NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NHIÊN LIỆU LPG THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ 1NZFE

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i TÓM TẮT ......................................................................................................................ii MỤC LỤC .....................................................................................................................iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU....................................... 1 1.1. Đặt vấn đề và lý do chọn đề tài ............................................................................1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ..........................................................2 1.2.1. Các nghiên cứu được thực hiện ở ngoài nước:..............................................2 1.2.2. Các nghiên cứu được thực hiện trong nước: .................................................3 1.3. Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu ................................................4 1.3.1. Mục tiêu của đề tài: .......................................................................................4 1.3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:................................................................4 1.3.3. Phương pháp nghiên cứu:..............................................................................4 1.4. Nhiên liệu LPG.....................................................................................................5 1.4.1. Nguồn gốc và lịch sử của nhiên liệu LPG:....................................................5 1.4.2. Tính chất lý hóa của nhiên liệu LPG:............................................................7 1.4.3. Tính chất của nhiên liệu LPG:.......................................................................7 1.4.4. Các ưu điểm của LPG so với nhiên liệu truyền thống: .................................9 1.4.5. Các ứng dụng của nhiên liệu LPG:................................................................9 1.4.6. An toàn trong sử dụng và tồn trữ LPG:.......................................................10 1.4.7. So sánh khả năng ứng dụng LPG so với các loại nhiên liệu khí khác: .......10 1.4.8. Sản xuất nhiên liệu LPG:.............................................................................12 1.5. Đặc điểm chung của động cơ sử dụng LPG .......................................................15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP XĂNGLPG.................................................................................................................. 17 2.1. Tổng quan động cơ 1NZFE...............................................................................18 2.1.1. Thông số động cơ 1NZFE..........................................................................18 2.1.2. Cảm biến lưu lượng khí nạp MAF: .............................................................20iv 2.1.3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp IAT:..................................................................20 2.1.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: ...............................................................21 2.1.5. Cảm biến vị trí bướm ga:.............................................................................21 2.1.6. Cảm biến kích nổ:........................................................................................22 2.1.7. Cảm biến vị trí trục khuỷu CKP – trục cam CMP: .....................................23 2.1.8. Cảm biến Oxy và cảm biến AF: .................................................................24 2.2. Hệ thống điều khiển động cơ 1NZFE ...............................................................26 2.2.1. Hệ thống điều khiển phân phối khí VVTi:.....................................................26 2.2.2. Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS: ................................................................30 2.3. Sơ Đồ Mạch Điện ...............................................................................................34 2.4. Quá trình cháy của trong động cơ sử dụng nhiên liệu kép Xăng LPG ............38 2.5. Phần mềm AVL IndiCom...................................................................................39 2.6. Phần mềm AVL CONCERTO ...........................................................................40 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG ................................. 