tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu ammoniac cho động cơ diesel

Mục tiêu Tạo ra hệ thống cung cấp nhiên liệu Ammoniac cho động cơ Diesel, điều khiển kim phun với thời gian chính xác, giảm lượng nhiên liệu Diesel từ đó giảm lượng phát thải khí nhà kí

TỔNG QUAN

Tính cấp thiết của đề tài

Với tình trạng biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng, việc tìm kiếm giải pháp thân thiện với môi trường là cấp bách Ammoniac được xem là một lựa chọn tiềm năng do không gây ra khí thải CO2 khi đốt cháy, giúp giảm phát thải carbon trong quá trình vận hành

Việc áp dụng ammoniac vào động cơ diesel không chỉ mang lại lợi ích kinh tế lớn mà còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng cường an ninh năng lượng Điều này khiến cho việc nghiên cứu và phát triển hệ thống cung cấp nhiên liệu ammoniac trở nên vô cùng quan trọng và cấp thiết

Sự quan tâm của toàn cầu là một dấu hiệu cho thấy việc nghiên cứu và ứng dụng ammoniac đang nhận được sự chú ý và ủng hộ rất lớn Điều này càng nâng cao tính cấp thiết của đề tài, vì sẽ có sự hỗ trợ và quan tâm từ các bên liên quan Với nhận thức sâu sắc về môi trường, tiềm năng phát triển và sự quan tâm của toàn cầu nhóm em đã thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu và thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu ammoniac cho động cơ diesel”.

Vấn đề khủng hoảng năng lượng toàn cầu

Các nhà khoa học cảnh báo về cuộc khủng hoảng năng lượng thế kỷ XXI do nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt, nhu cầu sử dụng năng lượng tăng cao và thiếu nguồn năng lượng thay thế chủ đạo Tình hình chính trị bất ổn tại các khu vực năng lượng trọng điểm (do chính sách của Mỹ), cùng với sự thiếu thống nhất trong các giải pháp xử lý cuộc khủng hoảng, góp phần làm trầm trọng thêm tình trạng này.

Dầu lửa và nhiên liệu hoá thạch đang cạn kiệt Các số liệu tìm kiếm, thăm dò và nhận định về trữ lượng dầu toàn cầu của Văn phòng Tổ chức kiểm soát năng lượng Anh (EWG) tại Đức cho biết, dưới lòng đất chỉ còn có khoảng 1.255 tỉ thùng, đủ để cho con người sử dụng trong 42 năm tới Với tốc độ khai thác như hiện nay, trong vòng 30 năm nữa nguồn dầu lửa dưới lòng đất không còn nhiều và 50 - 60 năm nữa sẽ hoàn toàn cạn kiệt Theo đó, thế giới sẽ chỉ sản xuất được 39 triệu thùng dầu/ngày vào năm 2030 so với con số 81 triệu thùng/ngày như hiện nay Trong khi đó, theo Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), nhu cầu dầu lửa thế giới sẽ tăng đến 116 triệu thùng/ ngày vào năm 2030 so với 86 triệu thùng/ngày như hiện nay Tức là vào thời điểm đó, thế giới chỉ được cung cấp chưa đến 1/3 nhu cầu dầu lửa Than đá và khí đốt cũng ở tình trạng tương tự Theo ước tính của các chuyên gia, trữ lượng than đá và khí đốt tự nhiên chỉ còn khoảng 909 tỉ tấn và sẽ cạn kiệt trong 155 năm nữa

Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao Trong nhiều năm qua, do sự bùng nổ của công nghiệp hoá ở các nước đang phát triển ở châu Á, châu Phi và Mỹ La-tinh, nhu cầu dầu lửa của thế giới ngày càng tăng một cách nhanh chóng Các nhà nghiên cứu quốc tế đánh giá, 2/3 lượng tăng nhu cầu năng lượng của thế giới là do nhu cầu của Trung Quốc và Ấn Độ Phần còn lại là do sự tăng nhu cầu dầu lửa của các nước đang phát triển khác IEA dự báo, năm 2008 thế giới sẽ cần bổ sung thêm khoảng 2,2 triệu thùng dầu mỗi ngày so với 1,5 triệu thùng trong năm 2007 và nhu cầu này sẽ tăng 2%/ năm cho đến năm 2012 Theo Bộ Năng lượng Mỹ, nhu cầu sử dụng dầu mỏ của thế giới đến 2025 sẽ tăng thêm khoảng 35% Được coi là "công xưởng" của thế giới, với số dân 1,3 tỉ người, tốc độ tăng trưởng kinh tế tăng trên 10% trong vòng hơn 10 năm qua, Trung Quốc vượt qua Nhật Bản và đứng sau Mỹ về mức độ tiêu thụ dầu lửa với số lượng nhập khẩu khoảng 6,8 triệu thùng/ngày (tăng 15% mỗi năm) Khu vực Đông Nam Á, tuy có trữ lượng nhiên liệu hoá thạch khá dồi dào với 22 tỉ thùng dầu, 227.000 tỉ feet khối khí đốt tự nhiên, 46 tấn than đá, 234 gigawatts thuỷ điện và 20 gigawattts địa nhiệt điện, nhưng do các nước thành viên ASEAN đang đẩy mạnh công nghiệp hoá nên vẫn thiếu năng lượng trầm trọng Các nước phát triển vẫn là các nước tiêu thụ năng lượng nhiều nhất, đặc biệt là Nhật Bản và Mỹ Mỹ vẫn tiếp tục dẫn đầu thế giới với mức tiêu thụ khoảng 21 triệu thựng/ngày (chiếm gần ẳ lượng tiờu thụ dầu của thế giới) và con số sẽ tăng lờn khoảng 44% trong 20 năm tới đây, bằng cả mức tiêu thụ của ba nước đang có tốc độ tăng trưởng nhanh là Trung Quốc, Ấn Độ và Hàn Quốc cộng lại Ngoài ra, thế giới còn có trên 800 triệu xe ô tô, mỗi ngày tiêu thụ 10 triệu tấn xăng dầu, bằng nửa sản lượng khai thác mỗi ngày

