Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CUNG CẤP ĐẾN ĐẶC TÍNH PHÁT THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125-2 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP CNG - DIESEL S K C 0 9 MÃ SỐ: T2015 - 53TD S KC 0 8 Tp Hồ Chí Minh, 2015 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CNG 1.1 Nhiên liệu tình trạng ô nhiễm môi trường 1.2 Khí thiên nhiên nén CNG – Nguồn nhiên liệu thay phù hợp 1.2.1 Trữ lượng tình hình khai thác 1.2.2 Tính chất vật lý khí CNG 1.2.3 Đặc tính kỹ thuật khí CNG 1.2.4 Ưu nhươ ̣c điể m CNG CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC ỨNG DỤNG VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KÉP ĐÃ CÓ 10 2.1 Tình hình ứng dụng nhiên liệu CNG ô tô 10 2.2 Các phương pháp chuyển đổi động xăng – diesel có sang sử dụng CNG 14 2.2.1 Chuyể n đổ i đô ̣ng xăng sang đô ̣ng sử du ̣ng hoàn toàn bằ ng CNG 14 2.2.2 Chuyể n đổ i đô ̣ng xăng thành đô ̣ng sử du ̣ng xăng – CNG 15 2.2.3 Chuyể n đổ i đô ̣ng diesel sang sử du ̣ng khí CNG , đố t cháy hỗn hơ ̣p nhờ tia lửa điê ̣n của bugi 16 2.2.4 Chuyể n đổ i đô ̣ng diesel sang hoa ̣t đô ̣ng bằ ng nhiên liệu kép CNG –Diesel 17 2.3 Các phương pháp cung cấp nhiên liệu động nhiên liệu kép 20 2.3.1 Cung cấ p khí CNG cho đô ̣ng sử du ̣ng bô ̣ hòa trô ̣n 20 2.3.2 Cung cấ p CNG cho đô ̣ng sử du ̣ng bô ̣ hòa trô ̣n kết hơ ̣p với van tiết lưu van công suấ t 21 2.3.3 Cung cấ p CNG cho đô ̣ng bằ ng phương pháp phun CNG đường nạp 22 2.3.4 Cung cấ p CNG cho đô ̣ng bằ ng phương pháp phun CNG trực tiếp vào buồ ng cháy 23 2.4 Chọn phương án cung cấp nhiên liệu cho động VIKINO RV125-2 24 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU COMMON RAIL DIESEL INJECTION (CRDI) VÀ CNG TRÊN ĐỘNG CƠ VIKYNO RV125-2 26 3.1 Thông số kỹ thuật động VIKYNO RV125-2 26 3.1.1 Thông số kỹ thuật động 27 3.1.2 Đồ thị đặc tính động 28 3.2 Thiết kế hệ thống nhiên liệu CRDI CNG 28 3.2.1 Phương án thiết kế 28 3.2.2 Xây dựng mô hình hệ thống 30 3.2.3 Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel CRDI 32 3.2.3.1 Bơm cao áp HP3 32 3.2.3.2 Ống phân phối cảm biến áp suất 34 3.2.3.3 Kim phun diesel 35 3.2.4 Thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG 35 3.2.4.1 Bình chứa van điện từ cấp CNG 35 3.2.4.2 Bộ giảm áp CNG 36 3.2.4.3 Kim phun CNG 36 3.2.5 Thiết kế, lắp đặt cụm cảm biến tín hiệu đầu vào 37 3.3 Mô hình toán học xác định thông số hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel 38 3.3.1 Lượng nhiên liệu cung cấp cho xylanh chu trình công tác 38 3.3.2 Lượng nhiên liệu lý thuyết bơm phải cung cấp để bảo đảm cho động hoạt động 39 3.3.3 Thiết lập phương trình động lực học khí CNG qua van tiết lưu 40 3.3.4 Thiết lập điều kiện biên cho hệ thống phun nhiên liệu khí CNG điều khiển điện tử 41 3.4 Xây dựng mô hình thuật toán hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNGDiesel 42 3.4.1 Thuật toán điều khiển chung điều khiển (ECU) 42 3.4.2 Lập trình điều khiển phun CNG-Diesel 43 3.5 Thiết kế mạch điều khiển 45 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM ĐO CÔNG SUẤT VÀ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ VIKYNO RV 125-2 SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU KÉP CNG- DIESEL 46 4.1 Đặt vấn đề 46 4.2 Mô hình thực nghiệm 47 4.2.1 Sơ đồ hệ thống thực nghiệm: 47 