Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo...13MỤC LỤC HÌNHHình 1 Hệ thơng cung cấp nhiên liệu CNG trên động cơ diesel sang sử dụng hoàn toànnhiên liệu CNG...7Hình 2 Động cơ diesel chuyển đổi sử dụng nhiên liệu
lOMoARcPSD|11346942 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BÁO CÁO KẾT THÚC HỌC PHẦN NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ Chủ đề: Sử dụng nhiên liệu CNG cho động diesel Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thanh Tuấn Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Lê Minh Huy 62130739 62-CNOT.3 Hồ Trung Hiếu 62130554 62-CNOT.3 Nguyễn Duy 62132975 62-CNOT.3 Nguyễn Thành Phi 62131546 62-CNOT.3 Khánh Hòa – 2023 Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG BÁO CÁO I Tổng quan CNG-nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với môi trường II Tổng quan nghiên cứu sử dụng CNG cho động diesel Các nghiên cứu sử dụng CNG cho động diesel 1.1 Nghiên cứu chuyển đổi động diesel sang sử dụng hoàn toàn nhiên liệu CNG 1.2 Nghiên cứu chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG- diesel Kết nghiên cứu sử dụng CNG cho động diesel từ động nguyên thủy (động chạy nhiên liệu diesel) III Kết luận 13 V Tài liệu tham khảo 13 MỤC LỤC HÌNH Hình Hệ thông cung cấp nhiên liệu CNG động diesel sang sử dụng hoàn toàn nhiên liệu CNG Hình Động diesel chuyển đổi sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel Hình Sơ đồ hệ thống cung cấp CNG-diesel Hình Đặc tính hệ số λ động CNG-diesel .11 Hình Tỷ lệ CNG thay chế độ làm việc động 11 Hình Suất tiêu thụ nhiên liệu chế độ làm việc động 11 Hình Hàm lượng phát thải NOx CO2 đặc tính ngồi động 11 Hình Độ khói chế độ làm việc động 11 Hình Phát thải CO HC động CNG-diesel so với động diesel .12 Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 MỞ ĐẦU Trước sức ép ngày lớn việc cạn kiệt nhiên liệu, ô nhiễm môi trường hiệu ứng nhà kính, loại nhiên liệu thay cho nhiên liệu hóa thạch truyền thống sử dụng cho động đốt xăng diesel quan tâm phát triển Các loại nhiên liệu thay có nguồn gốc phân loại sau: Nguồn hóa thạch như: khí thiên nhiên nén CNG, khí thiên nhiên hóa lỏng LNG (liquefied natural gas), khí dầu mỏ hóa lỏng LPG (liquefied petroleum gas), khí lò ga… Nguồn gốc sinh học loại nhiên liệu chiết suất từ dầu tinh bột loại (cọ, dừa, hướng dương, jatropha, tảo, mía, sắn, ngơ…), mỡ động vật hay khí biogas sản xuất từ phế thải (rác thải, chất thải từ động vật,…) Trong dạng nhiên liệu thay biodiesel dùng để thay cho diesel, bioethanol, biomethanol dùng để thay cho nhiên liệu xăng Sử dụng nhiên liệu thay thế, việc giải vấn đề cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, tận dụng triệt để nguồn lượng sẵn có thiên nhiên, cịn tạo công ăn việc làm cho người dân, giải phần vấn đề nhiễm mơi trường Ngồi ra, có quy hoạch tốt sử dụng đất việc sử dụng nhiên liệu thay thế, đặc biệt nhiên liệu sinh học tạo động lực cho phát triển, giảm triệt để phát thải gây hiệu ứng nhà kính nhờ vịng khép kín CO2 (cây hấp thụ khí CO2 từ động - trồng để sản xuất nhiên liệu sinh học cho động cơ) Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 NỘI DUNG BÁO CÁO I Tổng quan CNG-nguồn nhiên liệu sạch, thân thiện với mơi trường Khí thiên nhiên nén CNG - CNG (Compressed Natural Gas) loại khí thiên nhiên có thành phần khí methane - CH4 (chiếm 85-95%) CNG khai thác từ mỏ khí thiên nhiên từ khí đồng hành mỏ dầu Khí thiên nhiên nén CNG thường nén bồn chuyên dụng áp suất cao (từ 200 - 250 bar) giúp dễ dàng vận chuyển đến nơi tiêu thụ Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 Tính chất khí thiên nhiên CNG 2.1 Đặc điểm bật CNG - Về thành phần, CNG có thành phần gồm: 87% Methane, 10% Etan, 2% Propan 1% loại khí khác Do vậy, khí thiên nhiên nén CNG nhẹ, dễ tan khơng khí, không màu, không mùi không gây độc hại - Trong trình bảo quản vận chuyển CNG, mùi lưu huỳnh thường thêm vào giúp phát cố rò rỉ dễ dàng Khi đốt cháy nhiệt độ cao, CNG tạo nhiệt độ khoảng 19490C có lượng khí thải thấp nhiều so với xăng dầu diesel - Ngoài đặc điểm kể trên, CNG cịn có số đặc điểm bật sau: Giảm khí thải: nghiên cứu giới rằng, q trình đốt cháy CNG có lượng khí thải thấp nhiều so với động xăng, dầu không sinh khói bụi Hiệu vượt trội: CNG nén áp suất 200-250 bar giúp tiết kiệm đáng kể chi phí vận chuyển lưu trữ Hiệu chi phí: Sử dụng CNG, giúp tiết kiệm chi phí từ 10% đến 30% so với loại nhiên liệu khác từ dầu mỏ, mức giá CNG ổn định biến động thời gian dài An tồn: Với đặc điểm nhẹ khơng khí, CNG gây thiệt hại xảy cố so sánh với xăng dầu Tăng tuổi thọ máy móc: Do CNG cháy hồn tồn khơng đóng cặn nên giúp tăng tuổi thọ, hiệu cho buồng đốt chế hịa khí thiết bị Nhiên liệu xanh: xu hướng sử dụng khí thiên nhiên nén CNG ngày phổ biến giới Do khai thác muộn so với dầu mỏ nên CNG có trữ lượng dồi dào, đủ cho nhân loại sử dụng khoảng 1000 năm CNG nhiên liệu thay cho dầu diesel xăng vài năm tới - Không giống xăng dầu diesel, CNG không gây nguy hiểm cho đất nước khơng độc hại Là loại nhiên liệu tương đối an toàn, bị tràn phân tán nhanh, giảm thiểu nguy cháy nổ CNG lựa chọn thông minh nhiều so với dầu diesel xăng nên ngày trở nên phổ biến, đặc biệt xe buýt Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 - CNG có giá thấp khoảng 50% so với xăng dầu diesel, thải lượng khí thải tới 90% so với xăng' CNG giảm chi phí nhiên liệu khoảng 50% cung cấp lượng điện Ở Mỹ, hồ chứa tiết lộ trữ lượng khí đốt tự nhiên lớn cung cấp cho nguồn cung cấp cho 100 năm tới Nguồn cung tăng nhanh đột phá gần công nghệ mang lại khả tiếp cận nguồn dự trữ mà trước khó tìm II Tổng quan nghiên cứu sử dụng CNG cho động diesel Các nghiên cứu sử dụng CNG cho động diesel - Có hai hướng nghiên cứu ứng dụng triển khai bao gồm: Chuyển đổi động diesel sang sử dụng CNG, đốt cháy hỗn hợp nhờ tia lửa điện bugi; Động diesel sang sử dụng CNG-diesel, diesel đóng vai trị nhiên liệu phun mồi tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí CNG 1.1 Nghiên cứu chuyển đổi động diesel sang sử dụng hồn tồn nhiên liệu CNG Hình Hệ thơng cung cấp nhiên liệu CNG động diesel sang sử dụng hoàn toàn nhiên liệu CNG Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 1.2 Nghiên cứu chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG- diesel Hình Động diesel chuyển đổi sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel Kết nghiên cứu sử dụng CNG cho động diesel từ động nguyên thủy (động chạy nhiên liệu diesel) - Động nghiên cứu sử dụng lưỡng nhiên liệu CNG diesel động diesel xi lanh Kubota SKD80 có dung tích 0,465 lít, S/D=84/84 (mm), công suất định mức 5,15 kW (7 ml) 2200 v/p, mô men lớn đạt 26,5 Nm 1800 v/p, vùng tốc độ làm việc 1500-2200 v/p Động sử dụng bơm nhiên liệu cao áp kiểu bơm Bosch điều tốc khí đa chế Hình Sơ đồ hệ thống cung cấp CNG-diesel - Chế độ làm việc động diesel kiểm soát theo tốc độ tải dựa vào việc điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình Bộ điều tốc điều chỉnh