Tất cả những điều này đã làm cho giá dầu "lập" hết kỷ lục này đến kỷ lục khác Tính đến ngày 10-4-2008, giá dầu thô thế giới đã vượt ngưỡng 112 USD/thùng Mỹ và các nước tư bản phát triển đổ lỗi cho sự bất hợp tác của Tổ chức các nước sản xuất dầu lửa (OPEC) không chịu tăng sản lượng khai thác Các nước thành viên OPEC lại cho rằng, giá dầu thế giới tăng cao là do đồng USD sụt giá, kinh tế Mỹ suy yếu và do bất ổn an ninh ở các "điểm nóng"

Tác động lớn nhất từ cuộc khủng hoảng năng lượng lần này đối với Việt Nam là giá các loại năng lượng nhập khẩu sẽ tăng theo giá thế giới Hiện nay, Việt Nam đang là nước nhập khẩu ròng năng lượng với mức nhập khẩu đáng kể than, dầu và tương lai gần sẽ là khí tự nhiên hóa lỏng Các loại năng lượng sản xuất trong nước cũng tăng với các mức độ khác nhau Năng lượng lại là yếu tố đầu vào quan trọng trong quá trình sản xuất điện và mọi hoạt động của nền kinh tế Do đó, sẽ khiến chi phí sản xuất điện nói riêng và chi phí sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp bị ảnh hưởng đáng kể Yếu tố này sẽ có tác động đến quá trình hồi phục kinh tế của Việt Nam trong thời gian tới

Không có nguồn tài nguyên thiên nhiên nào là mãi mãi, do vậy, việc tìm kiếm các năng lượng thay thế, năng lượng "xanh" cần phải được ưu tiên và để đảm bảo nguồn năng lượng của thế giới bền vững trước mọi cuộc khủng hoảng thì con đường chuyển đổi năng lượng cần song hành với quá trình khai thác, sản xuất và sử dụng dầu khí bền vững.

Khái quát về động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống

Động cơ nhiên liệu truyền thống hoạt động theo nguyên lý đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (xăng, dầu diesel, than đá) để tạo năng lượng, được gọi là động cơ đốt trong Những động cơ này là nguồn cung cấp năng lượng chính cho phương tiện giao thông, máy móc thiết bị và nhà máy sản xuất.

Phân loại động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống

- Theo kiểu nhiên liệu: Động cơ xăng: sử dụng xăng làm nhiên liệu, thường được ứng dụng trong xe máy, ô tô con và một số loại xe tải nhẹ Động cơ dầu diesel: sử dụng dầu diesel làm nhiên liệu, phổ biến trong xe tải, xe buýt, máy móc công nghiệp và tàu thuyền Động cơ khí đốt: sử dụng khí đốt tự nhiên hoặc khí hóa lỏng (LPG) làm nhiên liệu, được sử dụng trong một số loại xe và nhà máy điện

- Theo kiểu hoạt động: Động cơ 4 thì: hoạt động theo 4 bước: Nạp, nén, đốt cháy và xả Đây là loại động cơ phổ biến nhất hiện nay Động cơ 2 thì: hoạt động theo 2 bước: Nạp và nén/đốt cháy/xả Loại động cơ này thường được sử dụng trong xe máy, mô tô và một số loại máy móc nhỏ

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống

Nhiên liệu thay thế

Progas, hay còn gọi là LPG (Liquefied Petroleum Gas), là khí hóa lỏng được khai thác từ hai nguồn chính:

Khí tự nhiên: sau khi khai thác, khí tự nhiên sẽ được đưa về nhà máy xử lý để tách ra các thành phần như propan (C3H8), butan (C4H10), isobutane (C4H10), pentane (C5H12) và một số khí khác Các thành phần này sau đó được hóa lỏng dưới áp suất cao, tạo thành Progas

Sản phẩm phụ của lọc dầu: trong quá trình lọc dầu, một lượng lớn khí hóa lỏng được tạo ra như sản phẩm phụ Khí này sau khi được xử lý sẽ được trộn với khí tự nhiên để tạo thành Progas Đặc điểm:

Trạng thái: dạng khí ở điều kiện bình thường, hóa lỏng dưới áp suất cao

Thành phần: chủ yếu là propan (C3H8) và butan (C4H10), tỷ lệ có thể thay đổi tùy theo nguồn gốc

Tính chất: không màu, không mùi, dễ cháy, dễ nổ

Mật độ: nặng hơn không khí

Nhiệt độ hóa hơi: thấp, dễ hóa hơi khi giảm áp suất Ứng dụng hiện nay:

Progas được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

Nấu nướng: Progas là nhiên liệu phổ biến cho các hộ gia đình, nhà hàng, quán ăn do tính tiện lợi, hiệu quả và an toàn so với bếp củi, than hoa

Cung cấp năng lượng: Progas được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị như bình nước nóng, máy sấy quần áo, máy phát điện, đặc biệt hữu ích ở những khu vực không có lưới điện

Giao thông vận tải: Progas được sử dụng làm nhiên liệu cho xe máy, ô tô, xe tải, xe buýt do tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường hơn so với xăng dầu

Công nghiệp: Progas được sử dụng trong các ngành công nghiệp như hàn cắt kim loại, sản xuất gốm sứ, chế biến thực phẩm

Mặc dù có nhiều ưu điểm, Progas cũng có một số nhược điểm cần lưu ý:

Hạ tầng: hệ thống trạm nạp Progas chưa phát triển rộng khắp như hệ thống trạm xăng dầu, đặc biệt ở khu vực nông thôn

Dung tích bình: bình chứa Progas thường có dung tích nhỏ hơn so với bình xăng, dẫn đến phạm vi di chuyển ngắn hơn cho các phương tiện giao thông

An toàn: mặc dù Progas an toàn hơn xăng dầu, nhưng vẫn cần lưu ý một số biện pháp an toàn khi sử dụng và lưu trữ để tránh nguy cơ cháy nổ

Tác động môi trường: Progas là nhiên liệu hóa thạch, do đó việc sử dụng nó vẫn có thể góp phần vào biến đổi khí hậu Tuy nhiên, lượng khí thải nhà kính từ Progas thấp hơn so với xăng dầu

Syngas, hay còn gọi là khí tổng hợp, là hỗn hợp khí chủ yếu gồm CO (carbon monoxit) và H2 (hydro) được tạo ra từ quá trình khí hóa nhiều loại nguyên liệu khác nhau, bao gồm:

Khí tự nhiên: Methane (CH4) trong khí tự nhiên có thể được chuyển hóa thành Syngas thông qua quá trình hơi nước - reforming

Than đá: Than đá có thể được khí hóa bằng hơi nước hoặc oxy để tạo thành Syngas

Biomass: các loại sinh khối như gỗ, rơm rạ, rác thải nông nghiệp có thể được khí hóa để sản xuất Syngas

Rác thải: rác thải sinh hoạt, rác thải công nghiệp có thể được khí hóa để tạo thành Syngas

Quá trình khí hóa thường diễn ra ở nhiệt độ cao và có thể sử dụng xúc tác để tăng hiệu quả chuyển đổi Đặc điểm:

Thành phần: tỷ lệ CO và H2 trong Syngas có thể thay đổi tùy theo nguyên liệu và quy trình khí hóa

Trạng thái: dạng khí ở điều kiện bình thường

Tính chất: dễ cháy, có thể pha trộn với các loại khí khác

Nhiệt trị: cao, có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho nhiều loại động cơ và thiết bị đốt cháy Ứng dụng hiện nay:

Syngas có nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm:

Sản xuất điện: Syngas có thể được sử dụng để đốt cháy trong các tuabin khí để sản xuất điện

Nhiên liệu cho xe buýt: Syngas có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho xe buýt, giúp giảm thiểu khí thải và tiếng ồn

Sản xuất hóa chất: Syngas có thể được sử dụng để sản xuất nhiều loại hóa chất quan trọng như methanol, ammoniac, axit acetic

Luyện kim: Syngas có thể được sử dụng để khử oxy trong quặng kim loại, giúp giảm thiểu khí thải và tiết kiệm năng lượng

Mặc dù có nhiều ưu điểm, Syngas cũng có một số nhược điểm cần lưu ý:

Chi phí sản xuất: chi phí sản xuất Syngas hiện nay vẫn còn cao so với các loại nhiên liệu hóa thạch truyền thống

Hạ tầng: hệ thống sản xuất, lưu trữ và phân phối Syngas chưa phát triển rộng khắp

Khí thải là một vấn đề quan trọng trong quá trình sản xuất Syngas Quá trình sản xuất có thể phát ra các khí độc hại như NOx, SOx gây hại cho môi trường và sức khỏe con người Tuy nhiên, bằng công nghệ tiên tiến như công nghệ kiểm soát khí thải và xử lý khí thải, lượng khí thải này có thể được kiểm soát và giảm thiểu đáng kể, đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn về môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Lưu trữ: syngas khó lưu trữ hơn so với các loại nhiên liệu hóa thạch dạng lỏng

Ethanol, hay còn gọi là cồn Etylic, được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất từ các nguyên liệu có chứa tinh bột hoặc đường như:

Ngũ cốc: lúa mì, ngô, lúa mạch, gạo

Cây trồng: mía, củ cải đường, khoai lang

Rác thải sinh học: Thức ăn thừa, mùn cưa, vỏ trái cây

Quá trình sản xuất Ethanol bao gồm các bước chính:

Lên men: Nguyên liệu được nghiền nhỏ và trộn với nước, sau đó bổ sung men để chuyển hóa tinh bột hoặc đường thành Ethanol và CO2

Chưng cất: Hỗn hợp lên men được đun nóng để tách Ethanol ra khỏi các thành phần khác

Làm tinh: Ethanol thô được tinh chế để loại bỏ tạp chất và nước, tạo thành Ethanol tinh khiết Đặc điểm:

Trạng thái: Chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, dễ cháy

Tính chất: Tan trong nước, có thể hòa tan một số chất hữu cơ

Nhiệt trị: Thấp hơn xăng dầu, nhưng cao hơn khí tự nhiên

Mật độ: Nhẹ hơn nước Ứng dụng hiện nay:

Ethanol có nhiều ứng dụng quan trọng, bao gồm:

Nhiên liệu: Ethanol có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho xe ô tô, xe máy, hoặc được pha trộn với xăng để tăng hiệu suất và giảm khí thải

Sản xuất đồ uống: Ethanol là nguyên liệu chính để sản xuất các loại đồ uống có cồn như bia, rượu vang, rượu mạnh

Sản xuất hóa chất: Ethanol được sử dụng để sản xuất nhiều loại hóa chất quan trọng như axit axetic, etyl axetat, dung môi

Y tế: Ethanol được sử dụng như chất khử trùng, dung môi trong y học và dược phẩm

Mặc dù có nhiều ưu điểm, Ethanol cũng có một số nhược điểm cần lưu ý:

Hiệu suất: Hiệu suất động cơ khi sử dụng Ethanol thấp hơn so với xăng dầu Tăng tiêu thụ: Xe chạy bằng Ethanol thường tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn so với xe chạy bằng xăng

Hạ tầng: Hệ thống trạm nạp Ethanol chưa phát triển rộng khắp như hệ thống trạm xăng dầu

Tác động môi trường: Việc sản xuất Ethanol từ một số loại cây trồng có thể ảnh hưởng đến sản xuất lương thực và sử dụng đất đai

Amoniac được tổng hợp từ hai nguyên tố phổ biến trong tự nhiên: nitơ và hydro

Quá trình sản xuất phổ biến nhất là phương pháp Haber-Bosch, phát triển bởi Fritz Haber và Carl Bosch vào đầu thế kỷ 20

Phương pháp này sử dụng khí tự nhiên làm nguyên liệu đầu vào, kết hợp với nitơ trong không khí và xúc tác để tạo ra amoniac Đặc điểm;

Lưu trữ năng lượng hiệu quả: Mật độ năng lượng cao gấp 1,5 lần xăng, dễ dàng vận chuyển và lưu trữ

Thân thiện môi trường: Không phát thải carbon khi đốt cháy, góp phần giảm thiểu biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường

An toàn hơn xăng: Khó bốc cháy hơn, ít nguy cơ gây cháy nổ

Khả năng hóa lỏng: Dễ dàng hóa lỏng ở nhiệt độ và áp suất tương đối thấp, thuận tiện cho việc lưu trữ và vận chuyển Ứng dụng hiện nay:

Nông nghiệp: Thành phần chính trong sản xuất phân bón hóa học, đóng vai trò quan trọng trong việc gia tăng năng suất cây trồng

Hóa chất: Nguyên liệu sản xuất nhiều hóa chất quan trọng như axit nitric, thuốc nổ, nhựa,

Năng lượng: Nhiên liệu tiềm năng cho động cơ đốt trong, pin nhiên liệu và tế bào nhiên liệu

Lạnh: Sử dụng trong các hệ thống lạnh công nghiệp và thương mại

Khử mùi: Dùng để khử mùi hôi trong nước thải và khí thải

An toàn: Cần xử lý và vận chuyển cẩn thận do amoniac là khí độc hại, có thể gây ngạt thở và tổn thương phổi

Lưu trữ: Amoniac cần được lưu trữ ở điều kiện áp suất và nhiệt độ thấp, gây khó khăn trong vận chuyển và sử dụng

Sản xuất: Quá trình sản xuất tốn nhiều năng lượng và có thể tạo ra khí thải nhà kính

Công nghệ: Cần phát triển động cơ chuyên dụng cho amoniac để nâng cao hiệu suất và độ bền

Bảng 1.1: So sánh các nhiên liệu thay thế

Nhiên liệu Nguồn gốc Đặc điểm Ứng dụng Ưu điểm Nhược điểm

Khí tự nhiên, lọc dầu

Không màu, không mùi, dễ cháy, dễ nổ

Nấu nướng, cung cấp năng lượng, giao thông vận tải, công nghiệp

Sạch hơn, hiệu quả hơn, an toàn hơn, giá cả hợp lý, dễ sử dụng

Hạ tầng chưa phát triển, dung tích bình nhỏ, cần lưu ý an toàn, tác động môi trường

Khí sinh học, than đá, biomass, rác thải

Sản xuất điện, nhiên liệu cho xe buýt, sản xuất hóa chất

Linh hoạt, có thể sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu, hiệu quả cao

Chi phí sản xuất cao, hạ tầng chưa phát triển, cần công nghệ xử lý khí thải

Thực vật (ngô, lúa mì, mía)

Chất lỏng dễ cháy, không màu, có mùi đặc trưng

Nhiên liệu cho xe ô tô, pha trộn xăng, sản xuất đồ uống, sản xuất hóa chất

Sạch hơn, nguồn gốc tái tạo, có thể sản xuất từ nhiều loại cây trồng

Hiệu suất thấp hơn xăng, cần nhiều nguyên liệu để sản xuất, có thể ảnh hưởng đến sản xuất lương thực

Khí không màu, có mùi hắc, dễ cháy, dễ tan trong nước

Sản xuất phân bón, sản xuất hóa chất, nhiên liệu cho động cơ đốt trong

Hiệu suất cao, không thải CO2 khi đốt cháy, có thể lưu trữ dễ dàng

Phát thải NOx khi đốt cháy,độc hại,cần công nghệ xử lý khí thải

Kết luận: Tại sao chọn khí Ammoniac?

+ Nhiệt lượng: Ammoniac có mật độ năng lượng cao nhất (12,55 MJ/kg) so với Propan (49,5 MJ/kg), Syngas (12,6 MJ/kg) và Ethanol (29,7 MJ/kg)

+ Hiệu suất động cơ: hiệu suất chuyển đổi năng lượng thành công suất của động cơ ammoniac tương đương với các nhiên liệu khác

2 Khả năng lưu trữ và vận chuyển

+ Mật độ: Ammoniac có mật độ cao (0,68 g/cm³) so với Propan (0,51 g/cm³), Syngas (0,5 kg/m³) và Ethanol (0,789 g/cm³), giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển và lưu trữ

+ Trạng thái: Ammoniac ở dạng lỏng ở điều kiện thường, dễ dàng lưu trữ và vận chuyển Propan và Ethanol cũng ở dạng lỏng, trong khi Syngas là hỗn hợp khí

+ Phát thải khí nhà kính: cần có công nghệ xử lý khí thải phù hợp Propan, Syngas và Ethanol cũng thải ra CO2, góp phần vào biến đổi khí hậu

Ammoniac là chất độc hại hơn so với Propan và Ethanol, đòi hỏi biện pháp an toàn khi sử dụng và vận chuyển Trong khi đó, Syngas là hỗn hợp khí có thể chứa CO, nên cần xử lý trước khi sử dụng.

+ Nguyên liệu: Ammoniac có thể được sản xuất từ nitơ và hydro - hai nguyên liệu dồi dào trong tự nhiên Propan được khai thác từ khí tự nhiên, Syngas được sản xuất từ than đá hoặc sinh khối, Ethanol được sản xuất từ quá trình lên men ngũ cốc

TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG VÀ THỜI GIAN PHUN CỦA KIM

Giới thiệu động cơ Diesel

Động cơ Diesel D10 được trang bị những tính năng vượt trội, mang đến hiệu suất hoạt động mạnh mẽ cùng khả năng tiết kiệm nhiên liệu tối ưu Ngoài ra, động cơ này còn chú trọng vào bảo vệ môi trường với lượng khí thải thấp Do đó, D10 được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như máy bơm nước, máy phát điện, máy xới đất và chân vịt tàu bè.

Máy được thiết kế với khung máy dày chắc khoẻ, kiểu dáng mạnh mẽ, độ chính xác cao, thân thiện với môi trường, đạt tiêu chuẩn an toàn khi sử dụng

2.1.1 Ưu nhược, điểm của động cơ Diesel Ưu điểm:

+ Hiệu suất động cơ Diesel cao hơn so với động cơ xăng

+ Giá nhiên liệu rẻ hơn

+ Do không có bộ chế hoà khí và bộ phận đánh lửa nên động cơ ít hư hỏng vặt + Chịu tải tốt hơn động cơ xăng

