Nghiên cứu thực nghiệm chuyển đổi động cơ diesel sang sử dụng lưỡng nhiên liệu ethanol diesel cấp trường

MỤC LỤC CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG i 1.1 Sự cần thiết phải sử dụng nhiên liệu thay 1.2 Các loại nhiên liệu thay 1.2.1 Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas) 1.2.2 Khí sinh học Biogas 1.2.3 Nhiên liệu cồn 1.2.4 Biodiesel 1.2.5 Nhiên liệu hydrơ khí giàu hydrô 1.2.6 Khí hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) 1.2.7 Dimethyl Ether 1.3 Tình hình sử dụng nhiên liệu thay động đốt 1.3.1 Tình hình sử dụng xăng sinh học động xăng 1.3.2 Tình hình sử dụng biodiesel động diesel 1.3.3 Hƣớng nghiên cứu sử dụng ethanol động Diesel 1.4 Kết luận chƣơng 11 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL SANG SỬ DỤNG LƢỠNG NHIÊN LIỆU ETHANOL - DIESEL 12 2.1 Tính chất nhiên liệu 12 2.2 Nghiên cứu sử dụng lƣỡng nhiên liệu Ethanol -Diesel động Diesel phát thải động cơ: 13 2.2.1 Ảnh hƣởng ethanol pha thêm vào dầu diesel 13 2.2.2 Phƣơng pháp sử dụng ethanol cho động diesel 15 2.3 Xây dựng mơ hình mơ động sử dụng lƣỡng nhiên liệu Ethanol Diesel 17 2.3.1 Giới thiệu phần mềm AVL BOOST 17 2.3.2 Cơ sở lý thuyết phần mềm Boost 18 2.3.3 Xây dựng mơ hình mô động 490QZL sử dụng lƣỡng nhiên liệu Diesel-Ethanol phần mềm AVL-BOOST 27 2.4 Kết luận chƣơng 34 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL SANG SỬ DỤNG LƢỠNG NHIÊN LIỆU ETHANOL-DIESEL 36 i 3.1 Lựa chọn phƣơng phƣơng án bố trí hệ thống cung cấp Ethanol 36 3.2 Tính tốn thiết kế chi tiết hệ thống cung cấp Ethanol 37 3.2.1 Lựa chọn kim phun nhiên liệu sử dụng hệ thống 37 3.2.2 Lựa chọn kết cấu ổn định áp suất ethanol 40 3.2.3 Lựa chọn kết cấu cổ ống nạp 42 3.2.4 Lựa chọn bơm sử dụng để bơm ethanol 42 3.2.5 Tính toán thiết kế mạch điều khiển kim phun điện tử 43 3.2.6 Tính tốn lựa chọn sấy khí nạp 45 3.2.7 Xây dựng đặc tính vịi phun ethanol 47 3.3 Chế độ thử nghiệm chuyển đổi động diesel sang chạy lƣỡng nhiên liệu Ethanol-Diesel 48 3.3.1 Giới thiệu thiết bị thử nghiệm 49 3.3.2 Các chế độ thử nghiệm 51 3.3 Kết thảo luận 51 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Quy trình sản xuất khí thiên nhiên Hình 1.2 Quy trình sản xuất biogas Hình 1.3 Quy trình sản xuất khí hóa lỏng LPG Hình 2.1 Ảnh hƣởng nồng độ ethanol đến trị số xê tan hai loại nhiên liệu diesel……………………………………………………………………………….14 Hình 2.2 Sơ đồ phƣơng pháp phun trực tiếp ethanol vào buồng cháy động 16 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lƣỡng nhiên liệu với ethanol phun đƣờng ống nạp 17 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống lƣỡng nhiên liệu với ethanol diesel pha thành hỗn hợp 17 Hình 2.5 Mơ hình động 490QZL đƣợc xây dựng phần mềm AVL Boost 28 Hình 2.6 Kết chạy thực nghiệm mô động 490QZL 29 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lƣỡng nhiên liệu ethanol-diesel 36 Hình 3.2 Cấu tạo kim phun điện tử 38 Hình 3.3 Mạch điều khiển kim phun điện trở cao 38 Hình 3.4 Mạch điều khiển kim phun điện trở thấp 38 Hình 3.5 Tín hiệu điều khiển kim phun 39 Hình 3.6 Đặc tính u,i,δ =f(t) cuộn dây kim phun 39 Hình 3.7 Cấu tạo ổn định áp suất 41 Hình 3.8 Bản vẽ chi tiết ổn định áp suất 41 Hình 3.9 Kết cấu cổ nạp 42 Hình 3.10Bơm tạo áp suất nguồn bơm 43 Hình 3.11 Sơ đồ khối xử lý trung tâm khối hiển thị 44 Hình 3.12 Sơ đồ mạch khối nguồn cung cấp 44 Hình 3.13 Khối giao tiếp vào/ra 44 Hình 3.14 Sơ đồ mạch in chƣa đổ đồng 45 Hình 3.15 Sơ đồ mạch in hoàn thiện 45 Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý mạch sấy khí nạp 46 Hình 3.17 Đặc tính vịi phun 47 Hình 3.18 Bệ thử cơng suất 80HP phịng thí nghiệm 50 Hình 3.19 Tỷ lệ ethanol/diesel chế độ tải thử nghiệm 52 iii Hình 3.20 Cơng suất suất tiêu hao lƣợng 25% tải 52 Hình 