Xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel – lpg

BỘGIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO TRƢỜNGĐẠIHỌCGIAOTHƠNGVẬNTẢI VƢƠNGVĂNSƠN XÁCĐỊNHTHÀNHPHẦNKHÍTHẢIPHÁTTÁNVÀO MƠITRƢỜNGCỦAĐỘNGCƠƠTƠSỬDỤNGL ƢỠNGNHIÊNLIỆUDIESEL-LPG LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT HÀNỘI- 2014 VƢƠNGVĂNSƠN XÁCĐỊNHTHÀNHPHẦNKHÍTHẢIPHÁTTÁNVÀO MƠITRƢỜNGCỦAĐỘNGCƠƠTƠSỬDỤNGL ƢỠNGNHIÊNLIỆUDIESEL-LPG Chun ngành: Kỹ thuật tơ máy kéoMãsố:62.52.35.01 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸTHUẬT NGƢỜIHƢỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TSCao Trọng Hiền PGS.TSĐào MạnhHùng HÀNỘI- 2014 LỜICẢMƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Giaothơng Vận tải, Phịng Sau đại học, Khoa Cơ khí, Bộ mơn Cơ khí ô tô đãtạođiềukiệnthuậnlợi vàgiúp đỡtôitrongsuốtquátrìnhlàmluậnán Tôi xin chân thành biết ơn PGS.TSC a o T r ọ n g H i ề n v P G S T S Đào Mạnh Hùng hướng dẫn tận tình, chu đáo mặt chunmơnđểtơicóthểthực hiệnvàhồnthành luậnán Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể Phịng thí nghiệm động đốttrong, ViệnC k h í Đ ộ n g l ự c , T r n g Đ i h ọ c B c h k h o a H N ộ i v ề ý kiến đóng góp quý báu tạo điều kiện để tơi hồn thànhnghiên cứumơphỏngtrênphầnmềmAVL Boost TơixinchânthànhcảmơnTrungtâmthửnghiệmkhíxảCụcĐăngkiểmViệtNam,C n g tyCơkhíơtơNgơGiaTự,CơngtyTNHHTânAn Bình tạo điều kiện giúp đỡ để tơi hồn thành thí nghiệm quantrọngcholuậnánvàđịnhhướngnghiêncứutrongtươnglai Tôix i n c h â n t h n h c ả m ơn c c t h ầ y g i o H ọ c v i ệ n Q u â n s ự , Đ i họcNơngnghiệp,ĐạihọcLâmnghiệp,cácNhàkhoahọctrongngànhCơkhíĐộnglựcđãnhiệttìnhgiúpđỡvàđóng gópnhiềkiếnqbáucholuận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất bạn bè, đồng nghiệp,những người thân gia đình động viên, khích lệ tơi nhiều trongsuốt thờigiantơi thamgianghiêncứuvàhồnthànhluận án Nghiêncứusinh LỜI CAMĐOAN Tôix i n c a m đoanl u ậ n n l àc ôn g t r ì n h nghiênc ứ u c ủ a r i ê n g Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa đượcai cơngbốtrong bấtkỳcơngtrìnhnàokhác HàNội,tháng 4năm2014 Tác giảluậnán VƣơngVănSơn MỤCLỤC Mụclục i Danhmụccáckýhiệuvàchữviếttắt iv Danhmụccácbảngtrongluậnán ix Danhmụccáchìnhvẽvàảnhtrongluậnán xi MỞĐẦU ChươngI.TỔNGQUANVỀVẤNĐỀNGHIÊNCỨU 1.1 Tổngquanvềônhiễmmôitrườngdophátthảicủaôtô 1.1.1 SựpháttriểnphươngtiệngiaothơngởViệtNam 1.1.2 Tìnhhìnhơnhiễmmơitrườngdophátthảicủtơ 1.2.TìnhhìnhsảnxuấtvàsửdụngLPG 10 1.2.1.TìnhhìnhsảnxuấtLPG 10 1.2.2.TìnhhìnhsửdụngLPG 11 1.3 Cácnghiêncứutrong vàngồinướcvề khí thảicủađộngcơdieselvàđộngcơdieselLPG 11 1.3.1 Cáckếtquả nghiên cứu thếgiới 11 1.3.2 Cáckếtquảnghiêncứu trongnước 16 1.4K