tăng lượng nhiên liệu cung cấp động giảm tốc (do sức cản Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 tăng) giảm nhiên liệu tăng tốc (do sức cản giảm), nhờ giúp động chạy ổn định, tránh trường hợp vượt tốc Nếu để nguyên điều tốc khí động cấp CNG vào buồng cháy, trở thành phần nhiên liệu cung cấp cho q trình sinh cơng, làm cho tốc độ động tăng lên Khi đó, điều tốc giảm lượng diesel, giảm đến lượng diesel phun mồi cịn lại khơng đủ đốt cháy CNG, động ổn định Chờ cho tốc độ động giảm xuống, lượng diesel tăng lại, tiếp tục q trình cháy sinh cơng Vì vậy, không cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel động hoạt động không ổn định, không kiểm soát lượng diesel cung cấp Giải pháp thực nghiên cứu thiết kế trang bị thêm hệ thống phun CNG vào đường nạp điều khiển điện tử Bộ điều khiển phun (ECU) thực điều khiển lượng phun CNG lượng phun diesel theo chế độ tải động (sức cản máy công tác) vị trí tay điều khiển (xác định tốc độ) Giải pháp cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel sử dụng motor bước lắp đặt thay cho điều tốc khí để điều chỉnh lượng cấp nhiên liệu diesel Motor bước lập trình để dẫn động xoay pít tơng bơm cao áp để thay đổi lượng cấp nhiên liệu diesel với việc điều chỉnh lượng cấp CNG tốc độ thay đổi để đảm bảo động làm việc ổn định - Sơ đồ động thí nghiệm với hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu CNG-diesel thể Hình Khi động làm việc, nhiên liệu CNG từ bình chứa cấp qua van điện từ đến van giảm áp 3, áp suất khí CNG điều chỉnh giảm đến áp suất ổn định 3kg/cm2 , nhiên liệu khí áp suất tiếp đến khơng gian tích áp vịi phun ECU điều khiển đóng mở vịi phun lần chu kỳ làm việc động với độ dài thời gian mở tùy thuộc vào vị trí tay ga tốc độ động Đồng thời, ECU cấp tín hiệu điều khiển đến motor bước 10 để điều chỉnh góc xoay pít tơng bơm cao áp 11 để điều chỉnh lượng nhiên liệu diesel cấp chu trình cho động qua vịi phun diesel 12 đảm bảo tỷ lệ CNG/diesel theo lập trình phù hợp với chế độ làm việc động ECU cho phép kết nối với máy tính để lập trình xác định độ dài thời gian mở vịi phun CNG góc xoay pít tông xi lanh bơm nhiên liệu diesel cao áp theo vị trí tay ga đặc điểm thay đổi tốc độ tải động - Kết thực nghiệm: + Kết thí nghiệm đo thơng số đánh giá tính kinh tế kỹ thuật phát thải động trình bày độ thị Hình đến Hình Các đồ thị Hình thể đặc tính ngồi hệ số λ động CNG-diesel Động CNG- diesel điều chỉnh nhiên liệu CNG-diesel cấp vào để trì cơng suất mơ men động khơng đổi so với đường đặc tính ngồi động diesel nguyên thủy Khi hệ số lamda 2200v/p bị giảm đến giá trị nhỏ 1,17 đảm bảo đủ khơng khí để động làm việc khơng có khói đen + Tỷ lệ CNG thay đặc tính ngồi đặc tính tải tốc độ 1800- 2200v/p đồ thị Hình Có thể thấy tỷ lệ CNG cực đại cho phép Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 mặt kích nổ đạt đến 60% 1800v/p gần 55% tốc độ 2200v/p Ở chế độ tải nhỏ hơn, tỷ lệ CNG điều chỉnh giảm để giảm phát thải HC [13] Với tỷ lệ CNG thay này, suất tiêu thụ nhiên liệu giảm trung bình đến 4% so với sử dụng đơn nhiên liệu diesel chế độ tải tốc độ Hình Sự giảm suất tiêu thụ nhiên liệu CNG-diesel nhiên liệu CNG có nhiệt trị cao so với nhiên liệu diesel + Kết thí nghiệm đánh giá đặc tính phát thải động sử dụng CNG- diesel chế độ tải tốc độ khác thể đồ thị Hình đến Hình Các đồ thị Hình rõ phát thải NOx CO2 động CNG- diesel giảm Mức giảm NOx đến đến 50% so với động nguyên thủy sử dụng diesel toàn phạm vi tải tốc độ thí