+ Động cơ Diesel ồn hơn và ô nhiễm hơn

+ Tốc độ động cơ Diesel thấp hơn tốc độ động cơ xăng

2.1.2 Thông số kỹ thuật của động cơ diesel D10

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động cơ Diesel

Thông số Giá trị Đơn vị

Hướng quay trục khuỷ Cùng chiều kim đồng

Hệ thống khởi động Tay quay, khởi động điện

Phương pháp tản nhiệt Tản nhiệt nước làm mát

Thể tích nước làm mát 5 Lít

Hệ thống bôi trơn Bôi trơn vung té, bơm dầu

Dung tích dầu bôi trơn 1,5 Lít

Khối lượng 95 Kg Đường kính xylanh (D) 85 mm

Công suất tối đa 6,47 Kw

Tính toán các thông số ảnh hưởng quá trình cháy của NH3

2.2.1 Tính tỷ số không khí/nhiên liệu (A/F)

* Phương trình phản ứng khi đốt cháy NH3 trong không khí:

Từ các thông số ở trên ta tính được thể tích công tác xy lanh như sau:

Vh là thể tích công tác của xi lanh (m3)

D là đường kính của piston (m)

S là hành trình của piston (m)

2.2.2 Tính lưu lượng, khối lượng và thời gian nạp

Ta có công thức tính lưu lượng không khí là:

𝐺 𝑘 là lưu lượng không khí qua họng nạp (kg/s)

𝜂 𝑣 = 0,7-0.9 là hệ số nạp, chọn = 0,9

𝑉 ℎ là thể tích công tác xylanh (𝑚 3 ) n là số vòng quay của động cơ ( vòng/phút)

𝑝 𝑘 = 1,1-1,2 (kg/𝑚 3 ) i là số máy động cơ động cơ 1 máy nên i=1

* Từ công thức (2-3) ta tính được lưu lượng không khí nạp vào xylanh ứng với số vòng quay:

Bảng 2.2 Lưu lượng không khí nạp vào xylanh theo số vòng quay của động cơ n (v/ph) 𝐺 𝐾 (Kg/s)

Từ bảng 2.2 ta xây dựng được đồ thị lưu lượng không khí nạp vào xylanh theo số vòng quay động cơ như hình 2.1

Hình 2.1 Đồ thị lưu lượng không khí nạp vào xylanh Để tính được thời gian nạp là thời gian đóng mở của xupap ta cần xác định được:

- Góc mở sớm xupap nạp của động cơ Diesel là 10 𝑜 -30 𝑜 , chọn 10 𝑜

- Góc đóng muộn xupap nạp của động cơ Diesel là 45 𝑜 -75 𝑜 , chọn 45 𝑜

Vậy góc công tác kỳ nạp của xupap là = 180 𝑜 + 55 𝑜 = 235 𝑜

Công thức tính thời gian nạp theo góc mở sớm đóng muộn của xupap:

Bảng 2.3 Thời gian nạp mở sớm đóng muộn theo từng số vòng quay n (v/ph) t nạp (s) t nạp (ms)

Hình 2.2 Biều đồ biểu diễn thời gian theo tốc độ động cơ

Từ công thức (2-4) và bảng (2.3), ta tính được khối lượng không khí nạp vào xy lanh theo từng số vòng quay

Bảng 2.4 Khối lượng không khí nạp vào theo số vòng quay n (v/ph) 𝑚 𝐴 (Kg) 𝑚 𝐴 (g)

2200 0,000130017311 0,130017311 Để đổi”kg” sang “g” thì ta nhân thêm cho 1000 thì sẽ đổi sang đơn vị “g”

Vì khí NH3 là khí khó cháy nên ta chọn hệ số 𝜙 = 1 lý tưởng

Từ bảng (2.4) ta tính được, khối lượng nhiên liệu NH 3 cần cung cấp cho động cơ đốt cháy 𝑚 𝐴 không khí là:

Bảng 2.5 Khối lượng NH 3 cấp vào xylanh n (v/ph) 𝑚 𝐹 (kg) 𝑚 𝐹 (g)

Tính suất tiêu hao nhiên liệu của NH3

- Ta có thể tính được khối lượng NH3 cấp vào trong xi lanh của động cơ trong 1 giờ tại số vòng quay ứng với công suất cực đại 2200 vòng/phút là:

0.018 0,00001288576 = 0,000715876 (kg/s) (2-9) Đổi (kg/s) sang (kg/h) = 0,000715876*3600= 2,57712 (Kg/h)

- Từ lưu lượng NH3 được cấp vào xi lanh trong một giờ, ta tính được suất tiêu hao nhiên liệu ứng với số vòng quay tại công suất cực đại là:

- Áp dụng công thức Lay-đéc-man ta có suất tiêu hao nhiên liệu ứng với số vòng quay của động cơ là:

𝑔 𝑒 là suất tiêu hao nhiên liệu (g/kw.h)

𝑔 𝑒 𝐻 là suất tiêu hao nhiên liệu ứng với công suất cực đại (g/kw.h) n là số vòng quay của động cơ (vòng/phút)

𝑛 𝐻 là số vòng quay ứng với công suất cực đại của động cơ (vòng/phút)

Từ công thứ (2-11), ta có suất tiêu hao nhiên liệu theo số vòng quay động cơ

Bảng 2.6 Suất tiêu hao nhiên liệu 𝑔 𝑒 theo số vòng quay của động cơ n (v/ph) 𝑔 𝑒 (g/kw.h)

Từ bảng 2.6, ta xây được đồ thị đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu 𝑔 𝑒

Hình 2.3 Đường đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu lý thuyết 𝑔 𝑒

THIẾT KẾ HỆ CUNG CẤP NHIÊN LIỆU AMMONIAC

Thiết kế hộp điều khiển kim phun điện tử

3.1.1 Các chi tiết có trong hộp điều khiển a Arduino Uno R3

Dòng Arduino Uno là dòng phổ thông nhất trong các mạch arduino, hiện nay thế hệ thứ 3(R3) đang là mạch được sử dụng phổ biến, được sử dụng để tự thiết kế các mạch điện tử như điều khiển led, đo nhiệt độ, điều khiển kim phun và những ứng dụng khác

Hình 3.1 Arduino Uno R3 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của Arduiuno Uno R3

1 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

2 Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng

3 Tần số hoạt động 16 MHz

4 Dòng tiêu thụ khoảng 30mA

5 Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

6 Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

7 Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

8 Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

9 Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

10 Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

11 Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader b Module công suất D4184 PWM

Mạch công suất mosfet D4184 PWM sử dụng đầu ra 2 mosfet, nội trở thấp, dòng điện cao, công suất mạnh, có thể đạt được 15A – 400W tải thuần trở, đáp ứng hầu hết nhu cầu của các thiết bị

