Luận án Nghiên cứu sử dụng LPG làm nhiên liệu thay thế trên động cơ diesel hiện hành

hực hiện ở các chế độ làm việc trên đường đặc tính ngoài 
(100% tải) với tốc tốc độ động cơ thay đổi từ 1000vg/ph đến 3000vg/ph ở các tỷ lệ nhiên 
liệu LPG thay thế khác nhau. Với nguyên tắc thay thế LPG như trên thì mô men và công 
suất động cơ khi chạy với lưỡng nhiên liệu LPG/diesel được coi là không thay đổi so với 
khi chạy đơn nhiên liệu diesel. Điều này sẽ giúp cho việc điều chỉnh lượng cấp LPG vào 
động cơ trong thực nghiệm trở nên dễ dàng bằng cách giảm lượng nhiên liệu diesel cần 
được thay thế rồi điều chỉnh lượng cấp LPG cho đến khi động cơ đạt được mô men và 
công suất như ở trường hợp chạy với đơn nhiên liệu diesel ở cùng chế độ tốc độ và tải. 
 Để mô hình mô phỏng phản ánh gần đúng với đặc điểm làm việc thực tế của động 
cơ, các thông số đầu vào bán thực nghiệm của mô hình (ví dụ, các thông số trong hàm biểu 
diễn tốc độ cháy và hàm trao đổi nhiệt) được điều chỉnh để đảm bảo kết quả tính toán diễn 
biến áp suất trong xilanh, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi sử dụng đơn 
nhiên liệu và lưỡng nhiên liệu trên đường đặc tính ngoài phù hợp với kết quả đo thực 
nghiệm. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm được so sánh trên hình 2.6 đến hình 2.8 (số 
liệu ở phần phụ lục 1). 
 Hình 2.6 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về 
mô men và suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ ở đặc tính ngoài (100% tải) khi chạy với 
đơn nhiên liệu diesel. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm không quá 3%. 
 Hình 2.7 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về 
mô men của động cơ ở đặc tính ngoài khi chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. Sai lệch kết 
quả mô phỏng so với thực nghiệm không quá 3%. 
 32
 268
 30
 28 264
 26
 260
 24
 22 256
 20
 Me_thực nghiệm Me_Mô phỏng 252
 18
 ge_Mô phỏng ge_Thực nghiệm
 16 248
 14
 244
 12
 Tiêu thụ nhiên nhiên ( g/Kw.h) thụ liệu Tiêu
 Mômen động (Nm) cơ Me Mômen động Tốc độ động cơ ( v/ph)
 10 240
 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
 Hình 2.6 Mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng trên 
 đường đặc tính ngoài khi chạy đơn nhiên liệu 
 -65- 
 33
 32
 Me (N.m)
 31
 30
 29
 28
 27 Me_MP_LPG20% Me_TN_LPG20% Me_MP_LPG30%
 Me_TN_LPG30% Me_MP_LPG40% Me_TN_LPG40%
 26
 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
 Tốc độ động cơ (vòng/phút)
Hình 2.7 Mô men của động cơ giữa thực nghiệm và mô phỏng trên đường đặc tính ngoài khi chạy 
 lưỡng nhiên liệu LPG/diesel 
 95
 LPG+Diesel(20%LPG_MP)
 85
 LPG+Diesel(20%LPG_TN)
 75
 65
 55
 45
 Áp suất trong xilanh (bar) xilanhtrong suấtÁp 35
 25
 15
 5
 -60 -40 -20 0 20 40 60 80
 Góc quay trục khuỷu (độ) 
 Hình 2.8 Diễn biến áp suất trong xilanh động cơ mô phỏng và thực nghiệm ở 100% tải tỷ lệ LPG 
 thay thế diesel 20%, tốc độ 2000v/ph 
 Hình 2.8 so sánh diễn biến áp suất trong xilanh động cơ theo kết quả mô phỏng và 
thực nghiệm ở 100% tải, tỷ lệ LPG thay thế 20%, tốc độ 2000v/ph (tốc độ ứng với mô men 
lớn nhất) khi chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel. Sai lệch về áp suất lớn nhất là 0,63 bar ( áp 
suất lớn nhất khi thực nghiệm là 73 bar và khi mô phỏng là 72,37 bar) và sai lệch áp suất 
trung bình giữa mô phỏng so với thực nghiệm không quá 3,95 bar (gần 5%). 
