùng (Multi Zone). Việc sử dụng mô hình cháy nào để tính toán phụ
thuộc vào mục đích nghiên cứu. Với mục đích xác định ảnh hưởng của biodiesel
đến các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ B2, luận án lựa chọn MH cháy đa vùng
của Razleitsev- Kuleshov để tính toán CTCT của động cơ.
2.2.3.2. Mô hình cháy đa vùng Razleitsev-Kuleshov
a. Mô hình tia phun
Chùm tia diesel phun vào buồng
cháy được chia làm 7 vùng đặc trưng
như trên Hình 2.5. Chuyển động của
phần tử nhiên liệu từ vòi phun đến đỉnh
chùm tia được xác định theo công thức:

0,32

  2f

  f .d n . f





0,07

 0,5

b.Mô hình bay hơi của hạt nhiên liệu
Tốc độ bay hơi nhiên liệu cho vùng thứ i được xác định:

(2.25)


8

d ui 
3/ 2 
 1  1  bui . ui   zi

  ui
d

(2.27)


Tốc độ cháy trong giai đoạn cháy rớt (khi kết thúc phun) được xác định:
dx
(2.36)
 3 . A3 .K T 1  x  b  x 
d
Quá trình đốt cháy hơi nhiên liệu trong các vùng được tính theo:
m

(2.38)
  16000  
A1 

 dx
  1

 
rV   300 rWi exp 
i 1 

 2500  TWi  
 d
W

b  x 

2.2.4. Mô hình tính trao đổi nhiệt của môi chất với thành vách
Trong quá trình cháy, truyền nhiệt xảy ra dưới 2 hình thức là tỏa nhiệt đối lưu
và tỏa nhiệt bức xạ:
dQw dQ dQ


9
Mô hình Zeldovich được nhiều tác giả sử dụng để tính toán hàm lượng NO,[111].
Thành phần thể tích của NO
p  2,333 107  e
drNO

d

rNO trong vùng cháy xác định theo công thức:

38020

TSPC

  r
 rN2eq  rOeq  1   NO
  rNOeq


 2346
R.TSPC  1 
e

TSPC


3365
TSPC


 dC 
(2.62)

  0 ,004 ct
 d  K

V d

- Vận tốc hình thành muội than theo cơ chế trùng hợp nhân các giọt nhiên
liệu được xác định trong từng quá trình (trong quá trình phun, quá trình đốt cháy
các hạt muội, quá trình thay đổi mật độ muội do giãn nở). Tổng vận tốc thay đổi
mật độ muội trong xi lanh được xác định theo công thức:
1  dC 
 dC 
 dC 
 dC 
 dC 
(2.67)

  B
  B
  
 

 d 
 d  K
 d  P B  d  B  d  V
2.4. Lựa chọn phần mềm tính toán
2.4.1. Lựa chọn phần mềm tính toán QLCCNL
NCS lựa chọn phần mềm Inject32 của Đại học Kỹ thuật Quốc gia Bauman

