thử nghiệm nhiên liệu amoniac trên động cơ diesel

Các phát thải từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch là một trong những nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.. Biểu hiện rõ nhất là trái

Mục đích thực hiện đề tài

Các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí đốt tự nhiên đã và đang đáp ứng hầu hết nhu cầu năng lượng của nhân loại Các phát thải từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch là một trong những nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người Vấn đề cấp thiết hiện nay đối với thế giới là biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng Biểu hiện rõ nhất là trái đất nóng lên, băng tuyết tan, nước biển dâng cao; các hiện tượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán, rét đậm kéo dài, cùng với đó là vấn đề năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt,… Với tốc độ sử dụng như hiện nay, các nhà khoa học dự đoán nguồn nhiên liệu này sẽ cạn kiệt trong khoảng 70 năm tới Ngành giao thông vận tải là ngành tiêu thụ lượng lớn nhiên liệu hóa thạch và cũng là tác nhân chính gây nên việc ô nhiêm môi trường.

Mục đích nghiên cứu

• Tìm hiểu về nhiên liệu NH3, động cơ phun khí Các tín hiệu đầu vào, bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành trên động cơ sau cải tạo

• Đánh giá hiệu quả từ việc sử dụng nhiên liệu NH3 thay cho nhiên nhiệu Diesel

• Đề xuất các phương án nâng cao hiệu quả, cải thiện và phát triển hơn việc chế tạo động cơ phun NH3 điều khiển điện tử

• Nâng cao các kỹ năng mềm: kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng giao tiếp, kỹ năng tìm kiếm tài liệu, thông tin,…

Mục tiêu nghiên cứu

• Chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu từ động cơ sử dụng bộ chế hòa khí thành động cơ phun nhiên liệu NH3 điều khiển bằng điện tử

• Tạo ra sản phẩm tiết kiệm nhiên liệu, có khả năng vận hành, có tính kinh tế và giảm phát thải ô nhiễm môi trường

• Góp phần đa dạng hóa nguồn năng lượng thay thế cho động cơ và cải thiện môi trường

• Làm cơ sở nghiên cứu trong việc học tập và ứng dụng vào sản xuất

• Bài báo cáo tổng kết đúng với quy định của nhà trường.

Phạm vi, đối tượng và giới hạn nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu này nhóm tập trung nghiên cứu mô hình máy phát điện kéo bởi động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu NH3 điều khiển bằng điện tử được cải tạo từ động cơ Sichuan D10 Chúng tôi chỉ dừng lại ở việc cải tạo động cơ DIESEL sang mô hình động cơ phun nhiên liệu NH3 điều khiển điện tử

• Đề tài tập trung giải quyết về hệ thống phun nhiên liệu NH3 trên động cơ diesel D10 Tính toán lượng nhiên liệu NH3 cung cấp thích hợp với các chế độ hoạt động của động cơ Đề tài chỉ thực hiện đánh giá động cơ qua các chỉ tiêu về công suất và tiêu hao nhiên liệu chứ không nghiên cứu quá trình cháy bên trong xylanh

• Đề tài được nghiên cứu dựa trên nguyên tắc kế thừa và phát triển tiếp những kết quả đã có được Nhóm thực hiện đề tài sẽ không tính toán, thiết kế lại kết cấu hệ thống nạp của động cơ này mà chỉ mô tả, thiết kế và lắp đặt thêm một số bộ phận để hỗ trợ cho quá trình hoạt động của hệ thống điều khiển phun NH3 trên động cơ diesel.

Phương pháp nghiên cứu

Nhóm đã sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết về điều khiển phun nhiên liệu NH3 Nghiên cứu thực nghiệm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại Học Đà Nẵng với các thiết bị có sẵn tại trường.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Vấn đề về nhiên liệu hoá thạch

Nhiên liệu hóa thạch là tên gọi chung của các loại nhiên liệu chứa hàm lượng cao hydrocarbon và carbon, được hình thành trong quá trình phân hủy kỵ khí của xác sinh vật được chôn vùi dưới lớp vỏ Trái Đất trong hàng triệu năm Đây là nguồn tài nguyên thiên nhiên có hạn và không thể tái tạo do quá trình hình thành đòi hỏi các điều kiện quá khắc nghiệt và phải diễn ra trong thời gian quá dài Tốc độ này vượt xa so với tốc độ khai thác và sử dụng hiện nay của con người

1.1.2 Một số loại nhiên liệu hoá thạch

Hiện nay, trên thế giới có 4 loại nhiên liệu hóa thạch phổ biến, cụ thể như sau:

• Dầu thô: hay còn gọi là dầu mỏ, đây là một loại chất lỏng sánh màu đen được khai thác từ các mỏ dầu nằm sâu dưới đáy biển và trên thềm lục địa Dầu thô là nguyên liệu chính để sản xuất nên các loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến hiện nay như: xăng, dầu hỏa, dầu diesel…

• Khí đốt tự nhiên: hay còn gọi là khí thiên nhiên, đây là một loại khí không màu không mùi được khai thác từ các mỏ khí tự nhiên trong lòng đất hoặc trong các mỏ dầu dưới dạng khí đồng hành Khí tự nhiên chứa hàm lượng chính bao gồm metan và các loại hydrocarbon khác Khí thiên nhiên thường được sử dụng làm nhiên liệu cho các ngành công nghiệp và giao thông vận tải

• Than đá: là khoáng sản có màu nâu hoặc đen được khai thác trong các mỏ than nằm sâu trong lòng đất Do chứa thành phần chính là carbon, nên than đá dễ cháy và có thể tạo ra nhiệt lượng lớn Hiện nay, than đá đang là nhiên liệu chính được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện và các cơ sở, xưởng sản xuất sắt thép, xi măng và nhiều ngành công nghiệp khác

• Đá phiến dầu: là một loại đá phiến giàu hydrocarbon tồn tại ở hai dạng rắn và lỏng là chủ yếu Do chứa hàm lượng cao hydrocarbon nên đá phiến thường được sử dụng để tinh chế thành dầu thô tổng hợp và có thể được sử dụng như dầu mỏ và khí tự nhiên

Hình 1.1 Than đá được khai thác trong các mỏ than nằm sâu trong lòng đất

1.1.3 Vai trò và tầm quan trọng của nhiên liệu hóa thạch

Có thể nói rằng, nhiên liệu hóa thạch đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với đời sống và sự phát triển chung của toàn nhân loại Trong vài thập kỷ qua, nhiên liệu hóa thạch đã xâm nhập và tác động đến mọi khía cạnh trong đời sống, từ hoạt động sinh hoạt hằng ngày đến sản xuất và phát triển công nghiệp, cụ thể như sau

• Đối với công nghiệp nặng: than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên là nhiên liệu chính được sử dụng trong các lò đốt giúp cung cấp nguồn nhiệt lượng lớn phục vụ các ngành sản xuất công nghiệp nặng như luyện kim, nhiệt điện, sản xuất gạch, gốm sứ, xi măng…

• Đối với ngành giao thông vận tải: xăng, dầu diesel, khí thiên nhiên… là các nhiên liệu quan trọng giúp vận hành các thiết bị giao thông hiện nay như tàu, xe máy, ô tô, máy bay… đều có nguồn gốc từ dầu mỏ

• Đối với công nghiệp nhẹ: các sản phẩm phụ trong quá trình chưng cất dầu thô được sử dụng làm nguyên liệu cho một số ngành sản xuất công nghiệp quan trọng như: sản xuất nhựa, sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm, thuốc trừ sâu, phân bón

• Đối với đời sống sinh hoạt hằng ngày: khí gas hiện đang được sử dụng làm nhiên liệu đun nấu và sưởi ấm Các sản phẩm phụ từ dầu mỏ như: chất tẩy rửa, sợi tổng hợp, thuốc diệt côn trùng, nước hoa, sơn, nylon, sợi tổng hợp… có mặt trong hầu hết các khía cạnh của đời sống