 Với các sai lệch như trên (đều không quá 5%), có thể khẳng định rằng mô hình mô 
phỏng đủ tin cậy để sử dụng nghiên cứu quá trình làm việc của động cơ với lưỡng nhiên 
liệu LPG/diesel. 
 -66- 
2.5.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ LPG đến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ 
2.5.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến tính kinh tế nhiên liệu 
a) Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến tổng tiêu thụ nhiên liệu khối lượng 
 2.5
 Diesel LPG+ diesel (10%)
 LPG + Diesel (20%) LPG + Diesel (30%)
 2.0 LPG + Diesel (40%) LPG + Diesel (50%)
 1.5
 Lượng tiêu thụ nhiênliệu (Kg/h)
 1.0
 0.5
 0.0
 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2400 2800 3000
 Tốc độ động cơ (vòng/phút) 
 Hình 2.9 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của tỷ lệ LPG thay thế đến tổng lượng diesel + LPG tiêu 
 thụ ở 100% tải ở các tốc độ khác nhau 
 Kết quả trên hình 2.9 cho thấy, khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với 
các tỷ lệ LPG khác nhau 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, tốc độ trên 2000v/ph tổng lượng 
nhiên liệu tiêu thụ giảm khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. Lượng tiêu thụ nhiên liệu Diesel+LPG 
giảm tới 15,16%% ở tốc độ 3000/ph tỷ lệ LPG thay thế 50%. Điều này cũng phù hợp với 
các phân tích tổng quan về diễn biến thay đổi hiệu suất khi thay đổi tỷ lệ LPG thay thế. 
 Có thể thấy rằng tiêu hao nhiên liệu tổng (LPG + diesel) của động cơ chạy lưỡng 
nhiên liệu LPG/diesel sẽ giảm một chút so với chạy đơn nhiên liệu diesel vì lượng tiêu hao 
nhiên liệu LPG giảm do nhiệt trị thấp của LPG ( 46 MJ/kg) lớn hơn nhiệt trị thấp của 
diesel ( 42,5 MJ/kg). Tỷ lệ thay thế LPG càng cao thì suất tiêu hao nhiên liệu sẽ càng giảm 
nếu động cơ làm việc bình thường. 
b) Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến suất tiêu thụ năng lượng 
 Kết quả trên hình 2.10 cho thấy, khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với 
các tỷ lệ LPG khác nhau 10%, 20%, 30% tốc độ trên 2400v/ph suất tiêu hao năng lượng 
giảm nhiều. Cụ thể ở tốc độ 3000v/ph tỷ lệ LPG thay thế 10%, 20%, 30%, 40%, 50% suất 
tiêu hao năng lượng giảm tương ứng là 2,8%; 5,4%, 7.71%, 11,7% và 12,28%. Điều này 
nói lên rằng hiệu suất của động cơ tăng khi tăng tỷ lệ LPG thay thế trong động cơ. 