4.2.2 Cân nhiện liệu diesel 48 4.2.3 Cân nhiên liệu CNG 48 4.2.4 Hệ thống băng thử động tĩnh xylanh 48 4.2.5 Thiết bị đo khí thải 49 4.2.6 Máy phân tích độ mờ khói 49 4.3 Kết thực nghiệm 50 4.3.1 Thực nghiệm đánh giá đặc tính mô-men công suất động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 50 4.3.2 Thực nghiệm đánh giá đặc tính phát thải động sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 54 4.3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ CNG/diesel đến đặc tính phát thải động 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 : Mức độ chất độc hại nhiên liệu (EIA-1998) Bảng 1.2: Tier Emission Tiêu chuẩn động lên đến 560 kW Bảng 1.3: Giai đoạn III IV - Tiêu chuẩn phát thải cho động Diesel Nonroad Bảng 1.4: Giai đoạn IV - Tiêu chuẩn phát thải cho động Diesel Nonroad Bảng 1.5: Những nước có trữ lượng khí thiên nhiên lớn giới năm 2013 Bảng 6: Đặc tính kỹ thuật CNG Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật động VIKYNO RV125-2 27 Bảng 3.2 Thông số cảm biến áp suất nhiên liệu diesel 34 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật bình chứa CNG 36 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật giảm áp 36 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật kim phun CNG 37 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật thiết bị đo khí xả HG-520: 49 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật thiết bị đo độ mờ khói AVL Dismoke: 50 Bảng 4.3 Kết đo mô-men công suất động thực nghiệm 51 Bảng 4.4 Kết đo mô-men công suất động thực nghiệm 52 Bảng 4.5: Mức độ phát thải CO động RV 125-2 54 Bảng 4.6: Mức độ phát thải HC động RV 125-2 55 Bảng 4.7: Mức độ phát thải Opacity động RV 125-2 56 Bảng 4.8: Độ mờ khói (%), CO (%) động tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% theo tỷ lệ % CNG 58 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Bản đồ phân bố bể trầm tích thềm lục địa nước ta Hình 1.2: Một trạm nạp CNG hoạt động Việt Nam Hình 2.1: Honda Civic GX 1.8L chạy hoàn toàn CNG 11 Hình 2.2: Mẫu xe Ford F150 chạy hoàn toàn CNG 11 Hình 2.3: Mẫu xe Volkswagen Eco-Up Bi-fuel 12 Hình 2.4: Mẫu xe Audi A3 Sportback G-Tron sử dụng nhiên liệu CNG 13 Hình 2.5: Xe Bus chạy CNG IVECO 13 Hình 2.6: Xe đầ u kéo chạy dual fuel của IVECO 14 Hình 2.7:Một hệ thống nhiên liệu CNG đơn điển hình 14 Hình 2.8: Hệ thống nhiên liệu kép xăng-CNG 15 Hình 2.9: Động diesel chuyển đổi sang hoạt đô ̣ng 100% CNG 16 Hình 2.10: Ảnh hưởng tốc đô ̣ quay đô ̣ng đến áp suấ t xilanh 17 Hình 2.11: Sơ đồ mô tả hệ thống nhiên liệu kép CNG-diesel 18 Hình 2.12: Cung cấ p khí CNG dùng bô ̣ hòa trô ̣n 20 Hình 2.13: Cung cấ p khí CNG dùng bô ̣ hoà trô ̣n kết hơ ̣p van tiết lưu 21 Hình 2.14: Cung cấ p khí CNG bằ ng phương pháp phun đường nạp 22 Hình 2.15: Cung cấp khí CNG phương pháp phun trực tiếp 23 Hình 2.16: Sơ đồ hệ thống sử dụng nhiên liệu kép Diesel-CNG điển hình 24 Hình 3.1: Động VIKYNO RV125-2 26 Hình 3.2: Đồ thị đặc tính động 28 Hình 3.3: Hệ thống nhiên liệu cũ động VIKYNO RV125 29 Hình 3.4: Sơ đồ thiết kế hệ thống common rail động Vikyno RV 125-2 29 Hình 3.5: Bố trí song song hai hệ thống nhiên liệu CRDI CNG 30 Hình 3.6: Mô hình hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel 31 Hình 3.7: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử điều khiển