Hình 1.2 Xăng và dầu diesel là nhiên liệu chính trong ngành giao thông vận tải

1.1.4 Tác động của việc khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch với môi trường

Không thể phủ nhận được vai trò và tầm quan trọng của nhiên liệu hóa thạch với đời sống của con người Tuy nhiên, quá trình khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch của chúng ta cũng để lại rất nhiều hậu quả, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, cụ thể như sau:

• Gây ô nhiễm không khí: Trong quá trình cháy, nhiên liệu hóa thạch tạo ra các chất khí độc hại như sulfur dioxide, carbon monoxide, nitrogen oxide và bụi mịn gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng Khi tiếp xúc trong thời gian dài, con người và các loài sinh vật có thể mắc nhiều bệnh nguy hiểm về đường hô hấp

• Gây ô nhiễm đất và nước: Nhiên liệu hóa thạch thường chứa nhiều loại tạp chất mà chúng ta không thể loại bỏ hoàn toàn Do vậy, khi đốt nhiên liệu hóa thạch có thể tạo ra axit sunfuric, nitric và cacbonic gây nên mưa axit hủy hoại môi trường đất Ngoài ra, quá trình khai thác mỏ cũng gây biến đổi và hủy hoại môi trường tự nhiên trong khu vực Các sự cố tràn dầu nghiêm trọng cũng có thể gây ô nhiễm nước và hủy hoại sự sống của hàng triệu sinh vật ở một vùng rộng lớn

• Gây hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu: Lượng khí thải do quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra hằng năm là một trong những nguyên nhân chính gây nên hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu trên toàn cầu Các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ lụt, hạn hán… ngày càng xảy ra thường xuyên hơn

Băng ở hai cực tan nhanh khiến mực nước biển dâng cao gây ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của hàng triệu người trên thế giới.

Hình 1.3 Nhiên liệu hóa thạch cháy có thể gây ô nhiễm không khí

Vấn đề về năng lượng và môi trường hiện nay

• Vấn đề môi trường ở Việt Nam

Tài nguyên và môi trường có vị trí đặt biệt quan trọng đối với con người và sự phát triển của xã hội Hằng ngày chúng ta sử dụng không khí, nước thực phẩm để tồn và sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường để đáp ứng nhu cầu thiết yếu của cuộc sống Mỗi sự biến đổi tự nhiên, của môi trường đều liên hệ mật thiết đến chúng ta, sự đe dọa nào đối với thiên nhiên, với môi trường cũng chính là đe dọa đối với chúng ta

Trong quá trình sản xuất và sinh hoạt, con người đã và đang thải vào môi trường hàng triệu các chất độc hại có rất nhiều nguyên nhân khác nhau như: Do quá trình sản suất công nghiệp thải ra khí độc hại, do quá trình khai thác tài nguyên thiên nhiên, các loại hóa chất sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp do việc sử dụng phương tiện giao thông vận tải gây ra Các phương tiện giao thông vận tải chủ yêu sử dụng nhiên liệu truyền thống như xăng và Diesel Chính vì vậy trong khí thải của động cơ chứa rất nhiều khí độc hại như: NOX, SOX, HC cháy không hoàn toàn, kèm theo những hạt bụi rắn thải vào môi trường không khí làm cho hàm lượng không khí độc hại trong bầu khí quyển ngày càng tăng lên

Bảng 1.1 Bảng thống kê mức độ khí thải của các phương tiện giao thông ở Việt

Chất ô nhiễm Lượng thải/ mỗi năm

Theo báo cáo quan trắc và phân tích môi trường thì :

+ Nồng độ bụi tại các đường giao thông trong đô thị cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 1,5-3 lần, tại các công trình xây dựng vượt đến 20 lần; tiêu chuẩn cho phép là 0,2mg/m3

+ Ô nhiễm khí CO: Nồng độ trung bình của CO tại các nút giao thông trong đô thị xấp xỉ và có nơi lớn hơn tiêu chuẩn cho phép (TCCP) (5mg/cm3) khoảng 1,5 lần + Ô nhiễm khí SO2: ở các nút giao thông chính nồng độ SO2 phát thải ra môi trường đã lớn hơn TCCP (0,3 mg/cm3)

+ Ô nhiễm khí NO2: Hầu hết nồng độ trung bình của NO2 trong không khí tại các đô thị đều nhỏ hơn hoặc xấp xỉ TCCP (0.1 mg/cm3)

+ Ô nhiễm chì: Chủ yếu do phương tiện vận tải dùng xăng pha chì gây ra; hiện nay Việt Nam không dùng xăng pha chì; nên nồng độ chì trong không khí đã nhỏ hơn TCCP (0,005 mg/cm) khoảng 10 lần

Các chất ô nhiễm nêu trên có ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người Những nghiên cứu về ô nhiễm không khí và sức khỏe tại các Châu lục trên thế giới đã chỉ ra các chất ô nhiễm khác nhau có ảnh hưởng khác nhau

+ CO : Khi một người hít phải khí CO vào phổi, khí CO sẽ vào máu kết hợp với sắc tố hồng cầu (hemoglobin), tạo ra chất carboxyhemoglobin, đẩy dưỡng khí là khí oxi ra khỏi hồng cầu Do khí CO có ái lực mạnh gấp 200 lần so với O2 trong sắc tố hồng cầu, nên khí O2 bị loại hết ra ngoài, dẫn tới cơ thể bị thiếu O2 gây chết ngạt rất nhanh + NOx : Hỗn hợp khí NOx có tác hại xấu đến sức khỏe con người, đặc biệt là những người có tiền sử về bệnh hô hấp.Ngoài ra, hỗn hợp khí NOx cũng kết hợp với một số chất khác trong không khí tạo ra khí ozone và các loại tạp chất dạng hạt Khí NOx cũng được biết đến với nguyên nhân gây ra mưa axit gây hại cho cây cối và đất đai Trên đây mới chỉ là những chất khí độc hại chủ yếu trong khí thải ô tô, ngoài ra còn rất nhiều chất khác có hại tới môi trường và con người những chúng chiếm tỷ lệ rất ít + HC : Theo các nghiên cứu y khoa, trong HC có chứa benzen, benzen được phát hiện gây cản trở quá trình sản xuất máu và gây ra bệnh thiếu máu Ngoài ra, benzen còn được coi là một trong những nguyên nhân gây ung thư và còn có thể gây ra bệnh bạch cầu

Với mức độ phát sinh ô nhiễm rất nghiêm trọng do khí thải của phương tiện giao thông vận tải gây ra, nếu ngay từ bây giờ không có những biện pháp hữu hiệu để hạn chế thấp nhất mức độ phát sinh chất ô nhiễm thì trong tương lai không xa chúng ta sẽ phải đối đầu với những điều kiện khắc nghiệt của thiên nhiên tác động như: Trái đất nóng lên, mực nước biển dâng cao, những trận mưa axit Do đó nghiên cứu thay thế nguồn nhiên liệu truyền thống ( xăng, dầu) bằng nguồn nhiên liệu thay thế như dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (CNG), khí sinh học (BIOGAS) là rất cần thiết nhằm hạn chế việc phát sinh các chất độc hại Đây là một trong những vấn đề được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm giải quyết, kịp thời ngăn chặn mức độ ô nhiễm của bầu khí quyển Bên cạnh đó khi chúng ta sử dụng nhiên liệu dầu mỏ cho động cơ đốt trong thì sẽ gây ra các hậu quả làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây hiệu ứng nhà kính Trong các chất độc hại thì CO, NO, HC do các động cơ thải ra là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Do đó, con người đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiên liệu thay thế

• Thách thức đối với ngành công nghiệp Ô tô

Chất lượng không khí hiện nay trên thế giới bị ô nhiễm đến mức báo động, mà trong đó khí thải của động cơ đốt trong chính là các tác nhân chủ yếu gây nên ô nhiễm không khí Không khí gọi là ô nhiễm khi thành phần của nó bị thay đổi hay khi có hiện diện của những chất lạ gây ra những tác hại mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự khó chịu đối với con người Các tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong có thể làm cho cơ thể bị thiếu Oxy, nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn, gây viêm, ho, khó thở và làm hủy hoại các tế bào cơ quan hô hấp, mất ngủ, gây ra căn bệnh ung thư máu, gây rối loạn hệ thần kinh, gây ra các bệnh về gan và làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Ngoài ra khí thải động cơ còn làm thay đổi nhiệt độ khí quyển và ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Để giải quyết hai vấn đề trên thì đã có không ít nghiên cứu từ các hãng ô tô lớn như Toyota, Honda… Một trong những nghiên cứu được xem là hiệu quả nhất là sử dụng pin nhiên liệu (Fuel Cell) và ô tô lai điện – nhiệt (hybrid) Tuy nhiên do vấn đề về lưu trữ khí hydrogen (H2) nên hiện nay công nghệ pin nhiên liệu vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi Vì vậy việc sử dụng ô tô, xe gắn máy hybrid (lai) nhiệt – điện vừa giúp giảm thiểu lượng khí thải độc hại ra môi trường vừa tiết kiệm nhiêu liệu một cách bền vững.