nghiệm Điều giải thích nhiệt độ cháy CNG thấp nhiên liệu diesel Hàm lượng phát thải CO2 giảm khoảng 10% mức tiêu hao nhiên liệu CNG-diesel giảm thêm hàm lượng thành phần bon CNG thấp nhiều so với nhiên liệu diesel Độ khói giảm đến 10 lần (Hình 8) tồn phạm vi tải tốc độ thí nghiệm thực tế nhiên liệu khí tạo hỗn hợp đồng lưỡng nhiên liệu chiếm 50% + Phát thải CO HC động CNG-diesel cao so với động diesel nguyên thủy (Hình 9) CNG tạo hỗn hợp đồng với khơng khí xi lanh nên bị hiệu ứng tắt màng lửa sát vách khe kẽ động nạp hỗn hợp đồng Tuy nhiên, hàm lượng CNG hỗn hợp đồng với khơng khí thấp so với động xăng đốt cháy cưỡng nên hàm lượng phát thải CO HC vận thấp Hình Đặc tính ngồi hệ số λ động CNG-diesel 10 Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 Hình Tỷ lệ CNG thay chế độ làm việc động Hình Suất tiêu thụ nhiên liệu chế độ làm việc động Hình Hàm lượng phát thải NOx CO2 đặc tính ngồi động Hình Độ khói chế độ làm việc động Hình Phát thải CO HC động CNG-diesel so với động diesel - Ngoài phương pháp cung cấp nhiên liệu CNG diesel động nhiên liệu kép: Cung cấp CNG hòa trộn: phương pháp phụ hợp nhiên liệu khí Tuy nhiên sử dụng hịa trộn, tổn thất lượng khí nạp họng CNG chiểm chỗ nên hệ số nạp bị giảm, dẫn đến công suất 11 Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 động giảm khoảng (5-8)%, đồng thời cung cấp nhiên liệu CNG liên tục nhằm hạn chế khả kiểm sốt tỷ lệ CNG/ khơng khí Cung cấp CNG vòi phun đường ốn nạp Cung cấp CNG vòi phun trực tiếp vào buồng cháy 12 Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com) lOMoARcPSD|11346942 III Kết luận Từ kết nghiên cứu báo, rút số kết luận sau: - Các nghiên cứu chứng minh khí nén tự nhiên cách cung cấp nhiên liệu an toàn nhất, hiệu cho xe buýt CNG có lượng phát thải thấp tỷ lệ carbon hydro thấp, điều dẫn đến việc tạo carbon dioxit - Đã thiết kế trang bị thành công hệ thống phun CNG vào đường nạp kết hợp điều chỉnh lượng cấp nhiên liệu diesel để chuyển đổi động diesel hành sang sử dụng lưỡng nhiên liệu CNG-diesel với việc kiểm soát tỷ lệ CNG thay theo ý muốn phù hợp với chế độ làm việc động - Việc sử dụng lưỡng nhiên liệu CNG-diesel giải pháp thích hợp cho việc sử dụng nhiên liệu CNG làm nhiên liệu thay động diesel Kết nghiên cứu cho thấy tỷ lệ CNG thay lớn chế độ tồn tải đảm bảo khơng xảy kích nổ đạt tới 55%-60% Cơng suất động đảm bảo so với động nguyên thủy suất tiêu thụ nhiên liệu giảm 4%, hệ số dư lượng khơng khí lamda tồn tải giảm xuống nhỏ 1,17 so với 1,22 động nguyên thủy Phát thải NOx giảm 50%, độ khói giảm 10 lần, CO2 giảm 10% hàm lượng phát thải CO HC tăng mức phát thải thấp nhiều so với động xăng - Có thể khẳng định việc sử dụng lưỡng nhiên liệu CNG-diesel động diesel giải pháp hữu hiệu để tiết kiệm nhiên liệu giảm phát thải NOx khói bụi V Tài liệu tham khảo Hồng Đình Long (2016), “Nghiên cứu đặc điểm phát thải hydrocarbon động lưỡng nhiên liệu CNG-diesel phương pháp mơ hình hóa”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, (9):87-92 Resitoglu I.A., et al (2015), “The pollutant emissions from diesel-engine vehicles and exhaust aftertreatment systems”, Clean Technologies and Environmental Policy, 17:15-27 Sahoo B.B., Sahoo N., Saha U.K (2009), “Effect of engine parameters and type of gaseous fuel on the performance of dual-fuel gas diesel engines - A critical review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13:1151-1184 13 Downloaded by Quang Tr?n (tranquang141994@gmail.com)