ế t luận chươngI .19 ChươngII.C Ơ S Ở L Ý T H U Y Ế T T Í N H T O Á N T H À N HAI P H Ầ N K H Í T H CỦAĐỢNGCƠDIESELVÀĐỘNGCƠDIESEL–LPG 22 2.1 Chọnphương ánhịatrộnlưỡngnhiênliệudiesel-LPG 22 2.1.1 Cácphươngánhòatrộnlưỡngnhiênliệudiesel-LPG 22 2.1.2 Chọnphươngánhòatrộnlưỡngnhiênliệudiesel-LPG 25 2.2 Cơsởlýthuyếtqtrìnhcháytrongđợngcơdiesvềlđộngcơdiesel-LPG 26 2.2.1 Qtrìnhcháytrongđộng cơdiesel 26 2.2.2 Cơsởlý thuyếtquátrìnhcháytrongđộng cơdiesel-LPG 31 2.2.3 Cơsởmơhìnhhóaqt r ì n h h ì n h t h n h h ỗ n n ợ p v c h y t r o n g độngcơlưỡng nhiênliệudiesel-LPG 37 2.3 Cácthành phần khí thải .47 2.3.1.Mônôxitcácbon 48 2.3.2.Hyđrôcácbon 49 2.3.3.Ôxitnitơ 52 2.3.4.Phátthảihạt 54 2.4 Cơsởtínhtốncácthànhphầnphátthảitrongđộngcơdieselvàđộng 59 cơdiesel-LPG 2.4.1 TínhtốnphátthảiNOx 59 2.4.2 Tínhtốn phátthảiC O 60 2.4.3 TínhtốnphátthảiHC .60 2.4.4.Tínhtốnphátthảibồhóng(Soot) 61 2.5.KếtluậnchươngII……………………………………………… 63 ChươngIII.XÂYDỰNGMƠHÌNHXÁCĐỊNHCÁCTHÀNHPHẦ NKHÍ THẢICỦAĐỘNGCƠDIESEL VÀĐỘNGCƠDIESEL-LPG 65 3.1.PhầnmềmAVLBOOST 65 3.1.1.Cácphần mềmmô phỏngđộng 65 3.1.2.PhầnmềmAVLBOOST 66 3.2 ỨngdụngphầnmềmAVLBOOSTtínhtốncácthànhphầnkhíthải củađộngcơFAWDE-4DX23 68 3.2.1 Cácthôngsốcơbản củađộngcơ FAWDE-4DX23 68 3.2.2.NhiênliệudieselvàLPG 69 3.2.3 Xâydựng mơ hình động cơdiesel AVLBoost 72 3.2.4 Kiểmchứngđộchínhxáccủamơhình 73 3.2.5 Xâydựngmơ hình động cơdiesel-LPGtrên AVLBoost 74 3.2.6 Kếtquảtínhtốn mơphỏng 77 3.3 Khảosátảnhhưởngcủamộtsốthôngsốkếtcấuvàđiềuchỉnhđến lượngphát thảicủađộng cơdiesel-LPGbằngphương phápmơphỏng 80 3.3.1 Ảnhhưởngcủagócphunsớmđếnl ợ n g p h t t h ả i c ủ a đ ộ n g c di esel-LPG 80 3.3.2 Ảnhhưởngcủaphaphânphốikhí đếnlượng phátthảicủađộngcơdieselLPG 3.4.KếtluậnchươngIII ChươngIV.THỰCNGHIỆMVÀĐÁNHGIÁ 4.1.Mụctiêuvànộidungthửnghiệm 4.1.1.Mụctiêuthửnghiệm 4.1.2.Nộidungthửnghiệm 4.2.Thiếtbịthínghiệm 4.2.1.Sơđồthiếtbịthínghiệm 4.2.2.Cácbộphậncơbảncủathiếtbịthửnghiệm 4.3.LựachọnvàlắpđặthệthốngcungcấpLPGvàođộngcơdieselthínghiệ 83 85 87 87 87 87 87 88 90 m 4.4 Quytrìnhthínghiệm 4.4.1.Điềukiệnthínghiệm 4.4.2 Thínghiệmđokhíxảđộngcơdieselnguyênthủy 4.4.3 Thínghiệmđo khíxảđộng cơlưỡngnhiên liệudiesel-LPG 4.5.Kếtquảthửnghiệmvàđánhgiá 4.5.1.TiêuchuẩnEUROvềphátthảicủađộngcơdiesel 4.5.2.Kếtquảđánhgiáđộngcơthửnghiệm 4.5.3 Đánh giá chất lượng phát thải động diesel chạy lưỡngnhiênliệudieselLPG 4.5.4.