Chiến lược Net zero

Khoa học đã chỉ ra rằng việc con người tạo ra các loại khí nhà kính, chẳng hạn như carbon dioxide, quyết định mức độ tổng thể của hiện tượng nóng lên toàn cầu Giảm lượng khí thải nhà kính là chìa khóa trong việc ngăn chặn biến đổi khí hậu thảm khốc

Do đó, các chính phủ trên khắp thế giới đồng ý cố gắng đạt Net Zero vào năm 2050 như một phần của Thỏa thuận Paris, được ký kết vào năm 2014

Net Zero hay "Phát thải ròng bằng 0", là một mục tiêu môi trường nhằm giảm lượng phát thải khí nhà kính (như CO2, CH4, N2O) do con người gây ra xuống mức cân bằng với khả năng hấp thụ hoặc loại bỏ khí thải của Trái Đất, đến mức mà tổng lượng khí thải ròng được giảm xuống bằng không Vấn đề này không chỉ đòi hỏi việc giảm thiểu phát thải từ các nguồn như giao thông, sản xuất công nghiệp và sản xuất điện năng, mà còn bao gồm việc tăng cường khả năng hấp thụ carbon thông qua các biện pháp như trồng rừng mới, bảo tồn rừng, công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (Carbon Capture and Storage - CCS)

Mục tiêu đạt được phát thải ròng bằng 0 nhằm giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu theo Thỏa thuận Paris, với hy vọng giữ mức tăng nhiệt độ toàn cầu dưới 2°C và nỗ lực hạn chế sự tăng nhiệt dưới mức 1.5°C so với mức trước thời kỳ công nghiệp Để đạt được điều này, cả chính phủ, doanh nghiệp và cá nhân đều cần cam kết giảm phát thải và hỗ trợ các giải pháp cho khả năng hấp thụ carbon, tạo ra một nền kinh tế toàn cầu ít carbon hơn và bền vững hơn

Hình 1.4 Chiến lược net zero

1.3.2 Sự khác biệt giữa net zero và cacbon neutral

Carbon Neutral là quá trình giảm lượng khí thải carbon dioxide (CO2) hoặc các khí thải gây hiệu ứng nhà kính khác ra khỏi môi trường để bù đắp cho lượng khí thải đã tạo ra từ các hoạt động con người Mục tiêu của trung hòa carbon là giảm thiểu tác động của hoạt động con người đến biến đổi khí hậu và thúc đẩy sự phát triển bền vững Thực hiện bằng cách mua đủ các khoản tín chỉ bù đắp Carbon nhằm tạo ra sự khác biệt

Ngược lại, Net Zero là một mục tiêu tham vọng hơn rất nhiều lần, đòi hỏi tổ chức hoặc doanh nghiệp cắt giảm lượng khí thải carbon trong toàn bộ chuỗi cung ứng của họ, từ nguồn cung đến người tiêu dùng cuối cùng Đây là một nỗ lực quy mô lớn trong ngữ cảnh mà các doanh nghiệp thường không kiểm soát toàn bộ chuỗi giá trị của mình

Net Zero nhằm đạt được mục tiêu không tạo ra thêm bất kỳ lượng khí thải CO2 nào vào khí quyển, tức là tạo ra mức phát thải ròng bằng 0 Trong khi đó, Carbon Neutral vẫn phát thải CO2 nhưng đảm bảo toàn bộ lượng này được triệt tiêu hoàn toàn bởi lượng

XO2 được tạo ra, nhằm đạt trạng thái trung hòa carbon

Net Zero tập trung vào việc giảm lượng phát thải carbon suốt chuỗi cung ứng từ sản xuất đến tiêu thụ Trái lại, Carbon Neutral chỉ quan tâm đến việc giảm thiểu carbon tại khâu sản xuất sản phẩm, thường thông qua việc sử dụng nguồn năng lượng sạch không phát thải CO2 Đạt được mục tiêu Net Zero sẽ khó khăn hơn so với Carbon Neutral Net Zero đòi hỏi sự tham gia của cả người tiêu dùng trong việc lựa chọn sản phẩm, và các doanh nghiệp cần phải thực hiện các biện pháp giảm thiểu phát thải từ việc sử dụng nguồn năng lượng sạch như điện, nước để sản xuất hàng hóa của mình

Hình 1.5 Cacbon – Neutral với Net – Zero

1.3.3 Tầm quan trọng của net zero

Khoa học cho thấy rõ ràng để ngăn chặn những tác động tồi tệ nhất của biến đổi khí hậu, đồng thời bảo tồn một hành tinh có thể sống được, mức tăng nhiệt độ toàn cầu cần được giới hạn ở mức 1,5°C so với mức tiền công nghiệp Hiện tại, Trái đất đã ấm hơn khoảng 1,1°C so với cuối những năm 1800 và lượng khí thải tiếp tục tăng Để duy trì sự nóng lên toàn cầu ở mức không quá 1,5°C - như yêu cầu trong Thỏa thuận Paris - lượng khí thải cần phải giảm 45% vào năm 2030 và đạt mức 0 vào năm 2050

Mặc dù hầu hết các quốc gia chỉ mới bắt đầu thực hiện các mục tiêu và chính sách về Net Zero gần đây, nhưng những chiến lược này vẫn có ý nghĩa và tác động to lớn, mang lại lợi ích cho môi trường và cộng đồng trên toàn thế giới

Tăng cường an ninh lương thực

Thực vật phát triển tốt hơn trong điều kiện khí hậu phù hợp với chúng, do đó nhiệt độ toàn cầu tăng nhanh là rất nguy hiểm Chính sách Net zero sẽ bền vững hơn cho môi trường, góp phần nâng cao sức khỏe cây trồng và sản lượng nông nghiệp cao hơn

Lượng CO2 tăng cao trong khí quyển làm tăng nhiệt độ đủ để gây hại cho sinh vật biển như cá và các rạn san hô thông qua các tác động như axit hóa đại dương và thay đổi dòng hải lưu, điều này sẽ đẩy nhanh mực nước biển dâng Tác động nghiêm trọng đến lượng carbon hấp thụ vào đại dương và các rạn san hô có thể giảm tới 50% ngay cả khi tình trạng nóng lên toàn cầu giảm nhẹ

Cuộc sống tốt hơn Ít khí thải hơn có nghĩa là không khí ít ô nhiễm hơn, điều này sẽ mang lại cuộc sống tốt hơn Vì có khoảng 7 triệu người chết vì ô nhiễm không khí mỗi năm nên việc giảm thiểu ô nhiễm là rất quan trọng

Hạn chế biến đổi khí hậu

Các hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ lụt, hạn hán, nóng lên toàn cầu, mực nước biển dâng cao, suy giảm đa dạng sinh học là những tác dụng phụ rất phổ biến của biến đổi khí hậu Việc giảm phát thải khí nhà kính sẽ góp phần tích cực vào việc cải thiện các kiểu thời tiết và do đó làm giảm quy mô, thời gian và cường độ của các hiện tượng tàn khốc như vậy

