thiết kế động cơ sử dụng nhiên liệu sạch

Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu sử dụng năng lượng nói chung và nhiên liệu nói riêng của con người tăng theo sự phát triển của xã hội. Các nguồn nhiên liệu hoá thạch (xăng, dầu, khí đốt ) dần cạn kiệt đang là vấn đề nóng bỏng của cả thế giới. Với mức tiêu thụ như hiện nay nếu không có giải pháp sử dụng năng lượng thay thế thì xăng dầu sẽ hết trong khoảng 40, 50 năm nữa. Bên cạnh đó, ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu của nhân loại đặc biệt giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm đáng kể do khí xả của động cơ. Sử dụng cồn làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong là hướng đi của nhiều nước trên thế giới trong thời gian gần đây. Việc sử dụng cồn với tỷ lệ ngày càng cao. Với đề tài “Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ DAEWOO 1.6L DOHC lắp trên xe DAEWOO Nubira 1.6. Dựa trên động cơ cơ sở là DAEWOO 1.6L DOHC chúng em đã thiết kế lại động cơ phù hợp cho việc sử dụng xăng sinh học E20. Cùng với việc áp dụng các phần mềm công nghệ vào trong quá trình tính toán, cụ thể chúng em dùng ở đây là phần mềm CATIA. Nhờ một số công cụ trên phần mềm này giúp cho chúng em có thể tối ưu hóa được mọi tính toán cho kết quả tương đối chính xác. Sau khi hoàn thành đề tài này đã giúp chúng em hệ thống lại được những kiến thức được tích lũy trong thời gian học tập ở trường và có cái nhìn thực tế hơn về ngành Cơ khí Động lực. Ngoài ra cũng qua đề tài này giúp chúng em hoàn thiện được nhiều kĩ năng về word, excel, autocad, và một số hiểu biết về cách sử dụng phần mềm thiết kế trong ngành. Xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Trung đã hướng dẫn chúng em rất tận tình cùng với các thầy cô trong khoa Cơ khí Giao thông đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em hoàn thành đề tài này. Đà Nẵng, ngày 04 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực hiện PHAN HOÀNG PHƯỜNG Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1. TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU HIỆN NAY 1.1.1 Tình hình sử dụng năng lượng trên thế giới Nhu cầu về năng lượng của Thế giới tiếp tục tăng lên đều đặn trong hơn hai thập kỷ qua. Nguồn năng lượng hóa thạch vẫn chiếm 90% tổng nhu cầu về năng lượng cho đến năm 2025. Nhu cầu đòi hỏi về năng lượng của từng khu vực trên Thế giới cũng không giống nhau. Tài liệu của Cơ quan Thông tin Năng lượng 2004 đã dự báo rằng nhu cầu tiêu thụ tất cả các nguồn năng lượng đang có xu hướng tăng nhanh. Giá của các năng lượng hóa thạch dùng cũng vẫn rẻ hơn so với các nguồn năng lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo hay năng lượng các dạng năng lượng hoàn nguyên khác. 1.1.2. Ảnh hưởng Các nguồn năng lượng hóa thạch trên Thế giới đang dần cạn kiệt, thêm nữa là những vấn đề môi trường nảy sinh trong quá trình khai thác đã dẫn đến việc khuyến khích sử dụng năng lượng hoàn nguyên để giảm bớt sự ô nhiễm môi trường tránh gây cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch. Nhưng do chưa có những điều luật cụ thể về vấn đề này, nên dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên vẫn được coi là nguồn nhiên liệu chủ yếu để nhằm thỏa 1 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. mãn những đòi hỏi về năng lượng và chính điều đó sẽ dẫn đến sựcạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch trong một thời gian không xa. Khi đề cập về tình hình dự trữ, khai thác hay sử dụng các nguồn năng lượng nhất là nguồn năng lượng hóa thạch trên Thế giới, chúng ta không thể bỏ qua những tác động trực tiếp cũng như gián tiếp của các hoạt động đó đối với môi trường. Hiện nay cũng như trong các thập kỷ sắp tới đây, việc làm sao để giảm thiểu khí nhà kính sinh ra trong quá trình sử dụng và đốt cháy năng lượng là một vấn đề vô cùng cấp