nghiên cứu của luận án, NCS lựa chọn phần mềm Diesel-RK làm công cụ tính
toán CTCT, các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ B2 khi sử
dụng B0 và biodiesel B10, B20.
2.5. Kết luận Chƣơng 2
- Trên cơ sở nghiên cứu LT tính toán HTPNL của động cơ diesel, NCS đã phân
tích, lựa chọn được công cụ tính toán phù hợp là PMMP chuyên dụng Inject32 nhằm
mục đích đánh giá ảnh hưởng của B10, B20 đến QLCCNL; xác định QLCCNL dùng
làm dữ liệu đầu vào cho quá trình tính toán CTCT của động cơ B2.
- Trên cơ sở nghiên cứu LT tính toán CTCT và các thông số công tác của động
cơ; mô hình tính toán hàm lượng NOx và độ khói khí thải diesel, đã phân tích lựa
chọn được công cụ nghiên cứu phù hợp là PMMP chuyên dụng Diesel-RK phục
vụ mục đích đánh giá ảnh hưởng của B10, B20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng
lượng, môi trường của động cơ diesel B2.
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG
CỦA B10, B20 ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ, NĂNG LƢỢNG, MÔI
TRƢỜNG CỦA ĐỘNG CƠ B2
3.1. Lựa chọn đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là động cơ diesel B2, đây là động cơ
diesel công suất lớn được sử dụng trên các phương tiện vận tải tại các mỏ khai
thác khoáng sản, phương tiện vận tải thủy, dàn khoan dầu khí...
3.2. Tính toán QLCCNL của động cơ B2 bằng phần mềm mô phỏng Inject32
3.2.1. Hệ thống phun nhiên liệu của động cơ B2
3.2.2. Xây dựng mô hình và xác định các thông số đầu vào
Căn cứ theo đặc điểm kết cấu của HTPNL (Hình 3.2), lựa chọn mô hình tính
QLCCNL trong Inject32 như trên Hình 3.3. Cần xác định chi tiết các nhóm thông
số đầu vào và khai báo trong Inject32, bao gồm: Hệ thống dẫn động bơm cao áp (20
thông số), Bộ đôi pít tôn-xi lanh BCA (25 thông số), Van cao áp (21 thông số),
Đường ống cao áp (8 thông số), Vòi phun (10 thông số). Các thông số được xác
định trên cơ sở Bộ bản vẽ chế tạo các chi tiết của HTPNL (Nhà máy
Z153/TCKT), theo tài liệu kỹ thuật của động cơ B2, [114] và theo khuyến nghị

3.2.5. Đánh giá, hiệu chỉnh mô hình tính quy luật cung cấp nhiên liệu
Do hạn chế về điều kiện thực nghiệm,
170
gct - B0 - LT
luận án chỉ sử dụng lượng nhiên liệu cấp
160
gct - B0 - TN
cho một chu trình (gct) để hiệu chỉnh MH
150
tính QLCCNL. Kết quả tính toán (sau khi
140
hiệu chỉnh MHMP) so sánh với thực
130
nghiệm khi sử dụng nhiên liệu B0 được
120
trình bày trên Hình 3.4.
1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
Kết quả tính toán về gct là phù hợp với
n [vg/ph]
kết quả đo thực nghiệm trên toàn dải tốc
Hình 3.4. Kết quả tính toán và thực
độ 1200 vg/ph đến 2000 vg/ph và phù hợp
nghiệm xác định gct của phân bơm cao
với đặc tính cung cấp của BCA (HK-10)
áp, ở chế độ 100% tải
lắp trên động cơ B2, [114].
Sai số lớn nhất về gct giữa tính toán (LT) và thực nghiệm (TN) là 1,17 %. Do
vậy, mô hình tính QLCCNL được xây dựng, hiệu chỉnh trong Inject32 có đủ độ



60

30

40

20
20

10

0

0
25

35

45

25

55
GQTC [độ]

Hình 3.8. Diễn biến (p‘ ) tại n = 2000 vg/ph

35

45

30,0

gct - B0

gct - B10

gct - B20

90

29,6
B0

B10

B20

Hình 3.11.Sự thay đổi d32 tại n =2000 vg/ph

1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
n [vg/ph]