Thúc đẩy phát triển kinh tế

Chuyển đổi sang nền kinh tế Net Zero mở ra nhiều cơ hội phát triển mới cho các ngành công nghiệp năng lượng tái tạo, công nghệ xanh, hiệu quả năng lượng Tạo ra việc làm mới, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế và nâng cao đời sống con người

1.3.4 Hạn chế của net zero

• Chuyển đổi sang Net Zero đòi hỏi khoản đầu tư lớn vào năng lượng tái tạo, công nghệ xanh và cơ sở hạ tầng

• Chi phí này có thể ảnh hưởng đến ngân sách của các quốc gia, đặc biệt là các nước đang phát triển

• Việc chuyển đổi sang Net Zero cần sự phối hợp chặt chẽ giữa các quốc gia, doanh nghiệp và cá nhân

• Có thể gặp khó khăn trong việc triển khai các giải pháp Net Zero do sự khác biệt về trình độ phát triển, chính sách và văn hóa

• Chuyển đổi sang Net Zero có thể dẫn đến mất việc làm trong một số ngành công nghiệp truyền thống

• Cần có các chính sách hỗ trợ để giúp người lao động chuyển đổi sang các ngành nghề mới

• Một số công nghệ cần thiết để đạt được Net Zero vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu

• Cần có thêm nghiên cứu và đầu tư để phát triển và ứng dụng các công nghệ này

• Việc triển khai các giải pháp Net Zero có thể dẫn đến một số rủi ro tiềm ẩn, chẳng hạn như tác động đến môi trường và hệ sinh thái

• Cần có đánh giá kỹ lưỡng và giám sát chặt chẽ để đảm bảo các giải pháp Net Zero được thực hiện một cách an toàn và hiệu quả

CÁC NHIÊN LIỆU THAY THẾ

Vấn đề về năng lượng

Vai trò của nhiên liệu thay thế:

Sự sụt giảm nguồn năng lượng hóa thạch và vấn đề ô nhiễm môi trường đã thúc đẩy sự tìm kiếm và phát triển nhiên liệu thay thế, một khía cạnh quan trọng trong nỗ lực chuyển đổi sang hệ thống năng lượng bền vững và giảm thiểu tác động xấu đến môi trường Nhiên liệu thay thế, đặc biệt là những nguồn năng lượng tái tạo, đang trở thành một giải pháp quan trọng trong cuộc chiến chống lại ô nhiễm và cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch

Hiện nay, tất cả các nước trên thế giới từ các nước tiên tiến đến các nước đang phát triển và chậm phát triển rất đau đầu về vấn đề cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống Tình hình nguồn nhiên liệu dầu mỏ hiện nay không ổn định, giá dầu thường thay đổi lớn theo những biến động chính trị, khó dự báo

Hình 2.1 Mức tiêu thụ các nguồn năng lượng của thế giới 1970 – 2025 Đặc biệt năm 2004 một sự khủng hoảng dầu mỏ lớn nhất từ trước đến nay, giá dầu tăng đến mức kỷ lục 60 USD/thùng, đến năm 2005 giá dầu lên đến hơn 70 USD/thùng Khi mà nguồn nhiên liệu truyền thống ngày càng dần cạn kiệt thì việc đòi hỏi sử dụng một nguồn năng lượng thay thế lâu dài là vấn đề cần sớm được giải quyết.

Năng lượng thay thế

Ở một thế giới mà sự bất ổn của cả xã hội và thiên nhiên càng ngày càng gia tăng như hiện nay thì vấn đề năng lượng là một vấn đề nóng hổi rất được quan tâm Nguồn năng lượng hóa thạch xưa nay vẫn được coi là chủ chốt đang dần trở nên khan hiếm và cũng là nguyên nhân gây ra nhiều bất động, tranh chấp giữa các quốc gia trên thế giới Trong khi đó theo như các nhà khoa học dự đoán, với tốc độ khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên hóa thạch như hiện nay thì trong vòng vài thế kỷ nữa con cháu chúng ta sẽ phải gánh chịu những hậu quả nghiêm trọng về cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch Từ đó, nhu cầu về các nguồn năng lượng thay thế càng trở nên cấp thiết hơn, càng ngày càng có nhiều dự án nghiên cứu năng lượng thay thế được khởi động và phát triển ở khắp nơi trên thế giới Tuy nhiên không phải tất cả chúng đều thích hợp để phát triển trong tương lai

2.2.1 Khí CNG (Compressed Natural Gas)

Khí đốt nén tự nhiên (CNG) là hỗn hợp chất khí cháy được, bao gồm phần lớn là các hydrocarbon (hợp chất hóa học chứa cacbon và hyđrô) Cùng với than đá, dầu mỏ và các khí khác, khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch Khí thiên nhiên có thể chứa đến 85% mêtan (CH4) và khoảng 10% êtan (C2H6), và cũng có chứa số lượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và các ankan khác Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái Đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới Đây được cho là một giải pháp thay thế phần nào nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu Diesel Một ưu điểm rất lớn nữa là quá trình đốt cháy khí nén sẽ không thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính, đó là một lợi ích lớn đối với môi trường Ngày nay khí tự nhiên được sử dụng song song với nhiên liệu xăng trên một số dòng xe ô tô

Hình 2.2 Khí CNG đang trở thành xu hướng năng lượng tương lai

Khí syngas là một hỗn hợp khí tổng hợp được tạo ra từ một loạt các nguồn năng lượng, thường là các nguyên liệu hữu cơ như than đá, than cám, gỗ, dầu mỏ, hay các chất hữu cơ khác Tên gọi "syngas" đến từ viết tắt của cụm từ "synthesis gas," và nó thường được biết đến với các tên gọi khác nhau như "synthetic gas," "synfuel gas," hay

Khí syngas chủ yếu bao gồm các thành phần chính sau:

• Hydrogen (H2): Là thành phần chính của khí syngas, hydrogen cung cấp năng lượng và có nhiều ứng dụng trong các quá trình hóa học và sản xuất năng lượng

• Carbon Monoxide (CO): Một khí có khả năng cháy và có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng

• Methane (CH4): Thành phần này thường xuất hiện trong khí syngas, đặc biệt khi nguồn năng lượng là than đá

• Carbon Dioxide (CO2): Một phần CO2 thường được tạo ra trong quá trình sản xuất khí syngas Ứng dụng:

Việc phát triển công nghệ sản xuất syngas từ nguồn năng lượng sinh khối và chất thải hữu cơ đang trở thành một giải pháp hữu hiệu để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng mà không gây tác động lớn đến môi trường Các nguồn năng lượng tái tạo như sinh khối và chất thải hữu cơ có sẵn trong tự nhiên và có khả năng tái tạo, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch và giảm lượng chất thải

Công nghệ khí hóa từ sinh khối và chất thải hữu cơ thường áp dụng các quy trình như gasification hoặc pyrolysis Trong quá trình này, nguyên liệu hữu cơ được chuyển hóa thành khí syngas, một nguồn năng lượng có thể sử dụng để sản xuất điện, nhiên liệu, hay nguyên liệu hóa chất

Các lợi ích của việc sử dụng nguồn năng lượng sinh khối và chất thải hữu cơ để sản xuất syngas bao gồm:

• Nguồn Năng Lượng Tái Tạo: Sinh khối và chất thải hữu cơ là nguồn năng lượng tái tạo và có sẵn đầy đủ

• Giảm Thiểu Chất Thải: Sử dụng chất thải hữu cơ giúp giảm lượng chất thải được đưa vào bãi rác và đồng thời tận dụng nguồn nguyên liệu từ chúng

• Bảo Vệ Môi Trường: Công nghệ này giúp giảm phát thải khí nhà kính so với việc đốt cháy trực tiếp các chất thải

• Đa dạng hóa các nguồn năng lượng: Việc sử dụng khí syngas từ nguồn năng lượng sinh khối mang lại sự đa dạng hóa nguồn năng lượng và giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch

• Nhiên liệu khí syngas là một sản phẩm quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, được sử dụng chủ yếu để sản xuất các hợp chất hóa học khác nhau Mặc dù có nhiều nguồn cung cấp khí syngas, nhưng một phần lớn hiện nay vẫn đến từ nguồn năng lượng hóa thạch như than đá, khí tự nhiên, dầu, và thậm chí là từ rác thải

Dưới đây là một số điểm quan trọng về thị trường nhiên liệu khí syngas:

• Sản Xuất Toàn Cầu: Mỗi năm, có khoảng 6 Exajoule (EJ) nhiên liệu khí syngas được sản xuất trên toàn thế giới Điều này chiếm khoảng 2% tổng tiêu thụ năng lượng trên thế giới

• Nguồn Gốc: Nguồn cung cấp chính của nhiên liệu khí syngas đến từ năng lượng hóa thạch như than đá, khí tự nhiên, dầu, và thậm chí là từ rác thải Các quá trình như gasification hay pyrolysis được sử dụng để chuyển đổi nguyên liệu này thành khí syngas

• Ngành Công Nghiệp Amoniac: Nhiên liệu khí syngas chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp amoniac để sản xuất phân bón và các sản phẩm hóa chất liên quan Amoniac là một thành phần quan trọng của phân bón, giúp cung cấp dưỡng chất cần thiết cho cây trồng

• Tầm Quan Trọng: Trong bối cảnh nguồn năng lượng tái tạo và bảo vệ môi trường trở nên ngày càng quan trọng, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp sản xuất nhiên liệu khí syngas từ nguồn năng lượng tái tạo và thân thiện với môi trường là một xu hướng quan trọng

Tóm lại, nhiên liệu khí syngas đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, đặc biệt là trong việc sản xuất amoniac và phân bón Sự đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng và nỗ lực chuyển đổi sang nguồn năng lượng tái tạo là những điểm quan trọng trong xu hướng phát triển của thị trường này

Hình 2.3 Máy phát điện chạy bằng khí Syngas

Hình 2.4 Các loại phụ phẩm nông nghiệp tiềm năng cho sản xuất syngas

Nhược điểm của Syngas chủ yếu là về vấn đề công nghệ khí hóa Kỹ thuật khí hóa còn sơ khai, đặc biệt là công nghệ lọc và xử lý khí Syngas tại nước ta chưa đạt yêu cầu làm ảnh hưởng tới quá trình làm việc của động cơ đốt trong

Ngoài những nhược điểm về công nghệ khí hóa còn vấp phải vấn đề như khả năng lưu trữ, hóa lỏng Syngas Syngas thường phải được sử dụng ngay sau khi khí hóa Các thành phần khí có trong Syngas có tỉ trọng và mật độ năng lượng thấp hơn rất nhiều so với nhiên liệu khác như khí thiên nhiên và xăng nên việc tích trữ và vận chuyển để làm nhiên liệu cung cấp cho các phương tiện vận tải sẽ gặp nhiều khó khăn và chi phí cao

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Khái quát về động cơ Diesel D10

Hình 3.1 Động cơ D10 Động cơ được thiết kế gon gàng đẹp mắt, thân động cơ được đúc nhôm chắc chắn lớp vỏ đẹp, bền được sơn công nghệ tĩnh điện Linh kiện chất lượng cao, bộ chế hoà khí được làm theo công nghệ và thiết kế của Nhật Bản Dễ dàng giật nổ khi khởi động Sản phẩm chất lượng mang thương hiệu uy tín được nhiều người tin dùng

Sử dụng trong lĩnh vực dân dụng: dùng thay thế động cơ để chạy và kéo máy sử dụng trong gia đình và nông nghiệp

Sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp: dùng thay thế động cơ để chạy và kéo máy sử dụng trong công nghiệp Ưu điểm của động cơ chạy dầu so với động cơ xăng:

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

• Giá nhiên liệu dầu Diesel rẻ hơn xăng

• Mức tiêu hao nhiên liệu riêng của động cơ Diesel thấp hơn động cơ xăng

• Dầu Diesel không bốc cháy ở nhiệt độ thường nên ít gây nguy hiểm

• Do không có bộ chế hòa khí và bộ phận đánh lửa nên động cơ Diesel ít hư hỏng vặt

3.1.2 Thông số của động cơ EM190N (D10)

Bảng 3.1 Thông số của động cơ máy nổ hiệu tứ xuyên EM190N (D10)

Thông số Giá trị Đơn vị

Loại Xy-lanh đơn nằm ngang, 4 thì làm mát bằng nước

Kiểu buồng đốt Buồng cháy thống nhất Đường kính Xy-lanh (D) 85 mm

Công suất sử dụng (Ne) 7 kw Kw (hp)

Công suất tối đa 7.7 kw Kw

Hướng quay trục khuỷu Cùng chiều kim đồng hồ

Vị trí công suất Phía bánh đà

Hệ thống khời động Tay qua, khởi động điện

Dụng tích thùng chứa nhiên liệu 4 Lít

Suất tiêu hao nhiên liệu ≤ 271 g/(kw.h)

Phương pháp làm mát Tản nhiệt hơi

Thể tích nước làm mát 10 Lít

Hệ thống bôi trơn Bôi trơn vung tóe

Dung tích dầu bôi trơn 1,5 Lít

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHUN KHÍ NH 3

Giới thiệu về các thành phần có trong hệ thống phun khí

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog,

14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau Đối với mạch Arduino UNO R3 chip dán sử dụng vi xử lý ATmega 328p, Chip nạp là CH340

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật Arduino UNO Chip điều khiển chính ATmega328P Điện áp hoạt động

5V Tốt nhất bạn cấp nguồn 5V cho Arduino từ cổng USB Nếu dùng nguồn ngoài( cắm từ giắc DC): Khuyên dùng 7-9V để mạch hoạt động tốt Khi điện áp lên tới 12V IC ổn áp rất nóng dễ hư hỏng mạch

Số chân Digital 14 ( 6 chân PWM)

Dòng ra trên chân digital Max 40 mA

Dòng ra trên chân 5V 500 mA

Dòng ra trên chân 3.3V 50 mA

Dung lượng bộ nhớ Flash 32 KB (ATmega328P)

Trên Arduino có các chân cho phép cấp nguồn, nhận tín hiệu vào và đưa tính hiệu ra từ các thiết bị kết nối với nó Các chân cấp nguồn ký hiệu 3,5V và 5V, chân nối cực âm ký hiệu DNG Các chân lấy tính hiệu vào ở dạng analogin ký hiệu A0, A1, A2, A3, A4, A5 Các chân lấy tính hiệu ra được đánh số từ 0 đến 13, trong đó các chân 3, 5, 6, 9,10, 11 là các chân có thể điều khiển được cường độ dòng điện và điện áp ra theo yêu cầu

Hình 4.2 Màn hình LCD 1602 Được sử dụng rộng rãi và đa dạng trong nhiều ứng dụng của vi điều khiển Hiển thị 16 ký tự x 2 line, chữ đen trên nền phông xanh lá Có khả năng hiển thị ký tự linh hoạt, đa dạng, trực quan theo font 5x8 Dots có sẵn (hiện thị cả số, chữ, kí tự đồ họa, kí tự đặc biệt…) Dễ dàng giao tiếp với các loại vi điều khiển theo nhiều cách thức khác nhau Tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ

Hình 4.3 Sơ đồ chân màn hình LCD

Sơ đồ chân của LCD 1602:

• Bên trong LCD 1602 có tích hợp sẵn chip vi điều khiển HD44780 và nhà sản xuất chỉ đưa ra các chân cần thiết cho việc giao tiếp của LCD

• Chân số 1 - VSS: Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển

• Chân số 2 - VDD: Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC = 5 V của mạch điều khiển