trình cung cấp hệ thống nhiên liệu kép CNG-diesel 32 Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống dẫn động bơm cao áp HP3 vị trí lắp 33 Hình 3.11: Kim phun nhiên liệu diesel vị trí lắp đặt 35 Hình 3.12: Bình chứa làm vật liệu composite van điện từ cấp CNG 35 Hình 3.13: Bộ giảm áp khí CNG 36 Hình 3.14: Kim phun CNG 37 Hình 3.15: Các cảm biến lắp động 38 Hình 3.16: Sơ đồ điều khiển chung ECU 43 Hình 3.17: Giản đồ thời điểm phun nhiên liệu kép CNG-diesel 44 Hình 3.18: Sơ đồ mạch điều khiển tổng thể 45 Hình 4.1: Mô hình động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel 47 Hình 4.2: Sơ đồ thực nghiệm động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép 47 Hình 4.3: Cân điện tử Vibra 48 Hình 4.4: Cân nhiên liệu CNG 48 Hình 4.5: Hệ thống băng thử động tĩnh 49 Hình 4.6: Thiết bị phân tích khí xả Heshbon HG-520 49 Hình 4.7: Thiết bị AVL Dismoke 4000 50 Hình 4.8: Công suất động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 51 Hình 4.9: Mô-men động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 52 Hình 4.10: Công suất động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 53 Hình 4.11: Mô-men động thực nghiệm VIKYNO RV125-2 53 Hình 4.12: Biểu đồ nồng độ CO động RV 125-2 chế độ 55 Hình 4.13: Biểu đồ nồng độ HC động RV 125-2 chế độ 56 Hình 4.14: Biểu đồ độ mờ khói động RV 125-2 chế độ 57 Hình 4.15: Độ mờ khói tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% động theo tỷ lệ % CNG sử dụng 58 Hình 4.16: Nồng độ CO tốc độ 1.800 v/ph, tải 100% động theo tỷ lệ % CNG sử dụng 59 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Diễn giải CNG Compressed Natural Gas (khí thiên nhiên nén) LPG Liquefied Petroleum Gas (khí hóa lỏng) LNG Liquefied Natural Gas (khí thiên nhiên hóa lỏng) DO Diesel CRDI Common Rail Diesel Injection EPA Environmental Protection Agency (Cơ quan bảo vệ môi trường) EIA Energy Information Administration (Cơ quan quản lý thông tin lượng) SCV Suction Control Valve (Van điều khiển lượng nhiên liệu nạp) ECU Electronic Control Units φ Góc quay trục khuỷu n Tốc độ động ge Suất tiêu hao nhiên liệu động ASN Áp suất nén A/F Air/Fuel (tỷ số hỗn hợp không khí/nhiên liệu) Me Momen động Ne Công suất động t Thời gian CO2 Carbon Dioxide CO Carbon Monoxide NOx Nitrogen Oxides SO2 Sulfur Dioxide PM Particulates Matter (độ mờ khói) Hg Mercury QT Quantity ( mức tải) HC Hydro Carbure LHV Low Heating Value (nhiệt trị thấp) TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày 15 tháng 11 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKINO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel - Mã số: T2015-53TĐ - Chủ nhiệm: ThS Huỳnh Phƣớc Sơn - Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: Từ tháng năm 2015 đến tháng 02 năm 2016 Mục tiêu: Nghiên cứu ảnh hưởng số chế độ điều khiển động đến đặc tính phát thải động sử dụng nhiên liệu CNG/diesel Trên sở đề xuất phương án điều khiển cho động sử dụng nhiên liệu kép Tính sáng tạo: Đánh giá mức độ phát thải động diesel chuyển sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel nhằm làm sở cho việc nghiên cứu chuyển đổi nhiên liệu động nhiệt Kết nghiên cứu: Các kết thực nghiệm đặc tính phát thải động VIKINO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel Sản phẩm: - Hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel áp dụng mẫu động VIKINO RV125-2 - 01 báo khoa học Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Ứng dụng nghiên cứu sử dụng nhiên liệu CNG động nhiệt Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) (ký, họ tên) INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: Researching experiment influences of supply condition to emission characteristic on VIKYNO RV125-2 using CNG-Diesel dual fuel Code number: T2015-53TĐ Coordinator: M.E Huynh Phuoc Son Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Education Duration: From March, 2015 to February, 2016 Objective(s): Research and assess effect of condition supply to emission characteristics of VIKYNO RV125-2 engine using dual fuel CNG-diesel These research results are fundamental for propose solutions to control engine using dual fuel Creativeness and innovativeness: Design, manufacture a electronic control system for supplying dual fuel CNG-Diesel mixture in diesel engine with high compress ratio Assess emission characteristics of diesel engine when using CNG/diesel to apply for study of engines using dual fuel Research results: The experimental results of emission characteristics on VIKYNO RV125-2 engine using dual fuel CNG-diesel Products: - The control system for CNG-Diesel dual fuel supplying system based on VIKINO RV125-2 engine - 01 science paper Effects, transfer alternatives of research results and applicability: Apply for researching on use of CNG in combustion engine MỞ ĐẦU Tổng quan vấn đề nghiên cứu Năng lượng môi trường vấn đề quan tâm hàng đầu nhiều quốc gia giới Cho đến nay, việc sử dụng loại nhiên liệu truyền thống (xăng dầu diesel) cho động nhiệt ô tô nhiều phương tiện giao thông, máy tĩnh khác đặt số tồn khó khăn mà phải đối mặt như: - Nguồn dầu mỏ giới ngày cạn kiệt nên bị phụ thuộc chịu sức ép lớn từ nguồn nhiên liệu nguồn cung cấp giá thành; - Thành phần khí xả từ nguồn nhiên liệu xăng dầu diesel tác nhân lớn gây ô nhiễm môi trường sống nghiêm trọng (ô nhiễm không khí, tiếng ồn, hiệu ứng nhà kính,…) Để giải vấn đề trên, phần lớn nghiên cứu tập trung vào hướng cải tiến động tìm nguồn nhiên liệu để thay phần hay hoàn toàn loại nhiên liệu truyền thống nhằm mục đích nâng cao hiệu suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu, tăng tính hiệu kinh tế giảm sức ép lên nguồn nhiên liệu tại, giảm thiểu ô nhiễm môi trường nguồn khí thải động gây Đây yêu cầu cấp bách đặt cần phải giải giai đoạn Mỗi giải pháp có ưu nhược điểm riêng Trong đó, nghiên cứu sử dụng nguồn nhiên liệu CNG động nhiệt nhằm góp phần đa dạng hóa nguồn nhiên liệu giảm khí phát thải gây ô nhiễm môi trường vấn đề quan tâm, đặc biệt hướng tận dụng, nghiên cứu chuyển đổi động diesel có sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-diesel để tiết kiệm chi phí đầu tư Các kết nghiên cứu thực tiễn cho thấy động sử dụng khí CNG giảm đến 93% lượng CO2, 33% lượng NOx đến 50% lượng hydrocarbon thải so sánh với động xăng Với số lượng lớn nguồn động ô tô sử dụng diesel thành phố lớn, việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu CNG thành công đem lại hiệu lớn mặt kinh tế lẫn môi trường Ngoài ra, với sản phẩm động tĩnh sản xuất nước cần nghiên cứu cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu, nghiên cứu sử