42 3.1. Hệ thống điều khiển cung cấp khí hóa lỏng LPG cho động cơ thực nghiệm.....42 3.1.1. Phương pháp cung cấp LPG:.......................................................................42 3.1.2. Sơ đồ nguyên lý cung cấp LPG cho động cơ: .............................................43 3.2. Hệ thống điều khiển và cung cấp LPG cho động cơ 1NZFE sử dụng nhiên liệu kép XăngLPG...........................................................................................................44 3.2.1. Sơ đồ hệ thống LPG BRC lắp trên động cơ thực nghiệm:..........................44 3.2.2. Tín hiệu điều khiển:.....................................................................................47 3.3. Hệ thống chuyển đổi BRC..................................................................................48 3.3.1. Giới thiệu.....................................................................................................48 3.3.2. Những điểm khác chính so với các hệ thống trước.....................................48 3.3.3. Hệ thống SEQUENT 24: .............................................................................50 3.3.4. Hệ thống SEQUENT 24 trong cài đặt và quản lý cung cấp LPG: ..............60 3.4. Vấn đề và giải pháp: ...........................................................................................68 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ..................................................... 71 4.1. Mục đích, đối tượng và trang thiết bị thực nghiệm............................................71 4.1.1. Mục đích và đối tượng thực nghiệm: ..........................................................71 4.1.2. Điều kiện thực nghiệm: ...............................................................................72v 4.2. Kết quả thực nghiệm...........................................................................................77 4.2.1. Đặc tính ngoài của động cơ sử dụng nhiên liệu xăng: ................................77 4.2.2. So sánh moment và công suất động cơ ở các chế độ hoạt động: ................80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................... 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 84

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NHIÊN LIỆU LPG THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ 1NZ-FE SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: Khóa: 2017 – 2021 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ TḤT Ơ TƠ GVHD: TP Hồ Chí Minh, Tháng năm 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NHIÊN LIỆU LPG THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ 1NZ-FE SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: Khóa: 2017 – 2021 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ TḤT Ơ TƠ GVHD: TP Hồ Chí Minh, Tháng năm 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Sinh viên thực hiện: Họ tên SV1: Email: MSSV: SĐT: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Lớp: Họ tên SV2: Email: MSSV: SĐT: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Lớp: Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ NHIÊN LIỆU LPG THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ 1NZ-FE Nhiệm vụ đề tài: - Nghiên cứu tổng quan nhiên liệu LPG - Nghiên cứu hệ thống điều khiển động 1NZ-FE - Nghiên cứu chuyển đổi động 1NZ-FE sang sử dụng nhiên liệu thay LPG với hệ thống LPG BRC - Thực nghiệm, đánh giá kết luận Sản phẩm đề tài: - Mơ hình hệ thống động 1NZ-FE với HT chuyển đổi nhiên liệu LPG BRC - Thuyết minh đề tài Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 01/03/2021 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/08/2021 Ngày bảo vệ dự kiến: 17/08/2021 TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN  Sinh viên thực hiện: - Họ tên SV1: Email: MSSV: SĐT: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Lớp: - Họ tên SV2: Email: MSSV: SĐT: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Lớp:  Giảng viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm :……………(Bằng chữ ) TP HCM, ngày tháng 08 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN  Sinh viên thực hiện: - Họ tên SV1: Email: MSSV: SĐT: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô - Họ tên SV2: Email: Lớp: MSSV: SĐT: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Lớp:  Giảng viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm :……………(Bằng chữ ) TP HCM, ngày tháng 08 năm 2021 Giảng viên phản biện LỜI CẢM ƠN Sau gần tháng thực nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu đánh giá nhiên liệu thay cho động Vios 1NZ-FE” phần hồn thành Ngồi cố gắng, nỗ lực nhóm nhận nhiều giúp đỡ, góp ý, quan tâm khích lệ đến từ gia đình, nhà trường, thầy bạn bè trình