• Chân số 3 - VE: Điều chỉnh độ tương phản của LCD

• Chân số 4 - RS: Chân chọn thanh ghi Nối chân RS với logic "0" hoặc logic

"1" để chọn thanh ghi Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

• Chân sô 5 - R/W: Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với

• logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ

• Chân số 6 - E: Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

• Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

• Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

• Chân số 7 đến Chân sô 14 - D0 đến D7: Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này: Chế độ 8 bit, dữ liệu được truyền trên cả 8 đường với bít MSB là bit DB7 và chế độ 4 bit dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MCB là DB7

• Chân số 15 – A: Nguồn dương cho đèn nền

• Chân số 16 – K: Nguồn âm cho đèn nền

Mạch điều khiển màn hình LCD giao tiếp I2C sử dụng IC điều khiển màn hình gồm 16 cột và 2 dòng giúp tiết kiệm dây nối với vi điều khiển cho khả năng hiện thị nhanh với nhiều chức năng

Thông thường để điều khiển và hiện thị được kí tự từ vi điều khiển xuất ra màn hình 16x02 phải cần tới 7 – 8 dây nối chân vi điều khiển Điều này gây ra rất nhiều phiền toái: đi sai dây, mạch rườm rà, khó viết code Những điều này được mạch điều khiển khắc phục hoàn toàn vì số lượng dây tín hiệu giảm còn duy nhất 2 dây Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển trực tiếp màn hình được chuyển sang cho IC xử lý nằm trên mạch Ta chỉ việc gửi các mã lệnh cùng nội dung hiện thị, do vậy giúp vi điều khiển có nhiều thời gian để xử lý các tiến trình phức tạp khác

Hình 4.4 Mạch điều khiển màn hình LCD giao tiếp I2C Ưu điểm của việc sử dụng giao tiếp I2C:

• Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết kiệm chân trên vi điều khiển

• Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps

• Dữ liệu truyền nhận đẩm bảo tính toàn vẹn vì sử dụng cơ chế phân phối trên mỗi byte dữ liệu

• Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của model

• Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module

• Jump chốt: cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,

Nhìn từ bên ngoài, chúng ta dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:

- Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn

- Con chạy/chân chạy Cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng

- Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực) Trong số ba cực này, có hai cực được cố định ở đầu của điện trở Các cực này được làm bằng kim loại Cực còn lại là một cực di chuyển và thường được gọi là cần gạt Vị trí của cần gạt này trên dải điện trở sẽ quyết định giá trị của biến trở

Hình 4.6 Cấu tạo của biến trở Đúng như tên gọi của nó là làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến trở là các dây dẫn được tách rời dài ngắn khác nhau Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều khiển hay các núm vặn Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các mạch kín sẽ thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở trong mạch thay đổi

4.1.5 Module Công Suất MOSFET D4184 PWM

THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Đối tượng thử nghiệm

Đối tượng nghiên cứu là Động cơ Diesel D10, là một loại động cơ Diesel sử dụng nhiên liệu Diesel truyền thống với các ưu điểm là hiệu suất cao và suất tiêu hao nhiên liệu thấp Bên cạnh đó động cơ cũng có nhược điểm là phát thải khói bụi rất cao gây ô nhiễm môi trường Vì vậy nhóm đã cải tạo động cơ để sử dụng lưỡng nhiên liệu Diesel – NH3 Ngoài ra, khi động cơ Diesel sử dụng lưỡng nhiên liệu Diesel-NH3 sẽ làm giảm mức phát thải các chất độc hại và giảm tiêu thụ lượng nhiên liệu Diesel.

Các thiết kế ở động cơ

5.2.1 Họng nạp Ở động cơ Diesel, nhiên liệu được hoà trộn với không khí vào cuối kỳ nén của động cơ bằng cách phun nhiên liệu vào buồng cháy với áp suất cao (khoảng 200 bar) Nhiên liệu bắt lửa ngay lập tức khi nó tiếp xúc với khí nén nóng Trong động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu, hệ thống phun nhiên liệu Diesel bình thường vẫn cung cấp một lượng Diesel nhất định Tuy nhiên thay vì chỉ hút vào không khí như động cơ Diesel thì động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu sẽ hút và nén một hỗn hợp nhiên liệu khí (NH3) đã được chuẩn bị phía trước thiết bị bên ngoài buồng cháy qua ngã ba ở họng nạp khí

Hình 5.1 Thiết kế họng nạp trên động cơ

5.2.2 Lắp đặt bánh răng cam

Khi động cơ hoạt động, với động cơ 4 kỳ thì động cơ quay vòng tương ứng với 4 kỳ sẽ có một lần phun khí vào kỳ nạp, nhóm đã lắp thêm một bánh răng nhỏ có 14 răng lên buly và một bánh răng lớn có 28 răng phía dưới, 2 bánh răng này được kết nối bằng dây xích

Vì bánh răng lớn có số răng gấp đôi bánh răng nhỏ nên tốc độ của bánh răng lớn sẽ bằng ẵ so với bỏnh răng nhỏ, đồng nghĩa với việc tốc độ bỏnh răng bỏnh răng lớn sẽ bằng ẵ tốc độ của động cơ

Hình 5.2 Lắp đặt bánh răng cam trên động cơ

Trục cam này sẽ được lắp trên bánh răng 28 răng, khi bánh răng được dẫn động thì trục cam này sẽ chuyển động cùng với bánh răng Trên trục cam phụ, chúng em lắp đặt một vòng tròn sắt và nam châm để cảm biến nhận tín hiệu Vòng sắt này được cố định với trục bằng bulong và nam châm được gắn lên đầu bulong

Hình 5.3 Trục tín hiệu và nam châm Để chỉnh chính xác thời điểm nhận tín hiệu tương ứng với kỳ nạp trên động cơ Nhóm tiến hành tháo nắp xupap để quán sát Quay bánh đà cho đến khi cò mổ của xupap nạp bắt đầu mở xupap, lúc này sẽ quay vòng tròn trên trục cam sao cho từ trường của nam châm quét qua cảm biến Quan sát bằng mắt khi cò mổ bắt đầu mở trục cam thì lúc này cảm biến cũng nhận tín hiệu từ nam châm và có thể nhận biết bằng đèn trên cảm biến sáng khi trường nam châm bắt đầu quét qua

Hình 5.4 Hệ thống cảm biến tín hiệu

5.2.4 Vòi phun khí ( kim phun xăng xe máy )

Van điện từ là một loại van được điều khiển bằng các tín hiệu điện từ để điều chỉnh dòng chảy chất lỏng hoặc khí trong hệ thống ống dẫn Van điện từ được thiết kể để mở hoặc đóng dòng chảy của khí NH3 bằng cách điều khiển từ trường được tạo ra bởi cuộn dây điện Khi tín hiệu điện được đưa vào cuộn dây, từ trường được tạo ra và hút van chuyển động đóng hoặc mở lỗ thông gió

Với việc cần 1 tín hiệu điều khiển van điện từ mở đúng thời điểm động cơ nạp nhiên liệu, nhóm đã thiết kế thêm trên động cơ 1 bộ chia cam

Bộ chia cam này có gắn một mâm tiếp điểm để tạo ra tín hiệu đóng ngắt van điện tử thông qua vấu cam khi động cơ hoạt động

5.2.5 Van điều áp, đồng hồ đo áp

Hình 5.6 Van điều áp Hình 5.7 Đồng hồ đo áp

5.2.6 Thiết kế bộ sấy nhiên liệu

Vì khí amoniac là khí khó cháy nên cần phải sấy nóng trước khi nạp vào buồng đốt, như vậy sẽ giúp khí amoniac 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.