dụng nguồn nhiên liệu nhằm tiết kiệm nhiên liệu, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường nâng cao tính cạnh tranh sản phẩm Nhằm góp phần nghiên cứu ứng dụng CNG động nhiệt, đặc biệt động sử dụng nhiên liệu diesel có sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel, nhóm nghiên cứu thực đề tài “Nghiên cứu, thiết kế lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-Diesel động VIKYNO RV125-2”, diesel đóng vai trò phun mồi tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí CNG Dựa kết nghiên cứu, thiết kế, lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel động VIKYNO RV125-2 [1] [2] [5], Nhóm nghiên cứu tiến hành thực nghiệm đo đạc đặc tính kỹ thuật động áp suất cháy, mô-men, công suất mức độ phát thải động nhằm đánh giá khả đáp ứng động sử dụng nhiên liệu kép, đồng thời khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ sử dụng CNGDiesel (CNG thay đổi từ 20†70%) đến đặc tính động cơ, sở đề xuất xây dựng đồ tỉ lệ CNG-diesel phù hợp cho động sử dụng nhiên liệu kép VIKYNO RV125-2 Nghiên cứu sở để góp phần đánh giá tính khoa học khả thi việc ứng dụng nguồn nhiên liệu CNG động có tỷ số nén cao đề xuất phương pháp điều khiển cung cấp hệ thống nhiên liệu kép CNG-diesel theo hướng nâng cao hiệu sử dụng CNG động diesel có Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng sở lý thuyết điều kiện cho việc chuyển đổi động diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG–Diesel Nghiên cứu mô ̣t số đặc tính đô ̣ng sử du ̣ng nhiên liệu kép Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu cải tạo động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel - Xây dựng mô hình thực nghiệm - Thực nghiệm đo đạc đặc tính kỹ thuật động - Đánh giá kết so sánh với kế t quả mô ph ỏng để đề xuất phương pháp điều khiển cung cấp hệ thống nhiên liệu kép, hoàn thiện mô hình th ực nghiệm, góp phầ n nghiên cứu ứng dụng CNG động diesel Đối tƣợng nghiên cứu Động VIKYNO RV125-2, lắp đặt hệ thống nhiên liê ̣u kép CNG-diesel 5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp, phân tích: bao gồm thu thập, phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu từ tài liệu kết nghiên cứu liên quan - Phương pháp nghiên cứu lý thuy ết thực nghiệm, xây dựng mô hình thực nghiệm - Phương pháp nghiên cứu, đánh giá Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CNG 1.1 Nhiên liệu tình trạng ô nhiễm môi trƣờng Năng lươ ̣ng là mô ̣t những vấ n đề đươ ̣c quan tâm hàng đầ u thế giới , đă ̣c biê ̣t là nhiên liê ̣u hóa tha ̣ch Theo hô ̣i đồ ng lươ ̣ng thế giới (WEC): lòng đấ t còn 223 tỷ dầu 209.000 tỷ m3 khí đốt Với mức đô ̣ tiêu thu ̣ hiê ̣n , khố i lươ ̣ng này chỉ đủ dùng khoảng 50 năm nữa [1] Cho đến nay, việc sử dụng loại nhiên liệu truyền thống (xăng dầu diesel) cho động nhiệt ô tô nhiều phương tiện giao thông, máy tĩnh khác tồn khó khăn mà cần phải giải Đó nguồn nhiên liệu xăng dầu diesel ngày cạn kiệt, phụ thuộc chịu sức ép lớn từ nguồn nhiên liệu nguồn cung cấp giá thành Thành phần khí xả từ nguồn nhiên liệu xăng dầu diesel tác nhân lớn gây ô nhiểm môi trường sống nghiêm trọng (ô nhiểm không khí, tiếng ồn, hiệu ứng nhà kính…) Bảng 1.1 : Mức độ chất độc hại nhiên liệu (EIA-1998) Đơn vị: Pounds/109Btu Chất ô nhiễm Khí thiên nhiên Dầu mỏ Than đá Carbon Dioxide (CO2) 117000 164000 