Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ Án tốt nghiệp giới thiệu về hệ Thống nhiên liệu Toyota CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CUNG CẤP LPG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC CUNG CẤP LPG VÀO ĐƯỜNG NẠP ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL ISUZU 4BD1T BẰNG PHẦN MỀM AVL BOOST
MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Sự cần thiết phải dùng nhiên liệu thay cho động đốt 1.2 Các nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu diesel truyền thống 1.2.1 Nhiên liệu diesel sinh học (Biodiesel) 1.2.2 Cồn ethanol 11 1.2.3 Khí thiên nhiên (CNG) 13 1.2.4 Nhiên liệu DME 15 1.3 Nhiên liệu LPG 17 1.4 Tình hình sản xuất LPG Việt Nam Thế giới .23 1.4.1 Tình hình sản xuất LPG Việt Nam 23 1.4.2 Tình hình sản xuất LPG giới 25 1.5 Kết luận chương I 26 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP CUNG CẤP LPG CHO ĐỘNG CƠ Đ ỐT TRONG 27 2.1 Các phương pháp cung cấp LPG 27 2.1.1 Hệ thống trộn nhiên liệu diesel với LPG dạng lỏng trước phun vào buồng đốt 27 2.1.2 Hệ thống phun trực tiếp LPG lỏng vào buồng đốt 28 2.1.3 Hệ thống phun LPG vào đường ống nạp 29 CHƯƠNG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC CUNG CẤP LPG VÀO ĐƯỜNG NẠP ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL ISUZU 4BD1T BẰNG PHẦN MỀM AVL BOOST 32 3.1 Mô nhiệt động học chu trình cơng tác động c b ằng phần mềm AVL BOOST 32 3.1.2 Giới thiệu phần mềm AVL – BOOST 33 3.1.3 Tính ứng dụng phần mềm AVL – BOOST .35 3.1.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn .36 3.2 Xây dựng mơ hình động diesel cung cấp LPG vào đường nạp phần mềm AVL – BOOST 46 3.2.1 Giới thiệu động diesel ISUZU 4BD1T 46 3.2.2 Xây dựng mơ hình mơ động diesel ISUZU 4BD1T 48 3.3.1 Nhập thông số chế độ làm việc cho động diesel ISUZU 4BD1T 53 3.4 Kết tính tốn mô phỏng: .67 3.4.1 Đánh giá thông số nhiệt động .67 3.4.2 Đánh giá tiêu kinh tế - kĩ thuật động 68 3.3.3 Đánh giá tiêu môi trường động 69 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 LỜI NÓI ĐẦU Trước phát triển vũ bảo khoa học kỹ thuật thời đại cách mạng Công nghiệp 4.0, sức lao động người đ ược giải phóng.V ới nhu cầu sử dụng phương tiện tăng cao khí thải từ tơ sử dụng nhiên liệu diesel sinh tác nhân lớn gây ô nhiễm môi trường khơng khí, đặc biệt khu thị thành phố lớn toàn giới Trong năm qua, việc nghiên cứu giảm khí thải độc hại cho đ ộng c diesel nhiều quốc gia đầu tư thực Để giảm thành phần độc hại khí thải động diesel, ngồi biện pháp công nghệ cải tiến kết cấu buồng cháy, sử dụng hệ thống tuần hồn khí thải, tối ưu hóa thơng số q trình cung cấp nhiên liệu biện pháp sử dụng nhiên liệu cho động diesel, có nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) nhiều nước ứng dụng Ở Việt Nam, ứng dụng LPG cho động đốt đ ược quan tâm nghiên cứu ngày nhiều chưa chuyên sâu, k ết nghiên cứu dừng mức cho động chạy nhiên liệu LPG thơi chưa quan tâm tới việc tối ưu hóa hệ thống cung cấp nhiên liệu, trình cháy, hình thành chất ô nhiễm Với thực trạng trên, việc nghiên cứu tính tốn xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường động ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – LPG trở nên cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Để làm việc phải thử nghiệm sở nghiên cứu khoa học, ngành động nói chung động đốt nói riêng việc ứng dụng máy vi tính vào cơng việc tất yếu Với nhiều phát minh khoa h ọc v ề t ất c ả lĩnh v ực tốn học, vật lý, tin học ngày có nhi ều cơng c ụ h ơn đ ể có th ể kh ảo sát loại động Một số công cụ cần thiết cho việc nghiên cứu động xây dựng mơ hình mơ động nhằm tăng tính tr ực quan hệ thống rút ngắn thời gian nghiên cứu, thời gian ch ế t ạo th ử, gi ảm chi phí thiết kế nghiên cứu Qua trình mơ hình hóa mơ ph ỏng có th ể làm cho nhà khoa học tối ưu hóa q trình cơng tác, k ết c ấu m ới phù hợp cho người sử dụng Hiện giới xuất nhiều phần mềm có liên quan đ ến đ ộng nói chung q trình nhiệt động học động nói riêng phần mềm đa phương KIVA, phần mềm nhiệt động học q trình cơng tác động PROMO Đức dựa lý thuyết tính tồn động lực học chất lỏng CFD (computational Fluit Dynamics), phần mềm BOOST, FIRE, HYDSIM, EXCITE, GLIDE, TYCON, BRICKS hãng AVL (cộng hòa Áo) Các phần mềm dùng để nghiên c ứu cách chun sâu chu trình cơng tác làm việc động cơ, có khả thi ết kế mẫu, thử nghiệm mẫu lý thuyết Ở Việt Nam phầm mềm m ới đ ược đưa vào sử dụng vài năm gần nên giai đoạn nghiên cứu Phần mềm BOOST phần mềm chun tính tốn q trình nhi ệt động động dòng chảy Phần mềm ứng dung rộng rãi nước công nghiệp phát triển hãng ô tô hi ện đ ại T ại Vi ệt Nam ph ần mềm số cán sinh viên nghiên cứu ứng dụng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Sự cần thiết phải dùng nhiên liệu thay cho động đốt Trước năm 1970, nhiên liệu diesel sản phẩm r ẻ d ễ s ản xu ất Trong giai đoạn này, nhiên liệu động diesel đáp ứng mong muốn người sử dụng chúng có ưu điểm chính: + Động diesel chủ yếu dùng phương tiện vận tải thương mại, phương tiện không phức tạp + Nhiên liệu diesel (thu phương pháp chưng cất trực tiếp) có đặc tính thuận lợi cho q trình cháy tự cháy Từ năm 1970, trước áp lực khủng hoảng dầu m ỏ v ấn đ ề giảm thải chất gây ô nhiễm môi trường, nhiều nước th ế gi ới hoạch đ ịnh sách nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay cho nguồn nhiên liệu gốc dầu mỏ động đốt nói chung, động diesel nói riêng Đây hướng nghiên cứu nhà khoa học phủ Việt Nam quan tâm th ời gian gần Nhiên liệu thay dùng phổ biến gồm lo ại nhiên li ệu sinh học (xăng sinh học, diesel sinh học, khí sinh học ), hydro, khí thiên nhiên, khí hóa lỏng… Trong năm qua với tốc độ tăng trưởng kinh tế, nhu cầu lại vận chuyển hàng hóa Việt Nam tăng nhanh Điều dẫn tới s ố lượng phương tiện vận tải, đặc biệt loại sử dụng nhiên liệu diesel ngày gia tăng Tính đến 31/12/2017, số lượng ô tô nước lên tới 1.839.142 Các số liệu biểu thị hình 1.1 hình 1.2 cho thấy, khoảng thời gian từ năm 2013 đến 2017, số lượng ô tô nước tăng 60%, xe xe tải chiếm tỷ lệ tương đối lớn, tỷ lệ giao thông công cộng chiếm phần nhỏ giao thông đô thị Hình 1.1 Sô lương ô tô nước theo năm Hình 1.2 Các loại ô tô nước theo năm Phương tiện