Lắp đặt hệ thống nạp khí NH 3

Hình 5.10 Sơ đồ khối hệ thống cung cấp khí NH3

Hình 5.8 Bộ sấy khí Hình 5.9 Thiết bị đun sôi nước

Sau khi chúng ta lắp đặt hệ thống cấp nhiên liệu, chúng ta tiếp tục tiến hành lắp đặt hệ thống phun NH3 cho động cơ

Hình 5.11 Vòi phun Hình 5.12 Giá đỡ cảm biến Hall

Ta tiến hành hàn đầu nối nhanh khí nén trên đường ống nạp để kết nối với kim phun Tại đầu vào của bình khí NH3 sẽ có van điều áp giảm áp, đồng hồ đo áp suất có thể kiểm soát và theo dõi tình trạng của hệ thống phun khí NH3 Bên cạnh đó cũng có một cảm biến Hall được gắn trên giá đỡ

Trạng thái chờ: NH3 từ bình chứa đi qua bộ điều áp qua đồng hồ đo áp suất và chờ tại kim phun

Trạng thái hoạt động: dòng điện từ ắc quy đến kim phun và làm kim phun mở cho NH3 đi vào động cơ thông qua họng nạp

• Khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải: Động cơ sẽ hoạt động bằng nhiên liệu Diesel ở mức n (vòng/phút)

• Khi động cơ hoạt động ở chế độ có tải: Sau khi mở van bình khí NH3, khí được đi qua bộ điều áp giảm áp, đến bộ sấy nóng khí, cuối cùng đi qua kim phun để đi vào động cơ, lúc này động cơ sẽ được tăng tốc độ và công suất tải

Hộp điều khiển sẽ nhờ vào tín hiệu gửi về dưới dạng điện áp của cảm biến Hall được lắp trên giá đỡ trục cam, từ đó ra lệnh cho module công suất đóng mở kim phun theo tín hiệu đã định sẵn.

Thử nghiệm hoạt động của động cơ

• Máy phát điện Đầu ra (output) KW 3

Hình 5.13 Máy phát điện 3Kw

• Phụ tải (tất cả các thiết bị trên đều có công suất lớn hơn công suất của động cơ thực nghiệm) Chúng tôi chọn phụ tải 3 Kw (2 bóng điện halogen 1000 W và 10 bóng đèn sợi đốt mỗi bóng đèn là 100 W mắc song song với nhau)

Hình 5.14 Thiết bị gây tải 3Kw

Công suất của động cơ được xác định bởi công suất điện của máy phát Đồng hồ vạn năng Hioki 3280-10F được sử dụng có nhiệm vụ đo cường độ dòng điện (I) và hiệu điện thế (U) của máy phát điện

Công suất tiêu thụ điện được xác định bởi công thức: P = U.I (W)

Hình 5.15 Đồng hồ điện vạn năng

• Thiết bị phân tích khí thải

Sauermann Si-CA 230 là thiết bị phân tích khí thải và khí đốt công nghiệp cầm tay, nhẹ, nhỏ gọn và bền để đo lượng khí thải chính xác Máy phân tích quá trình đốt cháy công nghiệp và thương mại Si-CA 230 2D đi kèm với cảm biến O2 và CO và tùy chọn mở rộng lên tổng cộng 6 cảm biến khí (O2, CO, NO, NO thấp, NO, NO2 thấp, SO2, SO2 thấp, H2S và CxHy) để giám sát khí thải của động cơ

Máy phân tích đốt cháy Sauermann Si-CA 230 đo Oxy, Carbon Monoxide và tính toán Carbon Dioxide Máy phân tích khí Si-CA 230 đo nhiệt độ, luồng khí và áp suất cần thiết để phân tích hiệu quả đốt cháy

Máy phân tích khí thải Sauermann Si-CA 230 đi kèm với phần mềm quản lý dựa trên PC cộng với cung cấp kết nối không dây với ứng dụng di động Sauermann Combustion miễn phí dành cho Android và iOS Ứng dụng này cho phép các kỹ thuật viên điều khiển máy phân tích Si-CA 230 từ xa, truy cập vào các tính năng bổ sung, xem kết quả đo trong thời gian thực và tùy chỉnh kết quả trước khi xuất ở định dạng họ chọn Si-CA 230 có thể tạo và xuất báo cáo ở định dạng PDF, CSV và XML và lưu trữ cơ sở dữ liệu khách hàng

Hình 5.16 Thiết bị đo khí xả

Máy đo tốc độ động cơ trong quá trình thực nghiệm là máy đo tốc độ kỹ thuật số AR926 Máy đo tốc độ (RPM) là một dụng cụ đo tốc độ quay bánh đà của động cơ Thiết bị thường hiển thị số vòng quay trên phút (RPM) trên màn hình kỹ thuật số

Máy đo tốc độ hoạt động trong tầm đo từ 2,5 tới 99999 RPM với độ chính xác cực cao, sai số chỉ ±0.05% Máy dùng phương pháp đo không tiếp xúc, vừa an toàn lại đáp ứng được độ chính xác

Hình 5.17 Máy đo tốc độ

• Các phụ kiện liên quan khác như phích cắm, dây điện, cáp kết nối bộ điều khiển của động cơ với máy tính laptop,

Hình 5.18 Bố trí thực nghiệm

Kết nối hộp điều khiển với máy tính Để thực hiện quá trình nạp các dữ liệu, phân tích, nhận xét và hiệu chỉnh các dữ liệu, ta cần cài đặt phần mềm Arduino cho máy tính laptop, dùng một dây cáp kết nối vào cổng USB của máy tính laptop và bộ điều khiển đã được kết nối với động cơ trước đó

Hình 5.19 Giao diện của phần mềm Arduino trên laptop Trình tự thí nghiệm:

• Đảm bảo động cơ diesel và hệ thống nhiên liệu NH3 được lắp đặt và kết nối đúng cách Kiểm tra hệ thống an toàn để đảm bảo không có rò rỉ NH3, vì NH3 là một chất gây kích ứng và có thể gây nguy hiểm

• Khởi động động cơ diesel bằng nhiên liệu thông thường (dầu diesel) để đạt được điều kiện làm việc ổn định để máy chạy không tải khoảng 5 phút Điều chỉnh tốc độ động cơ đạt mức 900 vòng/phút khi không có tải ngoài

• Kết nối động cơ với tải ngoài có công suất 0.5 kW

• Mở van khí NH3 để nhiên liệu khí từ bình đi vào đường nạp của động cơ

• Dần dần chuyển sang sử dụng NH3 làm nhiên liệu bằng cách điều chỉnh hệ thống cung cấp nhiên liệu Sử dụng điện trở để điều chỉnh thời gian phun NH3 vào buồng đốt điều chỉnh vòi phun ở 5 mức thời gian là 10ms, 15 ms, 20ms, 25ms, 30ms, 33ms

• Sử dụng thiết bị đo lường (như ampe kế và vôn kế) để đo cường độ dòng điện và điện áp đầu ra của máy phát khi động cơ đang vận hành Ghi lại các giá trị công suất, khí thải đo được để phân tích hiệu suất và hiệu quả của hệ thống

• Thực hiện các bước trên đối với các trường hợp ở tốc độ cao hơn

• Điều chỉnh tốc độ động cơ lần lượt lên các mức cao hơn (1000 rpm, 1200 rpm,

1400 rpm, 1500 rpm, 1700 rpm) và lặp lại các bước đo lường

• Ghi lại tất cả các thông số đo được trong mỗi trường hợp thí nghiệm

• Phân tích dữ liệu để đánh giá hiệu suất của động cơ khi sử dụng NH3 làm nhiên liệu ở các tốc độ khác nhau

Hình 5.20 Bố trí đo đạt công suất, khí thải, vòng tua, điện áp

Các kết quả đo

5.5.1 Ảnh hưởng của NH 3 đến công suất động cơ

5.5.1.1 Kết quả đo tại vòng tua diesel 900v/ph

Bảng 5.1 Thông số tại vòng tua diesel 900v/ph

Vòng tua khi kéo tải(0.5Kw)

Lượng tiêu thụ diesel trong 60s(g)

Bảng 5.2 Kết quả tại vòng quay diesel 900v/ph 1 kim phun NH3 kéo tải 0.5Kw

(ms) Số vòng quay (n) Hiệu điện thế

(U) Cường độ dòng điện (I) Công suất(w)