208000 Carbon Monoxide (CO) 40 33 208 Nitrogen Oxides (NOx) 92 448 457 Sulfur Dioxide (SO2) 1,122 2,591 Particulates Matter (PM) 84 2,744 Liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường, nguồn khí thải phần lớn ô tô lưu thông đường, phải kể đến nguồn phát thải đáng kể máy công, nông, ngư nghiệp động tĩnh khác Trước đây, người ta gần quên đối tượng phát thải này, với mức độ ô nhiễm ngày trầm trọng, năm gần nhiều nước tiên tiến giới bắt đầu kiểm soát đặt tiêu chuẩn bảo vệ môi trường đối tượng Hiện nay, Mỹ số nước khác có tiêu chuẩn TIER-4 áp dụng cho dòng xe non-road động tĩnh Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Điều cho thấy, máy nông nghiệp, động tĩnh cần phải có cải tiến mạnh mẽ công nghệ, tiết kiệm nhiên liệu chuyển sang sử dụng nhiên liệu để giảm chi phí sản xuất giảm thiểu ô nhiễm môi trường Ngoài có tiêu chuẩn EU cho cộng đồng Châu Âu (CEC) [3][4][24] Bảng 1.2: Tier Emission Tiêu chuẩn động lên đến 560 kW Ne kW < (hp < 11) ≤ kW < 19 (11 ≤ hp < 25) Năm 2008 2008 CO 8.0 (6.0) 6.6 (4.9) 5.5 NMHC NMHC+NOx NOx PM - 7.5 (5.6) - 0.4(0.3) - 7.5 (5.6) - 0.4 (0.3) - 7.5 (5.6) - - 4.7 (3.5) - - 4.7 (3.5) - - 4.7 (3.5) - 19 ≤ kW < 37 2008 (25 ≤ hp < 50) 2013 37 ≤ kW < 56 2008 (50 ≤ hp < 75) 2013 56 ≤ kW < 130 2012- 5.0 0.19 (75 ≤ hp < 175) 2014 (3.7) (0.14) 130 ≤ kW ≤ 560 2011- 3.5 0.19 2014 (2.6) (0.14) (175 ≤ hp ≤ 750) (4.1) 5.5 (4.1) 5.0 (3.7) 5.0 (3.7) - - 0.3 (0.22) 0.03 (0.022) 0.3 -0.22 0.03 (0.022) 0.40 0.02 (0.30) (0.015) 0.40 0.02 (0.30) (0.015) Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Tiêu chuẩn phát thải III IV cho động Nonroad cộng đồng Châu Âu (CEC) Bảng 1.3: Giai đoạn III IV - Tiêu chuẩn phát thải cho động Diesel Nonroad Loại Ne Đơn vị: kW Năm CO HC HC+NOx NOx PM Đơn vị: g/kWh Giai đoạn III A H 130 ≤ P ≤ 560 2006 3.5 - - 0.2 I 75 ≤ P < 130 2007 - - 0.3 J 37 ≤ P < 75 2008 - 4.7 - 0.4 K 19 ≤ P < 37 2007 5.5 - 7.5 - 0.6 Giai đoạn III B L 130 ≤ P ≤ 560 2011 3.5 0.2 - 0.03 M 75 ≤ P < 130 2012 0.2 - 3.3 0.03 N 56 ≤ P < 75 2012 0.2 - 3.3 0.03 P 37 ≤ P < 56 2013 - 4.7 - 0.03 Bảng 1.4: Giai đoạn IV - Tiêu chuẩn phát thải cho động Diesel Nonroad Loại 1.2 Ne Đơn vị: kW Năm CO HC NOx PM Đơn vị: g/kWh Q 130 ≤ P ≤ 560 2014 3.5 0.2 0.4 0.03 R 56 ≤ P < 130 2014 0.2 0.4 0.03 Khí thiên nhiên nén CNG – Nguồn nhiên liệu thay phù hợp Để giải vấn đề trên, có nhiều giải pháp nghiên cứu, công bố ứng dụng năm gần như: Cải tiến công nghệ vật liệu chế tạo động cơ, cải tiến trình cung cấp nhiên liệu đánh lửa động xăng, tập trung hoàn thiện trình cháy động diesel (phun nhiên liệu trực tiếp, điều khiển common rail,…) nhằm nâng cao công suất động Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL cơ, tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ nguồn khí thải động Sử dụng loại nhiên liệu thay như: nhiên liệu khí hóa lỏng LPG (Liquid Petroleum Gas), khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas), khí Hydro, loại nhiên liệu sinh học methanol, ethanol, biodiesel, nguồn nhiên liệu điện pin nhiên liệu, lượng mặt trời,… Sử dụng nguồn động lực lai (hybrid) nhiệt - điện, Các kết nghiên cứu thực tiễn cho thấy động sử dụng khí thiên nhiên giảm đến 93% lượng CO2, 33% lượng NOx đến 50% lượng hydrocarbon thải so sánh với động xăng  Khí thiên nhiên dùng làm nhiên liệu cho động ô tô thường tích trữ hai dạng sau: - Khí thiên nhiên nén (CNG – Compressed Natural Gas): khí thiên nhiên nén dạng khí với thể tích nhỏ áp suất cao (khoảng 200bar), chứa bình chứa an toàn.