3.21 Hệ số dƣ khơng khí chế độ 25% tải 53 Hình 3.22 Cơng suất suất tiêu hao lƣợng chế độ 50% tải 54 Hình 3.23 Hệ số dƣ khơng khí chế độ 50% tải 54 Hình 3.24 Cơng suất suất tiêu hao lƣợng chế độ 75% tải 55 Hình 3.25 Hệ số dƣ khơng khí chế độ 75% tải……………………………… 56 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1Tính chất nhiên liệu ethanol diesel 12 Bảng 2.2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx Hệ số tốc độ k=ATBexp(-E/T) 24 Bảng 2.3 Thông số động 490 QZL 27 Bảng 2.4 Các phần tử mơ hình 27 iv CHƢƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sự cần thiết phải sử dụng nhiên liệu thay Từ năm 1970, trƣớc áp lực khủng hoảng dầu mỏ vấn đề giảm thải chất gây ô nhiễm môi trƣờng, nhiều nƣớc giới hoạch định sách nghiên cứu sử dụng nhiên liệu thay cho nguồn nhiên liệu gốc dầu mỏ động đốt nói chung, động diesel nói riêng Đ y c ng l hƣớng nghiên cứu đƣợc nhà khoa học phủ Việt Nam quan tâm thời gian gần đ y Nhiên liệu thay đƣợc d ng phổ biến gồm loại nhiên liệu sinh học (xăng sinh học, diesel sinh học, khí sinh học ), hydro, khí thiên nhiên, khí hóa lỏng… Ở Việt Nam, với số lƣợng phƣơng tiện xe máy khoảng 40 triệu chiếc, ô tô khoảng triệu h ng năm tiêu tốn lƣợng nhiên liệu lớn c ng nhƣ phát lƣợng khí thải độc hại đáng kể mơi trƣờng Theo số liệu thống kê Bộ Giao thông Vận tải năm 2010, nhiễm khơng khí thị hoạt động giao thông vận tải chiếm tỷ lệ khoảng 70% Để khắc phục dần vấn đề nhiễm, năm 2007 Thủ tƣớng 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 học đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu quốc gia v o năm 2015 v l 5% v o năm 2025 Song song với nhiên liệu sinh học, sách khuyến khích nhằm phát triển ứng dụng khí LPG, CNG cho phƣơng tiện giao thơng c ng đƣợc xây dựng nhằm đa dạng hóa nguồn nhiên liệu thay 1.2 Các loại nhiên liệu thay 1.2.1 Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas) Khí thiên nhiên (Natural Gas-NG) có thành phần chủ yếu methane (CH4) loại nhiên liệu sẵn có nhiều nơi nên giá th nh tƣơng đối rẻ Khí thiên nhiên thay ho n to n xăng sử dụng cho động đánh lửa cƣỡng với động đƣợc thiết kế ph hợp Trị số Octan khí thiên nhiên 120-130 cao xăng nên khả chống kích nổ cao v nâng cao tỉ số nén để tăng hiệu suất động Tuy nhiên nhƣợc điểm khí thiên nhiên cần nén áp suất cao hóa lỏng nhiệt độ thấp để tăng mật độ lƣợng lƣu trữ Quá trình yêu cầu tiêu tốn lƣợng lớn đồng thời nguy hiểm trình vận hành khai thác phƣơng tiện Hình 1 Quy trình sản xuất khí thiên nhiên 1.2.2 Khí sinh học Biogas Biogas nhiên liệu tái sinh đƣợc sản xuất từ chất thải hữu cơ, động sửdụng nhiên liệu nàykhông l m tăng nồng độ CO2 khí Thành phần Biogas CH4 (50 - 60%) CO2 (>30%) lại chất khác nhƣ: nƣớc, N2, O2, H2S, CO Biogas đƣợc thuỷ ph n môi trƣờng yếm khí, xúc tác điều kiện nhiệt độ 20-400C, nhiệt trị thấp CH4 48,937MJ/kg Để sử dụng biogas làm nhiên liệu phải loại bỏ số tạp chất nhƣ: H2S, SOx, nƣớc Tiềm biogas Việt Nam lớn, năm sản xuất đƣợc tỷ m3 biogas [1] Chuồng trại Hình 1.2 Quy trình sản xuất biogas Tuy nhiên nƣớc ta vấn đề khai thác biogas để phát điện khó khăn nguồn nhiên liệu khơng tập trung v qui mơ khơng Những nơi có sản lƣợng biogas lớn nhƣ bãi chôn lấp rác, trạm xử lý nƣớc thải sử dụng động cỡ lớn để kéo máy phát điện Các trại chăn ni trung bình v nhỏ, sử dụng động cỡ lớn khơng đủ biogas để chạy liên tục, d ng động cỡ nhỏ khơng đảm bảo đƣợc cơng suất cần thiết cho sản xuất Vì thực tếphần lớn hầm biogas nƣớc ta dùng cho việc đun nấu.Biogas dƣ thừa cho nhu cầu đun nấu, chúng đƣợc thải mơi trƣờng Trong CH4 có tác dụng gây hiệu ứng nhà kính gấp 23 lần so với CO2, Vì việc tận dụng biogas từ nguồn khác để sản xuất điện l cần thiết để giảm phát thải gây hiệu ứng nhà kính tiết kiệm nhiên liệu hoá