Hình 3.12. Sự thay đổi gct khi dùng B0, B10, B20

- Mức độ phun tơi (đánh giá thông qua d 32) khi sử dụng B10, B20 kém hơn so
với khi sử dụng B0 (tại n=2000 vg/ph, d32 tăng 1,65% khi dùng B10 và tăng
4,16% khi dùng B20).
- Diễn biến gct được trình bày trên Hình 3.12, ta thấy trên toàn dải tốc độ vận
hành, khi sử dụng biodiesel sẽ làm gia tăng nhẹ về gct so với khi sử dụng B0 (mức
tăng cao nhất của gct khi dùng B10 là 1,46% tại n=1200 vg/ph; khi dùng B20 là

các mẫu nhiên liệu được dùng cho nghiên cứu của luận án.
+ Nhiệt trị thấp được tính toán theo công thức thực nghiệm [74] dựa trên kết
quả phân tích thành phần C:H:O của các mẫu nhiên liệu, [70].
+ Hàm lượng Lưu huỳnh, Trị số xêtan, Khối lượng riêng ở T=323K, Độ nhớt
động lực học ở T=323K của các mẫu nhiên liệu được phân tích thực nghiệm tại
PTN Trọng điểm về Công nghệ lọc-hóa dầu (Viện Hóa học Công nghiệp Việt
Nam) và Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 1 (Quatest 1).
3.3.2. Chế độ, trình tự tính toán và phương pháp đánh giá tác động của B10,
B20 đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ B2
- Chế độ tính toán, khảo sát: tính toán theo đặc tính ngoài trên toàn dải tốc độ,
khi so sánh một số thông số ở cùng chế độ tốc độ sẽ chọn tốc độ định mức.
- Trình tự tính toán:
+ Bước 1: Tính toán xác định các chỉ tiêu kinh tế (ge), năng lượng (Me, Ne) của
động cơ B2 khi sử dụng B0; đánh giá về mức độ phù hợp của kết quả thu được so
với thông số kỹ thuật theo thiết kế.
+ Bước 2: Sử dụng giá trị Me, ge đo thực nghiệm khi động cơ B2 sử dụng B0
để hiệu chỉnh MH đã xây dựng sơ bộ trên cơ sở các tham số hiệu chỉnh cho phép
của Diesel-RK.
+ Bước 3: Sử dụng mô hình đã hiệu chỉnh để tính toán xác định các quá trình
nhiệt động, các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ B2 khi sử dụng B10, B20.


14

2300

Me - B0 - LT

2100


Các hệ số chọn liên quan đến hệ thống làm mát, cơ cấu phối khí.
Kết quả tính toán (LT) và thực nghiệm (TN) về Me và ge ở chế độ 100% tải,
trong dải dải tốc độ n=1200÷2000 vg/ph, khi sử dụng B0 được được trình bày trên
các Hình 3.14 và 3.15. Ta thấy:

0,245
1400

1600

1800

2000
n [vg/ph]

Hình 3.14. So sánh Me tính toán và
thực nghiệm khi sử dụng B0 ở 100% tải

1200

1400

1600

1800

2000
n [vg/ph]

Hình 3.15. So sánh ge tính toán và thực

40
30
20
10
0

p xl max [bar]

p xl [bar]

15

p xl - B0
p xl - B10
p xl - B20

90
80
70

pxl max - B10
pxl max - B20

50
300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500
GQTK [độ]

1200

Hình 3.23. Diễn biến (pxl) tại n=2000 vg/ph


2200

Txl max - B10

2100

Txl max - B20

2000

1200

1900

1000
800

1800

320 340 360 380 400 420 440 460 480
GQTK [độ]

1200

Hình 3.26. Diễn biến (Txl) tại n=2000 vg/ph

1400

1600

bình-pi [bar]; áp suất có ích trung bình- pe [bar]; hiệu suất chỉ thị- i [%]; mô men
xoắn có ích-Me [N.m] và suất tiêu hao nhiên liệu có ích-ge [kg/kWh]. Kết quả tính
toán Me, ge khi sử dụng B0, B10, B20 được trình bày trên Hình 3.31; 3.32.
0,30
0,25
0,20

Me - B0

Me - B10

Me - B20

0,15

ge - B0

ge - B10

ge - B20

0,10

1400

1600

1800

2000


NOx - B20

600

NOx [ppm]