thiết vì sự gia tăng lượng khí nhà kính sẽ gây ra sự thay đổi khí hậu toàn cầu do trái đất nóng lên và làm cho không khí trở nên ô nhiễm nặng nề. Chúng ta sẽ đề cập đến các yếu tố do việc tiêu thụ năng lượng tác động lên môi trường, khí quyển do đó làm tăng các chất gây ô nhiễm cho không khí như chì, sulfur oxides, nitrogen oxides, các vật chất hữu cơ không ổn định. Ở nhiều quốc gia còn quan tâm đến cả việc giảm lượng thủy ngân tạo ra trong quá trình sản xuất điện năng để tránh gây ô nhiễm đất, sông ngòi, ao hồ và đại dương. Tổng quan năng lượng năm 2004 (IEO2004) đã dự đoán về sự phát sinh khí thải CO 2 có liên quan tới năng lượng mà như đã nêu trên chủ yếu là khí thải carbon dioxide do con người gây ra trên toàn cầu. Căn cứ vào những kỳ vọng về tăng trưởng kinh tế khu vực và sự lệ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch, trong IEO2004 đã cho thấy sự thải khí carbon dioxide trên toàn cầu sẽ tăng nhanh hơn rất nhiều trong cùng một chu kỳ so với những năm 1990. Sự tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch tăng cao đặc biệt là ở những nước đang phát triển phải có trách nhiệm rất lớn đối với việc tăng rất nhanh lượng khí thải carbon dioxide bởi vì mức tăng trưởng kinh tế và sự gia tăng dân số cao hơn nhiều lần so với ở các nước công nghiệp hóa, mà cùng với nó sẽ là việc nâng cao mức sống, cũng như nhu cầu về năng lượng sử dụng trong quá trình công nghiệp hóa. Về lượng khí thải CO 2 trên toàn cầu, chúng ta có thể thấy rằng các nước đang phát triển sẽ chiếm đa phần trong việc sử dụng năng lượng trên Thế giới. Thải khí nhà kính nhiều nhất trong số những nước này chính là Trung Quốc, quốc gia có tốc độ tăng trưởng thu nhập bình quân đầu người cũng như sử dụng nhiên liệu hóa thạch cao nhất. Năm 2001, lượng khí thải CO 2 từ các nước công nghiệp hóa chiếm tới 49% toàn cầu, tiếp theo sau đó là các nước đang phát triển chiếm 38%, các nước Đông Âu và Liên Xô cũ chiếm 13%. Tới năm 2025, các nước công nghiệp hóa được dự đoán là sẽ thải ra một lượng khí CO 2 chiếm 42% của lượng khí thải toàn cầu, trong khi đó lượng CO 2 thải ra ở các nước đang phát triển là 46%, Đông Âu và Liên Xô cũ vào khoảng 12%. (Trong Thế giới công nghiệp hóa, hơn một nửa lượng khí thải CO 2 năm 2001 là do sử dụng dầu mỏ, tiếp theo đó 31% lượng khí thải là do sử dụng than. Theo dự báo qua từng giai đoạn thì dầu mỏ vẫn là nguồn nhiên liệu chủ yếu gây ra khí thải CO 2 ở các quốc gia công nghiệp hóa vì nó vẫn là một phần quan trọng được sử dụng trong ngành vận tải. Sử dụng khí tự nhiên và lượng khí thải sinh ra trong quá trình sử dụng cũng được dự đoán là sẽ tăng lên, đặc biệt trong ngành công nghiệp điện và có thể lượng khí thải sinh ra trong quá trình sử dụng khí tự nhiên sẽ lên tới 24% vào năm 2025. Dầu mỏ và than đã và đang được coi là năng lượng chính gây ra phần lớn lượng khí thải CO 2 ở các nước đang phát triển. Trung Quốc và Ấn Độ vẫn được cho là hai nước sử dụng nguồn than nội địa để dùng trong việc phát điện và các hoạt động công nghiệp. Hầu hết các khu vực đang phát triển vẫn sẽ tiếp tục sử dụng chủ yếu là dầu mỏ để đáp ứng các nhu cầu về năng lượng đặc biệt là năng lượng sử dụng trong lĩnh vực vận tải. 1.2. CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI 1.2.1.Pin nhiên liệu. Đây là kỹ thuật có thể cung cấp năng lượng cho con người mà không hề phát ra khí thải CO 2 (các bon điôxít) hoặc những chất thải độc hại khác. Một pin nhiên liệu tiêu biểu có thể sản sinh ra điện năng trực tiếp bởi phản ứng giữa hydro và ôxy. Hydro có thể lấy từ nhiều 2 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. nguồn như khí thiên nhiên, khí mêtan lấy từ chất thải sinh vật và do không bị đốt cháy nên chúng không có khí thải độc hại. Đi đầu trong lĩnh vực này là Nhật Bản. Quốc gia này sản xuất được nhiều nguồn pin nhiên liệu khác nhau, dùng