Ảnh hưởng của góc phun sớm đến hàm lượng phát thải và công suất của động cơ diesel ở các chế độ tải

Hai tác giả Nguyễn Nhật Lai (Cao học kỹ thuật tàu thủy 2009 – Trường Đại học Nha Trang) và Phùng Minh Lộc ( Khoa Kỹ thuật giao thông – Trường Đại học Nha Trang) sử dụng phần mềm mô phỏng đa chiều KIVA để nghiên cứu ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải (NOx, bồ hóng) và công suất trên động cơ một xy lanh AVL 5402 với các chế độ tải 40%, 60%, 80% nhằm chỉ ra giá trị tối ưu của thời điểm phun theo công suất và hàm lượng phát thải của động cơ nghiên cứu.

Nhiên liệu diesel được phun vào buồng cháy chứa đầy không khí có nhiệt độ cao trong hành trình nén, do đó nồng độ của hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong xy lanh tại các điểm khác nhau là khác nhau. Khí thải hình thành từ quá trình cháy của hỗn hợp không khí/nhiên liệu không đồng nhất này. Các quá trình hòa trộn nhiên liệu trước khi cháy như thời gian cháy trễ, chất lượng tia phun, thời gian lưu trú của nhiên liệu trong các vùng nhiệt độ khác nhau, thời gian giãn nở, thông số phun nhiên liệu... đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành khí thải. Hàm lượng CO và HC của động cơ diesel nhỏ hơn động cơ xăng, nhưng NOx và bồ hóng (muội than, particulate matter – PM) cao hơn nhiều. Đây chính là điểm yếu của động cơ diesel và cần nghiên cứu khắc phục.

Phần mềm mã nguồn mở KIVA, được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos (LANL) của Mỹ là một phần mềm mô phỏng động lực học đa chiều mạnh có thể giải quyết vấn đề trên.

Dựa vào các kết quả mô phỏng và thực nghiệm trên động cơ diesel AVL 5402 tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, một số kết luận rút ra: Thời điểm phun càng muộn thì lượng NOx phát thải càng giảm, lượng bồ hóng phát thải càng tăng. Với cùng một thời điểm phun, nhìn chung động cơ hoạt động ở chế độ tải lớn hơn có lượng NOx phát thải và lượng bồ hóng phát thải đều lớn hơn. Khi thay đổi thời điểm phun, công suất sẽ đạt giá trị cực đại trong một khoảng nào đó. Phun sớm hay trễ hơn đều làm giảm công suất. Thực nghiệm trên động cơ nghiên cứu AVL 5402, khi tải nhỏ và vừa, phun ở thời điểm -16ºATDC là tối ưu, nhưng khi tăng tải lên 80%, thời điểm phun tối ưu sẽ trễ hơn, ở -14ºATDC đến -12ºATDC.