 -67- 
 19
 Suất TTNL_Di100% Suất TTNL_ LPG10% 
 Suất TTNL_ LPG20% Suất TTNL_ LPG30% 
 17
 Suất TTNL_LPG40% Suất TTNL_LPG50% 
 15
 13
 Suất TTNL Suất TTNL (MJ/Kw.h) 
 11
 9
 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2400 2800 3000
 n (v/ph) 
Hình 2.10 Kết quả mô phỏng suất tiêu thụ năng lượng ở các tỷ lệ LPG thay thế khác nhau,100% tải 
2.5.2.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến nồng độ phát thải 
a) Phát thải HC 
 8000
 7000
 6000 Tải 25%
 Tải 50%
 5000
 Tải 100%
 4000
 3000
 2000
 Hàm lượngHàm (ppm) thải phát HC 1000
 0
 0 10 20 30 40 50
 Tỷ lệ LPG thay thế (%)
 Hình 2.11 Kết quả mô phỏng phát thải HC ở các chế độ tải và tỷ lệ LPG thay thế khác nhau 
 Mô hình tạo thành HC giới thiệu ở mục 2.4.5.1 được lập trình trên ngôn ngữ 
FORTRAN kết hợp với các kết quả tính thông số nhiệt động của động cơ từ phần mềm 
 -68- 
AVL BOOST để tính toán hàm lượng chất phát thải này. Việc tính toán mô phỏng được 
thực hiện ở tốc độ định mức n=3000 v/p với các chế độ tải 25%, 50%, và 100% tải định 
mức với các tỷ lệ LPG thay thế thay đổi từ 0% đến 10%, 20%, 30%, 40% và 50% ở mỗi 
chế độ tải. Hàm lượng HC được tính trên cơ sở thành phần thể tích của LPG (C3,5H9) trong 
khí thải. Kết quả được biểu diễn trên đồ thị hình 2.11. 
 Kết quả trên đồ thị cho thấy, ở tất cả các chế độ tải khi tỷ lệ LPG thay thế bằng 0, tức 
là khi động cơ chạy hoàn toàn với nhiên liệu diesel, thì đồ thị đi qua gốc tọa độ 0, tức là 
phát thải HC khi đó bằng 0. Điều này được giải thích dựa trên mô hình tính toán HC đã 
được thiết lập và mô tả ở mục 2.4.5.1. Theo đó, phát thải HC từ nguồn nhiên liệu diesel 
trong động cơ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel đã được giả thiết bỏ qua (vì giá trị của nó rất 
nhỏ so với phát thải HC từ nguồn nhiên liệu LPG). 
 Khi tăng tỷ lệ LPG thay thế ở các chế độ tải, hàm lượng phát thải HC đều tăng. Ở 
chế độ tải càng nhỏ thì hàm lượng HC càng tăng mạnh khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. Chẳng 
hạn như với tỷ lệ LPG thay thế 50%, hàm lượng phát thải HC ở 25% tải định mức cao gấp 
hơn 3 lần so với phát thải HC ở tải định mức. 
 Diễn biến phát thải HC ở trên có thể được giải thích dựa vào cơ chế tạo thành HC đã 
được mô phỏng ở trên. Có 3 nguồn tạo HC đã được đề cập gồm HC thoát ra từ các khe kẽ 
trong xilanh, HC giải phóng từ màng dầu và HC từ hỗn hợp đồng nhất LPG-không khí 
không cháy được do thành phần hỗn hợp nhạt ngoài giới hạn cháy. 
 Ở chế độ 100% tải định mức, sự tăng phát thải HC khi tăng tỷ lệ LPG thay thế được 
giải thích là do lưu lượng HC bị nén vào và giải phóng khỏi các khe hẹp trong buồng cháy 
tăng do nồng độ LPG trong hỗn hợp tăng còn nguồn HC do dập tắt màng lửa thì rất nhỏ 
hầu như không có ảnh hưởng đến phát thải HC. Ở chế độ tải này, hệ số dư lượng không khí 
chung nhỏ (=1,1-1,2) nên nếu tỷ lệ LPG thay thế nhỏ (10%-20%) thì lượng phun diesel 
lớn, các tia phun sẽ bao chùm gần hết buồng cháy nên hầu hết hỗn hợp LPG-không khí đều 
tham gia quá trình cháy cùng nhiên liệu diesel. Ngược lại nếu tỷ lệ LPG thay thế lớn (40%-
50%) thì hỗn hợp đồng nhất LPG-không khí có thành phần nằm trong giới hạn cháy lan 
tràn màng lửa nên phần thể tích hỗn hợp này tuy không được tia phun diesel bao chùm tới 
nhưng vẫn được đốt cháy do sự lan tràn màng lửa. 