cho xe phương tiện giao thông, cho ôtô hoặc cho cả các thiết bị dân dụng như điện thoại di động. 1.2.2.Năng lượng mặt trời Nhật Bản, Mỹ và một số quốc gia Tây Âu là những nơi đi đầu trong việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời rất sớm (từ những năm 50 ở thế kỷ trước). Tính đến năm 2002, Nhật Bản đã sản xuất được khoảng 520.000 kW điện bằng pin mặt trời, với giá trung bình 800.000 Yên/kW, thấp hơn 10 lần so với cách đây trên một thập kỷ. Nếu một gia đình người Nhật 4 người tiêu thụ từ 3 đến 4 kW điện/mỗi giờ, thì họ cần phải có diện tích từ 30- 40 m2 mái nhà để lắp pin. Nhật Bản phấn đấu đến năm 2010 sẽ sản xuất được hơn 8,2 triệu kW điện tử năng lượng mặt trời. 1.2.3. Năng lượng từ đại dương. Đây là nguồn năng lượng vô cùng phong phú, nhất là quốc gia có diện tích biển lớn. Sóng và thủy triều được sử dụng để quay các turbin phát điện. Nguồn điện sản xuất ra có thể dùng trực tiếp cho các thiết bị đang vận hành trên biển như hải đăng, phao, cầu cảng, hệ thống hoa tiêu dẫn đường v.v… 1.2.4.Năng lượng gió. Năng lượng gió được coi là nguồn năng lượng xanh vô cùng dồi dào, phong phú và có ở mọi nơi. Người ta có thể sử dụng sức gió để quay các turbin phát điện. Ví dụ như ở Hà Lan hay ở Anh, Mỹ. Riêng tại Nhật mới đây người ta còn sản xuất thành công một turbin gió siêu nhỏ, sản phẩm của hãng North Powen. Turbin này có tên là NP 103, sử dụng một bình phát điện dùng cho đèn xe đạp thắp sáng hoặc giải trí có chiều dài cánh quạt là 20 cm, công suất điện là 3 W, đủ để thắp sáng một bóng đèn nhỏ. 1.2.5. Dầu thực vật phế thải dùng để chạy xe. Dầu thực vật khi thải bỏ, nếu không được tận dụng sẽ gây lãng phí lớn và gây ô nhiễm môi trường. Để khắc phục tình trạng này, tại Nhật có một công ty tên là Someya Shoten Group ở quận Sumida Tokyo đã tái chế các loại dầu này dùng làm xà phòng, phân bón và dầu VDF (nhiên liệu diezel thực vật). VDF không có các chất thải ôxít lưu huỳnh, còn lượng khỏi đen thải ra chỉ bằng 1/3 so với các loại dầu truyền thống. 1.2.6. Năng lượng từ tuyết. Hiệp hội nghiên cứu năng lượng thiên nhiên ở Bihai của Nhật đã thành công trong việc ứng dụng tuyết để làm lạnh các kho hàng và điều hòa không khí ở những tòa nhà khi thời tiết nóng bức. Theo dự án này, tuyết được chứa trong các nhà kho để giữ nhiệt độ kho từ 0oC đến 4oC. Đây là mức nhiệt độ lý tưởng dùng để bảo quản nông sản vì vậy mà giảm được chi phí sản xuất và giảm giá thành sản phẩm. 1.2.7. Năng lượng từ sự lên men sinh học. Nguồn năng lượng này được tạo bởi sự lên men sinh học các đồ phế thải sinh hoạt. Theo đó, người ta sẽ phân loại và đưa chúng vào những bể chứa để cho lên men nhằm tạo ra khí metan. Khí đốt này sẽ làm cho động cơ hoạt động từ đó sản sinh ra điện năng. Sau khi quá trình phân hủy hoàn tất, phần còn lại được sử dụng để làm phân bón. 1.2.8. Nguồn năng lượng địa nhiệt. Đây là nguồn năng lượng nằm sâu dưới lòng những hòn đảo, núi lửa. Nguồn năng lượng này có thể thu được bằng cách hút nước nóng từ hàng nghìn mét sâu dưới lòng đất để chạy turbin điện. Tại Nhật Bản hiện nay có tới 17 nhà máy kiểu này, lớn nhất có nhà máy địa nhiệt Hatchobaru ở Oita Kyushu, công suất 110.000 kW đủ điện năng cho 3.700 hộ gia đình. 3 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. 