NOx [ppm]

là 8,7%) so với B0. Việc sử dụng B10 làm tăng ge không nhiều (mức tăng cao
nhất là 2,5% tại n=1200 vg/ph) so với B0. Khi sử dụng B20, mức tăng ge so với
B0 là đáng kể (mức tăng cao nhất là 10,8 % tại n =1200 vg/ph). Ngoài ra, mức độ
ảnh hưởng của B10, B20 đến Me, ge không tỷ lệ tuyến tính với tỷ lệ pha trộn.
3.3.4.5. Tính toán mức phát thải NOx và độ khói k
Kết quả tính toán ảnh hưởng của B10, B20 đến diễn biến và mức phát thải
NOx, độ khói k của động cơ B2 được trình bày trên Hình 3.33, 3.3.34, 3.35, 3.36.
Ta thấy, sau ĐCT khoảng 20 độ GQTK, hàm lượng NOx đạt cực trị và giữ
nguyên giá trị này cho đến cuối quá trình cháy.
1200
1000
800
600
400

400

200

200



1600

1800

2000
n [vg/ph]

5,0
4,0

k - B0

k - B10

k - B20

3,0

1,5

2,0

0,5

1,0

-0,5

1400

Hình 3.36. Ảnh hưởng của B10, B20 đến
độ khói (k) của động cơ B2

Hàm lượng NOx và độ khói k đều đạt giá trị nhỏ nhất tại n=2000 vg/ph, cao
nhất tại n =1200 vg/ph. Mức phát thải NOx tăng (khi sử dụng B10, mức tăng NOx
cao nhất là 32,5% tại n=1800 vg/ph; với B20 là 71,7% tại n=1800 vg/ph) so với
khi sử dụng B0. Khi sử dụng B10, B20 sẽ giúp đáng kể giảm độ khói (đối với
B10, mức giảm độ khói cao nhất là 11,8 % tại n=1200 vg/ph; đối với B20 là 28,7
% tại n=1300 vg/ph) so với khi sử dụng B0. Khi tăng tỷ lệ pha trộn, mức độ cải
thiện về độ khói tốt hơn (khi dùng B20, tại n=1800 vg/ph, mức độ khói giảm cao
nhất là 23,9 % so với B10).
3.4. Kết luận Chƣơng 3
- Đã xây dựng và hiệu chỉnh thành công MHMP tính QLCCNL của động cơ B2 khi sử
dụng B0, B10, B20 trong Inject32. Khi sử dụng B10 và B20 sẽ làm gia tăng nhẹ về gct và
đường kính trung bình của hạt nhiên liệu (d32); góc phun sớm và thời gian phun không bị ảnh
hưởng. Kết quả tính toán QLCCNL được sẽ dùng làm thông số đầu vào để tính toán CTCT
và các chỉ tiêu KT, NL, MT của động cơ B2.


17
- Đã xây dựng và hiệu chỉnh thành công MHMP tính CTCT và các chỉ tiêu
KT, NL, MT của động cơ B2 trong Diesel-RK. Kết quả tính toán cho thấy:
+ Khi dùng B10, B20 sẽ làm giảm Me (mức giảm Me cao nhất khi dùng B10
là 3,3% và khi dùng B20 là 8,7%) so với khi dùng B0; Làm tăng ge (mức tăng ge
cao nhất khi dùng B10 là 2,5% và khi dùng B20 là 10,8%) so với khi dùng B0.
+ Mức phát thải NOx tăng khá mạnh (khi sử dụng B10 hàm lượng NOx tăng
cao nhất là 32,5%; khi dùng B20 là 71,7%) so với khi dùng B0.
+ Có sự cải thiện tốt về độ khói khí thải k (k giảm nhiều nhất khi dùng B10
là 11,8%; khi dùng B20 là 28,7%) so với khi sử dụng B0.
- Inject32 đã cho phép đánh giá chi tiết ảnh hưởng của B10, B20 đến QLCCNL