 Ở các chế độ tải nhỏ (dưới 50% tải định mức) do lượng khí nạp không thay đổi nên 
hệ số dư lượng không khí chung lớn (=1,7-2,2). Ở các chế độ này nồng độ LPG trong hỗn 
hợp đồng nhất với không khí nhỏ hơn so với trường hợp toàn tải nên phát thải HC do các 
khe hẹp thấp hơn. Tuy nhiên, do hỗn hợp LPG-không khí có thể nhạt dưới giới hạn cháy 
lan tràn màng lửa (theo mô hình 2.11 và 2.12 mô tả ở trên) trong khi tia phun diesel chỉ 
bao chùm một phần buồng cháy do lượng phun diesel nhỏ nên phát thải HC do màng lửa bị 
dập tắt đóng vai trò quan trọng hơn. Khi tăng dần tỷ lệ LPG thay thế đến 50% thì thành 
phần nhiên liệu của hỗn hợp đồng nhất của LPG-không khí tăng lên nhưng vẫn nằm ngoài 
giới hạn cháy lan tràn màng lửa trong khi lượng phun diesel lại giảm đi làm cho phần thể 
tích hỗn hợp LPG-không khí không cháy được tăng lên so với trường hợp tỷ lệ LPG thay 
thế nhỏ. Điều này làm tăng mãnh liệt hàm lượng HC chưa cháy khi tăng tỷ lệ LPG thay 
thế. 
 -69- 
 Nói tóm lại, theo đồ thị hình 2.11 có thể thấy ở các chế độ tải càng nhỏ thì phát thải 
HC càng tăng mạnh khi tăng tỷ lệ LPG thay thế. Cho nên để tránh phát thải HC cao thì nếu 
giảm tải thì nên giảm tỷ lệ LPG thay thế. Ví dụ, ở toàn tải nếu có thể sử dụng LPG thay thế 
đến 40% thì ở 50% tải chỉ nên sử dụng LPG thay thế không quá 20%. Với tải trọng nhỏ thì 
không nên sử dụng lưỡng nhiên liệu mà chỉ sử dụng đơn nhiên liệu diesel. 
b) Phát thải NOx 
 Kết quả tính toán phát thải NOx ở chế độ toàn tải với các tỷ lệ LPG thay thế khác 
nhau được giới thiệu trên đồ thị hình 2.12. Đồ thị cho thấy khi càng tăng tỷ lệ LPG thay thế 
thì nồng độ phát thải NOx càng có hướng tăng so với trường hợp đơn nhiên liệu, với tỷ lệ 
LPG 10% thì nồng độ NOx trung bình tăng 24,08%, khi tỷ lệ LPG 20%,30%, 40% và 50% 
thì nồng độ trung bình của NOx tăng tương ứng là 37,52%, 49,67%,70,27% và 83,21%. 
 Phát thải NOx tăng lên khi tăng tỷ lệ LPG là do tốc độ quá trình cháy cao hơn, nhiệt 
độ cháy cục bộ tăng dẫn tới khả năng hình thành NOx tăng lên so với trường hợp sử dụng 
đơn nhiên liệu diesel. 
 2000
 1800
 1600
 1400
 1200
 1000
 800
 Thành phần NOx (ppm) NOx phần Thành
 600
 NOx (0%) NOx (10%) NOx (20%)
 400
 NOx (30%) NOx (40%) NOx (50%)
 200
 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
 Tốc độ động cơ (vòng/phút)
 Hình 2.12. Kết quả mô phỏng phát thải NOx theo tốc độ động cơ ở các tỷ lệ LPG khác nhau 
c) Phát thải CO 
 Kết quả tính toán phát thải CO ở chế độ toàn tải được chỉ ra trên đồ thị hình 2.13. 
Đồ thị cho thấy khi tăng tỷ lệ LPG thì nồng độ phát thải CO giảm so với trường hợp đơn 
nhiên liệu ở mọi chế độ thử nghiệm. Xét trung bình, với tỷ lệ LPG thay thế 10%, 20%, 
30%, 40%, 50% thì nồng độ CO trung bình giảm tương ứng là 35,13%; 41,41%; 46,54%; 
55,53% và 56,48%. Điều này có thể giải thích là khác với phát thải HC được tạo thành do 
 -70- 
nhiên liệu thoát khỏi sự cháy, phát thải CO lại được tạo ra trong vùng cháy của nhiên liệu 
diesel; ở chế độ toàn tải, nhiệt độ của khí cháy cao nên khí tăng tỷ lệ LPG thì quá trình 
cháy càng thêm mãnh liệt, nhiệt độ tăng cao giúp ôxy hóa nhanh CO làm cho hàm lượng 
CO giảm. 