giao thông giới đường lưu hành Việt Nam bao gồm nhiều loại, có nhiều phương tiện cũ, tiêu thụ nhiên liệu lớn , độ ồn phát thải độc hại cao Với số lượng phương tiện xe máy khoảng 40 triệu chiếc, ô tô khoảng gần triệu hàng năm tiêu tốn lượng nhiên liệu lớn nh phát l ượng khí th ải đ ộc h ại đáng kể môi trường Theo số liệu thống kê Bộ Giao thông Vận tải năm 2010, ô nhiễm không khí đô thị hoạt động giao thông vận tải chiếm tỷ lệ khoảng 70% Để khắc phục dần vấn đề ô nhiễm, năm 2007 Thủ tướng Chính phủ ký định số 177/2007 / QĐ-TTg việc phê duyệt đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 Theo đó, nhiên liệu sinh h ọc s ẽ đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu quốc gia vào năm 2015 5% vào năm 2025 Song song với nhiên liệu sinh học, sách khuyến khích nh ằm phát tri ển ứng d ụng khí LPG, CNG cho phương tiện giao thơng xây dựng nhằm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu thay 1.2 Các nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu diesel truyền thống Hiện nước giớ nghiên cứu nguồn nhiên liệu thay cho nhiên liệu diesel truyền thống với mức giá thành thấp, ngn nhiên li ệu có th ể tái tạo, nguồn cung cấp từ sản phẩm nông nghiệp chất thải điều quan trọng nhiên liệu thay có mức phát thải thấp Nhiên liệu thay phân thành nhóm: - Nhóm nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch gồm: Etanol t nguồn hóa thạch, khí thiên nhiên (NG – Natural Gas), khí d ầu m ỏ hóa l ỏng (LPG – Liquefied Petroleum Gas), methanol, hyđrơ, khí hóa lỏng (GTL – Gas To Liquid), than đá hóa lỏng (CTL – Coal To Liquid) Dimethyl Ether (DME) - Nhóm loại nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo gồm: Khí sinh h ọc (biogas), etanol sinh học (bio-etanol)/methanol sinh học (bio-metanol), hyđrô, dầu thực vật (vegetable oil), diesel sinh học (bio-diesel hay FAME – Fatty Acid Methyl Ester), dầu thực vật/ mỡ động vật qua xử lý hyđrô (HVO – Hydrotreating Vegetable Oil), sinh khối hóa lỏng (BTL – Biomass To Liquid) DME Các loại nhiên liệu khí có nguồn gốc hóa thạch khí thiên nhiên khí d ầu mỏ sử dụng rộng rãi làm nhiên liệu thay cho xăng đ ộng c dùng cho phương tiện giao thông Tuy nhiên, mật độ lượng thấp nên đ ể sử dụng cho phương tiện vận tải cần thiết phải nén (ví dụ khí thiên nhiên nén CNG) hóa lỏng (khí dầu mỏ hóa lỏng LPG khí thiên nhiên hóa lỏng LNG) Khí hyđrơ sử dụng thí điểm phương tiện giao thông dạng hyđrơ nén, hyđrơ hóa lỏng pin nhiên liệu Etanol methanol sinh h ọc hai loại nhiên liệu lỏng phù hợp để thay cho xăng Nhiên liệu diesel sinh học ( bio – diesel ) nhiên li ệu có tính ứng d ụng thực tế cao nhằm thay cho nhiên liệu diesel truyền thống Bio – diesel có tương đồng với nhiên liệu diesel nên sử dụng dạng nguyên chất (B100) thay phần nhiên liêu với tỷ lệ định Ngoài ra, LPG sử dụng cho động c với mục đích thay th ế m ột ph ần nhiên liệu giảm lượng phát thải sinh trình cháy Ưu điểm bật động lưỡng nhiên liệu theo phương án nêu so với đơn nhiên liệu LPG chế tạo động chuyên chạy LPG mà đạt mục đích giảm lượng khí thải độc hại Hiện nhiều nước giới nghiên cứu