thạch 1.2.3 Nhiên liệu cồn Cồn thƣờng đƣợc sử dụng để thay xăng l m nhiên liệu cho động đánh lửa cƣỡng Trong loại cồn ethanol đƣợc sử dụng phổ biến nhờ tính chất vật lý, đặc tính cháy, khả ăn mòn chi tiết gần giống với xăng Ethanol sinh học có nguồn gốc từ thực vật có chứa tinh bột, đƣờng nhƣ ngơ, sắn, mía, đồng thời tận dụng nguồn sinh khối phụ phẩm nông nghiệp (rơm, rạ, củi ) trình sản xuất chế biến (rỉ đƣờng ) để sản xuất ethanol Cồn sử dụng dạng nguyên chất (E100) làm nhiên liệu cho động đƣợc thiết kế ph hợp phối trộn với tỷ lệ định cho động xăng thông thƣờng Sử dụng ethanol làm nhiên liệu giúp giảm hầu hết phát thải độc hại khí thải ethanol có trị số Octane cao nên tăng tỉ số nén để tăng hiệu suất động 1.2.4 Biodiesel Biodiesel sản phẩm q trình ester hóa acid hữu chứa nhiều dầu thực vật Biodiesel có đặc tính gần giống nhƣ diesel nên dùng trực tiếp cho động đốt Khi hòa trộn biodiesel vào nhiên liệu truyền thống khoảng 5% đến 20% kết cấu động khơng phải thay đổi [2] Kết cấu hệ thống nhiên liệu động nguyên thủy phải cải tạo lại thêm thiết bị phụ trợ giúp dễ khởi động hay tăng h m lƣợng biodiesel cao 20% Vì độ nhớt cao, sức căng bề mặt lớn nên để hòa trộn với khơng khí v đƣợc phun tơi nhiên liệu vào buồng cháy, động cần sử dụng loại buồng cháy ngăn cách kiểu xoáy lốc Tuy nhiên, c ng nhƣ nhiên liệu cồn, việc phát triển nhiên liệu biodiesel quy mô lớn ảnh hƣởng nhiều đến việc sử dụng đất đai canh tác v ni trồng thủy sản nên ảnh hƣởng đến an ninh lƣơng thực thực phẩm 1.2.5 Nhiên liệu hydrơ khí giàu hydrơ Hydrơ đƣợc sản xuất từ nƣớc v lƣợng mặt trời (Solar hydro) Nƣớc ánh nắng mặt trời có khắp nơi mặt đất Hydrô từ lƣợng mặt trời nguồn nhiên liệu vô tận bảo đảm an to n lƣợng cho lo i ngƣời mà không sợ khủng hoảng, khơng sợ cạn kiệt; sử dụng nhiều kỷ Nhiên liệu hydro đƣợc sản xuất cung cấp điện cho t u v trụ Apollo từ năm 60 kỷ 20 tiếp tục sử dụng pin nhiên liệu cho tàu Skylab, Space Shuttle trạm nghiên cứu không gian NASA Đồng thời với việc cung cấp điện, thân pin nhiên liệu cung cấp nƣớc uống siêu cho phi hành gia Khác với nguồn lƣợng hạt nhân, hydro nguồn nhiên liệu an to n ngƣời, có ý nghĩa to lớn vấn đề giải nhiễm bầu khí biến đổi khí hậu tồn cầu Ng y nay, phƣơng thức sản xuất nguồn lƣợng mặt trời để tạo điện phục vụ đời sống ngƣời nhiên liệu dùng cho phƣơng tiện giao thông thực cách mạng sâu sắc trình phát triển xã hội lo i ngƣời Khí giàu hydro hỗn hợp khí hydrơ số khí khác nhƣ ơxy (khí HHO), CO (khí đốt tổng hợp - syngas) số tạp chất khác Khí giàu hydrơ thƣờng đƣợc sử dụng động nhƣ l phụ gia nhiên liệu cách bổ sung khí v o đƣờng nạp nhằm cải thiện trình cháy giảm phát thải ô nhiễm Tuy nhiên, vấn đề khó khăn q trình lƣu trữ giá thành sản xuất nên mặc d đƣợc xem nhƣ l nguồn nhiên liệu vô hạn tƣơng lai, việc sử dụng đại trà hydrô làm nhiên liệu cho động đốt cịn gặp nhiều khó khăn q trình nghiên cứu 1.2.6 Khí hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) Là sản phẩm khí đồng h nh thu đƣợc trình chƣng cất dầu mỏ bao gồm hai thành phần C3H8 C4H10 LPG sử dụng trực tiếp thay cho xăng động đánh lửa cƣỡng c ng sử dụng động cháy nén.Với đặc tính nguồn nhiên liệu cháy sạch, có ƣu tiềm sản xuất cung cấp, việc sử dụng LPG làm nhiên liệu cho động đốt cho tính kinh tế tính hiệu cao, góp phần thay phần nhiên liệu truyền thống ng y c ng cạn kiệt giảm phát thải ô nhiễm môi trƣờng Hình 1.3Quy trình sản xuất khí hóa lỏng LPG 1.2.7 Dimethyl Ether DME chất khí nhiệt độ mơi trƣờng áp suất khí quyển, nhƣng hóa lỏng với điều kiện áp suất thấp (0,5 MPa 25oC) Nó đƣợc sản xuất từ gas tự nhiên (khử H2 Methanol) từ sinh vật DME khơng độc, khơng ăn mịn khơng có chất g y ung thƣ, trƣờng hợp bị rị rỉ phân hủy nhanh khí [3] Về mặt sinh thái, DME