 Như vậy, sự góp mặt của LPG đã làm cho quá trình cháy trong vùng cháy của động 
cơ lưỡng nhiên liệu LPG/diesel tốt hơn, dẫn tới phát thải CO trong sản phẩm cháy giảm. 
 13000
 12000
 11000
 10000 CO (0%) CO (10%) CO (20%)
 9000 CO (30%) CO (40%) CO (50%)
 8000
 7000
 6000
 5000
 Thành phần CO (ppm) CO phần Thành
 4000
 3000
 2000
 1000
 0
 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
 Tốc độ động cơ (vòng/phút)
 Hình 2.13 Kết quả mô phỏng phát thải CO theo tốc độ động cơ ở các tỷ lệ LPG khác nhau 
d) Phát thải rắn (Soot) 
 Kết quả tính toán phát thải Soot ở chế độ toàn tải được chỉ ra trên đồ thị hình 2.14. 
Có thể thấy khi tăng tỷ lệ LPG thì phát thải Soot giảm so với trường hợp đơn nhiên liệu ở 
mọi chế độ thử nghiệm, với tỷ lệ LPG 10%, 20%, 30%, 40%, 50% thì Soot trung bình 
giảm tương ứng là 9,86%, 32,53%, 34,23%, 50,84% và 56,27%. Do bổ sung LPG nên quá 
trình cháy trong vùng tia phun tốt hơn làm cho Soot của khí thải giảm. 
 -71- 
 0.9
 0.8
 Soot (0%) Soot (10%)
 0.7 Soot (20%) Soot (30%)
 0.6 Soot (40%) Soot (50%)
 0.5
 Thành phần Soot (g/Kw.h) Soot phần Thành
 0.4
 0.3
 0.2
 0.1
 0
 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
 Tốc độ động cơ (vòng/phút)
 Hình 2.14 Kết quả mô phỏng phát thải Soot theo tốc độ động cơ ở các tỷ lệ LPG khác nhau 
 Các kết quả mô phỏng thể hiện ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến phát thải CO, NOx, 
Soot với các tỷ lệ khác nhau ở trên cho thấy : Ở tỷ lệ LPG thay thế 30%, 100% tải thì phát 
thải CO giảm 46,54%, Soot giảm 34,23%, HC tăng 500%, NOx tăng 49,67%. Khi thay thế 
40% LPG, thành phần HC tăng 570%, NOx tăng 83,21%; CO giảm 56,48%, Soot giảm 
50,8%. Vì vậy, với tiêu chí cải thiện thành phần phát thải và sử dụng lượng LPG tối đa, có 
thể lựa chọn tỷ lệ LPG thay thế diesel là 40%. Tuy nhiên, việc lựa chọn tỷ lệ nhiên liệu 
LPG thay thế hợp lý còn phụ thuộc vào điều kiện rung động và kích nổ có xảy ra hay 
không. Điều đó sẽ được đánh giá trong thực nghiệm vì các vấn đề này không được thể hiện 
trong bài toán mô phỏng. 
2.5.2.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG đến diễn biến áp suất trong xilanh động cơ 
 Hình 2.15 thể hiện diễn biến áp suất trong xilanh động cơ khi sử dụng đơn nhiên liệu 
diesel và khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel với các tỷ lệ LPG khác nhau ở tốc độ 
2000vg/ph, 100% tải. Đồ thị cho thấy khi sử dụng lưỡng nhiên liệu, áp suất cực đại và tốc 
độ quá trình cháy cao hơn một chút so với khi sử dụng đơn nhiên liệu. Với tỷ lệ LPG 10%, 
20%, 30%, 40%, 50%, tốc độ tăng áp suất ∆p/∆ tương ứng là 2,41 bar/0TK; 2,42 bar/0TK; 
2,44 bar/0TK, 2,45 bar/0TK 2,47 bar/0TK cao hơn so với trường hợp sử dụng đơn nhiên 
liệu với giá trị ∆p/∆ là 2,40 bar/0TK. 