1.2.9. Khí Mêtan hydrate. Khí Mêtan hydrate được coi là nguồn năng lượng tiềm ẩn nằm sâu dưới lòng đất, có màu trắng dạng như nước đá, là thủ phạm gây tắc đường ống dẫn khí và được người ta gọi là “nước đá có thể bốc cháy”. Metan hydrate là một chất kết tinh bao gồm phân tử nước và metan, nó ổn định ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao, phần lớn được tìm thấy bên dưới lớp băng vĩnh cửu và những tầng địa chất sâu bên dưới lòng đại dương và là nguồn nguyên liệu thay thế cho dầu lửa và than đá rất tốt. 1.3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.3.1. Nguồn gốc và phân loại nhiên liệu sinh học Theo dự tính lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa, đồng thời nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng. Giá dầu mỏ thường xuyên biến động và xu hướng chung là tăng nhanh là nguyên nhân làm giá cả trên thị trường tang theo. Việc tìm ra nhiên liệu mới thay thế dầu mỏ và ứng dụng nó đã trở thành mục tiêu của nhiều nghiên cứu. Nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (các sản phẩm của nông nghiệp) là một giải pháp tốt nhất khi nó không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà còn giải quyết vấn đề môi trường. Những nhiên liệu có nguồn gốc sinh học bao gồm: cồn (ethanol, methanol), biodiesel, biogas,… 1.3.2. Vai trò và xu thế phát triển của nhiên liệu sinh học Những ưu điểm của nhiên liệu sinh học: • Là nhiên liệu có thể tái sinh. • Thay thế được cho diesel, xăng. • Có thể sử dụng cho tất cả các phương tiện vận tải. • Giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. • Giảm chất thải của ống bô, bao gồm các khí độc. • Không độc, dễ bị phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường. • Sản xuất từ các sản phẩm nông nghiệp, hoặc từ các nguồn năng lượng tái sinh. • Dễ sử dụng nếu nắm được các qui định. Vì vậy mà việc sản xuất, ứng dụng nhiên liệu sinh học làm nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu truyền thống là vấn đề vô cùng quan trọng, là mục tiêu mà rất nhiều quốc gia đặt ra. 1.3.3. Cồn Ethanol Đặc tính của cồn có gốc OH, gốc này ảnh hưởng quyết định tới tính chất vật lý, hóa học của cồn.Cồn là hợp chất có gốc OH với gốc cacbua-hydro. Công thức hóa học chung là R- OH,trong đó Rà gốc H-C. Cồn ethanol (C 2 H 5 OH) và methanol (CH 3 OH) là hợp chất giữa etan (CH 4 ) và metan (C 2 H 5 )với OH, công thức rượu có thể viết như sau C n H 2n+1 OH. Phân tử methanol và ethanol có gốc R nên nó thuộc rượu bậc 1. Với số nguyên tử các bon như nhau, so sánh cồn với cacbua-hydro khác thì cồn có đặc điểm : phân tử lượng, trọng lượng,điểm sôi nhiệt độ bay hơi, điểm sôi, ở áp suất thường đều cao với lý do như sau : -Phân tử lượng và tỷ trọng cao hơn là do phân tử cồn có thêm nguyên tử Oxy. -Điểm sôi và nhiệt độ bay hơi cao hơn là do mối liên kết giữa Oxy và Hydro. Loại liên kết giữa Oxy và Hydro là loại liên kết hydro hoặc loại liên kết phân tử cực, bởi vậy giữa các phân tử tồn tại liên kết ngược. Quá trình liên kết có cực sẽ bị yếu khi tang nhiệt độ. Vì thế muốn bay hơi cồn thì chúng ta phải cung cấp một nhiệt lượng làm yếu mối liên kết này. -Cồn ở dạng lỏng thì hàm lượng cácbon ít, cho nên có thể hòa tan hoàn toàn trong nước. Sở dĩ như vậy là phân tử cồn và phân tử nước có tồn tại liên kết phân tử có cực.Nếu hàm 4 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. lượng cacbon nhiều thì gốc R tang lên nó sẽ làm cản trở liên kết phân tử có cực giữa cồn và nước. Việc này dẫn đến việc cồn có số lượng nguyên tử cacbon trong phân tử càng lớn thì khả năng hòa tan vào nước giảm đi. Do vậy khả năng hòa tan vào nước của methanol trong nước lớn hơn ethanol. Ngược lại nế lượng OH trong hân tử cồn càng nhiều thì ái lực liên kết giữa cồn và nước tăng lên nên có thể càng hòa tan vào nước. Về mặt này thì methanol va ethanol giống nhau vì có cùng một gốc OH. Những đặc tính lý hóa làm cho cồn có khả năng thay thế xăng và dầu diesel. Bảng 1-1 Thông số lý hóa của nhiên liệu [9] Đặc tính lý hóa Diesel Xăng Ethanol 95% Methanol 95% Khối lượng riêng 0,83 0,75 0,78 0,79 Nhiệt bay hơi (KJ/Kg) ở 1 at, 25oC 230 350 840 1103 Nhiệt trị (KJ/Kg) 43800 44000 26900 21400 Khối lượng không khí cần thiết để đốt cháy lượng nhiên liệu (g không khí/g nhiên liệu) 14,40 14,46 8,96 6,44 Lượng nhiên liệu cần thiết ứng với 1 đơn vị không khí (g không khí/g nhiên liệu) 0,069 0,068 0,111 0,155 Chỉ số Octan (theo RON) 20 98 