c ng đƣợc coi loại nhiên liệu tốt cho động cơ, dễ cháy phát thải DME có số xê tan cao 55 đơn vị Tính bơi trơn DME thấp độ nhớt thấp khoảng 1/30 so với nhiên liệu diesel Vì vậy, để tránh mài mịn vịi phun cần đƣợc cho thêm chất bơi trơn Trƣớc đ y DME nguyên chất nhiên liệu tốt cho động diesel động sử dụng nhiên liệu có đặc điểm cháy tốt, lƣợng phát thải thấp, đặc biệt giảm phát thải NO x khói Sử dụng DME phƣơng tiện vận tải có ƣu điểm l d ng Methanol sử dụng nhiên liệu Methanol có q trình cháy xấu Để khắc phục nhƣợc điểm nhiên liệu Methanol ngƣời ta chuyển hóa Methanol thành DME theo phản ứng: 2CH3OH → CH3OCH3 + H2O Phản ứng cần có mặt chất xúc tác α – Al2O3, lựa chọn theo tính tốn hiệu giá thành Ở nhiệt độ thấp áp suất môi trƣờng, DME chất khí, đƣợc đƣa v o xylanh động dạng sƣơng Tuy nhiên, việc sử dụng nhiên liệu DME xuất nƣớc, l nhƣợc điểm loại nhiên liệu 1.3 Tình hình sử dụng nhiên liệu thay động đốt 1.3.1 Tình hình sử dụng xăng sinh học động xăng Trên giới:Ở Brazil với lợi quốc gia có diện tích lãnh thổ 8,514 triệu km2 (gấp 25,7 lần diện tích Việt Nam ) Brazil có đầy đủ điều kiện phát triển v l nƣớc tiên phong sản xuất cồn sinh học Ethanol từ mía Trung Quốc quốc gia sản xuất sử dụng cồn nhiên liệu lớn sau Braxin Mỹ Năm 2004, họ đƣa v o hoạt động nhà máy sản xuất cồn lớn giới công suất 600.000 tấn/năm Cát Lâm (mỗi năm tiêu thụ 1,9 triệu ngô làm nguyên liệu), tăng sản lƣợng cồn ethanol nƣớc 3,5 triệu m3 Tại Việt Nam: Tháng 6.2004, Công ty Phát triển Phụ gia Sản phẩm Dầu mỏ (APP) dự thảo "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học Việt Nam" với quy mô 100.000 m3 xăng pha cồn/năm, Cơng ty cổ phần đƣờng Biên Hịa xây dựng nhà máy sản xuất ethanol với công suất 50.000 tấn/năm Tây Ninh Nhà máy sản xuất ethanol liên doanh Petrosetco Itochu (Nhật Bản) với công suất 100 triệu lít/năm Ngo i ra, Quảng Nam, Cơng ty Đồng Xanh liên doanh với Công ty An Huy (Trung Quốc) x y dựng nhà máy sản xuất ethanol có cơng suất lớn 60.000 lít/ngày Cơng ty Cổ phần cồn sinh học Việt Nam đầu tƣ x y dựng nhà máy sản xuất cồn công nghiệp với công suất 66.000 m3/năm Đắc Lắc Gần đ y l Ng n h ng BIDV đầu tƣ x y dựng nhà máy sản xuất cồn Đại Tân có cơng suất 100.000 tấn/năm Đại Lộc, Quảng Nam 1.3.2 Tình hình sử dụng biodiesel động diesel Trên giới có khoảng 28 quốc gia giới nghiên cứu, sản xuất sử dụng biodiesel Các nhà máy sản xuất chủ yếu nằm châu Âu châu Mỹ Tại Mỹ, hầu hết biodiesel đƣợc sản xuất từ dầu n nh Biodiesel đƣợc pha trộn với dầu diesel với tỷ lệ 20% biodiesel v 80% diesel, d ng cho xe buýt đƣa đón học sinh nhiều thành phố Mỹ H ng năm, Mỹ bán gần tỷ gallon biodiesel Tại pháp hầu hết nhiên liệu diesel đƣợc pha trộn với tỷ lệ 5% biodiesel [12] Trên 50% ngƣời dân Pháp có xe với động diesel sử dụng nhiên liệu pha biodiesel Hơn 4000 phƣơng tiện giao thông sử dụng nhiên liệu B30, chạy 200 triệu km mà hỏng hóc liên quan đến vận hành động Theo thống kê, lƣợng biodiesel tiêu thụ thị trƣờng pháp tăng mạnh năm gần đ y, năm 2004 tiêu thụ 387 tấn, nhƣng đến năm 2008 lên đến gần triệu [2] - Giá thử có kích thƣớc nhỏ nhƣng thử cho loại động có công suất lớn tốc độ cao - Sử dụng phanh thủy lực có kích thƣớc nhỏ, moment cản lớn - Đo hầu hết tham số liên quan đến hoạt động động nhƣ: moment, công suất, tốc độ, lƣu lƣợng khí, tiêu thụ nhiên liệu, nhiệt độ dầu bôi trơn, nƣớc làm mát, áp suất dầu, áp suất buồng đốt, nhiệt độ khí xả, nhiệt độ động cơ, nhiệt độ nƣớc làm mát - Có thể vẽ đƣờng đặc tính động chế độ full tải tải nhỏ - Có thể xác định đƣợc nhiều tham số động tốc độ khác nhƣ: công suất, moment, tiêu thụ nhiên liệu, tốc độ gió Hình 3.18Bệ thử cơng suất 80HP phịng thí nghiệm b Thơng số kỹ thuật chính: - Giá đỡ bệ thử: đƣợc làm thép, có kết cấu