 -72- 
 75
 Pcyl (bar) Pcyl
 60
 Dual(50%LPG)
 45
 Dual (40%LPG)
 Dual (20%LPG)
 Dual (30%LPG)
 30 Dual (10%LPG)
 Diesel
 15
 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
 Góc quay Trục khuỷu (độ) 
 Hình 2.15 Kết quả mô phỏng diễn biến áp suất trong xilanh động cơ ở tốc độ 2000v/ph, 100% tải 
 với các tỷ lệ LPG khác nhau 
2.5.3 Ảnh hƣởng của góc phun sớm 
 Việc xác định góc phun sớm tối ưu khi chạy lưỡng nhiên liệu LPG/diesel được thực 
hiện qua việc nghiên cứu ảnh hưởng của việc thay đổi góc phun sớm đến các chỉ tiêu kinh 
tế kỹ thuật và phát thải của động cơ. Quá trình nghiên cứu được tiến hành ở tốc độ 
2000vg/ph, 100% tải, trong trường hợp động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu với tỷ lệ LPG 
20%. Khi sử dụng nhiên liệu diesel, ở tốc độ 2000vg/ph thì góc phun sớm tối ưu là 180TK. 
2.5.3.1 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mômen và công suất động cơ 
 32 7.0
 31
 30 6.5
 29
 28 6.0
 27
 26 5.5
 25
 Công suất động (kW) Ne động cơ suất Công
 24 (Nm) cơ Me Mômen động 5.0
 23 Me-2000vg/ph Ne-2000vg/ph
 22 4.5
 21
 Góc phun sớm nhiên liệu diesel (độ)
 20 4.0
 14 16 18 20 22 24
 Hình 2.16 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của góc phun sớm diesel đến mô men và công suất động 
 cơ ở tốc độ 2000v/ph, 100% tải, tỷ lệ LPG 20% 
 -73- 
 Đồ thị hình 2.16 cho thấy nếu giảm góc phun sớm so với góc phun sớm tối ưu khi 
chạy nhiên liệu diesel (180TK) thì mômen và công suất tăng, ở góc phun sớm 140TK, 
160TK mômen tăng tương ứng là 0,71 % và 1,00%. Nếu tăng góc phun sớm từ 18oKthì 
mômen và công suất giảm xuống đáng kể, ở góc phun sớm 200TK, 220TK, và 240TK 
mômen giảm tương ứng là 19,39 %, 20,46% và 20,92%. 
 Như vậy, nếu đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm theo mô men và công suất động 
cơ thì góc phun sớm hợp lý khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel ở tốc độ 2000vg/ph 
nên lựa chọn là 140TK ( giảm so với góc phun sớm tối ưu khi sử dụng hoàn toàn diesel). 
Tuy nhiên, việc lựa chọn này cần được nghiên cứu và thảo luận thêm ở các phần tiếp theo. 
2.5.3.2 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải của động cơ 
a) Ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải NOx, Soot 
 Hình 2.17 mô tả ảnh hưởng của góc phun sớm diesel đến hàm lượng phát thải NOx 
và Soot của động cơ ở toàn tải, tốc độ 2000v/ph và LPG thay thế 20%. Đồ thị cho thấy, 
 o o
nồng độ NOx thấp nhất ở 14 TK, giảm 17,67% so với ở 18 TK. Khi tăng góc phun sớm, 
 o
giá trị NOx tăng dần, ở góc phun sớm 24 TK thành phần NOx lớn nhất, tăng 18,69% so với 
 o
ở 18 TK. Như vậy, giảm góc phun sớm cho phép cải thiện được phát thải NOx. 