nghiên cứu Trước tiên xin cảm ơn gia đình ln động viên tạo điều kiện tốt để học tập hoàn thành đề tài Em xin cảm ơn tất thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt trình học tập Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy , thầy trực tiếp hướng dẫn, bảo động viên tinh thần cho chúng em suốt trình làm đề tài Tuy nhiên, vốn kiến thức nhiều hạn chế khả tiếp thu thực tế nhiều bỡ ngỡ Mặc dù chúng em cố gắng chắn tiểu luận khó tránh khỏi thiếu sót nhiều chỗ cịn chưa xác, kính mong thầy xem xét góp ý để đồ án chúng em hoàn thiện “Chúng em xin chân thành cảm ơn!” i TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu đánh giá nhiên liệu thay cho động Vios 1NZ-FE” cải tiến từ động chạy bằng nhiên liệu xăng sang động chạy với nhiên liệu thay khí LPG Bên cạnh đảm bảo cho động hoạt động bình thường tạo hiệu suất cao, ổn định nạp nhiên liệu có khả làm giảm lượng khí thải phát thải môi trường Chúng em thực đề tài nhằm tạo tiền đề cho việc cải tiến nhiều động chạy bằng nguồn lượng tái tạo Việc chuyển đổi dần sang nguồn lượng thay nguồn lượng giúp cho ngành cơng nghệ kỹ thuật tơ có bước tiến cơng nghệ nói riêng bảo vệ mơi trường nói chung Bên cạnh việc nghiên cứu giúp chúng em tiếp cận nhiều với công nghệ xe, khơi dậy niềm đam mê ngành, liên tục áp dụng trao dồi kiến thức suốt trình nghiên cứu Nguyên lý hoạt động động dựa nguyên lý động xăng truyền thống Việc tính tốn lại lưu lượng phun nhiên liệu, thời điểm phun cần thiết, đặc biệt phải trang bị thêm phần cứng chuyển đổi nhiên liệu LPG Ngồi ra, cịn thêm bình chứa khí LPG Sau tính tốn thiết kế hồn chỉnh nhóm chúng em lắp đặt, tiến hành thực nghiệm động chạy bằng hai loại nhiên liệu Đánh giá đặc tính động nguồn khí thải chạy bằng nhiên liệu xăng sử dụng nguồn nhiên liệu thay LPG Qua nhiều lần đánh giá, điều chỉnh hoạt động động cơ, nhóm chúng em chế tạo thành cơng động chạy bằng nhiên liệu thay khí LPG có khả tiết kiệm nhiên liệu, khả ổn định nạp nhiên liệu, tạo công suất động tốt có lượng khí thải phát thải mơi trường nhiễm ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề lý chọn đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Các nghiên cứu thực nước: 1.2.2 Các nghiên cứu thực nước: 1.3 Mục tiêu, đối tượng phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu đề tài: .4 1.3.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu: 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu: 1.4 Nhiên liệu LPG .5 1.4.1 Nguồn gốc lịch sử nhiên liệu LPG: 1.4.2 Tính chất lý hóa nhiên liệu LPG: 1.4.3 Tính chất nhiên liệu LPG: .7 1.4.4 Các ưu điểm LPG so với nhiên liệu truyền thống: 1.4.5 Các ứng dụng nhiên liệu LPG: 1.4.6 An toàn sử dụng tồn trữ LPG: .10 1.4.7 So sánh khả ứng dụng LPG so với loại nhiên liệu khí khác: .10 1.4.8 Sản xuất nhiên liệu LPG: .12 1.5 Đặc điểm chung động sử dụng LPG .15 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP XĂNG-LPG 17 2.1 Tổng quan động 1NZ-FE .18 2.1.1 Thông số động 1NZ-FE 18 2.1.2 Cảm biến lưu lượng khí nạp MAF: .20 iii 2.1.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp IAT: 20 2.1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: .21 2.1.5 Cảm biến vị trí bướm ga: .21 2.1.6 Cảm biến kích nổ: 22 2.1.7 Cảm biến vị trí trục khuỷu CKP – trục cam CMP: .23 2.1.8 Cảm biến Oxy cảm biến A/F: 24 2.2 Hệ thống điều khiển động 1NZ-FE .26 2.2.1 Hệ thống điều khiển phân phối khí VVT-i: .26 2.2.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS: 30 2.3 Sơ Đồ Mạch Điện .34 2.4 Quá trình cháy động sử dụng nhiên liệu kép Xăng - LPG 38 2.5 Phần mềm AVL IndiCom 39 2.6 Phần mềm AVL CONCERTO 40 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP LPG 42 3.1 Hệ thống điều khiển cung cấp khí hóa lỏng LPG cho động thực nghiệm .42 3.1.1 Phương pháp cung cấp LPG: .42 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý cung cấp LPG cho động cơ: .43 3.2 Hệ thống điều khiển cung cấp LPG cho động 1NZ-FE sử dụng nhiên liệu kép Xăng-LPG 44 3.2.1 Sơ đồ hệ thống LPG BRC lắp động thực nghiệm: 44 3.2.2 Tín hiệu điều khiển: .47 3.3 Hệ thống chuyển đổi BRC 48 3.3.1 Giới thiệu .48 3.3.2 Những điểm khác so với hệ thống trước .48 3.3.3 Hệ thống SEQUENT 24: .50 3.3.4 Hệ thống SEQUENT 24 cài đặt quản lý cung cấp LPG: 60 3.4 Vấn đề giải pháp: 68 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 71 4.1 Mục đích, đối tượng trang thiết bị thực nghiệm 71 4.1.1 Mục đích đối tượng thực nghiệm: 71 4.1.2 Điều kiện thực nghiệm: .72 iv CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Mục đích, đối tượng trang thiết bị thực nghiệm 4.1.1 Mục đích đối tượng thực nghiệm: Mục đích thực nghiệm: Quy trình thực