Hình 5.21 Đồ thị công suất động cơ 900v/ph khi cấp NH3

Hình 5.21 trình bày ảnh hưởng của lượng NH3 đến công suất động cơ Diesel Lượng NH3 thay đổi bằng cách thay đổi thời gian phun từ 10 – 33ms hoặc tăng số lượng kim phun Khi sử dụng 1 kim phun, việc tăng thời gian phun NH3 làm tăng công suất động cơ 13.6% Chú ý, ở thời gian phun là 10ms, lượng NH3 bổ sung không thay đổi đáng kể công suất của động cơ Diesel

Khi sử dụng 02 kim phun, lượng NH3 bổ sung tăng tương đối lớn nên có sự thay đổi rõ rệt về công suất động cơ Công suất tăng 29.4 % so với động cơ sử dụng Diesel, hoặc 15.74% so với động cơ sử dụng Diesel bổ sung NH3 bằng 01 kim phun

Công suất của động cơ 900v/phút khi cấp NH3

Công suất 1 kim Công suất 2 kim Công suất Diesel

Hình 5.22 trình bày ảnh hưởng của lượng NH3 đến công suất động cơ Diesel Lượng NH3 thay đổi bằng cách thay đổi thời gian phun từ 10 – 33ms hoặc tăng số lượng kim phun Khi sử dụng 1 kim phun, việc tăng thời gian phun NH3 làm tăng công suất động cơ 7.04%

Khi sử dụng 02 kim phun, lượng NH3 bổ sung tăng tương đối lớn nên có sự thay đổi rõ rệt về công suất động cơ Công suất tăng 38.1 % so với động cơ sử dụng Diesel, hoặc 2.42% so với động cơ sử dụng Diesel bổ sung NH3 bằng 01 kim phun

C ông suấ t(W ) thời gian(ms)

Công suất 2 kim Công suất 1 kim Công suất diesel

Bảng 5.8 Kết quả tại số vòng quay diesel 1200v/ph 1 kim phun NH3 kéo tải 0.5Kw

Hình 5.23 trình bày ảnh hưởng của lượng NH3 đến công suất động cơ Diesel Lượng NH3 thay đổi bằng cách thay đổi thời gian phun từ 10 – 33ms hoặc tăng số lượng kim phun Khi sử dụng 1 kim phun, việc tăng thời gian phun NH3 làm tăng công suất động cơ khoảng 1.33 %

Công suất của động cơ 1200v/ph khi cấp NH3

Khi sử dụng 02 kim phun, lượng NH3 bổ sung tăng tương đối lớn nên có sự thay đổi rõ rệt về công suất động cơ Công suất tăng khoảng 39.5 % so với động cơ sử dụng Diesel nguyên chất, hoặc 0.52% so với động cơ sử dụng Diesel bổ sung NH3 bằng 01 kim phun

Thời gian phun (ms) Số vòng quay (n) Hiệu điện thế

Bảng 5.12 Kết quả tại số vòng quay diesel 1400v/ph 2 kim phun NH3 kéo tải 0.5Kw

Thời gian phun (ms) Số vòng quay (n) Hiệu điện thế

Hình 5.24 trình bày ảnh hưởng của lượng NH3 đến công suất động cơ Diesel Lượng NH3 thay đổi bằng cách thay đổi thời gian phun từ 10 – 25 ms hoặc tăng số lượng kim phun Khi sử dụng 1 kim phun, việc tăng thời gian phun NH3 làm tăng công suất động cơ khoảng 0.79%

Khi sử dụng 02 kim phun, lượng NH3 bổ sung tăng tương đối lớn nên có sự thay đổi rõ rệt về công suất động cơ Công suất tăng khoảng 21.35 % so với động cơ sử dụng Diesel nguyên chất, hoặc 3.41% so với động cơ sử dụng Diesel bổ sung NH3 bằng

C ông su ất (W ) thời gian(ms)

Công suất động cơ 1400v/ph khi cấp NH3

Số vòng quay 1 kim phun

Hình 5.25 trình bày ảnh hưởng của lượng NH3 đến công suất động cơ Diesel Lượng NH3 thay đổi bằng cách thay đổi thời gian phun từ 10 – 25ms hoặc tăng số lượng kim phun Khi sử dụng 1 kim phun, việc tăng thời gian phun NH3 làm tăng công suất động cơ khoảng 0.26%

Khi sử dụng 02 kim phun, lượng NH3 bổ sung tăng tương đối lớn nên có sự thay đổi rõ rệt về công suất động cơ Công suất tăng khoảng 5.96% so với động cơ sử dụng

Công suất động cơ 1500v/phút khi cấp NH3

Công suất 1 kim phun Công suất 2 kim phun Công suất diesel

Diesel nguyên chất, hoặc 0.77% so với động cơ sử dụng Diesel bổ sung NH3 bằng 01 kim phun

Công suất 1 kim Công suất 2 kim Công suất diesel

Hình 5.26 trình bày ảnh hưởng của lượng NH3 đến công suất động cơ Diesel Lượng NH3 thay đổi bằng cách thay đổi thời gian phun từ 10 – 20 ms và tăng số lượng kim phun Khi sử dụng 1 kim phun, việc tăng thời gian phun NH3 không làm thay đổi công suất động cơ

Khi sử dụng 02 kim phun, lượng NH3 bổ sung tăng tương đối lớn nên có sự thay đổi rõ rệt về công suất động cơ Công suất tăng khoảng 5.9 % so với động cơ sử dụng Diesel nguyên chất, hoặc 0.26% so với động cơ sử dụng Diesel bổ sung NH3 bằng 01 kim phun

5.5.1.7 Kết quả đo tại vòng tua diesel 1400v/ph tải 1Kw

Bảng 5.19 Thông số tại vòng tua diesel 1400v/ph kéo tải 1Kw

Vòng tua khi kéo tải(1Kw)

Bảng 5.20 Kết quả tại vòng quay diesel 1400v/ph 1kim phun NH3 kéo tải 1Kw

Bảng 5.21 Kết quả tại vòng quay diesel 1400v/ph 2 kim phun NH3 kéo tải 1Kw

Hình 5.27 Đồ thị công suất động cơ 1400v/ph khi cấp NH3 kéo tải 1Kw

Hình 5.27 trình bày ảnh hưởng của lượng NH3 đến công suất động cơ Diesel Lượng NH3 thay đổi bằng cách thay đổi thời gian phun từ 10 – 30ms và tăng số lượng kim phun Khi sử dụng 1 kim phun, việc tăng thời gian phun NH3 làm tăng công suất động cơ 3.14%

Khi sử dụng 02 kim phun, lượng NH3 bổ sung tăng tương đối lớn nên có sự thay đổi rõ rệt về công suất động cơ Công suất tăng 3.83% so với động cơ sử dụng Diesel, hoặc 0.64% so với động cơ sử dụng Diesel bổ sung NH3 bằng 01 kim phun

5.5.1.7 Kết quả đo tại vòng tua diesel 1500v/ph kéo tải 1Kw

Bảng 5.22 Thông số tại vòng tua diesel 1500v/ph kéo tải 1Kw

Công suất động cơ 1400v/ph khi cấp NH3 mức tải 1KW

Công suất 1 kim phun Công suất 2 kim phun Công suất diesel

Số vòng quay (n) Hiệu điện thế (U)

Số vòng quay (n) Hiệu điện thế (U) Cường độ dòng điện (I)

Hình 5.28 Đồ thị công suất động cơ 1500v/ph khi cấp NH3 kéo tải 1Kw

Hình 5.28 trình bày ảnh hưởng của lượng NH3 đến công suất động cơ Diesel Lượng NH3 thay đổi bằng cách thay đổi thời gian phun từ 10 – 30ms và tăng số lượng kim phun Khi sử dụng 1 kim phun, việc tăng thời gian phun NH3 làm tăng công suất động cơ 9.8%

Tiêu đề	Thử Nghiệm Nhiên Liệu Amoniac Trên Động Cơ Diesel
Tác giả	Hồ Viết An, Doãn Xuân Danh, Đặng Hoàng Lương
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Minh Tiến
Trường học	Đại học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	1,58 MB