vững chắc, bánh xe di chuyển - Động có thử: Động Diesel kỳ, xylanh thẳng hàng: Model: 490ZQL Yunnei China Công suất kW (Hp): 60kW(80Hp) @ 3200 v/p Moment cực đại Nm(kgf.m): 180Nm(18) @ 2000 v/p - Phanh thủy lực v đo moment: Loại phanh thủy lực , kích cỡ 13” Đo moment: d ng nguyên lý đo biến dạng, cấp cx 0.5% FS Điều khiển tải: điều khiển van tay - Panel điều khiển hiển thị đo c Một số phận băng thử - Phanh thủy lực: Kích thƣớc 13 inches, hãng sản xuất Land & Sea – USA + Điều khiển tải nƣớc thông qua valve tay 50 + Tiêu chuẩn cho 400HP l rotor kích thƣớc 13'' + Chất liệu hợp kim nhôm dùng CN chế tạo máy bay đƣợc phay máy CNC + Đƣợc thiết kế có vịng bi đỡ v đƣợc bịt kín chống nƣớc + Trục làm thép khơng gỉ + Có thể điều chỉnh đƣợc đặc tính tải - Van điều chỉnh tải: Moto bƣớc 12V điều chỉnh xác thuận tiện tay điều khiển - Máy đo v phần kết nối máy tính -Phần mềm đo v thu thập số liệu : Dynomax 2012 - Các đầu đo: đầu đo áp suất, đầu đo áp suất nhiên liệu, đầu đo tiêu hao nhiên liệu, đầu đo nhiệt độ dầu động cơ, đầu đo nhiệt độ nƣớc làm mát, thiết bị đo khí thải, đầu đo áp suất buồng đốt động diesel, turbin đo lƣu lƣợng khí 3.3.2 Các chế độ thử nghiệm - Thử nghiệm chế độ tải: 25%, 50% 75% tải; chế độ tốc độ: 1500 vòng/phút, 1800 vòng/phút, 2400 vòng/phút; - Tại chế độ thử nghiệm ethanol đƣợc cấp thêm v o đƣờng nạp thông qua điều chỉnh thời gian n ng kim phun ethanol; Lƣu lƣợng ethanol bổ sung với tỷ lệ sau: DE-1 = 0,28(g/s); DE-2 = 0,33(g/s); DE-3 = 0,42(g/s) DE-4 = 0,5(g/s) 3.3 Kết thảo luận Tại 25% tải, 50% tải 75% tải lƣợng diesel cung cấp cho động tƣơng ứng là: 1,53 (g/s); 1,58 (g/s) v 1,69 (g/s) Đồng thời chế độ tải lƣợng ethanol bổ sung với lƣu lƣợng lần lƣợt là: DE-1 = 0,28(g/s); DE-2 = 0,33(g/s); DE-3 = 0,42(g/s) DE-4 = 0,5(g/s) Kết thực nghiệm tỷ lệ phần trăm ethanol chia cho diesel chế độ tải đƣợc thể qua hình 3.19 thấy rằng: Lƣợng ethanol bổ sung chế độ tải nhỏ lớn chế độ tải lớn, 25% tải đạt giá trị lớn 32,7%, nhỏ 11,2% 75% tải 51 Hình 3.19Tỷ lệ ethanol/diesel chế độ tải thử nghiệm Tại chế độ 25% tải: a Chê độ 25% tải 15.4 14.6 Ne Ne, [kW] 14.2 15.2 15 14 14.8 13.8 13.6 Ge, [MJ/kW.h] 14.4 14.6 13.4 Ge 13.2 14.4 14.2 13 1500 Ne DE-0 Ge DE-0 1800 n, [vg/ph] Ne DE-1 Ge DE-1 Ne DE-2 Ge DE-2 2400 Ne DE-3 Ge DE-3 Ne DE-4 Ge DE-4 Hình 3.20Cơng suất suất tiêu hao lượng 25% tải Cơng suất có ích tăng, tốc độ tăng công suất giảm dần tăng tốc độ động v tăng tỷ lệ ethanol bổ sung, cơng suất tăng từ 5,2%÷16,4% so với động diesel nguyên (DE-0 l lƣu lƣợng diesel); 52 Suất tiêu hao lƣợng giảm, tốc độ giảm suất tiêu hao lƣợng giảm dần tăng tốc độ động v tăng tỷ lệ ethanol bổ sung, suất tiêu hao lƣợng giảm từ 1,9%÷5,3% so với động diesel nguyên Tại chế độ tải thấp thành phần nhiên liệu có xy nên q trình cháy diễn tốt hơn, tốc độ tăng công suất nhanh v lƣợng ethanol bổ sung đƣợc lớn chế độ thử nghiệm 3.00 Chế độ 25% tải Hệ số dƣ khơng khí λ 2.60 DE-0 DE-2 DE-1 DE-3 2.20 1.80 1.40 1.00 1500 1800 n, [vịng/phút] 2400 Hình 3.21 Hệ số dư khơng khí chế độ 25% tải Dựa vào Hình 3.21 ta thấy hệ số dƣ khơng khí λ có xu hƣớng giảm cấp thêm ethanol đƣờng nạp Tại lƣợng ethanol cấp thêm đƣờng nạp ta thấy hệ số dƣ khơng khí λ nằm khoảng cho phép đƣờng giới hạn khói đen động diesel Tại chế độ tải nhỏ (hệ số dƣ khơng khí lớn) lƣợng ethanol cấp bổ sung thực đƣợc với tỷ lệ lớn, động hoạt động hiệu b Tại chế độ 50% tải - Cơng suất có ích tăng, tốc độ tăng cơng suất giảm so với chế độ tải nhỏ hơn, công suất tăng từ 3,1%÷14,2% so với động diesel nguyên bản; - Suất tiêu hao lƣợng giảm, tốc độ giảm suất tiêu hao lƣợng giảm so với chế độ tải nhỏ hơn, suất tiêu hao lƣợng giảm từ 1,5%÷5,1% so với động diesel nguyên 53 Chế độ 50% tải 11.2 Ne, [kW] 29.5 Ne 11 29 