Mạch công suất mosfet D4184 PWM có hỗ trợ PWM, thích hợp nghiên cứu ứng dụng điều khiển thiết bị công suất cao, động cơ DC, led ,máy bơm nước DC, van điện từ, điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng của Led

Hình 3.2 Module công suất Thông số kỹ thuật:

- Nguồn kích: DC 3.3V -20V, MCU IO, PLC, nguồn DC, PWM ở mức 0- 20khz

- Công suất đầu ra: 5-36v, 15A-400W, có thể đạt tới 30A

- Tuổi thọ: không giới hạn

- Trọng lượng: 5g c Màn hình LCD 20x4

- chữ đen nền xanh lá

- Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard

- Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện

- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn

- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

Hình 3.3 Màn hình LCD 20x4 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của màn hình LCD

STT Thông số Giá trị

3 Khoảng cách 2 chân kết nối 1,78 mm d Mạch hạ áp

Có công dụng hạ áp 12V từ bình ắc quy xuống 5V để cấp nguồn cho mạch Arduino hoạt động Module hạ áp LM 2596 - 12vol- 5Vol có chức năng chuyển đổi nhiều đầu ra điện áp từ điện 12V ngõ vào Ngõ ra của mạch gồm 3 cụm điện áp gồm 12V, 5V và 3,3V phù hợp để cấp nguồn cho các linh kiện khác trong mạch

Hình 3.4 Mạch hạ áp LM2596 -12V – 5V

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của mạch hạ áp LM2596-B3H13

Biến trở là thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn, được sử dùng hộp điều khiển dùng điều chỉnh thời gian mở của kim phun Khi vặn biến trở thì thời gian trên hộp điều khiển sẽ thay đổi

Có công dụng nhận tín hiệu từ vị trí của trục khuỷ từ đó gửi tín hiệu về arduino xử lý và điều khiển kim phun

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của cảm biến hall

STT Thông số Giá trị

2 Ngõ ra mức thấp NPN

3 Phát hiện nam châm (một cực của nam châm)

4 Khoảng cách phát hiện 0 – 10mm

6 Đường kính cảm biến 12 mm

Trong nghiên cứu tụi em dùng kim phun xăng làm kim phun cho NH3 Kim phun bộ phận tiếp nhận tín hiệu được phát ra từ mạch điều khiển phun NH3 để quyết định việc cung cấp NH3 cho quá trình cháy Khi có điện thì cuộn dây trong vòi phun sẽ hút tiếp điểm và mở lỗ kim phun ra để phun NH3 vào buồng đốt Khi không có điện, cuộn dây sẽ nhả tiếp điểm ra, nhờ lực của lò xo thì tiếp điểm sẽ quy về vị trí ban đầu và dây sẽ nhả tiếp điểm ra, nhờ lực của lò xo thì tiếp điểm sẽ quy về vị trí ban đầu và đóng lỗ kim phun lại, kết thúc quá trình phun

Hình 3.8 Đặc tính kim phun

❖ Vị trí đặt kim phun

Việc xác định vị trí, và phương án đặt vòi phun cung cấp vào họng hút liên quan rất nhiều đến chất lượng hỗn hợp

Nhằm tạo ra hỗn cháy sạch nhất chúng nên đặt kim gần xupap nạp nhất, khi đó lượng NH3 sẽ vào trong xylanh

❖ Ưu điểm khi lắp đặt ở vị trí này là:

- Hệ số cặn bẩn trên đường nạp thấp

- Cháy lý tưởng, ít khí độc hại và tiết kiệm nhiên liệu

- Hoạt động tốt trong mọi điều kiện

3.1.5 Van ổn áp và áp kế ống dẫn

- Van ổn áp có công dụng luôn giữ áp suất ra ống dây ở một áp cố định

- Đồng hồ đo áp suất dùng để đo áp suất trong đường ống

Hình 3.9 Van ổn áp Hình 3.10 Đồng hồ đo áp suất

Lắp đặt các linh kiện thành hộp điều khiển kim phun

3.2.1 Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 3.11 Sơ đồ lắp đặt các linh kiện thành hệ thống điều khiển kim phun

Sau khi chuẩn bị linh kiện và bản vẽ mạch, tiến hành lắp ráp linh kiện vào bo mạch tổng theo thiết kế Tiếp theo, kết nối dây cảm biến vào bo mạch Cuối cùng, bảo vệ mạch bằng cách đặt trong một hộp nhựa cứng để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành của bộ điều khiển.

Hình 3.12 Các linh kiện được bố trí trên mạch in

3.2.3 Viết chương trình điều khiển với phần mền arduino Để viết chương trình cho bộ điều khiển, ta sử dụng phần mềm Adruino, là phần mềm thông dụng nhất hiện nay Để điều khiển thời gian mở của vòi phun, ta có thể thay đổi thông số trực tiếp trong phần mềm Thời gian mở được điều chỉnh từ 0ms đến 60ms

Hình 3.13 Dòng code thay đổi thời gian mở kim phun

Thiết kế bộ sấy nhiên liệu

Vì khí ammoniac là khí khó cháy nên cần phải sấy nóng trước khi nạp vào buồng đốt, như vậy sẽ giúp khí ammoniac dễ cháy và tăng công suất hơn cho động cơ

Cách thức hoạt động: dùng thiết bị đun nước sôi làm nước nóng lên, bỏ bộ dẫn khí bằng kim loại ngâm trong nước sôi, cho dòng khí đi qua khi đó dòng khí sẽ nóng lên và được cấp vào buồng đốt

Hình 3.14 Bộ làm nóng khí bằng nước Hình 3.15 Thiết bị sục nước

Ống nạp

Khoang hai lỗ trên ống nạp và lắp đặt kim phun trên đường ống lượng NH3 sẽ được phun vào ống nạp trong kì nạp của động cơ và được hút vào trong xylanh để thực hiện quá trình cháy

Lắp đặt hệ thống lên động cơ

Hình 3.17 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong hệ thống nạp nhiên liệu ammoniac

3.5.1 Lắp đặt hệ thống trên động cơ diesel

Sau khi đã lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu ta tiếp tục tiến hành lắp đặt hệ thống phun NH3 cho động cơ diesel D10 Đầu tiên ta lắp đặt van cân bằng áp suất trước miệng bình, van cân bằng áp suất có công dụng luôn giữ áp trong đường ống một mức áp ổn định