106 110 Chỉ số cetan 50 15 5 0 Tỷ số nguyên tử H/C 1,842 2,035 2,975 3,968 Tỷ số khối lượng H/C 0,155 0,171 0,250 0,333 Tỷ số nhiệt trị H/ nhiệt trị nhiên liệu 0,353 0,376 0,468 0,540 Tỷ số nhiệt trị HH/HC 0,546 0,603 0,881 1,175 Thành phần hóa học % H 13,4 14,6 13,04 12,5 % C 86,6 85,4 52,18 37,5 % O 0,00 0,00 34,78 50 1.3.4. Khả năng dùng cồn thay thế xăng. Nhiệt trị khối lượng của Ethanol nhỏ hơn xăng và dầu diesel khoảng 1,64 lần. Nhưng nhiệt trị của hỗn hợp Ethanol + xăng + không khí chỉ nhỏ hơn nhiệt trị của hỗn hợp xăng + không khí khoảng 5% ( do lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg Ethanol ít hơn xăng khoảng 38%). Vậy xét khi hệ số dư lượng không khí như nhau thì khi dùng Ethanol làm nhiên liệu động cơ giảm công suất rất ít. Thực ra thì dùng cồn bằng cách đặt bộ chế hòa khí trên đường ống nạp thì nhiệt ẩn bay hơi của cồn lớn hơn xăng 1,67 lần nên nhiệt độ dòng khí nạp thấp hơn so với khi dùng xăng cho nên ta nạp vào xylanh một lượng nạp nhiều hơn so với khi dùng xăng, điều này có thể làm cho công suất động cơ dùng cồn lớn hơn xăng. Chỉ số RON của Ethanol là 106, lớn hơn xăng A92, A95 rất nhiều. Rõ ràng cồn là loại nhiên liệu có tính chất chống kích nổ tốt hơn động cơ xăng. Trong thành phần cồn ethanol chỉ có 53,8% các bon và có đến 34,75% oxy. Còn trong xăng có tới 86,6% cacbon và không có oxy.Do vậy khi đốt cháy trong buồng cháy động cơ đốt trong thì lượng CO của hàm lượng khí thải khi dùng cồn sẽ ít hơn so với khi dùng xăng, khí thải hầu như không có bồ hóng. Khi dùng cồn lượng HC có tăng lên do không khí và thành xylanh bị thu nhiệt cục bộ do cồn bay hơi, tại những nơi không cháy lượng 5 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. HC tăng lên. Lượng NOX giảm 5-10%, chủ yếu do nhiệt độ cháy thấp và thời gian đỉnh ngọn lửa ngắn. Lượng oxy trong cồn khá nhiều ảnh hưởng tốt đến sự đốt cháy nhiên liệu vì phân tử cồn đã có phân tử oxy “tại chỗ “ để đốt cháy C và H. Với những đặc trưng trên cồn có thể thay thế xăng là hoàn toàn có thể. Nhưng việc thay thế hoàn toàn cồn cho xăng thì lại nảy sinh vấn đề mới : theo các nhà chuyên môn ngành xăng dầu cho rằng việc tồn trữ lâu ngày sẽ sinh ra hiện tượng đóng nhựa trong bồn xăng. Do vậy cần phải có những cải tiến phù hợp với hệ thống nhiên liệu hoặc ở kết cấu động cơ. 1.4. KHẢ NĂNG PHỐI HỢP CỒN XĂNG Trước đây người ta dùng xăng pha chì để tăng tính chống kích nổ cho động cơ, nhưng công nghệ này gây độc hại rất lớn đối với môi trường…Gần đây, người ta đã chuyển sang dùng loại xăng không pha chì có tính chống kích nổ cao, nhưng lại gặp rắc rối mới là phải dùng công nghệ cao phức tạp và đắt tiền hơn để sản xuất xăng hoặc phải sử dụng thành phần mới trong xăng cũng gây độc hại không kém gì chì. Mà ta được biết chỉ số RON của Ethanol là 106, lớn hơn xăng A92, A95 rất nhiều cho nên cồn là loại nhiên liệu có tính chất chống kích nổ tốt hơn động cơ xăng. Như vậy khả năng chống kích nổ khi sử dụng hỗn hợp xăng-cồn là một ưu điểm nổi bật khi sử dụng hỗn hợp này. Người ta đã làm thí nghiệm và thấy rằng : cứ pha thêm mỗi 7% cồn vào xăng thì tăng tỉ số RON lên 1,2 đơn vị hoặc tăng chỉ số MON lên 1,7 đơn vị. Việc pha cồn vào xăng là giải pháp mà các nhà khoa học ủng hộ vì đây là một giải pháp “sạch “ không gây ô nhiễm môi trường. Chỉ số octan cao của ethanol còn cho phép tăng tỷ số nén của động cơ dùng hỗn hợp ngoài lên tới 13. 