[2] - Khí thiên nhiên lỏng (LNG – Liquefied Natural Gas):khí thiên nhiên hóa lỏng tích trữ nhiệt độ thấp -1620C bình cách nhiệt.[2] 1.2.1 Trữ lƣợng tình hình khai thác Hiện giới sản lượng khí thiên nhiên đạt khoảng tỉ Tep/năm (1 Tep = 1176 m3 khí thiên nhiên) Theo ước tính đến năm 2020 sản lượng đạt 2.6 tỉ Tep/năm so với dầu thô 3.5 tỉ Tep [3] Trữ lượng toàn giới đạt khoảng 150 tỉ Tep tương đương với trữ lượng dầu thô Khí thiên nhiên nguồn cung cấp thuận tiện an toàn dầu mỏ phân bố rộng khắp toàn cầu Bảng 1.5: Những nước có trữ lượng khí thiên nhiên lớn giới năm 2013 Trữ lƣợng Tỷ lệ % (Nghìn tỷ mét khối) (So với giới) Liên Bang Nga 47,700 24,9% Iran 33,610 17,5% Qatar 25,200 13,1% Quốc gia Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Hoa Kỳ 9,459 4,9% Ả rập Saudi 8,150 4,2% Turkmenistan 7,504 3,9% Ả Rập Thống Nhất 6,089 3,2% Venezuela 5,524 2,9% Nigeria 5,153 2,7% Algeria 4,504 2,3% Việt Nam quốc gia đánh giá cao tiềm khí thiên nhiên Các tính toán dự báo khẳng định tiềm dầu khí Việt Nam tập trung chủ yếu thềm lục địa, trữ lượng khí thiên nhiên có khả nhiều trữ lượng dầu Với trữ lượng phát hiện, nước ta có khả tự đáp ứng nhu cầu sản lượng khí thiên nhiên nhiều thập kỷ tới Hiện Việt Nam có trữ lượng khí thiên nhiên NG dự kiến vào khoảng 2.694 tỷ m3, phát khoảng 962 tỷ m3 Các mỏ Nam Côn Sơn, Bách Hổ, Rạng Đông khai thác với sản lượng 10 triệu m3/ngày Nhà máy sản xuất CNG Việt Nam xây dựng KCN Phú Mỹ, Bà Rịa Vũng Tàu hoạt động từ năm 2007 với công suất 30 triệu m3/năm Qua đánh giá trữ lượng khí thiên nhiên Việt Nam, lợi địa lý TP HCM gần nơi tập trung mỏ khí lớn, việc đảm bảo cung cấp CNG cho phương tiện giao thông vận tải hoàn toàn khả thi Hình 1.1: Bản đồ phân bố bể trầm tích thềm lục địa nước ta Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải động VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL 1.2.2 Tính chất vật lý khí CNG Khí CNG không màu, không mùi, không độc, nhẹ không khí, không chứa chì lưu huỳnh, cháy hoàn toàn sinh CO2 nước nên sử dụng vào động làm giảm lượng khí thải có hại Để nhận biết rò rỉ người ta thêm hóa chất vào để làm cho CNG có mùi Khí thiên nhiên hỗn hợp khí cháy được, bao gồm phần lớn hydrocarbon Khí thiên nhiên có thành phần chủ yếu metan CH4 chiếm 80-90% tùy theo nguồn khai thác, Etan (C2H6) chiếm khoảng 8,7% thể tích , lại thành phần khác Ethylene (C2H4), Propane (C3H8) 1.2.3 Đặc tính kỹ thuật khí CNG Bảng 6: Đặc tính kỹ thuật CNG Đặc tính CNG Diesel Xăng Thành phần % trọng lượng C:H:O 75:25:00 86:13:01 85:13:01 Trọng lượng riêng (N/m3) 6.5 0.81-0.89 0.69-0.79 Trọng lượng phân tử (N) 16 100-105 199 Nhiệt lượng riêng (kJ/kg0K) 2.51 2.2 Nhiệt trị thấp (x1000kJ/L) 50 43 35 - 37 Chỉ số octan 130 Nhiệt độ tự cháy (0C) 650 250 227 - 500 Điểm sôi (0C) -162 27- 225 188-343 Điểm ngưng tụ (0C) -182 -40 -40 ÷ -1 Áp suất (kPa –38 0C) 125 48-104 [...]