Hình 3.18 Lắp đặt van ổn áp lên bình khí Tiếp theo lắp đặt ống dây dẫn dến bộ sấy khí, vì khí NH3 là loại nhiên liệu khó cháy thêm nhiệt khí trong bình rất thấp nên cần có bộ sấy khí để làm khí nóng lên và khiến nó dễ đốt cháy hơn, bỏ bộ sấy khí dô thùng nước dùng thiết bị sục nước làm cho nước sôi lên từ đó khí khi đi qua bộ sấy sẽ nóng lên trước khi được đưa vào động cơ

Hình 3.19 (A) bình khí; (B) bộ sấy khí

Dẫn ống dây từ bộ sấy khi nối vào van khoá và đồng hồ để theo dõi áp suất trong đường ống sây và van khoá khi thí nghiệm không dùng đến khí thì khoá van lại Loại dây tụi em dùng là dây áp lực cao 5 lớp vì khí NH3 có tính ăn mòn nên dây này chống sự ăn mòn chịu được áp khi thử nghiệm với áp suất cao và có tính an toàn cao

Hình 3.20 Đồng hồ đo áp suất và van khoá

Dẫn ống dẫn từ van khoá và đồng hồ đến kim phun và kết nối bộ điều khiển với kim phun Tiếp theo lắp đặt kim phun lên đường ống nạp khi dùng 2 kim phun thì ta bật hai công tắc 2 kim lên, dùng 1 kim thì nhất công tắc 1 kim và không dùng đến khí thì tắt hết hai công tắt thì kim phun sẽ không hoạt động Nhận biết bằng cách nhìn đèn ở mỗi công tắc khi cả kim bật thì hai đèn sáng, bật kim 1 (hoặc kim 2) thì đèn kim 1 (hoặc kim 2) khi hộp điều khiển mở kim phun nào thì đèn kim đó sẽ sáng lên

Hình 3.21 Lắp đặt kim phun lên động cơ Hình 3.22 Hộp điều khiển

Cuối cùng lắp đặt cảm biến lên động cơ, khi động cơ tới kỳ nạp sẽ có một thanh nam chân được lắp đặt trên động cơ, tỉ lệ 2:1 với trục khuỷ động cơ khi thanh nam châm này quét qua sẽ cảm biến nhận nhận được và gửi tín hiệu về cho arduino xử lý và điều khiển kim phun

Hình 3.23 Lắp đặt cảm biến hall

3.5.2 Trình tự hoạt động thử nghiệm của động cơ Đầu tiên sẽ nổ máy lên và chạy không tải Khí lúc này sẽ từ bình qua bộ van ổn áp, qua bộ sấy khí, qua van đồng hồ đo áp suất và chờ tại kim phun

Khi thử nghiệm động cơ, van khóa sẽ mở, cho phép khí chờ tại kim phun Khi hộp điều khiển nhận được tín hiệu mở, dòng điện từ ắc quy sẽ chạy qua mạch công suất, kích hoạt kim phun và dẫn khí vào động cơ Sự gia tăng lượng khí này dẫn đến tăng công suất và vòng tua của động cơ.

Hình 3.24 Sơ đồ khối quy trình hoạt động của hệ thống khi thử nghiệm trên động cơ

THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ

Thiết bị đo đạc

Hình 4.1 Máy phát hiện sóng

• Nhận dạng tín hiệu (Xung vuông, răng cưa, hình sin, tin hiệu hình, tín hiệu tiếng…)

• Xác định rõ các giá trị thời gian và mức điện áp và đường đi của một tín hiệu

• Tính toán được tần số của một tín hiệu dao động

• Nhận thấy “các phần động” của một mạch điện được biểu diễn bởi tín hiệu

• Chỉ ra nếu một thành phần lỗi làm méo dạng tín hiệu

• Tìm ra tín hiệu như thế nào là dòng một chiều hay dòng xoay chiều

• Chỉ ra tín hiệu như thế nào là nhiễu và nếu có thì nhiễu thay đổi thế nào theo thời gian…

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của máy phát hiện sóng

Tên Thông số kỹ thuật

Tốc độ lấy mẫu 1GSA/S

Rise time 5ns Độ phân giải 8 bit: 1mV-10V/div Đầu vào AC, DC, GND

Trở kháng vào 1Mohm, 16pF Độ chính xác DC 3% Điện áp đầu vào lớn nhất 300Vpk

Chức năng +,-,x,:, FFT, chế độ XY

Nguồn trigger CH1, CH2, CH3, CH4, EXT

Thời gian quét 5ns/div ~ 100s/div

Giao tiếp USB 2.0, (LAN option)

Nguồn cung cấp 100 - 240VAC, 50/60Hz

Phụ kiện Que đo GTP-100A-4(chiếc), HDSD, dây nguồn

Máy xung la thiết bị không thể thiếu cho việc nghiên cứu về điện, máy có công dụng tạo ra các dạng sóng như sine, square, dùng để kích một số thiết bị điện tử

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của máy phát sóng

Tên Thông số kỹ thu

Dạng sóng chuẩn Sine, Square, Triangle, Ramp, Pulse,

Tốc độ lấy mẫu 250 MSa/s Độ dài xung 8M points Độ phân giải 16 bits

Tần số + Sine/Square: 1μHz ~ 20MHz

+ Pulse: 1μHz ~ 20MHz + Triangle/Ramp: 11μHz ~ 1MHz Độ phân giải 1μHz Độ chính xác ±1 ppm 0 ~ 50 ±0.3 ppm 18 ~ 28 ℃ ℃ Đặc tính đầu ra + Biên độ: 1 mVpp ~ 10 Vpp (into 50 );