1.5. YÊU CẦU KHI SỬ DỤNG E20 TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. Khi sử dụng xăng E20 trong động cơ đốt trong do tính chất của etanol có tính ôxy hóa do hàm lượng oxy trong cồn cao nên chúng ta cần chú ý đến đường ống dẫn nhiên liệu, các đệm, các roăng làm kín Nó sẽ dễ bị phá hỏng làm giảm công suất động cơ, thậm chí có thể động cơ không hoạt động được. Đặc điểm động cơ khi dùng hỗn hợp nhiên liệu xăng pha cồn : 1.5.1. Tỷ số nén của động cơ. Động cơ sử dụng hỗn hợp cồn xăng cho phép tăng tỷ số nén của động cơ, mức độ tăng tỷ số nén phụ thuộc vào tỷ lệ cồn trong hỗn hợp. Biện pháp tăng tỷ số nén động cơ có thể là : giảm chiều dày đệm quy lát, sử dụng xupap lồi, sử dụng piston lồi và biện pháp hỗn hợp. 1.5.2. Ăn mòn và làm hư hại chi tiết. Khi sử dụng hỗn hợp cồn xăng cho động cơ, sự hình thành axit hữu cơ : Axít Axetic làm ăn mòn kim loại và làm hư hại các chi tiết phi kim loại trong hệ thống nhiên liệu. Động cơ cần sử dụng biện pháp giảm ăn mòn và làm hư hại chi tiết. Có thể sử dụng phụ gia vào nhiên liệu để giảm ăn mòn. Một số chất để khống chế sự ăn mòn trong động cơ như : Octel DCI-11, Petrolite 3222 và 3224, Nalco 5403, Endcor FE-9730, MidContiental MCC5011E, … 1.5.3. Đặc điểm đường ống nạp. Do nhiệt ẩn của cồn lớn, nên khi sử dụn hỗn hợp với tỷ lệ cồn cao nhiệt độ đường ống nạp rất thấp, điều này làm ảnh hưởng đến tính bay hơi của nhiên liệu.Vì vậy đường ống nạp động cơ sử dụng hỗn hợp xăng cồn cần phải được sấy nóng. 1.5.4. Tính bay hơi của hỗn hợp Tính bay hơi hỗn hợp phụ thuộc vào tỷ lệ cồn trong hỗn hợp, kết quả phân tích tại phòng thí nghiệm Hóa dầu, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đường cong bay hơi của 6 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. E10 đến E50 có điểm bay hơi là 10% gần giống vứi xăng. Điều này có nghĩa là hỗn hợp E10 đến E50 có thể làm hỗn hợp khởi động. Điểm bay hơi 50% đến 100% của hỗn hợp đều thấp hơn xăng, do vậy khả năng tăng tốc và tính cháy của hỗn hợp tốt hơn xăng. 1.5.5. Tỷ trọng và độ nhớt hỗn hợp Tỷ trọng của hỗn hợp cồn xăng cao hơn xăng nên tính lưu động của hỗn hợp cồn xăng sẽ kém hơn xăng. -Khởi động : đường cong bay hơi của E10 đến E50 có điểm bay hơi 10% gần giống với xăng. Tuy nhiên khả năng làm lạnh của cồn khi bay hơi rất lớn nên hỗn hợp khởi động phải nhỏ hơn 20%. -Công suất và tăng tốc : do nhiệt trị thấp, độ nhớt cao, khối lượng riêng lớn nên để đảm bảo công suất và tăng tốc tốt cần phải làm gíc lơ khi sử dụng hỗn hợp lớn hơn. -Tiêu hao : do nhiệt trị của cồn thấp nên tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng hỗn hợp cồn xăng là cao hơn so với dùng xăng. -Ô nhiễm : các chất ô nhiễm thải ra do đốt cồn là thấp hơn xăng. -Ăn mòn : ăn mòn kim loại (thùng chứa) xảy ra đối với kỹ thuật do có axit. Đối với cồn thông dụng ăn mòn kim loại là rất ít, do cồn thông dụng đã khử axit. Như vậy mòn kim loại có thể được giải quyết triệt để nếu trung hòa được nồng độ axit trong hỗn hợp. Theo phân tích trên thì chọn hỗn hợp khởi động có tỷ lệ cồn nhỏ 15%. 1.5.6. Vấn đề ô nhiễm khí thải khi sử dụng hỗn hợp cồn xăng. Khi dùng hỗn hợp cồn xăng thì việc thải CO và HC là rất thấp và NOx là gần như không đổi so với dùng xăng. Trong cồn có chứa oxy, do vậy khi cháy nó sẽ tự cung cấp oxy cho nhiên liệu làm sản phẩm cháy trung gian CO chuyển thanh CO 2 nhiều hơn. Đồng thời, trong nhiên liệu có chứa nhiều Hydro thì lượng tương đối C sẽ giảm. Động cơ sử dụng hỗn hợp có tỷ số nén cao nên trạng thái nhiệt động cơ cao. Điều này làm cho sự chuyển hóa CO thành CO 2 và H2C thành H2O dễ dàng hơn. 7 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. Chương 2. KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ DAEWOO 1.6L DOHC. 2.1.ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DAEWOO 1.6L DOHC. 2.1.1. Các thông số kỹ thuật của động cơ DAEWOO 1.6 DOHC Hình 2-1 Tổng thể động cơ DAEWOO 1.6L DOHC Động cơ Dual Overhead Cam L- 4 1.6L DOHC được lắp trên ôtô NUBIRA do hãng DAEWOO, Hàn Quốc sản xuất năm 2001 : là loại động cơ ôtô khá thông dụng được sử dụng ở Việt Nam hiện nay. Đây là động cơ đánh lửa cưỡng bức dùng hệ thống phun xăng điện tử, động cơ 4 xylanh thẳng hàng, thứ tự làm việc 1-3-4-2. Mỗi xylanh có 4 xupap hai xupap nạp và hai xupap thải, được điều khiển bởi hai trục cam và các bộ phận phân phối khí. Bơm nhiên liệu dùng loại động cơ điện một chiều và bình chứa nhiên liệu có dung tích 62 lít. Bảng 2-1 Các thông số động cơ DAEWOO 1.6L DOHC Thông số Đơn vị Giá trị Công suất cực đại động cơ KW 79 Số vòng quay Vg/ph 6000 Tỷ số nén 9,5 Đường kính xilanh mm 79 Hành trình piston mm 81,5 Tham số kết cấu 0,24 Áp suất cực đại MN/m2 7,1 Thứ tự làm việc 1-3-4-2 Hệ thống nhiên liệu Phun đa điểm Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cacte ướt Dung tích của động cơ cm3 1,598 8 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. Hệ thống nạp Không tăng áp Hệ thống phân phối khí DOHC Loại nhiên liệu Xăng 2.1.2.Đặc điểm của động cơ DAEWWOO 1.6L DOHC 2.1.2.1. Thân máy Thân máy cùng với nắp xy lanh là nơi nắp đặt và bố trí hầu hết các cụm, các chi tiết của động cơ. Cụ thể trên thân máy bố trí xy lanh, hệ trục khuỷu, và các bộ phận truyền động để dẫn động các cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm nước, bơm dầu, quạt gió… Hình 2-2 Thân máy 1.6L DOHC DAEWOO Thân máy của động cơ là loại thân xy lanh - hộp trục khuỷu. Khối thân xy lanh của động cơ được chế tạo liền với nửa trên hộp trục khuỷu theo hình thức vỏ thân xy lanh chịu lực. Thân máy của động cơ được chế tạo bằng gang đúc, có tính dẫn nhiệt tốt. 2.1.2.2.Nắp máy Nắp xy lanh của động cơ DAEWOO 1.6L DOHC là một dạng nắp chung một khối cho 4 xy lanh. Nó được chế tạo bằng hợp kim nhôm, có ưu điểm là nhẹ, tản nhiệt tốt, giảm được khả năng kích nổ. Nắp được lắp với thân máy qua đệm nắp máy bằng các bu lông. 9 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6. Hình 2-3 Nắp máy DAEWOO 1.6L DOHC Nắp xy lanh cùng với pít tông và xy lanh tạo thành buồng cháy, buồng cháy động cơ DAEWOO 1.6L DOHC có dạng đỉnh lõm. Nhiều bộ phận của động cơ được nắp trên nắp xy lanh như vòi phun, cụm xu páp… Ngoài ra trên nắp xy lanh còn bố trí các đường nạp, đường thải, đường nước làm mát, đường dầu bôi trơn… Do đó kết cấu của nắp xy lanh rất phức tạp. Điều kiện làm việc của nắp xy lanh rất khắc nhiệt như nhiệt độ cao, áp suất khí thể rất lớn và bị ăn mòn hoá học bởỉ các chất ăn mòn trong sản phẩm cháy. Nắp che đậy quy lát bằng nhôm trọng lượng nhẹ. Có một nơi mở rộngđể đổ dầu được chế tạo trên dãy bên trái nắp đậy quy lát được sử dụng để đổ đầy dầu động cơ nhằm cải thiện bảo trì động cơ. Gioăng nắp máy (quy lát) là những lá thép mỏng được sử dụng để nâng cao độ kín khít, hiệu suất và độ bền. Nắp máy được làm bằng nhôm. Bugi được đặt ở trung tâm của buồng cháy cốt để cải thiện hiệu suất và chống va chạm với động cơ. Các cửa nạp nằm ở bên trong và các cửa thải nằm bên ngoài của dãy xi lanh bên trái và phải một cáchtương ứng. Cửa nạp thẳng đứng được sử dụng để cải thiện hiệu quả (khả năng) nạp. 2.2. MỘT SỐ CHI TIẾT, CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ DAEWOO 1.6L DOHC 2.2.1. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 2.2.1.1. Nhóm piston Các chi tiết của piston bao gồm : Piston, các xéc măng khí, xéc măng dầu, chốt piston và các chi tiết khác. * Piston 10 [...]... 21 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6 2.3.4 Hệ thống nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu có sự điều khiển cắt nhiên liệu được sử dụng để ngăn chặn bơm nhiên liệu khi các túi khí SRS được triển khai trong khi có va chạm phía trước hoặc phía bên của xe Kim phun nhiên liệu loại 12 lỗ nhỏ gọn được sử dụng để cải thiện việc làm tơi nhiên liệu. .. của động cơ sử dụng kiểu bơm bánh răng ăn khớp trong 16 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6 Hình 2-14 Bơm bánh răng ăn khớp trong Kiểu bầu lọc được dùng là kiểu bầu lọc cơ khí loại bầu lọc thấm dùng tấm kim loại Ở chế độ nhiệt làm việc ổn định của động cơ, nhiệt độ của dầu bơi trơn cần nằm trong giới hạn 80 ÷ 900C Nhưng trong sử dụng. .. liệu Đường ống cung cấp nhiên liệu làm bằng nhựa được sử dụng để thực hiện tiết kiệm trọng lượng Việc kết nối nhanh chóng được sử dụng để kết nối các đường nhiên liệu cho dễ bảo trì Một bình nhiên liệu nhiều lớp bằng nhựa được sử dụng để giải quyết vấn đề mơi trường Chương 3 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM CATIA VÀ PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ỨNG DỤNG TRONG TÍNH TỐN CƠ HỌC 3.