sử dụng động c lưỡng nhiên liệu diesel – LPG ô tô, nhà nghiên cứu đưa nhận định chung đặc điểm sử dụng LPG động diesel như: khả giảm bụi khói NOX, tượng tăng phát thải HC CO thay LPG vào diesel Tuy nhiên, số nghiên cứu đưa kết khác mức giảm tăng thành phần phát thải tăng tỷ lệ LPG thay Điều cho thấy ảnh hưởng tỷ lệ LPG thay đến phát thải động sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel - LPG phụ thuộc nhiều vào loại động cơ, thành phần nhiên liệu sử dụng, phương pháp cung cấp nhiên liệu LPG điều kiện vận hành động Đề tài mang đến giải pháp giảm phát thải sử dung LPG ngu ồn nhiên li ệu thay phần nhiên liệu diesel truyền thống nhằm tạo tiền đề cho vi ệc thay th ế hoàn toàn nhiên liệu diesel tương lai giảm nhiễm mơi trường tồn cầu 1.2.1 Nhiên liệu diesel sinh học (Biodiesel) Biodiesel nhiên liệu dùng cho động diesel sản xuất từ nguyên liệu sinh học với thành phần hóa học chủ yếu methyl ester axit béo Tùy theo ngu ồn nguyên liệu khác mà nước sản xuất nhiều loại diesel sinh h ọc khác r ồi đem trộn với diesel truyền thống theo tỷ lệ quy định tiêu chu ẩn s ản ph ẩm B5 (5%diesel sinh học,95% diesel dầu mỏ), B10 (10%diesel sinh h ọc, 90% diesel dầu mỏ), B20( 20% diesel sinh học, 80% diesel dầu mỏ) … Biodiesel manh nha từ sớm vào năm 1853 nh cơng trình nghiên c ứu c E.Dufy J.Patrick chuyển hóa este dầu thực vật, biodiesel thức ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho mắt động Diesel chạy dầu l ạc, sau ngày 10/08 đ ược chọn ngày biodiesel quốc tế Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho đời xe Etanol Nhưng xăng dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch có giá rẻ nên nhiên liệu sinh học chưa coi trọng Nhưng thời gian gần đây, giá xăng dầu tăng nhanh, nguy c c ạn ki ệt nhiên liệu hóa thạch đe dọa yêu cầu thiết chống biến đổi khí h ậu tồn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành nhu cầu thiết thực nhân loại Tóm lại, hiểu cách tổng quát diesel lo ại nhiên li ệu b ất kì dùng cho đ ộng diesel Dựa theo nguồn gốc, chia diesel thành loại: - Petrodiesel (thường gọi tắt diesel) loại nhiên liệu l ỏng thu đ ược chưng cất dầu mỏ phân đoạn có nhiệt độ từ 175 0C đến 370 0C thành phần chủ yếu hidrocacbon từ C16 ÷ C21 - Biodiesel: có nguồn gốc từ dầu thực vật (cỏ, tảo, Jatropha, cao su…) hay mỡ động vật Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải có th ể cháy điều kiện thường có độ nhớt cao, số loại có số axit lớn nên chúng dùng trực tiếp cho động mà chúng c ần phải đ ược chuyển hóa thành Monoankyl – Este đem sử dụng Theo phương diện hóa học, biodiesel metyl este axit béo (trong đó, thành ph ần t ạo lượng chủ yếu gốc hidrocacbon Nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel bao gồm loại dầu thực vật mỡ động vật: Các loại dầu thực vật phục vụ cho việc s ản xuất biodiesel Vi ệt Nam trình bày Bảng 1.1 Bảng 1.1 Các nguồn để sản xuất BIODIESEL Từ 10 năm trước trồng Long An đạt d ầu /ha Tuy nhiên có số khó khăn: trồng qui mơ lớn hiệu qu ả cần đầu t dây chuyền xử lý sau thu hoạch hạt chứa men lipase Dầu Cọ phân hủy dầu vòng 24 