10.8 28.5 10.6 Ge, [MJ/kW.h] 30 28 Ge 27.5 27 10.4 10.2 1500 Ne DE-0 Ge DE-0 1800 n, [vg/ph] Ne DE-1 Ge DE-1 2400 Ne DE-2 Ge DE-2 Ne DE-3 Ge DE-3 Ne DE-4 Ge DE-4 Hình 22 Công suất suất tiêu hao lượng chế độ 50% tải - Tại chế độ tải trung bình, lƣợng xy nhiên liệu giúp cho trình cháy tốt nhƣng ethanol cung cấp đƣờng nạp lại chiếm chỗ khơng khí nên tốc độ tăng công suất giảm dần kéo theo suất tiêu hao lƣợng giảm 1.80 Chế độ 50% tải Hệ số dƣ khơng khí λ 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 DE-0 DE-2 DE-4 1.20 DE-1 DE-3 1.10 1.00 1500 1800 n, [vịng/phút] 2400 Hình 3.23Hệ số dư khơng khí chế độ 50% tải - Dựa vào hình 3.23 ta thấy hệ số dƣ khơng khí λnhỏ so với chế độ 25% tải Khi cấp thêm ethanol đƣờng nạp ta thấy, hệ số dƣ khơng khí gần đạt tới giới 54 hạn khói đen động diesel.Tỷ lệ ethanol cấp thêm đƣờng nạp nhỏ so với chế độ 25% tải c Tại chế độ 75% tải Hình 3.24 Cơng suất suất tiêu hao lượng chế độ 75% tải - Công suất có ích tăng, tốc độ tăng cơng suất thấp chế độ thử nghiệm, công suất tăng từ 1,5%÷11,2% so với động diesel nguyên bản; - Suất tiêu hao lƣợng giảm, tốc độ giảm suất tiêu hao lƣợng thấp chế độ thử nghiệm, suất tiêu hao lƣợng giảm từ 1,3%÷3,2% so với động diesel nguyên - Tại chế độ tải lớn, tốc độ tăng công suất giảm nhiều nhất, đồng thời suất tiêu hao lƣợng giảm thiếu khơng khí, ethanol cháy khơng hết, q trình cháy kéo dài sang trình giãn nở, tăng lƣợng ethanol lớn DE-4 thấy xuất khói đen khơng nên bổ sung thêm ethanol khơng có lợi suất tiêu hao lƣợng - Dựa vào Hình 3.25 ta thấy chế độ 75% tải hệ số dƣ khơng khí giảm nhiều, tỷ lệ ethanol cấp thêm DE-1, DE-2, DE-3 hệ số dƣ khơng khí nằm giới hạn khói đen Tại tỷ lệ ethanol cấp thêm DE-4 động bắt đầu xuất khói đen nên hiệu cháy bắt đầu có xu hƣớng giảm Tại chế độ cấp thêm 55 lƣợng ethanol lớn DE-4 hiệu làm việc động giảm chất lƣợng hình thành hịa khí 1.60 Chế độ 75% tải Hệ số dƣ khơng khí λ 1.50 1.40 DE-0 DE-1 DE-3 DE-4 DE-2 1.30 1.20 1.10 1.00 1500 1800 n, [vịng/phút] 2400 Hình 3.25Hệ số dư khơng khí chế độ 75% tải Kết luận chƣơng 3.4 - Tại chế độ tải nhỏ lƣợng ethanol cấp bổ sung lớn so với chế độ tải lớn - Khi bổ sung ethanol v o đƣờng nạp động thấy cơng suất có ích tăng, suất tiêu hao lƣợng giảm chế độ thử nghiệm; - Tại chế độ tải nhỏ bổ sung lƣợng ethanol lớn m tiêu kỹ thuật động đƣợc cải thiện tốt so với động diesel nguyên bản, với động 490QZL tỷ lệ ethanol/diesel lớn 32,7%; - Tại chế độ tải trung bình, lớn lƣợng ethanol bổ sung nhỏ hơn, không nên bổ sung ethanol chế độ tải lớn 75% tải 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Khi nghiên cứu chuyển đổi động diesel sang sử dụng lƣỡng nhiên liệu diesel-ethanol ta có số kết luận sau: - Chuyển đổi động diesel sang chạy lƣỡng nhiên liệu hồn tồn thực đƣợc, chi phí chuyển đổi khơng lớn ứng dụng đƣợc phƣơng tiện giao thông lƣu h nh Khi chuyển đổi sử dụng phƣơng pháp cấp thêm ethanol đƣờng nạp ta không cần cải tiến lại hệ thống nhiên liệu truyền thống - Tại chế độ tải trung bình, lớn lƣợng ethanol bổ sung nhỏ so với chế độ tải nhỏ, không nên bổ sung ethanol chế độ tải lớn 75% tải - Khi chuyển đổi động diesel sang sử dụng lƣỡng nhiên liệu diesel-ethanol suất tiêu hao lƣợng giảm - Phát thải NOx Soot mối quan t m h ng đầu thành phần phát thải động diesel Tuy nhiên chuyển đổi sang chạy lƣỡng nhiên liệu phát thải Soot NOx giảm mạnh KIẾN NGHỊ Việc sử dụng ethanol cho động diesel mang lại nhiều hiệu quả: giảm áp lực vào nguồn lƣợng hóa thạch, phát thải độc hại giảm mạnh Các nhà khoa học cần quan tâm nghiên cứu s u nhằm khắc phục khó khăn sử dụng ethanol động diesel, v giải pháp khác để chuyển đổi động diesel sang sử dụng ethanol 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Hữu Thành, Nghiên