 Đồ thị cũng chỉ ra rằng khi giảm góc phun sớm thì hàm lượng Soot tăng lên, ở 
14oTK hàm lượng Soot cao nhất, tăng 3,44% so với ở góc phun sớm18oTK. Khi tăng góc 
phun sớm cho giá trị Soot giảm xuống đáng kể. 
 2000 0.5
 0.45
 1800
 0.4
 1600
 0.35
 1400
 0.3
 1200 phần NOx Thành (ppm) 0.25
 Thành phần phần Soot Thành (g/kwh) 0.2
 1000
 0.15
 800
 NOx-2000vg/ph SOOT-2000vg/ph 0.1
 600
 0.05
 400 0
 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
 Góc phun sớm nhiên liệu diesel (độ)
 Hình 2.17 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của góc phun sớm diesel đến phát thải NOx, Soot của 
 động cơ ở tốc độ 2000v/ph, 100% tải tỷ lệ LPG 20% 
b) Ảnh hưởng của góc phun sớm đến phát thải CO 
 Hình 2.18 thể hiện kết quả mô phỏng ảnh hưởng của góc phun sớm diesel đến phát 
thải CO của động cơ ở tốc độ 2000v/ph, 100% tải tỷ lệ LPG 20%. Đồ thị cho thấy về tổng 
thể khi giảm góc phun sớm thì CO tăng. 
 Nói tóm lại, kết quả mô phỏng nói trên cho thấy khi giảm góc phun sớm 4oTK so với 
 -74- 
góc phun sớm tối ưu của động cơ chạy đơn nhiên liệu diesel ở tốc độ 2000v/ph thì cải thiện 
được mô men, công suất và giảm được NOx đến 17,67%, tuy nhiên thành phần Soot tăng 
3,44%, CO tăng 2,95%. Như vậy, đánh giá ảnh hưởng của góc phun sớm diesel khi sử 
dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel đến mô men, công suất và phát thải của động cơ, thì góc 
phun sớm hợp lý khi sử dụng lưỡng nhiên liệu LPG/diesel ở tốc độ 2000vg/ph nên lựa 
chọn là 140TK (giảm 4oTK so với góc phun sớm tối ưu khi sử dụng hoàn toàn diesel). Điều 
này cải thiện được phát thải NOx trong khi phát thải CO và Soot tăng không nhiều. 
 6500
 6400
 6300
 6200
 6100
 6000
 5900
 5800
 5700
 Thành phần CO (ppm)
 5600
 Góc phun sớm nhiên liệu diesel (độ)
 5500
 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hình 2.18 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của góc phun sớm diesel đến phát thải CO của động cơ ở 
 tốc độ 2000v/ph, 100% tải tỷ lệ LPG 20% 
2.5.3.3 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến diễn biến áp suất trong xilanh động cơ 
 Hình 2.19 thể hiện diễn biến áp suất trong xilanh động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên 
liệu LPG/diesel với việc thay đổi góc phun sớm ở chế độ tốc độ 2000vg/ph, 100% tải, tỷ lệ 
LPG 20%. Khi giảm góc phun sớm từ 180TK xuống 160TK, 140TK thì giá trị ∆p/∆ tương 
ứng giảm từ 2,43 bar/0TK xuống 2,27 bar/0TK, 1,95 bar/0TK tương ứng mức 7,19% và 
24,64%. Như vậy, khi giảm góc phun sớm, quá trình cháy diễn ra chậm hơn, áp suất quá 
trình cháy thấp hơn. 
 Khi góc phun sớm tăng lên 200TK, 220TK thì giá trị ∆p/∆ tương ứng là 2,13 
bar/0TK, 2,12 bar/0TK thấp hơn trường hợp góc phun sớm 180TK( 2,43 bar/0TK ) là 
12,53% và 12,94%. Khi tăng góc phun sớm làm cho quá trình cháy diễn ra sớm hơn, áp 
suất lớn nhất lùi về phía gần điểm chết trên, gây tốn công nén. Công suất mô men giảm 
mạnh. 
 Như vậy, dựa trên diễn biến áp suất trong xilanh khi sử dụng lưỡng nhiên liệu thì nên 
giảm góc phun sớm diesel so với động