thành este glycerin nên cần diệt men lipase (bằng nồi hơi); dầu cọ khơng khó trồng cần mưa quanh năm – khó đạt Việt Nam Hiện không phát triển Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, trồng đại trà Nghệ Vừng An, Thanh Hóa, Gia Lai, An Giang Vừng ch ủ y ếu xu ất kh ẩu sang Nhật (cả hạt dầu) Diện tích 180000 ha, suất dầu thấp, tối đa đạt Dừa dầu/ha, 1/4 so với dầu cọ Sản lượng dầu ép không cao dừa hiệu nơng dân sản phẩm khác c ơm dừa sấy, xơ dừa, than gáo dừa, thủ công mỹ nghệ từ gỗ dừa… Đậu nành Hướng dương Được trồng phổ biến miềm bác, hạt thu mua dân 5000 đ/kg, đậu nành nhập từ Mỹ 3500 đ/kg ( kể thuế nhập khẩu) Trồng thử nghiệm Củ Chi (đạt khoảng 2,5 /ha), Lâm Đồng (đạt 3,5 – tấn/ha) Khi trồng thử nghiệm hệ lai, suất tăng đáng kể Do hướng dương trở thành nguồn nguyên liệu có tri ển vọng Theo sách Nhà nước tự túc 70% ngun liệu dệt may, di ện tích trồng bơng phát triển nhanh chóng Diện tích 2003, 2005, Bơng vải 2010 tương ứng 33000 ha, 60000ha 120000ha Dầu hạt bơng cải nguồn ngun liệu tốt để sản xuất biodiesel ta chưa loại độc tố gossypol nên dùng để sản xuất dầu ăn Theo mục tiêu Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (NN- Cây Jatropha PTNT) giai đoạn 2008-2010 trồng thử nghiệm, khảo nghiệm khoảng 30.000 Jatropha, năm 2015 mở rộng khoảng 300.000 năm 2025 đạt tới 500.000 Nước ta nước nông nghiệp hàng năm phải nhập m ột lượng lớn dầu thực vật để tinh luyện phục vụ nhu cầu nước xuất Sở dĩ giá mua nguyên liệu hạt, có dầu nước ta đơi cao so với giá nhập dầu thực vật thô từ nước có tiềm nh Malayxia, Mỹ…Do ta nên định hướng nghiên cứu sản xuất biodiesel từ lo ại d ầu thực v ật giá trị thực phẩm có giá thành thấp dầu bông, dầu hạt cao su, d ầu h ạt Jatropha… Mỡ động vật chia làm nhóm: mỡ động vật cạn m ỡ đ ộng vật nước: - Mỡ động vật cạn chứa nhiều axit béo no, ch ủ y ếu palmaitic axit stearic Mỡ động vật cạn chứa nhiều axit béo thu ộc nhóm omega - h ơn, khơng có omêga-3 nên thường trạng thái rắn điều ki ện nhi ệt độ thường - Mỡ động vật nước chứa hàm lượng axit béo khơng no thuộc nhóm omêga3 tương đối lớn, thể lỏng điều kiện nhiệt độ thường Dầu diesel truyền thống biết tên gọi dầu DO, chứa hydrocacbon nằm phân đoạn kerosen phân đoạn trung bình trình l ọc dầu, tức khoảng nhiệt độ sôi từ 200 oC đến 350oC Cơng dụng diesel làm nhiên liệu cho động đốt với tính chất cháy đ ược đ ặc tr ưng b ằng kh ả tự cháy, biểu thị trị số cetan Hydrocacbon có mạch n-parafin dài tr ị 10 ... tiện giao thông xây dựng nhằm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu thay 1.2 Các nhiên liệu thay nguồn nhiên liệu diesel truyền thống Hiện nước giớ nghiên cứu nguồn nhiên liệu thay cho nhiên liệu diesel... pháp cơng nghệ cải tiến kết cấu buồng cháy, sử dụng hệ thống tuần hồn khí thải, tối ưu hóa thơng số q trình cung cấp nhiên liệu biện pháp sử dụng nhiên liệu cho động diesel, có nhiên liệu khí dầu... VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Sự cần thiết phải dùng nhiên liệu thay cho động đốt Trước năm 1970, nhiên liệu diesel sản phẩm r ẻ d ễ s ản xu ất Trong giai đoạn này, nhiên