- Động cơ thử nghiệm: 01 động cơ diesel B2 sau sửa chữa lớn.
4.2. Trang thiết bị thực nghiệm


18
4.2.1. Trang thiết bị xác định các thuộc tính của nhiên liệu
Các thuộc tính của B0, B10, B20 được xác định bằng thiết bị của PTN Trọng điểm
Quốc gia về Công nghệ lọc, hóa dầu/Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam và Trung
tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 1 (Quatest 1). Một số hình ảnh về
trang thiết bị và quá trình thực nghiệm được trình bày trong Phụ lục 4.
4.2.2. Trang thiết bị xác định lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình
4.2.3. Trang thiết bị xác định ảnh hưởng của B10, B20 đến các chỉ tiêu kinh tế,
năng lượng, môi trường của động cơ B2
4.2.3.1 Bệ thử động cơ AVL-ETC
Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của B10, B20 đến các chỉ tiêu KT, NL, MT
của động cơ B2 được tiến hành trên hệ thống trang thiết bị hiện đại, đồng bộ của
Phòng thử động cơ hạng nặng AVL-ETC thuộc Trung tâm Quốc gia Thử nghiệm
khí thải Phương tiện giao thông cơ giới đường bộ (NETC)/Cục Đăng kiểm Việt
Nam. Sơ đồ bố trí và một số hình ảnh về trang thiết bị của Phòng thử AVL- ETC
được trình bày trong Phụ lục 6. Sơ đồ kết nối các trang thiết bị của phòng thử
AVL-ETC được trình bày trên Hình 4.2.
4.2.3.2. Các thiết bị cơ bản của bệ thử
Ngoài bộ phận quan
trọng nhất là phanh điện
APA-404/6PA, AVL-ETC
còn được trang bị các hệ
thống, thiết bị phụ trợ như:
Bộ kéo ga tự động THA-100,
Thiết bị ổn định nhiệt độ
nước làm mát AVL- 553,


2 Nhiệt độ cất 90% TT

o

3 Điểm chớp cháy cốc kín

o

4 Độ nhớt động học
5 Cặn cacbon
6 Điểm vẩn đục

C

Giới hạn
Giới hạn
(TCVN
(QCVN 1:
5689:2005) 2009/BKHCN)

Mẫu B0

Mẫu
B10

Mẫu
B20

380


mm2/s

3,14

3,25

3,38

24,5

1,96,0

% kh. lượng

0,06

0,08

0,11

max; 0,3

-

C

+3

+4


9 Ổn định oxy hóa

Giờ

18,24

77,27

26,25

min; 6

min; 6

10 Ăn mòn mảnh đồng

Loại

1a

1a

1a

max; 1a

-

52,4


0,023

0,034

0,042

-

gct [mg/ct]

4.3.2. Kết quả xác định lượng nhiên liệu cung cấp cho 1 chu trình
Kết quả thực nghiệm xác định gct được
170
gct - B0
gct - B10
gct - B20
trình bày trên Hình 4.10. Ta thấy, ở
160
cùng chế độ 100% tải, do có sự thay
150
đổi về thuộc tính vật lý (độ nhớt, tỷ
140
trọng) nên khi dùng B10, mức tăng lớn
130
nhất của gct là 0,838 % tại n=1600
120
vg/ph; khi dùng B20 mức tăng lớn nhất
1200
1400