cứu sử dụng khí BIOGAS để chạy động máy phát điện trại chăn nuội, Giáo viên hƣớng dẫn GS TSKH B i Văn Ga [2] Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng (2008), Nhiên liệu q trình xử lý hóa dầu, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Khổng V Quảng Mô trình nhiệt động v trình trao đổi chất động đốt phần mềm BOOST 2002 Tiếng Anh [4] Abu-Qudais M, Haddad O, Qudaisat M (2000), The effect of alcohol fumigation on diesel engine performance and emissions"(Energy Conversion & Management 41 (2000) 389-399) [5] Ahmad Fayyazbakhsh, Vahid Pirouzfar, Investigating the influence of additivesfuel on diesel engine performance and emissions: Analytical modeling and experimental validation, Fuel (2015) [6] Ahmet Murcak, Can Hasimoglu, Ismet Cevik, Huseyin Kahraman, Effect of injection timing to performance of a diesel engine fuelled with different diesel– ethanol mixtures, Fuel 153 (2015) 569–577 [7] Alberto Boretti, Advantages of converting Diesel engines to run as dual fuel ethanoleDiesel, Applied Thermal Engineering, 47 (2012) 1-9 [8] Chen G, Yu W, Li Q, Huang Z (2012), Effects of n-butanol addition on the performance and emissions of a turbocharged common-rail diesel engine, SAE Tech Papers, 01-0852 [9] Chunde Yao, C.S.Cheung, Chuanhui Cheng, Yinshan Wang, T.L Chan, S.C Lee, Effect of Diesel/methanol compound combustion on Diesel engine combustion and emissions, Energy Conversion and Management, 49 (2008) 1696–1704 [10] D.C.Rakopoulos, C.D.Rakopoulos, E.C Kakaras, E.G Giakoumis, Effects of ethanol–diesel fuel blends on the performance and exhaust emissions of heavy duty DI diesel engine, Energy Conversion and Management 49 (2008) 3155–3162 [11] Fangrui Ma, MilfordA Hanna (1999), Biodiesel production: a review, Bioresource Technology 70, pp.1-15 [12] I.M.Monirul et al, Assessment of performance, emission and combustion characteristics of palm, jatropha and Calophyllum inophyllum biodiesel blends, Fuel 2016-05 [13] Jincheng Huang, Yaodong Wanga, Shuangding Li, Anthony P Roskilly, Hongdong Yu, Huifen Li, Experimental investigation on the performance and emissions of a diesel engine fuelled with ethanol–diesel blends, Applied Thermal Engineering 29 (2009) 2484–2490 [14] K.R.Gerdes and G J Suppes, “Miscibility of Ethanol in Diesel Fuels” Ind Eng Chem Res 2001, 40, 949-956 949 -1- [15] Ludivine Pidol, Bertrand Lecointe, Laurie Starck, Nicolas Jeuland, Ethanol– biodiesel–Diesel fuel blends: Performances and emissions in conventional Diesel and advanced Low Temperature Combustions, Fuel 93 (2012) 329–338 [19] [16] Pattas K, Häfner G (1973) “Stickoxidbildung bei der ottomotorischen Verbrennung” MTZ Nr 12, 397-404 [17] Roberto Freitas Britto Jr, Cristiane Aparecida Martins, Experimental analysis of a diesel engine operating in Diesel–Ethanol Dual-Fuel mode, Fuel, 201 -05, No of Pages 11 [18] Sahin Z, Durgun O (2007), Theoretical investigation of effects of light fuel fumigation on diesel engine performance and emissions, Energy Convers Manage, 48:1952–64 [19] Vinícius B, Pedrozo, Ian May, Macklini Dalla Nora, Alasdair Cairns, Hua Zhao (2016), Experimental analysis of ethanol dual-fuel combustion in a heavyduty diesel engine: An optimisation at low load, Applied Energy, 166–182 [20] Z.H Zhang, K.S Tsang , C.S Cheung, T.L Chan, C.D Yao, Effect of fumigation methanol and ethanol on the gaseous and particulate emissions of a direct-injection diesel engine, Atmospheric Environment 45 (2011) 2001-2008 -2- PHỤ LỤC CODE CHƢƠNG TRÌNH CHẠY MẠCH ĐIỀU KHIỂN KIM PHUN Code chƣơng trình ch nh: //=============================================================== ========== #include #include #device *=16 adc=10 #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT,NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay(clock=16000000) #use rs232 (baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8) #include #include "1_day.c" #include "DS18B20.c" float Value_ADC1, temperature1, temperature2, temperature3, temperature4, temperature5, temperature6, temperature7, temperature8; unsigned int16 Num1_temp,Num2_temp,Num3_temp,Num4_temp; unsigned char data[10], dataTemp, Write_Data=0, AllowSave=0, temp2=0, Allow_SMS=0; unsigned char Buff_Data[50]; unsigned int i=0, Count_1, Count_2, Count_3, Count_4, Count_temp=0; // void ToBCD(unsigned int16 Temp) { Num1_temp=Temp/1000; Num2_temp=(Temp%1000)/100; Num3_temp=((Temp%1000)%100)/10; Num4_temp=((Temp%1000)%100)%10; } //Chuong trinh ngat TMR0 #int_timer0 void interrupt_timer0() { Count_temp++; Count_2++; if(Count_2>3) { Count_3++; Count_2=0; } if(Count_temp>=200) { Count_1++; Count_temp=0; } if(Count_2>250) Count_2=220; } void ReadADC(void) -3- { set_adc_channel(0); delay_ms(10); Value_ADC1=read_adc(); Value_ADC1=Value_ADC1/4; Value_ADC1=(Value_ADC1*100)/255; } void main() { enable_interrupts(int_timer0); setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_2); setup_adc( ADC_CLOCK_INTERNAL ); setup_adc_ports(AN0_AN1_AN3); enable_interrupts(global); set_timer0(6);// T_dinhthi = 2*(256 - 6)*1us = 500us LCD_Init(); trisc=0x00; trisd=0x00; trisb=0x00; trisa=0xff; trise=0xff; delay_ms(500); LCD_Cmd(0x80); LCD_Char("Do Van Tran_UTC"); while(true) { if(Count_3Value_ADC1)&&(Count_3100) Count_3=0; if(Count_1>20) { ReadADC(); //LCD_Cmd(0x01); //LCD_Cmd(0x82); // LCD_Char("Do Van Tran"); LCD_Cmd(0xC0); Printf(LCD_Char,"Dat Muc: %3.1f",Value_ADC1); LCD_Cmd(0xCD); LCD_Char("%"); Count_1=0; } } } //TheEnd -4- ================================================================ ======= Code chƣơng trình cài đặt: //#define lcd_light PIN_D0 #define lcd_RS PIN_B1 #define lcd_RW PIN_B2 #define lcd_E PIN_B3 #define lcd_B1 PIN_B4 #define lcd_B2 PIN_B5 #define lcd_B3 PIN_B6 #define lcd_B4 PIN_B7 #define dong_1 0x80 #define dong_2 0xC0 #define Xoa_lcd 0x01 //====================Cac ham dung ngoai thu vien============== #separate void LCD_Init(); // khai bao cac tien to su dung LCD #separate void LCD_Position(int x); // Di chuyen vi tri tro #separate void LCD_Char(int x); // Hien Thi bien Char #separate void LCD_Cmd(int x); // Gui lenh len LCD #separate void LCD_Pulse(); #separate void LCD_CGRAM(); //==========================Chuong trinh======================== #separate void LCD_Data (int x) { output_bit(lcd_B1, x & 0x01); output_bit(lcd_B2, x & 0x02); output_bit(lcd_B3, x & 0x04); output_bit(lcd_B4, x & 0x08); } #separate void LCD_Pulse() { output_high(lcd_E); delay_us ( 3); // was 10 output_low(lcd_E); delay_us ( 150); // was } #separate void LCD_Position(int x) { LCD_Data(Swap(x) | 0x08); LCD_Pulse(); LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); } #separate void LCD_Cmd (int x) { LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); if (x == 0x01) delay_us(2000); } -5- #separate void LCD_Char (int x) { output_high(lcd_RS); LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); output_low(lcd_RS); } #separate void LCD_Init () { // output_high(lcd_open); LCD_Data(0x00); delay_ms(20); //cho cho VDD len >> 15ms output_low (lcd_RS); //mac dinh la viet lenh output_low (lcd_RW); //mac dinh la LCD nhan lenh LCD_Data(0x03); //che bit LCD_Pulse(); LCD_Pulse(); LCD_Pulse(); LCD_Data(0x02); //xoa man hinh LCD_Pulse(); LCD_Cmd(0x2c); LCD_Cmd(0x0c); //bat hien thi tat tro LCD_Cmd(0x06); //tang tro LCD_Cmd(0x01); //xoa man hinh hien thi } -6- PHỤ LỤC Mộ số hình ánh chạy thực nghiệm nhóm chun gia phịng thí nghiệm Trƣờng Đại học GTVT -7-