2 mVpp to 20 Vpp (into open-circuit) + Độ chính xác: ± 1%

+ Độ phân giải: 0.1 mV or 4 digits

Chế độ Sweep, Burst, Trigger

Giao tiếp USB, GPIB (Option), LAN

Phụ kiện HDSD, CD, Dây GTL-101 x 1

Sơ đồ và thực hiện đo thử nghiệm thời gian điều khiển kim phun arduino

4.2.1 Điều khiển thời gian phun bằng biến trở

Hình 4.3 Sơ đồ khối bố trí thực nghiệm thời gian mở kim phun

❖ Quy trình thực hiện Để điều khiển khiển kim phun theo từng mốc thời gian thì ta dùng máy phát xung thay cho cảm biến, máy phát xung chỉ kích xung tín hiệu cho arduino khi arduido nhận được tín hiệu thì sẽ điều khiển mở kim phun theo thời gian đã cài đặt trước bằng biến trở

4.2.2 Các bước thực hiện và kết quả đo

B1: Nối dây từ máy phát xung đến chân tín hiệu cảm biến

Hình 4.4 Kết nối dây máy phát sóng với cảm biến

B2: Nối dây từ máy phát hiện sóng đến dây điều khiển kim phun

Hình 4.5 Kết nối dây máy phát hiện sóng với kim phun B3: Thiết lập máy trên máy phát sóng

Hình 4.6 Thiết lập các thông số trên máy B4: Tiến hành thực nghiệm

➢ Điều khiển máy tạo 100 xung cho 1 lần nhấn với tần số 33,33Hz ứng với thời gian mở của kim phun được điểu chỉnh 5ms

Hình 4.7 Chỉnh hộp mở 5ms Độ rộng xung 5ms trên máy tương ướng với thời gian mở 5ms trên arduino

➢ Điều khiển máy tạo 100 xung cho 1 lần nhấn với tần số 33,33Hz ứng với thời gian mở của kim phun được điểu chỉnh 10ms

Hình 4.8 Chỉnh hộp mở 10 ms Độ rộng xung 5ms trên máy tương ướng với thời gian mở 10ms trên arduino

➢ Điều khiển máy tạo 100 xung cho 1 lần nhấn với tần số 33,33Hz ứng với thời gian mở của kim phun được điểu chỉnh 15ms

Hình 4.9 Chình thời gian mở 15ms Độ rộng xung 5ms trên máy tương ướng với thời gian mở 15ms trên arduino

➢ Điều khiển máy tạo 100 xung cho 1 lần nhấn với tần số 33,33Hz ứng với thời gian mở của kim phun được điểu chỉnh 20ms

Hình 4.10 Điều chỉnh thời gian phun trên hộp là 20ms Độ rộng xung 5ms trên máy tương ướng với thời gian mở 20ms trên arduino

➢ Điều khiển máy tạo 100 xung cho 1 lần nhấn với tần số 33,33Hz ứng với thời gian mở của kim phun được điểu chỉnh 25ms

Hình 4.11 Chỉnh thời gian trên hộp là 25ms Độ rộng xung 5ms trên máy tương ướng với thời gian mở 25ms trên arduino

➢ Điều khiển máy tạo 100 xung cho 1 lần nhấn với tần số 33,33Hz ứng với thời gian mở của kim phun được điểu chỉnh 30ms

Hình 4.12 Điều chỉnh thời gian trên hộp là 30ms Độ rộng xung 5ms trên máy tương ướng với thời gian mở 30ms trên arduino

➢ Điều khiển máy tạo 100 xung cho 1 lần nhấn với tần số 33,33Hz ứng với thời gian mở của kim phun được điểu chỉnh 35ms

Hình 4.13 Điều chỉnh thời gian ohun trên hộp là 35ms Độ rộng xung trên máy tương ướng với thời gian mở là 35ms trên arduino

Sau khi thực hiện quá trình đo thử nghiệm thời gian mở kim phun thì ta thấy được thời gian mở của kim phun mở đúng với thời gian mở trên hộp điều khiển.

Thực hiện đo khối lượng NH3 theo từng mốc thời gian

Hình 4.14 Sơ đồ khối bố trí thực nghiệm đo khối lượng của kim phun

4.3.2 Quy trình thực hiện đo thử nghiệm

❖ Các thiết bị dùng để thực hiện do gồm có:

+ Máy phát xóng: dùng để phát sóng kích tín hiệu cho arduino thay cho cảm biển hall

+ Máy phát hiện sóng: đo dạng sóng, đo thời giam xem thử hộp điều khiển có phun đúng thời gian được thiết lập hay không

+ Hộp điều khiển: nhận tín hiệu thay đổi thời gian phun và điều khiển kim phun + Bình NH3: nhiên liệu

+ Máy hút chân không: hút hết các khi trong buồng cháy đưa áp suất về 0 atm

+ Buồng cháy đẳng tích: dùng để thay thế cho buồng đốt động cơ

Hình 4.15 Buồng cháy đẳng tích + Kim phun: thực hiện phun nhiên liệu

+ Máy đo áp suất: đo áp suất thay đổi trong buồng cháy

Hình 4.16 Máy đo áp suất

- Bố trí các thiết bị như trên Hình 4.13

+ B1: Dùng máy hút chân không hút sạch các khí có trong buồng cháy ra cho áp suất về 0 atm rồi khoá van máy hút chân không lại

+ B2: Nạp khí NH3 vào buồng cháy, nạp vào với áp suất 3 atm rồi vặn van cấp khí

B3: Sử dụng tín hiệu phát xung để kích hoạt cảm biến Hall, truyền tín hiệu đến Arduino Arduino điều khiển kim phun và điều chỉnh thời gian mở kim phun tương ứng với các mốc thời gian cần đo là 5ms, 10ms, 15ms, 20ms, 25ms, 30ms, 35ms, 40ms.

+ B4: Theo dõi máy đo áp suất với mỗi đơn vị thời gian phun tương ứng ở trên thì độ sụt áp của buồng cháy là bao nhiêu sau đó dùng công thức phương trình khí lý tưởng PV=mRT (4-1)

V: thể tích buồng cháy (lít)

R: Hằng số khối khí (R=0,082 L.atm/mol.K)

P: Độ tụt áp của khối khí trước và sau khi phun (atm)

T: Nhiệt độ khối khí (𝑘 0 , = 273 𝑜 + 𝐶 𝑜 ) m: khối lượng khí nạp (g) từ công thức (4-2) ta có được: m= 𝛥𝑃.18,0864

Sau khi thực hiện ta có bảng tính như sau:

Bảng 4.3 Bảng đo khối lượng thực tế của kim phun

Hình 4.17 Đồ thi biểu diễn khối lượng phun của kim