... -0.22 0.03 (0.022) 0.40 0.02 (0.30) (0.015) 0.40 0.02 (0.30) (0.015) Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Tiêu chuẩn phát thải III và IV cho động cơ Nonroad của cộng đồng Châu Âu (CEC) Bảng 1.3: Giai đoạn III và IV - Tiêu chuẩn phát thải cho động cơ Diesel Nonroad Loại Ne Đơn vị: kW Năm CO HC HC+NOx... nhiên của Việt Nam, cùng các lợi thế về địa lý của TP HCM gần nơi tập trung các mỏ khí lớn, vì vậy việc đảm bảo cung cấp CNG cho phương tiện giao thông vận tải hoàn toàn khả thi Hình 1.1: Bản đồ phân bố các bể trầm tích trên thềm lục địa nước ta 5 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL 1.2.2 Tính. .. như: Cải tiến công nghệ và vật liệu chế tạo động cơ, cải tiến quá trình cung cấp nhiên liệu và đánh lửa trên động cơ xăng, tập trung hoàn thiện quá trình cháy của động cơ diesel (phun nhiên liệu trực tiếp, điều khiển common rail,…) nhằm nâng cao công suất động 3 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL... thống cung cấp nhiên liệu kép CNG-diesel trên động cơ VIKYNO RV125-2 [1] [2] [5], Nhóm nghiên cứu tiến hành thực nghiệm đo đạc các đặc tính kỹ thuật của động cơ như áp suất cháy, mô-men, công suất và mức độ phát thải của động cơ nhằm đánh giá khả năng đáp ứng của động cơ khi sử dụng nhiên liệu kép, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ sử dụng CNGDiesel (CNG thay đổi từ 20†70%) đến các đặc tính của. .. 100 Nhiệt trị riêng khối lượng của CNG cao hơn (khoảng 10%) so với nhiên liệu lỏng thông thường Cùng hiệu suất như nhau, suất tiêu hao nhiên liệu (tính theo khối lượng) của động cơ dùng CNG giảm cũng chừng ấy lần 6 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Trị số octane của CNG cao hơn so với xăng Trong... số liệu từ các tài liệu và kết quả nghiên cứu liên quan - Phương pháp nghiên cứu lý thuy ết và thực nghiệm, xây dựng mô hình thực nghiệm - Phương pháp nghiên cứu, đánh giá Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CNG 1.1 Nhiên liệu và tình trạng ô nhiễm môi trƣờng Năng lươ... Với 10.000 xe tại 7 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL TPHCM, nếu chuyển sang sử dụng khí CNG sẽ tiết kiệm 83.080.000 USD mỗi năm.[5] - Về môi trƣờng: Do thành phần của khí thiên nhiên nén chủ yếu là metan, qua xử lý để loại bỏ các tạp chất độc hại như: H2S, NOx, CO2, N2 và đặc biệt là không chứa... CNG–Diesel Nghiên cứu mô ̣t số đặc tính đô ̣ng cơ khi sử du ̣ng nhiên liệu kép 3 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu cải tạo động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu diesel sang sử dụng nhiên liệu kép CNG-Diesel - Xây dựng mô hình thực nghiệm - Thực nghiệm đo đạc các đặc tính kỹ thuật của động cơ - Đánh giá kết quả và so sánh với kế t quả mô ph ỏng để đề xuất phương pháp điều khiển cung cấp hệ thống... đối tượng này Hiện nay, ở Mỹ và một số nước khác đã có tiêu chuẩn TIER-4 áp dụng cho các dòng xe non-road và các động cơ tĩnh 1 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL tại Điều này cho thấy, đối với các máy nông nghiệp, các động cơ tĩnh tại cũng cần phải có sự cải tiến mạnh mẽ về công nghệ, tiết kiệm... 13,1% Quốc gia 4 Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của điều kiện cung cấp đến đặc tính phát thải trên động cơ VIKYNO RV125-2 sử dụng nhiên liệu kép CNG – DIESEL Hoa Kỳ 9,459 4,9% Ả rập Saudi 8,150 4,2% Turkmenistan 7,504 3,9% Ả Rập Thống Nhất 6,089 3,2% Venezuela 5,524 2,9% Nigeria 5,153 2,7% Algeria 4,504 2,3% Việt Nam là một quốc gia được đánh giá cao về tiềm năng khí thiên nhiên Các tính toán dự báo