Đánhgiákếtquảmôphỏngvàthựcnghiệm 4.6.KếtluậnchươngIV KẾTLUẬNCHUNGVÀKIẾNNGHỊ DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHKHOAHỌCĐÃCƠNGBỐ TÀILIỆUTHAMK H Ả O PHỤLỤC 99 103 103 104 107 110 110 110 112 118 121 122 124 125 133 DANHMỤC CÁCKÝHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT Ký hiệu Tên gọi AVL-BOOST AVL-MCC CA CO CNG CRT DOC DPF ECER49 PhầnmềmmơphỏngmộtchiềucủahãngAVL Mơhình cháycủahãng AVL Gócquaytrụckhuỷu Mơnơxitcácbon Khíthiênnhiên Bộlọctáisinhliêntục Bộ xúctácơxihóa Bộlọcphát thải hạt,dạngkhépkín Chutrìnhthửchâu13modeđốivớiđộngcơxetảihạngnặ ng Hệthốnglnhồikhíthải Hyđrơcácbonthơmmạchvịng Hyđrơcácbon Lnhồiápsuấtcao Lnhồiápsuấtthấp BộxúctáchấpthụNOx Khídầumỏhóalỏng Khíthiênnhiên Máynén Mơphỏng Trungtâmthửnghiệmkhíthảicácphươngtiệncơgiớiđường bộ,CụcĐăngKiểmViệtNam Ơxítnitơ Phátthảihạt Bộlọcphátthảihạt(dạnglọchở) Phátthảihạtcókíchthướcnhỏhơn10µm ĐồthịtốcđộtỏanhiệtBộ xúctáckhửNOx HệthốngxửlýkhíthảitổnghợpCRTvàSCR Bộlọcphátthảihạtcótrangbịsợiđốt EGR HAP HC LHC LHT LNT LPG CNG MN MP NETC NOX PM PM-cat PM10 ROHR SCR SCRT SMF Đơn vị - Smoke SOOT SOX TB TCVN TN TSP Độkhói Bồ hóng Ơxítlưuhuỳnh Tuabin TiêuchuẩnViệtNam Thựcnghiệm Tổnglượngbụilơlửngtrongkhơngkhí Hàmlượngcácchấthữucơđộchạibaylêntrênkhơngkhí - Gócquaytrụckhuỷuhiệnthời Nhiệttỏaratínhđếngócquaycủatrụckhuỷu Độ J Tổngnhiệtlượngtỏaratrongquátrìnhcháy HằngsốphụthuộcvàotỷlệnhiênliệuLPGcungcấpvàoxyl anh Thờiđiểmvàthờigiandiễnraquátrìnhcháy J - % % mLPG Saisố TỷlệphầntrămnănglượngdoLPGsinhratrongtổngnănglư ợngcủalưỡngnhiênliệudiesel-LPG KhốilượngLPGtiêuthụ HuLPG NhiệttrịthấpcủaLPG MJ/kg mdiesel Khốilượngdieseltiêuthụ kg Hudiesel Nhiệttrịthấpcủadiesel MJ/kg mc Khốilượngmôichấtbêntrongxylanh kg u pc Nộinăng Ápsuấtbêntrongxylanh Pa V Thểtíchxylanh QF Nhiệtlượngcủanhiênliệucungcấp m3 kJ QW Tổnthấtnhiệtquavách kJ α hBB Gócquaytrụckhuỷu Trịsốentanpy độ - dmi Lượngkhíđivàoxylanh kg VOCs   Q Q aw o,  k CCR Độ kg dme Lượngkhíđirakhỏixylanh kg hi Entanpycủamơichấtkhíđivàoxylanh - he Entanpycủamơichấtkhíđirakhỏixylanh - qev Nhiệthóahơicủanhiênliệu kJ f mew Phầnnhiệthóahơicủamơichấttrongxylanh Khốilượngnhiênliệubayhơi kJ kg Aeff Diệntíchthơngqua Pol Ápsuấtmôichấttrướchọngtiếtlưu m2 Pa P2 Ápsuấtmôichấtsauhọngtiếtlưu Pa Tol Nhiệtđộmôichấttrướchọngtiếtlưu K Ro Hằngsốchấtkhí - ψ k μσ Hệsốphụthuộctỷlệápsuấtmơichất Tỷsốnhiệtdungriêngcủamơichất Hệsốcảndịngcủađườngống dvi Đườngkínhxupáp m S r l Awi Vịtrícủapistontínhtừđiểmchếttrên Bánkínhquay Chiềudàithanhtruyền Góc đường nối tâm quay với piston điểmchếttrênvớitrụcthẳngđứng(trườnghợpxylanhlệcht âm) Khoảnglệchtâm Nhiệttruyềnđếncácchitiết(nắpmáy,đỉnhpiston,thành xylanh) Diệntíchbềmặtcácchitiết(nắpmáy,đỉnhpiston,thành xylanh) αw Hệsốtruyềnnhiệt Tc Nhiệtđộmơichấttrênbềmặtthànhxylanh K Nhiệtđộbềmặtchitiết(nắpmáy,đỉnhpiston,thànhxylanh) K Đườngkínhxylanh Tốcđộtrungbìnhcủapiston Tốcđộtiếptuyếncủamơichất m m/s m/s φ e Qwi Twi: D Cm Cu m m độ m K m2