0,275
0,265

1600
1400

0,255

Me - B0

1200

Me - B10

Me - B20

0,245

1000

ge - B0

ge - B10

ge - B20

0,235

1200



1000
900
800
700
600
500
400
300
200

NOx - B0

1200

1400

NOx - B10
1600

NOx - B20
1800

k - B0
k - B10
k - B20

1200

2000

các Hình 4.13; 4.14. Ta thấy: Mức phát thải NOx tăng theo chiều tăng tỷ lệ pha
trộn của biodiesel. Mức phát thải NOx đạt cực đại tại n=1200÷1300 vg/ph (ứng
với dải tốc độ động cơ đạt Me lớn nhất). Điều này là phù hợp do ở chế độ này gct
là lớn nhất và thời gian dành cho phản ứng tạo NOx là dài nhất. Khi chuyển sang
sử dụng B10, B20 mức độ khói của động cơ giảm; độ khói giảm dần khi tăng tốc
độ quay trục khuỷu. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự gia tăng hàm lượng
ô xy trong B10, B20 và nhiệt độ khí cháy trong xi lanh; sự suy giảm về gct khi
tăng tốc độ quay trục khuỷu.
4.4. Đánh giá độ chính xác, tin cậy của các mô hình đã xây dựng
4.4.1. Mô hình tính quy luật cung cấp nhiên liệu
gct - B0 - LT

160

gct - B0 - TN

150

170
160

gct - B10 - LT

150

gct - B10 - TN

140

140


21

2300

Me - B0 - LT

2100

Me - B0 - TN

Me [Nm]

Me [Nm]

gct [mg/ct]

Ta thấy, quy luật biến thiên của gct thu
170
được từ thực nghiệm (TN) là phù hợp
gct - B20 - LT
160
với kết quả tính toán (LT) trong
gct - B20 - TN
150
Inject32 (Hình 4.15). Sai số lớn nhất về
140
gct khi dùng B0 là 1,17% ở n=1700 vg/ph;
130
với B10 là 1,33 % ở n=1700 vg/ph và với

0,295
ge - B0 - LT

0,285

ge - B0 - TN
0,275

1600

1800

2000
n [vg/ph]

2200
Me - B20 - LT

2000

Me - B20 - TN

1600
1400
1200

1400

1600


1200

2000
n [vg/ph]

Kết quả so sánh về ge (Hình 4.17) cho
thấy: quy luật biến thiên của các đường
ge là hoàn toàn tương đồng. Sai số lớn
nhất về ge giữa tính toán và thực nghiệm
với B0 là 0,63 % ở n= 1400 vg/ph; với
B10 là 1,39 % ở n=2000 vg/ph và với B20
là 2,03 % ở n=1200 vg/ph.

ge [kg/kW.h]

1200

1400

1800

ge [kg/kW.h]

Kết quả so sánh về Me tính toán và thực
nghiệm (Hình 4.16) cho thấy: Quy luật
biến thiên của các đường Me, phù hợp
với kết quả tính toán bằng Diesel- RK.
Sai số lớn nhất về Me với nhiên liệu B0
là 0,5% ở n=1600 vg/ph; với B10 là
1,03% ở n=1200 vg/ph và với B20 là

0,285
0,275
0,265

ge - B20 - LT

0,255

ge - B20 - TN

0,245
1200

1400

1600

1800

2000
n [vg/ph]

Hình 4.17. So sánh ge TT và TN.


22

1200
1000


200

200
1400

1600

1800

1200

2000
n [vg/ph]

- Sai số lớn nhất giữa kết quả tính toán
và thực nghiệm về hàm lượng NOx khi
sử dụng B0 là 5,1% ở n=2000 vg/ph;
khi sử dụng B10 là 7,7% ở n=1900
vg/ph và khi sử dụng B20 là 8,1% ở
n=1900 vg/ph.

NOx [ppm]

1200

1400

1600

1800


Hình 4.18. So sánh NOx tính toán và thực
nghiệm khi sử dụng B0, B10, B20
k - B0 - LT
k - B0 - TN

4,0

5,0

k - B10 - TN

3,0

3,0

2,0

2,0
1,0

1,0
1400

1600

1800

1200


2000
n [vg/ph]

5,0
k - B20 - LT

4,0

k - B20 - TN
3,0
2,0
1,0
1200

1400

1600

1800

2000
n [vg/ph]

Hình 4.19. So sánh độ khói tính toán và
thực nghiệm khi dùng B0, B10, B20.