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CÁC TÍNH NĂNG... dùng trong thiết kế các gân tăng cứng hay gân chịu lực của vật thể một cách nhanh chóng ( hình 3-17 ) 28 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6 Hình 3-17 Tạo gân chịu lực bằng lệnh Stiffener 3.1.4 Trình ứng dụng lắp ráp asembly design 3.1.4.1 Tính năng của Assembly Design Trong thiết kế máy hoặc một hệ thống thiết bị, người thiết kế thường... Assembly Design 29 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6 3.1.4.2 Phương pháp, trình tự thiết kế bản vẽ lắp trong Assembly Design Sau khi thiết kế nên các chi tiết chúng ta sẽ sử dụng tính năng của trình ứng dụng lắp ráp Assembly để xây dựng nên mơ hình lắp ráp 3D nhanh chóng, cùng với những thuộc tính cho phép gán vật liệu vào sản phẩm... Cơng cụ để sắp đặt vị trí những phần tử cơ bản, vẽ các sơ đồ, thiết lập các liên kết logic giữa các phần tử và điều khiển chúng - Catia piping and tubing: Hình 3-10 Mơ hình thể hiện khả năng thiết kế đường ống Thiết kế những tuyến ống dẫn phức tạp, tốn tử logic với vật thể, thăm dò va chạm… (hình 3-10) 25 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira... steelwak: Cơng cụ tổ hợp cho thiết kế các sản phẩm phức tạp có tính chất vật liệu khác nhau (hình 3-11) Hình 3-11 Mơ hình tạo bằng Structural design and Stellwak 3.1.3 Thiết kế chi tiết 3D trong modul part design Để thiết kế ra một sản phẩm 3D người thiết kế có thể bắt đầu bằng những đường cơ sở khác nhau nhưng đều phải bắt đầu từ sketcher cơ bản rồi từ đó xuất sang 3D để sử dụng những cơng cụ sẵn có thiết. .. quay về phía đầu động cơ 2.2.1.2 Trục khủyu - Vai trò của trục khuỷu: trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mơmen quay kéo các máy cơng tác và nhận năng lượng của bánh đà, sau đó truyền cho thanh truyền và piston thực hiện q trình nén cũng như trao đổi khí trong xy lanh Hình 2-7 Cấu tạo trục khuỷu động cơ DAEWOO 1.6L DOHC 13 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC... Profile.(hình 3.4) Hình 3-4 Mơ hình hóa vật thể Hình 3-5 Mơ phỏng động học 23 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6 - Catia kinematics : Giúp xác định cấu trúc động học của cơ cấu, mơ phỏng và phân tích chuyển động, xác định vận tốc và gia tốc của các chi tiết, cơ cấu, đường chuyển động và giải quyết các bài tốn va chạm (hình 3-5) - Catia image... 1 34 Thiết kế động cơ sử dụng xăng sinh học trên cơ sở động cơ Daewoo 1.6l DOHC lắp trên xe Daewoo Nubira 1.6 0,0 1 ξ vr 1 0,0 1 η η η 1 ,1 /2 /2 1 /2 1 /2 1 ,2 /3 /3 2 ,1 /3 /3 2 /3 1 /3 1 /3 2 /3 3.2.6.3 Phần tử qui chiếu ba chiều Phần tử tứ diện: ξ Phần tử bậc nhất Phần tử bậc hai Phần tử bậc ba vr 0,1,0 0,0,0 0,0,1 ξ vr 0,1,0 0,0,1 vr ζ η η 1,0,0 ζ 1,0,0 ξ η ζ 0,1,0 35 Thiết kế động cơ sử dụng . tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng em hoàn thành đề tài này. Đà Nẵng, ngày 04 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực hiện PHAN HOÀNG PHƯỜNG Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC 1.1. TÌNH HÌNH. tăng trưởng thu nhập bình quân đầu người cũng như sử dụng nhiên liệu hóa thạch cao nhất. Năm 2 001, lượng khí thải CO 2 từ các nước công nghiệp hóa chiếm tới 49% toàn cầu, tiếp theo sau đó là. Xô cũ vào khoảng 12%. (Trong Thế giới công nghiệp hóa, hơn một nửa lượng khí thải CO 2 năm 2 001 là do sử dụng dầu mỏ, tiếp theo đó 31% lượng khí thải là do sử dụng than. Theo dự báo qua từng