nghiệm động 1NZ-FE với hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử sử dụng nhiên liệu LPG-Xăng băng thử nhằm mục đích sau: - Xây dựng đường đặc tính ngồi động - Thiết kế lắp ráp cung cấp nhiên liệu LPG lên hệ thống cung cấp nhiên liệu điện tử động xăng - Đánh giá hoạt động hệ thống điều khiển hệ thống nhiên liệu LPG-Xăng kết hợp hệ thống điều khiển điện tử nhiên liệu xăng (1NZ-FE) hệ thống cung cấp tỷ lệ LPG - Đánh giá ảnh hưởng thông số đến chế độ hoạt động động sử dụng nhiên liệu kép (LPG-Xăng) Đối tượng thực nghiệm: Hình 4.1: Động 1NZ-FE sử dụng nhiên liệu kép LPG-Xăng Đối tượng nghiên cứu động Xăng TOYOTA 1NZ-FE với hệ thống cung cấp nhiên liệu kép (LPG-Xăng) điều khiển bằng điện tử 71 4.1.2 Điều kiện thực nghiệm: Yêu cầu thiết bị thực nghiệm: Để đảm bảo động hoạt động tốt ổn định suốt trình thực nghiệm, phải tiến hành kiểm tra bảo dưỡng tất phận động như: Hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát… Băng thử kiểm tra tiến hành hiệu chuẩn thiết bị trước thí nghiệm nhằm đảm bảo kết đo xác Mỗi máy phân tích hiệu chỉnh thường xuyên tùy theo mức độ cần thiết để thỏa mãn yêu cầu độ xác phương pháp thử Trang thiết bị thực nghiệm: Các nội dung thử nghiệm đề tài tiến hành băng thử nghiệm động phịng thí nghiệm động – Khoa Cơ khí Động lực – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Phịng thử động hãng AVL (Áo) cung cấp năm 2014 với thiết bị đồng bộ, có độ xác cao, tổ chức giám định cơng nhận kết Phịng thí nghiệm đáp ứng nội dung cần nghiên cứu khuôn khổ đồ án Sơ đồ Phịng thí nghiệm động trình bày sau đây: Hình 4.2: Phịng thí nghiệm động 72 Hình 4.3: Băng thử AVL DynoPerform động 1NZ-FE Trang thiết bị sử dụng trình thực nghiệm gồm có: Băng thử cơng suất AVL DynoPerform với hệ thống điều khiển, thu thập liệu giám sát băng thử PUMA, hệ thống thiết bị đo diễn biến áp suất xilanh INDICATING, thiết bị điều khiển bướm ga, cảm biến đo tốc độ động cơ, tốc độ băng thử cơng suất 73 Hình 4.4: Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm phịng thí nghiệm động trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TPHCM Thiết bị đo độ mờ khói, Thiết bị phân tích khí xả, Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu, Thiết bị đo xung, Lọc khí thải, Ống xả, Thiết bị điều khiển bướm ga, Tủ điện điều khiển, Động 1NZ-FE, 10 Băng thử công suất AVL, 11 Bơm nước, 12 Bàn điều khiển động cơ, 13 Bộ khuếch đại, 14 Màn hình máy tính, 15 Cửa phịng điều khiển, 16 Phịng điều khiển, 17 Quạt thơng gió, 18 Bộ phận giải nhiệt nước Băng thử công suất AVL Dynoperform: Băng thử công suất AVL DynoPerform cụm quan trọng hệ thống băng thử, cụm phanh điện, từ trường tương hỗ rotor stator tạo mô men cản cân bằng với mô men dẫn động từ động (trục rotor nối với trục khuỷu động cơ) Cường độ từ trường tương hỗ rotor stator điều chỉnh để thay đổi mô men cản trục dẫn động từ động Có thể thay đổi mô men cản cách dễ dàng thích hợp cho việc điều khiển tự động chế độ thử động Tốc độ quay băng thử xác định bằng cảm biến tốc độ kiểu đĩa quang hệ thống điều khiển giám sát băng thử, thiết bị đo diễn biến áp suất xilanh INDICATING phần mềm hiển thị, thu thập, xử lý số liệu tự động kết thử nghiệm như: PUMA, AVL IndiCom, AVL Concerto, giúp cho trình điều khiển bảo đảm kết thử nghiệm xác Băng thử thử nghiệm động có mơ men lớn 950 Nm, cơng suất lớn 160 kW tốc độ băng thay đổi đạt tới 10.000 vịng/phút Cảm biến áp suất đo diễn biến áp suất buồng đốt cho phép thu thập đánh giá thông số ảnh hưởng trình cháy; Điều kiện nhiệt độ động (nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn, nhiệt độ nhiên liệu) điều chỉnh xác cảm biến giám sát, điều chỉnh nhiệt độ Các tín hiệu nhiệt độ (nước, dầu, nhiên liệu, khí nạp, khí xả) áp suất (dầu bôi trơn, nhiên liệu, môi trường) thu nhận từ cảm biến gắn đường ống dẫn đưa chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số hiển thị hình máy tính Việc điều khiển tốc độ động Xăng thực kéo ga Throttle Actuator THA100 Các chế độ làm việc động liệu đo đạc điều khiển, thu nhận xử lý phần PUMA, AVL IndiCom, AVL Concerto 74 Hình 4.5: Bàn điều khiển phịng thí nghiệm Hình 4.6: Bộ điều khiển bướm ga tự động, bàn điều khiển tủ điều khiển PUMA 75 Yêu cầu nhiên liệu: Trong trình thử nghiệm, chất lượng nhiên liệu có ảnh hưởng lớn đến kết thí nghiệm Để đảm bảo độ xác thí nghiệm, nhiên liệu dùng trình thử nghiệm phải kiểm định đánh giá thành phần hóa học Nhiên liệu LPG mua đại lý phân phối Petroleum Gas, thành phần nhiên liệu LPG có tỷ lệ thể tích propan/butan 50/50 Nhiên liệu Xăng sử dụng thí nghiệm cung cấp đại lý Petrolimex Thành phần nhiên liệu Xăng dùng có hàm lượng lưu huỳnh